東海陸架盆地斷裂成因研究

付 豪 王 晉 田繼宏 莫高武

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，上海 200335）

0 前言

東海陸架盆地位于太平洋板塊、歐亞板塊和菲律賓板塊的交匯處，構(gòu)造活動豐富[1]。在盆地形成和演化的過程中發(fā)育了各種斷裂系統(tǒng)。該文對不同性質(zhì)的斷層進(jìn)行了斷裂統(tǒng)計，并研究這些斷層的組合樣式，總結(jié)出東海陸架盆地斷層的典型組合樣式?；趯φ龜鄬雍湍鏀鄬討?yīng)力、斷層形成時間和生長指數(shù)等特征的分析，研究斷層的成因，總結(jié)關(guān)鍵斷層的特征。

1 東海陸架盆地斷層的典型組合樣式

東海陸架盆地正斷層樣式主要有3種樣式，分別是階梯狀斷層組合，“y”字形斷層組合和拱張型斷裂組合。

階梯狀斷層組合由若干條產(chǎn)狀基本一致的正斷層組成，各條斷層的上盤依次向同一方向斷落，形成階梯。這類斷裂的形成主要與盆地沉降過程中緩坡翹傾產(chǎn)生的滑脫或隆張等作用有關(guān)，階梯狀斷層主要發(fā)育在西湖凹陷西部斜坡帶平湖地區(qū)及平北地區(qū)。

“y”字形斷層組合由早期主干斷層和與其相應(yīng)的上盤低級別斷層組合而成，在剖面上呈“y”字形。依據(jù)上下盤級別斷層的數(shù)量以及與主干斷層的傾向關(guān)系，分為反向“y”字形、同向“y”字形以及多級“y”字形?！皔”字形斷層是在伸展作用和重力的作用下，由主干斷層派生的上盤低級別斷層所形成的，這種地質(zhì)常見于西斜坡平北地區(qū)。

拱張型斷裂組合發(fā)育蓮花瓣式斷裂組合，整個斷裂帶呈現(xiàn)出長軸斷背斜的形態(tài)。該斷裂帶內(nèi)地層傾向與斷層的傾向相反，背斜兩翼形成對稱型屋脊斷塊。剖面上組合樣式為地塹式，構(gòu)成地塹的多對共軛斷層組成了大地塹內(nèi)套小地塹的復(fù)式地塹。

東海陸架盆地逆斷層樣式主要有3種樣式，分別是疊瓦狀逆斷層組合、背沖型逆斷層組合樣式和對沖型逆斷層組合。

疊瓦狀逆斷層組合是一系列產(chǎn)狀大致相同的逆斷層，其上盤向同一方向依次上推，在剖面上呈疊瓦狀，是逆斷層中最常見的一種組合形式，主要形成于西湖凹陷南部天臺構(gòu)造帶、北部寧波構(gòu)造帶。

背沖型逆斷層組合是一個構(gòu)造單元的兩側(cè)分別向外緣逆沖的兩套迭瓦式逆沖斷層。背沖型逆沖斷層中2套向相反方向逆沖的斷層是在同一構(gòu)造應(yīng)力場中形成的，并且與所在構(gòu)造系統(tǒng)同時形成，主要形成于西湖凹陷北部寧波構(gòu)造帶。

對沖型逆斷層組合是2套迭瓦式逆沖斷層，對著一個中心相對逆沖。對沖型斷層一般會和盆地一起形成，從盆地的邊緣向盆地中心逆沖。

在東海陸架盆地中存在走滑斷層，其在地震剖面上最明顯的標(biāo)志就是花狀構(gòu)造。釣北凹陷東側(cè)邊界的花狀構(gòu)造，其形成于盆地邊界張扭作用之下，為負(fù)花狀構(gòu)造。根據(jù)其巖性特征及T0圖上的特征，可確定其為走滑斷裂。除此之外，東海陸架盆地還被眾多NWW向走滑斷層切割，這些走滑斷層同樣切割沖繩海槽，因此形成最晚，是東海陸架盆地形成南北分塊格局的主要斷裂帶。

2 正斷層成因分析

2.1 應(yīng)力分析

古新世—始新世時期，在NW-SE向區(qū)域拉張應(yīng)力場(σ3）及垂向重力(σ1）作用下，盆地邊緣形成了正斷層所要求的應(yīng)力條件[2]，從而在西湖凹陷的邊界及凹陷內(nèi)部形成了一系列沿NNE向(σ2）展布的正斷層，如圖 1所示。

西湖凹陷早期形成的正斷層大部分都具有生長性。當(dāng)?shù)貙悠屏褳橐幌盗袛鄩K以后，各斷塊在主應(yīng)力作用下，斷層上盤巖體沿水平軸滑動，如圖2所示。圖2（a）中沉積新地層的重力C分解成沿斷面分量P1和垂直斷面分量P2，圖2（b）中P1沿水平方向的分量為P1z，沿豎直方向的分量為P1y，在P1z的作用下產(chǎn)生新的空間，如圖2（a）所示，沉積了新的地層，構(gòu)成了地塹、半地塹斷陷型的凹陷。

東海陸架盆地的形成依次經(jīng)歷了中生代、古新統(tǒng)(E1）、始新統(tǒng)(E2）、漸新統(tǒng)(E3）、中新統(tǒng)(N1）、上新統(tǒng)(N1）和更新統(tǒng)(Qp）等階段。從各個形成時期東海陸架盆地的沉積厚度來看，釣北凹陷中生界具有較大的厚度，最大厚度達(dá)到了7 000 m；古新統(tǒng)地層主要分布于東海陸架盆地的臺北坳陷、長江坳陷、浙東坳陷的各凹陷。殘余地層厚度最大的在麗水凹陷，厚度達(dá)到3 400 m，其次是昆山凹陷3 000 m，同時，椒江凹陷也達(dá)到2 200 m，釣北凹陷達(dá)到2 000 m，西湖凹陷達(dá)到1 600 m；始新統(tǒng)地層主要分布于東海陸架盆地的東部坳陷帶，而沉積中心處于整個東部坳陷帶，西湖凹陷沉積中心厚度超過7 500 m；漸新統(tǒng)地層主要分布于東海陸架盆地的東部坳陷帶的西湖凹陷和釣北凹陷；中新統(tǒng)地層(N1）主要分布于整個東海陸架盆地，但是東部坳陷帶與西部坳陷帶的沉積厚度差別較大。在東部坳陷帶的西湖凹陷沉積厚度達(dá)到3 000 m，在釣北凹陷沉積厚度最大也達(dá)到2 000 m。

圖1 正斷層形成的應(yīng)力狀態(tài)及裂陷盆地受力示意圖

圖2 斷陷盆地形成受力分解示意圖

2.2 斷層生長指數(shù)分析

由西部坳陷帶地震剖面資料解釋的西部坳陷帶在漸新世—始新世處于斷裂強烈活動期，通過對西部坳陷帶內(nèi)8條典型主干斷層的甌江組、溫州組和龍井組地層進(jìn)行生長指數(shù)計算分析，結(jié)果和西部坳陷帶地震剖面資料解釋結(jié)果吻合，表明西部坳陷帶斷裂活動具有自北向南遷移的特點。

東部坳陷帶斷層活動期可以劃分為4個階段：1）始新世溫州組(E2w）沉積時期，斷層活動強烈。2）平湖組五六段(E2p6—E2p5）沉積時期，斷層活動減弱。3）平湖組三四段—花港組(E2p3—E3h）沉積時期，斷層活動開始增強，至花港組時達(dá)到最強。4）中新世龍井組(N1l）沉積以后，斷層的活動強度總體減弱，活動基本停止。東部坳陷帶斷裂活動具有自北向南遷移的規(guī)律。始新世早期(溫州組），平湖主斷裂活動最強烈；始新世中期(平湖組五六段），斷裂活動向南遷移，活動最強烈的部位移至寶石—初陽主斷裂；始新世晚期—漸新世(平湖組三四段—花港組），斷裂活動繼續(xù)向南遷移至臺北主斷裂；中新世時期，斷裂活動總體減弱，活動基本停止。

總的來說，東海陸架盆地的斷裂活動具有自西向東，自北向南遷移的特征。

2.3 東部邊界斷層成因分析

西湖—基隆大斷裂位于東海陸架盆地東緣北段，構(gòu)成了西湖凹陷與釣魚島隆褶帶的分界線，在重磁資料和地震剖面上清晰可見。其總體走向NNE向，傾向北西向。不同部位稍有差異，斷裂北段為NNE向，中段NEE向，南段NE向。延伸長達(dá)700 km，寬約 30 km～50 km，斷距在剖面上表現(xiàn)為上小下大，多處被NWW向平移斷裂錯斷。大斷裂分布在東海陸架盆地區(qū)東部邊界，從而決定了整個斷陷區(qū)是從西湖—基隆大斷裂的上盤進(jìn)一步“斷塊化”發(fā)展起來的。西湖—基隆大斷裂發(fā)生在盆地裂谷階段的初期，是控制東海陸架盆地邊界及構(gòu)造大格局的一級大斷裂，延伸長達(dá)700 km，寬15 km～35 km，斷層落差2 300 m～8 800 m，由一組斷裂組成。

東部大斷層為西湖凹陷與釣魚島隆褶帶之間的邊界斷層，從現(xiàn)有的資料看，自南向北均表現(xiàn)為正斷層，斷面西傾，斷裂走向呈北北東向。東部大斷裂對古近系、始近系地層沉積具有明顯的控制作用，是一條沿基底斷裂活動的早期大斷裂。根據(jù)最新的地震解釋研究成果，東部大斷裂自南向北并非由一條連續(xù)的大斷層所組成，而是是由多條斷距不等、長短不一、方向有變化的斷層所組成，如圖3所示。

圖3 東部大斷裂形成及演化示意圖

3 逆斷層成因分析

3.1 應(yīng)力機(jī)制

與古新世－始新世時期相反，到中新世末期，西湖凹陷區(qū)域應(yīng)力場轉(zhuǎn)變?yōu)镹W－SE向擠壓應(yīng)力場(σ1），并且明顯強于垂向重力(σ2），在此應(yīng)力條件下，凹陷內(nèi)地層發(fā)生褶皺，隨著褶皺變形的發(fā)生與發(fā)展，凹陷邊緣及內(nèi)部逐漸形成一系列沿NNE向(σ2）展布的逆斷層，如圖 4所示。

圖4 逆斷層形成的應(yīng)力狀態(tài)及裂陷盆地受力示意圖

3.2 反轉(zhuǎn)斷層成因分析

同一條斷層往往具有不同性質(zhì)，以零點為界限，表現(xiàn)為下正上逆。零點的位置與反轉(zhuǎn)構(gòu)造強度的關(guān)系是反轉(zhuǎn)強度越大，零點的位置越靠近斷層深部。在地震剖面上反轉(zhuǎn)構(gòu)造層底部具有下凹上凸的反射特征，而頂部由于擠壓形成褶皺，地震同響而發(fā)生縱彎褶皺變形，如圖6所示。隨著褶皺作用的發(fā)生與發(fā)展，原來的正斷層回滑變成了逆斷層。當(dāng)回滑距離超過原斷距時，逆斷層已見不到正斷距；當(dāng)回滑距離小于原斷距時，剖面上可以見到下正上逆反轉(zhuǎn)斷層特征。

3.3 逆沖斷層成因分

沖斷層與反沖斷層相結(jié)合使上盤巖層褶皺隆起而形成的向軸呈現(xiàn)上凸的反射特征。一組包括上凸和下凹反射特征的構(gòu)造層序，往往是一套反轉(zhuǎn)構(gòu)造保存完好的構(gòu)造層序。泥巖發(fā)育、斷層傾角小、低摩擦物質(zhì)和異常高壓發(fā)育的構(gòu)造帶在同樣的擠壓應(yīng)力作用下易于發(fā)生反轉(zhuǎn)。西湖凹陷目前看到的逆斷層主要有2類，一類是在早期正斷層的基礎(chǔ)上，正斷層活化并且反轉(zhuǎn)回滑形成的逆斷層，如圖 5所示(ABC為3套地層，A為最早沉積地層，B其次沉積地層，C為最后沉積）；另一類是在擠壓褶皺情況下新形成的逆沖斷層。

圖5 反轉(zhuǎn)斷層形成機(jī)制示意圖

西湖凹陷中新世末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)所形成的背斜，其軸面以區(qū)域性南東傾為主[3-5]，表明坳陷層的褶皺作用除了受到下伏基底斷層的活化反轉(zhuǎn)控制之外，還受到區(qū)域左旋擠壓力的影構(gòu)造叫沖起構(gòu)造。這種構(gòu)造上的斷裂排列組合一般呈背沖型，其成因主要是在水平擠壓力的強烈作用下，沖斷層和反沖斷層相背上沖。

圖6 西湖凹陷逆斷層與褶皺構(gòu)造成因機(jī)制示意圖

4 結(jié)語

東海陸架盆地內(nèi)斷裂受古新世—始新世時期拉張應(yīng)力場和垂向重力的影響，形成了一系列北北東方向的正斷層，這些早期的正斷層控制著之后地層的沉積。東海陸架盆地內(nèi)斷裂中最大的一條東部邊界大斷層是由多個時期，相同性質(zhì)的斷層呈雁列狀排布形成的。東海陸架盆地內(nèi)斷裂受中新世末期擠壓應(yīng)力場和垂向重力的影響，形成了西湖凹陷中央洼陷反轉(zhuǎn)帶褶皺內(nèi)的逆斷層，這些逆斷層的延伸方向與褶皺展布方向一致，為北北東向。東海陸架盆地內(nèi)斷裂中逆斷層分為2類：一類在正斷層的基礎(chǔ)上反轉(zhuǎn)形成的，一類是在擠壓應(yīng)力場環(huán)境下新形成的逆沖斷層。