東海陸架盆地新生界地層斷裂體系特征探析

王 晉

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，上海 200050）

東海陸架盆地是1 個中生代和新生代疊合的盆地，處于澳大利亞板塊、太平洋板塊和歐亞板塊匯聚的地帶，構(gòu)造運動非?；钴S，至少發(fā)育9 次以上大型構(gòu)造運動[1]，因此斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，需要對這些斷裂特征進行系統(tǒng)的總結(jié)。

1 斷裂級次及命名

根據(jù)斷層對坳陷邊界及內(nèi)部構(gòu)造單元的控制作用，選擇30 條斷裂作為東海陸架盆地主干斷裂，進行系統(tǒng)研究，按照從上到下，從左到右的順序進行斷層的命名。

通過對整個東海陸架盆地的地震解釋，東海陸架盆地有5 條一級控盆邊界斷裂，分別是東邊西湖—基隆大斷裂，凌云斷裂、奉賢斷裂、臺北主斷裂、平湖—寶石大斷裂。其特點是斷層走向延伸很長，最長可超過800 km，深度很大，可達16 000 km。這些斷裂往往長期發(fā)育，邊沉積、邊斷裂，斷距非常大，最大可達8.8 km[2]。它的出現(xiàn)往往不是單一的斷裂，而是由若干位置相近、走向與傾向相同的主斷裂組成的斷裂或斷裂帶。它們常常成為一級構(gòu)造單元或二級構(gòu)造單元的分界線，對東海的構(gòu)造、沉積及火成巖的分布具有明顯的控制作用。

東海陸架盆地主控斷裂體系圖中涉及的除5 條一級斷裂以外的25 條斷裂均被歸為二級斷裂[3]。這些斷裂長度一般在30 km～200 km，沿傾向切割程度較深，斷距較大，最大斷距可達5 km～6 km，常常成為凸起與凹陷、低凸起、構(gòu)造帶與深凹的邊界，對凹陷中的沉積具有明顯的控制作用。部分凹陷邊界的二級斷裂具有長期發(fā)育及犁狀形態(tài)特征。

三級斷裂長度一般在15 km～50 km，多為中等規(guī)模的斷層，三級斷裂只發(fā)育于蓋層并控洼或控帶，它們主要對構(gòu)造帶和局部構(gòu)造起控制作用，其中有正斷層也有逆斷層（個別反轉(zhuǎn)斷層），但以正斷層居多。

2 斷裂系統(tǒng)的平面分布特征

東海陸架盆地的斷裂在平面上的展布方向主要分為北東到北北東向、北西向和近東西向3 組[4]。

2.1 北東至北北東向斷裂

該組斷裂是東海陸架盆地數(shù)量最多，分布范圍最廣的一組斷裂，其走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致，平面上呈向東突出的弧形展布，構(gòu)成了東海陸架盆地內(nèi)的主要構(gòu)造格局。對盆地內(nèi)區(qū)域構(gòu)造的分帶性和沉積規(guī)模起控制作用。北東向伸展斷裂主要分布在長江坳陷、海礁隆起、漁山東低隆起、臺北坳陷，緊靠閩浙隆起。該組斷裂是閩浙隆起構(gòu)造的延續(xù)，控制沉積斷陷盆地的邊界。主要活動期為古新世，有少數(shù)可延續(xù)到漸新世，這是中生代基底斷裂的繼承，有些控制白堊紀(jì)沉積斷陷盆地，可控制古新世沉積斷陷盆地，迭加在一起。該組斷裂的性質(zhì)經(jīng)歷了張性、剪切和擠壓型的演變。北北東向伸展斷裂主要分布在釣魚島隆起帶西側(cè)邊緣及西湖凹陷帶以及錢塘凹陷北部。從釣魚島西側(cè)基底上，它控制元古代地層分布，早期可能為一個基底張性斷裂，始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)及中新統(tǒng)的分布看也呈張性活動。這個斷裂也控制了西湖凹陷，其活動時間主要為始新世-中新世。

從分布上看，該組斷裂在盆地各構(gòu)造單元均有分布。其中有控制盆地邊界和區(qū)域構(gòu)造單元的大斷裂，有控制凹陷內(nèi)沉積的主斷裂，也有控制局部構(gòu)造形成的斷裂。它們既發(fā)育在凹陷的邊緣，也發(fā)育在凹陷內(nèi)部，但主要發(fā)育在斜坡帶和中央背斜或凸起帶。由于盆地基底和沉積特征的差異，在不同的坳陷內(nèi)該組斷裂分布特征存在差異。北部該組斷裂由南向北近于平行產(chǎn)出的斷裂逐漸增多，間距由密到疏，呈“帚狀”向北發(fā)散展布；南部該組斷裂為雁行狀，呈向東微突弧形展布。

從力學(xué)性質(zhì)看，該組斷裂有正、逆2 種性質(zhì)，早期多為張性斷裂，晚期在擠壓應(yīng)力場影響下，西湖凹陷中央背斜帶形成一系列高角度的逆斷層乃至發(fā)育為沖斷層。

從演化階段看，該組斷裂由西向東，活動歷史由老到新，發(fā)育在不同地層中。西部坳陷帶斷裂最早，發(fā)育在晚中生代—古新世地層中。東部坳陷帶斷裂稍晚，發(fā)育在始新世—漸新式地層中。東部坳陷帶的釣北凹陷東側(cè)和釣魚島隆起帶西緣斷裂最年輕，主要發(fā)育在中新世地層中。

NNE及近SN向斷裂在玉泉運動中產(chǎn)生了一組近SN向逆沖推覆斷層，該組斷裂性質(zhì)也產(chǎn)生了巨大轉(zhuǎn)變，由張扭變?yōu)閿D壓。這種轉(zhuǎn)變說明應(yīng)力作用方式發(fā)生巨大轉(zhuǎn)化。

由于斷裂方位不同，它們在同一種作用方式、同一應(yīng)力場中其表現(xiàn)完全不同。當(dāng)在SN 向反扭力偶作用下，NE及NEE 向斷裂呈現(xiàn)壓扭性性質(zhì)；而NNE 及SN 向斷裂即呈張性或張扭性。當(dāng)在SN 向順扭力偶作用下，NNE 或SN向斷裂呈現(xiàn)壓性、壓扭性，而NE 及NEE 向斷裂呈現(xiàn)張扭特征。這可能就是長江坳陷、臺北坳陷和西湖凹陷控凹斷裂在時間上發(fā)展不同的原因，即作用方式的改變是其主要原因之一，當(dāng)然還有殼下作用等重要因素。

2.2 北西向斷裂

該組斷裂與構(gòu)造走向近于垂直，構(gòu)成了東海前新生代“南北分塊”的構(gòu)造格局，造成陸架盆地內(nèi)各坳陷的沉積、構(gòu)造。巖漿活動與油氣富集的規(guī)律均有明顯的差異。從分布上看，東海陸架盆地內(nèi)該組斷裂主要分布在西部坳陷帶及中央隆起帶，東部坳陷帶較少，主要分布在西湖凹陷南部的北北東斷裂雁行之間或是北北東向主斷裂的派生斷裂。

從力學(xué)性質(zhì)上看，該組斷裂屬于剪切平移性質(zhì)斷裂，斷裂比較隱蔽，在地震資料中不易發(fā)現(xiàn)，但在重磁資料中有所反映。在斷裂兩側(cè)重磁異常常常被錯斷或扭曲，表明盆地基底和蓋層沉積存在差異。

從演化階段看，該組斷裂是古老基底或基礎(chǔ)層內(nèi)部的斷裂，在新生代期間又重新復(fù)活。

2.3 近東西向

近東西向是東海較年輕的斷裂系統(tǒng)，該組斷裂規(guī)模較小，在東海陸架盆地主控斷裂體系圖中未能反映出來。這種近東西向的斷層主要發(fā)育在凹陷的中央反轉(zhuǎn)帶上，帶有剪切性質(zhì)。

東海陸架盆地內(nèi)斷裂發(fā)育存在空間、時間上的差異，導(dǎo)致不同時期在同一區(qū)域、同一時期不同區(qū)域的斷裂系統(tǒng)存在差異性。

中生代末新生代初，盆地內(nèi)基底斷裂發(fā)育，主要是西湖—基隆、海礁—東引、奉賢等斷裂，這些斷裂成為控制盆地邊界和區(qū)域構(gòu)造單元的重要要素。這些斷裂自西向東大致平行展布，西部坳陷帶北東向，東部坳陷帶總體北北東向，西傾斷裂占主導(dǎo)。

古新世時期活動斷裂大都繼承基底斷裂的特征，東海陸架盆地的構(gòu)造格架已經(jīng)形成。西部坳陷帶斷裂活動占主導(dǎo)，斷裂呈左階雁列式展布，總體呈北東向。整個盆地內(nèi)南部斷裂發(fā)育，北部較少，自南向北斷裂的分布由多變少、由密到疏、由開闊到收縮呈帚狀展布。

始漸新世時期，西部坳陷帶斷裂活動微弱，東部坳陷帶斷裂活動發(fā)育，斷裂平面展布圖上呈現(xiàn)出“西帶荒蕪、東帶繁茂”的特征。東部坳陷帶內(nèi)西湖凹陷的斷裂尤為發(fā)育，總體呈北北東向，凹陷兩端斷裂大致呈現(xiàn)出“馬尾狀”的展布特征。東部坳陷帶南部斷裂平行展布。

中新世時期東部坳陷帶的斷裂規(guī)模減小，西湖凹陷內(nèi)先存斷裂多發(fā)生強烈褶皺反轉(zhuǎn)，逆沖斷層發(fā)育，呈右階雁列式展布；釣北凹陷斷裂反轉(zhuǎn)微弱，斷裂平行展布。西部坳陷帶內(nèi)斷裂活動微弱，發(fā)育規(guī)模小，大體呈左階排列。東、西部坳陷帶總體構(gòu)造線存在差異：東部坳陷帶北北東甚至近南北向，西部坳陷帶北東向。

3 斷裂的縱向展布特征

在剖面上，東海陸架盆地的斷裂系統(tǒng)可分為上、下2 個部分斷裂體系：下部斷層體系（T30 以下）斷裂發(fā)育早，活動期短，多發(fā)育多米諾斷階；上部斷層體系（T30以上）斷裂多為與邊界控盆大斷裂正、反向伴生斷裂組合[5]。上部斷裂體系主要分布在漸新統(tǒng)地層和中新統(tǒng)地層組成的拗陷構(gòu)造層，如圖1（a）所示。有部分斷層可下延至始新統(tǒng)。上部斷裂體系對沉積不表現(xiàn)出控制作用，斷距較小。上部斷裂體系有3 個走向分別是近NS向，NX向和近EW向。

下部斷裂體系主要分布在古新統(tǒng)地層和始新統(tǒng)地層組成的斷陷構(gòu)造層，如圖1（b）所示。一部分的下部斷裂體系延伸至漸新統(tǒng)。該下部斷裂體系控制漸新統(tǒng)和以下地層的沉積。這個時期的斷裂體系一般都是北北東-北東方向延伸。這些斷層在西湖凹陷構(gòu)造反轉(zhuǎn)時活動。從多張典型地震剖面中可以看到下正上逆的反轉(zhuǎn)斷層特征。

在JS-1 井區(qū)及JS-1 井南、LJ-2 井區(qū)、LJ-2 井西、DH-1 井區(qū)等地區(qū)大量發(fā)育旋轉(zhuǎn)扭動斷層。剖面組合樣式表現(xiàn)為“y”字形、反“y”字形，左側(cè)SE 傾向斷層作為扭動邊界，右側(cè)發(fā)育大量反向正斷層。旋轉(zhuǎn)扭動斷層為順向斷層與反向斷層組合模式，但東西部斷裂組合有一定差異：東部反向帚狀斷裂終止于順向斷層，順向斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀差異明顯，可能反映了該區(qū)斷裂水平位移量較大。西部順向斷裂規(guī)模較小，沒有向下延伸，平面上呈弧形，可能與該地區(qū)水平位移量較小有關(guān)。

階梯狀斷層主要發(fā)育在西湖凹陷西部斜坡帶PH-10井區(qū)及平北地區(qū)；據(jù)上下盤級別斷層的數(shù)量及與主干斷層的傾向關(guān)系，分為反向“y”字形、同向“y”字形、多級“y”字形?！皔”字形斷層是在伸展作用和重力作用下，由主干斷層派生上盤低級別斷層而成，在西斜坡平北地區(qū)最發(fā)育。

疊瓦狀逆斷層在剖面上呈疊瓦狀，是逆斷層中最常見的一種組合形式，主要發(fā)育在西湖凹陷南部天臺構(gòu)造帶、北部寧波構(gòu)造帶。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，主要發(fā)育在西湖凹陷北部寧波構(gòu)造帶。

4 不同類型斷裂系統(tǒng)成因分析

4.1 正斷層成因分析及東部邊界斷層詳細分析

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。

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，并產(chǎn)生新的空間，沉積了新的地層，構(gòu)成了地塹、半地塹斷陷型凹陷。

東部大斷層為西湖凹陷與釣魚島隆褶帶之間的邊界斷層，從目前現(xiàn)有資料看，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，而是由多條斷距不等、長短不一、方向有變化的斷層所組成。

4.2 逆斷層成因分析及西湖凹陷反轉(zhuǎn)構(gòu)造詳細分析

與古新世－始新世時期相反，至中新世末期，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（σ3）展布的逆斷層。

西湖凹陷目前看到的逆斷層主要有2 類:1）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。2）是在擠壓褶皺情況下新形成的逆沖斷層。

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，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)域左旋擠壓力的影響而發(fā)生縱彎褶皺變形。隨著褶皺作用的增加，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，剖面上可以呈現(xiàn)下正上逆反轉(zhuǎn)斷層特征。

5 結(jié)語

東海陸架盆地新生界地層斷裂在平面上的展布方向分為北東到北北東向、北西向和近東西向3 組。

東海陸架盆地新生界地層斷裂在縱向上，上部斷層體系斷裂多為與邊界控盆大斷裂伴生斷裂組合，下部斷層體系發(fā)育早，活動期短，多發(fā)育多米諾斷階。

東海陸架盆地新生界地層斷裂受古新世—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了地層的沉積。其中最大的一條東部邊界大斷層是多個時期、相同性質(zhì)的斷層呈雁列狀排布。

東海陸架盆地新生界地層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。形成逆斷層有2 個原因：1）在正斷層的基礎(chǔ)上反轉(zhuǎn)形成的。2）在擠壓應(yīng)力場環(huán)境下新形成的逆沖斷層。