渤海遼東凸起北段斷裂特征及構(gòu)造演化恢復(fù)

柳嶼博，張金輝，王冰潔，何 京，王 鑫

（1.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 研究背景

遼東凸起位于渤海遼東灣探區(qū)東部，是構(gòu)成遼東灣“三凹兩凸”格局的二級(jí)構(gòu)造單元之一。受斷裂分割作用，遼東凸起可劃分為南、北兩段。南段是受控于遼中1 號(hào)大型走滑斷裂的單斷反轉(zhuǎn)凸起，面積約0.12×104km2；北段則是在西側(cè)遼中2 號(hào)斷層和東側(cè)遼東1號(hào)走滑斷層所夾持下發(fā)育形成大型凸起構(gòu)造，平面上整體呈菱形，面積約0.23×104km2。

遼東凸起北段勘探工作始于1990 年，經(jīng)過20 余年勘探，目前已在12 個(gè)構(gòu)造鉆探24 口探井，發(fā)現(xiàn)石油地質(zhì)儲(chǔ)量超過1×108m3。盡管多年來在該區(qū)進(jìn)行持續(xù)勘探投入，但受限于該區(qū)成藏條件的復(fù)雜性，仍缺少規(guī)模性發(fā)現(xiàn)，僅在最北部的錦州23 構(gòu)造區(qū)發(fā)現(xiàn)大中型油田。隨著渤?？碧匠潭鹊奶岣?，走向復(fù)雜勘探區(qū)成為必然，因而深化對(duì)遼東凸起北段的地質(zhì)研究工作，進(jìn)而打開這一地區(qū)的勘探局面就顯得愈發(fā)重要。

隨著遼東凸起北段的勘探緊迫性日趨加大，許多學(xué)者也開展了一系列研究工作，吳智平等（2015 年）[1]認(rèn)為遼東凸起北段的成因可以歸納為走滑雙重構(gòu)造模式；徐長(zhǎng)貴等（2015 年）[2]對(duì)遼東灣坳陷東部地區(qū)主干斷裂發(fā)育特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，并探討了研究區(qū)新生代走滑構(gòu)造系統(tǒng)與伸展構(gòu)造系統(tǒng)的疊加改造過程；任健等（2015 年）[3]結(jié)合磷灰石裂變徑跡分析結(jié)果，認(rèn)為遼東凸起北段新生代經(jīng)歷了孔店組沉積期末和東營(yíng)組沉積期末兩次構(gòu)造隆升過程；彭靖淞等（2015 年）[4]提出古遼中凹陷的存在，認(rèn)為遼東凸起北段是自東營(yíng)組沉積期以來的新凸起。上述學(xué)者的研究揭示了遼東凸起北段基本的構(gòu)造特征，頗具啟發(fā)意義，但也應(yīng)看到目前很多研究將遼東凸起北段看作一個(gè)整體討論其構(gòu)造演化，仍缺乏對(duì)遼東凸起北段不同構(gòu)造位置差異性的細(xì)化研究。而這一工作無疑對(duì)揭示遼東凸起北段成藏差異性十分重要，因此需要做更細(xì)致的討論。

2 遼東凸起北段基本地質(zhì)特征

遼東凸起位于渤海遼東灣坳陷東部，由于控制凸起發(fā)育的斷裂系統(tǒng)不一致，天然的將遼東凸起分為南、北兩段，其中，北段展布范圍顯著大于南段，構(gòu)造特征也更為復(fù)雜，既是低程度研究區(qū)，也是渤海重要的勘探潛力區(qū)。

平面上，為整體呈北東-南西走向的狹長(zhǎng)型凸起，凸起沿走向長(zhǎng)約90 km，寬約3～8 km，其中凸起寬度最大位置出現(xiàn)在中部，向南北兩端逐漸收窄。其東、西兩側(cè)分別被遼東1 號(hào)走滑斷層和遼中2 號(hào)斷層所限定，構(gòu)成分隔遼中凹陷和遼東凹陷的獨(dú)立凸起。剖面上，雖然凸起東西兩側(cè)都被大型斷層所限定，但兩側(cè)存在差異。受東側(cè)邊界遼東1 號(hào)斷層具有顯著走滑特征的影響，遼東凸起與東側(cè)的遼東凹陷以陡坡形式過渡；而在凸起的西側(cè)，大致以位于凸起中間位置的錦州27-2構(gòu)造為界，在南部，遼東凸起以緩坡斷階形式向遼中凹陷過渡。在北部，遼東凸起以陡坡斷階形式向遼中凹陷過渡。

遼中2 號(hào)斷層為分隔遼東凸起和遼中凹陷的邊界斷裂，是一條長(zhǎng)期活動(dòng)并且具有右旋走滑性質(zhì)的大型基底斷裂，整體由NNE 向NE 走向過渡的弱“S”形彎曲。自北向南遼中2 號(hào)斷層整體由陡直的走滑斷裂向相對(duì)較平緩的伸展-走滑斷裂過渡。需要指出的是，遼中2 號(hào)斷裂北段是遼中凹陷北次洼（下文簡(jiǎn)稱“遼中北洼”）的東側(cè)控邊斷裂。遼中北洼自古近紀(jì)以來就是下遼河坳陷的沉積沉降中心之一[5-10]，因而在這一區(qū)域遼中2 號(hào)斷層切割深度較大，斷裂下降盤一側(cè)沉積了巨厚的古近系，上升盤一側(cè)為遼東凸起，受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕作用只殘留了較薄的古近系。

遼東1 號(hào)斷層為遼東凸起北段的東側(cè)邊界斷裂，控制了呈“西斷東超”結(jié)構(gòu)的遼東凹陷的形成。該斷裂南起旅大12-2 南構(gòu)造，北至錦州23-2 構(gòu)造。斷裂走向?yàn)镹NE 向，平面上斷裂面較連續(xù)，只在局部發(fā)生弱彎曲。剖面上，遼東1 號(hào)斷層傾向SE 向，斷面較陡直，傾角范圍65°～80°，以發(fā)育花狀構(gòu)造為主，走滑斷裂特征明顯（見圖1）。

圖1 遼東凸起北段地層格架

3 遼東凸起北段分段性研究

3.1 遼東凸起北段可劃分為三個(gè)亞段

由于很多地質(zhì)體并非整一的剛性塊體，在同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中會(huì)表現(xiàn)為差異化的變形響應(yīng)，而分段性即是普遍存在的一類地質(zhì)現(xiàn)象。本次研究認(rèn)為，遼東凸起北段具有顯著的分段性，分別以錦州27-2 構(gòu)造和錦州23-1 構(gòu)造為分界點(diǎn)，自南向北可以劃分為南、中、北三個(gè)亞段（見圖2），每個(gè)亞段都具有各自的典型特征。

南亞段包括南起錦州32-4 構(gòu)造北至錦州27-2 構(gòu)造的范圍，凸起寬度自南向北逐漸收窄，該亞段的顯著特征是向遼中凹陷一側(cè)以緩坡形式過渡，且發(fā)育一系列與緩坡傾向一致的順向斷層，將構(gòu)造緩坡切分為斷階狀，本次研究將南亞段概括為“緩坡斷階帶”（見圖2（a））。在該段凸起主控?cái)鄬舆|中2 號(hào)斷層和遼東1 號(hào)斷層間距小甚至局部構(gòu)造位置直接搭接在一起，使得凸起寬度變小。

中亞段包括南起錦州27-2 構(gòu)造北至錦州23-1 構(gòu)造的范圍，在該亞段凸起自南向北同樣呈現(xiàn)出寬度變窄的特征。與南亞段對(duì)比，中亞段的顯著特征是以陡坡形式向遼中凹陷過渡，地層同樣呈階梯狀節(jié)節(jié)下掉，類似于伸展背景下發(fā)育的“多米諾構(gòu)造”，且地層陡傾變形強(qiáng)烈，局部地層傾角達(dá)80°，反映出較強(qiáng)的構(gòu)造應(yīng)力改造作用?？梢愿爬椤岸钙聰嚯A帶”（見圖2（b））。

北亞段包括錦州23-1 構(gòu)造以北的遼東凸起部分，該亞段的顯著特征是凸起東西兩側(cè)均為陡坡，且凸起寬度較穩(wěn)定，上述兩點(diǎn)與南、中亞段存在明顯不同，反映出東西側(cè)主干斷層的斷面穩(wěn)定發(fā)育，可以概括為“雙斷深洼帶”（見圖2（c）），目前遼東凸起北段最大的勘探發(fā)現(xiàn)就處于北亞段，因此凸起之上的新生界成藏潛力已經(jīng)得到勘探證實(shí)。

圖2 遼東凸起北段南、中、北三亞段構(gòu)造特征模式圖

3.2 南、中、北三個(gè)亞段構(gòu)造演化特征

遼東凸起總體呈現(xiàn)串珠狀，即凸起平面上連續(xù)性不強(qiáng)，為凸起分段提供了天然的依據(jù)。本次研究，針對(duì)凸起南、中、北段分別開展了構(gòu)造演化研究，力求通過構(gòu)造演化分析認(rèn)識(shí)各亞段差異性，同時(shí)作為遼東凸起的組成部分，三個(gè)亞段的演化過程也必然具有一致性。只有認(rèn)識(shí)到其差異性及一致性，才能對(duì)遼東凸起構(gòu)造特征有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

分析過南亞段中部的平衡剖面（見圖3（a）），可以看到在古新世-始新世早期遼東凸起南亞段還未形成，屬于東部膠遼隆起的西部斜坡帶，遼中2 號(hào)斷層分隔了這一斜坡帶和遼中凹陷。在始新世晚期即沙一二段沉積期，遼東1 號(hào)斷層首先在南亞段開始發(fā)育，使得受遼中2 號(hào)斷層和遼東1 號(hào)斷層所夾持的遼東凸起開始形成雛形。漸新世是渤海海域全區(qū)性的重要裂陷期，其裂陷作用在遼東凸起區(qū)也具有明顯響應(yīng)，表現(xiàn)為漸新世早期遼中凹陷快速沉降，東三段和東二段以發(fā)育中、深湖相沉積為主，隨著遼東1 號(hào)斷層走滑作用的增強(qiáng)，遼東凸起也進(jìn)入了主要發(fā)育時(shí)期。到了漸新世晚期，裂陷作用逐漸減弱，遼中凹陷沉積環(huán)境過渡為以扇三角洲和辮狀河三角洲沉積為主。在漸新世末期，遼東凸起和遼中凹陷發(fā)生了一次區(qū)域性整體抬升，剝蝕范圍大，裂陷作用隨之結(jié)束。進(jìn)入新近紀(jì)，發(fā)生全區(qū)性整體裂后熱沉降，盆地進(jìn)入坳陷沉積階段，以發(fā)育河流相沉積為主，遼東凸起之上沉積較厚的新近系。

與南亞段相比，中亞段在古新世-始新世早期遼東凸起即具有隆起背景，遼東凸起及其東側(cè)的遼東凹陷的雛形已經(jīng)形成。另一個(gè)區(qū)別是遼東1 號(hào)斷層在漸新世開始活動(dòng)，這一特征與區(qū)域上走滑活動(dòng)時(shí)間的背景相吻合，在遼東1 號(hào)斷層和遼中2 號(hào)斷層共同作用下遼東凸起逐漸發(fā)育成為一個(gè)寬緩?fù)蛊?，遼東1 號(hào)斷層對(duì)于沙河街組沒有顯著控制作用（見圖3（b））。

在反映北亞段構(gòu)造演化過程的平衡剖面中（見圖3（c）），可以觀察到在古新世-始新世遼東凸起是膠遼隆起的一部分，兩者沒有分隔開來，這一點(diǎn)與南亞段和中亞段顯著不同。正是由于在古新世-始新世遼東凸起作為膠遼隆起的一部分長(zhǎng)期出露，因而沒有沉積沙河街組。漸新世以來，隨著遼東1 號(hào)斷層的活動(dòng)遼東凸起作為一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造單元逐漸形成。在北亞段，遼東凸起寬度較窄且南北向?qū)挾确植挤€(wěn)定。

圖3 遼東凸起北段南（a）、中（b）、北（c）三亞段構(gòu)造演化平衡剖面圖

通過統(tǒng)計(jì)斷層活動(dòng)速率可以清晰刻畫斷層的活動(dòng)歷史，也能間接反映盆地的形成演化[11-16]（見圖4）。針對(duì)遼中2 號(hào)斷層和遼東1 號(hào)斷層的活動(dòng)速率分析表明，遼中2 號(hào)斷層自古新世（孔店組沉積期）即開始持續(xù)活動(dòng)，并存在2 個(gè)活動(dòng)速率高峰期，即沙三段和東三段，而這兩個(gè)沉積期也對(duì)應(yīng)了盆地發(fā)育的兩幕裂陷期，可見遼中2 號(hào)斷層作為分隔遼東凸起和遼中凹陷的邊界斷層對(duì)于盆地發(fā)育具有顯著控制作用。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，遼東1 號(hào)斷層自始新世晚期沙一、二段沉積期開始發(fā)育，存在的一個(gè)活動(dòng)速率高峰出現(xiàn)在東三段沉積期，究其原因認(rèn)為，自東營(yíng)組沉積期以來郯廬斷裂右旋走滑運(yùn)動(dòng)逐漸活躍，遼東1 號(hào)斷層作為郯廬斷裂在遼東灣地區(qū)的重要分支也發(fā)育強(qiáng)烈右旋走滑運(yùn)動(dòng)，這一運(yùn)動(dòng)的直接結(jié)果是控制了遼東凹陷的形成。

圖4 主干斷層活動(dòng)速率統(tǒng)計(jì)圖

3.3 遼東凸起構(gòu)造演化關(guān)鍵階段

平衡剖面從垂向上再現(xiàn)了遼東凸起的演化過程，而古地貌研究則能夠從平面上反映遼東凸起的隆升特征[17-21]。本次研究重點(diǎn)針對(duì)三個(gè)時(shí)期古地貌進(jìn)行了恢復(fù)，結(jié)果表明在孔店組-沙三段沉積期遼東凸起基本上與膠遼隆起為統(tǒng)一整體，只有在中部地區(qū)有早期隆起的雛形，遼東凸起所在位置表現(xiàn)為北部高南部低的古地貌特征。在沙一、二段沉積期遼東凸起與膠遼隆起逐步分離，其中遼東凸起中北亞段同步發(fā)育，而南亞段則發(fā)育為間隔發(fā)育的串珠狀小型凸起，在這一時(shí)期遼東凸起仍保持北高南低特征。在東三-東二下段沉積期遼東凸起持續(xù)隆升，逐步發(fā)育為一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造單元，與前兩個(gè)沉積期不同的是南亞段和中亞段隆升較高，而北亞段隆升則相對(duì)較低，反映出遼東1 號(hào)斷層在南部活動(dòng)較強(qiáng)，顯著塑造了凸起南部的發(fā)育，在該時(shí)期遼東凸起平面上呈現(xiàn)串珠狀。

綜合平衡剖面分析和古地貌分析結(jié)果，可以將遼東凸起形成演化歸納為6 個(gè)階段（見圖5）。第一階段為孔店組-沙三段沉積期，遼東凸起是膠遼隆起的一部分，古遼中凹陷范圍覆蓋了現(xiàn)今的遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷這一區(qū)域；第二階段為沙一、二段沉積期，遼東凸起開始從膠遼隆起上分離，遼東凸起發(fā)育雛形；第三階段為東三段沉積期，受郯廬斷裂整體發(fā)生強(qiáng)烈右旋走滑作用的影響，遼東1 號(hào)斷層顯著發(fā)育，遼東凸起在伸展-走滑作用下逐漸形成，遼東凸起將古遼中凹陷分隔為現(xiàn)今的遼中凹陷和遼東凹陷；第四階段為東二段沉積期，走滑作用進(jìn)一步增強(qiáng)，遼東凸起持續(xù)隆升，且串珠狀特征更為明顯；第五階段為東營(yíng)組沉積末期，發(fā)生區(qū)域性整體強(qiáng)隆升，從凸起到凹陷經(jīng)受全區(qū)性剝蝕過程；第六階段為新近紀(jì)以來，盆地進(jìn)入坳陷沉降階段，在古近系之上覆蓋較厚的河流相地層，遼東凸起發(fā)育定型。

圖5 遼東灣坳陷北部構(gòu)造演化模式圖

4 結(jié)論與討論

（1）遼東凸起北段是遼東灣坳陷重要的勘探潛力區(qū)，可以劃分為南、中、北三個(gè)亞段，基于對(duì)不同段盆地結(jié)構(gòu)和斷層發(fā)育特征的認(rèn)識(shí)，分別歸納為南亞段為緩坡斷階帶、中亞段為陡坡斷階帶、北亞段為雙斷深洼帶，三段既有顯著差異，又呈現(xiàn)一定的統(tǒng)一性。

（2）早期伸展-晚期走滑的疊加應(yīng)力背景控制了遼東凸起北段形成演化?？梢詫⒀芯繀^(qū)演化劃分為3 個(gè)演化階段，細(xì)分為6 個(gè)關(guān)鍵演化時(shí)期。分別為古新世-漸新世早期伸展構(gòu)造階段、漸新世中-晚期走滑斜向拉分階段和中新世以來的披覆構(gòu)造階段。