渤海灣沙北地區(qū)盆地結構構造及其演化分析

陳樹光 ,任建業(yè)辛云路張建麗吳 峰

( 1.中國地質大學(武漢)資源學院,構造與油氣資源教育部重點實驗室,湖北 武漢 430074;2.中國石油華北油田地球物理勘探研究院，河北 任丘 062552)

渤海灣盆地是中國重要的油氣產區(qū),其盆地構造演化特征及形成機制備受關注(陳發(fā)景和汪新文,1997;侯貴廷等,1998,2001;Allen et al.,1997,1998;任建業(yè)等,2010;Qi and Yang,2010;童亨茂等,2013)。由于沙北地區(qū)處于中石油和中海油礦區(qū)的鄰接部位,因此,以往的地質研究程度不高。但是,該區(qū)不論是前新生代的逆沖構造,還是古近紀發(fā)生的應力場轉化和盆地形成機制以及新近紀的共軛走滑斷裂體系的發(fā)育,都是渤中坳陷乃至整個渤海灣盆地的典型代表,也是本文研究的重點。因此本研究不論對渤海灣盆地的發(fā)育演化過程及形成機制的認識還是對本區(qū)的石油勘探都將具有重要意義。

1 區(qū)域地質概況

沙北地區(qū)處于南堡凹陷和渤中凹陷兩個典型富生烴凹陷之間的鞍狀過渡區(qū),其西南和東北分別與沙壘田凸起和石臼坨凸起相接(圖1),地理位置獨特。根據(jù)李淑玲等(2014)對華北地區(qū)的研究,沙北地區(qū)大體上處于燕山基底和魯西基底的過渡部位,主要為太古宙和古元古代時期形成的地臺結晶基底?；字习l(fā)育了古生界和中生界。由于受到印支運動的影響,發(fā)育了印支期逆沖構造體系,該逆沖構造體系對新生代盆地的形成演化產生了重要影響。盆地新生界包括古近系的沙河街組(Es3-Es1)和東營組(Ed),以及新近系的館陶組(Ng)、明化鎮(zhèn)組(Nm)和第四系(Q)(圖2)。

2 盆地結構構造與斷裂體系特征

2.1 盆地前新生代構造界面厘定

圖1 沙北地區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical location of the Shabei area

研究區(qū)北部鄰區(qū)Pgx2井和Pgx1井的標定結果表明(圖3),在盆地基底太古宇之上發(fā)育一套中–強振幅、中等連續(xù)性、與下伏地層不整合接觸的古生代寒武紀地層。在盆地內部,根據(jù) 5-5X井和 6-2X井鉆遇的中生界所測同位素年齡以及古生物分析,表明為侏羅紀–白堊紀地層,該套地層在地震剖面上表現(xiàn)為中–弱振幅,中–差連續(xù)性,同時對下伏地層具有較為明顯的削截特征。由于前新生代地層在研究區(qū)及鄰區(qū)地震反射特征相似、結構相同,根據(jù)井–震標定結果,最終在地震上識別、追蹤了研究區(qū)古生界底界面Tg2和中生界底界面TG。結合前人對華北地區(qū)中生代構造演化的區(qū)域動力學背景研究,印支期由于受到華南板塊對華北板塊的碰撞造成的南北向擠壓,產生了近EW向展布的褶皺-逆沖構造系。而燕山期由于受到太平洋板塊的俯沖作用,發(fā)育 NE或 NNE向展布的褶皺–逆沖構造系(趙越等,1994;周立宏等,2003;吳智平等,2007)。同時,從研究區(qū)地震解釋結果來看,逆沖構造發(fā)生在中生代(侏羅紀–白堊紀)之前,展布方向為近 EW 或 NWW向。因此,認為研究區(qū)逆沖構造應發(fā)生在印支期。

2.2 盆地前新生代構造特征

利用3D地震剖面的精細地質構造解釋,在盆地前新生代識別出了逆沖構造系,確定了逆沖構造的兩種表現(xiàn)型式,即逆沖反轉構造和逆沖未反轉構造。

2.2.1 逆沖反轉構造

根據(jù)地層結構特征,認為石南 1號和石南 3號控盆斷層在早期發(fā)育了逆沖反轉構造,該逆沖反轉斷層的平面展布為NNE凸向的弧形展布形態(tài)(圖1)。根據(jù)垂直斷層不同區(qū)段(方向)的3D地震剖面的精細解釋(圖4),發(fā)現(xiàn)其地層結構在斷陷期的半地塹盆地中,中、新生界具有從緩坡隆起區(qū)向盆地沉降中心增厚的趨勢,而深部的古生界則表現(xiàn)為向盆地沉降中心減薄,即在半地塹盆地中,中、新生界在靠近控盆斷層處表現(xiàn)為逐漸增厚,而古生界在靠近控盆斷層的方向,厚度顯著減薄,甚至呈尖滅狀,即所謂“負向結構”。任建業(yè)等(2009)認為“負向結構”是識別印支期逆沖斷層的重要地層結構標志。這種結構在濟陽坳陷和黃驊坳陷等盆地中廣泛發(fā)育,據(jù)此識別了大量印支期逆沖構造(譚明友等,1996;汪澤成等,1998;宗國洪等,1999;雷超等,2008;任建業(yè)等,2009)。

圖2 沙北地區(qū)地層發(fā)育特征及演化過程Fig.2 Stratigraphy and evolution of the Shabei area

圖3 盆地前新生代層序界面的井震標定Fig.3 Well-seismic calibration of the pre-Cenozoic sequence boundary of the basin

圖4 渤中西次洼逆沖負反轉構造地震剖面解釋圖(平面位置及斷層展布見圖1)Fig.4 Profiles of seismic interpretation of the negative inversion thrust structures in the Bozhong West Sub-sag(location and fault distribution shown in Fig.1)

2.2.2 逆沖未反轉構造

沙北地區(qū)中生代除了發(fā)育逆沖反轉構造外,在垂直4號構造帶的NE向地震剖面深層還可以識別出中生代的逆沖未反轉構造,其平面展布從南端6-1X井處向NW方向延伸至Pgx1井(圖1)。從圖5地震剖面上來看,在 4號構造帶東側深部古生界和中生界中發(fā)育一東緩西陡的背斜,而在 4號構造帶西側深部的古生界和中生界中則發(fā)育一西緩東陡的不對稱向斜,二者之間發(fā)育一條向北東中等傾斜的逆沖斷層,該斷層導致卷入東側背斜的老地層逆沖到西側向斜之上,逆沖斷層的前端被后期發(fā)育的新近紀的花狀構造切割。同時在沙東北斜坡帶的深部,沙河街組之下發(fā)育兩條逆沖斷層(圖5,EE′),這兩條逆沖斷層由西向東逆沖,靠西側的一條上盤為前寒武系逆沖到古生界之上,其前端被新近紀發(fā)育的走滑正斷層削截切割;而靠剖面中部的逆沖斷層其上盤保留了較厚的古生界,但可以觀察到前寒武系與古生界的逆沖接觸關系,該斷層的前端被沙河街組底界面削截。結合渤海灣盆地區(qū)域構造背景及其這些斷層 NW 向展布特征所體現(xiàn)的區(qū)域構造應力場,推斷這些逆沖斷層屬于中生代區(qū)域擠壓背景下發(fā)育的逆沖構造,特別是東側的逆沖斷層,逆沖到了古生界之上,并由此形成了新生代的古潛山,并對新生界的發(fā)育產生重要影響。

圖5 沙北地區(qū)逆沖未反轉構造地震剖面解釋圖(平面位置見圖1)Fig.5 Profiles of seismic interpretation of the non-negative inversion thrust structures in the Shabei area

2.3 盆地新生代結構構造特征

沙北地區(qū)新生代經歷了從斷陷盆地到坳陷盆地的演化過程,其中斷陷期盆地結構構造較為復雜,從西北部到東南部盆地結構存在明顯差異。

沙北地區(qū)西北部盆地的基本構造格架表現(xiàn)為地塹式結構,南部邊界為沙北斷層,北部邊界為石南 1號(柏各莊)斷層,這兩條控盆斷層控制了古近紀沙河街組–東營組沉積時期的盆地邊界。在盆地內部,發(fā)育的NW向4號斷層控制了曹妃甸次洼的沉積,因此,4號斷層將盆地內部地塹結構更加復雜化,由沙北斷層和石南1號斷層NW段作為邊界的地塹演變成了一個由東北側的石南1號斷層控制的半地塹和由沙北斷層與4號斷層控制的地塹組合而成的復式地塹結構。

沙北地區(qū)中部和東南部盆地結構表現(xiàn)為北東斷南西超的半地塹(圖4、5)?？傮w上由石南 1號斷層控制的沙河街組和東營組,向西南部延伸,超覆在沙東北緩坡帶上,形成一個大的半地塹盆地。但由于盆地內部發(fā)育NW向的4號斷層,控制了古近紀沙東北小次洼的沉積,從而使半地塹復雜化,變成了由石南斷層控制的石南小次洼半地塹和由 4號斷層控制的沙東北小次洼半地塹復合成一個復式半地塹結構。新近紀時期邊界斷裂的繼承式活動和區(qū)域性走滑斷裂帶的形成導致盆地內部構造進一步復雜化,邊界斷層面附近可見顯示扭動性質的典型特征“窄向斜”,盆地內走滑斷裂以負花狀構造為特征。這些走滑斷層大多近陡直,但是延伸到基底隆起帶之上常受到隆起地形的控制而沿斜坡順向滑動消失,在沙東北斜坡帶地層較薄的部位可切穿基底,并在沙東北斜坡帶形成東傾的小臺階。

2.4 盆地斷裂體系特征

以上盆地結構的形成,主要受研究區(qū)發(fā)育的不同時代的4套斷裂體系控制(圖6)。最早的一套是中生代印支期的逆沖斷裂體系,可分為兩類,一類是發(fā)生了負反轉的逆沖斷層,這類斷層典型特征表現(xiàn)為“負向結構”,主要分布在研究區(qū)東部;另一類是目前在地震剖面上仍然可清晰地識別的逆沖斷層,主要發(fā)育在 4號構造帶和沙東北斜坡帶的深部。4號構造帶深部的逆沖斷層表現(xiàn)為由北東向南西逆沖,并成為4號構造帶深部潛山內幕結構的主要構造要素。沙東北斜坡帶深部的逆沖斷層表現(xiàn)為由南西向北東逆沖,有時可見兩條相同幾何學和運動學的逆沖斷層組合成疊瓦狀逆沖斷層系。這兩套不同逆沖方向的逆沖斷層的對接部位在沙東北小次洼的深層,構造上表現(xiàn)為所謂的“變形三角區(qū)”。

圖6 沙北地區(qū)斷裂體系及所控制的盆地結構模式圖Fig.6 Model for the fault systems and basin structures of the Shabei area

古近紀活動的斷裂系統(tǒng)主要為沙北斷層、石南1號斷層以及4號斷層,并控制了該時期的沉積。在沙河街時期,沙北斷層和石南 1號斷層的活動主要集中在北東區(qū)段;東營時期,這兩條斷層控制的沉積中心呈近EW向展布(圖7),而NW向的4號斷層為調節(jié)區(qū)域應力平衡發(fā)育的轉換斷裂。因此,認為沙河街組主要是受 NE向正斷層控制,而東營組則主要受EW向斷層的控制。

新近紀斷裂是研究區(qū)最顯著、發(fā)育最普遍的斷裂構造,平面上表現(xiàn)為大型的 NW 和 NE向走滑斷裂帶組合而成的共軛斷裂系,其剖面形態(tài)表現(xiàn)為典型的負花狀構造。

圖7 沙北地區(qū)新生代不同時期地層沉積厚度、構造格架及應力分析Fig.7 Plots showing the thickness of sedimentation,tectonic framework,and stress analysis of the strata in different Cenozoic stages of the Shabei area

3 盆地構造演化過程分析

3.1 新生代盆地古構造格架

在新生代,渤海灣盆地海域部分裂陷期通常劃分為4個裂陷幕,即孔店組為裂陷I幕,沙四段為裂陷 II幕,沙三段為裂陷 III幕,沙二段–東營組為裂陷IV幕。而沙北地區(qū)同樣屬于海域部分,情況卻較為特殊,缺失孔店組–沙四段,沙二、沙三地層分布局限,沙一段地層分布較為廣闊,但厚度較薄。根據(jù)現(xiàn)有地震資料,很難將沙三段和沙一二段分開,而東營組底界面地震反射卻非常清楚,故從實際資料及勘探開發(fā)的實際需要出發(fā),將沙北地區(qū)古近系劃分為 2個裂陷幕,即沙三段–沙一段(統(tǒng)稱為沙河街組)為裂陷 I幕,東營組為裂陷 II幕。同時,根據(jù)盆地裂后期沉降速率特點,從明上段開始,沉降速率明顯增強,這一點與前人研究的裂后期熱沉降過程呈冪指數(shù)衰減的特征完全不同(Mckenzie,1978),反映了裂后期異常加速沉降過程。因此,將裂后期劃分為熱沉降幕(館陶–明下段,Ng-N1m2)和加速沉降幕(明上段–第四系,N2m1-Q)。

根據(jù)沙北地區(qū)新生代不同時期地層的沉積厚度、控盆斷裂體系特征以及典型剖面構造演化模擬結果,恢復了研究區(qū)新生代的古構造格架(圖7)。

裂陷 I幕(沙河街組):研究區(qū)整體來看,石南 1號斷層的NE區(qū)段、沙北斷層以及4號斷層北段具中等強度的活動,并控制了相應區(qū)段上盤的沉降中心,分布在盆地的東西兩端。而盆地中部的大部分地區(qū),構造活動非常微弱,地層沉積較薄,從而形成了東西低,中間高的古構造格局。

裂陷 II幕(東營組):該時期是研究區(qū)構造活動最強烈的時期,沙北斷層、4號斷層、石南1號斷層以及沙北斷層向東的延伸斷層均具有比較強烈的活動,分別控制了曹妃甸次洼、沙東北小次洼以及渤中西次洼,同時這些次洼代表了該時期的三個沉降中心。所以整體上來看,該時期盆地內部表現(xiàn)為“三洼夾一凸”的構造格局。三洼指曹妃甸次洼、沙東北小次洼和渤中西次洼;一凸指 4號構造帶,其深層的逆沖斷層是盆地內部古近紀存在盆內低隆起的重要因素。

熱沉降幕(館陶–明下段):從該時期開始,盆地進入坳陷階段。在館陶組沉積早期,沙北斷層有一定的活動量,控制了館陶早期曹妃甸次洼的沉積,盆內其他斷層活動非常微弱,同時沙壘田凸起和石臼坨凸起開始接受沉積。所以,該時期沉積范圍顯著擴大,形成了盆內幾個次洼連成一片的構造格局。

加速沉降幕(明上段–第四系):該時期沙北斷層和 4號斷層北段具有較為顯著的活動,其斷層古落差達到 350～500 m。從沉積厚度、斷層活動性以及沉降史模擬來看,該時期盆地不同部位沉降速度表現(xiàn)不同,總體上繼承了古近紀的構造格局,在曹妃甸次洼和渤中西次洼沉降速度較快,形成了兩個較大的沉降中心,而沙壘田凸起、石臼坨凸起以及 4號構造帶沉降速度較慢,沉積厚度較薄。

3.2 盆地構造形成演化分析

在盆地構造層分析、斷裂體系特征、古構造格架等綜合研究的基礎上建立了研究區(qū)構造演化模式,在縱向上將本區(qū)劃分了四期構造演化階段(圖8)。

(1)中生代擠壓剝蝕階段。區(qū)域研究表明(漆家福等,2003;吳智平等,2003),印支運動期間華北板塊和揚子板塊碰撞所產生的區(qū)域性近南北向擠壓作用導致古生界及之前地層發(fā)生逆沖褶皺并抬升剝蝕。在研究區(qū),不論是逆沖反轉構造還是逆沖未反轉構造,其逆沖方向都有從 SSW向NNE逆沖的特點。根據(jù)鉆井和地震資料解釋發(fā)現(xiàn),研究區(qū)在中生界印支期之后,發(fā)育了 NW 向斷陷盆地,并沉積了較厚的中生界,圖3、圖4(AA′)、圖5(GG′)等地震剖面均揭示了這一點,這與前人認為中生代發(fā)育 NW向渤海斷塹系的認識是一致的(侯貴廷等,2001)。到白堊紀末期,燕山運動導致的區(qū)域抬升剝蝕形成了本區(qū)新生界底界面。

圖8 沙北地區(qū)構造形成演化模式Fig.8 Formation and evolution model of the structures in the Shabei area

(2)沙河街組NW-SE向拉伸階段。該時期為沙北地區(qū)的初始裂陷期,根據(jù)地層沉積厚度、斷層活動性、以及沉降史模擬,沙河街組的沉降中心有兩個,分別是近 EW 向的沙北斷層控制的曹妃甸次洼以及石南 1號斷層北東段控制的渤西次洼,沉降中心整體上呈NE或NEE向,沉積厚度達1000 m以上。鉆井揭示,其中沙三的貢獻最大,沙一次之,沙二最薄。區(qū)域研究結果也表明,沙三時期斷裂活動最強,沉積最厚;沙二時期渤海灣整體處于斷陷活動的平靜期,湖盆范圍顯著收縮,湖平面下降;到沙一時期,湖平面上升,構造活動增強,但沉積厚度和控盆斷層活動性卻不及沙三,同時其頂界面存在較嚴重削截現(xiàn)象,說明沙一晚期湖平面再次出現(xiàn)短暫的下降。整體上,該裂陷幕表現(xiàn)為斷裂活動性由強到弱,湖平面變化由上升到下降的趨勢。從該裂陷幕主要活動斷層的正斷層性質、延伸方向以及沉降中心展布判斷,該時期應力場方向應為NW-SE向伸展。

(3)東營組近SN向拉伸階段。在經歷了裂陷I幕末期短暫的湖平面下降以及構造平靜期后,東三–東二時期,沙北地區(qū)再次進入強烈的裂陷階段。從古構造格架圖(圖7)上可以看出,該時期的沉降中心依然繼承了裂陷I幕的特點,不過,由石南1號斷層控制的東部沉降中心得到了顯著擴張,發(fā)育在古潛山上的4號構造帶南部地區(qū)已明顯發(fā)生了同步沉降,4號斷層南段具有中等到弱強度的活動性,對沙東北小次洼等次級沉降中心具有一定的控制作用。4號構造帶北部地區(qū)具有中–強強度的活動性,與沙北斷層一起對曹妃甸次洼具有較強的控制作用。從斷層活動性和沉積厚度圖(圖7)上可看出,近EW向的沙北斷層和石南1號的NEE-EW-NWW段活動性較強,沉積厚度較大,達2000 m左右,而石南1號斷層的 NNW 段活動性卻很弱,其控制的沉積厚度也較薄,僅 600 m左右,作者認為這與區(qū)域應力場方向為SN向伸展有關。

(4)新近紀熱沉降與共軛走滑階段。在經歷了東營期末區(qū)域擠壓抬升、剝蝕后,沙北地區(qū)開始進入裂后熱沉降階段。整體上,館陶組的沉降速率最低,平均在40 m/Ma,明下段開始增強,達到60 m/Ma。但是從明上段開始,研究區(qū)開始快速沉降,其沉降速率最大達到了 140 m/Ma(圖2),明顯快于熱沉降幕,因此,研究區(qū)裂后熱沉降階段的演化不是一般意義上的沉降速率銳減的過程,而是不斷增強的演化過程。此外,盆地進入新近紀以來,沙北斷層及其向東的延伸部分與 4號構造帶形成了典型的共軛走滑斷裂體系(圖9),在主干斷層的旁側,發(fā)育一系列雁列式排列的近 EW 向展布的小斷層,這與郯廬斷裂帶的持續(xù)右旋走滑作用是分不開的。

圖9 沙北地區(qū)新近紀共軛走滑平面圖、應力分析(a)及剖面花狀構造(b)圖Fig.9 Map showing the conjugated Neogene strike-slips (a)and seismic profile of the structures (b)in the Shabei area

4 新生代構造演化機制探討

沙北地區(qū)處于渤海灣盆地的中北部,地理位置獨特,構造演化過程復雜,其形成機制與渤海灣盆地密不可分,長期以來人們對于渤海灣盆地的形成演化機制存在不同的認識。主要有以下三種觀點:(1)認為渤海灣盆地是一個伸展盆地,以伸展作用為主(陸克政等,1997;周建勛和周建生,2006;童亨茂等,2013);(2)認為渤海灣盆地是一個伸展走滑盆地,伸展構造和走滑構造是兩個相對獨立、相互關聯(lián)的新生代構造系統(tǒng),強調伸展構造和走滑構造在不同時期其側重點不同(漆家福,2004;Qi and Yang,2010);(3)認為渤海灣盆地是一個新生代走滑拉分盆地(Allen et al.,1998;侯貴廷等,2001;任建業(yè)等,2010)。同時,每種觀點內部不同學者認識也不盡相同。比如,陸克政等強調NW-SE向伸展作用;周建勛等則認為是 SN向伸展起主導作用;童亨茂等則認為是兩期伸展斜向疊加的構造作用模式(40 Ma前,NW-SE方向伸展;40 Ma后,SN方向伸展)。從本文研究看,盡管童亨茂等主張的兩期伸展疊加模式符合應力場變化前后的伸展作用,但其應力場性質僅強調伸展作用,而忽視了走滑作用的影響。另外對走滑拉分盆地的認識,同樣有差別。侯貴廷等認為渤海灣盆地為始新世形成的典型走滑拉分盆地,而Allen等和任建業(yè)等則認為是斜向走滑拉分盆地。從以上分析看,爭議的焦點應是走滑作用是否對盆地的形成演化有影響,以及是如何影響的？

從整個渤海灣盆地的中、新生代構造演化來看,中生界沉積時期,伊佐奈岐板塊開始出現(xiàn)在中國東部,并以正北斜向高速俯沖于歐亞板塊之下(Engebretson et al.,1985;Maruyama et al.,1997),此時伊佐奈岐板塊與歐亞板塊邊界相互作用力傳遞到板內產生的區(qū)域應力場使 NNE走向的郯廬斷裂帶發(fā)生大規(guī)模左旋走滑活動(Xu and Zhu,1994;朱光等,2003),其東側地層發(fā)生大規(guī)模北移,其西側地層在走滑壓扭作用的強摩擦力影響下發(fā)生了NE-SW 向的斷陷活動,同時,通過對渤海灣盆地巖石圈厚度研究發(fā)現(xiàn),中生代華北板塊根部丟失了120 km的深部物質,致使地幔上涌和巖石圈快速減薄(Menzies et al,1993;翟明國等,2003)。以上因素均可能促使郯廬斷裂帶西側自北向南發(fā)育三組 NW向斷塹系(侯貴廷等,2001),亦即沙北地區(qū)中生代發(fā)育NW向斷陷盆地的重要因素。到孔店組–沙四段時期,太平洋板塊開始出現(xiàn)在中國東部,其對歐亞大陸的俯沖速度較先前伊佐奈岐板塊顯著下降,且在其俯沖后撤作用下,軟流圈上涌,地殼減薄(圖10a),且在新生代地層沉積前,渤海灣盆地發(fā)育了大規(guī)模的火山活動(周建國,2006),接著在盆地四周發(fā)生裂陷作用,而盆地中心部位(如渤中坳陷)并沒有發(fā)生裂陷作用。故根據(jù)裂谷作用和熱穹窿火山活動的相對時間,來判斷主動或被動裂谷的原則(Sengor and Burke,1978),渤海灣盆地新生代應是一種主動裂谷的發(fā)育模式(周建國,2006),這應是解釋沙北地區(qū)新生代早期不發(fā)育該套地層的原因所在。

圖10 渤海灣盆地新生代構造演化動力學背景Fig.10 Dynamic settings for the Cenozoic tectonic evolution in the Bohai Gulf Basin

到沙三時期(42 Ma),太平洋板塊的俯沖方向由NNW向突然變成了NWW向(朱光等,2003;Ren et al.,2002),同時該時期印度板塊與歐亞板塊發(fā)生了硬碰撞,其遠程效應可以影響到渤海灣盆地甚至中國東北盆地群(劉池洋等,2009;楊承志等,2014),正是在上述動力學背景下,導致渤海灣盆地東部的郯廬斷裂帶和西部的蘭聊斷裂帶均開始發(fā)生右旋走滑活動(漆家福等,2008;祁鵬等,2010),且兩條大型走滑構造帶所控制和影響的盆地的沉降中心分別沿著走滑帶向南(渤中坳陷)、北(黃驊坳陷中北部)方向遷移,處在東西兩條走滑帶的中間部位(如研究區(qū))則影響較弱,沉積較薄,說明兩條斷裂帶疊合部位的相互作用力還處于初始階段。到東營時期(32 Ma以后),NNE向的郯廬斷裂帶和蘭聊斷裂帶發(fā)生了較為強烈的右旋走滑活動,且兩條走滑帶之間的疊合部位相互作用力明顯增強,進而在疊合區(qū)域產生了近SN向的伸展作用(韓會軍和鄭德順,2007;祁鵬等,2010),并開始發(fā)育大量的EW向斷層(圖7),同時盆地沉降中心由早期的多個演變成一個(渤中坳陷),表現(xiàn)出較為典型的走滑拉分盆地的特征。但從渤海灣盆地形成的動力學角度看,太平洋板塊的俯沖后撤以及軟流圈物質的上涌(圖10)仍是盆地發(fā)生斷陷活動的直接因素,板塊之間相互作用導致的深大斷裂走滑作用控制并影響了斷陷盆地的走向以及斷裂體系的展布方向,所以,從東營時期開始(有些地區(qū)是沙一段),渤海灣盆地應是在裂陷伸展作用下形成的斜向走滑拉分盆地。

新近紀以來,太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖偏轉到正西或南西西向,使NNE向郯廬斷裂帶和蘭聊斷裂帶持續(xù)發(fā)生著右旋走滑活動(童亨茂等,2008),從而夾在兩條走滑斷裂帶之間的重疊區(qū)域持續(xù)產生近南北向的伸展作用力,這是包括研究區(qū)在內的多個坳陷在新近紀均產生近EW向小斷裂的重要原因(圖7)。同時,在南北向伸展作用力下,在沙壘田凸起上以及沙北斷層及其東部的南傾斷層發(fā)生了右旋走滑活動,NW向4號斷層作為區(qū)域應力調節(jié)斷裂,發(fā)生了相應的左旋走滑活動,并由此產生了 NW 和NE向區(qū)域性的共軛走滑斷裂系(圖9)。此外,從明上段開始(5.1 Ma),印度板塊與歐亞板塊的碰撞使喜馬拉雅山快速隆升,其引起的遠程效應及其地幔物質的向東流動可能是導致渤海灣盆地發(fā)生加速熱沉降的重要因素。

5 結 論

(1)在渤海灣盆地沙北地區(qū)基底內識別出了印支期逆沖構造系,確定了中生代逆沖構造存在負反轉型和未反轉型兩種表現(xiàn)型式。其中,負反轉型構造形成了中生代 NW 向斷陷盆地,未反轉型逆沖構造形成了古潛山,并可能成為中生代油氣勘探的有利部位。

(2)研究了沙北地區(qū)盆地結構和斷裂體系特征,識別出了盆地中、新生代發(fā)育的四期斷裂體系,并控制了盆地四個構造演化階段,即中生代的擠壓剝蝕、沙河街時期NW-SE向伸展、東營時期近SN向伸展以及新近紀的熱沉降和共軛走滑階段。

(3)通過對渤海灣盆地沙北地區(qū)構造演化過程的研究,揭示了渤海灣盆地新生代東營組(由于應力傳遞的滯后作用,有些地區(qū)是沙一段)底界面是構造應力場發(fā)生顯著變化的節(jié)點,認為該節(jié)點是渤海灣盆地形成斜向走滑拉分盆地的起點。

(4)探討了盆地不同時期構造演化過程的動力學背景,認為地幔物質的上拱導致的地殼減薄是中、新生代斷陷盆地形成的直接因素,板塊之間的重組事件導致的盆地走滑作用是控制斷陷盆地走向及斷裂體系展布方向的重要因素。新近紀發(fā)育的NW和NE向共軛走滑斷裂系,是在持續(xù)右旋走滑作用下,產生的近南北向伸展作用的背景下發(fā)生的。

致謝:感謝中國石油大學(華東)陳清華教授和另一位匿名外審專家以及中國地質大學(武漢)佟殿君老師、雷超老師對本文提出的寶貴修改意見,使本文的深度和質量有了較大提高。

陳發(fā)景,汪新文.1997.中國中、新生代含油氣盆地成因類型、構造體系及地球動力學模式.現(xiàn)代地質,11(4):409–524.

韓會軍,鄭德順.2007.濟陽坳陷東西部構造單元中-新生代斷裂特征對比及其控制因素.油氣地質與采收率,14(3):12–15.

侯貴廷,錢祥麟,蔡東升.2001.渤海灣盆地中、新生代構造演化研究.北京大學學報:自然科學版,37(6):845–851.

侯貴廷,錢祥麟,宋新民.1998.渤海灣盆地形成機制研究.北京大學學報:自然科學版,34(4):503–509.

李淑玲,Yaoguo Li,孟小紅,付立新.2014.黃驊坳陷橫向構造轉換帶與基底三分結構的重磁證據(jù).地球物理學報,57 (2):546–555.

雷超,任建業(yè),吳梅蓮,祁鵬,胡德勝.2008.濟陽坳陷孤西負反轉斷層形成演化定量研究及其油氣地質意義.大地構造與成礦學,32(4):462–469.

劉池洋,趙紅格,張參,王建強.2009.青藏-喜馬拉雅構造域演化的轉折時期.地學前緣,16(4):1-12.

陸克政,漆家福,戴俊生,楊橋,童亨茂.1997.渤海灣新生代含油氣盆地構造模式.北京:地質出版社:197-207.

漆家福.2004.渤海灣新生代盆地的兩種構造系統(tǒng)及其成因解釋.中國地質,31(1):15–22.

漆家福,鄧榮敬,周心懷,張克鑫．2008.渤海海域新生代盆地中的郯廬斷裂帶構造．中國科學(D輯),38(增刊):19–29.

漆家福,于福生,陸克政,周建勛,王子煜,楊橋.2003.渤海灣地區(qū)的中生代盆地構造概論.地學前緣,10(特刊):199–206.

祁鵬,任建業(yè),盧剛臣,史雙雙,佟殿君,張俊霞.2010．渤海灣盆地黃驊坳陷中北區(qū)新生代幕式沉降過程．地球科學——中國地質大學學報,35(6):1041–1052．

任建業(yè),李思田.2000.西太平洋邊緣海盆地的擴張過程和動力學背景.地學前緣,7(3):203-213.

任建業(yè),廖前進,盧剛臣,付立新,周江羽,祁鵬,史雙雙.2010.黃驊坳陷構造變形格局與演化過程分析.大地構造與成礦學,34(4):461–472.

任建業(yè),于建國,張俊霞.2009.濟陽坳陷深層構造及其對中新生代盆地發(fā)育的控制作用.地學前緣,16(4):117–137.

譚明友,邴進營,金學新,張日華.1996.山東北部濱海地區(qū)負反轉斷層及古生界負反轉結構成因分析.石油地球物理勘探,31(6):844–850.

田克勤,于志海,馮明,楊池銀,廖前進,周建生,孫曉明等.2000.渤海灣盆地下第三系深層油氣地質與勘探.北京:石油工業(yè)出版社:100–107.

童亨茂,宓榮三,于天才,劉寶鴻,孟令箭,楊景勇.2008.渤海灣盆地遼河西部凹陷的走滑構造作用.地質學報,82(8):1017–1026.

童亨茂,趙寶銀,曹哲,劉國璽,頓小妹,趙丹.2013.渤海灣盆地南堡凹陷斷裂系統(tǒng)成因的構造解析.地質學報,87(11):1647–1661.

汪澤成,劉和甫,段周芳,王紅巖.1998.黃驊坳陷中新生代構造負反轉分析.地球科學——中國地質大學學報,23(3):289–293.

吳智平,李偉,任擁軍,林暢松．2003．濟陽坳陷中生代盆地演化及其與新生代盆地疊合關系探討地質學報,77(2):280–286.

吳智平,侯旭波,李偉.2007.華北東部地區(qū)中生代盆地格局及演化過程探討.大地構造與成礦學,31(4):385–399.

楊承志,任建業(yè),張振宇,張俊霞.2014.方正斷陷新生代結構構造及其演化分析.大地構造與成礦學,38(2):388–397.

翟明國,朱日祥,劉建明,孟慶任,侯泉林,胡圣標,李忠,張宏福,劉偉.2003.華北東部中生代構造體制轉折的關鍵時限.中國科學(D輯),33(10):913–920.

趙越,楊振宇,馬醒華.1994.東亞大地構造發(fā)展的重要轉折.地質科學,29(2):105–118.

周建國.2006.濟陽–昌濰坳陷早新生代原型盆地分析及構造熱演化特征研究.廣州:中國科學院廣州地球化學研究所博士學位論文.

周建勛,周建生.2006.渤海灣盆地新生代構造變形機制:物理模擬和討論.中國科學(D輯),36(6):507–619

周立宏,李三中,劉建忠.2003.渤海灣盆地區(qū)前第三系構造演化與潛山油氣成藏模式.北京:中國科學技術出版社:59–77.

朱光,劉國生,牛漫蘭,宋傳中,王道軒.2003.郯廬斷裂帶的平移運動與成因．地質通報,22(3):200–207.

宗國洪,肖煥欽,李常寶,施央審,王良書.1999.濟陽坳陷構造演化及其大地構造意義.高校地質學報,5(3):275–282.

Allen M B,Macdonald D I M,Zhao X,Vincent S J and Brouetmenzies C.1997.Early Cenozoic two-phase extension and late Cenozoic thermal subsidence and inversion of the Bohai Basin,northern China.Marine and Petroleum Geology,14(7-8):951–972.

Allen M B,Macdonald D I M,Zhao X,Vincent S J and Brouetmenzies C.1998.Transtensional deformation in the evolution of the Bohai Basin,northern China //Holdsworth RE,Strachan R A and Dewey J E.Continental Transpressional and Transtensional Tectonics.Geological Society,London,Special Publications,135:215–229.

Engebretson D C,Cox A and Gordon R G.1985.Relative motions between oceanic and continental plates in the Pacific Basin.Geological Society of America Special Paper,206:59.

Maruyama S,Isozaki Y,Kimura G and Terabayashi M.1997.Paleogeographic maps of the Japanese Islands:Plate tectonic synthesis from 750 Ma to the present.Island Arc,6:121–142.

Mckenzie D.1978.Some remarks on the development of sedimentary basin.Earth and Planetary Science Letters,48(1):25–32.doi:10.1016/0012-821X(78)90071-7.

Menzies M A,Fan W M,Zhang M.1993.Palaeozoic and Cenozoic lithoprobes and the loss of >120 km Archean lithosphere,Sino-Korean craton,China.Geological Society,London,Special Publication,76:71–81.

Qi J F and Yang Q.2010.Cenozoic structural deformation and dynamic processes of the Bohai Bay basin province,China.Marine and Petroleum Geology,27:757–771.

Ren J Y,Tamaki K,Li S T and Zhang J X.2002.Late Mesozoic and Cenozoic rifting and its Dynamic setting in Eastern China and adjacent areas.Tectonophysics,344(3-4):175–203.

Schellart W P and Lister G S.2005.The role of the East Asian active margin in widespread extensional and strike-slip deformation in East Asia.Journal of the Geological Society,162(6):959–972.doi:10.1144/0016-764904-112.

Sengor A M C and Burke K.1978.Relative timing of rifting and volcanism of Earth and its tectonic implications.Geophysical Research Letters,(5):419–421.

Xu J W and Zhu G.1994.Tectonic models of the Tan-Lu fault zone,eastern China.International Geology Review,36(8):771–784.