渤海海域主要新構造活動斷裂帶

高戰(zhàn)武 徐杰 趙鐵虎 張力方 計鳳桔 周本剛

1）中國地震災害防御中心，北京市朝陽區(qū)民族園路9號 100029

2）中國地震局地質研究所，北京 100029

3）青島海洋地質研究所，青島 266071

4）中國地質科學院地質研究所，北京 104456

0 引言

渤海是一個伸入到中國大陸東部的陸表海，系由遼東灣、渤海灣、萊州灣和渤海海峽及其包圍的渤中洼地組成的半封閉海盆。其海底開闊平緩，平均水深18m左右。但渤海在第四紀曾發(fā)生過多次海退，渤海海底在距今約1萬多年前還曾露出水面，成為陸地（莊振業(yè)等，1999）。

在地質構造上，渤海位于新生代渤海灣盆地中段（主體部分）的東部和北段的南部，并有北北東-北東向的營口-濰坊斷裂帶（郯廬斷裂帶通過盆地部分）和北西西向的北京-蓬萊斷裂帶（張家口-蓬萊斷裂帶通過盆地部分）穿過海區(qū)，故區(qū)內地質構造相當復雜。渤海是華北新構造運動強烈的地區(qū)，現(xiàn)代地震活動亦頻度高、強度大，在作為盆地沉積蓋層的新近系-第四系中，斷裂構造極其發(fā)育。一些研究者（鄧起東等，2001；龔再生等，2001；朱偉林等，2009；李達等，2009；萬桂梅等，2010；劉春成等，2010；李西雙等，2010；徐杰等，2011、2015；余一欣等，2011；王應斌等，2012；詹潤等，2013）從不同角度對渤海地區(qū)的新構造和活動構造作過不同程度的研究。己有研究表明，渤海新構造基本決定了油氣田的最終定型和分布（朱偉林等，2009）；而地震也與新構造活動的斷裂帶關系密切，但新構造分布格局與古近紀盆地構造格局大不相同（徐杰等，2011、2015）。然而，至今仍有不少地震地質研究者秉持原有的認識，認為新構造運動是古近紀地殼伸展運動的延續(xù)，只是活動強度比之大為減弱而已，故在新構造分區(qū)、地震構造及地震安全性評價等研究中，還注重古近紀形成的盆地構造，籠統(tǒng)地認為第四紀活動的斷陷主斷裂與地震活動有關。為了推動渤海地區(qū)的新構造和地震地質研究，本文擬對控制該區(qū)新構造格局的主要活動斷裂帶進行較系統(tǒng)而深入的分析，以供大家討論、參考。

1 新構造運動起始時間的確定

新構造是新構造運動產(chǎn)生的地質構造。對于渤海地區(qū)新構造運動的起始時間存在多種看法，如開始于新近紀（李達等，2009）或中新世（詹潤等，2013）、上新世（朱偉林等，2009）等，也有認為自中新世開始而更新世末結束（王應斌等，2012）等。徐杰等（2015）根據(jù)渤海中部和濟陽坳陷部分鉆井的構造沉降史分析綜合曲線、新構造圈閉形成時期和晚期油氣成藏時間研究的結果（朱偉林等，2009）以及新近紀館陶組和明化鎮(zhèn)組地層巖相差異等，認為渤海地區(qū)新構造運動開始于中新世晚期（12～10 Ma BP），亦即明化鎮(zhèn)組開始沉積時期。

中新世中期中國東部亦相應發(fā)生了一些重要的構造事件。鄂爾多斯周緣古近紀發(fā)育的斷陷帶，在中新世中期之后得到具有改造性的發(fā)展，且在鄂爾多斯東緣新產(chǎn)生了右旋拉張剪切性質的北北東向山西斷陷帶（國家地震局《鄂爾多斯周緣活動斷裂系》課題組，1988）；東海陸架盆地在中新世中期，其構造性質由右旋拉張剪切轉變?yōu)樽笮龜D壓剪切（李家彪，2008；張訓華，2008）。此外，徐杰等（2012）通過對新構造運動的動力條件進行研究后認為中國新構造運動的起始時間為15～10Ma。這些都可作為渤海地區(qū)新構造運動開始于中新世晚期的佐證。

2 海域新構造發(fā)育的地質構造基礎

渤海所在的渤海灣盆地是中國東部一個大型的新生代裂陷盆地，其構造演化經(jīng)歷了古近紀斷陷、中新世早期拗陷及中新世晚期至第四紀新構造發(fā)育3個演化階段（徐杰等，2015）。

古近紀時，盆地區(qū)地殼在地幔隆起擴展導致北西-南東向水平拉張的作用下（徐杰，1986），沿一些中生代燕山運動形成的北北東至北東東向區(qū)域性逆斷裂和平移逆斷裂，如太行山山前斷裂帶、滄東斷裂和營口-濰坊斷裂帶等拉張滑脫，與此同時還產(chǎn)生一系列新的正斷裂（盆地基底斷裂），在地殼淺層控制了60多個斷陷盆地（凹陷，地塹）的發(fā)育，其中大多數(shù)是單邊斷陷（箕狀凹陷，半地塹）。它們往往因成帶（群）分布而構成坳陷，如渤海及其鄰區(qū)的遼河、遼東灣、黃驊、濟陽等坳陷，渤中坳陷位于這幾個坳陷的圍限區(qū)，坳陷間有沙壘田-埕寧等隆起相隔，使渤海灣盆地總體呈現(xiàn)多凹多凸、多坳多隆的復式盆-嶺構造格局。凹陷內一般充填有2000～4000m厚的古近系。

渤海灣盆地古近紀構造以其中部的滄縣隆起為界，分西部太行山山前伸展構造系統(tǒng)和東部伸展-拉分構造系統(tǒng)（圖1）。后者由黃驊-濟陽帚狀分布斷裂系和遼東灣-渤中帚狀分布斷裂系及兩者帚頭互為反向扣接組合而成，屬于北北東向右階錯列分布的黃驊-德州-東明深斷裂（陸克政等，1997）和營口-濰坊斷裂帶在區(qū)域北西-南東向拉張構造應力作用中發(fā)生右旋拉張剪切錯動的產(chǎn)物（徐杰等，2002、2011）。同時有北西西向的北京-蓬萊斷裂帶穿插其中。渤?；狙貭I口-濰坊斷裂帶及其南部西側的拉分構造部位分布（圖1）。古近紀的盆地構造成為渤海新構造發(fā)育的構造基礎。

3 海域盆地沉積蓋層斷裂發(fā)育概況

渤海灣盆地從新近紀開始整體沉降而逐漸演變成統(tǒng)一的大型坳陷盆地，堆積了由新近系和第四系組成的盆地沉積蓋層（簡稱蓋層），呈面狀覆蓋于整個盆地的盆-嶺構造之上，一般厚1000～1500m，渤海海域較厚，達1500～2500m，渤中凹陷最厚，達4400m左右。

渤海灣盆地在整體拗陷的過程中，自中新世晚期開始疊加區(qū)域新構造運動的作用，且越來越強烈。新構造運動不僅使古近紀形成的一些斷陷主斷裂（盆地基底主斷裂）不同程度地發(fā)生重新活動，并且還由新構造應力場的初始應力作用而產(chǎn)生新的構造，它們都在蓋層中出現(xiàn)相應的構造變形，所以盆地沉積蓋層是新構造發(fā)育的最佳載體。因此渤海地區(qū)的新構造主要直觀地反映為蓋層中形成的構造。據(jù)中海石油研究中心勘探研究院的最新資料（圖2），渤海地區(qū)沉積蓋層的構造以斷裂極其發(fā)育為主要特征（朱偉林等，2009）。

如圖2所示，渤海蓋層斷裂數(shù)量極多，單條斷裂除少數(shù)長度超過50km、個別長達100km以上外，其余長度都較小，估計大多數(shù)長10～50km，斷距也不大。它們多具正斷裂性質，但與純伸展狀態(tài)中形成的正斷裂不同，伴有某種程度的平移特征（萬桂梅等，2010）。

在平面分布上（圖2），蓋層斷裂具多種組合型式，許多是孤立分布的單條斷裂，其中有些近于平行排列；有些密集組成“斷裂束”；有些則為一系列小斷裂呈雁行排列；有的在某條“主干”斷裂一或兩側伴以羽列次級斷裂，等等。

在剖面中，蓋層斷裂大量呈分散的一條條斷裂，但也有許多自下而上發(fā)散，數(shù)量由少而多，傾向相同或相對，組成一個個垂直向上的“斷裂系”，其中有對稱分布呈樹枝形或非對稱分布呈“Y”字形和耙形等（圖3）；有的成花狀構造（圖4）。根椐我們曾經(jīng)解釋的遼東灣葵花島油田三維地震探測資料取得的認識，平面上的一條“斷裂束”，在剖面上對應于一個樹枝形或“Y”字形等的“斷裂系”，從三維空間看，它們實為新構造期形成的一條具一定規(guī)模的新斷裂。為避免構造名稱混淆，這里暫將其稱作“新斷裂構造”。

4 海域繼續(xù)活動斷裂與新生斷裂

圖1 渤海灣盆地基底斷裂（斷陷主斷裂）構造系統(tǒng)的劃分結果（徐杰等，2015）

綜上所述，在圖2的蓋層斷裂中，可以把長度長的斷裂和規(guī)模大的“斷裂束”推測為“新斷裂構造”。其平面分布與盆地基底斷裂有的一致，有的不完全一致，也有的完全不一致（圖2）。從地震地質解釋剖面上看，“新斷裂構造”與盆地基底斷裂的分布關系也可分3種情況（圖3、圖4），有的“新斷裂構造”與基底斷裂上下連接；有的“新斷裂構造”與基底斷裂無關，似為“無根”的構造；也有的基底斷裂頂部沒有“新斷裂構造”。

“新斷裂構造”與盆地基底斷裂的上述空間分布情況，反映了它們之間的成因關系：前者“新斷裂構造”是基底斷裂再活動的產(chǎn)物；中者“新斷裂構造”是新構造運動直接形成的；后者顯示基底斷裂在新構造期沒有明顯活動。這樣，就可以按成因將渤海新構造活動的斷裂分成兩大類，一類是被利用（繼承）繼續(xù)（重新）活動的基底斷裂，另一類是不受基底構造控制而新產(chǎn)生的斷裂，故可將它們分別稱為繼續(xù)活動斷裂和新生斷裂。圖5中大致表示了渤海地區(qū)這兩類斷裂的分布。

4.1 繼續(xù)活動斷裂

由圖5可見，繼續(xù)活動斷裂數(shù)量多，有40多條，多數(shù)長度長，按走向可分北東-北東東、北西、北東（偏北）、近東西和北北東向5組。

圖2 渤海海域盆地沉積蓋層（N-Q）斷裂與盆地基底主斷裂分布

北東-北東東向繼續(xù)活動斷裂數(shù)量最多，一般長40～70km，個別長達100km以上，大多分布在渤海中段。其中主要有南大港、沙北、PL7-1、渤東2號、廟西2號和4號、渤南1號和2號及黃北斷裂等，此外還有個別北東（偏北）向基底斷裂中的北東-北東東向地段新構造期有活動，如渤東1號斷裂南段和廟西1號斷裂北段等（圖5）。

NW向斷裂數(shù)量較少，基本分布于渤海中段的西部和中部，長度較大，如海河、薊運河、沙東、柏各莊、石臼坨3號和埕北等斷裂。

值得指出的是，橫穿營口-濰坊斷裂帶的NW向渤中2號基底主斷裂在地震地質研究中頗受重視，被認為是晚更新世活動斷裂。其實在該斷裂上覆蓋層中并無相應的構造形跡，相反，存在一些與之斜交的北東和北東東向斷裂。這表明渤中2號斷裂在新構造期已無活動，不是繼續(xù)活動斷裂，更不是晚更新世活動斷裂。

圖3 渤海海域地震地質解釋剖面

圖4 營口-濰坊斷裂帶北段花狀構造剖面（朱偉林等，2009）

北東（偏北）向斷裂數(shù)量少，主要分布于渤海北段遼東灣，如遼中1和2號、遼東及渤中1號等斷裂，它們規(guī)模大，長達數(shù)十至百余千米。

近東西向斷裂數(shù)量較少，分布于渤海中段及南段的萊州灣，如海4（歧口18-2）、沙南、黃河口、墾北、萊北等斷裂。

圖5 渤海新構造期主要活動斷裂分布

北北東向斷裂數(shù)量也較少，位于萊州灣，如BZ28、BZ23、BZ34、KL3、龍口1號和蓬萊1號等斷裂，除龍口1號、蓬萊1號和KL3斷裂規(guī)模較大外，其余都很小。

4.2 新生斷裂

新生斷裂推測有20條左右，以北東-北東東走向為主，大多分布于渤海中段，尤其是中段的東部（圖5）。

5 海域主要新構造活動斷裂帶

上述繼續(xù)活動斷裂和新生斷裂都是新構造期活動的主要斷裂（圖5），其分布具有成帶性，據(jù)此在渤海地區(qū)可劃分出一些新構造活動斷裂帶。

5.1 新構造活動斷裂帶的確定

前已述及，營口-濰坊斷裂帶是古近紀時對盆地構造發(fā)育起重要控制作用的構造帶。位于遼東灣的北東（偏北）向和萊州灣的北北東向的繼續(xù)活動斷裂，都是營口-濰坊斷裂帶的組成部分，表明該斷裂帶是屬于新構造活動的構造帶。不過，斷裂帶南段被黃北和萊北等一些橫向斷裂分割改造成幾節(jié)，故該段基本失去其整體的活動性，且以擠壓性質為主，活動強度弱（朱偉林等，2009；徐杰等，2016）；只有斷裂北段是統(tǒng)一的活動構造帶（圖6）。據(jù)己有研究，營口-濰坊斷裂帶北段總體為右旋逆平移活動（徐杰等，2009），但活動強度較弱，且隨時間推移越來越弱，第四紀有微弱活動（朱偉林等，2009）。

北京-蓬萊斷裂帶是古近紀渤海灣盆地發(fā)育過程中起重要調整作用的橫向構造帶。它與營口-濰坊斷裂帶不同，不是一條連續(xù)的構造帶，而是由近10條北西至近東西向次級斷裂斷續(xù)分布組成寬度較大的構造帶。渤海中段的北西-北西西向繼續(xù)活動斷裂多屬于北京-蓬萊斷裂帶，所以該帶亦為新構造活動斷裂帶，以左旋正平移活動為特征（徐杰等，1998、2011；高戰(zhàn)武，2001；鄧起東，2006；萬桂梅等，2010）。

由圖5還可看出，在渤海中段的東部存在近20條北東-北東東向新生和繼續(xù)活動的斷裂，密集組成一條寬約60km的斷裂帶，走向N 45°E左右，徐杰等（2007）稱其為廟（島群島）西北-黃河口斷裂帶（圖6）。沿帶在新近系-第四系中還發(fā)育有一系列圈閉構造組成的北東向圈閉構造帶（圖7）。1969年渤海7.4級地震的發(fā)震斷裂（張四昌等，1995；徐杰等，2001）與之走向相符（徐杰等2007、2016），近期地震也沿其密集成帶分布（圖6），無疑它是一條地殼破裂帶，具右旋平移性質（徐杰等，2007、2015）。廟西北-黃河口斷裂帶斜穿營口-濰坊和北京-蓬萊斷裂帶等先存構造發(fā)育，所以它是新構造運動形成的新生斷裂帶（徐杰等，2007、2009）。廟西北-黃河口斷裂帶與已被廣泛認可的斜穿渤海灣盆地西部發(fā)育的北東向唐山-河間-磁縣新生斷裂帶（徐杰等，1996）走向一致，性質相同（圖6）。

據(jù)前述，渤海地區(qū)存在3條新構造活動斷裂帶，即右旋逆平移活動的北東（偏北）向營口-濰坊斷裂帶北段、左旋正平移活動的北西西向北京-蓬萊斷裂帶，以及右旋平移活動的北東向廟西北-黃河口斷裂帶，前兩者為繼續(xù)活動的斷裂帶，后者則是新生斷裂帶。不過，由于營口-濰坊斷裂帶北段新構造活動弱，而另兩條斷裂帶活動性強，旋性相反，并且廟西北-黃河口斷裂帶是新產(chǎn)生的構造帶，斜切北京-蓬萊斷裂帶，所以這兩條斷裂帶構成一對以廟西北-黃河口斷裂帶為主的偏共軛活動構造帶。渤海地區(qū)現(xiàn)代地震也基本沿這一對共軛活動斷裂帶分布，尤其是廟西北-黃河口斷裂帶（圖6），而營口-濰坊斷裂帶北段幾無強震，現(xiàn)今連小震也很少。

5.2 新構造活動斷裂帶發(fā)育的力學分析

根據(jù)渤海地區(qū)現(xiàn)代構造應力場主壓應力軸分布的數(shù)值模擬計算結果（陳國光等，2004）、渤海海域盆地蓋層斷裂分布圖像（圖2）和中國新構造運動動力條件研究（徐杰等，2012）等的綜合分析，渤海地區(qū)新構造應力場與現(xiàn)代構造應力場基本相似，以北東東-南西西至近東西向（北80°東左右）水平擠壓作用為特征（徐杰等，2015）。

在此新構造應力場中，北西西向北京-蓬萊斷裂帶與主壓應力軸夾角略小于45°，因此易發(fā)生剪切錯動，成為左旋正平移活動斷裂帶；營口-濰坊斷裂帶北東（偏北）走向的北段與主壓應力軸夾角稍大于45°，它較易發(fā)生剪切錯動，成為右旋逆平移活動斷裂帶，但斷裂帶的北北東向南段與主壓應力軸夾角明顯大于45°，故承受的壓力大，較難發(fā)生剪切錯動，因此在南北兩段之間走向轉變的地段成了應力集中區(qū)，同時該地區(qū)還疊加了北京-蓬萊斷裂帶平移活動產(chǎn)生的應力，而這一地區(qū)正是2條先存斷裂帶交會的部位，地質構造復雜，地殼介質強度低，所以在此沿著一組最大剪切方向，新產(chǎn)生了北東走向的右旋平移性質的廟西北-黃河口斷裂帶。廟西北-黃河口斷裂帶的產(chǎn)生，不僅顯著降低了營口-濰坊斷裂帶的應力，使之活動性減弱，而且與北京-蓬菜斷裂帶共同組成一對共軛活動構造帶，成為控制渤海地區(qū)新構造活動和構造發(fā)育的2條主要的構造帶?，F(xiàn)代地震活動亦與這2條斷裂帶密切相關。

圖6 渤海新構造期主要活動斷裂帶與地震震中分布

根據(jù)上述，渤海新構造發(fā)育的動力條件和構造應力場，與古近紀時盆地構造形成的動力條件和構造應力場（徐杰，1986）截然不同（徐杰等，2015）。盆地構造是受深部地幔隆起擴展導致地殼水平拉張而于地殼上部形成的伸展構造系統(tǒng)，新構造則是由區(qū)域地殼水平擠壓作用產(chǎn)生的地殼共軛剪切破裂構造系統(tǒng)，它們分屬2種不同體制的構造系統(tǒng)。在空間分布上，盆地基底斷裂位于地殼上部，新構造活動斷裂是地殼透入性的構造；新斷裂發(fā)育對于先存的盆地基底斷裂具有利用改造（繼承）和新生的二重性。盆地基底斷裂的再活動，僅是被新發(fā)育的斷裂所利用（襲奪）來一起參與新構造活動（徐杰，2015）而已，所以盆地基底斷裂雖然活動，但與地震關系不大。

圖7 渤海東南部沉積蓋層（N-Q）中形成的NE向圈閉構造帶（據(jù)朱偉林等，2009）

6 結語

根據(jù)上述研究，可歸納出一些有參考意義的新認識。

（1）渤海所在的渤海灣盆地的構造演化經(jīng)歷了3個階段，即古近紀斷陷階段、中新世早期拗陷階段及中新世晚期以來的新構造發(fā)育階段。

（2）渤海位于渤海灣盆地東部伸展-拉分構造系統(tǒng)的中段和北段，包含北北東向營口-濰坊斷裂帶，而北西西向北京-蓬萊斷裂帶亦橫穿其中，盆地基底構造相當復雜。

（3）渤海地區(qū)新構造活動強烈，盆地蓋層（N-Q）是新構造發(fā)育最直觀的載體，其新構造以斷裂極其發(fā)育為主要特征。蓋層斷裂是一些盆地基底斷裂再活動或新構造應力場初始應力作用的產(chǎn)物。據(jù)此可將渤海新構造活動的斷裂分為繼續(xù)活動斷裂和新生斷裂。當然，也有某些基底斷裂新構造期幾無活動，如大家非常關注的北西向渤中2號斷裂。

（4）渤海新構造活動斷裂按走向分北東-北東東、北西、近東西、北東（偏北）和北北東向5組，它們展示出區(qū)內3條新構造活動斷裂帶，即北東（偏北）向營口-濰坊斷裂帶北段、北東向廟西北-黃河口斷裂帶和北西西向北京-蓬萊斷裂帶。

（5）營口-濰坊斷裂帶北段是繼續(xù)活動構造帶，呈右旋逆平移活動，活動性弱，且隨時間的推移越來越弱；北京-蓬萊斷裂帶亦為繼續(xù)活動斷裂帶，呈左旋正平移活動，活動性較強；廟西北-黃河口斷裂帶是新生構造帶，呈右旋平移活動，活動性強。后兩者構成渤海地區(qū)一對以廟西北-黃河口斷裂帶為主的偏共軛活動構造帶。海區(qū)地震基本沿這對共軛活動斷裂帶分布。

（6）渤海地區(qū)新構造應力場以北東東-南西西至近北西向水平擠壓為特征。廟西北-黃河口和北京-蓬萊2條斷裂帶基本是沿應力場中兩組最大剪切應力方向發(fā)育的活動構造帶。

（7）渤海地區(qū)新構造應力場與古近紀構造應力場完全不同。古近紀的盆地構造和新構造實為2種不同體制的構造系統(tǒng)，前者是受水平拉張應力作用在地殼上部形成的伸展構造系統(tǒng)，后者則是區(qū)域水平擠壓應力作用形成的地殼共軛剪切破裂系統(tǒng)。雖然新構造發(fā)育會不同程度地利用和改造盆地基底斷裂，但這些基底斷裂也僅是被利用來參與新構造活動而已。