孫耀庭 董立峰 劉菲菲 孟 濤 張 波 石泉清

（1.濱州學(xué)院建筑工程學(xué)院 山東濱州 256600；2.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院 山東東營(yíng) 257015）

渤海灣盆地是中國(guó)油氣最為富集的盆地之一，但是由于經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)部油氣成藏條件復(fù)雜，勘探程度和認(rèn)識(shí)程度差異巨大（殷秀蘭等，2007；徐振中等，2008；李理等，2015；孫耀庭等，2016）。車鎮(zhèn)凹陷是渤海灣盆地內(nèi)濟(jì)陽(yáng)坳陷的一個(gè)次級(jí)凹陷，但由于受到資料、技術(shù)、地質(zhì)等因素的限制，仍處于勘探初—中級(jí)階段。作為窄陡型斷陷盆地的代表，車鎮(zhèn)凹陷的盆地結(jié)構(gòu)及演化規(guī)律具有不同于其他典型斷陷盆地的特殊性和復(fù)雜性（熊偉，2005），盆地結(jié)構(gòu)的差異性決定了油氣成藏的基本條件有所不同，其它地區(qū)成功的經(jīng)驗(yàn)難以借鑒和應(yīng)用。目前車鎮(zhèn)凹陷缺乏系統(tǒng)的構(gòu)造研究，制約了對(duì)沉積和成藏規(guī)律的深化認(rèn)識(shí)，所以有必要開展深入系統(tǒng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究，明確車鎮(zhèn)凹陷的構(gòu)造演化過(guò)程及動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制，為車鎮(zhèn)凹陷沉積儲(chǔ)層和成藏研究奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域概況

車鎮(zhèn)凹陷是濟(jì)陽(yáng)坳陷最小的一個(gè)次級(jí)凹陷，是一個(gè)北斷南超、近東西向“S”型延伸的箕狀陸相斷陷盆地，面積約2 390 km2（圖1），四周由西向東順時(shí)針?lè)较蛞来伪粺o(wú)棣凸起、慶云凸起、埕子口凸起、義和莊凸起所包圍。

圖1 車鎮(zhèn)凹陷構(gòu)造位置及構(gòu)造綱要圖Fig.1 Tectonic location and tectonics outline map of Chezhen Sag

車鎮(zhèn)凹陷基底為太古界泰山群，NE、NEE及NWW向基底斷裂的活動(dòng)控制了盆地的基本形態(tài)（熊偉，2005）。車鎮(zhèn)凹陷的基本構(gòu)造格局是南北分帶、東西向分段，自北向南劃分為北部陡坡斷階帶、中部凹陷帶、南部斜坡盆傾斷階帶及緩坡帶4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。東西方向上可分為車西、車中、車東3段。車東、車西兩洼陷的北緣由NWW向的斷裂所控制，NW、NE向斷裂控制洼陷中的橫向凸起。車東為郭局子洼陷，車中為大王北洼陷，車西為車西洼陷。其間均被北東、北西向變換帶相隔，洼陷內(nèi)整體呈現(xiàn)隆洼相間的分布格局。

車鎮(zhèn)凹陷地層發(fā)育特征同濟(jì)陽(yáng)坳陷其他凹陷基本一致，古生界、中生界和新生界發(fā)育比較完整（劉朝露等，2007），生烴要素主要集中在新生界古近系沙河街組，烴源巖為沙河街組三段暗色泥巖和油頁(yè)（泥）巖，油氣儲(chǔ)層包括古生界潛山、沙四段砂礫巖體、沙三段濁積砂巖和沙二段灘壩等，所以沙河街組是其主要勘探層系。

2 車鎮(zhèn)地區(qū)構(gòu)造及演化特征

2.1 構(gòu)造特征

整體上車鎮(zhèn)凹陷的構(gòu)造格局在斷陷期盆地表現(xiàn)為典型的北斷南超型的半地塹式盆地結(jié)構(gòu)，北部由埕南斷層控制古近系沉積，并向南超覆于南部斜坡帶上（戴黎明等，2016；何心月等，2019）?？偟膩?lái)看，古近紀(jì)斷陷期作為一個(gè)一級(jí)層序，以沙三下底界面為界，可劃分為兩個(gè)大的構(gòu)造演化階段，同時(shí)代表著兩個(gè)不同的構(gòu)造體制，分別為孔店組—沙四段沉積時(shí)期的NW-SE向伸展作用為主的伸展構(gòu)造體制和沙三—東營(yíng)組沉積時(shí)期的走滑—伸展構(gòu)造體制。

將不同時(shí)期活動(dòng)的斷裂進(jìn)行分類，并以沙三底界面（T6）對(duì)應(yīng)的時(shí)間為界，形成該界面之前活動(dòng)的斷層稱為早期活動(dòng)斷層，形成該界面之后開始活動(dòng)的斷層稱為晚期活動(dòng)斷層。有些斷裂早期活動(dòng)，中期活動(dòng)性減弱或不活動(dòng)，晚期又繼承性活動(dòng)的斷層稱為長(zhǎng)期活動(dòng)斷層。不同構(gòu)造演化階段反映的構(gòu)造格局以及盆地結(jié)構(gòu)均具有較大差異性。

從過(guò)車西洼陷和大王北洼陷的兩條SN向剖面（圖2，圖3）可以看出，早期（孔店期—沙四期）NE-NW向埕南斷層作為盆地唯一的控盆斷層，活動(dòng)性強(qiáng)，并控制著該時(shí)期盆地沉降中心的展布，該斷層表現(xiàn)出鏟式斷層的特點(diǎn)，并在地震上形成較明顯的斷面波，為典型的伸展型斷層。晚期（沙三以后）盆地的沉積和沉降中心發(fā)生了遷移，早期控盆邊界斷層活動(dòng)減弱，NE向車西斷裂帶斷層活動(dòng)迅速增強(qiáng)，與盆地中間的與邊界斷裂傾向相同的次生斷裂共同控制著車西洼陷的發(fā)育。該時(shí)期南部斜坡帶發(fā)育的斷層斷面傾角更陡，具有較為典型的走滑—伸展性質(zhì)，且與斜坡帶與邊界斷裂傾向相同的斷裂構(gòu)成“負(fù)花狀構(gòu)造”，共同控制著車西洼陷的發(fā)育。大王北洼陷南部斜坡帶發(fā)育了一條NW向北傾斷層，開始作為盆地的主要控制斷層，控制了盆地在此時(shí)期的發(fā)育。從沙一段開始，埕南斷層再次活動(dòng)，走滑—伸展斷裂也再次強(qiáng)烈活動(dòng)，盆地斜坡帶的走滑斷裂帶與盆地北部次生斷裂共同控制著盆地的沉積，形成了沉降中心位于洼陷中心的沙一段—東營(yíng)組沉積，該時(shí)期邊界斷裂主要以側(cè)向走滑作用為主，盆地發(fā)生了相當(dāng)大的沉降。

圖2 過(guò)車西洼陷地震及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（clxp-L694）Fig.2 Seismic and geological structure section of Chexi Sag（clxp-L694）

圖3 過(guò)大王北洼陷地震及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（L639）Fig.3 Seismic and geological structure section of Dawangbei Sag（L639）

EW向過(guò)慶北洼陷—車西洼陷—大王北洼陷—郭局子洼陷—渤南洼陷的剖面（圖4）可以看出，T6界面之下孔店組—沙四段沉積期，盆地沉降中心主要在西部，在西部慶北洼陷和車西洼陷帶附近沉積厚度最大。T6界面之上，車西洼陷、大王北洼陷和郭局子洼陷的沉積厚度增大，這表明構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了重大的調(diào)整，導(dǎo)致盆地的沉積中心發(fā)生了遷移。沙一段—東營(yíng)組沉積時(shí)期，有走滑—伸展斷裂帶的一期強(qiáng)烈活動(dòng)，導(dǎo)致盆地的沉降幅度較大，并且沉積較為穩(wěn)定，形成了現(xiàn)今車鎮(zhèn)凹陷多洼的特點(diǎn)。

圖4 車鎮(zhèn)凹陷東西向地震及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（剖面位置見圖1）Fig.4 East-west seismic and geological structure section in Chezhen Sag（the location of the profile is shown in Fig.1）

從以上分析可看出，盆地以沙三底界面為界，不論盆地結(jié)構(gòu)還是盆地性質(zhì)均發(fā)生了明顯的變化。早期盆地結(jié)構(gòu)半地塹結(jié)構(gòu)，且沉積中心位于北部，盆地類型為以伸展型斷裂控制的伸展盆地；晚期盆地沉降中心向南遷移，盆地性質(zhì)以具有明顯走滑性質(zhì)同時(shí)受到區(qū)域伸展應(yīng)力作用影響的斷層控制的走滑—伸展型盆地。

2.2 構(gòu)造演化過(guò)程

車鎮(zhèn)凹陷新生代構(gòu)造演化劃分為2期5幕，分別為裂陷期和裂后期，其中裂陷期期又劃分為4幕，包括伸展Ⅰ幕、伸展Ⅱ幕和走滑—伸展Ⅰ幕、走滑—伸展Ⅱ幕；裂后期為熱沉降期。

裂陷期：伸展Ⅰ幕為斷陷盆地的初始伸展幕。該幕處于Tr—T7之間的孔店組和沙四下亞段沉積期。

（1）孔店—沙四下亞段沉積期（圖5a）：伸展活動(dòng)開始，埕南斷裂控制盆地沉降，伸展量為2.11 km，伸展率為12.50%，伸展系數(shù)為1.057，表明構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈。

（2）沙四上亞段沉積期（圖5b）：繼續(xù)沉降，伸展量為0.93 km，伸展率為4.90%，伸展系數(shù)為1.018，該時(shí)期的構(gòu)造活動(dòng)較，盆地范圍沒有明顯擴(kuò)大。

（3）沙三下亞段沉積期（圖5c）：繼續(xù)沉降，沙三下伸展量為1.59 km，伸展率為7.97%，伸展系數(shù)為1.080，該時(shí)期的盆地伸展活動(dòng)較強(qiáng)，盆地?cái)U(kuò)大。

（4）沙三中亞段沉積期（圖5d）：伸展量為1.46 km，伸展率為6.77%，伸展系數(shù)為1.068，該時(shí)期的盆地伸展活動(dòng)較強(qiáng)，盆地?cái)U(kuò)大。

（5）沙三上亞段沉積期（圖5e）：繼續(xù)沉降，伸展量為0.95 km，伸展率為為4.13%，伸展系數(shù)為1.041，該時(shí)期的盆地伸展活動(dòng)及較弱，盆地稍稍擴(kuò)大。

（6）沙二段沉積期（圖5f）：盆地繼續(xù)沉降，伸展量為0.41 km，伸展率為1.72%，伸展系數(shù)為1.011，盆地在該時(shí)期伸展量同樣十分小。

（7）沙一段—東營(yíng)組沉積期（圖5g）：伸展量為4.57 km，伸展率為18.80%，伸展系數(shù)為1.188，該時(shí)期是盆地?cái)U(kuò)張最為強(qiáng)烈的時(shí)期。

（8）館陶組沉積期（圖5h）：伸展活動(dòng)基本停止，盆地范圍基本不變，這個(gè)時(shí)期的伸展量為0.08 km，伸展率為0.28%，伸展系數(shù)為1.003，構(gòu)造活動(dòng)基本停止，斷裂基本不控制沉積。

（9）明化鎮(zhèn)沉積期至今（圖5i）：此時(shí)期的伸展量為0.11 km，伸展率為0.38%，伸展系數(shù)為1.0038，構(gòu)造活動(dòng)基本停止，盆地開始較穩(wěn)定沉積。

圖5 車鎮(zhèn)地區(qū)南北向構(gòu)造演化剖面圖（剖面位置見圖1）Fig.5 North-south seismic and geological structure section in Chezhen Sag（the location of the profile is shown in Fig.1）

綜上所述，車鎮(zhèn)凹陷屬于單條邊界斷裂控制的鏟式斷層—半地塹類型盆地，早期伸展作用為主，在邊界斷裂和早期邊界斷裂控制之下，盆地發(fā)生沉降，在斜坡帶亦有個(gè)別早期與邊界斷層同向斷層活動(dòng)，但大部分在沙四之后都停止活動(dòng)，只有極少的一直活動(dòng)到館陶組，一直控制著盆地的沉積。沙三及之后以走滑—伸展作用為主，車鎮(zhèn)凹陷發(fā)生右旋走滑作用，斜坡帶形成一系列平面展布呈弧形的走滑斷裂帶，傾向與邊界斷裂相反，并形成階梯狀斷階，這些走滑—伸展斷裂帶控制著盆地的沉積，并導(dǎo)致盆地沉降中心從早期的靠近邊界斷裂向南部遷移。

3 車鎮(zhèn)凹陷成盆機(jī)制分析

前人研究成果表明，太平洋板塊對(duì)歐亞大陸的俯沖作用以及印度—?dú)W亞大陸的碰撞事件是渤海灣盆地新生代發(fā)生構(gòu)造活動(dòng)所需動(dòng)力的最終來(lái)源（楊超等，2005；Wu et al.，2009；Dooley and Schreurs，2012；林偉等，2013；Mohajjel and Rasouli，2014；陳樹光，2015；葉濤等，2019；符武才等，2021）。車鎮(zhèn)凹陷新生代受到郯廬斷裂帶右旋走滑應(yīng)力作用，全區(qū)處于右行走滑斷層控制下，西部邊界以及南部靠西的部分邊界受自北向南的東北向擠壓漸減，南部靠西的部分邊界全約束，東部邊界以及北部靠東的部分邊界受到自北向南逐漸增大的西南向擠壓，北部靠西的部分邊界全約束。在此基礎(chǔ)上，利用構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)開展研究區(qū)成盆機(jī)制研究。

構(gòu)造物理模擬在還原盆地形成機(jī)制的研究中具有重要作用，盆地形成機(jī)制物理模擬主要通過(guò)對(duì)盆地的地質(zhì)條件和構(gòu)造應(yīng)力等要素的重建，通過(guò)改變地質(zhì)條件和應(yīng)力機(jī)制等參數(shù)，得出不同的模擬結(jié)果，進(jìn)而將模擬模型與實(shí)際情況對(duì)比，分析盆地的形成演化機(jī)制。

在對(duì)車鎮(zhèn)凹陷的研究過(guò)程中，首先將模型基底分開成兩部分，兩部分之間的走向與埕南斷裂走向相同，繼而通過(guò)不同的參數(shù)進(jìn)行了盆地形成機(jī)制的物理模擬，通過(guò)設(shè)置不同的走滑、拉張應(yīng)力，包括：純伸展模式、右旋走滑—伸展模式、左旋走滑模式和純右旋走滑模式。模擬結(jié)果如下：

（1）純伸展應(yīng)力場(chǎng)

對(duì)模型施加NW向伸展作用力，可以發(fā)現(xiàn)，盆地發(fā)生伸展作用，邊界斷裂帶出現(xiàn)與邊界斷層走向一致的S型展布的半地塹（圖6a），盆地整體發(fā)生沉積。但與車鎮(zhèn)凹陷相比，缺少斜坡帶的斷裂系統(tǒng)和洼陷內(nèi)部的斷裂系統(tǒng)。

（2）右旋走滑—伸展應(yīng)力場(chǎng)

如圖6b所示，給模型施加NE向右旋走滑應(yīng)力和伸展的應(yīng)力作用，可以發(fā)現(xiàn)在斷裂的出現(xiàn)兩個(gè)菱形化的洼陷，可以分別和車鎮(zhèn)凹陷的車西洼陷和大王北洼陷相對(duì)應(yīng)。而且在斜坡帶上出現(xiàn)了弧狀的斷裂，對(duì)應(yīng)車鎮(zhèn)凹陷斜坡帶上展布的NEE和近EW向分布的車西斷裂帶和車古斷裂帶。

（3）左旋走滑應(yīng)力場(chǎng)

通過(guò)對(duì)車鎮(zhèn)凹陷模型施加左旋走滑應(yīng)力場(chǎng)（圖6c），可以看到，在邊界斷裂附近形成了一個(gè)單中心的呈菱形化的規(guī)模相當(dāng)大的洼陷，并且在模型東部NWW向邊界斷裂附件出現(xiàn)了擠壓的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象在車鎮(zhèn)凹陷都是不存在的。

（4）純右旋走滑應(yīng)力場(chǎng)

對(duì)車鎮(zhèn)凹陷僅僅施加純右旋走滑的應(yīng)力場(chǎng)，可以看到，邊界斷裂的東段和西段控制的洼陷部分都發(fā)生了分離反應(yīng)，邊界斷裂的中段區(qū)域則發(fā)生了擠壓的作用，出現(xiàn)了擠壓褶皺（圖6d）。在該應(yīng)力場(chǎng)下僅有東北區(qū)域出現(xiàn)了一個(gè)規(guī)模較大的洼陷，這種情況，在車鎮(zhèn)凹陷同樣是不存在的。

通過(guò)模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，右旋走滑—伸展模式無(wú)論是在盆地形態(tài)還是盆地構(gòu)造結(jié)構(gòu)方面，都是車鎮(zhèn)凹陷實(shí)際情況最吻合的模式，說(shuō)明右旋走滑—伸展是車鎮(zhèn)凹陷的形成機(jī)制。

4 車鎮(zhèn)凹陷構(gòu)造演化動(dòng)力學(xué)模式

太平洋板塊對(duì)歐亞大陸的俯沖作用以及印度—?dú)W亞大陸的碰撞事件是渤海灣盆地新生代發(fā)生構(gòu)造活動(dòng)所需動(dòng)力的最終來(lái)源（邱楠生等，2006；Hibbard and Waldron，2009；楊鑫等，2012；Fossen et al.，2013；Jabaloy et al.，2015；毛黎光等，2020）。根據(jù)它們起作用的時(shí)間和效應(yīng)，將渤海灣盆地淹沒事件的前后的動(dòng)力學(xué)背景劃分為兩個(gè)階段：太平洋板塊主導(dǎo)的淹沒前的純伸展動(dòng)力學(xué)階段和印度—?dú)W亞板塊碰撞主導(dǎo)的走滑—伸展動(dòng)力學(xué)階段。

4.1 孔店組—沙四下沉積期動(dòng)力學(xué)特征

從古近紀(jì)開始到沙四段時(shí)期，太平洋板塊以較大速率NNW向向歐亞板塊俯沖，上地幔物質(zhì)熱膨脹作用造成局部異常導(dǎo)致地幔上涌；在俯沖島弧的后緣，地殼減薄伸展，東亞大陸邊緣形成了一系列伸展盆地，包括東海盆地、蘇北—南黃海—北黃海盆地、渤海灣盆地等，并伴有強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)。

古近紀(jì)開始到沙四段時(shí)期，車鎮(zhèn)凹陷斷層發(fā)育較少，盆地內(nèi)發(fā)育NE和NW向兩組斷裂，主要由北部NE-NW向埕南斷裂控制了主沉降中心，沉降中心主要分布在車西洼陷和郭局子洼陷，其沉降中心的展布方向?yàn)榻麼E-NW向S型展布。其中，NW斷裂可能與郯廬斷裂帶新生代早期的左旋活動(dòng)有關(guān)。在此時(shí)期發(fā)育的伸展斷裂在剖面上為鏟式，并具有明顯的斷面波，通常伴有生長(zhǎng)楔，發(fā)育滾動(dòng)背斜；平面上，形態(tài)較為單一，即使有伴生斷裂，也均與之平行?？傮w上來(lái)看，受太平洋板塊后退式俯沖的影響，該時(shí)期的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)為NW-SE向伸展，車鎮(zhèn)凹陷為NW-SE向拉伸作用下形成的北斷南超的伸展型半地塹盆地。

4.2 沙三下—東營(yíng)組沉積期動(dòng)力學(xué)特征

到沙四上沉積期，太平洋板塊俯沖速率降到最低，且俯沖方向轉(zhuǎn)變成NWW；而此時(shí)印度—?dú)W亞板塊開始“硬碰撞”，且印度板塊不斷向歐亞板塊內(nèi)部楔入，導(dǎo)致東亞邊緣開始產(chǎn)生右旋的剪切應(yīng)力場(chǎng)，東亞?wèn)|部進(jìn)入右旋走滑—伸展階段。受此控制，蘭聊斷裂帶和郯廬斷裂帶等NNE向大斷裂整體表現(xiàn)為右旋走滑活動(dòng)。

從沙三下段沉積開始，受走滑作用的影響，早期的控盆邊界斷層開始萎縮，內(nèi)部的次生斷層逐漸控制了盆地的沉降中心的展布。盆地內(nèi)開始發(fā)育與郯廬斷裂帶斜交的R剪切帶，NE-NEE向的走滑—伸展斷層控制近菱形的沉降中心。這些走滑—伸展斷層產(chǎn)狀比早期伸展斷層略陡直，具有對(duì)偶性質(zhì)的斷層成對(duì)出現(xiàn)，構(gòu)成大型負(fù)花狀構(gòu)造，且斷層附近多發(fā)育窄向斜、走滑褶皺等構(gòu)造，走滑—伸展特征較為典型（圖6）。

總之，約44.5 Ma以來(lái)，印度板塊NNE向向歐亞板塊持續(xù)擠壓導(dǎo)致郯廬斷裂帶右旋剪切，渤海灣盆地進(jìn)入走滑—伸展構(gòu)造階段，同時(shí)深部地幔軟流圈向東蠕散，導(dǎo)致太平洋板塊后退俯沖，最終導(dǎo)致我國(guó)東部盆地整體沉降，形成了區(qū)域性的斷陷湖盆淹沒事件，也是車鎮(zhèn)凹陷最終定型階段。

5 結(jié) 論

（1）車鎮(zhèn)凹陷新生界經(jīng)歷了伸展（Ek-Es4）和走滑—伸展（Es3-Ed）兩個(gè)斷陷期，屬于NNE-NE向右旋走滑—伸展斷層控制的近菱形走滑—伸展型盆地。走滑—伸展階段的走滑—伸展構(gòu)造和區(qū)域加速沉降控制了車鎮(zhèn)凹陷狹窄—陡深—多洼的構(gòu)造格局。

（2）印度板塊由NNE向楔入歐亞板塊之下以及太平洋板塊NWW向低速俯沖于歐亞板塊之下，郯廬走滑斷裂帶和蘭聊走滑斷裂帶發(fā)生右旋剪切，導(dǎo)致渤海灣盆地進(jìn)入走滑—伸展構(gòu)造體制，是車鎮(zhèn)凹陷形成的主要成因。構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，右旋走滑—伸展是車鎮(zhèn)凹陷的形成機(jī)制。