鄧路佳吳孔友焦紅巖董 方趙海燕劉煜磊張法冰

1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266580;

2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠,山東 東營 257100

0 引言

斷裂體系是指同一時(shí)期內(nèi)由統(tǒng)一區(qū)域應(yīng)力場產(chǎn)生的相互聯(lián)系的一系列斷裂組合(吳孔友等,2017)。隨著油氣勘探不斷深入,一些學(xué)者將斷裂體系廣泛應(yīng)用于盆地構(gòu)造分析中研究盆地的形成背景、演化過程等方面(張迎朝等,2013;吳智平等,2018)。斷裂體系發(fā)育特征作為中國東部陸相斷陷盆地油氣勘探研究的主要內(nèi)容,不僅關(guān)系到地震解釋及構(gòu)造模型的準(zhǔn)確性,更重要的是對烴源巖發(fā)育、儲層展布、圈閉有效性、油氣輸導(dǎo)及聚集等均存在控制作用(李才等,2014;柴永波等,2015;何京等,2017;陳登超等,2020)。

渤海灣盆地處于古亞洲洋、特提斯洋和太平洋三大構(gòu)造域相互作用交接的中心區(qū)域,是一個(gè)在早白堊世被動(dòng)裂陷盆地基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代主動(dòng)裂陷盆地(李三忠等,2010;李理等,2015)。漆家福等(2008)研究認(rèn)為,渤海灣盆地中的伸展斷層和走滑斷層為相對獨(dú)立的兩個(gè)構(gòu)造系統(tǒng),它們在空間上相互利用、改造,形成了復(fù)雜的構(gòu)造疊加或復(fù)合關(guān)系。東營凹陷作為渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷中的二級負(fù)向單元,受區(qū)域性伸展及郯廬斷裂帶走滑改造,經(jīng)歷了多個(gè)演化階段,多期次、多展布方向、多種性質(zhì)的盆地的垂向疊加與橫向復(fù)合,使得斷裂體系特征尤為復(fù)雜(何斌,2001;薛雁等,2013)。

現(xiàn)河礦區(qū)位于東營凹陷東部,構(gòu)造單元?jiǎng)澐稚婕坝蜌赓Y源最富的中央隆起帶及油藏類型最多的廣大南坡,緊鄰生油洼陷,已發(fā)現(xiàn)王家崗、梁家樓、牛莊等油田(尚明忠等,2004),呈現(xiàn)出十分優(yōu)越的成藏條件,具備廣闊的勘探前景。現(xiàn)河礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、斷裂眾多,伸展構(gòu)造與走滑構(gòu)造疊加關(guān)系及形成機(jī)理不清,很大程度上制約著該區(qū)油氣的勘探進(jìn)程。文章基于現(xiàn)河礦區(qū)高精度三維地震資料,結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)際鉆井情況,識別斷裂類型、總結(jié)主要斷裂組合樣式、厘定古近系斷裂體系并揭示分布規(guī)律,通過統(tǒng)計(jì)主干斷裂的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)定量表征斷裂的形成與活動(dòng)階段,結(jié)合區(qū)域應(yīng)力背景分析斷裂形成機(jī)理,建立現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂體系形成演化的動(dòng)力學(xué)模型,為油氣勘探提供研究基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

東營凹陷地處渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷東南部,東鄰郯廬斷裂帶西支(圖1a),整體呈近東西向展布,探區(qū)面積約5700 km2,北側(cè)以陳南斷裂與陳家莊凸起為鄰,東接青坨子凸起,西為濱縣凸起與青城凸起,南側(cè)毗鄰魯西隆起與廣饒凸起,凹陷由北至南劃分為北部陡坡帶、中央隆起帶與南部緩坡帶三大構(gòu)造單元,具有南北分帶、“北斷南超”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征(云金表和趙利華,2003;薛雁等,2013;圖1b)。東營凹陷是一個(gè)發(fā)育在古生代基底之上的受陳南斷裂伸展斷彎作用控制,后期疊加郯廬斷裂帶走滑應(yīng)力分量的中、新生代斷陷盆地(何斌,2001;王穎等,2002;賈東等,2005;李理等,2015),新生代以來經(jīng)歷了古新世—漸新世裂陷、中新世以后拗陷的構(gòu)造演化過程。

現(xiàn)河礦區(qū)位于東營凹陷東部,橫跨牛莊、利津兩大生烴洼陷,構(gòu)造上貫穿東營凹陷中央隆起帶與南部緩坡帶,各級別斷裂發(fā)育豐富且多呈帶狀分布,主要的二級構(gòu)造帶包括位于中央隆起的郝家-現(xiàn)河莊構(gòu)造帶、南坡的陳官莊-王家崗斷裂帶以及控制博興洼陷沉積的石村斷裂帶。

研究區(qū)地層發(fā)育較為完全,自下而上依次發(fā)育古近系孔店組(Ek)、沙河街組四段(Es4)、沙河街組三段(Es3)、沙河街組二段(Es2)、沙河街組一段(Es1)、東營組(Ed)及新近系與第四系(N—Q)。區(qū)內(nèi)存在中生代與古近系之間(Tr)、古近系與新近系之間(T1)的一級不整合及孔店組與沙四段之間(T′7)、沙四段與沙三段之間(T′6)、沙二下亞段與沙二上亞段之間(T′3)3個(gè)二級不整合(圖1c)。

圖1 東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)構(gòu)造位置與地層格架Fig.1 Tectonic position and stratigraphic framework of the Xianhe mining area in the Dongying Sag

2 斷裂類型及發(fā)育特征

現(xiàn)河礦區(qū)古近系主要發(fā)育伸展、伸展-走滑兩種類型斷裂。按斷裂延伸長度、切至層位及對構(gòu)造、沉積的控制作用,將研究區(qū)斷裂劃分為二級控洼斷裂(如石村斷裂)、三級控帶斷裂(如河125斷裂、官136斷裂、牛莊北斷裂等)與低序級小斷裂3個(gè)級別。

2.1 伸展斷裂發(fā)育特征

伸展斷裂構(gòu)成現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂的主體,全區(qū)皆有分布,斷裂發(fā)育具有北西西向、近東西向和北東東向3個(gè)優(yōu)勢方位。石村斷裂作為研究區(qū)唯一的二級控洼斷裂控制著博興洼陷的發(fā)育,其走向?yàn)楸蔽魑飨?斷層面南傾,剖面上呈明顯鏟式結(jié)構(gòu)(圖2),于中生代末期發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)成為伸展斷裂開始接受沉積,并在古近紀(jì)持續(xù)活動(dòng)(王穎等,2002)?，F(xiàn)河礦區(qū)三級控帶斷裂十分發(fā)育且大都為具伸展性質(zhì)的同沉積斷裂,它們與儲集相帶的分布以及圈閉的形成有密切的關(guān)系(崔曉玲等,2013),在研究區(qū)南部緩坡帶及牛莊洼陷分布較多,如牛莊北斷裂、官136斷裂、通4斷裂、④號斷裂、⑤號斷裂等。這些斷裂走向多為北東東向或近東西向,斷層面北傾,在剖面上具板式結(jié)構(gòu)。發(fā)育在南部緩坡帶的官136斷裂、通4斷裂等形成較早,孔店期就初具規(guī)模;靠近牛莊洼陷的牛莊北斷裂、②號斷裂等形成較晚,沙四期開始形成。低序級小斷裂在現(xiàn)河礦區(qū)也發(fā)育較多,具有延伸短、斷距小的特點(diǎn),通常在某一時(shí)期突然活動(dòng),之后活動(dòng)性迅速減弱,代表了一次短暫的斷裂活動(dòng),研究區(qū)T′6界面以下出現(xiàn)較多(圖2)。

2.2 伸展-走滑斷裂發(fā)育特征

現(xiàn)河礦區(qū)伸展-走滑斷裂數(shù)量相對較多,在中央隆起帶、南部緩坡帶分布廣泛,該類斷裂為三級控帶斷裂,平面上一般呈斷裂系出現(xiàn),其走向以北東向?yàn)橹?少量呈北西向。北東向伸展-走滑斷裂系以河125斷裂系、牛西斷裂系、丁家屋子斷裂系為代表,是右旋張扭體系的產(chǎn)物;北西向伸展-走滑斷裂系以王66斷裂系為代表,是左旋張扭體系的產(chǎn)物(圖3)。其中,北西向的王66斷裂系形成于沙三期,剖面上呈負(fù)花狀構(gòu)造;北東向的伸展-走滑斷裂系普遍在沙三期開始萌芽,沙一期達(dá)到成熟。河125斷裂系位于中央隆起帶,是受東營凹陷塑性膏鹽拱張作用疊合郯廬斷裂走滑分量產(chǎn)生(劉澤容和李亞輝,1997;賈東等,2005),剖面組合樣式以復(fù)合“Y”字形為主,主斷裂剖面上具鏟狀或座椅狀結(jié)構(gòu)(圖2),斷裂下降盤堆積的濁積砂體是有利的儲油圈閉。牛西斷裂系位于牛莊洼陷西部,沙三期開始出現(xiàn),沙一期具備規(guī)模,剖面上呈“X”型共軛樣式,平面上呈雁列式排開。丁家屋子斷裂系位于南部緩坡帶東部,沙三期開始出現(xiàn)并規(guī)模發(fā)育,剖面上呈明顯的負(fù)花狀構(gòu)造或復(fù)合“Y”字形,平面上呈雁列式排開。

圖2 現(xiàn)河礦區(qū)主要測線地震解釋方案(測線位置見圖1)Fig.2 Seismic interpretation scheme of main survey lines in the Xianhe mining area (The position of the surveying line is shown in Fig.1)

3 斷裂組合樣式與疊加關(guān)系

在明確斷裂性質(zhì)與特征、合理分析斷裂剖面組合的基礎(chǔ)上,可將東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)斷裂組合樣式概括為伸展斷裂組合樣式、伸展-走滑斷裂組合樣式兩類。

3.1 伸展斷裂組合樣式

伸展斷裂組合樣式在現(xiàn)河礦區(qū)分布廣泛。平面上,發(fā)育平行式組合與斜交式組合。平行式組合由多條走向基本一致的斷裂組合而成,常見于牛莊洼陷與陳官莊-王家崗斷裂帶。斜交式組合表現(xiàn)為一條或多條分支斷裂斜交終止于主干斷裂,常見于博興洼陷東側(cè)與利津洼陷(圖3)。剖面上主要發(fā)育“Y”字形組合、階梯狀組合、塹壘組合與屋脊式組合4種類型。 “Y”字形組合按主干斷裂與分支斷裂傾向關(guān)系及數(shù)量進(jìn)一步劃分為多級“Y”字形、同向 “Y”字形和反向 “Y”字形,其中,多級“Y”字形組合呈多條分支斷裂同向收斂于主干斷裂,同向與反向“Y”字形組合呈一條低序級分支斷裂與主干斷裂相交而成,不同之處在于分支斷裂傾向不同。階梯狀組合常見于牛莊洼陷,包括自行消失和交于主干斷裂兩種類型,自行消失表現(xiàn)為產(chǎn)狀相同、規(guī)模相當(dāng)?shù)恼龜嗔岩来蝺A斜排列,交于主干斷裂表現(xiàn)為形態(tài)相似的正斷裂依次同傾向交于主干斷裂。塹壘組合由地塹及地壘構(gòu)成,是走向大致平行、傾向相反的正斷裂所夾持地層一盤上升或下降的組合,主要分布于南部緩坡帶、牛莊洼陷與博興洼陷。屋脊式組合按形態(tài)劃分為入字形組合與人字形組合,其特征是小型正斷裂交于主干斷裂下盤,主要分布于牛莊洼陷(圖4)。

圖3 現(xiàn)河礦區(qū)斷裂平面組合樣式Fig.3 Plane combination style of faults in the Xianhe mining area

3.2 伸展-走滑斷裂組合樣式

伸展-走滑斷裂組合樣式在現(xiàn)河礦區(qū)分布較多。平面上,伸展-走滑斷裂組合樣式包括雁列式組合與帚狀組合。雁列式組合由具有相同應(yīng)力成因的一系列同級別斷裂呈雁行狀排列構(gòu)成,主要分布于南部緩坡帶與牛莊洼陷西部。帚狀組合由若干條弧形斷裂組合而成,呈現(xiàn)出一端收斂、一端撒開,多分布于南部緩坡帶與中央隆起帶(圖3)。剖面上主要包括負(fù)花狀構(gòu)造、復(fù)合“Y”字形與“X”型3種組合樣式。負(fù)花狀構(gòu)造在剖面上形似花束,是伸展-走滑斷裂在淺部表現(xiàn)的向上分叉、散開的斷裂組合樣式(葛雙成等,1993),南部緩坡帶發(fā)育較多,典型的是丁家屋子斷裂系。復(fù)合“Y”字形組合主要分布于中央隆起帶,是小斷距斷裂相向有序交錯(cuò)構(gòu)成的斷裂組合樣式,具典型的伸展-走滑性質(zhì)(吳孔友等,2021),河125斷裂系為其代表。 “X”型組合由兩組規(guī)模相近的斷裂在剖面上共軛相交組成,典型的是牛西斷裂系(圖4)。

圖4 現(xiàn)河礦區(qū)斷裂剖面組合樣式Fig.4 Section combination style of faults in the Xianhe mining area

3.3 斷裂疊加關(guān)系

東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)斷裂間疊加關(guān)系復(fù)雜,從不同角度可劃分出不同的斷裂疊加體系。

依據(jù)斷裂性質(zhì)與特征可劃分為伸展斷裂體系與伸展-走滑斷裂體系:伸展斷裂體系多表現(xiàn)為研究區(qū)南部緩坡帶廣泛發(fā)育的同沉積斷裂,伴隨著斷裂上盤不斷下降,不僅提供了良好的沉積儲層,同時(shí)還可形成逆牽引背斜,有利于油氣的聚集成藏;而伸展-走滑斷裂體系則是早期伸展斷裂疊加晚期走滑作用的結(jié)果,如河125斷裂系、丁家屋子斷裂系、牛西斷裂系,走滑應(yīng)力場派生出的眾多小規(guī)模次級斷裂對油氣的運(yùn)移、輸導(dǎo)作用更為有利,表明扭張或張扭體系下的斷層對油氣成藏影響更為深刻。

另外,從斷裂埋藏深淺角度以T′6層序界面為界可劃分為深層斷裂體系與淺層斷裂體系:深層斷裂體系包括先期發(fā)育的同沉積斷裂、低序級小斷裂和反向翹傾斷塊,具有數(shù)量多、組合樣式豐富的特點(diǎn);淺層斷裂體系主要為持續(xù)活動(dòng)的同沉積斷裂及后期疊加走滑作用產(chǎn)生的斷裂,如王66斷裂系、丁家屋子斷裂系、牛西斷裂系、河125斷裂系,這一時(shí)期同沉積伸展斷裂活動(dòng)稍有減弱,組合樣式多具扭張或張扭性質(zhì)(圖2)。

4 斷裂活動(dòng)與演化階段

4.1 斷裂活動(dòng)性

油氣藏的形成與斷裂活動(dòng)性關(guān)系密切,目前關(guān)于斷裂活動(dòng)性研究常用的方法有生長指數(shù)法(Thorsen,1963;趙孟為,1989)、斷距-埋深曲線法(王洪宇等,2020)、古落差法(趙勇和戴俊生,2003)、斷層活動(dòng)速率法(李勤英等,2000)、斷層滑動(dòng)速率法(張偉忠等,2017)等,根據(jù)礦區(qū)資料和斷裂發(fā)育情況,文中主要采用生長指數(shù)法和斷距-埋深曲線法對斷裂活動(dòng)性進(jìn)行定量表征。

4.1.1 生長指數(shù)分析

生長指數(shù)是指某一時(shí)期斷層上盤厚度與下盤厚度之比。當(dāng)生長指數(shù)等于1時(shí),斷層上下盤厚度一致,斷層在這一時(shí)期不活動(dòng);當(dāng)生長指數(shù)大于1時(shí),斷層開始活動(dòng),且生長指數(shù)越大,生長斷層的同沉積作用越明顯,斷裂活動(dòng)性越強(qiáng)(Thorsen,1963;趙孟為,1989)。東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)發(fā)育大量生長斷層且斷層上下盤保存較為完整,因此生長指數(shù)法在研究區(qū)斷裂活動(dòng)性分析方面極為適用。

文中統(tǒng)計(jì)了現(xiàn)河礦區(qū)南部緩坡帶與中央隆起帶共計(jì)14條主要生長斷層的生長指數(shù),以此討論斷裂活動(dòng)規(guī)律(圖5)。石村斷裂活動(dòng)較早,在孔店期活動(dòng)最為強(qiáng)烈,此后活動(dòng)性逐漸減弱,直至東營晚期又一次增強(qiáng)。現(xiàn)河礦區(qū)主要三級控帶斷裂生長指數(shù)出現(xiàn)兩個(gè)極大點(diǎn),說明研究區(qū)曾出現(xiàn)了兩次斷裂活動(dòng)高峰,分別為沙三中期和東營早期。其中,沙三中期斷裂活動(dòng)最強(qiáng)烈,生長指數(shù)最大為1.98;東營早期斷裂活動(dòng)稍弱,生長指數(shù)最大為1.43?，F(xiàn)河礦區(qū)南部緩坡帶與中央隆起帶斷裂活動(dòng)性存在差異,南部緩坡帶存在沙三中期與東營早期兩次明顯高峰,典型的有官136斷裂、通4斷裂、⑤號斷裂;中央隆起帶同樣在沙三中期活動(dòng)強(qiáng)烈,但東營早期斷裂活動(dòng)不明顯,如河125斷裂、河4-1斷裂。

圖5 現(xiàn)河礦區(qū)主干斷裂生長指數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.5 Growth index statistics of main faults in the Xianhe mining area

4.1.2 斷距-埋深曲線分析

通過量取地質(zhì)剖面上不同埋深的斷層滑距,繪制斷距-埋深曲線可以判斷不同時(shí)期斷裂的活動(dòng)性強(qiáng)弱。一般情況下,斷距變化越大的時(shí)期即為斷裂活動(dòng)最強(qiáng)烈階段。斷距-埋深曲線具有4種模式(王洪宇等,2020):①孤立模式,斷裂縱向中間位置斷距最大,兩端位置斷距最小,斷距-埋深曲線呈現(xiàn)為“C”型;②持續(xù)生長模式,斷裂隨沉積作用同時(shí)活動(dòng),斷裂向深層斷距線性增大;③再活化模式,斷裂先后經(jīng)歷了同沉積階段、靜止階段和再活化階段,斷距隨埋深呈線性變化,但存在明顯的拐點(diǎn),代表這一時(shí)期斷層基本停止活動(dòng);④傾向連接模式,斷裂出現(xiàn)兩個(gè)斷距極大值,且被一個(gè)斷距極小值分隔,斷距-埋深曲線表現(xiàn)出“M”型。

根據(jù)東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)幾條主干斷裂的斷距-埋深曲線,結(jié)合生長指數(shù)統(tǒng)計(jì)剖面,分析斷裂的主要活動(dòng)時(shí)期。⑤號斷裂、②號斷裂、牛莊北斷裂、王1斷裂均屬再活化模式(圖6),都表現(xiàn)沙二末期—沙一期斷層基本停止活動(dòng),生長指數(shù)接近于1,斷距梯度急劇變小。其中牛莊北斷裂形成較早,孔店期就強(qiáng)烈活動(dòng),之后在沙三中期迎來全區(qū)范圍內(nèi)普遍存在的第一次活動(dòng)高峰,生長指數(shù)大于1,沙二末期進(jìn)入活動(dòng)間歇期,東營早期斷距梯度有所增大,迎來第二次活動(dòng)高峰。王1斷裂也發(fā)育較早,自孔店—沙四期形成以來,先后經(jīng)歷了沙三中期與東營早期兩次活動(dòng)高峰,在沙二末—沙一期斷層停止活動(dòng),處于斷裂靜止階段。②號斷裂發(fā)育較晚,于沙三早期形成,沙三中期生長指數(shù)達(dá)到極大值,斷距梯度也較大,為斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈期,在沙二末—沙一期斷裂靜止階段以后,東營早期斷裂活動(dòng)又一次加強(qiáng)。

圖6 現(xiàn)河礦區(qū)主干斷裂斷距-埋深曲線與生長指數(shù)剖面Fig.6 Fault displacement-buried depth curves and growth index profile of major faults in the Xianhe mining area

4.2 斷裂演化階段

在明確東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)斷裂類型與特征、斷裂組合樣式幾何學(xué)特征和生長指數(shù)等運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的基礎(chǔ)上,優(yōu)選切過現(xiàn)河礦區(qū)典型構(gòu)造的地震剖面進(jìn)行精細(xì)解釋,在平衡剖面原理的指導(dǎo)下,運(yùn)用2D-Move軟件進(jìn)行剖面演化序列恢復(fù),再現(xiàn)研究區(qū)不同類型斷裂的形成演化過程。剖面演化恢復(fù)結(jié)果表明:東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)古近系以來共經(jīng)歷5個(gè)主要斷裂演化階段。

(1)初始伸展階段(Ek—Es4)

古新世—始新世早期,在繼承中生代末期北西—南東構(gòu)造格局的基礎(chǔ)上盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)(宗國洪等,1999;王穎等,2002),使得東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)產(chǎn)生初始伸展斷裂,石村斷裂開始拉張,盆地內(nèi)斷裂小規(guī)模發(fā)育(圖7a、7b)。

始新世沙四段至沙三段沉積時(shí)期,渤海灣盆地發(fā)生了一次波及范圍廣且強(qiáng)度大的區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)——濟(jì)陽運(yùn)動(dòng),使東營凹陷整體呈拉張性質(zhì),構(gòu)成最主要的斷陷成盆期(楊品榮等,2001;史卜慶等,2002)。此時(shí)石村斷裂繼承性發(fā)育,南部緩坡帶同沉積斷裂開始大量出現(xiàn)并強(qiáng)烈活動(dòng),尤其沙三中期斷裂活動(dòng)性最強(qiáng)。受塑性地層底辟上拱影響,中央隆起帶河125斷裂開始發(fā)育,但此時(shí)僅為伸展性質(zhì)(圖7c、7d)。

進(jìn)入漸新世,郯廬斷裂右行走滑作用加強(qiáng),東營凹陷伸展斷裂活動(dòng)強(qiáng)度有所減弱。有學(xué)者認(rèn)為渤海灣盆地伸展和走滑作用具有此消彼長特征(李理等,2015),因此從斷裂活動(dòng)角度分析,此時(shí)應(yīng)屬于伸展活動(dòng)間歇期,與此對應(yīng)的走滑活動(dòng)達(dá)到峰值,可能是主要的伸展-走滑斷裂形成期。河125斷裂在先存斷裂基礎(chǔ)上,右行走滑作用加強(qiáng),轉(zhuǎn)換為復(fù)合“Y”字形斷裂組合,扭動(dòng)特征更加明顯(圖7e)。同時(shí),丁家屋子與牛西伸展-走滑斷裂系發(fā)育程度增強(qiáng),派生出更多的分支斷裂。

圖7 現(xiàn)河礦區(qū)測線②演化序列(測線位置見圖1)Fig.7 Evolution sequence of Surveying line ② in the Xianhe mining area (The position of Surveying line ② is shown in Fig.1)

(4)再活化伸展階段(Ed)

漸新世晚期發(fā)生了一次強(qiáng)度較大的東營構(gòu)造運(yùn)動(dòng),形成了眾多小規(guī)模次級斷層,全區(qū)整體抬升遭受剝蝕,構(gòu)造格局仍具繼承性(圖7f)。該期斷裂活動(dòng)是繼沙三中期之后的又一次高峰,但較沙三中期弱,未能產(chǎn)生大范圍的沉降與伸展,只是對先存構(gòu)造的復(fù)雜化(史卜慶等,1999)。

(5)定型保留階段(N—Q)

新近紀(jì)之后,渤海灣盆地伸展作用明顯減弱,盆地整體處于熱沉降狀態(tài),走滑運(yùn)動(dòng)仍在持續(xù)發(fā)生,但強(qiáng)度減弱(漆家福等,1995;侯貴廷等,2001),此時(shí)研究區(qū)斷裂發(fā)育基本定型,盆地轉(zhuǎn)向坳陷沉積(圖7g)。

概括來說,東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)斷裂的形成與演化發(fā)生在伸展-走滑應(yīng)力疊合環(huán)境下。依據(jù)伸展強(qiáng)度與走滑強(qiáng)度劃分為初始伸展階段、強(qiáng)伸展階段、走滑-弱伸展階段、再活化伸展階段和定型保留階段5個(gè)主要的斷裂演化階段,各演化階段賦予研究區(qū)不同時(shí)期相應(yīng)的構(gòu)造格架與沉積充填。

5 斷裂形成機(jī)理

斷裂的形成與演化階段很大程度上受復(fù)雜的地球動(dòng)力學(xué)背景影響,板塊間的相互運(yùn)動(dòng)是其驅(qū)動(dòng)源。以板塊構(gòu)造理論為指導(dǎo),通過對東營凹陷現(xiàn)河礦區(qū)斷裂演化進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,能夠從機(jī)理上解釋斷裂的形成原因與演化過程(圖8)。

圖8 現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂體系形成演化過程(據(jù)侯貴廷等, 2001;Hall, 2002修改)Fig.8 Formation and evolution of the Paleogene fault system in the Xianhe mining area (modified from Hou et al., 2001; Hall, 2002)

古新世—早始新世(約65.0～42.0 Ma),西太平洋板塊呈北北西方向以200 mm/a的速率向歐亞大陸俯沖(Koppers et al.,2001),產(chǎn)生的弧后拉張效應(yīng)形成巨大的拉伸應(yīng)力場。同時(shí)揚(yáng)子地塊向北楔入,持續(xù)作用于華北克拉通,使北北東向的郯廬斷裂帶發(fā)生左旋走滑運(yùn)動(dòng),致使郯廬斷裂帶以西地區(qū)處于左旋剪切應(yīng)力場(侯貴廷等,2001)。兩種作用共同控制下,渤海灣地區(qū)發(fā)育了一系列雁行排列的北西向斷裂控制的小型斷陷盆地,北西向斷裂體系控制了整個(gè)研究區(qū)的古構(gòu)造格局 (Allen et al., 1997),東營凹陷表現(xiàn)為一個(gè)北東斷南西超的半地塹。此時(shí),呈北西走向的石村斷裂開始以伸展形式出現(xiàn),研究區(qū)進(jìn)入初始伸展階段(圖8a)。

晚始新世(約42.0～37.0Ma),由于庫拉板塊消失,西太平洋板塊運(yùn)動(dòng)方向從北北西向轉(zhuǎn)為北西西向,以致郯廬斷裂開始大規(guī)模右行走滑(Northrup et al.,1995;侯貴廷等,1998;Hsiao et al.,2004;黃雷等,2012;肖坤澤和童亨茂,2020)。這一時(shí)期西太平洋板塊的俯沖速率為38 mm/a(Koppers et al.,2001),處于最低值,代表盆地進(jìn)入強(qiáng)伸展活動(dòng)階段 (漆家福等,2008)。另有學(xué)者認(rèn)為新生代受太平洋板塊向歐亞大陸俯沖和印度板塊向北推擠碰撞影響,致使揚(yáng)子地塊與華北克拉通產(chǎn)生匯聚后擠壓效應(yīng),打破了原有的地幔熱均衡,從而導(dǎo)致地幔柱上的地殼發(fā)生伸展斷陷 (Jolivet et al.,1994;Hall,2002;王穎等,2002),伴隨有研究區(qū)北東東向伸展斷裂大量出現(xiàn)。其次,郯廬斷裂右行走滑派生出的丁家屋子右旋斷裂系、王66左旋斷裂系出現(xiàn)(圖8b)。

漸新世早期(約37.0～32.8 Ma),西太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖速率有所增大,于此構(gòu)造環(huán)境下,郯廬斷裂右行走滑活動(dòng)明顯加強(qiáng)(Koppers et al.,2001;侯貴廷等,2001),現(xiàn)河礦區(qū)右旋張扭體系(如丁家屋子斷裂系、河125斷裂系、牛西斷裂系)同步大規(guī)模出現(xiàn),此時(shí)盆地裂陷強(qiáng)度大幅下降,斷陷不甚發(fā)育(圖8c)。

漸新世晚期(約32.8～24.6 Ma),西太平洋板塊以80 mm/a的中等速率向歐亞大陸俯沖(Koppers et al.,2001),伴隨著日本海的大規(guī)模打開與青藏高原急劇隆起,在新的一期走滑拉分下盆地進(jìn)入了新的成盆期(侯貴廷等,2001),巖石圈的快速拉伸、上地幔上涌以及殼下巖石圈的彈性回返導(dǎo)致東營運(yùn)動(dòng)發(fā)生(史卜慶等,1999)?，F(xiàn)河礦區(qū)斷裂進(jìn)入再伸展活動(dòng)階段,斷裂在先存構(gòu)造基礎(chǔ)上進(jìn)一步復(fù)雜化(圖8d)。

6 結(jié)論

(1)現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂包括伸展和伸展-走滑兩種類型,分別對應(yīng)伸展、伸展-走滑兩套斷裂體系。伸展斷裂構(gòu)成現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂的主體,剖面上發(fā)育“Y”字形組合、階梯狀組合、塹壘組合與屋脊式組合4大類共8種樣式,平面上發(fā)育平行式組合與斜交式組合樣式。伸展-走滑斷裂在現(xiàn)河礦區(qū)數(shù)量相對較多,剖面上發(fā)育負(fù)花狀、復(fù)合“Y”字形與“X”型3種組合樣式,平面上發(fā)育雁列式組合與帚狀組合樣式。

(2)現(xiàn)河礦區(qū)古近系主干斷裂存在沙三中期和東營早期兩次活動(dòng)高峰。生長指數(shù)分析得出沙三中期斷裂活動(dòng)最強(qiáng)烈,生長指數(shù)最大為1.98;東營早期斷裂活動(dòng)稍弱,生長指數(shù)最大為1.43。斷距-埋深曲線分析表明三級控帶斷裂大都屬再活化模式,沙三中期活動(dòng)最強(qiáng),沙二末期—沙一期斷層基本停止活動(dòng),東營早期斷裂活動(dòng)又一次加強(qiáng)。

(3)現(xiàn)河礦區(qū)古近系斷裂形成演化受控于伸展-走滑應(yīng)力疊合作用,共經(jīng)歷初始伸展階段(Ek—Es4)、強(qiáng)伸展階段(—)、走滑-弱伸展階段(—Es1)、再活化伸展階段(Ed)和定型保留階段(N—Q)5個(gè)主要的斷裂演化階段。