渤海海域中郯庐深断裂带的结构模型及新生代运动学

郯庐深断裂带自安徽庐江—山东郯城、沂水、安丘一线向北延伸进入渤海海域被新生代盆地沉积层和海水覆盖。根据区域重、磁力异常图解释的渤海海域的郯庐深断裂带位于莱州湾—渤海东部—辽东湾东部一线,总体走向NNE,对应于渤海海域NNE向地幔隆起带的东部斜坡。渤海海域新生代盆地与地幔隆起呈镜像反映,构成古近纪断陷的边界断层包括NE向、NNE向、NEE向、NW向和NWW向等多个方向,且多表现出铲式正断层的几何学、运动学特征。渤海海域新生代盆地在莱州湾—渤海东部—辽东湾东部发育有由2～4条走向NNE向、陡倾斜的基底走滑断层及相关构造变形组成的右旋走滑构造带,位置与区域重磁资料解释的郯庐深断裂带大致相当。综合深层地壳结构和新生代盆地构造特征有理由认为,渤海海域中新生代盆地中的走向NNE向、陡倾斜的基底走滑断层构造带的与深层至少切割莫霍面的深断裂带构成了一条地壳尺度垂向的强变形构造带。渤海海域的郯庐深断裂带在新生代时期郯庐断裂带并非只发生右旋走滑运动,在区域裂陷作用中控制古近纪断陷的伸展断层可能利用了深断裂带在浅层地壳的部分断层面,并且因为伸展位移在中地壳层中发生拆离滑脱,而深断裂带的右旋走滑位移才使浅层断层与深层断层保持紧密联系。     

从地震信息看新生代郯庐断裂带的展布与活动

郯庐前新近纪断裂带为中国东部滨太平洋地区一条巨型张扭走滑构造带。利用地震信息分析地质结构,可将其分为南、中、北三大段和七亚段。按其影响范围的规模可划分为广义和狭义两类:广义郯庐前新近纪断裂带地质结构是“两凹夹一隆”,狭义郯庐前新近纪断裂带则指高垒带与两侧(邻)的断层组合。断裂带内外都发育有反转、花状构造。狭义郯庐前新近纪断裂带走向为NNE,仅在嘉山以南为NE向,其两侧的前新近纪断层大体上都为EW、NE和NEE走向,与狭义郯庐断裂呈锐角相切。古近纪构造层中,由南到北郯庐断层两侧箕状断陷边界都由生长断层所组成,说明郯庐断裂两侧的古近纪断陷应属拉张盆地,并非拉分盆地,郯庐古近纪断裂动力学是拉张而非拉分构造应力场。古近纪构造层在拉张翘倾运动中叠加了右旋走滑地质应力,这种右旋走滑应力是太平洋板块向西俯冲至欧亚板块之下的结果。中生代郯庐断裂的动力学表现为库拉板块向北俯冲至欧亚板块之下形成的左旋平移现象。郯庐断裂NE向平移走滑与北西向隐蔽断裂的相交处是发生破坏性地震的构造部位,因此,应特别重视对高丽营北东向生长断层与渤中-孙河-南口北西向隐蔽断层相交处地震动向的监控。     

郯庐断裂带附近地壳浅层现今构造应力场

郯庐断裂带是中国东部大陆规模最大的第四纪活动构造带和地震活动带,断裂带附近现代构造应力场明显控制了其运动方式、活动强度和地震活动,深入研究郯庐断裂带附近地壳浅层现今构造应力场,对于探讨断裂带当前活动性具有重要的科学意义。在参考前人研究成果的基础上,依据郯庐断裂带附近(山东—环渤海—辽宁段)6个600~1 000 m深孔地应力实测数据,初步揭示了断裂带附近地壳浅层应力分布规律,并分析其在不同活动段之间的差异。结合研究区已有其他应力数据(震源机制解、钻孔崩落、应力解除及断层滑动矢量反演数据等),重绘断裂带及邻区地壳现代构造应力场图,基于此详细分析了现今构造应力场主压应力方位特征及其对断裂活动方式的影响。初步结果表明:(1)在构造应力积累水平上,郯庐断裂带山东段西南端应力积累最高,渤海段东、西两侧之辽东半岛应力积累强度次之,辽宁段东北端本溪地区略低于渤海段,山东段北端和河北昌黎两地应力积累强度最低。(2)断裂带山东段南端地应力环境为逆冲型,而北端以正断型为主;渤海段之辽东半岛和河北昌黎及邻区主要为正断型;辽宁段东北端以正断型为主,兼具走滑型应力状态,地壳浅部地应力状态与断裂各段第四纪以来的运动学特征具有较好的一致性。(3)郯庐断裂带山东段及邻区现今构造应力场主压应力优势方位为N70°E,渤海段及邻区为N68°E,辽宁段及邻区为N72°E,各段之间差异不明显,该应力作用方式有利于断裂带产生右旋走滑活动,同时也表明郯庐断裂带所处的华北及辽宁大部地区具有较统一构造应力环境。     

基于地应力实测数据分析郯庐断裂带中段滑动趋势

郯庐断裂带潜在滑动趋势对于区域地壳稳定性评价具有重要的意义。对郯庐断裂带中段(新沂至渤海段)附近12个钻孔共65条实测地应力数据分析,得出该区段最大和最小水平主应力与垂直应力之比Kmax和Kmin的范围,结果表明郯庐断裂带中段主要表现为逆断层的应力状态,局部地区呈现出有利于走滑断层的特征。研究区内应力比K值由西向东逐渐增大,并在东北部达到最大。通过计算得出断层面上的剪应力与有效正应力比值小于Byerlee准则所定义的摩擦系数,说明目前郯庐断裂带中段处于相对稳定状态;同时发现北西向断裂面上的剪应力与有效正应力比值比北东向断裂的大。区内应力积累指标μm的计算结果和地震的分布特征表明,郯庐断裂带中段北西向断裂上地震活动频繁,应力积累程度低;而北东向断层上应力积累程度高,特别是处于郯庐断裂带中段东北部的北东向断层,在应力集中的区域出现地震空白区,推测为断层的锁固段。最终认为在现今应力场下郯庐断裂带中段更易沿北西向的断裂滑动。     

郯庐断裂带中段第四纪活动及其分段特征

郯庐断裂带是中国东部一条岩石圈尺度的构造不连续带。位于江苏和山东培内的郯庐断裂带中段，在新构造运动时期强烈右旋走滑复活，形成地貌形迹显著的走滑活动断裂带。笔者在断层活动形迹的野外调查和观测的基础上，结合TM遥感影像特征解译和地震震源机制解资料，分析了郯庐断裂中段第四纪活动的分段行为特征。位于嘉山－潍坊之间的郯庐断裂带中段可以进一步划分为3段，北段安丘－茅埠亚段，中段汪湖－宿迁亚段，南段宿迁－嘉山亚段，这三段可能分别是独立的地震破裂段。观测表明，新构造变形主要集中在宿迁以北的中、北段，是历史强震的发生段，而南段变形相对较弱，嘉山以南安徽境内郯庐断裂新构造变形更弱。郯庐断裂带新构造走滑变形的走向分段行为是华北地区不同块体新构造运动位移调节的结果。     

郯庐断裂带早新生代的活动性质研究

郯庐断裂带是新生代以来中国东部大陆大地构造演化中最重要的构造带之一,对郯庐断裂的认识制约了大型盆地的形成演化的认识及油气资源的评价。本文在野外实地调查的基础上,从郯庐断裂带与地层的穿切关系入手,借助最新的地震反射剖面以及第一手野外资料,判定郯庐断裂带在新生代早期经历了强烈的活动,表现为左旋兼具逆冲的性质。通过分析覆盖在郯庐断裂带之上火山岩中的断裂发育样式和地震反射剖面上的地层覆盖关系,认为中新世以来,相当于渤海湾盆地的东营运动之后,构造应力场发生了变化,郯庐断裂带不再有显著的活动,发育了新的断裂体系。郯庐断裂新生代兼有垂向位移的走滑活动奠定了中国东部古近纪盆地形成、沉积演化和油气资源成藏的基本格局。     

古新世以来郯庐断裂的位移量及其对莱州湾凹陷的控制

高分辨三维地震可视化及方差切片分析显示,郯庐断裂渤海海域莱州湾段北北东向断裂系发育。断层在水平方差切片上的拖拽现象、断裂带内部断层的组合关系以及凹陷沉积中心的迁移等,表明古新世以来该区存在右旋走滑运动。假设在东、西两支断层的走滑拉分作用下,根据可容纳空间不变原理,设计了三角形模型、长方形模型、半地堑型模型以及地堑型模型共四种模型,计算莱州湾凹陷南北长度和凹陷深度的关系,其中半地堑模型计算得到的郯庐断裂的水平位移为7km。结合断层的平面分布和断层的切割关系,表明古新世以来郯庐断裂的走滑拉分作用难以控制莱州湾凹陷的形成,走滑拉分作用只是在走滑断裂带内部形成了局部小型洼地,其规模很小,影响非常有限。     

渤海郯庐断裂西支构造特征及对潜山形成的控制作用

渤海郯庐断裂西支是指郯庐断裂渤海段西侧分支断层,其形成演化对前新生代地层展布和潜山构造发育具有重要控制作用。基于三维地震、钻井、分析化验等资料,对渤海郯庐断裂西支构造特征、成因演化模式,以及对潜山形成的控制作用进行了分析。研究表明:(1)渤海郯庐断裂西支具有印支期、燕山早期、燕山中期、喜山早期多期叠加活动的特征,喜山晚期活化作用弱,整体隐伏于新生代沉积物之下;(2)渤海郯庐断裂西支具有显著的分段性,被近东西向断裂分割成北、中、南3段,各段在关键地质时期构造变形型式和强度存在一定差异;(3)印支期不均一南北向挤压所导致的走滑转换是渤海郯庐断裂西支的启动机制;(4)渤海郯庐断裂西支在印支期-燕山早期走滑逆冲活动及伴生褶皱是控制潜山地层展布及渤中19-6等潜山构造形成的关键因素。研究成果可以为渤海海域的油气勘探提供基础。     

渤海海域渤东地区新生代断裂特征及对油气的控制

由于郯庐断裂带控制着渤海盆地渤东地区断裂构造特征及油气聚集,在精选4条二维测线及PL2-2和LD32三维区块精细解释的基础上,系统研究了渤东地区新生代构造变形特征及郯庐断裂带对油气的控制作用.结果表明,渤东地区在平面上整体呈“入”字型排列,并由渤东1号断层及渤东2号断层组合发育成复合堑—垒结构,由此区域分为南、中、北3个区.郯庐断裂带在渤东地区的3个分支整体控制着渤东地区断裂的形成及演化.由三维地震资料精细解释渤东地区断裂系统为古近纪伸展断层系统和古近纪末期—新近纪走滑断层系统的叠加复合.渤东地区断裂演化影响烃源岩的分布与热演化,控制油气的运移及圈闭的形成,渤东低凸起及渤东凹陷中央走滑带形成的反转构造以及渤东凹陷东斜坡是有利的油气聚集带.     

郯庐断裂带渤南段构造特征及其控盆作用

渤南地区郯庐断裂带具有很好的油气勘探前景,但由于其构造特征复杂,目前对渤南地区油气成藏条件、主控因素及富集规律的认识尚不明晰.通过对三维地震和地质资料的分析解释,结合前人研究成果,探讨了渤南地区郯庐断裂带构造特征的时空差异及其对盆地结构的控制作用.研究表明,渤南地区郯庐断裂带具有3组分支断裂,每组分支断裂由2~4条断裂构成,均表现出了明显的走滑特征,整体由东向西、由深至浅走滑程度逐渐减弱.新生代古新世-早始新世郯庐断裂带渤南段左旋走滑,东部分带活动明显、强度大,中带和西带不活动或活动较弱,渤南地区中生代发育的NWW向伸展断裂系统复活,形成北断南超的复式半地堑或南北双断式结构;中始新世以来,渤南地区郯庐断裂带转为右旋走滑,3组分支断裂均开始活动,表现为强烈的走滑兼伸展运动,强度由东向西逐渐减弱,中带分支断裂形成的中央构造脊将黄河口凹陷分割成东、西两个次洼,并开始逐渐发育一系列次级断层,与主断裂构成帚状断裂组合;新近纪-第四纪郯庐断裂渤南段表现为右旋走滑兼挤压,主走滑断裂不连续,代之以大量规模较小的次级断裂系统.太平洋区板块俯冲方向、俯冲速率的变化以及深部动力背景的变迁共同造成了渤南地区郯庐断裂不同分支构造发育演化及其控盆作用的差异性,由于右旋走滑位移量小于先期的左旋走滑,现今渤南地区构造单元分布仍具左旋特征.      

Structural deformation and evolution of right-lateral strike-slip tectonics of the Liaohe western depression during the early Cenozoic

The Tan-Lu fault zone (TLFZ) traverses the Liaohe western depression (LHWD), affords an exceptional opportunity to reveal the structural deformation and evolution of a major strike-slip fault of the LHWD using three dimensional seismic data and well data. In this paper, based on structural interpretations of the 3-D seismic data of the LHWD, combined with depth slice and seismic coherency, a variety of structural features in relation to right-lateral strike-slip fault (the western branch of the Tan-Lu fault) have been revealed presence in the depression, such as thrust faults (Xinlongtai, Taian-Dawa, and Chenjia faults), structural wedges, positive flower structures, and en echelon normal faults. Fault cutoffs, growth strata and the Neogene unconformity developed in the LHWD verify that the activity of right-lateral strike-slip from the late Eocene to Neogene (ca. 43–23 Ma). The study indicates that the right-lateral strike-slip played an important role in controlling the structural deformation and evolution of the LHWD in the early Cenozoic. Moreover, the front structural wedge generated the gross morphology of the Xinlongtai anticline and developed the Lengdong faulted anticline during the late Eocene, and the back structural wedge refolded the Lengdong faulted anticline zone in the late Eocene to the early Oligocene. Wrench-related structures (the Chenjia thrust fault and the en echelon normal faults) were developed during the late Oligocene. Uniform subsidence in the Neogene to Quaternary. Furthermore, the driving force of the right-lateral strike-slip deformation was originated from N–S extension stress related to the opening of the Japan Sea and NE–SW compression, as the far-field effect of India–Eurasia convergence.     

渤海海域郯庐断裂带新生代活动方式与演化规律——以青东凹陷为例

青东凹陷东边界为郯庐断裂带在渤海海域内西支断裂所在,平面上由4条北北东向断裂呈左阶雁列式排列,剖面上以上盘下降为主,局部具有张扭性和压扭性花状构造现象。青东凹陷东界上的郯庐断裂新生代经历了古近纪右行平移正断层活动、古近纪末盆地挤压反转中的逆右行平移、新近纪的弱拉张活动和第四纪以来的逆右行平移4个演化阶段。古近纪断陷期,先存的郯庐断裂带由于具有较低的强度,在南北向伸展应力场作用下复活并表现为具有右行平移分量的斜向拉张活动,在浅部新生4条左阶雁列式断层,并与盆地内北西向基底断裂系统和东西向新生正断层共同控制了古近系的沉积格局。古近纪末发生了盆地反转,结束了断陷盆地发育阶段,在北东东-南西西向区域挤压应力作用下郯庐断裂表现为逆右行平移活动。新近纪坳陷阶段,盆地内构造活动较弱,主要受控于岩石圈热沉降作用,但郯庐断裂仍具有较弱的伸展活动。第四纪以来,郯庐断裂再次转变为逆右行平移活动。     

郯庐断裂带渤海段与沂沭断裂带衔接关系

以郯庐断裂带渤海段和沂沭断裂带的衔接点潍北凹陷为切入点,依据高精度大地电磁和地震剖面,解析了潍北凹陷的多条断裂,并结合地层发育等特征,研究渤海段中生代断裂活动及其与沂沭断裂带的构造关系。研究认为这些断裂可能属于不同的断裂体系。在潍北凹陷解析出的郯西(Fa)和郯东(Fb)两条断裂为古近纪正断裂系,呈现上陡下缓的勺状形态,消失在中地壳,切割部位较浅,主要控制新生界沉积。新生代正断裂系下部发育有6条显著的中生代断裂(F1—F6),为中生代伸展断裂系,其中东(F6)、西(F1)两条断裂的断裂面整体近直立,切穿深部的下地壳,并向下继续延伸,与中间4条断裂共同控制中生界沉积。结合区域地质背景和重磁延拓等资料,推断其向南分别与沂沭断裂带西支鄌郚—葛沟断裂和东支昌邑—大店断裂相衔接,向北伸入渤海湾盆地深部,并对浅部古近纪正断裂系的形成演化具有明显的约束作用。      

鲁西隆起晚中生代以来伸展断裂特征及形成机制

野外地质调查表明,鲁西隆起的伸展断裂十分发育,其构造样式复杂.主要形式为陡倾斜的伸展断裂和缓倾斜的滑脱断层组成的复合伸展断裂系统.陡倾斜的伸展断裂构成鲁西伸展断裂系的主体,是控制其南部凹陷沉积的边界断裂.断裂带中构造角砾岩、断层泥发育,并有小褶皱、擦痕等显示断裂活动的标志.缓倾斜的滑脱断层在鲁西隆起区广泛发育,分为深、浅两个层次,浅层次中最具规模的位于下寒武统与太古宇之间.滑脱面上盘的寒武系底部产生强烈的构造变形,褶皱和破碎带发育,下盘构造相对简单,仅挤压破碎.深层次滑脱断层发育在中地壳低速层处,控制着浅层次滑脱断层的形成与分布.构造应力场数值模拟结果显示,鲁西隆起的伸展断裂系统是由晚中生代以来两次大规模的伸展运动形成的,形成机制上,与中、新生代郯庐断裂的走滑活动、太平洋板块的俯冲以及岩浆上涌密切相关.     

辽东湾坳陷新生代构造改造作用及演化

利用大量的渤海油气勘探资料与成果对辽东湾坳陷构造演化特点综合分析,揭示出辽东湾坳陷新生代构造改造作用主要表现在:断裂作用、地层抬升剥蚀及褶皱作用,对辽东湾坳陷构造演化过程具有重要的影响。其西部地区现今构造特征主要受前期伸展断层控制,构造改造作用较弱;而东部地区构造改造作用强烈,辽东凸起是在后期构造改造作用下形成的,分隔现今的辽中凹陷与辽东凹陷。郯庐断裂带辽东湾段新生代早期活动特征不明显,始新世末-渐新世主要以伸展作用叠加右旋走滑作用为主;渐新世末-新近纪晚期以右旋走滑作用为主,断裂带活动不控制辽东湾东部地区的沉积。辽东湾坳陷新生代的演化整体可划分为断陷期(孔店组沉积期-沙河街组三段沉积期)、断坳改造期(沙河街组二段沉积期-东营组沉积期)、走滑改造期(馆陶组沉积期至今)3个演化阶段。现今辽东湾坳陷构造格局与沙河街组三段沉积前古构造格局的差异性,对该区海域油气勘探具有重要意义。     

郯庐断裂带的最大左行走滑断距及其形成时期

作者采用断裂带两盘地壳变形速度的估算方法,求得郯庐断裂带最大左行走滑断距为３９０ｋｍ;根据中朝地块南缘断裂被错断的现象来判断,最大左行走滑断距为４３０ｋｍ;采用古地磁学方法求得最大左行走滑断距约为３００－４００ｋｍ。最大左行走滑活动时期当在中晚三叠世。侏罗纪时期郯断裂带为逆断层,白垩纪时期的走滑活动量不大于１００ｋｍ,早第三纪的走滑断距不明显,晚第三纪－早更新世可能有５０ｋｍ左右的左行走滑断距,新构造期（<0.73Ma以来)的右行走滑断距小于lOOm。     

郯城-庐江断裂带(渤海海域)对油气田的影响

利用航磁资料并结合其他地球物理资料,研究了渤海海域郯-庐断裂带的基本特征,讨论了构造线通过海域细节特征,探讨了该断裂对渤海湾盆地的控制作用,以及新生代期间与油气田的关系,指出渤海湾地区是寻找火山岩型油气藏的有利场所,并可期待在郯-庐断裂主断裂一线及旁侧具备生油的范围内寻找新近系油气田.     

前陆沉积与变形对郯庐断裂带同造山运动的制约

郯庐断裂带两侧的前陆沉积及其变形现象,揭示了该断裂带同造山活动的大量信息。合肥盆地东侧的郯庐断裂带旁,侏罗系沉积时出现了沉降中心与边缘相,显示这期间郯庐断裂带所处的张八岭隆起已移位至盆地东侧。砂岩的端元组份分析与碎屑白云母的电子探针分析显示,下扬子地区弧形展布的黄马青群与象山群前陆沉积的物源区为大别——苏鲁造山带,属于原地沉积,表明造山期郯庐断裂带已经出现。大别与苏鲁造山带周边都出现了强烈的前陆褶皱冲断带。合肥盆地前侏罗系基底上印支期的逆冲断层,在郯庐断裂带旁侧明显增多,指示该断裂带曾发生过同造山活动。下扬子地区前陆构造走向向郯庐断裂带方向偏转,反映它们形成时受到了郯庐断裂带左旋走滑运动的影响。这一系列前陆沉积与变形特征,指示郯庐断裂带在华北与华南板块的碰撞造山中以陆内变换断层的型式出现。该断裂带造山期运动中,东盘为主动盘,并发生了显著的逆时针旋转。独特的徐宿弧形逆冲——推覆构造,表明造山期郯庐断裂带左行平移幅度达350km。在该断裂带早白垩世的第二次平移中,断裂带向北延伸,又发生了约200km的左行平移。