東濮凹陷新生代斷裂特征分析

施發劍，何世軍，郭騰飛，孟元庫

(1.中國冶金地質總局第二地質勘查院，福建 福州　350108;2.中國地質科學院地質研究所，北京　100037)

東濮凹陷新生代斷裂特征分析

施發劍1，何世軍1，郭騰飛1，孟元庫2

(1.中國冶金地質總局第二地質勘查院，福建 福州350108;2.中國地質科學院地質研究所，北京100037)

為了研究東濮凹陷新生代斷裂系統的發育特征，通過對凹陷內不同區段地震剖面的解釋，根據斷層活動速率分析了東濮凹陷新生代斷裂的活動特征及其強度，并對凹陷內不同部位的斷層特征進行了對比分析。結果顯示，東濮凹陷不同區段的斷層發育特征既有一定的相似性，又有一定的差異性。斷裂發育受到歐亞構造域和濱太平洋構造域的共同影響，同時在各區段受到的影響又有所差異。

東濮凹陷；控制因素；構造單元；新生代；斷裂特征；渤海灣盆地

引文格式：施發劍，何世軍，郭騰飛，等.東濮凹陷新生代斷裂特征分析[J].山東國土資源，2015,31(10)：7-11.SHI Fajian, HE Shijun, GUO Tengfei, etc. Characteristic Analysis of Cenozoic Faults in Dongpu Depression[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(10):7-11.

東濮凹陷位于渤海灣盆地西南部，其四周以斷裂為界與不同的構造單元相連，整體格局呈NNE向展布，北窄南寬[1-2]。東濮凹陷是在華北基底上發育的一個新生代盆地，凹陷內部斷層比較發育,不同部位斷層的活動情況有所差異。通過對凹陷內部斷裂的活動特征進行分析，從而了解斷層在不同時期不同部位的活動情況，對盆地格局及演化規律的研究有著重要意義[3-8](圖1)。

圖1　研究區的區域構造位置示意圖

1　斷層分區特征

基底主干斷層通常對裂陷盆地的整體格架起控制作用，盆地在演化過程中形成的蓋層斷層對盆地結構也會產生影響，但前者起主導因素[9-10]。根據東濮凹陷主干基底斷層在不同地段的差異性，可將其分為北、中、南3個區段(圖2)。東濮凹陷北區大致在毛崗—柳屯一線以北的地區；中區大致為毛崗—柳屯和白廟—橋口—高平集所夾區域；南區大致為白廟—橋口—高平集一線以南的地區[11]，在不同的區段由于蓋層斷層等構造要素的不同，在剖面上存在一定的差異性。

圖2　東濮凹陷主要斷裂系統圖(據樊生利等，1994)

1.1北區斷層特征分析

蘭聊斷層貫穿于整個東濮凹陷中，該文對其進行分區討論。蘭聊斷層在北區為中等傾斜的鏟式正斷層，濮城斷層、觀城斷層等與蘭聊斷層為同向的基底正斷層，一并構成多米諾式斷層系統。在剖面上表現為由主干基底正斷層控制的復式半地塹，基底正斷層上盤還發育有反向的蓋層斷層，如衛東斷層、宋廟斷層、六塔斷層和馬寨斷層，從而使盆地結構由半地塹向不對稱地塹轉化(圖3)。觀城斷層向南逐漸尖滅，宋廟斷層向南延伸，被同為反向的六塔斷層和馬寨斷層取代。

圖3　東濮凹陷北區地震剖面圖

1.2中區斷層特征分析

蘭聊斷層在中區明顯變化為上陡下緩的鏟式正斷層，其上盤的同向基底正斷層的數量明顯小于北區，對凹陷結構有影響的是文西斷層。文西斷層由4條斜列式斷層組成，走向為NNE，在平面上呈雁行式展布，剖面上向上分叉，被文東斷層所切割。反向調節斷層到中區更為發育，文東斷層取代了北段的衛東斷層(圖4)。

圖4　東濮凹陷中區地震剖面圖

1.3南區斷層特征分析

蘭聊斷層在南區仍鏟式正斷層，其上盤斷層較發育，同向和反向斷層相互交切。其中對盆地格局產生影響的同向基底斷層包括爪營斷層、三春集斷層、馬廠斷層、黃河斷層，反向基底斷層主要為長垣斷層(圖5)。其中黃河斷層和長垣斷層在南區比較發育，和蘭聊斷層共同控制著該區的構造格局。

圖5　東濮凹陷南區地震剖面圖

東濮凹陷在縱向上具有南北分區，橫向上呈現東西分帶[12]。東濮凹陷在EW向上由一系列NE--NNE向的斷層控制。從東到西所構成的斷層帶依次為：蘭聊斷層帶、觀城-衛西-文西-黃河斷層帶、宋廟-石家集-長垣斷層帶。

2　斷層特征對比分析

東濮凹陷中不同區段的斷層在不同時期的活動性有差異，有時同一斷層在同一時期的不同區段內的活動性也有差異，如蘭聊斷層。根據這種情況，對東濮凹陷中不同區段的斷裂在不同時期的活動性進行研究。

斷層生長指數(GI)=下降盤厚度(Hd)/上升盤厚度(Hu)，下降盤厚度受盆地沉降因素控制的沉積速率(Vs)和斷層活動速率(Vf)雙重因素控制的厚度，而上升盤的厚度相對來講僅受沉積速率的控制，公式如下：

GI=Hd/Hu=(Vs+Vf)×T/Vs×T=1+Vf/Vs

式中：T為時間。當各沉積單元沉積速率不同時，其生長指數的大小不能反映斷層在各時代活動的強弱。另外，對于像蘭聊斷層的下盤幾乎沒有下古近系沉積，用生長指數無法研究它的活動特征。因此，可推得斷層活動速率的計算公式：

Vf=(Hd-Hu)/T

斷層活動速率是單位時間內某地層單元的厚度差，也就是斷層上下盤沉積速率差，它可以定量地反映斷層的活動強度[13]。

東濮凹陷內的斷層絕大多數為同生斷層。根據區域地質與盆地構造演化資料，把東濮凹陷古近紀構造活動分4期，即沙四期(ES4)、沙三期(ES3)、沙二和沙一期(ES2--ES1)、東營期(Ed)。

通過對東濮凹陷地震剖面解釋分析，計算出了東濮凹陷主要的斷層活動速率，將東濮凹陷主要斷層分為南區、中區、北區3個斷層組，并對各斷層組在不同的地質時期的活動特征進行了對比(圖6)。

圖6　東濮凹陷新生代主要斷層活動速率對比圖

2.1斷層發育及活動特征

蘭聊斷層在南、中、北區都有分布，現就每一區段分別進行討論。東濮凹陷南區的主要斷層大部分在ES4和ES3沉積時期開始活動。馬廠、爪營和三春集斷層是蘭聊斷層在南部的分支斷層，其中爪營和三春集斷層的形成稍晚于馬廠斷層。黃河斷層在南區的規模僅次于蘭聊斷層，從斷層兩盤的地層厚度對比可以推斷黃河斷層在盆地發育之初就開始活動，可能和蘭聊斷層是同期形成的，對古近系各層序的沉積都有影響。長垣斷層的南端發育相對早，可能同樣形成于盆地發育之初，逐漸向北擴展延伸。各斷層的發育高峰期主要在ES3，ES2+ES1沉積時期，在ES3沉積時期，蘭聊斷層、馬廠斷層、長垣斷層在南區斷層活動中比較強烈，其中長垣斷層的活動性要低于蘭聊和馬廠斷層。在ES2+ES1沉積時期長垣斷層的活動速率高于其他斷層，此時黃河斷層的活動達到了高峰時期，與蘭聊斷層的活動程度相當。在Ed沉積時期各斷層的活動開始減弱。

東濮凹陷中區主要斷層的活動性與南區斷層既有一定的相似性又有一定的差異性，ES4沉積時期中區斷層的活動情況明顯比南區弱，蘭聊斷層在中區的活動情況比南區要弱很多，杜寨斷層是蘭聊斷層在中區的一個分支斷層。此時西邊的石家集斷層的活動性也比較微弱，比長垣斷層的活動速率要低，在沙四期活動的斷層在沙三期達到了活動高峰期。ES3沉積時期中區主要斷層都已經開始活動，蘭聊和杜寨斷層的活動性在中區斷層當中是活動最強的。文西斷層在沙三期開始活動并達到高峰期，在發育時間上，由北向南依次變晚，活動強度也逐漸減弱。文東、徐樓、梁莊斷層在沙三期開始活動到ES2+ES1沉積時期達到活動高峰。東營期大部分斷層開始停止活動，盆地整體活動性變弱。

東濮凹陷北區在ES4沉積時期蘭聊、濮城和馬寨斷層開始活動到沙三期得到進一步加強，在ES2+ES1沉積時期斷層活動達到高峰。沙四時期北區斷層的整體活動性比南區和中區的活動情況要弱，其斷層發育的條數也比南區和中區要少。濮城斷層是蘭聊斷層在北區的主要同向分支斷層，它的活動情況受到蘭聊斷層的影響，同時對凹陷的沉積起到了一定的控制作用。其他斷層在ES3沉積時期開始活動，此時衛西斷層的活動速率在北區最大，超過了蘭聊斷層。衛東、觀城、文明寨斷層在ES2+ES1沉積時期的活動達到了高峰，但總體活動還是比蘭聊和濮城斷層要低。Ed沉積時期各斷層的活動性明顯減弱，部分斷層開始停止活動。

東濮凹陷東部斷層，特別是蘭聊斷層在不同區段斷層的活動情況不同，西部的長垣斷層在沙四期活動的基礎上繼續活動并向北發展延伸，沉積中心也相應的向北遷移。

2.2斷層活動強度

東濮凹陷不同區段斷層發育高峰時期的活動速率有所差別(表1)，南區主干基底斷層的活動強度均表現為自西向東由弱到強，如蘭聊斷層和馬廠斷層在活動高峰時斷層活動速率大于西部的黃河斷層和長垣斷層。馬廠斷層是蘭聊斷層上盤在南區的同向分支斷層，它的活動受到蘭聊斷層的影響。東西兩端的斷層活動性比中間斷層的活動要強，如三春集斷層各時期的斷層活動性明顯小于同時期兩側斷層的活動性。該區斷層的活動強度達到高峰的時期主要在沙三期，此時期斷層所控制的沉積作用也同樣達到高峰期。

東濮凹陷中區基底斷層的活動強度與南區類似，東部強于西部，與南部不同的是，東部主干基底斷層的主活動期在ES3和ES2+ES1沉積時期，而南區主要在ES4和ES3沉積時期。同樣與南區類似的是，東西兩端的斷層活動性比中間的要強。蘭聊斷層在中區最大的活動強度與南區相當，但是在沙四期時中區要比南區活動強度弱，到了ES2+ES1沉積時期以后，中區蘭聊斷層的活動性要比南區強。在西部石家集斷層的整體活動強度要比長垣斷層弱，但對西部沉積中心的形成也起到了一定的作用。杜寨斷層對盆地的沙四段、沙三段的沉積有明顯的控制作用，但到沙三段沉積以后，該斷層逐漸停止活動。

表1　東濮凹陷不同區段斷層活動速率

東濮凹陷北區基底斷層在發育高峰期時的活動強度明顯比南區和中區要低，而且蘭聊斷層的活動強度在北區也遠遠低于中區和南區。同南區和中區類似，主干基底斷層的整體活動強度東部強于西部。

從南、中、北區總體來看，控洼斷層受邊界控凹斷層的控制，各時期的活動強度明顯小于控凹斷層，如ES3沉積時期控凹斷層的活動速率最高達到565m/Ma，而同時期控凹斷層的活動速率最高為90m/Ma，其中斷層強烈活動時期對應凹陷的主沉降期。

2.3斷裂展布及其對構造單元的控制

東濮凹陷中部分斷層通過后期作用貫通凹陷南北區段，如宋廟-石家集-長垣斷層、觀城-文西-黃河斷層和衛東-文東斷層，它們呈NE--NNE向展布。各斷層的排列方式具有顯著的相似性，即左行雁列方式展布。這表明它們形成于統一的左旋拉張-剪切應力場，斷裂展布及由此產生的構造線具有優選方向，即NNE--NE向。但是凹陷南北斷裂走向存在較明顯的差別，北部地區主要NNE向，而南部地區則主要為NE向。不同期次、不同級別的斷裂控制著不同的構造單元。蘭聊斷裂帶控制著東部洼陷帶和整個東濮凹陷的東界[14]；西部宋廟-石家集-長垣斷裂構成西部斷階斜坡帶，控制著西部洼陷帶的西界；觀城-文西-黃河斷裂控制著中央隆起帶的發育，并將西部洼陷帶與中央隆起帶分開；衛東-衛西斷裂是北部中央隆起帶與濮城-前梨園洼陷的大致界線。其他二級斷裂和三級斷裂控制著亞二級和三級構造的發育。更次級和更晚期的斷裂將以上斷裂控制的二級、三級構造帶進一步復雜化，形成形態各異的眾多大小斷塊。

3　東濮凹陷斷裂發育的控制因素

東濮凹陷南、中、北部構造單元都處于華北板塊構造應力場的作用之下，因而凹陷內部的斷裂特征具有一定的相似性，如盆地中的斷裂大多呈NNE，NE向展布。但由于南、中、北部構造單元處于不同的區段之內，其斷層發育特征也有所差異。

東濮凹陷盆地演化及其斷裂發育特征主要受到2種動力學背景的控制，一為歐亞構造域，華北板塊與西伯利亞板塊及揚子板塊的相互作用，二為濱太平洋構造域。兩大構造體系域在新生代地質時期對東濮地區構造單元的演化起到了非常重要的作用[15-16]。

東濮凹陷在早白堊世末—古新世時期總體表現為隆起剝蝕狀態，缺失了白堊系和古新統。始新世東濮凹陷以裂陷為主，漸新世時在裂陷的基礎上，疊加了右旋走滑活動，使得東濮凹陷具有走滑盆地的特點。在右旋剪切應力場的控制下，早期NW--NWW向斷層的活動性減弱甚至停止活動，產生了大量NE，NNE向的斷層。到新近紀盆地進入坳陷發育階段。

4　結語

通過對東濮凹陷新生代斷裂進行分區，并對南、中、北區斷層的發育及活動特征進行分析，以及斷裂發育所受的控制因素。在歐亞構造域和濱太平洋構造域的影響下，東濮地區NW—NWW向斷層及蘭聊斷層在侏羅-白堊紀時期產生及發育，新生代時期NW--NWW向斷層的消亡，蘭聊斷層由左旋變為右旋剪切，同時產生NE—NNE向斷層。同時在凹陷內由于南北分區，東西分帶的影響，從而使得東濮凹陷的斷裂系統出現不同的發育特征，斷層活動強度以及對盆地的控制等方面都有所差異。因此通過對凹陷內部斷裂特征進行分析研究可以更好地掌握盆地格局及其演化規律。

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Characteristic Analysis of Cenozoic Faults in Dongpu Depression

SHI Fajian1, HE Shijun1, GUO Tengfei1, MENG Yuanku2

(1. No.2 Geological Prospecting Institute of China Metallurgical Geology Bureau, Fujian Fuzhou 350108, China; 2. Chinese Academy of Geological Sciences Research Institute, Beijing 100037, China)

in order to study development characteristics of Cenozoic faults in Dongpu depression, through explanation of seismic profiles in different sections, according to activity rates of fault activities, activity characteristics and strength of Dongpu depression in Cenozoic faults have been analyzed, and the characteristics and intension of the faults in different regions have been compared and analyzed in Dongpu depression. As showed by the results, development characteristics of faults in different regions have some similarities and differences. The faults evolution is influenced by both the Eurasian tectonic system and the Pacific tectonic system. Meanwhile, the influence is different in different regions.

Dongpu depression；controlling factors；tectonic units；Cenozoic； fault characteristics; Bohaiwan basin

2015-03-16；

2015-04-13；編輯：王敏

施發劍(1986—)，男，安徽廬江人，助理工程師，主要從事地質礦產勘查及研究工作；E-mail:sfj86@foxmail.com

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