【类型】期刊

【作者】万桂梅，汤良杰，周心怀，金文正，陈绪云（中国石油大学盆地与油藏研究中心; 中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室; 中国海洋石油有限公司天津分公司; 中国地质大学能源学院; 中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室; 中国石化西北油田分公司勘探开发研究院）

【作者单位】中国石油大学盆地与油藏研究中心; 中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室; 中国海洋石油有限公司天津分公司; 中国地质大学能源学院; 中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室; 中国石化西北油田分公司勘探开发研究院

【刊名】石油学报

【关键词】 渤海海域；新近纪；断裂特征；形成机制；非共轴递进变形

【资助项】国家自然科学基金项目(No.40972090和No.40672143)　　中国海洋石油总公司科技项目(SC06TJ-TQL-004)联合资助

【ISSN号】0253-2697

【页码】P591-595

【年份】2019

【期号】第4期

【期刊卷】1;|6;|7;|8;|4;|5;|2

【摘要】渤海海域是郯庐断裂带所经之地,该区断裂的形成与郯庐断裂的走滑作用密切相关.新近纪及后期郯庐断裂发生右行走滑作用,张家口-蓬莱断裂发生共轭左行走滑,分别控制了莱州湾-渤中-辽东湾地区和渤西地区浅层小断裂的形成,小断裂主要沿着走滑断裂两侧分布,走向有NE、NEE、近EW向和NWW向,以NE和NEE走向为主,断裂错综复杂.这些小断裂平面上大部分表现为反"S"型,剖面上大部分表现为花状构造.其形成机制为可以用持续简单剪切的作用下非共轴递进变形来解释,早期形成的NE向正断层在后期持续简单剪切作用下发生旋转,呈NEE向,并带有一定的左行走滑位移分量,简单剪切持续进行断层还可能发生正反转形成NWW向扭压断层.所以,渤海海域新近纪是在持续简单剪切作用下形成走滑断层体系.

【全文】 文献传递

渤海海域新近纪-第四纪断裂特征及形成机制

万桂梅1，2 汤良杰1，2 周心怀3 金文正4，5 陈绪云6

（1.中国石油大学盆地与油藏研究中心 北京 102249； 2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室 北京 102249；3.中国海洋石油有限公司天津分公司 天津 300452； 4.中国地质大学能源学院 北京 100083；5.中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 北京 100083；6.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院 新疆乌鲁木齐 830011）

摘要：渤海海域是郯庐断裂带所经之地，该区断裂的形成与郯庐断裂的走滑作用密切相关。新近纪及后期郯庐断裂发生右行走滑作用，张家口-蓬莱断裂发生共轭左行走滑，分别控制了莱州湾-渤中-辽东湾地区和渤西地区浅层小断裂的形成，小断裂主要沿着走滑断裂两侧分布，走向有NE、NEE、近EW向和NWW向，以NE和NEE走向为主，断裂错综复杂。这些小断裂平面上大部分表现为反“S”型，剖面上大部分表现为花状构造。其形成机制为可以用持续简单剪切的作用下非共轴递进变形来解释，早期形成的NE向正断层在后期持续简单剪切作用下发生旋转，呈NEE向，并带有一定的左行走滑位移分量，简单剪切持续进行断层还可能发生正反转形成NWW向扭压断层。所以，渤海海域新近纪是在持续简单剪切作用下形成走滑断层体系。

关键词：渤海海域；新近纪；断裂特征；形成机制；非共轴递进变形

渤海海域位于渤海湾盆地内部，中国东部大型走滑断裂-郯庐断裂贯穿渤海海域，在古近纪对渤海湾盆地构造的发育起到了重要的控制作用［1］，新近纪晚期-第四纪的新构造运动相当强烈，控制了对渤海海域浅层断裂的发育，在渤海海域浅层形成密密麻麻的正断层。这些正断层与纯伸展状态下形成的正断层不同，断裂具有扭动性质，断裂所包围的地层出现拱起形成背斜构造，具有走滑特征。关于新构造运动对于渤海盆地油气成藏的影响的研究已有不少［2-6］，基本认为渤海新构造运动控制晚期油气成藏，断层在油气成藏中起到了关键作用。因此研究这些新构造运动形成的断层是至关重要的，笔者对这种断裂的构造样式，形成机制等方面进行了探讨。

1 地质背景

渤海海域位于渤海湾盆地内，总面积约7.3× 104km2，有效勘探面积为5.57×104km2，是渤海湾含油气盆地的重要组成部分，由众多凸起和凹陷组成，其构造格局如图1所示。渤海湾盆地是一个古近纪始新世形成的右旋走滑拉分盆地［7-9］。从古近纪始新世开始，由于库拉板块消失，太平洋板块的运动方向从NNW转为NWW，导致郯庐断裂带由左行转为右行。又由于印度板块对亚欧板块的俯冲，对华北板块施加南西向挤压应力，华北板块向东逃逸，并沿着燕辽-太行-中条断裂带发生右行张剪运动。沧县隆起从太行山隆起分离形成渤海湾盆地西部走滑构造带［7］。新生代各板块间综合协调运动的结果，使渤海湾盆地在东西走滑构造带右行走滑作用下形成拉分盆地。育孔店组（E1-2k）、沙河街组（E2-3s）、东营组（E3d）、馆陶组（N1g）、明化镇组（N1-2m）、平原组（Qp）。孔店组是古近纪裂陷剧烈期产物，海域仅局部钻遇孔一段。中始新统沙四段处于断陷发育的初始期，目前仅在辽东湾和莱州湾钻遇。晚始新统沙三段为半深湖-深湖相暗色泥岩和油页岩，是海域最主要的生油层系之一。渐新统沙二段沉积时期，缓坡带发育河流-三角洲沉积，陡坡发育扇三角洲沉积，局部发育砂、泥坪沉积。渐新统沙一段局部水下隆起发育碳酸盐岩沉积，在物源稳定的地区发育三角洲或扇三角洲、滨湖滩坝，较深湖区发育暗色泥岩、油页岩夹钙质泥岩、泥灰岩等。渐新统东营组主要发育半深湖-深湖相泥岩夹滑塌浊积砂岩体。馆陶组主要发育辫状河流相沉积，主要为砂砾岩、粗砂岩、砂岩夹薄层泥岩。明化镇组主要发育曲流河沉积，以细砂岩为主［10］。

2 断裂特征

渤海海域在明化镇组沉积之后出现了强烈的构造运动，尤以郯庐断裂及张家口-蓬莱断裂两侧构造活动最强烈，郯庐断裂发生了强烈的右旋走滑活动，张家口-蓬莱断裂发生了左旋走滑活动，这一期构造活动的表现之一就是明化镇组和第四系之间出现广泛的不整合，以及新港地区的玄武岩喷发［2］。

渤海海域主要沉积新生代地层，自上而下依次发

2.1 NE-NNE向郯庐断裂带

郯庐断裂带是中国东部规模最大线性构造系之一，贯穿整个渤海海域，往往发育于凹陷与凸起的分界处，控制了渤海海域东部中、新生界（主要是新生界）沉积凹陷的分布格局［11-12］。郯庐断裂带主干走滑断裂在不同部位具有不同的分支（图2），在莱州湾凹陷一带，郯庐断裂分为东西两支，走向NNE［13］；渤中地区，郯庐断裂表现为3个分支［14］，走向由NNE转为NE，可能与NW向张家口-蓬莱断裂带有关；辽东湾地区，表现为几支规模较大的NE向走滑断层，最长达数百千米。

在新近纪后期的新构造运动中，郯庐断裂发生了剧烈的右旋走滑活动，郯庐断裂大部分地区没有切穿新近系，而是在底部发生走滑。虽然没有切穿上部地层，但是底部的走滑活动对上部地层具有明显的控制作用，控制了上部地层断裂的形成。走滑形成花状构造，花状构造包围的地层向上拱起，形成很好的断背斜圈闭，底部断层作为油气疏导通道，在上部的断背斜圈闭中形成油气藏，如PL19-3、PL25-6等油田。

2.2 NW向张家口-蓬莱断裂带

张家口-蓬莱断裂带总体走向NW，是现代华北地区主要地震活动带之一，与郯庐断裂带相互切割，断裂带内部发育大量的NEE-NE向断层，该条断裂带两侧的构造格局、地球物理场明显不同［15］，其西南侧的构造走向和各种地球物理场均沿NNE-NE向展布，而其东北侧的构造走向和各种地球物理场均为NEE至近EW向，推测它是一条岩石圈级别的构造带。

张家口-蓬莱断裂带在渤海海域断续分布并不连续（图2），在新构造运动中，张家口-蓬莱断裂带发生了左旋走滑，其主干断裂也未切穿新近系，但是控制了浅层地层的变形，在其主干断裂两侧形成大量的NEE向雁列式正断层（图2），组成负花状构造［图3（a）］。花状构造发育在新近系，花状构造包围的地层向上拱起，上盘地层沿着主断层F1向下掉，形成滚动背斜构造，同时又受走滑扭动的影响，背斜弯曲幅度加大，地层易破碎，发育许多小断层与主断层一起组成花状构造。F1断层右侧形成一个“无根”花状构造，花根未切穿主断面，具有明显的新生性质。离走滑较远处的F2断层上盘形成宽缓的滚动背斜构造，未受走滑影响，浅层断层不是很发育，可以形成很好的背斜圈闭构造。

2.3 浅层小断裂

受走滑活动的影响，在浅部，郯庐断裂带和张家口-蓬莱断裂带主干走滑断裂两侧均形成大量雁行式排列小断层，郯庐断裂主要控制了莱州湾-渤中-辽东湾地区浅层小断裂的形成，张家口-蓬莱断裂主要控制了渤西地区浅层小断裂的形成。靠近主干走滑断裂小断层较密集，远离主干走滑断裂，小断层则相对稀少。这些小断层以NE、NEE向居多，局部也有EW向和NWW向，其中NEE、EW和NWW走向小断层的平面形态为反“S”型（图2）。

渤西地区的张家口-蓬莱断裂带内部，小断裂走向主要有NEE、NE、EW向（图2），浅层断裂较发育，形成了明显的负花状构造［图3（a）和图3（b）］，表明该断裂新近纪后期发生了明显的走滑活动。

莱州湾地区小断裂主要以近EW走向为主，也有NEE、NWW走向（图2），断裂具有明显的走滑性质，如断层F3上盘形成一个“无根”花状构造［图3（c）］。郯庐断裂带西侧发育大量的NEE向和NWW向小断层，断层在剖面上组成大量的花状构造，走滑特征非常明显［图3（d）］，地层受走滑扭动作用而向上拱起。

由莱北低凸起到渤南凸起的长剖面可以看出［图3（e）］，凸起之上的断层发育但规模较小，主要为NE走向（图2），走滑性质不明显，断层上盘滚动背斜发育，向两侧靠近凹陷部位，断层发育形成花状构造。辽东地区为郯庐主断裂穿过，与渤南和渤西地区相比，该区浅层小断裂相对稀少［图3（f）］，但是多于辽西地区。辽西地区深部断裂一般断至古近系［图3（g）］，穿入新近系的断层不多，而且浅层的小断裂也不发育，与别的地区密集分布的小断裂形成鲜明对比。辽西地区的油气主要分布在古近系及其下的潜山可能与此有关：一方面浅层没有断裂形成不了构造圈闭，油气也运移不上去；另一方面，浅层断裂不发育有利于下面油气的保存。

3 断裂变形机制

对于渤海新近纪断裂，其形成是郯庐断裂走滑派生的结果，这是毫无疑问的，然而这种派生出的新断裂却有各种不同的走向，这种不同走向断裂间的关系可以用递进变形中的非共轴递进变形来解释。很多学者分析渤海海域走滑构造变形都是基于并受限于应力轴的假设方位和无限小应变［图4（a）］，但是这个模型忽略了递进变形中增量旋转的影响［图4（b）和图4（c）］。

新生代郯庐断裂发生右旋走滑活动，其应变椭圆如［图4（a）］，郯庐断裂为R剪切，张家口-蓬莱断裂带是一个岩石圈断裂，比较活跃，在郯庐断裂的活动下很容易激活，底部发生强烈的左行走滑，作为不连续的R’剪切，与郯庐断裂呈共轭形式，主干走滑断裂没有向上切穿新生代地层，但是控制了浅层断裂的形成。走滑活动初期沿着张家口-蓬莱断裂和郯庐断裂两侧形成大量的雁行式排列的NE向正断层，如图2中许多规模较小NE向断层；随着剪切的持续活动，断裂发生了非共轴递进变形，初期形成的NE走向的正断层发生旋转形成NEE走向，而且此时该正断层具有一定的走滑分量［图4（b）］，所以在上面很多横切正断层的剖面中可以见到地层扭动拱起和花状构造现象（图3）。随着走滑作用的持续进行，断层进一步右旋，形成近EW向再到NWW向的断层，此时断层除了走滑作用外还发生了倒转，具有一定的挤压分量［图4（c）］，因此渤海海域NWW向断层很可能是正反转断层。渤海海域的浅层断裂旋转到NWW向的较少，以旋转到NEE向和近EW向居多。在这种持续简单剪切的作用下，早期形成的NE向正断层递进变形为反“S”型并带有走滑性质的断层，其形成模式见图5。

4 结 论

渤海海域新近纪断裂的整体特征是在郯庐断裂右行走滑应力的持续作用下形成的走滑断裂体系，走滑带内部块体发生旋转，沿着郯庐断裂和张家口-蓬莱断裂两侧形成大量雁列式排列的伴生断层，这些走滑伴生断层，走向NE、NEE、近EW向和NWW向均有，断裂错综复杂。这种错综复杂的断裂的形成是郯庐断裂持续简单剪切的作用下非共轴递进变形的结果，早期形成的NE向正断层在后期持续简单剪切作用下发生旋转，并带有一定的左行走滑位移分量，形成NEE、EW向反“S”型并带有走滑性质的断层，简单剪切持续进行还可能形成NWW向反转断层。所以渤海海域新近纪就是在持续简单剪切作用下形成的错综复杂的走滑断层体系。

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Neogene-Q uaternary fauIt eharaeteristies and its formation meehanism in Bohai Sea

WAN Guimei1，2 TANG Liangjie1，2 ZHOU Xinhuai3 JIN Wenzheng4，5 CHEN Xuyun6
（1．Basin and Reservoir Research Center，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2．State Key Laboratory for Petroleum Resource and ProsPecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3．CNOOC China Ltd．Tianjin，Tianjin 300452，China；4．School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；5．Key Laboratory for Marine Reservoir Evolution and Hy drocarbon Accumulation Mechanism of the Ministry of Education，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；6．Institute of Petroleum Ex Ploration and DeveloPment，SinoPec Northwest Oilfield ComPany，Urumuqi 830011，China）

Key words：Bohai Sea；Neogene；fault characteristics；formation mechanism；non-co-axial progressive deformation

中图分类号：TE111．12

文献标识码：A

（收稿日期：2009-11-19 改回日期2010-03-15 编辑 张 怡）

文章编号：0253-2697（2010）04-0591-05

基金项目：国家自然科学基金项目（No．40972090和No．40672143）及中国海洋石油总公司科技项目（SC06TJ-TQL-004）联合资助。

作者简介：万桂梅，女，1978年12月生，2001年毕业于中国地质大学（武汉），现为中国石油大学（北京）博士后，主要从事石油地质和含油气盆地分析方面的研究。E-mail：jwzwgmcup＠yahoo．com．cn

Abstraet：Bohai Sea was traversed by the Tanlu fault belt，and the formation of faults in Bohai Sea is relative to the strike-slip of Tanlu fault belt．The dextral slip of Tanlu fault and the conjugated sinistral slip of the Zhangjiakou-Penglai fault have occurred since the Eogene period．The two faults respectively controlled the formation of small faults in Laizhou Bay to Middle Bohai Sea to Liaodong Bay areas and the western Bohai Sea．The small faults mainly distributed along the strike slip faults and had the strikes of NE，NEE，EW and NWW directions，among them，the NE and NEE directions are the main strikes．These small faults mainly took on the shape as reverse“S”in plane and as“flower”in profile．The formation mechanism of these phenomena can be explained by the nonco-axial progressive deformation．Under the action of late continuous simple shear，the normal fault with NE direction developed in the early stage could rotate and form the NEE strike fault with a certain sinistral slip displacement．At the same time，the NEE strike fault could rotate and reserve as a NWW strike fault．So，the complicated strike-slip fault system was generated in Bohai Sea during the Neogene period and Quaternary period under the action of the non-co-axial progressive deformation．