于福生,董月霞，童亨茂，熊連橋，龍 嫻

(1.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.中國(guó)石油 冀東油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山063004)

渤海灣盆地遼河西部凹陷古近紀(jì)變形特征及成因

于福生1,2,董月霞3，童亨茂1，2，熊連橋2，龍 嫻2

(1.中國(guó)石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249； 3.中國(guó)石油 冀東油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 唐山063004)

遼河西部凹陷位于渤海灣盆地東北部，其古近紀(jì)構(gòu)造演化與成因機(jī)制研究不僅對(duì)油氣勘探具有指導(dǎo)作用，同時(shí)對(duì)深入分析渤海灣盆地和郯廬斷裂帶的成因演化也具有啟示意義。通過(guò)三維地震資料系統(tǒng)解釋和編圖、同沉積斷裂系統(tǒng)與沉積厚度關(guān)系分析、斷層活動(dòng)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)等方面研究，認(rèn)為遼河西部凹陷在古近紀(jì)經(jīng)歷了早期伸展和晚期走滑兩期變形疊加過(guò)程。早期伸展變形發(fā)生在始新世，包括初始斷陷期(Es4)和強(qiáng)烈斷陷期(Es3)兩個(gè)階段，形成北東向主干斷層及東斷西超的半地塹世組合，控制北東向沉積中心的展布；晚期走滑變形發(fā)生在漸新世東營(yíng)期，使先存北東走向基底斷層發(fā)生右旋走滑位移，并誘導(dǎo)蓋層形成近東西向新生正斷層組合，從而形成南部張扭沉降、北部壓扭隆升的構(gòu)造格局。Es1-2期是從伸展變形向走滑變形發(fā)展的過(guò)渡時(shí)期，構(gòu)造活動(dòng)微弱。區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析和沙箱實(shí)驗(yàn)證明，始新世北東向伸展斷裂系統(tǒng)受太平洋板塊俯沖產(chǎn)生的北西-南東向弧后拉張作用控制，而漸新世走滑斷裂系統(tǒng)則受郯廬斷裂右旋走滑作用控制，動(dòng)因來(lái)源于印度-澳大利亞板塊向歐亞板塊俯沖作用產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)。

伸展構(gòu)造；走滑構(gòu)造；砂箱模型；構(gòu)造變形；遼河西部凹陷；渤海灣盆地

遼河西部凹陷呈北東向展布在渤海灣盆地的東北部，屬于遼河坳陷內(nèi)的次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，是渤海灣盆地典型的富油氣凹陷之一。筆者等人[1]依據(jù)古近系分布特征和東營(yíng)組沉積后的構(gòu)造形態(tài)特征,將西部凹陷劃分出九個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元( 圖1)。由于郯廬斷裂帶的西側(cè)分支從該凹陷內(nèi)穿過(guò)[2-6]，造成凹陷內(nèi)部新生代構(gòu)造表現(xiàn)出伸展構(gòu)造與走滑構(gòu)造疊加、張扭構(gòu)造與壓扭構(gòu)造分段相間的復(fù)雜變形格局，導(dǎo)致不同研究者對(duì)西部凹陷古近紀(jì)構(gòu)造演化階段的劃分及變形的性質(zhì)認(rèn)識(shí)不一，大致存在3種觀點(diǎn)：①沙河街期為伸展斷陷變形期,東營(yíng)期為右旋走滑疊加伸展變形期[2-7]；②沙四、沙三期為斷陷期，沙一、沙二期為斷-拗轉(zhuǎn)換期,東營(yíng)期為右旋走滑期[8-12]；③沙四、沙三期為斷陷期,沙一、沙二期為斷-拗轉(zhuǎn)換期,東營(yíng)期為拗陷期，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向沒(méi)有發(fā)生改變[13]。產(chǎn)生分歧的原因在于對(duì)東營(yíng)期變形的力學(xué)性質(zhì)及其與郯廬斷裂帶間的關(guān)系分析不夠透徹，缺乏古斷裂對(duì)沉積的控制作用研究，更缺乏物理模擬驗(yàn)證工作。本文在對(duì)遼河西部凹陷三維地震資料系統(tǒng)解釋基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)造變形樣式的差異、同沉積斷裂系統(tǒng)對(duì)沉積中心的控制作用等方面研究，對(duì)西部凹陷古近紀(jì)構(gòu)造變形特征及成因進(jìn)行了分析，并運(yùn)用構(gòu)造物理模擬手段對(duì)成因機(jī)制進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。

1 古近紀(jì)凹陷結(jié)構(gòu)特征

三維地震剖面解釋和編圖成果揭示遼河西部凹陷在剖面上總體表現(xiàn)為東斷西超的半地塹結(jié)構(gòu)(圖2),整體受凹陷東側(cè)北東走向的臺(tái)安-大洼主邊界斷層控制，但由于主干邊界斷層的產(chǎn)狀、位移量沿走向的變化以及構(gòu)造演化過(guò)程的疊加改造,凹陷結(jié)構(gòu)沿軸向具有明顯的變化，形成平面上南、北分塊的構(gòu)造格局。根據(jù)凹陷內(nèi)斷裂性質(zhì)和沉積充填特征差異可劃分出北段、中北段、中段、中南段、南段5個(gè)區(qū)域。北段僅包括牛芯坨反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶一個(gè)構(gòu)造單元(圖1)，凹陷西側(cè)邊界為牛芯坨壓扭性逆斷層(F5)，發(fā)育非典型的正花狀構(gòu)造(圖2A—B剖面)；凹陷東側(cè)臺(tái)安-大洼斷層(F1)發(fā)生反轉(zhuǎn)，凹陷內(nèi)部?jī)H殘存沙四段(Es4)和沙三段(Es3)，缺失沙一、沙二段(Es1-2)和東營(yíng)組，凹陷結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為殘存的向斜構(gòu)造。中北段包含臺(tái)安洼陷和西部斜坡高升以北區(qū)域(圖1)，始新世沙四段(Es4)和沙三段(Es3)沉積時(shí)期為東斷西超的半地塹結(jié)構(gòu)(圖2C—D剖面)，在西部斜坡帶上發(fā)育與臺(tái)安-大洼斷層(F1)反向傾斜的“多米諾”式斷層組合。始新世東營(yíng)組沉積時(shí)期，走滑活動(dòng)強(qiáng)烈，形成的陳家張扭性斷層(F4)切割臺(tái)安-大洼斷層(F1)，并控制東營(yíng)組沉積，形成窄條狀洼陷槽，沉積厚度約為1 600 m。中段包含冷家壓扭構(gòu)造帶、陳家洼陷、西部斜坡、興隆臺(tái)潛山等四個(gè)構(gòu)造單元(圖1)。與中北段顯著差異是東營(yíng)組沉積時(shí)期走滑活動(dòng)形成的斷層表現(xiàn)為壓扭性斷層，即冷家壓扭性斷(F3)，切割臺(tái)安-大洼斷層(F1)，使東營(yíng)組沉積厚度向兩側(cè)減薄，超覆在下伏地層之上(圖2E—F剖面)。中南段包含中央凸起南部?jī)A沒(méi)帶、清水洼陷、雙臺(tái)子構(gòu)造帶、西部斜坡及陳家洼陷和興隆臺(tái)潛山南部區(qū)域。沙四段(Es4)和沙三段(Es3)沉積時(shí)期為東斷西超的半地塹結(jié)構(gòu)(圖2G—H剖面、I—J剖面)，斜坡帶上的次級(jí)斷層與臺(tái)安-大洼斷層組成同向“多米諾”式斷層組合。但是，控制沙四段(Es4)沉積的邊界斷層不是臺(tái)安-大洼斷層(F1)，而是雙臺(tái)子斷層(F14)，沙四段(Es4)沉積厚度和分布范圍明顯小于沙三段(Es3)。東營(yíng)組沉積時(shí)期，受走滑活動(dòng)影響，在斜坡-深陷過(guò)渡帶發(fā)育一條右旋走滑斷層，即盤西斷層(F15)-雙臺(tái)子隱伏斷層(F17)，使蓋層形成窄的小型地塹構(gòu)造,剖面上斷層組合成負(fù)花狀構(gòu)造樣式。南段主要為清水洼陷和西部斜坡區(qū)域，屬于典型的復(fù)式半地塹斷陷特征，基底走滑斷層不發(fā)育。臺(tái)安-大洼斷層(F1)是沙三段-東營(yíng)組的控陷斷層，大洼分支斷層(F2)是斷陷邊界斷層(圖2K—L剖面)。

圖1 遼河西部凹陷構(gòu)造單元(a)和渤海灣盆地構(gòu)造綱要(b)[3]Fig.1 Sketch map of structural units in the Western Sag of Liaohe Depression (a) and the structural framework of Bohai Bay Dasin (b)[3]

圖2 遼河西部凹陷聯(lián)合地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.2 Seismic profiles of the Western Sag of Liaohe Depression(see Fig.1 for profile location)F1.臺(tái)安-大洼斷層；F2.大洼分支斷層；F3.冷家壓扭性斷層；F4.陳家張(扭)性斷層；F5.牛芯坨西壓扭性斷層；F14-雙臺(tái)子斷層；F15-盤西斷層；F17-雙臺(tái)子隱伏斷層

2 古近紀(jì)兩期構(gòu)造變形特征

2.1 兩期斷裂系統(tǒng)的劃分

遼河西部凹陷古近紀(jì)變形主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造，新編制的同沉積斷裂系統(tǒng)(圖3)和構(gòu)造演化剖面(圖4)顯示遼河西部凹陷古近紀(jì)斷裂構(gòu)造可劃分為始新世和漸新世兩期。始新世斷裂發(fā)育在沙四段(Es4)和沙三段(Es3)沉積時(shí)期，形成的斷裂構(gòu)造在剖面上向下切割至前古近系基底，向上終止在沙三段下部，少量斷層雖然延伸至東營(yíng)組，但斷距明顯減小，屬于晚期繼承性活動(dòng)斷層；次級(jí)斷層與主邊界斷層在剖面上組成同向或反向的 “多米諾式”組合，在平面上呈北北東-北東向平行帶狀展布(圖3a，b)；斷裂性質(zhì)均為正斷層，整體構(gòu)成伸展斷裂系統(tǒng)。漸新世斷裂主要發(fā)育在東營(yíng)組沉積時(shí)期，形成的斷層大部分向上延伸終止在館陶組(Ng)區(qū)域性不整合面之下，向下滑脫在東營(yíng)組下部或沙三段泥巖層內(nèi)；斜坡上的次級(jí)斷層與主邊界斷層傾向相反，平面走向呈北東東向，與主邊界斷層呈大角度相交(圖3d)；斷層性質(zhì)除正斷層外，還發(fā)育壓扭性和張扭性走滑斷層，整體構(gòu)成走滑斷裂系統(tǒng)。沙一、沙二段沉積時(shí)期活動(dòng)的斷層數(shù)量較少，屬于伸展斷陷活動(dòng)向走滑活動(dòng)轉(zhuǎn)換的過(guò)度時(shí)期，構(gòu)造強(qiáng)度較弱。

2.2 伸展斷裂系統(tǒng)活動(dòng)特征

始新世伸展斷裂系統(tǒng)主要表現(xiàn)為北北東-北東走向的正斷層，包括臺(tái)安-大洼斷層(F1)、陳家斷層(F4)、雙臺(tái)子斷層(F14)、盤西斷層(F15)、西八千斷層(F16)、高19井?dāng)鄬?F13)、大洼分支斷層(F2)等8條主干斷層及規(guī)模較小的次級(jí)斷層(圖3a，b)。根據(jù)斷層的發(fā)育數(shù)量、主干斷層的發(fā)育規(guī)模和活動(dòng)強(qiáng)度可劃分為沙四期初始斷陷、沙三期強(qiáng)烈斷陷兩個(gè)演化階段，其主要差異在于：①沙四期形成的斷層數(shù)量和規(guī)模明顯小于沙三期形成的斷層；②沙四段在凹陷南部和中南部的東側(cè)邊界斷層為雙臺(tái)子斷層(F14)，在凹陷中北部和北部東側(cè)邊界斷層為臺(tái)安-大洼斷層(F1)，西側(cè)邊界斷層為陳家斷層(F4，虛線部分表示推測(cè))，而沙三段在凹陷南部和中南部的東側(cè)邊界斷層為大洼分支斷層(F2)，在凹陷中部、中北部和北部東側(cè)邊界斷層為臺(tái)安-大洼斷層(F1)(圖3a，b )；③沙四期的邊界斷層對(duì)沉積充填的控制作用不強(qiáng)烈，沉積中心分布零散，北厚、南薄特征明顯，最大厚度1 400 m(圖5)；沙三期的邊界斷層對(duì)沉積充填的控制作用十分強(qiáng)烈，沉積中心分布集中在主控邊界斷層下盤，南厚北薄特征明顯，最大厚度3 600 m；④平衡演化剖面(圖4)和原始沉積厚度(圖5)顯示西部斜坡區(qū)沙四段厚度和其它地區(qū)大體相仿，而沙三段的厚度明顯小于清水洼陷、陳家洼陷和臺(tái)安洼陷的厚度，說(shuō)明西部斜坡區(qū)及西部凹陷的構(gòu)造格局主要形成在沙三期強(qiáng)烈斷陷階段，整體受臺(tái)安-大洼斷層控制。⑤伸展量和沉降量差異較大，沙四期伸展量為2%～5%，北強(qiáng)南弱；沙三期伸展量為7%～22%，南強(qiáng)北弱。

2.3 走滑斷裂系統(tǒng)活動(dòng)特征

新編制的沙一、沙二期和東營(yíng)組同沉積斷裂系統(tǒng)(圖3c，d )說(shuō)明走滑斷裂系統(tǒng)主要發(fā)育在東營(yíng)期，由北東東走向張性正斷層和北北東-北東走向的基底走滑斷層構(gòu)成，兩者在平面上的交接關(guān)系顯示右旋走滑特點(diǎn)。

圖3 遼河西部凹陷新生代不同時(shí)期古斷裂系統(tǒng)Fig.3 Evolution maps of faults in different periods of the Western Sag of Liaohe Depression

北東東走向張性正斷層在平面上組成“雁列式”組合和“帚狀”(或“梳狀”)組合?！把懔惺健苯M合在凹陷中央形成盆地尺度的雁列斷層構(gòu)造帶，在剖面上表現(xiàn)為非常顯著的、節(jié)節(jié)南掉的階梯狀斷層組合，主要斷層有馬南斷層(F10)、歡北斷層(F9)、歡南斷層(F8)、鴛北斷層(F7)、鴛鴦溝斷層(F6)(圖3d )、大洼北斷層(F11)、大洼南斷層(F12)，其中的鴛鴦溝斷層(F6)對(duì)東營(yíng)組沉積具有控制作用，形成的近東西向沉積中心厚度約為1 900 m?！爸銧睢?或“梳狀”)組合分布在凹陷東側(cè)和北側(cè)的基底走滑斷層上盤，形成大洼-海外河“帚狀”構(gòu)造段、冷家 “帚狀”構(gòu)造段、陳家“帚狀”構(gòu)造段，同一“帚狀”構(gòu)造段內(nèi)的次級(jí)斷層的傾向相同，不同“帚狀”構(gòu)造段次級(jí)斷層的傾向相反，其中大洼-海外河“帚狀”構(gòu)造段內(nèi)的大洼南斷層(F11)、大洼北斷層(F12)對(duì)東營(yíng)組沉積具有控制作用，形成的近東西向沉積中心厚度為1 800～2 200 m，疊加在沙三期北東向沉積中心之上。

北北東-北東走向基底走滑斷層有顯形走滑斷層和隱形走滑斷層，走向與凹陷的軸線方位基本一致。顯形走滑斷層主要為凹陷東部的臺(tái)安-大洼斷層(F1)、冷家壓扭性斷層(F3)、陳家張扭性斷層(F4)、牛芯坨西壓扭性斷層(F5)。其中，臺(tái)安-大洼斷層在北部表現(xiàn)為壓扭性特點(diǎn)，在南部表現(xiàn)為張扭性特點(diǎn)，并持續(xù)至明化鎮(zhèn)組；冷家壓扭性斷層—陳家張扭性斷層—牛芯坨西壓扭性斷層在走向上因地層垂向斷距發(fā)生明顯變化而表現(xiàn)出“海豚效應(yīng)”[6]，使沙三段至東營(yíng)組在牛芯坨隆起構(gòu)造帶遭受強(qiáng)烈剝蝕，剝蝕厚度達(dá)1 600 m[14]，而在臺(tái)安洼陷接受巨厚沉積，厚度為1 600 m。隱形走滑斷層主要為雙西隱伏走滑斷層，控制雁列式正斷層的發(fā)育，通過(guò)構(gòu)造物理模擬方法推算得出的東營(yíng)期右旋走滑位移量約為10.5 km[9]。

圖4 遼河西部凹陷構(gòu)造演化剖面Fig.4 Structural evolution profiles of the Western Sag of Liaohe DepressionF1.臺(tái)安-大洼斷層；F2.大洼分支斷層；F6.鴛鴦溝斷層；F7.鴛北斷層；F14.雙臺(tái)子斷層；F15.盤西斷層；F16.西八千斷層

3 古近紀(jì)變形成因機(jī)制

遼河西部凹陷屬于渤海灣新生代裂陷盆地中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的構(gòu)造單元，其成因機(jī)制與渤海灣及郯廬斷裂的演化關(guān)系密切。前人關(guān)于渤海灣盆地新生代的運(yùn)動(dòng)學(xué)模式和動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行過(guò)深入的研究工作，可總結(jié)出3種觀點(diǎn)：①北西-南東向伸展模式，強(qiáng)調(diào)伸展作用，認(rèn)為渤海灣盆地始新世形成的北東走向斷陷是地?；蜍浟魅ι嫌吭斐傻闹鲃?dòng)裂陷作用，漸新世北東-北北東向走滑構(gòu)造帶是疊加在伸展構(gòu)造系統(tǒng)之上而保持自身相對(duì)獨(dú)立與統(tǒng)一的斷裂體系,只對(duì)伸展構(gòu)造系統(tǒng)起到改造作用[15-19]；②走滑拉分模式，強(qiáng)調(diào)走滑作用，認(rèn)為渤海灣盆地是在早期伸展構(gòu)造背景上疊加了后期走滑拉分作用而形成的伸展-拉分型復(fù)合盆地,屬于被動(dòng)裂陷盆地,北北東向右行平移正斷層的拉分活動(dòng)是盆地形成的主要因素[20]，動(dòng)因來(lái)自于太平洋板塊俯沖和印度-歐亞板塊碰撞產(chǎn)生的綜合效應(yīng)[20-24]；③近南北向伸展模式，強(qiáng)調(diào)南北向伸展作用，認(rèn)為近東西向斷層是渤海灣盆地主要控陷斷層，動(dòng)力作用來(lái)自于太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖產(chǎn)生的“板片窗”效應(yīng)[25-26]。上述3種觀點(diǎn)分歧的焦點(diǎn)是：渤海灣盆地是伸展型盆地，還是走滑拉分型盆地？是軟流圈熱底辟形成的主動(dòng)裂陷作用，還是因板塊的俯沖擠壓或俯沖后撤形成的裂陷作用？

遼河西部凹陷和渤海灣盆地其他凹陷始新世發(fā)育的北東向控陷斷層均表現(xiàn)為深切基底的正滑斷層，在剖面上組成地塹式、半地塹式結(jié)構(gòu)，主控邊界斷層呈上陡下緩的鏟式形態(tài)，沒(méi)有走滑分量，說(shuō)明北東向控陷斷層是在北西-南東向伸展作用下形成的。渤海灣盆地及鄰區(qū)大地構(gòu)造背景研究成果、天然地震層析研究成果和火山巖研究成果表明，這種北西-南東向伸展作用與太平洋板塊俯沖后撤作用有關(guān)。中國(guó)東部及鄰區(qū)在新生代進(jìn)入以太平洋板塊向歐亞大陸巖石圈板塊俯沖碰撞階段,由此引起的巖石圈和軟流圈的相互作用而導(dǎo)致的陸內(nèi)伸展擴(kuò)張是中國(guó)東部的主要構(gòu)造熱事件,并形成了渤海灣盆地、南黃海盆地和東海盆地等一系列大型伸展盆地[27]。天然地震層析研究成果[28]、長(zhǎng)波大地電磁測(cè)深成果[29]和數(shù)值模擬結(jié)果[30]都一致證實(shí)太平洋板塊在沙三期(42 Ma)向北西西方向俯沖在中國(guó)大陸板塊670 km深的上、下地幔界面處，因太平洋板塊的俯沖后撤速度大于中國(guó)大陸板塊向南東東方向的仰沖速度，導(dǎo)致弧后陸內(nèi)擴(kuò)張作用,從而導(dǎo)致深部軟流圈地幔上涌對(duì)流,形成了漸新世來(lái)源于軟流圈地幔的堿性橄欖玄武巖和渤海灣盆地內(nèi)的大型伸展斷裂，如太行山前斷裂、滄東斷裂、郯廬斷裂等規(guī)模較大的北東向正斷層，它們控制沙四段和沙三段的沉積。

遼河西部凹陷漸新世東營(yíng)期發(fā)育的北北東-北東走向的走滑斷層是郯廬斷裂北段延伸部分，與其誘導(dǎo)的北東東走向正斷層構(gòu)成獨(dú)立的右旋走滑斷裂系統(tǒng)，其控制的東營(yíng)組北東東向和北北東向沉積中心疊加在沙三段北東向沉積中心之上。產(chǎn)生郯廬斷裂右旋走滑的擠壓應(yīng)力方向應(yīng)該是北北東-南南西方向，而太平洋板塊在此時(shí)的俯沖擠壓方向?yàn)楸蔽魑飨颍荒苁观皬]斷裂發(fā)生左旋走滑，所以用太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖產(chǎn)生的效應(yīng)很難解釋郯廬斷裂的右旋走滑活動(dòng)。而此時(shí)印度-澳大利亞板塊向歐亞大陸板塊碰撞的方向右北東向轉(zhuǎn)為北北東向，容易使北北東-北東走向的郯廬斷裂發(fā)生右旋位移，所以其可能是東營(yíng)期右旋走滑活動(dòng)是主要?jiǎng)右騕23]。由于先存基底正斷層的走向和傾角的變化及先期基底斷裂帶結(jié)構(gòu)的差異,發(fā)育在西部凹陷的走滑斷層沿走向表現(xiàn)出“海豚效應(yīng)”，在遼河西部凹陷中段和北段的始新世伸展構(gòu)造基礎(chǔ)上疊加了右旋壓扭構(gòu)造變形,而在中南段和南段區(qū)域的始新世伸展構(gòu)造基礎(chǔ)上疊加了右旋張扭構(gòu)造變形。

根據(jù)渤海灣盆地區(qū)域構(gòu)造演化背景和遼河西部凹陷古近紀(jì)兩期構(gòu)造變形特征建立的成因模式圖顯示，始新世沙四期—沙三期形成的伸展斷裂系統(tǒng)受軟流圈熱底辟作用控制，動(dòng)力來(lái)源于太平洋板塊俯沖后撤產(chǎn)生的弧后拉張作用；漸新世東營(yíng)期形成的右旋走滑斷裂系統(tǒng)受印度-澳大利亞板塊碰撞產(chǎn)生的斜向擠壓作用控制(圖5)。

4 構(gòu)造物理模擬

為了驗(yàn)證郯廬斷裂右旋走滑活動(dòng)在遼河西部凹陷產(chǎn)生的構(gòu)造變形差異而設(shè)計(jì)的沙箱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?圖6)。模型底部左側(cè)設(shè)計(jì)為弧形斷塊，厚5 mm，曲率半徑40 cm，北端連接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，受馬達(dá)牽引相對(duì)于右側(cè)的基底斷塊發(fā)生右旋走滑運(yùn)動(dòng)。底部剛性的模板之上鋪蓋粒徑為0.2～0.3 mm的干沙層，相當(dāng)于基底斷裂上覆的蓋層。馬達(dá)轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，每隔0.5 cm位移進(jìn)行照相。

基底右旋位移5 cm后的平面圖像和剖面切片圖像解釋結(jié)果顯示基底右旋走滑在北部蓋層產(chǎn)生壓扭性斷層，在南部蓋層產(chǎn)生正斷層和張扭性斷層。模型中的基底主走滑位移帶與基底“斷塊”位移矢量方向并不完全平行，基底上覆沙層在北部處于斜壓狀態(tài)，導(dǎo)致沙層產(chǎn)生右旋壓扭變形，構(gòu)成正花狀構(gòu)造樣式?；咨细采硨釉谀喜刻幱谛睆垹顟B(tài)，導(dǎo)致沙層產(chǎn)生右旋張扭變形，構(gòu)成負(fù)花狀構(gòu)造樣式。而中間的過(guò)渡區(qū)段則僅發(fā)育走滑斷層。

上述物理模擬實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，遼河西部凹陷北段和南段新生代構(gòu)造變形的差異應(yīng)該是穿過(guò)遼河西部凹陷的郯廬斷裂帶主位移帶走向變化引起的。從盆地中表現(xiàn)的右旋走滑構(gòu)造帶的分布看，郯廬斷裂帶深層斷裂在遼東灣北段分支為兩條，西支的總體走向是近南北向，但是與一些北北東向基底斷裂交切后則在遼河西部凹陷東部構(gòu)成弧形的基底走滑主位移帶，致使在區(qū)域右旋走滑作用下遼河西部凹陷北段出現(xiàn)壓扭性斷層，南段出現(xiàn)右旋張扭性斷層。

5 討論與結(jié)論

由于斷層走向的變化，沿?cái)鄬用娴淖呋灰瓶赡軐?dǎo)致局部區(qū)域形成斜壓或斜張構(gòu)造變形。在斜壓變形區(qū)，走滑斷層常常具有逆沖斷層位移分量，在剖面上顯示逆沖斷層特征，并可能誘導(dǎo)一系列與主干走滑斷層斜交的逆沖斷層甚至小型褶皺構(gòu)造。在斜張變形區(qū)，走滑斷層常常具有正斷層位移分量，在剖面上顯示正斷層特征，主干走滑斷層之間的斷塊可能下降構(gòu)成小型地塹構(gòu)造，并發(fā)育一系列與主干走滑斷層斜交的正斷層，構(gòu)成沿走滑斷層帶斜列分布的“帚狀構(gòu)造”。

圖5 遼河西部凹陷古近紀(jì)成因機(jī)制Fig.5 Paleogene dynamic model of the Western Sag of Liaohe Depression

遼河西部凹陷內(nèi)至少有3條主干基底走滑斷層，它們向南散開(kāi)，向北收斂。其中，冷家—陳家斷層向南延伸可能斜穿中央凸起至遼東灣與郯廬斷裂主位移帶連接在一起。由于主干基底走滑斷層的走向在遼河西部凹陷總體上是自南向北由北東向轉(zhuǎn)向?yàn)楸北睎|向，基底斷層的右旋走滑位移導(dǎo)致遼河西部凹陷北部形成斜壓變形區(qū)、南部成為斜張變形區(qū)。南部的斜張變形同時(shí)受冷家-陳家斷層和雙臺(tái)子隱伏走滑斷層的右旋走滑位移影響，成為東營(yíng)組沉積時(shí)期的拉分沉降區(qū)，并發(fā)育大量近北東東向的正斷層；北部的斜壓變形區(qū)主要受冷家-陳家斷層和臺(tái)安-大洼斷層的右旋走滑位移影響，發(fā)育若干逆沖走滑斷層或使早期的正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)。

綜合上述區(qū)域構(gòu)造背景分析、構(gòu)造變形特征分析和構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，對(duì)遼河西部凹陷古近紀(jì)構(gòu)造變形得出如下結(jié)論：

1) 遼河西部凹陷古近紀(jì)構(gòu)造變形格局是始新世伸展構(gòu)造變形和漸新世走滑構(gòu)造變形疊加的結(jié)果。

2) 始新世伸展構(gòu)造變形經(jīng)歷初始斷陷期(Es4)和強(qiáng)烈斷陷期(Es3)兩個(gè)階段，強(qiáng)烈斷陷期形成的北東向主控邊界斷層和東斷西超的半地塹結(jié)構(gòu)控制的沉積中心呈北東向展布。

3) 漸新世走滑構(gòu)造變形主要發(fā)生在東營(yíng)期，形成北北東-北東向右旋走滑構(gòu)造帶，受基底走滑斷層走向變化的影響，在南部形成伸展-走滑構(gòu)造變形，新生的北東東向正斷層控制的沉積中心疊加在北東向沉積中心之上；在北部形成收縮-走滑構(gòu)造變形，隆升剝蝕強(qiáng)烈。

圖6 遼河西部凹陷漸新世走滑變形沙箱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.6 Sand-box model of strike-slip deformation for the Oligocene in the Western Sag of Liaohe Depressiona.沙箱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；b.平面變形結(jié)果；c.剖面切片

4) 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析和沙箱實(shí)驗(yàn)證明始新世北東向伸展斷裂系統(tǒng)受太平洋板塊俯沖后撤產(chǎn)生的北西—南東向弧后拉張作用控制，而漸新世走滑斷裂系統(tǒng)受郯廬斷裂右旋走滑作用控制，動(dòng)因可能來(lái)源于印度-澳大利亞板塊向歐亞板塊俯沖作用產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)。

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(編輯 董 立)

Characteristics and origins of structural deformation in the Paleogene in the Western Sag of Liaohe Depression,Bohai Bay Basin

Yu Fusheng1,2,Dong Yuexia3,Tong Hengmao1,2,Xiong Lianqiao2,Long Xian2

(1.StateKeyLabofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.CollegeofEarthSciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,PetroChinaJidongOilfieldCompany，Tangshan,Hebei063004，China)

Research on structural evolution and dynamic processes in the Western Sag of Liaohe Depression is significant to not only oil and gas exploration,but also analysis of the evolution of Bohai Bay Basin and Tanlu Fault.According to seismic interpretation,analysis of the relationship between fault system,deposition thickness and the characteristics of fault intensity,it was concluded that the Western Sag of Liaohe Depression underwent two-phase deformation superimposition in the Paleogene.The early Eocene extensional phase including an initial fault depression stage (Es4) and a strong fault depression stage (Es3) resulted in the NE-SW-trending major normal faults and half-graben filled by the fourth and the third member of Shahejie Formation.The later Oligocene strike-slip phase during Dongying Formation caused the right-lateral strike-slip of the pre-existed basement faults and the formation of new normal fault arrays in NEE-SWW orientation.A structure style with transtension subsidence in the south part and transpression erosion in the north part formed during this stages owing to strike-slip displacement.The transition from extensional deformation to strike-slip deformation occurred during Es1-2.Regional field analyses and sand box simulation results show that the Eocene extensional fault system was controlled by back-arc extension stress,which was triggered by subduction roll-back of the oceanic Pacific Plate from the Asian Continent.And the Oligocene strike-slip fault system was controlled by dextral displacement of Tanlu Fault,caused by the collision of Indian-Australian Plate with the Eurasian Plate.

extensional structure,strike-slip structure,sand-box model,structural deformation,Western Sag of Liaohe Depression,Bohai Bay Basin

2014-06-20;

2014-10-20。

于福生(1969—)，男,博士、副教授，構(gòu)造地質(zhì)。E-mail:fushengyu@cup.edu.cn。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05006-006-02-001)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472116)。

0253-9985(2015)01-0051-10

10.11743/ogg20150107

TE121.2

A