李理;时秀朋;胡秋媛;陈衍
【摘 要】通过几何学、运动学和成因分析及物理模拟试验,对渤海湾盆地临南洼陷双帚状断层的成因及演化进行研究.结果表明:夏口断层为东端收敛、西端撒开的张剪帚状断层,早白垩世受伸展与右行走滑作用产生,新生代受伸展叠加走滑作用继续发育成为一条走滑—正断层,临邑"帚状断层"西敛东撒,为新生代正向以及斜向伸展叠加走滑的产物,其撒开端与收敛端级别相同而非次级断层;双帚状断层出现在古新世—早始新世,活动强度由收敛端向撒开端迁移,即夏口断层由西向东迁移,临邑断层由东向西变强,并在渐新世后超过了夏口断层直到上新世;早白垩世以来区域构造应力场的变化、兰聊断层的走滑作用及鲁西隆起新生代的抬升是控制双帚状断层形成和发育的根本因素.%The formation and evolution of the double broom-like faults in Lin'nan sag of Bohai Bay Basin were studied by u-sing geometrical, kinematic and genetic analyses and analogue modeling. The results are as follows: Xiakou fault is a ten-sional-shear broom-like fault mainly formed by the extension and dextral strike slip faulting in the early Cretaceous, in which the fault plan converged at the eastern end and opened at the western end. The fault continued to develop in the Cenozoic by extension and dextral strike slipping to form a strike slip-normal fault. Linyi fault is a normal fault with a "broom-shaped"west end bunching and an eastern end opening, which was formed by the Cenozoic orthodox and oblique extension. The open-ing end and the converging ends of the fault are at the same fault level. The double-broom-like fault appeared in the Paleo-cene/Early Eocene, and the faulting activity intensifies from the convergent end to the opening end, resulting in a strong western end of Linyi fault and a strong eastern end of Xiakou fault. The intensity of fault activity of Linyi fault is greater than that of Xiakou fault in the Oligocene until the Pliocene. The strike-slip faulting of Langliao fault, the regional tectonic stress field since the Early Cretaceous, and the Cenozoic uplifting of Luxi uplift were the fundamental controlling factors of the for-mation and development of the double-broom fault.
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(041)006
【总页数】9页(P41-49)
【关键词】帚状构造;物理模拟;中—新生代;渤海湾盆地
【作 者】李理;时秀朋;胡秋媛;陈衍
【作者单位】中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266580;海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛266071;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院,山东东营257000;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石油大学胜利学院,山东东营257061;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266580;海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛266071
【正文语种】中 文
【中图分类】TE121.2
帚状断层,又称马尾状断层[1],是一系列次级断层与主断层构成的断层平面组合,包括张扭和
压扭两种。作为晚中生代背景下发育的新生代断陷盆地,渤海湾盆地中发育许多张扭性帚状断层[2-8]。除受控于走滑作用外,还与不同时期伸展以及伸展叠加走滑有关。如宁南、无南断层为走滑作用形成的帚状构造组合;受控于沙四期右旋走滑构造应力场,惠民凹陷临北帚状构造自北而南、自撒开端向收敛端演化,平面上由多组北东向雁列式展布正断层组成;东营凹陷中央隆起带西段帚状生长断层是中始新世近SN向伸展构造和晚始新世NE向伸展构造及右旋走滑构造综合作用的结果[5-7]。作为惠民凹陷的次级构造单元,临南洼陷南北边界由反对称的双帚状断层构成。南边界夏口断层燕山期为走滑断层、新生代伸展作用下持续发育,可以连通多套烃源层。北边界临邑断层为自北而南、自撒开端到收敛端发育的正断层组合,构造模式和物理模拟得出临邑断层沙四期到东营期发育,控制了洼陷沉积和主要三角洲(鼻状构造) 的发育和迁移[6,9]。然而这种双帚状断层的成因尚无系统论证,也没有详细的关于其发育过程以及二者如何控制和影响洼陷内部断层发育的阐述。笔者依据临南洼陷断层几何学、运动学特征,利用构造物理模拟方法,对临南洼陷双帚状断层的成因和生长发育过程进行研究。
临南洼陷位于惠民凹陷西南部,走向NEE,由北倾的夏口断层及南倾的临邑断层所限,南面为临南斜坡带,北面以中央隆起带与滋镇洼陷分开(图1),是一个在晚中生代背景下新生代逐渐
发育形成的地堑。中生界为白垩系西洼组(K1x),厚度中心位于夏口断层的西北部,新生界包括孔店组(E1-2k)、沙河街组(E2s)(分E2s4、E2s3、E2s2、E3s1段)、东营组(E3d)和馆陶组(N1g)、明化镇组(N2m)及第四系平原组(Qp)。北部临邑断层呈西部收敛、向东撒开的帚状,南部的夏口断层为东部收敛、向西撒开的帚状,构成共轭双帚状构造。洼陷内断层延伸方向一般为近EW向或近NE向,与夏口、临邑断层展布方向基本一致,将内部构造复杂化。
选取惠民凹陷I-I′地震剖面研究双帚状断层的特征,从得到的构造剖面(图2,剖面位置见图1)看,夏口断层发育时间早,中生代开始发育,断层倾角大,呈板式;临邑断层发育时间晚,E2s3才开始发育,倾角相对较小,呈包心菜或Y字形。西、中、东部地震剖面得到的横剖面上断层特征明显不同(图3),平衡剖面技术回剥得出不同时期平均落差(同一地层厚度差)和平均活动速率(落差/沉积时间)差别较大(表1)。除剖面外,断层平面上也多有不同。
夏口断层总体走向NEE,倾向NNW,倾角大小沿走向不尽相同。平面上主断层由近NE和NEE向断层交替组成,呈反S状(图1)剖面上,断层切断新生界、中生界、古生界至太古宇(图2),中生代开始活动,之后逐渐减弱至新近纪(表1)。中生代断层西部活动最强,东部较弱。E1-2k—E2s4期开始,最强处迁移至中部,之后活动逐渐减弱;东部断层活动尽管弱,但E3s1—E3d期开始变强。总体上断层活动强度由西向中、东部迁移。
临邑断层是多条断层的左阶组合,平面上走向NE-NEE,呈向北凸出的弧形，倾向南,呈西敛东撒的帚状。撒开端分支断层平面上亦呈弧形,倾向南,平行状—微雁行状排列(图1)。
剖面上,断层呈铲式切断整个新生界至古生界,次级断层与主断层呈马尾状、羽状或“卷心菜”状;亦或4条断层呈平行状(图2、3)。断层落差、活动速率在E2s3之前中部大,E2s3以后逐渐向西部增大,即自东向西逐渐增强。
对比发现,夏口断层活动早,临邑断层晚;古近纪夏口断层活动强度明显大于临邑断层,但E3s1—E3d期后,临邑断层西部活动明显强于夏口断层,特别是新近纪。因此,E3s1—E3d是两条断层活动强弱转换期。总体上,夏口断层中生代—古近纪活动向东增强,临邑断层则相反,古近纪—新生代活动向西增强。
图2中夏口断层上盘石炭系—二叠系比下盘薄,说明上盘曾上升遭受过剥蚀,即夏口断层曾为逆断层。晚三叠世华北、扬子板块的近SN向碰撞,导致近EW向褶皱、逆断层及NE向郯庐断裂等走滑断层的产生[10]。夏口逆断层此时产生,同时产生的还有陵县—阳信断层(图4(a))。夏口断层北盘(上盘)控制的最老地层西洼组(K1x)与NEE断层走向一致,而南盘则有SN向展布的三台组(J2s)且厚度大于上盘,证明其控凹作用始于早白垩世。K1x厚度中心在临南洼陷
西部,说明NE向西段活动强烈。断层向西沿SW向至临清坳陷,与兰聊断层呈锐角相交,且K1x厚度比临南洼陷西部更厚,说明越靠近兰聊断层其活动强度越大。
早白垩世受NW-SE向伸展和郯庐断裂带强烈左行走滑、兰聊断层右行走滑[10-13]作用,夏口断层NE段开始发育,为正断层,鲁西地块SSW向构造逃逸产生的斜向伸展,使其具有右行张剪性质,亦可看成兰聊断层的R破裂;而原印支期NEE向逆断层性质的夏口断层负反转为正断层,二者叠加组成反S形,成为张剪性右行走滑断层。断层西部NE段因靠近兰聊断层,活动性更强,控制的K1x必然厚度大(表1)。主断层还派生了一系列近EW向小断层,具有张剪性质,但不控制沉积。它们与主断层在平面上构成帚状,夏口帚状断层开始形成(图4(b))。夏口断层在早白垩世是一条具有复合性质的右行帚状断层,且由西向东发育,西部因靠近兰聊断层故而活动强(表1)。与夏口断层成因相同(图4(b)),早白垩世陵县—阳信断层亦强烈活动,控制了北部K1x沉积(图2)。晚白垩世末期,经历挤压反转[12-14],夏口断层具有一定的逆冲性质。
3.2.1 古新世—早始新世
E1-2k—E2s4时期,区域应力场与早白垩世相同,但强度较中生代弱[12-14](图4(c))。在总体近SN向伸展作用下,夏口断层NE段受斜向伸展开始正断活动,但具有一定的走滑分量,垂向断
距相对较小;近NEE段与伸展作用垂直,正断层活动强烈,故最强活动迁移至中部叠覆段,并产生次级断层—玉皇庙断层;东部因远离兰聊断层,断层活动相对较弱。此外,最西部近EW向小断层亦开始了正断层活动(图4(c)),但规模相对较小(图3(a))。
陵县—阳信断层此时亦强烈活动,作为次级同倾向断层,受正向伸展由北向南近EW段临邑断层产生,断层活动强;受斜向伸展其NE段也开始发育,但活动弱(表1)。即中、东部近EW段断层落差大,为正断层;西部NE段落差小,为走滑-正断层,东撒西敛的帚状断层自此形成(图4(c))。
3.2.2 中始新世—渐新世
E2s3时期约为距今43 Ma,本区仍受NW-SE向伸展作用;郯庐断裂带转为右行走滑,但走滑量不大,约40 km,兰聊断层仍为右行走滑活动,但强度较弱[13-15]。夏口断层NE段强势正断活动,下盘发育大量鼻状构造;NEE段及最西部近EW向小断层受斜滑作用,成为走滑—正断层,整个帚状断层进一步发育。同样,临邑断层东部EW段活动明显减弱,强烈正断活动迁移至中部NE段(图4(d))。
E3s1—E3d时期,依然受NW-SE向伸展,夏口帚状断层持续活动至23 Ma,但强度减弱,小于临邑断层(图4(d),表1),为44～37 Ma鲁西隆起快速抬升[16]造成。临邑断层最强活动则迁移至西部NE段,中段迅速减弱,东部近EW段基本不活动。
3.2.3 新近纪
中新世以来,渤海湾盆地整体热沉降,断层活动减弱,夏口断层活动强度减至最弱,分析鲁西隆起23 Ma以来的快速抬升[16]起到了强烈抑制作用。受兰聊断层右旋走滑影响,临邑断层随之活动,靠近兰聊断层的西部NE段活动最强(表1)。
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