黄骅盆地海岸线两侧构造线不连续之成因分析.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 0 4 年5 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．3 M a y2 0 0 4 文章编号t1 0 0 0 1 0 6 4 2 0 0 4 0 3 0 2 8 7 0 5 黄骅盆地海岸线两侧构造线不连续之成因分析 樊敬亮1 ，漆家福2 ，高爱华3 ，曾钱帮1 1 ．中国科学院地质与地球物理研究所，北京1 0 0 0 2 9 ； 2 ．石油大学资源与信息学院，北京1 0 2 2 4 9 ；3 ．华北石油采油三厂，河北河阃0 6 2 4 5 0 摘要从构造样式、沉积特征、断层组合等方面探讨了黄骅盆地海岸线两侧右旋走滑构造变形的 存在，指出结晶基底的不均匀性是N N E 向基底隐伏走滑带形成和新生代盖层走滑构造产生的 控制因素。采用单剪模式解释了由于N N E 向基底隐伏走滑带在新生代的右旋走滑活动，在主位 移带 P D Z 的两侧产生了N E 向的R 剪切，R 剪切受区域N W - - S E 向伸展和由走滑导致的S N 向局部伸展的共同作用，导致了现令黄骅盆地中区海岸线两侧构造线不连续的现象。 关键词黄骅盆地；构造线不连续；基底隐伏走滑带；R 剪切；单剪 中图分类号P6 7文献标识码A G e n e t i cA n a l y s i so fD i s c o n t i n u o u so fT e c t o n i cL i n eo n B o t hS i d e so fC o a s t l i n ei nH u a n g h u aB a s i n F A NJ i n g l i a n 9 1 ，Q IJ i af u 2 ，G A OA i h u n 3 ，Z E N GQ i a n b a n 9 1 1 ．I n s t i t u t eo fG e o l o g ya n dG e o p h y s i c s ．C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c ∞。B e i i i n g1 0 0 0 2 9 。‘C h i n a 2 ．R e s o u r c e sa n dI n f o r m a t i o nC o l l e g e ，U n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ，B e l l i n g1 0 2 2 4 9 。C h i n a ； 3 ．T h eT h i r dE x p l o i t a t i o nF a c t o r yo fH u a b e iO i lF i e l d ，H e j i a n ．H e b e i0 6 2 4 5 0 。C h i n a A b s t r a c t T h ed e x t r a ls t r i k e s l i pt e c t o n i cd e f o r m a t i o no nb o t hs i d e so ft h ec o a s t l i n ei nH u a n g h u a B a s i ni sd i s c u s s e df r o ma s p e c t so ft e c t o n i cs t e l e ，f a o l tc o m b i n a t i o n ，a n ds e d i m e n t a r yf e a t u r e ．T h e u n e v e n n e s so fc r y s t a l l i n eb a s e m e n ti sf o u n dt ob et h eg o v e r n i n gf a c t o rf o rf o r m i n gt h eN N E s t r i k i n g b l i n db a s e m e n ts t r i k e s h pz o n ea n dt h es t r i k e s l i pt e c t o n i c si nt h eC e n o z o i cp l a t f o r mc o v e r ．T h e s i n g l es h e a rm o d e li su s e dt oe x p l a i nt h eg e o l o g i c a lp h e n o m e n o n b e c a u s eo ft h ed e x t r a ls t r i k e s l i p m o v e m e n td u r i n gC e n o z o i c ，t h eN E s t r i k i n gRs h e a r sw e r ed e v e l o p e do nb o t hs i d e so ft h ep r i m a r y d i s p l a c e m e n tz o n e P D Z ；a n dt h ec o a c t i o no fN W S E s t r i k i n ge x t e n s i o na n dt h eS N s t r i k i n g e x t e n s i o nr e s u l t e di nad i s c o n t i n u o u st e c t o n i cI i n eo nb o t hs i c [ e so ft h ec o a s t l i n er o d a y ． K e yw o r d s H u a n g h u aB a s i n ；d i s c r e t e n e s so ft e c t o n ml i n e ；b l i n db a s e m e n ts t r i k e s h pz o n el R s h e a r ；s i m p l es h e a r 黄骅盆地是新生代渤海湾盆地中部的一个负 向构造单元，西以沧东断层与沧县隆起相接，东北 部伸人渤海并由海中的沙垒田隆起与渤中盆地相 隔，东南至埕宁隆起，北邻燕山褶皱带，南与临清盆 地毗邻．通常以扣村、羊三木断层和海河断层为界 把盆地分为南、中、北3 区． 因为盆地一部分属于陆地，一部分伸人渤海， 所以在中、北区形成了约2 5 4k m 的渤西簿岸线． 其中，中区海岸线以西区域断层N E 走向，S E 倾 向；以东区域断层N E 走向，N W 倾向 图1 ．也就 是说，海岸线两侧的构造线是不连续的，两侧具有 不同的构造组合．大港油田油气研究中心在马棚口 东的三维地震解释中发现o I N L I N E 6 5 5 5 测线以 西断层s 倾，以东断层N 倾，两侧断层倾向相反， 收藕日期t2 0 0 3 ～0 7 2 3 基金项目国家重点基础研究发展规划项目 G 1 9 9 9 0 4 3 3 作者筒升。樊敬亮 1 9 6 8 一 ，男，浙江省奉化市人，中国科学院地质与地球物理研究所博士生，从事地旗工程及石油构造方面的研究， ①韩品龙．歧口凹陷摊海地区厦簿陆过渡带椅造成困及油气分布研究。1 9 9 5 ． 万方数据 中国矿业大学学报第3 3 卷 同样反映了构造线展布的不连续 图1 黄骅盆地中区海岸线两侧断层展布图 F i g ．1 D i s t r i b u t i o no ff a u l t so i lb o t hs i d e so f t h ec o a s t l i n ei nt h em i d d l eH u a n g h u aB a s i n 前人对这种现象的成因有以下解释1 海岸 线两侧不同走向的断层可能分别屑于不同的构造 带o ；2 不同走向断层的现象是多期构造运动的结 果o ；3 黄骅盆地边界几何条件和s ～N 向伸展共 同作用的结果[ 1 ] ． 因为海岸线两侧地区是黄骅盆地主要石油勘 探领域，所以研究海岸线两侧构造线不连续的成因 有助于该区构造与油气的研究．笔者以黄骅盆地在 新生代随渤海湾盆地区受伸展和走滑的共同作 用0 1 为前提，以单剪模式为指导，在地震资料的基 础上剖析海岸线两侧构造线不连续的现象． 1 走滑构造的总体轮廓 尽管黄骅盆地在新生代随渤海湾盆地受 N w ～s E 向区域伸展作用而形成以伸展构造为主 的变形o ] ，但是仍然可以从构造样式、沉积特征、断 层组合等发现新生代盖层走滑构造变形的形迹． 1 ．1 雁列式断层 雁列构造通常是走滑断层基本可靠的鉴别标 志．即使在多个应力联合或叠加的复杂环境下，只 要有剪切应力存在就会有雁列构造的痕迹口] ． 海岸线两侧的两组断层各自在平面上呈雁列 式的组合 图1 ．西侧由大张坨断层、港西断层、港 东断层、南大港断层等断层组成；东侧由自东断层、 ②马宗晋黄骅| } 0 陷的构造研究，1 9 9 5 ． ③万天丰．新生代构造应力场与大港油田的勘探，1 9 9 5 ． 歧中断层、歧东断层、张北断层、赵北断层等断层组 成．从断层的展布方向与组合方式看，具有右旋剪 切的特点，是右旋剪切应力场的产物． 1 ．2 沉积特征的变化 在走滑活动过程中。走滑带内的断块、断片发 生升降[ 4 ] 、旋转[ ⋯，所以在走滑构造变形中表现出 多局部中心的特点“] ．海岸线西侧是黄骅盆地南大 港凸起、北大港凸起，东侧是黄骅盆地的歧口凹陷． 通过对歧口凹陷海岸线两侧下第三系东营组 E d 、沙一段 E s 。 的原始沉积厚度 去压实校正 后 研究后表明，东营组、沙一段中 E s ，中 、沙一 段下 E s ，下 的原始沉积等厚图的形态有较大差 异，显示有多个局部沉积中心．同时，歧口凹陷残余 东营组、沙一段的沉积中心在位置上也不一致．上 述现象表明局部沉积中心随着构造的演化而变化． 另外。歧口凹陷海岸线两侧沙一段砂岩含量等值线 图显示，海岸线两侧沙一段砂岩占地层总厚度比值 为2 0 ％的等值线几乎与海岸线平行，印证了由于 走滑作用，导致走滑带中相带一般呈窄长状分布的 规律[ 6 ] ． 1 ．3 断层组合 大型走糈断层位于单剪域中，单剪模式是饵释 走滑构造组合最好模式啪，而里德尔模式是目前被 广泛应用的单剪模式o ] ．用此模式对歧日凹陷海岸 线东侧E s ，下顶面各级断层组合图分析 图2 ． 图2白水头断层东侧E 轧下顶面各级断层组合图 F i g ．2C o m b i n a t i o nm a po fd i f f e r e n tf a u l t so nt o p o ft h ee a s to fB a i s h u i t o uf a u h 万方数据 第3 期 樊敬亮等；黄骅盆地海岸线两侧构造线不连续之成因分析 2 8 9 设主走滑位移带 P D z 白水头断层方向 约为N N E 3 0 。，则R 剪切破裂方向约为N E 5 5 。，R ， 剪切破裂方向约为N W W 3 0 0 。，主走滑位移引起的 伸展方向为S N 向，主走滑位移引起的收缩方向为 E W 向． 这些构造线方向在图2 中都有反映，只是发育 程度的不同．由于走滑构造是叠加在N w s E 向 区域伸展构造之上，所以由走滑引起的E w 向挤 压分量而导致的收缩构造不甚发育，表现为近S N 向弱挤压的宽缓褶皱，同时R 破裂也不明显． 综上所述，尽管走滑构造系统是叠加在伸展构 造系统之上，加上伸展构造变形的强度远大于走滑 构造变形的强度＆] ，导致走滑构造淹没在伸展构造 中，但是，走褙构造还是能够被解释出来的．黄骅盆 地中区新生代盖层右旋走滑构造表现为一个分布 在歧口凹陷西部边缘、宽约3 0 ～4 0k m 的区域，包 括港西断层、大张坨断层等分隔歧口凹陷和板桥凹 陷的正断层也部分卷入到走滑构造变形中．右旋走 滑位移分散于整个走滑构造带中N N E ，N E ，近 E W 向的正断层中，对某一条断层而言，并不表现 出明显的走滑断层的特征．其中，N N E 的白水头断 层以及其上盘发育的一系列N N E 。N E 向次级断 层都是右旋走滑正断层，而N N E 向断层的走滑位 移分量比N E 向断层的走滑位移分量大， 2 走滑构造的具体表现 2 ．1 白水头地区 白水头地区位于北大港凸起和歧口凹陷之间， 发育有N N E 向的主断层一一白水头断层和其上 盘一系列N E 向的次级断层．N E 向断层在西南延 伸方向上被白水头断层截止 图2 ，在剖面上所有 断层都表现出正断层位移的特征．显然，在统一的 重 型 鞋 皿 的8 1 0 堍 邑 鏊 应变场中，N E R 剪切破裂 向断层的位移是N N E 向右旋走滑断层 P D Z 位移的体现．从北向南沿着 白水头断层，不同部位表现出不同的构造样式8 1 0 地震测线上，断层上盘的N E 向次级断层的倾向多 数与白水头断层倾向相同 图3 a ；5 8 6 地震测线 上，则有相当多的N E 向次级断层其倾向与白水头 断层的倾向相反 图3 b ；3 6 2 地震测线上，又是以 与白水头断层同倾向的次级断层为主 图3 c ． 另外，5 8 6 剖面上，主断层 1 号断层 与次级断 层的主生长时问基本上是同步的 图3 b ，而3 6 2 ， 8 1 0 剖面上，主断层与次级断层的主生长时间是不 同步的 图3 a ，c ．因为N E 向次级断层受到N N E 向白水头断层的截切，所以各级断层之间的位移应 该是相互转移调节的，从逻辑上分析它们之间的活 动也应该是基本同步的，但是，由于主断层和次级 断层各自走滑位移分量的影响，造成主断层和次级 断层生长指数不同步，剖面上的生长指数实际上是 视生长指数．自水头断层是一条具有一定右旋走滑 位移分量的新生代同沉积正断层，断层的主活动期 为早第三纪渐新世的沙一、东营期．由于发生右旋 走滑作用。导致在断层两侧产生了相当于R 剪切 的N E 向次级断层．晚第三纪时期，由于右旋走滑 作用的继续进行，断层向上切割到明化镇组上段， 表明在明化镇组沉积时期或沉积后仍有活动．由于 白水头断层的活动，在其两盘形成了次级断层，把 上、下盘切割成各种断块、断片，在各级断层的活动 过程中，断块、断片发生升降、旋转，导致同一条断 层不同地段不同的构造样式；出现同一条断层不同 地段不同的主活动期，同一时期不同的活动强度． m5 8 6 钱 万方数据 中国矿业大学学报 第3 3 卷 【c 3 6 2 拽 图3 地震测线掏造解释剖面及断层生长指数 F 1 9 ．3 S t r u c t u r a li n t e r p r e t a t i o np r o f i l eo f 3 6 2s e i s m i cl i n ea n dg r o w t hi n d e xm a p 2 ．2 张巨河地区 张巨河地区位于歧口凹陷的南部，是歧口凹陷 张巨河构造带、歧东构造带和海4 井构造带的结合 部位．在沙一段顶面构造图上 图4 上部 ，近E w 向断层向东、西延伸时，或者转折为N E - - N N E 向 断层，或者被N E - - N N E 向断层截止．其中N E ～ N N E 向断层又表现为左阶式斜列，这种平面组合 样式体现了右旋走滑作用引起局部引张的构造变 形场特点．虽然不同方向断层在剖面上均表现为正 断层位移特征，但它们的位移并不是相互消长的． 3 童 绷2 挑 l 0 图4E s - 顶面构造图及断层落差累积曲线 F i g ．4 S t r 、1 e t u r e m a po fo i l t o po f E ‰ a c c u m u l a t i o nc u r v e so ff a u l tt h r o w 图4 下部是张巨河地区主要断层在构造图中 的断层落差累积曲线图．作图过程为1 选取各构 造带的分界断层，张巨河构造带为1 ，2 ，3 号断层， 歧东构造带为4 ，5 号断层，海4 井构造带为6 ，7 ，8 号断层；2 在每条断层的上盘切断线上依次选取 切断点，通过该点作垂直于上盘切断线的线段并交 于下盘切断线，此2 点等高线之差便是此2 点的断 层落差；3 把上盘切断点和落差投影在坐标轴中 横坐标为东西向的大地坐标数值，纵坐标为落 差 ；4 连接各点便得到该条断层的落差随断层走 向的分布曲线图；5 考虑刘各条断层之间存在位 移的传递，为此将同一横坐标位置的各断层的落差 累计起来，便得到断层累积曲线图． 在曲线图上发现，沿东西向存在着A ，B 两个 不连续点．A 点对应位置相当于海岸线附近，是3 号张北断层、4 号歧东断层、6 号张东断层的结合部 位} B 点对应位置相当于张东断层与7 号海4 井断 层的结合部位．B 点位于落差值较大的部位，但断 层累计落差并不大，如果考虑断层走向变化、断层 尖灭的影响，B 点的不连续基本上是正常的．A 点 则不同，它的不连续在相当程度上是张北断层的位 移造成的断层累计落差沿东西向的不连续． 落差图中虚线部分是不加入张北断层的累计 落差沿东西向的分布，它与A 点右侧的实线构成 一条比较光滑的曲线，但是也显示出断层落差值在 A 点附近迅速衰减，说明近E W 向构造带的位移 至海岸线附近传递到其它构造带上．由此可以推 断在海岸线附近存在具有构造调节性质的走滑构 造，N N E 向的张北断层是调节断层．考虑不同方向 之间断层位移的协调性，因为N E E 、近E W 向断层 是该地区的主干正断层，所以N N E 向的张北断层 必然具有右旋走滑分量．由此可见，张巨河地区显 示出右旋走滑构造特征． 3 基底隐伏走滑带 大港油田赵学平等人于1 9 9 5 年提出黄骅盆 地东缘存在一条宽1 5 ～2 0k m ，N N E 向、切害9 到上 地幔的深断裂带；断裂带从盆地中区的新港开始， 经过歧口，南延至盆地南区的盐山，因为断裂带在 新生代时发生右旋走滑活动，所以也叫新港一歧口 一盐山基底隐伏走滑带．笔者认为断裂带是存在 的，主要证据有”人工地震测深资料表明，奠霍 面在黄骅盆地和埕宁隆起之间是不连续的，在黄骅 盆地南区盐山西北2 0k m 处有断距达4k m 的深 断裂带；2 黄骅盆地内部存在一条垂直的分界线， 东西两部分的速度结构有较大的差异；3 新生代 火山活动基本上描此断裂带分布，说明新生代时断 裂带已切穿地壳，进入上地幔，导致岩浆沿断裂带 侵入、喷出；4 高精度的航空磁测资料表明，黄骅 万方数据 第3 期 樊敬亮等黄骅盆地海岸线两侧构造线不连续之成因分析 2 9 1 盆地的结晶基底是由鲁西、太行、燕山3 种类型的 结晶基底组成，大致以海岸线和海河断层为界，结 晶基底的缝合线成“T ”型展布，断裂带深部大致对 应于鲁西结晶基底和太行结晶基底的缝合部位，浅 部大致对应于海岸线 图1 ． 4 构造动力学机制分析 新生代开始，太平洋板块以N w 方向俯冲在 欧亚板块之下，在欧亚板块东缘渤海湾地区形成了 N w s E 向张应力，产生了N E 向 如埕西断层、羊 二庄断层、白水头断层 、E W 向 如海河断层 、 N w w 向 如张东断层 正断层，其中E W 向、 N w w 向断层是N E 向断层之间的调节断层．早第 三纪始新世开始，由于印度板块向欧亚板块楔人， 向北推挤欧亚板块，使之向北退却，从而造成在欧 亚板块东缘产生了广泛的右旋剪切应力场[ 9 ] ． 从渐新世沙一期开始，右旋剪切应力场开始影 响黄骅盆地，由于鲁西、太行结晶基底的缝合部位 在岩性上是薄弱部位，受剪切应力场的影响发生右 旋走滑活动，从而变成了N N E 向基底隐伏走滑 带，在走滑过程中对新生代盖层产生了影响，结果 造成1 大致对应于海岸线的自水头断层转变成 右旋走滑正断层，在走滑活动中，其两侧产生了R 剪切破裂；2 先前产生的N E 向、N w w 向正断层 分别被R ，R ，剪切破裂利用变成了走滑正断层；3 先前产生的E W 向的断层受走滑引起的局部S N 向伸展作用的影响，发生了S N 向的伸展，同时产 生了新的E W 向断层 相当于T 张破裂 ．因此，从 沙一期开始，海岸线两侧构造线不连续的局面开始 出现．渐新世东营期开始到第四纪，走滑作用继续 进行，由走滑导致的近S N 向局部伸展仍在作用， 加上N w s E 向区域伸展作用，最终造成了现今 构造线不连续的格局． 5 结论 1 受右旋剪切应力场的影响，N N E 向基底隐 伏走滑带发生右旋走滑活动，在盖层主位移带 P D Z 的两侧产生了N E 向的R 剪切破裂，R 剪切 破裂和新生代初产生的断层受区域N w s E 向伸 展和由走滑导致的S N 向局部伸展的共同作用，导 致了现今辫岸线两侧断层走向的不连续． 2 受北部燕山褶皱带和南部埕宁隆起的限 制，加上E W 向的海河断层、新港断层部分限制了 走滑带的北伸，形成了N w 倾向的断层，导致了现 今海岸线两侧断层倾向的不连续． 3 海岸线两侧N N E 向、N E 向，E W 向的各级 断层具有走滑和伸展两重性质．从总体上看，右旋 位移量分散在各级断层中，对某一条断层而言，并 不表现出明显的走滑断层特征． 参考文献 [ 1 ] 周建勋，漆家福，童亨茂．盆地构造研究中的砂箱模 拟实验方法[ M ] ．北京地震出版社，1 9 9 9 ．1 1 6 ． [ 2 ] 杨桥，漆家福，陆克政．黄骅盆地新生代构造特征 口] ．应甩基础与工程科学学报，1 9 9 3 ，1 1 8 19 0 ． [ 3 ] 严俊君，王燮培．关于扭动构造的鉴别问题口] ．石 油与天然气地质，1 9 9 6 ，1 7 1 8 ，1 4 ． [ 4 ] 赵越，徐守礼，杨振宇．沿大型走滑断裂系的隆升 [ 刀．地质科学，1 9 9 6 ，3 1 1 1 - 4 ． [ 5 ] 壬义天，李继亮．走糈断层作用的相关构造亡J ] ．地 质科技情报，1 9 9 9 ，1 8 3 3 0 3 5 ． [ 6 ]张俊霞．转换一伸展型盆地[ J ] ．地质科技情报， 】9 9 8 ，1 7 3 1 ，1 9 2 3 ． [ 7 ] 椽嘉炜．论走滑断层作用的几个主要问题【J ] ．地学 前绿．1 9 9 5 ，2 1 3 } 1 2 7 ． [ 8 ] K e l l e rVA ，H a l lSH ，M c C l a yKR ．S h e a rf r a c t u r e p a t t e r na n dr a i e r o s t r u e t u r a le v o l u t i o ni nt r a n s p r e s s i o n a lf a u l tz o n e sf r o mf i e l d 丑n dl a b o r a t o r ys t u d i e s [ J ] ． J o u r n a lo fS t r u c t u r eG e o l o g y 。1 9 9 7 ，1 9 9 1 1 7 3 1 1 8 7 ． [ 9 ] 许浚远，张凌云．欧亚板块东缘新生代盆地成因右 行剪切拉分作用[ J ] ．石油与天然气地质，1 9 9 9 ，2 0 3 1 9 0 ． 责任编辑李成俊 万方数据