渤海遼東凸起北段斷裂特征及構造演化恢復

柳嶼博，張金輝，王冰潔，何 京，王 鑫

（1.中國海洋石油國際有限公司，北京 100028；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 研究背景

遼東凸起位于渤海遼東灣探區東部，是構成遼東灣“三凹兩凸”格局的二級構造單元之一。受斷裂分割作用，遼東凸起可劃分為南、北兩段。南段是受控于遼中1 號大型走滑斷裂的單斷反轉凸起，面積約0.12×104km2；北段則是在西側遼中2 號斷層和東側遼東1號走滑斷層所夾持下發育形成大型凸起構造，平面上整體呈菱形，面積約0.23×104km2。

遼東凸起北段勘探工作始于1990 年，經過20 余年勘探，目前已在12 個構造鉆探24 口探井，發現石油地質儲量超過1×108m3。盡管多年來在該區進行持續勘探投入，但受限于該區成藏條件的復雜性，仍缺少規模性發現，僅在最北部的錦州23 構造區發現大中型油田。隨著渤海勘探程度的提高，走向復雜勘探區成為必然，因而深化對遼東凸起北段的地質研究工作，進而打開這一地區的勘探局面就顯得愈發重要。

隨著遼東凸起北段的勘探緊迫性日趨加大，許多學者也開展了一系列研究工作，吳智平等（2015 年）[1]認為遼東凸起北段的成因可以歸納為走滑雙重構造模式；徐長貴等（2015 年）[2]對遼東灣坳陷東部地區主干斷裂發育特征進行了詳細分析，并探討了研究區新生代走滑構造系統與伸展構造系統的疊加改造過程；任健等（2015 年）[3]結合磷灰石裂變徑跡分析結果，認為遼東凸起北段新生代經歷了孔店組沉積期末和東營組沉積期末兩次構造隆升過程；彭靖淞等（2015 年）[4]提出古遼中凹陷的存在，認為遼東凸起北段是自東營組沉積期以來的新凸起。上述學者的研究揭示了遼東凸起北段基本的構造特征，頗具啟發意義，但也應看到目前很多研究將遼東凸起北段看作一個整體討論其構造演化，仍缺乏對遼東凸起北段不同構造位置差異性的細化研究。而這一工作無疑對揭示遼東凸起北段成藏差異性十分重要，因此需要做更細致的討論。

2 遼東凸起北段基本地質特征

遼東凸起位于渤海遼東灣坳陷東部，由于控制凸起發育的斷裂系統不一致，天然的將遼東凸起分為南、北兩段，其中，北段展布范圍顯著大于南段，構造特征也更為復雜，既是低程度研究區，也是渤海重要的勘探潛力區。

平面上，為整體呈北東-南西走向的狹長型凸起，凸起沿走向長約90 km，寬約3～8 km，其中凸起寬度最大位置出現在中部，向南北兩端逐漸收窄。其東、西兩側分別被遼東1 號走滑斷層和遼中2 號斷層所限定，構成分隔遼中凹陷和遼東凹陷的獨立凸起。剖面上，雖然凸起東西兩側都被大型斷層所限定，但兩側存在差異。受東側邊界遼東1 號斷層具有顯著走滑特征的影響，遼東凸起與東側的遼東凹陷以陡坡形式過渡；而在凸起的西側，大致以位于凸起中間位置的錦州27-2構造為界，在南部，遼東凸起以緩坡斷階形式向遼中凹陷過渡。在北部，遼東凸起以陡坡斷階形式向遼中凹陷過渡。

遼中2 號斷層為分隔遼東凸起和遼中凹陷的邊界斷裂，是一條長期活動并且具有右旋走滑性質的大型基底斷裂，整體由NNE 向NE 走向過渡的弱“S”形彎曲。自北向南遼中2 號斷層整體由陡直的走滑斷裂向相對較平緩的伸展-走滑斷裂過渡。需要指出的是，遼中2 號斷裂北段是遼中凹陷北次洼（下文簡稱“遼中北洼”）的東側控邊斷裂。遼中北洼自古近紀以來就是下遼河坳陷的沉積沉降中心之一[5-10]，因而在這一區域遼中2 號斷層切割深度較大，斷裂下降盤一側沉積了巨厚的古近系，上升盤一側為遼東凸起，受長期風化剝蝕作用只殘留了較薄的古近系。

遼東1 號斷層為遼東凸起北段的東側邊界斷裂，控制了呈“西斷東超”結構的遼東凹陷的形成。該斷裂南起旅大12-2 南構造，北至錦州23-2 構造。斷裂走向為NNE 向，平面上斷裂面較連續，只在局部發生弱彎曲。剖面上，遼東1 號斷層傾向SE 向，斷面較陡直，傾角范圍65°～80°，以發育花狀構造為主，走滑斷裂特征明顯（見圖1）。

圖1 遼東凸起北段地層格架

3 遼東凸起北段分段性研究

3.1 遼東凸起北段可劃分為三個亞段

由于很多地質體并非整一的剛性塊體，在同一構造應力場中會表現為差異化的變形響應，而分段性即是普遍存在的一類地質現象。本次研究認為，遼東凸起北段具有顯著的分段性，分別以錦州27-2 構造和錦州23-1 構造為分界點，自南向北可以劃分為南、中、北三個亞段（見圖2），每個亞段都具有各自的典型特征。

南亞段包括南起錦州32-4 構造北至錦州27-2 構造的范圍，凸起寬度自南向北逐漸收窄，該亞段的顯著特征是向遼中凹陷一側以緩坡形式過渡，且發育一系列與緩坡傾向一致的順向斷層，將構造緩坡切分為斷階狀，本次研究將南亞段概括為“緩坡斷階帶”（見圖2（a））。在該段凸起主控斷層遼中2 號斷層和遼東1 號斷層間距小甚至局部構造位置直接搭接在一起，使得凸起寬度變小。

中亞段包括南起錦州27-2 構造北至錦州23-1 構造的范圍，在該亞段凸起自南向北同樣呈現出寬度變窄的特征。與南亞段對比，中亞段的顯著特征是以陡坡形式向遼中凹陷過渡，地層同樣呈階梯狀節節下掉，類似于伸展背景下發育的“多米諾構造”，且地層陡傾變形強烈，局部地層傾角達80°，反映出較強的構造應力改造作用。可以概括為“陡坡斷階帶”（見圖2（b））。

北亞段包括錦州23-1 構造以北的遼東凸起部分，該亞段的顯著特征是凸起東西兩側均為陡坡，且凸起寬度較穩定，上述兩點與南、中亞段存在明顯不同，反映出東西側主干斷層的斷面穩定發育，可以概括為“雙斷深洼帶”（見圖2（c）），目前遼東凸起北段最大的勘探發現就處于北亞段，因此凸起之上的新生界成藏潛力已經得到勘探證實。

圖2 遼東凸起北段南、中、北三亞段構造特征模式圖

3.2 南、中、北三個亞段構造演化特征

遼東凸起總體呈現串珠狀，即凸起平面上連續性不強，為凸起分段提供了天然的依據。本次研究，針對凸起南、中、北段分別開展了構造演化研究，力求通過構造演化分析認識各亞段差異性，同時作為遼東凸起的組成部分，三個亞段的演化過程也必然具有一致性。只有認識到其差異性及一致性，才能對遼東凸起構造特征有進一步的認識。

分析過南亞段中部的平衡剖面（見圖3（a）），可以看到在古新世-始新世早期遼東凸起南亞段還未形成，屬于東部膠遼隆起的西部斜坡帶，遼中2 號斷層分隔了這一斜坡帶和遼中凹陷。在始新世晚期即沙一二段沉積期，遼東1 號斷層首先在南亞段開始發育，使得受遼中2 號斷層和遼東1 號斷層所夾持的遼東凸起開始形成雛形。漸新世是渤海海域全區性的重要裂陷期，其裂陷作用在遼東凸起區也具有明顯響應，表現為漸新世早期遼中凹陷快速沉降，東三段和東二段以發育中、深湖相沉積為主，隨著遼東1 號斷層走滑作用的增強，遼東凸起也進入了主要發育時期。到了漸新世晚期，裂陷作用逐漸減弱，遼中凹陷沉積環境過渡為以扇三角洲和辮狀河三角洲沉積為主。在漸新世末期，遼東凸起和遼中凹陷發生了一次區域性整體抬升，剝蝕范圍大，裂陷作用隨之結束。進入新近紀，發生全區性整體裂后熱沉降，盆地進入坳陷沉積階段，以發育河流相沉積為主，遼東凸起之上沉積較厚的新近系。

與南亞段相比，中亞段在古新世-始新世早期遼東凸起即具有隆起背景，遼東凸起及其東側的遼東凹陷的雛形已經形成。另一個區別是遼東1 號斷層在漸新世開始活動，這一特征與區域上走滑活動時間的背景相吻合，在遼東1 號斷層和遼中2 號斷層共同作用下遼東凸起逐漸發育成為一個寬緩凸起，遼東1 號斷層對于沙河街組沒有顯著控制作用（見圖3（b））。

在反映北亞段構造演化過程的平衡剖面中（見圖3（c）），可以觀察到在古新世-始新世遼東凸起是膠遼隆起的一部分，兩者沒有分隔開來，這一點與南亞段和中亞段顯著不同。正是由于在古新世-始新世遼東凸起作為膠遼隆起的一部分長期出露，因而沒有沉積沙河街組。漸新世以來，隨著遼東1 號斷層的活動遼東凸起作為一個獨立的構造單元逐漸形成。在北亞段，遼東凸起寬度較窄且南北向寬度分布穩定。

圖3 遼東凸起北段南（a）、中（b）、北（c）三亞段構造演化平衡剖面圖

通過統計斷層活動速率可以清晰刻畫斷層的活動歷史，也能間接反映盆地的形成演化[11-16]（見圖4）。針對遼中2 號斷層和遼東1 號斷層的活動速率分析表明，遼中2 號斷層自古新世（孔店組沉積期）即開始持續活動，并存在2 個活動速率高峰期，即沙三段和東三段，而這兩個沉積期也對應了盆地發育的兩幕裂陷期，可見遼中2 號斷層作為分隔遼東凸起和遼中凹陷的邊界斷層對于盆地發育具有顯著控制作用。通過對比發現，遼東1 號斷層自始新世晚期沙一、二段沉積期開始發育，存在的一個活動速率高峰出現在東三段沉積期，究其原因認為，自東營組沉積期以來郯廬斷裂右旋走滑運動逐漸活躍，遼東1 號斷層作為郯廬斷裂在遼東灣地區的重要分支也發育強烈右旋走滑運動，這一運動的直接結果是控制了遼東凹陷的形成。

圖4 主干斷層活動速率統計圖

3.3 遼東凸起構造演化關鍵階段

平衡剖面從垂向上再現了遼東凸起的演化過程，而古地貌研究則能夠從平面上反映遼東凸起的隆升特征[17-21]。本次研究重點針對三個時期古地貌進行了恢復，結果表明在孔店組-沙三段沉積期遼東凸起基本上與膠遼隆起為統一整體，只有在中部地區有早期隆起的雛形，遼東凸起所在位置表現為北部高南部低的古地貌特征。在沙一、二段沉積期遼東凸起與膠遼隆起逐步分離，其中遼東凸起中北亞段同步發育，而南亞段則發育為間隔發育的串珠狀小型凸起，在這一時期遼東凸起仍保持北高南低特征。在東三-東二下段沉積期遼東凸起持續隆升，逐步發育為一個獨立的構造單元，與前兩個沉積期不同的是南亞段和中亞段隆升較高，而北亞段隆升則相對較低，反映出遼東1 號斷層在南部活動較強，顯著塑造了凸起南部的發育，在該時期遼東凸起平面上呈現串珠狀。

綜合平衡剖面分析和古地貌分析結果，可以將遼東凸起形成演化歸納為6 個階段（見圖5）。第一階段為孔店組-沙三段沉積期，遼東凸起是膠遼隆起的一部分，古遼中凹陷范圍覆蓋了現今的遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷這一區域；第二階段為沙一、二段沉積期，遼東凸起開始從膠遼隆起上分離，遼東凸起發育雛形；第三階段為東三段沉積期，受郯廬斷裂整體發生強烈右旋走滑作用的影響，遼東1 號斷層顯著發育，遼東凸起在伸展-走滑作用下逐漸形成，遼東凸起將古遼中凹陷分隔為現今的遼中凹陷和遼東凹陷；第四階段為東二段沉積期，走滑作用進一步增強，遼東凸起持續隆升，且串珠狀特征更為明顯；第五階段為東營組沉積末期，發生區域性整體強隆升，從凸起到凹陷經受全區性剝蝕過程；第六階段為新近紀以來，盆地進入坳陷沉降階段，在古近系之上覆蓋較厚的河流相地層，遼東凸起發育定型。

圖5 遼東灣坳陷北部構造演化模式圖

4 結論與討論

（1）遼東凸起北段是遼東灣坳陷重要的勘探潛力區，可以劃分為南、中、北三個亞段，基于對不同段盆地結構和斷層發育特征的認識，分別歸納為南亞段為緩坡斷階帶、中亞段為陡坡斷階帶、北亞段為雙斷深洼帶，三段既有顯著差異，又呈現一定的統一性。

（2）早期伸展-晚期走滑的疊加應力背景控制了遼東凸起北段形成演化。可以將研究區演化劃分為3 個演化階段，細分為6 個關鍵演化時期。分別為古新世-漸新世早期伸展構造階段、漸新世中-晚期走滑斜向拉分階段和中新世以來的披覆構造階段。