0.   引言

渤海南部地区是渤海海域重要的油气勘探区，是济阳坳陷向渤中坳陷的过渡区域，区内近南北向郯庐断裂和近东西向断裂纵横交织，形成了“四凸夹三凹”的格局，即渤南低凸起、黄河口凹陷、莱北低凸起、莱州湾凹陷、潍北凸起、青东凹陷和垦东凸起(图 1)(刘超等, 2016).目前研究区的构造研究大多是针对新生代以来的构造演化(蔡东升等，2001；马宝军等，2006；吕丁友等，2011；王亮等，2011；黄雷等，2012；牛成民，2012；张婧等，2016)，缺少对潜山地层结构、构造演化的研究.而邻区济阳坳陷针对潜山已做了大量工作，取得了很多认识，有效地指导了潜山油气勘探.张玺(2006)利用钻井和地震资料分析，认为济阳坳陷桩海地区潜山主要发育3期断裂、5类构造样式.孙耀庭等(2016)对济阳坳陷桩西潜山进行研究，认为印支期的挤压作用为潜山形成奠定了基础，燕山晚期的断陷作用形成了基本格架，新生代的断陷作用致使潜山构造定型.

图  1  渤海南部地区构造单元及主干断裂分布

Fig.  1.  Structural unit and main fault distribution in southern Bohai Sea

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郯庐断裂的存在使得研究区潜山构造更加复杂，是研究区潜山构造研究的重要内容.张克鑫等(2006)认为郯庐断裂中生代多期而复杂的活动，形成了埕岛-垦东构造带潜山构造的雏形.罗霞(2008)认为，受郯庐断裂带走滑运动和渤海湾盆地新生代"幕式"裂陷演化的影响，垦东-桩海潜山披覆构造带自北向南形成不同位序的潜山披覆构造.方旭庆等(2012)认为，早期北西向断层与郯庐断裂带西支断裂和晚期近东西向断裂叠加，造成了垦东地区山湖相间的地质面貌.

本文在三维地震资料精细解释的基础上，从潜山地层东西差异入手，结合邻区胜利油田济阳坳陷已发表的资料，识别了研究区潜山断裂类型，探索了断裂对潜山残余地层的控制作用；恢复了潜山构造演化史，明确了研究区潜山结构、构造特征, 并通过地层压缩率计算，分析了研究区潜山成因机制，研究成果可为渤海南部地区潜山构造研究及油气勘探提供理论参考.

1.   区域地质背景

研究区作为渤海湾盆地的一部分，经历了加里东、海西、印支、燕山和喜山多期次、多旋回构造演化(侯贵廷等，2001).渤海湾盆地是在华北地台基础上发育起来的张性断块盆地，寒武纪之前渤海湾地区经历多次大的构造运动，下伏前寒武纪地层普遍遭受了不同变质程度的混合岩化和花岗岩化，形成了华北地台的基底及前寒武系与寒武系之间的不整合面(夏斌等, 2006).研究区前寒武系以浅粒岩、混合花岗岩、斜长片麻岩、混合片麻岩为主，局部残存中-新元古界碎屑岩或碳酸盐岩.华北地台古生代构造运动较为平稳，地壳稳定升降，海侵与海退交替，使华北地区接受了滨浅海-海陆交替-陆相的古生界沉积组合，寒武系和奥陶系以碳酸盐岩为主，分布较广；受加里东及海西运动影响，研究区石炭系和二叠系局部残存，志留系和泥盆系缺失.海西晚期-印支期(晚二叠世至三叠纪)，由于华南板块与华北板块剪刀式的闭合，华南板块由南向北俯冲使华北地区地壳褶皱抬升，地台活化，形成了一系列逆冲断裂和褶皱.晚侏罗世-早白垩世，受伊泽奈崎板块俯冲作用影响，盆地进入断陷阶段，伴有强烈的岩浆侵入和火山喷发，火山岩地层广泛分布，岩石以基性、中基性火山岩为主(吴庆勋等，2017).晚白垩世-古新世早期，盆地区域隆升，遭受剥蚀和均夷作用(夏斌等，2007).古新世中期以来，盆地进入伸展、走滑和埋藏复合改造阶段.

2.   讨论

2.1   潜山断裂类型

渤海南部地区目前已经实现三维地震全覆盖，研究发现该区潜山多为断块山或断块-侵蚀复合型潜山.断裂活动在一定程度上控制了潜山的演化.利用三维地震资料对潜山进行了精细解析，识别出3类不同性质的断层.不同类型的断层相互交织，形成了研究区似“田”字形构造格局.

2.1.1   EW向大型反转断层

以黄北断层、莱北断层为代表，形成于印支期，为挤压逆冲断层，燕山期伸展反转，对中、新生界沉积具有控制作用.该类断层控制渤南地区垒堑相间的潜山分布格局(图 2).

图  2  渤海南部地区南北向地震剖面

剖面位置参见图 1

Fig.  2.  North-south seismic profile of southern Bohai Sea

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黄北断层位于黄河口凹陷的北部，是渤南低凸起南部的边界断层，长约65 km，近东西走向.从剖面上看(图 2)，断面呈板状，断层的上升盘残存古生界，而下降盘不存在古生界，呈现负反转构造特征，且在断层走向上与济阳坳陷典型反转断层走向相近(侯旭波等，2010)，因此推断为反转断层(Williams et al., 1989；Song，1997；Uzkeda et al., 2016；陈树光等，2017；索艳慧等，2017).笔者推测其早期为强烈逆冲断层，晚侏罗世-早白垩世断裂伸展反转，并且控制了黄河口凹陷的形成与发育，使凹陷呈现北断南超的箕状结构.黄河口凹陷新生代发育沙河街组三段中亚段、沙河街组一段以及东营组三段3套主力烃源岩(王应斌等，2011；张新涛等，2014)，该凹陷作为渤海海域三大富烃凹陷之一，累计探明储量约占整个渤海油田总探明储量的七分之一.

莱北断层位于莱州湾凹陷的北部，为莱北低凸起南部边界断层，长约40 km，东西走向.从剖面上看(图 2)，断面同样呈板状，断层的上升盘钻探揭示缺失古生界，厚层火山岩系覆盖在前寒武变质岩之上，而下降盘中生界厚度明显小于上升盘中生界厚度，因此断定为反转断层，控制了莱州湾凹陷的形成与发育.在莱北断层活动影响下，莱州湾凹陷发育了较厚的沙河街组烃源岩(彭文绪等，2009；牛成民，2012)，凹陷虽然面积较小，但其油气发现也是相当可观的，目前已发现大中型油气田4个.

2.1.2   近南北向走滑断层

以郯庐断裂渤南段西、中、东三支为代表，断面近乎直立(图 3)，可见断层两侧地层厚度明显不一致；具有多期幕式活动的特征，中生代存在印支、燕山两期左旋压扭走滑活动，新生代转变为右旋张扭活化，幕式差异活动导致明显的东西分带现象.前人研究表明郯庐断裂与研究区油气成藏有着密切的关系(徐长贵，2016；肖述光等，2017).该类断层切割较深，很好地沟通了油源，为油气运移提供了良好的运移通道.同时中新世以来郯庐断裂的伸展和走滑活动形成了大量的圈闭，为油气聚集成藏提供了场所.

图  3  渤海南部地区东西向地震剖面

剖面位置参见图 1

Fig.  3.  East-west seismic profile of southern Bohai Sea

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2.1.3   EW向晚期伸展断层

为伸展活动断层或郯庐走滑断裂活动伴生断层，大多为调节区域应力的次级断层.部分断层平面上呈羽状排列，剖面上呈板状或铲状，与主走滑断层形成“花状”组合(图 3).

2.2   潜山结构-构造特征

研究区潜山地层自下而上发育前寒武系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系及白垩系，根据地层不整合接触关系，可将研究区潜山地层划分为3个构造层：中生界构造层、古生界构造层和前寒武系构造层(图 4).在渤南低凸起潜山地层发育较全，各构造层均有探井钻遇.BH1井钻探揭示莱北低凸起缺失古生界，中生界厚层火山岩直接覆盖在前寒武系镜铁石英岩之上(图 5)，显示出“中生界+前寒武系”双层结构.BH1井锆石U-Pb测年数据表明中生界火山岩喷发时间在128.9 Ma左右，镜铁石英岩形成于1 992 Ma左右(图 6).而在西侧的胜利油田矿区，已发表的文献资料显示该区普遍存在古生界并存在大规模的古生界负反转构造，潜山地层为“中生界+古生界+前寒武系”三层结构(图 7)(李伟, 2007；徐亚等，2007；雷超等，2008；张善文等，2009；侯旭波等，2010).

图  4  渤海南部地区潜山地层序列及构造层划分

Fig.  4.  Stratigraphic sequence and stratigraphic division of buried hill in southern Bohai sea

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图  5  BH1井钻井取心照片

图a、b为蚀变粗面玄武岩(采样深为度3 551 m)；图c、d为镜铁石英岩(采样深度3 886 m)

Fig.  5.  Coring image of Well BH1 drilling

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图  6  BH1井岩石锆石年龄加权平均值

Fig.  6.  Weighted average age of zircon in Well BH1

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图  7  济阳坳陷地震剖面反映反转构造

据侯旭波等(2010)

Fig.  7.  Seismic profile in Jiyang depression showing inversion inversion structure

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根据渤海古生界地震相特征(石炭、二叠系为低频、中振幅、连续性中等的反射；寒武、奥陶系为低频、强振幅、较连续平行反射，3~4条平行强轴)结合钻井资料(图 8)，笔者对古生界分布进行了追踪.从南北方向来看，古生界的分布主体以黄北断层为界，该断裂以北古生界残余，以南古生界几乎剥蚀殆尽，在渤南低凸起西段古生界地层界线向北迁移，由断层边界转变为剥蚀边界(图 1)；从东西方向来看，笔者认为郯庐走滑断裂西支(垦东-长堤走滑断裂带)控制着古生界的分布，该断裂带以西济阳坳陷古生界普遍存在，断裂带东侧古生界几乎剥蚀殆尽，仅在垦东凸起区有些残存(图 9).

图  8  渤海南部地区潜山地层对比

井点位置见图 1

Fig.  8.  Buried hill formation comparison of southern Bohai Sea

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图  9  渤海南部地区前中生代地质图

Fig.  9.  Pre-Mesozoic geological map of southern Bohai Sea

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由于走滑断裂两侧潜山地层结构的不同，所呈现的构造样式也有所不同，在郯庐走滑断裂西支以西，潜山主要的构造样式以逆冲反转构造为主(图 10a)，走向以北西向为主，也有部分逆冲构造并未发生反转.郯庐走滑断裂西支以东受西、中、东三支走滑分支影响，花状构造发育(图 10b)，局部地区还可见走滑压扭构造.

图  10  潜山主要构造样式

图a为西侧北东向地震剖面(反转构造)；图b为东侧东西向地震剖面(花状构造)

Fig.  10.  Main tectonic style of buried hill

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2.3   潜山构造演化与成因机制

张明山和陈发景(1998)选取了南北向和东西向两条剖面, 利用平衡剖面技术对渤南地区潜山演化过程进行了恢复.根据南北向演化剖面(图 11a)，可以将该区潜山演化划分为五大阶段.第一阶段是稳定克拉通发育期，以地台垂直升降为主，构造不发育；第二阶段为印支构造期，表现为强烈南北挤压逆冲和左旋压扭走滑，导致渤南地区古生界大面积强烈剥蚀，即印支期剥蚀；第三阶段为燕山期强烈伸展裂陷期，表现为先存逆冲断裂伸展反转和大规模岩浆活动；第四阶段中生代末期，区域挤压隆升和沉积间断，在渤南低凸起出现燕山期挤压背斜；第五个阶段是新生代以来的伸展+走滑复合改造和埋藏成山作用.

图  11  渤海南部地区构造演化示意图

Fig.  11.  Sketch map of the tectonic evolution section in the southern Bohai Sea

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图  12  渤海南部地区潜山“走滑+反转”双控成因模式

Fig.  12.  The dual control model of "strike slip+reversal" of buried hill in the southern Bohai Sea

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东西向剖面反映了相同的构造演化阶段，仍然是五大演化阶段.不同的是，该平衡剖面还反映存在同印支期左行平移活动，使得渤南地区相对西部济阳坳陷急剧隆升，古生界遭受强烈剥蚀(图 11b).总体来看反转和走滑断层活动共同控制了研究区潜山地层结构和构造样式(图 12).这与当时区域大地构造背景是十分吻合的(徐嘉炜和朱光，1995；朱光等, 2004a, 2004b；罗志立等，2005; 吴根耀等，2007).印支期华南板块与华北板块剪刀式的闭合，由于横向挤压收缩差异，形成垦东-长堤走滑断层(图 12).笔者利用平衡剖面技术进行构造恢复，对断裂两侧印支期地层缩短率进行了计算.垦东-长堤走滑断层以西缩短率(地层压缩距离/压缩前地层长度)为3.2%~5.8%，而垦东-长堤走滑断层以东缩短率为9%，东部明显大于西部.宏观构造格局也表明了这一规律，图 1显示郯庐断裂中、东两支之间发育三凸夹两凹，而在中、西两支之间仅发育两凸两凹.

3.   结论

(1) 研究区在印支期受华南、华北两板块剪刀式碰撞作用影响，形成东西向逆冲断层的同时由于横向挤压收缩差异形成了近南北向垦东-长堤走滑断层.燕山期受伊泽奈崎板块俯冲作用影响，先前形成的近东西向逆冲断层发生伸展反转形成正断层.

(2) 近南北向垦东-长堤走滑断层和近东西向反转断层(黄北断层、莱北断层)在一定程度上控制了古生界地层的分布，进而影响了研究区潜山地层结构和构造样式的多样性和差异性.垦东-长堤走滑断层以西挤压变形强度相对较弱，普遍发育古生界薄底或秃底等反转构造，潜山地层多为“中生界+古生界+前寒武系”三层结构；以东挤压变形作用则相对较强，表现为高角度逆冲和强烈隆升，研究区古生界几乎剥蚀殆尽，为“中生界+前寒武系”双层结构，花状走滑构造发育.垦东-长堤走滑断层西侧地层缩短率明显高于断层东侧.黄北断层的上升盘残存古生界，为“中生界+古生界+前寒武系”三层结构，而下降盘并不存在古生界，呈“中生界+前寒武系”双层结构.渤海南部地区潜山为“走滑+反转”双控成因模式.

(3) 印支期华北、华南两板块的挤压作用及其横向挤压差异和燕山期的伸展反转是导致研究区潜山构造差异的主要原因.走滑断层两侧构造差异进一步佐证了郯庐断裂带可能起源于印支期华北与华南板块碰撞拼接.