郯庐断裂是纵贯并深远影响中国东部的一条巨型走滑断裂带（王小凤等，2000），也是渤海海域重要的油气富集带（刘小平等，2009；吕丁友，2011；徐长贵，2016）.郯庐断裂莱州湾段是指郯庐断裂经过渤海海域南部莱州湾的部分，由NNE走向的东支和西支组成（吕丁友，2011；邓煜等，2016），二者呈近乎平行的“双轨”状贯穿渤海南部，习惯上称“双轨走滑”（图 1）.

图  1  研究区构造格局

Fig.  1.  Tectonic map of the study area

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对郯庐断裂新生代存在右行走滑性质的认识目前已无争议，但对其右行走滑活动开始时间的认识存在不同观点：早期研究成果认为其始于中生代末期（王小凤等，2000）；近些年更多成果表明其开始于古近纪，如始新世（或沙三期）（Hsiao et al., 2004；黄雷等, 2012a, 2012b；牛成民，2012；Huang et al., 2015；刘超等，2016；张婧等，2017；任建业，2018）、渐新世（漆家福等，2008；童亨茂等，2008）及古近纪晚期（邓煜等，2016）.这些研究中，依据区域走滑动力方面的分析较多，但是源自盆内沉积充填方面的直接证据较少.

郯庐断裂右行走滑活动开始后，在盆内产生一系列构造变动响应，如原近东西向优势的构造-沉积格局发生变化（邓煜等，2016），沉积中心发生迁移（黄雷等, 2012a, 2012b；吴国强等，2013），构造格局与属性发生明显变化（黄雷等, 2012a, 2012b；牛成民，2012）.诸如此类以及更为详尽的盆内构造-沉积变动与郯庐走滑活动响应关系的建立是约束走滑活动史的关键.基于最新井-震勘探资料，本研究试图在分析渤海海域莱州湾地区双规走滑构造夹持块体的构造-沉积特征基础之上，建立这些构造变动与右行走滑活动之间明确的因果响应关系，同时进一步约束郯庐断裂莱州湾段右行走滑活动的起始时期.

1.   区域地质概况

研究区位于渤海海域南部莱州湾郯庐断裂双轨走滑夹持的区域.双轨走滑夹持区的二级构造单元自北向南依次是：渤南低凸起、黄河口凹陷、莱北低凸起、莱州湾凹陷，后三者是本文的研究对象.其中黄河口凹陷包含中洼和东洼，莱州湾凹陷包含东北洼、主洼、东南洼及西南洼.本研究中，以深大断裂为边界，将研究区分为2个相对独立的地质块体：黄河口凹陷中洼及东洼、莱北低凸起与莱州湾凹陷东北洼属于同一地质块体，称“北块”；莱州湾凹陷主洼、东南洼及西南洼所在地质块体称“南块”（图 1）.

“北块”与“南块”被莱北一号断层分隔，该断层是一条南倾的深大断裂，新生代伸展活动强烈，最大断距超过3 km.“北块”北界为黄北断裂，由2条向南倾的大型正断层及其中间的转换带构成，其北部上升盘为渤南低凸起.

2.   研究区现今构造特征

2.1   宏观结构特征

“北块”莱北低凸起现今表现为近菱形的平面形态，其基底是一个NE-SW走向的构造脊，新生界盖层则呈现出相应的披覆背斜（图 2剖面①）.由构造脊分别向SE、NW均以斜坡形式过渡至莱州湾凹陷东北洼及黄河口中洼.黄河口东洼则为一南深北浅的双断式地堑，其南界为北块内部唯一一个切割较深的早期断裂（图 2剖面③），但东西向延伸有限.“北块”西侧表现出向北倾向的单斜构造（图 2剖面②），东侧自莱北低凸起至莱州湾凹陷东北洼则呈现向南倾向的单斜构造（图 2剖面③）.黄河口凹陷中洼的垂向深度与平面范围均比东洼大.

图  2  反映“北块”结构的主干地震剖面图

剖面位置见图 1

Fig.  2.  Main seismic section reflecting "North Block" structure

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“南块”总体呈现北断南超的箕状断陷，其北部边界断层为莱北一号断层；其南斜坡区又发育2个洼陷（东南洼及西南洼，图 1、图 3剖面④⑤）.这2个洼陷的控洼断层深切基底，使得整个“南块”总体较“北块”相对破碎.从三维地震剖面可以看出，现今东南洼的纵向深度与横向范围均比西南洼大（图 3剖面④⑤）.“南块”东北区发育挤压盐拱构造（孙和风等，2008）（图 3剖面⑤⑥）.

图  3  反映“南块”结构的主干地震剖面

剖面位置见图 1

Fig.  3.  Structural seismic reflection profile of the "North Block"

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由此可见，“北块”与“南块”新生代以来均表现出东南区与西北区沉降总幅度相对大、西南区与东北区沉降总幅度相对小（或发育挤压盐拱构造）的宏观特征.所不同的是，与“南块”相比，“北块”内部发育的早期深大断裂更少，在构造运动过程中表现出来的整体性更强.

2.2   古近系宏观展布特征

研究区古近系由古-始新统和渐新统组成.前者包括孔店组~沙四段（E_1-2k~E₂s⁴）、沙三下段（E₂s^3L）、沙三中段（E₂s^3M）、沙三上段（E₂s^3U）；后者包括沙一二段（E₃s¹⁺²）、东营组（E₃d）.不同地区古近系发育厚度有所差异，但总体规律性较明显.

2.2.1   古-始新统

综合井震资料，“北块”孔店组~沙四段仅分布于黄河口中洼和东洼最深之处.沙三下段范围变大，黄河口中洼及东洼均有分布，而莱北低凸起及莱州湾凹陷东北洼依然缺失.沙三中段则范围更广，整个“北块”除前新生界基地至高点外均有分布，东北区、西南区、东南区钻遇的平均厚度分别为108 m、48 m、390 m，在西北区深洼区虽无井钻穿但勘探研究证实其存在且厚度较大.沙三上段仅分布在东南区和西北区，而东北区和西南区缺失.由井震资料可知，始新世“北块”的宏观沉积格局在沙三中段沉积时期，开始由“南无北有”转变为东南区与西北区厚、西南区与东北区薄或缺失.

综合井震资料，“南块”孔店组和沙四段分布于东侧、西侧、北侧，而在南侧局部地区缺失，总体呈倒“U”型，且地震资料显示，其北部沉积中心更靠近东侧（图 3剖面⑥）.“南块”北部沙三下段与中段因界面难辨而合称“沙三中下段”，但在南部清晰可辨且钻井数据充分.在南部所有钻穿沙三下段的10口探井中，其厚度呈两侧厚、中间薄的展布状态，预示着前期的倒“U”型展布特征依然存在；而沙三中段和沙三上段地层的厚度呈现出自西南区向东南区逐步增厚的宏观特征.北部虽钻井资料不充分，但地震资料仍然揭示从沙四期到沙三期，沉积中心明显向西迁移（图 3剖面⑥）.由井震资料可知，始新世“南块”的宏观沉积格局在沙三中段沉积时期，开始由倒“U”型转变为东南区与西北区厚、西南区与东北区薄的特征.

因此从目前已有的资料来看，南北二块古-始新统的共同特征是：沙三中段沉积前研究区的宏观构造-沉积格局规律不明显，但自沙三中段沉积时期开始，均转为东南区与西北区厚、东北区与西南区薄的规律.

2.2.2   渐新统

南北二块的沙一、二段继承了西北区与东南区厚、东北区与西南区薄的宏观规律（图 4a）.“北块”构造脊部位地层明显薄甚至缺失，厚度分布规律简单；“南块”虽稍显破碎、复杂，但并未影响其总体宏观规律.

图  4  研究区沙一二段（a）与东营组（b）地层厚度等值线图

Fig.  4.  Stratigraphic thickness contour maps of E₂s^1-2 (a) and E₃d(b) in the study area

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南北二块多数地区的东营组亦继承了西北区与东南区厚、东北区与西南区薄的宏观规律，仅“南块”东北区稍显复杂.以最大厚度为衡量标准，“北块”东营组在西北区、东南区的分别超过700 m、1 000 m，而东北区、西南区则不超过400 m、200 m（图 4b）.而在“南块”西南区缺失，东南区与西北区最大厚度分别为600 m、500 m；东北区因发育盐拱构造而稍显复杂，600 m厚度区与盐拱减薄至不足100 m同时存在（图 4b）.

由此可见，在渐新世研究区的宏观沉积格局多继承了东南区与西北区相对厚、东北区与西南区相对薄的宏观规律，仅“南块”东北区稍显复杂.

3.   双轨走滑改造作用

前已述及，自沙三中段沉积时期开始，南北二块的沉降-沉积格局发生规律性变动，且直至东营期末该规律依然存在.南北二块均夹持于郯庐断裂莱州湾段的双轨走滑之间，而该断裂新生代最明显的特征是右行走滑活动.通过深入梳理不难发现，南北二块构造-沉积格局的变动与郯庐断裂带的右行双轨走滑改造有关.

3.1   双轨走滑改造模型

结合前人关于双轨走滑影响其夹持块体构造变形的研究（Blick et al., 1989；Allen and Allen, 2013；刘池洋等，2015）与研究区走滑-伸展复合动力的构造背景，本文提出了研究区构造变形的“双轨走滑改造模型”（图 5）.该模型主要理论要点如下：（1）夹持块体发生旋转.双轨走滑发生右行走滑活动时，所夹持块体发生顺时针地被动旋转，使得块体之间的分隔断层兼有左行走滑性质.（2）旋转对夹持块产生差异应变效应.对于单个夹持块体来说，近于四方的形态决定其在旋转过程中必然受到周围地块的限制，因此在受限制2个角产生挤压效应，在其他2个角产生伸展效应.（3）差异应变效应导致差异沉降作用.在叠加区域伸展动力的背景下，伸展效应促进局部沉降作用；挤压效应或产生挤压变形，或抑制局部沉降作用.

图  5  右行双轨走滑改造模式

Fig.  5.  Reconstruction pattern map of the right lateral double-track strike-slip

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3.2   双轨走滑的构造运动学响应

3.2.1   块体顺时针旋转证据

双轨走滑右行活动开始后，南北二块均发生顺时针旋转，致使其分界断层（莱北一号断层）兼有左行走滑性质.

走滑断层在平面上的延伸多见弯曲段并形成具有挤压或伸展性质的S型走滑转换带（徐长贵，2016）.以左行走滑断层发育的转弯段为例，两侧块体若呈聚敛运动趋势则走滑运动受阻，形成增压段；若呈离散运动趋势则走滑运动不受阻，形成释压段（图 6左上图）.走滑增压段多发育收缩变形，最常见的是背斜构造.莱北一号断层共有3个明显的3个弯曲段（图 6右上，图 7），在其增压的一侧均发育挤压背斜构造（图 6A、6B、6C剖面），释压的另一侧均无此特征（图 6a，6b，6c剖面）.三弯六段无一例外，证实明莱北一号断层兼有左行走滑性质.“北块”北界黄北断裂亦具有同样的特征，表明研究区“北块”与“南块”发生顺时针旋转.

图  6  走滑增压与释压段示意及莱北一号断层左行走滑的地震剖面证据

Fig.  6.  Schematic diagram of strike slip pressurization and release section and evidence map of seismic profile for left lateral strick- slip of the Laibei No. 1 fault

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图  7  莱北低凸起及围区古近系顶面断裂分布

Fig.  7.  Fault distribution of Paleogene top surface on Laibei low uplift and its peri area

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此外，“北块”西南区发育一组雁列断层（图 7），向深部则收敛成一条剪切破裂（图 8）.依据单个断层锐夹角指向可判断该剪切破裂性质为左行.从运动学角度，“北块”旋转时，其西南区因受到走滑断裂西侧地块的限制，从而产生左行剪切破裂（对应走滑应变椭圆的R′破裂）；该剪切破裂的形成对“北块”西南区的挤压应力具有释放作用（图 5）.在2个地质块体的4个挤压效应区，该类型的雁列断层组仅发育于刚性最强的“北块”西南区.

图  8  “北块”西南区左行剪切破裂地震剖面

T₂、T₈分别为新近系、新生界底面反射层；剖面位置见图 7

Fig.  8.  Seismic section of left lateral shear fracture in southwestern corner of the "North Block"

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3.2.2   差异应变效应

差异应变效应在研究区具体表现为伸展效应和挤压效应.若产生伸展效应，则在叠加区域伸展背景下伸展活动更强烈，比如正断层相对更加密集，沉降速度增快.若产生挤压效应，则留下各种挤压相关痕迹，比如在叠加区域伸展作用下虽仍可发生沉降作用，但沉降速度明显减慢，地层沉积明显变薄甚至缺失；又如通过发育反向（左行）走滑断层（“北块”西南区，图 7）或挤压变形（盐拱构造，“南块”东北区）释放部分挤压应力.

右行双轨走滑改造在每个旋转块体的西北区与东南区产生伸展效应，西南区与东北区产生挤压效应.这使得4个伸展效应区沉降速率加快，沉积地层厚度相对较厚；4个挤压效应区沉降速率减慢，沉积地层厚度相对较薄，或者发育挤压盐拱构造.且研究认为，盐拱构造始于沙三段沉积后期，最终在东营组大规模活动（孙和风等，2008），其演化的时间轴与右行双轨走滑改造相吻合.

因此应力场的差异引起了岩石圈沉降的差异，最终南北二块沉降幅度最大的西北区，均是前期洼陷叠加伸展效应之处（图 9）.所不同的是，“北块”的先期大型断层发育程度比“南块”更少，在差异沉降方面表现出更强的整体性.

图  9  研究区渐新世底面（a）与始新世底面（b）三维可视化示意图

Fig.  9.  The sketch map of 3D visualization of the bottom of the Oligocene (a) and Eocene (b) in the study area

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“北块”基底为中生界中-基性岩浆岩，莱北低凸起是一个不发育先存断层的完整刚性地质块体，对新生代以来双轨走滑右行活动响应的记录最为精细而完善.其东南区与西北区发育的走滑伴生或派生伸展破裂明显更密集（图 7），反映出相对更强烈的伸展活动，相应的构造沉降幅度也更大.莱北低凸起北东-南西走向的构造脊即产生于此.而在西南区与东北区，走滑伴生或派生伸展断层发育密集程度相对低，与伸展效应区形成鲜明对比，证实了应力场分布差异的存在.

4.   讨论

4.1   研究区郯庐断裂带右行走滑的起始时期

4.1.1   盆内证据

前已述及，双轨走滑断层开始右行走滑活动后，在其夹持的2个块体的东北区与西南区均产生挤压效应，在东南区与西北区均产生伸展效应.挤压或伸展效应除了产生相应的局部挤压或伸展变形外，亦导致构造沉降-沉积地层厚度的差异.这些都是理论上双轨走滑及块体旋转效应应该具有的宏观或局部现象，而这些现象同时出现、相互印证又可作为走滑旋转的有力证据.

走滑旋转效应进一步产生的沉降差异被相应的地层完整记录下来.走滑旋转效应开始后，研究区南北两块的构造-沉积格局均发生了显著的变化：南北二块不论前期沉积格局如何，自此均转为东南区与西北区变厚、东北区与西南区变薄的总体规律.诸多变动同步发生，即是对郯庐断裂开始右行走滑活动的响应.

从响应的时间来看，右行走滑活动的开始时期是差异应力场背景下沉积的最老地层年代，即具有东南角与西北角厚、东北角与西南角薄的特征的最老地层.“北块”与“南块”中具有该特征的最老地层均为沙三中段，且“南块”沙三下段地层不具有该特征，限定了其下界.由此可见，南北二块8个局部区井震资料虽有所或缺，但已有的、可确定的地层资料均将这一重大变化的时间指向沙三中期.因此郯庐断裂带莱州湾段右行走滑活动的起始时期是沙三中段沉积时期.

4.1.2   与区域动力源的匹配

目前普遍认为，郯庐断裂右行走滑活动的动力源来自太平洋板块的SWW向俯冲作用产生的斜向挤压应力.沙三段沉积时期大约为42~38 Ma（黄雷等, 2012a, 2012b），沙三中段沉积时期可能稍晚于42 Ma，而在太平洋板块上最靠近中国大陆部分的夏威夷-帝王海山链显示太平洋板块的运动方向在约42.5 Ma时由约350°变为约293°（Wessel and Kroenke, 2008；索艳慧等，2017），二者在时间上较接近.

郯庐断裂带在中生代已经形成（漆家福等，2008；朱光等，2016；吴庆勋等，2018），据渤海海域20 km尺度滤波剩余重力异常分布图（漆家福等，2010），该断裂带的走向约为30°.源自东部约350°方向的挤压力作用于郯庐断裂带上时（图 10a），可使其产生左行走滑分量；当挤压力方向变正交时不产生走滑分量（图 10b）；而挤压方向变为293°时，可对郯庐断裂带产生右行走滑分量（图 10c）.因此在空间上，太平洋板块运动方向的改变，具备为郯庐断裂带右行活动提供动力源的条件.

图  10  斜向与正向挤压产生的走滑分量示意图

Fig.  10.  Diagram of strike-slip component produced by oblique and forward extrusion

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但是太平洋板块运动方向的改变，并未立即在研究区产生响应，即42.5 Ma时太平洋板块运动方向改变，而在研究区的构造响应却晚于42 Ma.这可能是岩石圈挤压应力传递的延缓效应所致.

4.2   新生代构造演化的新模式

关于研究区的构造演化，已有部分研究成果（黄雷, 2012a, 2012b；牛成民，2012）.下文将在此基础上结合右行双轨走滑改造模式，对研究区新生代的构造演化进行重新梳理.

4.2.1   孔店-沙三下段沉积时期：区域伸展为主

该时期，研究区以南北向伸展作用为主，洼陷、凸起区的大致构造轴向为东西向.构造格局如下：

“北块”的黄河口中洼和东洼的雏形已现，分别为北断南超和南断北超的箕状断陷.现今的莱州湾凹陷东北洼（“北块”东南区）并未与莱州湾凹陷主洼发生同步沉降，而是与莱北低凸起一同处于风化剥蚀状态（图 11a）.

图  11  研究区双轨走滑改造前后古地貌对比示意

a.走滑活动前；b.走滑活动后

Fig.  11.  Sketch map of paleognomy before and after double track sliding transformation in study area

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“南块”莱州湾凹陷由北部主洼、东南洼及西南洼组成，所有洼陷均呈现北断南超的箕状断陷格局.沉积区域大致呈倒“U”形（图 11a），物源来自南、西南方.东南洼和西南洼优先充填粗粒碎屑；北部主洼则以泥质沉积为主，并在后期的演化中成为渤海海域为数不多的孔店组-沙四段烃源岩.

4.2.2   沙三中段至东营组沉积时期：右行双轨走滑改造

该时期，受郯庐断裂双轨走滑的改造作用，构造格局发生明显变动，表现如下（图 11b）：

“北块”西北区黄河口中洼沉降速度更快，优质烃源岩发育并被埋深，现已成熟并大量生烃排烃；东北区洼陷区（黄河口东洼部分）则沉降减缓，虽仍具有生烃潜力，但其质与量跟西北区（黄河口中洼）都无法相提并论，二者生烃能力的差异已被勘探实践证实；东北区凸起区（莱北低凸起东北部）则仍然延续其凸起状态.“北块”东南区开始高速沉降并与莱州湾凹陷相连通，演变为继莱州湾凹陷主洼外的另一个富烃洼陷（莱州湾凹陷东北洼），该洼陷的生烃潜力已被勘探实践所证实；西南区虽继续沉降，但因沉降速度与幅度均有限，总体延续了其低凸起的状态.

正是双轨走滑改造作用使得莱北低凸起发生东侧南降北升、西侧南升北降的相对构造变动，从而定型了其近菱形的平面形态及北东走向的构造脊.

“南块”莱州湾凹陷北部主洼区西侧加速沉降，优质烃源岩成熟并大量生烃排烃，东侧则发育挤压盐拱构造.“南块”东南区东南洼加速沉降，成为继主洼外的又一个富烃洼陷，并与主洼联合供烃形成大中型油田；西南区西南洼及其围区则发生整体抬升并遭受剥蚀（图 3剖面④，图 11b），生烃潜力有限.

双轨走滑改造产生的差异应变效应使得南北二块中，伸展效应区的生烃潜力或显著增大，或从无到有，现今无一例外均成为富烃洼陷，且新生代沉降幅度最大的东北区，均是先存洼陷叠加伸展效应之处；而位于挤压效应区的多数洼陷（“南块”东北区除外）生烃潜力稍欠.

4.2.3   新近纪：区域拗陷作用为主，走滑改造作用不明显

新近纪以来，整个渤海湾盆地进入以渤中凹陷为中心的拗陷阶段（夏庆龙等，2012）.此时郯庐断裂的右行走滑活动虽仍在活动，但其影响力已不及区域拗陷作用.在区域拗陷作用的主导下，研究区各局部地区不论前期构造-沉积格局如何，此时均向渤中凹陷方向（NNW向）倾斜（图 2，图 3剖面①~⑤）.新近纪研究区经历馆陶期构造间歇后，于明化镇期进入新的构造运动阶段.

5.   结论

（1）右行双轨走滑改造作用使得夹持块被动地发生顺时针旋转，进而在夹持块内部产生差异应变效应：块体东北、西南区产生挤压效应，东南、西北区产生伸展效应.

（2）差异应变效应对研究区构造格局产生极大影响：凸起区若产生挤压效应则继续保持凸起状态，若产生伸展效应则加速沉降，演变为洼陷；洼陷区若产生伸展效应则进一步加速沉降，若产生挤压效应则多沉降减缓甚至抬升.

（3）综合右行双轨走滑改造的响应及地层残存信息，以及断裂走向与太平洋板块的运动特征表明，郯庐断裂莱州湾段的右行走滑活动始于沙三中段沉积时期.