濟陽坳陷中、新生代構(gòu)造特征及地質(zhì)意義

濟陽坳陷中、新生代構(gòu)造特征及地質(zhì)意義

0盆地構(gòu)造研究的地質(zhì)背景和地質(zhì)意義華北東巖石圈的強烈稀釋和構(gòu)造體系的轉(zhuǎn)變是中國和肯齊前華北克拉通激活和破壞的重要地質(zhì)特征，也是巖石圈動力學(xué)研究的一個極其重要的科學(xué)問題。對該地區(qū)的地質(zhì)發(fā)育和巖石圈內(nèi)的變形機制具有重要意義，闡明了華北克拉通破壞的過程和機制，以及該地區(qū)的采礦和西藏機制。近20年來,這一引人矚目的巖石圈地質(zhì)事件為廣大國內(nèi)外地球科學(xué)家所關(guān)注,發(fā)表了大量相關(guān)的成果和文章[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,1,2,3,6,7,8,9,10,11,12,13,16,17]。但是從目前的研究來看,華北東部巖石圈減薄和構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折的概念主要是基于巖石學(xué)和地球化學(xué)研究的結(jié)果而提出的,大量的相關(guān)成果主要集中在華北東部的燕山—太行山等山脈帶中[18,19,20,18,19,20],通過盆地的構(gòu)造研究來揭示這一巖石圈動力學(xué)事件尚不多見。沉積盆地是地球系統(tǒng)的淺層組成部分,其成因類型、盆地原型、分布格局、充填演化過程等是殼-幔、巖石圈-軟流圈兩級圈層相互作用的淺部表現(xiàn)形式,蘊含豐富的巖石圈動力學(xué)演化研究不可缺少的資料和信息。濟陽坳陷位于渤海灣盆地的西南部,是一個在華北古生界基底上發(fā)育的中、新生代斷陷盆地(圖1),歷經(jīng)印支運動、燕山運動及喜馬拉雅運動的多期次構(gòu)造運動,發(fā)育了復(fù)雜的斷層系統(tǒng)。該盆地深層構(gòu)造的研究(濟陽坳陷的深層是從油氣勘探目標(biāo)的角度來定義的,一般指3500m深度以下,地質(zhì)層位重點是古近系孔店組、沙四段,中生界、古生界及太古宇)始自20世紀(jì)80年代盆地內(nèi)樁西古潛山及其逆斷層的發(fā)現(xiàn)[21,22,23,21,22,23],之后大量的研究進(jìn)一步揭示廣泛分布于盆地區(qū)域內(nèi)的多條NW向逆沖斷層,并發(fā)現(xiàn)這些斷層縱貫基底和蓋層,顯著控制晚中生代和新生代早期斷陷盆地的發(fā)育,往往經(jīng)歷了早期逆沖和后期伸展或走滑伸展的負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造過程[24,25,26,27,24,25,26,27],同時保留了印支運動、燕山運動和喜山運動的多期改造的地質(zhì)信息,為從盆地研究的角度揭示華北東部中、新生代時期不同規(guī)模的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折和變革提供了重要基礎(chǔ)。近年來,由于盆地油氣勘探的推動,在濟陽坳陷內(nèi)施工了全盆覆蓋的三維地震資料和大量的鉆孔,為研究盆地的深層構(gòu)造提供了更為清晰和準(zhǔn)確的地震資料。本文將以此新的資料為基礎(chǔ),通過盆地深層區(qū)域構(gòu)造地層分析和構(gòu)造解析,重塑濟陽坳陷中、新生代不同階段構(gòu)造樣式,系統(tǒng)闡明各期構(gòu)造運動在研究區(qū)的地質(zhì)表現(xiàn),恢復(fù)不同階段盆地的發(fā)展過程及其動力學(xué)機制,揭示含油氣盆地復(fù)雜的疊合結(jié)構(gòu)和山脈-盆地的轉(zhuǎn)換過程及機制,為油氣勘探實踐提供地質(zhì)依據(jù)。1濟陽出口盆地群濟陽坳陷北起埕寧隆起,南抵魯西隆起,東自郯廬斷裂,西至臨清坳陷東部(圖1),坳陷內(nèi)發(fā)育有3排凸起和4個凹陷。3排凸起自北西而東南依次為埕子口凸起—無棣凸起、陳家莊凸起—濱縣凸起、青城凸起—廣饒凸起;凸起之間的凹陷自西北而東南依次為車鎮(zhèn)凹陷、沾化凹陷、惠民凹陷和東營凹陷。同渤海灣盆地其他坳陷一樣,濟陽坳陷是疊置在華北克拉通基底之上的中、新生代斷陷盆地,從老到新的地層有:太古宇泰山群、下古生界寒武系和奧陶系、上古生界石炭系和二疊系、中生界侏羅系和白堊系以及新生界第三系和第四系。太古宇泰山群是本區(qū)最古老的構(gòu)造層,與上覆地層的角度不整合面和變質(zhì)巖系是其識別標(biāo)志,缺失元古宇。下古生界以淺海相碳酸鹽巖地層為主,上古生界以海陸交互相和陸棚相、河流碎屑巖相為特征;中生界是由陸上湖沼含煤碎屑巖及河流相紅色碎屑巖組成;新生界古近系、古新統(tǒng)零星出現(xiàn),始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)十分發(fā)育,以湖相碎屑巖為主,夾碳酸鹽巖、鹽巖、石膏和基性火山巖;新近系和第四系則以河流相碎屑巖為主。與中國東部廣大區(qū)域的構(gòu)造演化類似,濟陽坳陷經(jīng)歷了太古宙至早、中元古代時期的地臺基底形成、形變和固結(jié)階段;晚元古代及古生代時期穩(wěn)定地臺蓋層發(fā)育階段和中、新生代時期地臺活化、裂陷盆地發(fā)育階段。下面重點介紹中、新生代不同構(gòu)造運動時期研究區(qū)深層構(gòu)造變形樣式和特征。2打印時期的結(jié)構(gòu)模式2.1地層界面與界面印支運動主要發(fā)生于中、晚三疊世,對濟陽坳陷中、古生界的演化起到了舉足輕重的作用。濟陽、黃驊等坳陷及魯西、魯東均缺失三疊系,僅太行山東麓、燕山地區(qū)有零星的三疊紀(jì)陸相碎屑巖沉積。但是,盡管缺失三疊系,濟陽坳陷的許多鉆井仍然揭示了印支運動不整合界面的存在,主要表現(xiàn)為下、中侏羅統(tǒng)與下伏古生界不整合接觸。圖2為沾化凹陷樁西地區(qū)樁古29、樁古21、樁古13和樁古42井組成的連井剖面,從該剖面可以看出,樁古29的侏羅系下伏寒武系,到樁古21和樁古13井的侏羅系下伏奧陶系,而到樁古42井侏羅系下伏地層成為石炭—二疊系。鉆井揭示的地層接觸關(guān)系反映了印支運動造成本區(qū)地勢起伏不平,相對隆起區(qū)古生界遭受較強烈的剝蝕,而相對低洼區(qū)剝蝕較弱,上古生界保留較完整,這種相對隆起區(qū)與相對低洼區(qū)有沿北西走向相間排列之勢。在盆地3D地震剖面上,侏羅系的底界面削截下伏古生界地層顯示出來的印支運動的不整合界面非常清晰(圖3)。2.2印支期逆沖斷層的區(qū)域分布格局印支運動構(gòu)造形跡主要有大型倒轉(zhuǎn)褶皺和平臥褶皺、逆沖斷層和負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造等幾種類型。倒轉(zhuǎn)褶皺和平臥褶皺主要根據(jù)傾角測井技術(shù)和地層對比來識別和分析,在地震剖面上識別困難。逆沖斷層和負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造則可以在鉆井及地震剖面,特別是在新處理的3D地震剖面上比較清晰地識別出來。印支期倒轉(zhuǎn)褶皺和平臥褶皺最早在樁西地區(qū)發(fā)現(xiàn)[21,22,23,24,25,26,21,22,23,24,25,26],后來又在埕北地區(qū)和東營凹陷南坡等地發(fā)現(xiàn)了許多類似的構(gòu)造。圖4為濟陽坳陷沾東地區(qū)孤西斷層控制的北西走向的墾利—埕東潛山構(gòu)造帶上的渤古1井古生界倒轉(zhuǎn)褶皺及逆斷層,在孤西斷層上升盤上保留了與孤西斷層走向一致的倒轉(zhuǎn)背斜和逆掩斷層,倒轉(zhuǎn)背斜和逆掩斷層發(fā)育于古生代地層之中,之上被下、中侏羅統(tǒng)不整合覆蓋,后期被多條正斷層切割而復(fù)雜化。逆沖斷層是濟陽坳陷印支期最常見的構(gòu)造變形型式,由于地震剖面處理技術(shù)的提高和大量鉆井資料的積累,在研究區(qū)內(nèi)已經(jīng)揭示了大量的印支期逆沖斷層。這些逆沖斷層有些仍然保留原始逆沖斷層的性質(zhì),只是由于后期變形和變位的影響,產(chǎn)狀發(fā)生了變化,斷層傾角往往由陡變緩。但是更多的印支期逆沖斷層則由于在后期伸展變形過程中發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為正斷層,形成負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造。圖5是穿過東營凹陷的主測線地震剖面,該剖面顯示東營凹陷南坡廣饒凸起上的古生界內(nèi)發(fā)育許多小型的逆沖斷層,這些逆沖斷層導(dǎo)致地震剖面Tg2和Tg1界面“Z”型錯斷、地層重疊加厚,且向上延伸,到Tg界面(侏羅系底界)后被該界面削截而中止。由于新生代時期廣饒凸起的旋轉(zhuǎn)掀斜,這些小型的逆沖斷層的產(chǎn)狀發(fā)生了變化,傾角顯著變緩,很多斷層表現(xiàn)為近水平狀態(tài)。以密集的3D地震剖面網(wǎng)絡(luò)追蹤、閉合,可以看到逆沖斷裂在東營凹陷南坡和平方王凸起,林樊家構(gòu)造區(qū)廣泛發(fā)育,斷層的走向近東西向,南傾為主,逆沖方向為由S向N。負(fù)向結(jié)構(gòu)是識別印支期逆沖斷層的重要地層結(jié)構(gòu)標(biāo)志。在濟陽坳陷,印支期強烈的擠壓作用形成逆沖斷層,使得逆沖斷層上盤靠近斷層部位的中生代前地層發(fā)生抬升、剝蝕,之后在中、新生代引張應(yīng)力作用下,斷層全部或部分利用原來單個或多個逆斷層發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn),并在負(fù)反轉(zhuǎn)斷層的上盤沉積了較厚的中、新生代地層。這樣一個構(gòu)造的演化過程,在地層的結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為從盆地的緩坡隆起到盆地的深沉降部位,中、新生代地層(主要是K—E)由薄變厚,而古生界地層則由厚變薄,從而表現(xiàn)為地層結(jié)構(gòu)上的所謂“負(fù)向結(jié)構(gòu)”特征。如圖3所示,廣饒凸起上古生界斷層發(fā)育基本完整,厚度大,但是往盆地的深部位,古生界被Tg界面削截,C—P地層被完全削截而缺失,同時早古生界因削截、剝蝕而顯著減薄。從圖6表示的發(fā)育于東營凹陷南坡的王古1構(gòu)造的復(fù)原剖面上可以看出,這種結(jié)構(gòu)顯示出陳南斷層曾經(jīng)經(jīng)歷過印支期的逆沖斷層演化階段。根據(jù)“負(fù)向結(jié)構(gòu)”標(biāo)志[25,26,27,28,29,30,31,25,26,27,28,29],在濟陽坳陷內(nèi)識別出大量的印支期逆沖斷層,如羅西斷層、孤西斷層、埕北斷層、陳南斷層的東段及埕南斷層的東段、石村斷層等斷層兩盤地層結(jié)構(gòu)上均具有典型的負(fù)向結(jié)構(gòu)。根據(jù)研究區(qū)負(fù)向結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的地層厚度的變化規(guī)律,結(jié)合斷層活動速率的定量計算,確定了濟陽坳陷印支期的逆沖斷層的區(qū)域分布格局,如圖7所示。該圖是在統(tǒng)計濟陽坳陷全區(qū)所有鉆遇和鉆穿C—P地層的鉆孔基礎(chǔ)上編制的,在鉆孔稀疏、控制程度不高的地區(qū),補充了地震剖面上采集的數(shù)據(jù)。從圖7可以看出,石炭—二疊系的殘余厚度最大的帶一般位于新生代斷陷斜坡帶部位,而厚度變薄或尖滅的帶處于主斷層帶控制的新生代斷陷的深洼位置。這種厚度變化特征總體上顯示了負(fù)向結(jié)構(gòu)在整個坳陷區(qū)域內(nèi)的分布格局?？傮w上看,C—P地層厚度最大的帶和尖滅帶總體表現(xiàn)出兩個基本的展布方向,在沾化和車鎮(zhèn)地區(qū)以NW向和NE向展布為特征,二者組合起來顯示出比較明顯的、向N或NNE的弧形突出形態(tài)。在惠民凹陷滋鎮(zhèn)洼陷,以NE向展布為特征,到陽信洼陷和東營凹陷的西部轉(zhuǎn)為近EW向分布,繼續(xù)向東營凹陷的東部,逐漸轉(zhuǎn)為NWW向分布,博興洼陷也表現(xiàn)為NWW向延伸的特點。根據(jù)沉降史分析確定的斷層不同部位的構(gòu)造活動速率圖顯示,斷層在印支期、J3—K1和Ek—Es4(孔店組—沙四段)時期活動十分明顯,圖中印支期構(gòu)造活動速率為負(fù)值,意味著收縮式或擠壓式活動,J3—K1和Ek—Es4時期構(gòu)造活動速率為正值,意味著拉伸構(gòu)造作用。根據(jù)上述分析,整個濟陽坳陷內(nèi)可確定出7條印支期的大型逆沖構(gòu)造帶,由北向南為五號樁—埕北逆沖斷裂帶、孤西—埕南逆沖斷裂帶、義南—羅西逆沖斷裂帶、無南—陽信逆沖斷裂帶、陳南逆沖斷裂帶、寧南—滋鎮(zhèn)—林南逆沖斷裂帶及石村逆沖斷裂帶。這些逆沖斷裂帶在平面上呈向NE或NNE向凸出的弧形展布,剖面上構(gòu)成由一系列逆沖斷裂組成的、向S或SSW傾斜的疊瓦式逆沖斷裂系統(tǒng)。根據(jù)“弓箭原則”可以確定,該逆沖斷裂系統(tǒng)的逆沖方向為由S或SSW方向向N或NNE方向逆沖,這與東營凹陷緩坡帶上發(fā)育的一系列近EW向延伸的小型逆沖斷層的運動學(xué)特征是一致的,表明其受控于近NS向的強烈擠壓作用。3燕山時期的構(gòu)造變形風(fēng)格3.1盆地內(nèi)部的不整合界面圖8表示過東營凹陷南坡的地震剖面。剖面Tr界面之上一系列的地震反射界面表現(xiàn)為由北向南的上超,為新生界孔店組湖相沉積體系不斷湖擴的記錄;Tr界面之下為清晰的削截反射結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)鉆井可以確定,Tr界面之下的地層為早、中侏羅統(tǒng)的一套湖相和河流體系的沉積,地震剖面上表現(xiàn)為較低頻、中等振幅和中等連續(xù)的特征,反射界面傾角大于Tr界面之上孔店組地層的反射界面的傾角。再向下幾條高振幅、連續(xù)性好的反射界面分別為Tg、Tg1和Tg2,其產(chǎn)狀與早、中侏羅統(tǒng)一致。但是在剖面的右端深部,Tr界面之下有一套產(chǎn)狀向盆地內(nèi)部陡傾的、中等振幅和下部連續(xù)性較差,而上部中等連續(xù)為特征的反射界面發(fā)育。該套反射截面的底界明顯削截上述J1-2地層的反射,形成盆地深層又一個非常清晰的不整合界面(Tgm),其反射波組頻率偏高,一般為14～16Hz,顯示2至3個強相位,連續(xù)性較好。區(qū)域?qū)Ρ群偷卣鸱瓷涮卣鞅砻?這套向盆地內(nèi)部陡傾的反射為J3—K1的河流湖泊相和火山巖系地層。除東營凹陷南坡之外,惠民凹陷南坡、義和莊隆起斜坡帶、陳家莊凸起斜坡帶、長堤潛山、孤東潛山、墾東潛山、樁西潛山和孤島潛山均可追蹤到該角度不整合界面。顯然,該不整合面代表了一次強烈的構(gòu)造變革活動,在發(fā)育時間上與中國東部燕山運動時期最為強烈的造山運動——中侏羅世末期燕山造山運動主幕發(fā)生的時間一致。受燕山主幕的影響,我國東部廣大地區(qū),如遼西、冀北、北京西山、安徽屯溪等地的下、中侏羅統(tǒng)與上侏羅統(tǒng)普遍為不整合關(guān)系,同時發(fā)育大規(guī)模的北北東向展布的擠壓褶皺及逆沖構(gòu)造。3.2逆沖斷層的轉(zhuǎn)換燕山運動的主幕導(dǎo)致中國東部廣泛的構(gòu)造變形[32,33,34,35,32,33,34],在渤海灣盆地的其他地區(qū),如黃驊坳陷也發(fā)育規(guī)模巨大的NNE向展布的沖斷褶皺構(gòu)造。不過,這期構(gòu)造運動在濟陽坳陷主要表現(xiàn)為上述區(qū)域性的角度不整合界面,僅在局部地區(qū),如墾東地區(qū)發(fā)現(xiàn)有該期構(gòu)造活動所形成的逆沖斷層。下面重點介紹晚中生代時期燕山運動在本區(qū)的構(gòu)造表現(xiàn)。晚中生代時期燕山運動構(gòu)造演化可以分為2個階段:晚侏羅世—早白堊世的演化,是中國東部大陸邊緣活動帶的主要巖漿活動時期,本區(qū)表現(xiàn)為先存的印支期大型逆沖斷裂的負(fù)反轉(zhuǎn)和NNE向走滑斷層的張扭作用,形成大量斷陷盆地或走滑-斷陷盆地;早白堊世晚期到晚白堊世為燕山運動末期構(gòu)造演化階段,本區(qū)表現(xiàn)為明顯的擠壓構(gòu)造以及抬升剝蝕,形成中生界與上覆地層間明顯的角度不整合。NWW向負(fù)反轉(zhuǎn)斷層是晚中生代時期最主要的構(gòu)造形跡之一,這類負(fù)反轉(zhuǎn)斷層控制了濟陽坳陷J3—K1時期由一套火山巖和碎屑巖建造組成的、厚度可達(dá)2000m的半地塹盆地沉積。圖9為穿過沾化凹陷多條NW向斷裂的連井地震剖面,從圖中可以看出,羅西斷層、孤西斷層和五號樁斷層的下降盤都發(fā)育了一套楔形的、靠近斷層加厚,而向新生代隆起變薄的J3—K1時期的地層,該套地層之下古生界地層的厚度變化相反,表現(xiàn)為負(fù)向結(jié)構(gòu)特征。這套地層的配置關(guān)系表明在晚燕山運動期間印支期的逆沖斷層發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)形成正斷層,并控制了J3—K1時期斷陷盆地的發(fā)育。在這個濟陽坳陷范圍內(nèi),這種類型的反轉(zhuǎn)普遍發(fā)育,埕南斷層、埕北斷層、石村斷層和陳南斷層等印支期逆沖斷層均具有不同程度的反轉(zhuǎn)。從斷層的活動速率計算結(jié)果(圖7)可得出,印支期逆斷層在J3—K1時期的反轉(zhuǎn)作用一般表現(xiàn)為在同一斷層的近東西向區(qū)段和NW向區(qū)段反轉(zhuǎn)作用強。NNE或NE向張扭斷層是晚燕山運動第二類主要的構(gòu)造形跡。濟陽坳陷夾持在蘭聊斷裂和郯廬斷裂之間,形成和演化明顯受到區(qū)域走滑作用的控制和影響。規(guī)模較大、影響范圍廣的走滑斷裂系統(tǒng)一般發(fā)育在東營凹陷和沾化凹陷的東側(cè),在重磁異常圖上表現(xiàn)為多條NNE向展布的線形重力異常帶,構(gòu)成了郯廬斷裂的組成部分。規(guī)模較小的盆內(nèi)走滑構(gòu)造一般在地震剖面上顯示清晰的正花狀構(gòu)造或負(fù)花狀構(gòu)造,同時由于平移錯動而使得斷層兩盤地震反射失去連續(xù)性,在平面或剖面上呈現(xiàn)雜亂的、連續(xù)反射突然中止等特征。目前,以新的連片3D地震剖面精細(xì)解釋,結(jié)合鉆井特征確定的盆內(nèi)走滑構(gòu)造主要發(fā)現(xiàn)于東營凹陷南坡、惠民凹陷南坡和沾化凹陷東部。圖10A為穿過東營凹陷南坡的東西向地震剖面,顯示出多條以負(fù)花狀構(gòu)造為特征的走滑伸展構(gòu)造的發(fā)育,基底中近直立的斷裂破碎帶向上分叉、撒開形成一系列傾角變小的分支正斷層,破碎帶總體呈下窄上寬的錐型構(gòu)造,頂部為一狹窄的向斜構(gòu)造形態(tài)。斷層主要切穿了中生界及其以下的地層,過Tr界面斷距顯著減小,表明其活動性主要在中生代時期,到新生代時期僅有微弱的活動,在Es3—Ed地層中形成狹窄向斜,它們在古近紀(jì)仍然有活動的跡象。水平切片上走滑斷層發(fā)育的部位反射軸呈直線狀平直錯移,走向NNE。在惠民凹陷的南坡也發(fā)育一系列類似東營凹陷南坡的走滑斷層(圖10B),規(guī)模比較大的如白橋斷層,這些斷層延伸方向為NS或NNW向,控制了惠民南坡中生界溝梁間隔的古地貌格局。一般靠近NNE或NE向張扭斷層,J3—K1地層顯著加厚(圖10C),因此,這類斷裂控制了濟陽坳陷內(nèi)J3—K1時期的第二類斷陷盆地,即NNE向走滑伸展型盆地。J3—K1地層殘余厚度圖(圖11)大體顯示了濟陽坳陷J3—K1時期兩類斷陷盆地的發(fā)育和分布,其中由負(fù)反轉(zhuǎn)斷層控制的厚度趨勢帶規(guī)模較大,主要發(fā)育于中西部,而由走滑伸展斷層控制的厚度中心規(guī)模較小,主要發(fā)育于濟陽坳陷的南部和東部接近郯廬斷裂的部位。與強烈的斷陷作用相伴生,濟陽坳陷J3—K1時期發(fā)生了強烈的火山活動,形成一套以中基性火山巖為主的富鈉、弱堿性—鈣堿性火山巖組合。目前鉆孔揭示的火山巖也具有呈NW—NWW向和NNE向分布的趨勢。燕山運動末期,擠壓構(gòu)造應(yīng)力場導(dǎo)致早白堊世斷陷盆地結(jié)束了沉積,盆地上升造成中生界遭受嚴(yán)重剝蝕,以至本區(qū)缺失上白堊統(tǒng)王氏組整套地層。主要的構(gòu)造形跡有波狀起伏的褶皺構(gòu)造(表現(xiàn)為地震剖面中生界顯示大量的“∽”結(jié)構(gòu))、逆沖斷層和正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的發(fā)育。樁古29井在4117m由中生界侏羅系進(jìn)入古生界寒武系,鉆穿寒武系后在4278m又鉆遇中生界白堊系,說明樁古29井鉆遇的是一條逆斷層,且形成于白堊系沉積時期以后。類似的斷層在樁古13、樁古24均有鉆遇。正反轉(zhuǎn)構(gòu)造主要發(fā)育于沾化凹陷沾東地區(qū),在該區(qū)發(fā)育3條規(guī)模比較大的斷層,即長堤斷層、孤東斷層和墾東斷層,這些斷層呈北北東向或近南北向延伸,并構(gòu)成雁行式排列組合(圖12)。在地震剖面中,長堤斷層其深部是一條比較狹窄并向東陡傾的斷層,東側(cè)為一強制性褶皺,具有長的、平緩的后翼和短而陡傾的前翼,核部為較老地層太古宇和古生界;斷層的西側(cè)負(fù)向結(jié)構(gòu)特征顯著,現(xiàn)今剖面上的構(gòu)造總體為一向斜,核部為J3—K1地層,總體表現(xiàn)為逆沖擠壓特征?？紤]到該斷層對J3—K1地層的控制作用,可以推斷,在J3—K1時期,長堤斷層實際為一控制走滑斷陷盆地的張扭性斷層,燕山運動末期,受壓扭作用發(fā)生了正反轉(zhuǎn)作用。在孤東斷層和墾東斷層發(fā)育地區(qū),盡管有新生代伸展斷層的影響和破壞,但是同樣可以觀測到類似于上述長堤斷層的地層配置關(guān)系和擠壓型構(gòu)造形跡。由于墾東斷層、長堤斷層和孤東斷層均具有強制性褶皺的構(gòu)造特征,斷面近直立,平面上又呈雁列式展布,同時還對J3—K1地層厚度具有控制作用,這些斷層是燕山運動末期發(fā)育于沾東地區(qū)的壓扭型斷裂系統(tǒng)(圖12)。4新生代構(gòu)造轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景孔店組—沙四段沉積時期為喜馬拉雅運動的早期,關(guān)于濟陽坳陷喜馬拉雅時期的構(gòu)造變形的研究已經(jīng)有大量的文獻(xiàn),本文不再贅述。但是,近年的研究表明,濟陽坳陷從前新生代構(gòu)造向新生代構(gòu)造轉(zhuǎn)換經(jīng)歷了一個轉(zhuǎn)型期,該轉(zhuǎn)型期即孔店組—沙四段沉積時期。這是繼J3—K1時期之后,濟陽坳陷又一個重要的負(fù)反轉(zhuǎn)階段,是奠定濟陽坳陷古近系斷陷盆地的發(fā)育格局的關(guān)鍵時期,也是盆地古近系潛山披覆構(gòu)造及盆地內(nèi)主要古潛山形成和主要烴源巖發(fā)育的重要時期,對濟陽盆地第三系成盆、成烴和成藏都創(chuàng)造了良好的條件。4.1沙四—伸展構(gòu)造在Ek—Es4時期,盆地整體呈現(xiàn)拉張的性質(zhì),與之相應(yīng)的伸展構(gòu)造成為盆地內(nèi)分布最廣泛的構(gòu)造樣式。已發(fā)現(xiàn)的伸展構(gòu)造類型有大型鏟式正斷層、陡坡滑動斷階、滾動背斜、翹傾斷塊和底辟褶皺構(gòu)造等,同時由于郯廬走滑斷層系的作用,區(qū)內(nèi)還可以發(fā)現(xiàn)大量的走滑構(gòu)造樣式。濟陽坳陷內(nèi),各凹陷呈箕狀,控凹同生斷層幾乎都是大型鏟式斷層。Ek—Es4沉積時期的控凹同生斷裂主要有兩種主要的類型:一種是NW向的負(fù)反轉(zhuǎn)同生正斷層,主要分布在沾化和東營凹陷中,如沾化凹陷中的羅西斷層、孤西斷層、五號樁斷層,東營凹陷的陳南斷層、石村斷層。這些斷層都繼承了晚燕山運動活動特征,在拉張應(yīng)力下繼續(xù)發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn),在濟陽坳陷的各凹陷內(nèi)充填沉積了Ek—Es4層序。第二種類型以NE向的同生正斷層為主,如沾化凹陷的義東、埕東斷裂,惠民凹陷的寧南斷層、無棣斷層,東營凹陷的高青斷層等。與鏟式斷層相伴的滾動背斜也大量發(fā)育在東營凹陷的西部和惠民凹陷。在寧南斷層的上盤、無棣斷層上盤和陳南斷層上盤均有這類構(gòu)造發(fā)育,這些滾動背斜一般呈NEE向或EW向延伸,往往構(gòu)成盆地內(nèi)部的重要隆起構(gòu)造單元。由于東營凹陷沙四段沉積早期和孔店組一段沉積了大套的鹽巖與石膏層和少量泥巖,因此,在這個時期,東營凹陷內(nèi)發(fā)育了獨特的鹽-泥底辟構(gòu)造,形成辛鎮(zhèn)、東營和郝—現(xiàn)3個強度不同的北東東向底辟構(gòu)造帶。東營凹陷的鹽-泥構(gòu)造屬于非刺穿底辟型的,包括鹽-泥滾、鹽-泥核背斜和鹽-泥枕等基本類型。與古生界和中生界相比,Ek—Es4地層基本沒有遭受剝蝕,因此其厚度圖可以準(zhǔn)確反映這個時期盆地的原型(圖13)。從圖中可以看到,這個時期的盆地主要受控于近東西向弧形斷裂系統(tǒng)的控制,形成多個北斷南超的半地塹盆地控制的沉降中心。地震剖面分析和與印支期古構(gòu)造格架圖的對比,不難發(fā)現(xiàn),這些半地塹盆地的控盆邊界斷層基本上是在印支運動時期的弧形逆沖斷層的基礎(chǔ)上經(jīng)過負(fù)反轉(zhuǎn)作用而形成的。因此,沙四—孔店沉積時期是濟陽坳陷深層經(jīng)過燕山運動末期的正反轉(zhuǎn)作用之后又轉(zhuǎn)入了一個重要的負(fù)反轉(zhuǎn)階段。之后,從沙三段沉積開始,濟陽坳陷的盆地的同生斷裂系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向,早期基底構(gòu)造不再起控制作用。4.2沙片段及沙葉片期巖相壓扭期t6的盆地演化過程從上所述可以看出,濟陽坳陷古近紀(jì)同裂陷期的演化并非傳統(tǒng)認(rèn)為的由NW-SE向拉伸作用控制的單一的斷陷過程,孔店—沙四段沉積時期經(jīng)歷了一個近NS向拉伸的盆地演化過程,而且在沙四段沉積的末期,盆地還曾經(jīng)歷過一次比較弱的擠壓變形,并形成相應(yīng)的構(gòu)造形跡,主要分布在沾東地區(qū),表現(xiàn)為由東向西的壓扭作用,形成壓扭性逆沖構(gòu)造,反映了新生代期間在濟陽坳陷的東部發(fā)生過一次繼燕山運動末期擠壓之后的又一次擠壓作用,形成濟陽坳陷內(nèi)沙四段與沙三段沉積之間不整合界面(T6)(圖12),與前人的濟陽運動時期一致。由此導(dǎo)致沾東地區(qū)發(fā)育了一條近SN向展布的盆內(nèi)低幅隆起帶,構(gòu)成一條有利的潛山油氣聚集區(qū)帶。5逆沖推覆動力學(xué)基于上述不同時期構(gòu)造樣式的分析,可以建立起如圖14所表示的濟陽坳陷深層構(gòu)造形成、復(fù)合、疊加和改造的復(fù)雜的演化模式。同時,結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景的分析可以概括出圖15所示的濟陽坳陷深層盆地原型以及其發(fā)育的動力學(xué)背景。濟陽坳陷深層構(gòu)造變形主要是中生代造山運動的結(jié)果,造山運動形成的基底構(gòu)造又控制了造山運動旋回之間的成盆運動。與廣大的華北地臺的演化一樣,濟陽坳陷加里東—海西構(gòu)造運動旋回屬于一個相對穩(wěn)定的構(gòu)造發(fā)育時期,以垂直升降運動為主,經(jīng)歷了較長時期的風(fēng)化剝蝕,形成奧陶系頂部的風(fēng)化面,是形成潛山的風(fēng)化剝蝕期。與周緣區(qū)域構(gòu)造演化史,印支運動的動力學(xué)背景與西伯利亞板塊、華北地塊、華南地塊之間的碰撞、拼貼作用有關(guān),華北地塊北側(cè)自晚二疊世以后,隨著古蒙古洋的逐漸收縮而不斷隆升,在二疊紀(jì)末期—中三疊世時期,西伯利亞板塊與華北地塊碰撞、拼貼。華北地塊南側(cè)早—中三疊世時期,華南順時針轉(zhuǎn)向華北地塊,二者之間的古秦嶺洋逐漸向西閉合,從而造成在西秦嶺地區(qū)中三疊世地層有廣泛分布,這個時期的郯廬斷裂為轉(zhuǎn)換斷裂;晚三疊世到早侏羅世期間,華北和華南地塊開始在大別山地區(qū)碰撞,大別山東南端呈角狀揳入到華南地塊,導(dǎo)致華南蓋層中褶皺和斷裂作用產(chǎn)生,郯廬斷層成為陸內(nèi)剪切帶。印支運動旋回可以分為早期和晚期兩個階段,早期發(fā)生在早—中三疊世末,晚期發(fā)生在晚三疊世末。早印支期構(gòu)造主要表現(xiàn)為大型的NWW或近EW向分布的寬緩背向斜構(gòu)造,而晚印支期構(gòu)造則表現(xiàn)為強烈的逆沖推覆構(gòu)造。前者可以在整個華北地塊發(fā)現(xiàn)其蹤跡,而晚印支期構(gòu)造則表現(xiàn)為比較強烈的逆沖推覆構(gòu)造,主要分布于濟陽坳陷,夾持在郯廬斷裂和蘭聊斷裂形成的楔形區(qū)域(圖16)。推測這樣一種構(gòu)造格局的形成可能與華北和華南地塊由東向西的剪刀型閉合碰撞產(chǎn)生的由南向北的強烈擠壓作用有關(guān),強烈的擠壓推動比較剛性的魯西地塊沿上述兩條區(qū)域性走滑斷裂向N或NNE方向的推擠而導(dǎo)致濟陽坳陷向N或NEE弧形凸出的逆沖推覆構(gòu)造系的發(fā)育。在這一逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)中濟陽坳陷逆沖斷層系處于區(qū)域逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)的峰帶部位,它構(gòu)成了后期斷陷盆地發(fā)育的重要的構(gòu)造基礎(chǔ)。燕山運動是中國東部古亞洲構(gòu)造域向西太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)變和調(diào)整的構(gòu)造變革時期,濟陽坳陷燕山期的構(gòu)造疊加在印支期板塊東西向構(gòu)造之上,其形成和演化與太平洋區(qū)大洋板塊活動密切相關(guān)。燕山早期,亞洲大陸東側(cè)是太平洋的伊澤奈崎板塊(Izanaqi),其中燕山早期早、中侏羅世,為中生代相對平靜期,中小型坳陷盆地發(fā)育于弱擠壓環(huán)境下,沉積了下、中侏羅統(tǒng)。中侏羅世末,伊澤奈崎板塊朝NW西方向擠壓加強,根據(jù)Maruyama等和Engebretson等的研究,中侏羅世時(距今180Ma),伊澤奈崎板塊是以非常緩慢的低速(47cm/a)正向俯沖于東亞大陸之下。到早白堊世初期(距今140Ma),可能由于太平洋超地幔柱的活動,伊澤奈崎板塊突然改變了運動方向和速度,呈30cm/a的高速向正北斜向俯沖于東亞大陸之下。在早白堊世中期(距今120Ma),還保持著高速俯沖(20.7m/a),運動方向逐漸變成向NNW,仍為高斜度斜向俯沖。朱光等通過郯廬斷裂帶同位素研究認(rèn)為,早白堊世伊澤奈崎板塊突然出現(xiàn)的高速斜向俯沖與郯廬斷裂帶大規(guī)模的左行平移和強烈?guī)r漿活動在時間上一致,成因上明顯耦合。在晚白堊世初期(距今90Ma),西太平洋板塊活動又發(fā)生了重大調(diào)整。伊澤奈崎板塊已運動到東亞東北部邊緣(日本中部以北),并轉(zhuǎn)變成正向俯沖。太平洋板塊出現(xiàn)在中國東部大陸邊緣,表現(xiàn)為中速(13.6cm/a)正向俯沖。從侏羅紀(jì)至晚白堊世初期(距今85Ma),西太平洋板塊俯沖角由早期的10°左右逐漸轉(zhuǎn)變成約80°。濟陽坳陷燕山構(gòu)造的演化實際上是上述板塊運動學(xué)重組的響應(yīng)。濟陽坳陷燕山運動主幕導(dǎo)致的大規(guī)模抬升剝蝕正是由于侏羅紀(jì)時期伊澤奈崎板塊高速斜向俯沖于東亞大陸之下,使中國東部呈現(xiàn)左旋壓扭所致。燕山期中國東部周緣板塊的重組事件一般導(dǎo)致會聚型的區(qū)域擠壓應(yīng)力場,在這種應(yīng)力場背景下,如何導(dǎo)致J3—K1時期的伸展和走滑-伸展變形仍然有很多的爭議。一種意見強調(diào)巖石圈地幔的拆沉作用,認(rèn)為晚燕山時期(J3—K1)太平洋板塊的俯沖誘發(fā)了地幔柱的升降活動,引起局部對流和地幔巖漿的底辟作用,進(jìn)而誘發(fā)殼幔相互作用,導(dǎo)致大陸地殼的減薄和局部地區(qū)地幔上拱,地表發(fā)生裂陷并形成盆地;另一種意見則強調(diào)太平洋一側(cè)的板塊俯沖和特提斯一側(cè)的板塊俯沖和地塊拼貼導(dǎo)致的不均衡擠壓會產(chǎn)生中國東部張扭型的構(gòu)造應(yīng)力場。濟陽坳陷處于東部的郯廬大斷裂、西部的蘭聊大斷裂以及南部的大別山造山帶所圍限的三角形塊體之內(nèi),盆地變形的主要動力源仍然來自亞洲大陸東部的太平洋板塊向NNW方向的斜向俯沖。筆者以上述地質(zhì)分析為基礎(chǔ),確定濟陽坳陷晚中生代變形的邊界條件,建立不連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型:太平洋板塊向北西俯沖推擠,陰山—燕山帶向南推擠,秦嶺帶加上剛性阻擋,在3個楔形塊體尖端加全約束,排除整體剛性位移。然后采用數(shù)值模擬技術(shù)(Marc軟件)試圖闡明晚中生代J3—K1時期盆地深層構(gòu)造發(fā)育機制。模擬結(jié)果顯示在太平洋板塊的斜向俯沖擠壓應(yīng)力作用下,濟陽坳陷所在的楔形塊體內(nèi),以沿郯廬斷裂和蘭聊斷裂發(fā)生由北向南的逃逸,這種逃逸運動所產(chǎn)生的近南北向的拉伸應(yīng)力將會導(dǎo)致盆地基底內(nèi)印支期形成的向北弧形凸出的逆沖斷裂系統(tǒng)發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)而形成斷陷盆地(圖16B)。同時沿近NS向走滑斷層可以發(fā)生走滑伸展作用,形成走滑斷陷盆地。此外臨近大別造山帶部位的同期擠壓作用在合肥盆地發(fā)育了同期擠壓型的構(gòu)造。新生代早期Ek—Es4沉積時期的盆地發(fā)育具有類似于晚中生代盆地發(fā)育的動力學(xué)背景,沙四段沉積末期區(qū)域板塊發(fā)生了一次重大的運動學(xué)調(diào)整事件。在中始新世的晚期(43.5Ma),夏威夷Emperor火山島鏈方向的改變和菲律賓海洋殼磁異常資料顯示,太平洋板塊的絕對運動方向由NNW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW向,并向歐亞大陸正向俯沖。印度次大陸與歐亞板塊的碰撞始于始新世初期(56Ma),最終也在中始新世末期(43.5Ma)與歐亞板塊全面碰撞。亞洲大陸夾持在印度洋板塊和太平洋板塊之間,因而,上述重大的板塊運動學(xué)的重組事件必然會對歐亞板塊邊緣及其內(nèi)部的構(gòu)造應(yīng)力場和變形格局產(chǎn)生重大的影響。因此,筆者認(rèn)為,這一重大的板塊運動學(xué)的重組事件,特別是太平洋板塊在晚始新世初期向歐亞大陸正向俯沖對中國大陸東部所產(chǎn)生強大的擠壓作用是研究區(qū)沙四段末期的由東向西的逆沖構(gòu)造擠壓作用發(fā)育的重要的動力學(xué)背景。晚始新世之后(距今43.5Ma),西太平洋板塊正向俯沖持續(xù)至整個古近紀(jì),西太平洋板塊俯沖角由早期的10°左右逐漸轉(zhuǎn)變成約80°。正是由于太平洋板塊轉(zhuǎn)變成高角度正向俯沖,使中國東部大陸下出現(xiàn)了軟流圈上涌、巖石圈拆沉的現(xiàn)象,從而造成了Es3—Ed時期大規(guī)模的NE向斷陷發(fā)生。6中國東部中、新生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換和盆地沉積期構(gòu)造格局轉(zhuǎn)換華北東部中生代構(gòu)造體制的重大轉(zhuǎn)折和巖石圈減薄是近年來我國地球動力學(xué)研究的核心科學(xué)問題之一。其主要的地質(zhì)效應(yīng)為中生代構(gòu)造體制發(fā)生了以擠壓為主到以伸展為主的轉(zhuǎn)變,近東西向盆地格局轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|或北北東向,巖石圈快速減薄、巖漿作用活躍和引發(fā)了爆發(fā)式成礦等(圖17)。根據(jù)這些地質(zhì)效應(yīng)確定的華北東部構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折的峰期時限起始于150～140Ma,結(jié)束于110～100Ma,峰值是120Ma。這一罕見的陸內(nèi)動力學(xué)過程已經(jīng)引起地學(xué)界的高度重視。濟陽坳陷位于華北地塊的東部,其深層構(gòu)造特征也顯示出華北地塊東部類似的地質(zhì)效應(yīng),但是由于該區(qū)處于中國東部巖石圈拆沉作用的中心區(qū)域,而且位于中國東部區(qū)域性走滑斷裂郯廬斷裂和蘭聊斷裂所夾持的塊體之內(nèi),因此該區(qū)構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變的細(xì)節(jié)與區(qū)域上有所不同,最大的區(qū)別是該區(qū)晚中生代和Ek—E