楊承志, 任建業(yè), 張振宇, 張俊霞

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院, 湖北 武漢 430074; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室, 湖北 武漢 430074; 3.中海油研究總院, 北京 100027; 4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 經(jīng)濟管理學(xué)院, 湖北 武漢430074)

方正斷陷新生代結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其演化分析

楊承志1,2, 任建業(yè)1,2, 張振宇3, 張俊霞4

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院, 湖北 武漢 430074; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室, 湖北 武漢 430074; 3.中海油研究總院, 北京 100027; 4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 經(jīng)濟管理學(xué)院, 湖北 武漢430074)

以方正斷陷二維、三維地震資料和鉆井資料為基礎(chǔ), 追蹤和閉合了盆內(nèi)重要的新生代構(gòu)造層序界面。富錦組底界面為區(qū)域性裂后不整合界面, 將盆地的演化階段劃分為裂陷期和裂后期。在裂陷期的充填序列中, 寶泉嶺組底界面為盆內(nèi)易于識別的區(qū)域性角度不整合界面, 該界面將盆地的裂陷期進一步劃分為裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕。本文通過對盆地結(jié)構(gòu)構(gòu)造及不同時期厚度特征的分析, 重建了盆地的形成演化過程。研究結(jié)果表明, 裂陷Ⅰ幕構(gòu)造活動受 NW-SE 向的正向伸展應(yīng)力控制, 發(fā)育的 E1w-E2d 地層充填在簡單地塹盆地中; 裂陷Ⅱ幕的 E3b 時期以近 SN 向斜向伸展作用下形成的斷階式地塹結(jié)構(gòu)為特征, 盆地沉積-沉降中心位于盆內(nèi)伊漢通斷裂下降盤, 且具有從北向南遷移的趨勢。裂后期 N1f 時期以熱沉降為主, 并伴隨有右旋走滑作用。另外, 盆地的形成演化經(jīng)歷了三期反轉(zhuǎn)改造過程, 分別對應(yīng)始新世晚期、漸新世晚期和上新世晚期。結(jié)合周緣板塊的運動學(xué)重組事件, 認(rèn)為太平洋板塊西側(cè)俯沖方式的變化和印度-歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)聯(lián)合控制了方正斷陷新生代的形成演化過程。

方正斷陷; 演化過程; 反轉(zhuǎn); 走滑伸展

0 引 言

方正斷陷是松遼盆地外圍重要的含油氣盆地, 2007 年盆內(nèi)方 6 井和方 4 井相繼獲得高產(chǎn)工業(yè)油流,揭示方正斷陷具有廣闊的勘探前景(吳河勇和劉文龍, 2004; 吳河勇等, 2004, 2009), 因而備受關(guān)注。方正斷陷處于郯廬斷裂帶北段依舒地塹內(nèi)部, 其形成演化與郯廬斷裂帶的活動過程密切相關(guān), 并在新生代期間經(jīng)歷了伸展、擠壓和走滑等多期構(gòu)造作用疊加, 導(dǎo)致其構(gòu)造變形十分復(fù)雜。長期以來, 眾多學(xué)者從不同角度對方正斷陷的形成演化進行了探討, 但對盆地演化階段劃分和動力學(xué)機制等許多基礎(chǔ)性問題仍存在較大分歧(王孔偉等, 2006; 何星等, 2008; 胡玉雙等, 2010), 嚴(yán)重制約了對盆地油氣分布規(guī)律的認(rèn)識。本文基于研究區(qū)大量的地震、鉆井、測井等資料的綜合分析, 對新生代盆地的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征進行解析, 并重建盆地的形成演化過程, 為下一步油氣勘探開發(fā)提供理論支持。最后結(jié)合周緣板塊的運動學(xué)重組事件,探討了方正斷陷形成演化的動力學(xué)機制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

方正斷陷位于郯廬斷裂帶北段佳伊斷裂帶北部,處于佳木斯地塊和松嫩地塊的過渡帶上(王孔偉等,2006), 是發(fā)育在中生代殘余盆地之上的一個新生代走滑-伸展型盆地, 總體呈 40°~50°方向展布, 向北通過依蘭斷隆與湯原斷陷相隔, 向南依次通過尚志斷隆、勝利斷陷、舒蘭斷隆與吉林探區(qū)的岔路河斷陷相望。西北緣斷裂、東南緣斷裂和伊漢通斷裂是盆地重要的控盆斷裂, 整體上盆地具有“東西(橫向)分帶、南北(軸向)分塊”的構(gòu)造格局(邵曌一等, 2013), 從南向北方正斷陷可依次劃分為南部斜坡、南部凹陷、中部凸起、北部凹陷、北部斜坡 5 個二級構(gòu)造單元, 在此基礎(chǔ)上可進一步劃分一系列三級構(gòu)造單元(圖 1)。鉆井揭示盆地在古生界變質(zhì)基底之上充填了中生代白堊紀(jì)和新生代地層, 新生代地層從老到新依次為烏云組(E1w)、新安村組(E2x)、達連河組(E2d)、寶泉嶺組(E3b)和富錦組(N1f), 其中烏云組-寶泉嶺組為盆地裂陷期沉積,富錦組沉積時期盆地進入裂后階段(圖 2)。

2 盆地新生代結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

2.1 主要構(gòu)造層序界面特征

通過對方正斷陷二維、三維地震資料的精細(xì)追蹤和閉合, 識別出了盆地構(gòu)造演化過程中的 3 個關(guān)鍵性不整合界面, 分別為烏云組-新安村組底界面、寶泉嶺組底界面和富錦組底界面。

圖 1 方正斷陷區(qū)域地質(zhì)背景及其構(gòu)造單元劃分Fig.1 Regional geological setting and tectonic unit division of the Fangzheng Fault Depression

圖 2 方正斷陷地層發(fā)育特征及其演化過程Fig.2 Characteristics of the strata and evolution process of the Fangzheng Fault Depression

烏云組-新安村組底界面 T5 是新生代盆地發(fā)育的起始界面, 在地震剖面上表現(xiàn)為一條明顯的角度不整合界面, 表現(xiàn)為對下伏地層的強烈削截作用(圖3b)。T5 界面反射波組一般為具有 2~3 個強相位的低頻、較連續(xù)的強反射同相軸, 界面上下地震反射結(jié)構(gòu)具有顯著差異性, 界面之下為強振幅中等頻率連續(xù)性好的反射特征, 界面之上則表現(xiàn)為弱振幅中等頻率連續(xù)性較差的近平行反射結(jié)構(gòu)。

圖 3 盆地過主要構(gòu)造單元南東向地震剖面構(gòu)造-地層解釋(剖面位置見圖 1)Fig.3 SE seismic reflection profiles across main tectonic units of the Fangzheng Fault Depression and their tectonostratigraphic interpretation

寶泉嶺組底界面T3為全區(qū)較穩(wěn)定的構(gòu)造不整合面, 由 1~2 個中強振幅中高頻連續(xù)性較好的同相軸組成。該界面具有如下特征: ①在盆地三維工區(qū)表現(xiàn)對下伏地層的強烈剝蝕, 并且剝蝕強度具有從西南向東北逐漸增大的趨勢(圖 3b、3c、3d); ②該界面結(jié)束了前期地塹式盆地的發(fā)育, 開始了走滑-伸展盆地的發(fā)育; ③該界面形成之后, 盆內(nèi)伊漢通斷裂開始強烈活動, 盆地沉降速率明顯加大, 沉積-沉降中心發(fā)生了明顯的沿伊漢通斷裂從北向南的遷移。因此, 該界面是重要的構(gòu)造界面, 將盆地的裂陷期劃分為不同應(yīng)力場控制的演化階段。

富錦組底界面 T1作為一個關(guān)鍵性的構(gòu)造運動界面, 在地震剖面上表現(xiàn)為 1~2 個中強振幅高頻連續(xù)性好的同相軸(圖 4), 表現(xiàn)為對下伏地層的削截或與其呈平行不整合接觸, 而其上覆地層以上超為主。該界面形成之后, 盆地各主要斷裂的活動性減弱, 沉降速率顯著減小, 盆地進入廣覆式大范圍沉積的裂后演化階段。

2.2 新生代各階段控盆斷裂體系及盆地結(jié)構(gòu)差異

2.2.1 盆地橫向區(qū)域特征

方正斷陷新生代演化經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷期和新近紀(jì)裂后期兩個大的構(gòu)造演化階段, 由于盆地裂陷期不同時期區(qū)域應(yīng)力場的變化導(dǎo)致盆地斷裂發(fā)育、結(jié)構(gòu)以及沉降特征在不同區(qū)段具有顯著差異, 據(jù)此將古近紀(jì)裂陷期進一步劃分為 2 個幕式裂陷階段,分別對應(yīng) E1w-E2d、E3b1-E3b3兩個構(gòu)造亞層(圖 2)。

(1) 烏云組-達連河組(E1w-E2d)沉積時期

該時期盆地的形成演化主要受西北緣斷裂和東南緣斷裂控制, 整體表現(xiàn)為雙斷的地塹式結(jié)構(gòu)。盆地南部該套地層發(fā)育較厚, 幾乎未遭受剝蝕(圖 3a);盆地中部, 靠近西北緣斷裂和東南緣斷裂兩側(cè)地層厚度較大, 在剖面 BB'的中部表現(xiàn)為強烈剝蝕(圖 3b);盆地中北部, 東南緣斷裂對沉積的控制作用強于西北緣斷裂, 地層厚度表現(xiàn)為東厚西薄, 在剖面 CC'的中西部表現(xiàn)為強烈剝蝕且盆內(nèi)發(fā)育了一系列逆沖斷層(圖 3c); 盆地北部地層厚度表現(xiàn)為東厚西薄,剝蝕強度具有從東向西增大的趨勢(圖 3d)。

(2) 寶泉嶺組(E3b1-E3b3)沉積時期

寶泉嶺組可劃分為三段, 分別對應(yīng)寶一段、寶二段和寶三段。寶一段分布范圍比較局限, 在剖面CC'中寶一段地層表現(xiàn)為東厚西薄特征, 說明東南緣斷裂對該套沉積控制作用較強; 剖面 DD'中可看出伊漢通斷裂早期對寶一段沉積具有一定控制作用,晚期由于東南緣斷裂活動性強于伊漢通斷裂, 使盆地發(fā)生翹傾掀斜作用, 該東斷西翹的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致靠近伊漢通斷裂的沉積地層遭受抬升剝蝕。寶二段沉積時期, 在盆地南部依然表現(xiàn)為受西北緣斷裂和東南緣斷裂共同控制的地塹結(jié)構(gòu); 在三維工區(qū)范圍內(nèi)盆地呈受西北緣斷裂、伊漢通斷裂和東南緣斷裂共同控制的斷階式地塹結(jié)構(gòu)。寶三段沉積時期, 盆地的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征相對寶二段沉積時期具有一定繼承性。

圖 4 盆地過主要構(gòu)造單元北東向地震剖面構(gòu)造-地層解釋(剖面位置見圖 1)Fig.4 NE seismic reflection profiles across main tectonic units of the Fangzheng Fault Depression and their tectonostratigraphic interpretation

(3) 新近紀(jì)

中新 世早期, 盆 地發(fā) 育進 入 裂后 期, 接受 富 錦組沉積, 古近紀(jì)各斷層的活動性顯著降低, 整體呈一個碟狀坳陷盆地。中新世晚期, 盆地右旋張扭走滑, 在西北緣斷裂和伊漢通斷裂上盤形成一系列負(fù)花狀構(gòu)造。上新世晚期, 盆地發(fā)生擠壓反轉(zhuǎn), 西北緣斷裂北段上盤發(fā)育斷褶帶(圖 3c), 西北緣斷裂中段和伊漢通斷裂上盤早期形成的負(fù)花狀構(gòu)造遭受擠壓作用, 表現(xiàn)為正形負(fù)花狀構(gòu)造(圖 3b)。

2.2.2 盆地軸向區(qū)域特征

盆地整體呈 NE 向狹長展布, 在平行于盆地軸向的剖面中可以更完整地反映伊漢通斷裂東西兩側(cè)的盆地構(gòu)造變形格局(圖 4)。剖面 EE'位于伊漢通斷裂上升盤, 經(jīng)過了盆地中部凸起、柞樹崗次凹和北部斜坡。烏云組-達連河組沉積時期, 在方 5 井附近凸起兩側(cè)的古新世-始新世地層不是逐漸超覆在該凸起之上, 而表現(xiàn)為被 T3 界面高角度削截, 說明方5井附近的凸起是由于始新世末期的擠壓反轉(zhuǎn)抬升剝蝕所形成。寶泉嶺組沉積時期, 伊漢通斷裂上升盤的斷裂構(gòu)造不發(fā)育, 盆地表現(xiàn)為差異升降。寶一段局限分布于方 5 井凸起北側(cè), 表現(xiàn)為斷層接觸;寶二段整體表現(xiàn)為坳陷盆地結(jié)構(gòu), 僅在北部斜坡發(fā)育小規(guī)模的斷裂活動, 盆地沉降中心位于柞樹崗次凹; 寶三段時期, 北部斜坡隆升, 沉積物表現(xiàn)為從北部斜坡隆起區(qū)向柞樹崗次凹方向的前積結(jié)構(gòu)。富錦組沉積時期, 盆地北部斜坡和中部凸起均發(fā)生隆升, 盆地的沉降局限于柞樹崗次凹。

剖面 FF'位于伊漢通斷裂下降盤, 顯示了伊漢通斷裂東南側(cè)盆地的構(gòu)造特征。從圖中可以發(fā)現(xiàn), 伊漢通斷裂東南側(cè)的盆地構(gòu)造特征較為復(fù)雜, 斷裂構(gòu)造發(fā)育。烏云組-達連河組在全盆地均有發(fā)育, 表現(xiàn)為南厚北薄的特征, 始新世末期的擠壓反轉(zhuǎn)在方 10井附近形成寬緩背斜, 背斜頂部遭受剝蝕。寶一段沉積時期, 地層上超到方 10 井附近的背斜翼部。寶二段分布廣泛, 厚度中心位于北部。寶二段沉積之后, 由于盆地斜向伸展應(yīng)力走滑分量的拖曳作用導(dǎo)致在盆地中部發(fā)育了一條規(guī)模較大的滑脫斷層——吉利斷裂, 該斷裂將伊漢通斷裂東南側(cè)分隔為兩個次凹, 分別對應(yīng)得善屯次凹和大林子次凹。寶三段沉積時期盆地的沉積-沉降中心遷移至得善屯次凹,沉積地層逐漸超覆到吉利斷裂上盤發(fā)育的滾動背斜之上。另外, 在盆地北部, 方 D4 和方 D5 井鉆遇到輝綠巖, 表明寶泉嶺組沉積時期發(fā)生了巖漿侵入,侵入巖的主體在地震剖面上表現(xiàn)為雜亂發(fā)射特征,侵入沉積地層中的巖脈則為連續(xù)性較好的強反射同相軸。基性巖的發(fā)育指示該時期斷裂切入到了上地幔上部, 很可能與盆地的走滑伸展有關(guān)。富錦組沉積時期地層的分布范圍進一步萎縮, 該時期同沉積斷層不發(fā)育, 但盆地后期相繼受到中新世晚期張扭應(yīng)力作用和上新世晚期壓扭應(yīng)力作用的改造, 分別以發(fā)育規(guī)模較小的正斷層和逆斷層為特征。

3 盆地新生代構(gòu)造演化過程分析

3.1 盆地古構(gòu)造格架特征

圖 5是以方正斷陷新生代不同時期的殘余地層厚度圖為基礎(chǔ), 同時疊加了不同構(gòu)造演化階段的同沉積斷裂。

正向伸展幕(E1w-E2d): 圖 5a 是盆地裂陷Ⅰ幕的殘余地層厚度, 該時期控盆斷裂的總體延伸方向為NE 向, 而地層等厚線的優(yōu)勢延伸方向明顯受西北緣斷裂和東南緣斷裂控制, 也呈 NE 向展布。該時期厚度較大的中心位于盆地南部的南部凹陷和南部斜坡, 最大厚度達 3300 m 左右。在盆地北部, 由于始新世末期的擠壓反轉(zhuǎn), 導(dǎo)致殘余地層厚度較薄, 但是通過擠壓背斜西南側(cè)和東南側(cè)地層厚度的分布特征, 可以發(fā)現(xiàn)西北緣斷裂和東南緣斷裂依然控制著該套地層的發(fā)育。綜合控盆斷裂以及地層厚度展布特征認(rèn)為裂陷Ⅰ幕具有正向伸展的性質(zhì), 而伸展主應(yīng)力方向應(yīng)為垂直于構(gòu)造線方向的 NW-SE 向。

圖 5 方正斷陷新生代不同時期地層殘余厚度、構(gòu)造格架及應(yīng)力分析Fig.5 Residual thickness, tectonic framework and stress analysis of the Fangzheng Fault Depression in different stages during Cenozoic

走滑伸展幕(E3b): 圖 5b、圖 5c 和圖 5d 分別對應(yīng)盆地裂陷Ⅱ幕寶一段、寶二段和寶三段的殘余地層厚度, 該時期西北緣斷裂和東南緣斷裂繼承性活動, 同時盆內(nèi)伊漢通斷裂開始發(fā)育。寶一段時期, 盆地的厚度中心局限于盆地北部, 最大厚度可達 2000 m,展布方向受伊漢通斷裂北段和東南緣斷裂北段共同控制; 寶二段時期, 盆地的厚度中心逐漸向南遷移。之前寶一段沉積厚度較大的區(qū)域發(fā)生抬升, 沉積地層厚度較薄。該時期地層的分布受控于伊漢通斷裂的區(qū)段式活動, 發(fā)育 3 個較小的展布方向與伊漢通斷裂延伸方向一致的厚度中心; 寶三段時期, 盆地的厚度中心進一步向南遷移, 盆地北部發(fā)生抬升剝蝕。寶二段時期區(qū)段式活動的伊漢通斷裂在寶三段時期發(fā)生一定程度的連通, 孤立的厚度中心演變?yōu)橐粋€統(tǒng)一的厚度中心。依據(jù)盆地厚度中心從北向南的遷移規(guī)律以及厚度中心的展布方向, 認(rèn)為裂陷Ⅱ幕在 NW-SE 向伸展的同時伴隨有右旋走滑性質(zhì), 即走滑伸展幕盆地的主應(yīng)力方向應(yīng)為與控盆斷裂展布方向斜交的近SN向。

坳陷幕(N1f): 圖 5e 是盆地坳陷幕的殘余地層厚度, 顯示該幕厚度中心位于盆地中部, 最大厚度超過 1000 m, 靠近盆緣斷裂的地層厚度顯著減薄或為剝蝕邊界, 表明該時期控盆斷裂西北緣斷裂、東南緣斷裂和伊漢通斷裂未控制盆地的沉降, 整體表現(xiàn)為拗陷作用。

3.2 盆地反轉(zhuǎn)過程分析

新生代盆地至少經(jīng)歷了 3 幕擠壓反轉(zhuǎn), 分別對應(yīng)始新世晚期、漸新世晚期和上新世晚期。始新世晚期的擠壓反轉(zhuǎn)在盆內(nèi)形成了一個規(guī)模巨大的向SSW 方向傾伏的擠壓背斜, 背斜軸部遭受剝蝕夷平作用, 圖 5a 中烏云組-達連河組的殘余地層厚度體現(xiàn)了該背斜的平面形態(tài), 據(jù)此推測該次反轉(zhuǎn)的擠壓應(yīng)力為 NWW-SEE 向。盆地北部的擠壓抬升是反轉(zhuǎn)Ⅱ幕和反轉(zhuǎn)Ⅲ幕兩期反轉(zhuǎn)作用的疊加, 二者難以區(qū)分。圖 6a中顯示擠壓褶皺發(fā)育在寶泉嶺組和富錦組中, 而在富錦組底界面拉平之后寶泉嶺組中依然存在褶皺(圖 6b), 說明漸新世晚期和上新世晚期的反轉(zhuǎn)作用的確具有疊加效應(yīng), 盆地北部的抬升剝蝕應(yīng)是兩期反轉(zhuǎn)疊加作用的產(chǎn)物。

4 盆地發(fā)育機制探討

方正斷陷作為郯廬斷裂帶北段斷裂帶內(nèi)發(fā)育的盆地, 其形成和演化過程與郯廬斷裂帶密切相關(guān)。郯廬斷裂帶是中國東部發(fā)育的一條巨型走滑斷裂帶,其形成演化歷史是太平洋板塊相對歐亞板塊俯沖作用, 以及印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)聯(lián)合控制的結(jié)果。下面結(jié)合周緣太平洋板塊和印度板塊相對歐亞板塊的運動學(xué)重組事件探討方正斷陷發(fā)育的動力學(xué)機制。

新生代早期, 即古新世-始新世時期(E1w-E2d), 太平洋板塊向東南方向發(fā)生俯沖后撤, 從而產(chǎn)生弧后擴張作用, 誘發(fā)地幔物質(zhì)上涌、巖石圈拆沉(Maruyama and Send, 1986; Maruayama et al., 1997), 此時中國東部 大部 分 地 區(qū) 都 受 到 NW-SE 向的 拉伸 作 用(Watson et al., 1987; 任建業(yè)和李思田, 2000; Ren et al., 2002)。方正斷陷在白堊紀(jì)末的短暫抬升之后再次進入裂陷期, 形成呈 NE 向展布的規(guī)模較大的西北緣斷裂和東南緣斷裂, 盆地遭受 NW-SE 向正向伸展, 表現(xiàn)為雙斷式地塹結(jié)構(gòu)。始新世晚期, 歐亞板塊周緣的太平洋板塊和印度板塊發(fā)生了一次重大的運動學(xué)調(diào)整(Patriat and Achache, 1984; Hilde et al., 1977; Jolivet et al., 1994; Maruyama et al., 1997), 太平洋板塊相對歐亞板塊的俯沖方向由NW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW 向, 同時印度板塊與歐亞板塊最終也在中始新世末期全面碰撞, 二者的共同作用導(dǎo)致了在中國東部普遍受到近 EW 向的擠壓, 如中國東部發(fā)育的渤海灣盆地、依蘭-伊通盆地、蘇北盆地等新生代盆地均有對上述板塊運動學(xué)重組事件的構(gòu)造響應(yīng)(任建業(yè)等, 1999; 任建業(yè), 2004a, 2004b; 黃雷等, 2012;王璽等, 2013; 楊建國等, 2007)。方正斷陷此時期也發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn), 在盆地北部形成了一個向 SSW 方向傾伏的背斜隆起。

漸新世時期, 太平洋板塊相對歐亞板塊持續(xù)NWW 向俯沖, 同時印度板塊與歐亞板塊的主體碰撞已經(jīng)結(jié)束(包漢勇等, 2013), 導(dǎo)致 NNE 向延伸的郯廬斷裂帶發(fā)生右旋走滑, 但是郯廬斷裂帶走向的變化可導(dǎo)致其不同區(qū)段具有差異的區(qū)域應(yīng)力場, 如在渤海灣盆地的渤海海域和蘇北盆地的金湖凹陷均處于其近 SN 向的伸展疊加區(qū)(祁鵬等, 2010; 能源等, 2012)。方正斷陷處于郯廬斷裂帶北段斷裂由 NNE走向向北過渡為 NE 走向的向東彎折區(qū)(如圖 1), 恰巧為近 SN 向的伸展疊加區(qū)。因此, 方正斷陷漸新世時期的區(qū)域應(yīng)力場方向轉(zhuǎn)變?yōu)榻?SN 向斜向伸展,表現(xiàn)為顯著右旋走滑且伴生有 NW-SE 向伸展的張扭性特征。據(jù)此方正斷陷進入裂陷Ⅱ幕演化階段,盆地東西兩側(cè)的邊緣斷裂繼承性活動, 走滑特征明顯的伊漢通斷裂開始分段式發(fā)育并且控制著盆地沉降中心的展布和規(guī)律性遷移。

圖 6 兩期擠壓反轉(zhuǎn)疊加構(gòu)造特征(剖面位置見圖 1)(上圖為現(xiàn)今剖面, 下圖為 T1 界面拉平剖面)Fig.6 Superimposed tectonic features of two compressional inversion processes in the Fangzheng Fault Depression

漸新世晚期, 印度板塊向歐亞板塊的進一步俯沖擠入導(dǎo)致喜馬拉雅造山作用下青藏高原的隆升(Copeland et al., 1987; Harrison et al., 1992; 王永春, 2001; 汪品先, 2005), 該期喜馬拉雅造山作用有關(guān)的逸出效應(yīng)產(chǎn)生的遠(yuǎn)程應(yīng)力場與太平洋板塊俯沖應(yīng)力的疊加, 使郯廬斷裂總體處于弱右旋壓扭狀態(tài),中國東部的一系列斷陷盆地由此進入整體裂后階段(王永春, 2001; 陳亮等, 2008; 劉池洋等, 2009; 黃雷等, 2012), 形成了整個東北地區(qū)以及渤海灣盆地新 近 系 與 古 近系 之間 的區(qū) 域不 整合 (孫曉 猛等 , 2010)。期間, 太平洋板塊的俯沖后撤使東亞陸緣處于短暫的右旋張扭狀態(tài), 可在靠近主斷裂附近形成密集的具右旋走滑性質(zhì)的新近紀(jì)斷裂系統(tǒng)(黃雷等, 2012)。在方正斷陷中表現(xiàn)為其所處的區(qū)域應(yīng)力場由近 SN 向斜向伸展轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚龎号? 盆地北部遭受抬升剝蝕, 結(jié)束了古近紀(jì)大規(guī)模的裂陷過程, 至此進入裂后階段接受富錦組沉積, 并且中新世晚期在靠近伊漢通斷裂和西北緣斷裂的上盤發(fā)育了一系列具有右旋走滑性質(zhì)的負(fù)花狀構(gòu)造。

上新世末期, 太平洋板塊相對歐亞板塊高速俯沖擠壓, 青藏高原發(fā)生最近一次快速隆升(王永春, 2001; Northrup et al., 1995; 李三忠等, 2013), 導(dǎo)致中國東部又經(jīng)歷了一期構(gòu)造抬升事件(黃雷等, 2012; 李三忠等, 2011), 方正斷陷表現(xiàn)為新生代以來的第三次擠壓反轉(zhuǎn), 盆地整體抬升剝蝕, 中新世晚期發(fā)育的負(fù)花狀構(gòu)造遭受擠壓作用演變?yōu)檎呜?fù)花狀構(gòu)造。

5 結(jié) 論

(1) 富錦組底界面和寶泉嶺組底界面是方正斷陷新生代充填序列中重要的構(gòu)造變革界面, 富錦組底界面將盆地的演化階段劃分為裂陷期和裂后期,寶泉嶺組底界面將盆地的裂陷期進一步劃分為裂陷Ⅰ幕和裂陷Ⅱ幕。

(2) 方正斷陷新生代經(jīng)歷了三期成盆和三期改造過程。古新世-始新世(E1w-E2d 沉積時期)為裂陷Ⅰ幕, 在 NW-SE 向伸展應(yīng)力作用下, 相向傾斜的西北緣斷裂和東南緣斷裂開始發(fā)育, 盆地表現(xiàn)為雙斷式地塹結(jié)構(gòu); 漸新世(E3b 沉積時期)為裂陷Ⅱ幕, 盆地所受伸展應(yīng)力方向呈近 SN 向, 其與之前控盆斷裂展布方向斜交, 導(dǎo)致盆內(nèi)伊漢通斷裂開始分段式發(fā)育以及西北緣斷裂和東南緣斷裂繼承性活動, 盆地以斷階式地塹結(jié)構(gòu)為特征。近 SN 向伸展應(yīng)力派生的 NW-SE 向伸展分量控制著伊漢通斷裂和盆地沉積-沉降中心呈 NE 向展布, 同時右旋走滑分量導(dǎo)致盆地沉積-沉降中心沿著伊漢通斷裂從北向南規(guī)律性遷移; 進入新近紀(jì), 盆地處于裂后期, 構(gòu)造活動以右旋走滑為主, 在靠近西北緣斷裂和伊漢通斷裂的上盤發(fā)育負(fù)花狀構(gòu)造。始新世晚期、漸新世晚期和上新世晚期盆地經(jīng)歷了三幕擠壓反轉(zhuǎn)。

(3) 結(jié) 合 周 緣 板 塊 的 運 動 學(xué) 重 組 事 件 , 證實了太平洋板塊西側(cè)俯沖方式的變化和印度-歐亞板塊的碰撞聯(lián)合控制了方正斷陷新生代盆地的形成演化。

致謝: 研究過程中得到了浙江大學(xué)章鳳奇老師的悉心指導(dǎo); 在論文修改過程中, 合肥工業(yè)大學(xué)朱光教授、吉林大學(xué)張興洲教授提出了寶貴的修改意見,在此一并表示衷心感謝！

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Cenozoic Structural Characteristics and Evolution in the Fangzheng Fault Depression, Northeast China

YANG Chengzhi1,2, REN Jianye1,2, ZHANG Zhenyu3and ZHANG Junxia4
(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 2. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources of Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China; 4. School of Economics and Management, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China)

Based on the 2D and 3D seismic data and drilling data in the Fangzheng Fault Depression, we tracked and outlined the important Cenozoic tectonic sequence interfaces in the basin. The bottom interface of the Fujin Formation is a regional post-rifting unconformity which divides the basin’s Cenozoic evolution into rifting and post-rifting stage. In the filling sequence of the rifting stage, the bottom interface of the Baoquanling Formation is also an easily identified regional angle unconformity dividing the rifting stage into two phases. Through analyzing the structural characteristics and the strata thickness of different stages in the Fangzheng Fault Depression, this paper reconstructed the formation and evolution of the basin. The results show that the study area was controlled by the NW-SE extending stress field in the rifting Episode Ⅰ with E1w-E2d strata filling in a simple graben basin; however, the stress field turned to nearly SN obliquely extending stress in the rifting Episode Ⅱ during E3b characterized by fault-stepped graben. Meanwhile, the sedimentary-subsidence center was located in the downthrown side of the Yihantong Fault with the trend of migration from north to south; the post-rifting stage during N1f was dominated by thermal subsidence and accompanied by dextral strike-slip. In addition, the formation and evolution of the basin experienced three contraction inversion processes during Cenozoic, corresponding to the late Eocene, the late Oligocene and the late Pliocene. Finally, combined with the global kinematics reorganization event of plates, we suggest that the subduction of the Pacific plate relative to Eurasian plate and India-Eurasia collision effects jointly controlled the formation and evolution of the Fangzheng Fault Depression during Cenozoic.

Fangzheng Fault Depression; evolution; inversion; strike-slip extension

P542

A

1001-1552(2014)02-0388-010

2013-08-05; 改回日期: 2013-09-16

項目資助: 國家科技重大專項(編號: 2011ZX05009-001)和中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室開放基金項目(編號: TPR-2011-04)聯(lián)合資助。

楊承志(1986-), 男, 博士研究生, 主要從事沉積盆地構(gòu)造及其動力學(xué)機制分析研究。Email: yangczcug@163.com