0 引言
渤海湾盆地是发育在华北克拉通基底之上的新生代多旋回叠合断陷盆地，新生代太平洋板块斜向俯冲与深部地幔上涌，形成了渤海海域拉张—剪切的宏观应力背景，燕山期NNE向断裂与印支期NW向断裂共同组成了该区的共轭剪切系统［1-3］，形成了渤海海域东西分带、南北分块的构造格局。渤东凹陷斜坡区是凹陷油气向凸起区运移的必经之路，成藏条件十分优越。研究区自2009年以来，累计钻井13口，并发现了一系列含油气构造，在沙河街组、东营组、馆陶组及明化镇组均获得油气发现。渤东凹陷并非是单一的伸展断裂与走滑断裂，而是两者在时间和空间上的叠加［4-5］，导致洼陷结构复杂，发育多个次洼，控洼断裂和次级洼陷的差异演化决定着烃源岩的分布与油气运移指向。当前对控洼断裂体系和各个次洼的演化过程缺乏系统的认识，将制约该区油气成藏整体研究。本文研究以三维地震资料精细解释为基础，剖析渤东凹陷次洼结构特征，系统梳理控洼断裂发育特征，并重点厘定次洼差异演化过程，以期能指导油气勘探工作。
1 区域地质概况
渤东凹陷位于渤海海域的东部边缘斜坡带，构造位置处于郯庐走滑断裂中段，为油气富集带［6］。整体上西低东高，南低北高，展布方向为NNE—NE向，呈现为受NNE向渤东2号断裂和NE向长兴岛断裂控制的北西断南东超的箕状凹陷。其西侧紧邻渤东低凸起、渤中凹陷，东侧为胶辽隆起，北与辽东湾坳陷相连，东南部与庙西北凸起、庙西凹陷相接，凹陷面积约为3 000 km2。钻井资料显示，研究区内发育古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组，第四系平原组。其中，沙四上亚段、沙三段、沙一段—沙二段和东三段为4套烃源岩层。
2 凹陷结构特征
以NW向蓬莱3走滑断裂为界，将渤东凹陷分为北部洼陷和南部洼陷，进一步细分为6个次级洼陷，分别为北1洼、北2洼、北3洼、南1洼、南2洼、南3洼（图1）。北部主要受NE向长兴岛断裂控制，中—南部主要受NNE向渤东2号断裂控制，NE向渤东3号断裂控制为辅。
由于控洼断裂的展布差异，北部为单断半地堑区，中部为半地堑—地堑过渡区，南部为不对称双断地堑区。地层充填也具有明显差异，沙四段—孔店组主要沉积在凹陷东北部及东部斜坡边缘，向西南部逐渐减薄；沙三段主要沉积在凹陷西南部，向东北部逐渐减薄；沙一段—沙二段主要沉积在西部，且西北部最厚，进入东营期之后，凹陷主要沉积区已经迁移到西南部（图2）。
2.1 北部单断半地堑系统
北部受NE向长兴岛断裂控制，洼陷呈NE向展布，充填地层向SE向减薄，呈现典型的箕状半地堑（图3 BB’剖面），北1洼、北2洼最为典型。古近系地层齐全，主要充填地层为沙四段—孔店组，NW向伸展断裂对北1洼和北2洼具有明显分割作用。
2.2 中部半地堑—地堑过渡系统
中部受NNE向渤东2号断裂北段、NE向渤东3号断裂北段和NNE向断阶2号断裂联合控制，剖面上可见明显的“拱桥式”特征——中间薄，两侧厚，且西厚东薄（图3 EE’剖面），古近系地层发育齐全，北3洼、南1洼和南2洼最为典型。西侧洼陷呈NNE向展布，主要充填地层为东三段—沙三段；东侧洼陷呈NE向展布，主要充填地层为沙三段—孔店组。NNE向中央走滑断裂穿过北3洼和南1洼，具有伸展—走滑双重性质，NW向蓬莱3走滑断裂对洼陷具有明显分割作用。
2.3 南部不对称双断地堑系统
南部主要受NNE向渤东2号断裂南段控制，NE向渤东3号断裂控制为辅，洼陷呈NNE向展布，充填地层向SE方向减薄，呈不对称双断地堑特征（图3 FF’剖面），南3洼最为典型。整体缺失沙四上亚段，最南部缺失沙四下亚段—孔店组，主要充填地层为沙三段和东三段，中部发育NNE向中央走滑断裂。
3 控洼断裂特征
3.1 伸展断裂
NE向断裂是一组倾向相向的伸展断裂，分别为凹陷的东北、东南边界。NE向长兴岛断裂为典型的高角度铲式正断层，倾向SE向，控制北1洼、北2洼、北3洼的发育，剖面上表现为西北断东南超的箕状特征，向下断穿至新生代基底，向上断穿至新近系顶部，与次级断裂组成多级反“Y”字形、似花状组合样式。NE向渤东3号断裂表现为高角度铲式—板式正断层，整体控沉积作用不明显，倾向NW向，北段是南2洼发育的主控断裂，南段对南3洼的发育起辅助作用，向下断穿至新生代基底，向上断穿至新近系顶部，与次级断裂组成多级“Y”字形组合样式［图4（d）—图4（f）］。NW向伸展断裂为印支期先存断裂早期（沙三段—孔店组）活化，其规模较小，控洼作用也明显弱于NNE向和NE向断裂，主要发育于凹陷中北部，搭接在NNE向和NE向边界控洼断裂上，对次洼具有明显的分割作用（图1）。
3.2 走滑断裂
NNE向中央走滑断裂穿过北3洼、南1洼和南3洼深部，是研究区内最大型的走滑断裂，属于该区共轭剪切系统中的同向剪切破裂带，剖面上可见典型的负花状、半负花状构造特征，断面近于直立且连续，向下断穿至新生代基底，向上断穿至新近系顶部，沿断裂走向具明显的丝带效应，走滑分支断裂中段多、南北较少［图4（g）—图4（i）］，中央走滑断裂具有双重动力学特征，并不是典型的纯剪切走滑断裂，早期在张扭作用下体现为伸展性质，局部具有明显的控沉积作用，晚期在强剪切力下则呈现明显的右旋走滑性质，不控制沉积，但对地层的展布具有调整改造作用［图4（g）—图4（i）］［18］。关于走滑位移量，前人进行了众多研究，推测中生代左旋走滑位移量在400~760 km之间，新生代右旋走滑位移量较小，大部分学者都推测在50 km以内［19-20］。
3.3 伸展—走滑叠合断裂
由于多期构造应力差异，渤东凹陷具明显的伸展—走滑叠合效应。在时间尺度上，表现为早期强伸展叠加晚期强走滑，剖面上早期为铲式，晚期为直立板式、多级“Y”字形和似花状构造，如NNE向渤东2号断裂和NE向渤东3号断裂均具有此类特征；在空间尺度上，往往表现为早期伸展断裂被晚期强走滑断裂带切割，剖面上呈现为后期直立花状构造切割早期铲式伸展断层中下部的典型构造样式，如NNE向中央走滑断裂切割NNE向渤东2号断裂（图5）。
4 次级洼陷演化过程
控洼断裂的差异演化，是不同次洼空间结构多样性和沉积充填迁移性的根本控制因素，渤东凹陷处于古近系NNE—NE向强伸展和新近系—第四系NNE向强右旋走滑的宏观应力背景下。依托三维地震资料精细解释和前人研究成果，运用构造剖面复原分析，该方法是指通过原始地质剖面的恢复来了解地质结构演化机制和历程的方法。基本原理为：如果变形前后物质的体积不变，则在垂直构造走向的剖面上体现为“面积不变”；如果变形前后岩层厚度保持不变，则转化为“层长不变”［25］。最终将构造演化阶段细分为：初始断陷期、强烈断陷期、第一次岩石圈热沉降期、断陷强化期，第二次岩石圈热沉降期、走滑坳陷期［22-24］。本文研究主要针对古近系次洼演化过程展开探讨。
4.1 沙四段—孔店组沉积期
沙四段—孔店组沉积期（65~42 Ma）属于初始断陷期［图6（f）］，为燕山运动至喜马拉雅运动的过渡阶段，燕山期，西太平洋板对欧亚板块的俯冲方向为NNW向，NNE向郯庐断裂带为左旋走滑，始新世中期（42.5 Ma），太平洋板块俯冲方向变为NWW向，俯冲角度由斜交变为正交，俯冲速率由30 cm/Ma降为5.5 cm/Ma，同时印度板块开始向北俯冲，与欧亚板块产生强烈挤压碰撞，促使华北地区产生了右旋走滑剪切应力场，郯庐断裂开始左旋到右旋的转变，前人研究认为，该区郯庐断裂左旋向右旋转换的时间约为沙四段沉积末期—沙三段沉积初期（45~42 Ma）［26-30］。地幔上涌产生的水平伸展和板块碰撞产生的斜向剪切作用在时间上叠加，致使沙四段—孔店组沉积期主要处于强伸展—弱走滑应力场中，优势伸展方向为NNW向，因此NE向断裂剧烈活动，控制整体沉积，NE向长兴岛断裂北段活动速率最大，约为60 m/Ma［图7（c）］，控制该时期的沉积中心，最大残余厚度约为1 500 m。NNE向断裂活动较弱，同时NW向先存断裂活化［图7（a），图7（d）］，规模不大，表现为一系列支脉并在末端接于NNE—NE向边界断裂，对次洼具有明显的分割作用。在3组断裂体系共同作用下，6个次洼都均有发育，呈“南北分区”特征，整体表现为北强南弱、东强西弱，沉积中心位于东北部，北1洼沉积最强，南3洼沉积最弱。
北部洼陷区沿NE向长兴岛断裂串联展布，北1洼和北2洼主要受NE向长兴岛断裂中北段控制；北3洼受NE向长兴岛断裂南段、NNE向渤东2号断裂北段和NNE向断阶2号断裂联合控制，表现为相互独立的3个沉积单元。南部洼陷区整体呈NNE—NE向“品”字形展布，南1洼和南3洼主要受NNE向渤东2号断裂中南段控制；南2洼主要受NE向渤东3号断裂北段控制（图8）。
4.2 沙三段沉积期
沙三段沉积期（42~38 Ma）属于强烈断陷期［图6（e）］，西太平洋板块对欧亚板块的俯冲方向已变为NWW向，印度板块持续向北俯冲，优势伸展方向变为NWW向，此时已经完成了左旋到右旋的转换，断裂活动区域向南迁移，NNE向断裂变为主要控洼断裂，NE向断裂活动减弱，NW向断裂整体规模变小，强度变弱（图7）。NE向长兴岛断裂中北段活动微弱，几乎不控制沉积，北部洼陷区仅有北3洼存在。南部洼陷区均发育，南1洼、南2洼、南3洼分别受NNE向渤东2号断裂北段、NE向渤东3号断裂北段、NNE向渤东2号断裂南段控制，内部由NW向断裂分割。整体表现为南强北弱，西强东弱。其中南3洼沉积最强，为该时期的沉积中心，最大残余厚度约为1 200 m。
4.3 沙一段—沙二段沉积期
4.4 东三段沉积期
东三段沉积期（32~30.3 Ma）属于断陷强化期［图6（c）］，渐新世（32 Ma）日本海强烈扩张与印—藏碰撞产生NE—SW向挤压促使郯庐断裂右旋走滑增强，NNE向走滑断裂活动叠加改造已有伸展断裂体系，研究区处于强伸展叠加右旋走滑的应力场中。NNE向断裂活动持续加强，NNE向渤东2号断裂南段活动速率最大，约为98 m/Ma［图7（a）］，是主要控洼断裂，控制该时期的沉积中心，使渤东凹陷沉积了巨厚的东三段地层，NE向断裂持续减弱或停止活动。整体表现为南强北弱，西强东弱，东西分带特征明显，沉积中心迁移至西南部。北3洼、南1洼、南3洼已经连为一体，且南3洼沉积最厚，面积最大，是渤东凹陷古近系最大的沉积中心，最大残余厚度约为2 150 m（图9）。
4.5 新近系—第四系沉积期
综合上述研究成果，对渤东凹陷次级洼陷差异演化过程进行总结对比（表1）。受控于优势伸展方向的变化和拉张与走滑的强弱变化，次洼演化过程具有显著差异。沙四段—孔店组沉积期北1洼、北2洼、南2洼为强裂陷，沙三段沉积期南2洼、南3洼为强裂陷，沙一段—沙二段—东营组沉积期南3洼为强裂陷。新近纪之后，整体处于坳陷阶段，强烈右旋走滑调整地层展布格局。
表1 渤东凹陷次级洼陷发育时期对比Table 1 Comparison of development periods of secondary depressions in Bodong Sag |
| 洼陷及次级洼陷 | 北部洼陷 | 南部洼陷 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 北1洼 | 北2洼 | 北3洼 | 南1洼 | 南2洼 | 南3洼 | |||
| 主控断裂 | NE向长兴岛 断裂北段 | NE向长兴岛 断裂中段 | NE向长兴岛断裂南段；NNE向渤东2号断裂北段 | NNE向渤东 2号断裂中段 | NE向渤东 3号断裂北段 | NNE向渤东2号断裂南段；NE向渤东3号断裂南段 | ||
| 主要发育期 | 沙四段—孔店组 | 沙一段—沙二段—孔店组 | 古近系持续发育 | 古近系持续发育 | 沙三段—孔店组 | 东营组—沙三段 | ||
| 最大活动期 | 沙四段—孔店组 | 沙四段—孔店组 | 沙一段—沙二段 | 沙三段 | 沙四段—孔店组 | 东营组 | ||
| 差异 演化 过程 | 馆陶组—平原组 | 走滑坳陷 | ||||||
| 沙一段—沙二段—东营组 | 弱裂陷 | 弱裂陷 | 中等裂陷 | 中等裂陷 | 弱裂陷 | 强裂陷 | ||
| 沙三段 | 弱裂陷 | 弱裂陷 | 中等裂陷 | 中等裂陷 | 强裂陷 | 强裂陷 | ||
| 沙四段—孔店组 | 强裂陷 | 强裂陷 | 中等裂陷 | 弱裂陷 | 强裂陷 | 弱裂陷 | ||
5 结论
（1）渤海湾盆地渤东凹陷宏观上表现为北西断南东超的箕状凹陷。由于控洼断裂的展布和配置差异，次洼结构具有明显差异：北部为单断半地堑区，表现为西厚东薄的楔形体；中部为半地堑—地堑过渡区，深层表现为中间薄两边厚，浅层表现为西厚东薄的单斜坡；南部为不对称双断地堑区，具西厚东薄特征。
（2）渤东凹陷发育3类（伸展、走滑、叠合）、3组方向（NNE、NE、NW）的主干断裂，共同控制洼陷展布格局。NNE—NE向伸展断裂为主干控洼断裂，NW向伸展断裂主要起分割作用。NNE向中央走滑断裂贯穿凹陷西部深洼区，NW向蓬莱3走滑断裂为为南北洼陷区的分界，且研究区走滑断裂早期在局部具有明显的控沉积作用。
（3）渤东凹陷表现为古近系的强伸展作用和新近系—第四系的强走滑作用。沙四段—孔店组沉积期为初始断陷期，NNE—NE向断裂控制沉积格局，NE向断裂为主控，NW向断裂分割洼陷，呈“南北分区”特征，沉积中心位于凹陷东北部；沙三段沉积期为强烈断陷期，NNE向断裂变为主控，NW向断裂分割性变弱；沙一段—沙二段沉积期为热沉降阶段，NNE向断裂仍为主控，NW向断裂不活动；东三段沉积期为断陷强化期，NNE向断裂为主控，呈“东西分带”特征，沉积中心迁移到凹陷西南部。
甘公网安备 62010202000678号
