北黄海盆地的成盆动力学机制探讨

王后金，王嘹亮，冯常茂 （广州海洋地质调查局，广东广州 510760）

北黄海盆地的成盆动力学机制探讨

王后金，王嘹亮，冯常茂 （广州海洋地质调查局，广东广州 510760）

北黄海盆地是发育于中朝板块东部的中、新生代盆地，其发育演化经历了晚侏罗世－早白垩世裂陷、晚白垩世－古新世构造反转、始新世－渐新世裂陷、晚渐新世－早中新世构造反转及中中新世－第四纪区域沉降5个阶段。北黄海盆地的动力学类型可定义为右行转换拉张盆地，区域性走滑运动在成盆中起了决定性作用。北黄海盆地与中国东部其他盆地具有统一的动力学背景，主要受控于特提斯构造域板块（地块）向欧亚板块俯冲、碰撞及 （古）太平洋板块俯冲。

北黄海盆地；盆地类型；构造演化；动力学机制；右行转换拉张

北黄海盆地位于北黄海海域，是发育在中朝板块东部的前寒武纪结晶基底和古生界未变质－浅变质地层之上的中、新生代盆地［1］。该盆地西邻郯庐断裂带，东接朝鲜北部地块，北临辽东隆起，南连刘公岛隆起区 （图1（a））。地震及钻井资料揭示，北黄海盆地整体构造走向为NE向，断裂发育，NE向和NW向2组断裂共同控制了盆地的构造与沉积格局 （图1（b）），地层主要为上侏罗统、下白垩统、始新统、渐新统和新近系－第四系。

图1 北黄海盆地大地构造位置 （a）及构造区划 （b）图

前人对北黄海盆地的构造几何学、运动学及构造演化史进行了一定的研究，并取得了一些重要的认识。但总体而言该盆地研究程度仍然较低，对于盆地类型、盆地发育的走滑构造样式、走滑作用对盆地形成及演化的影响等认识不足或存在分歧。笔者根据北黄海盆地的地震解释成果，结合区域构造背景，对研究区盆地类型及演化动力学机制进行了探讨。

1 盆地类型与构造演化

1.1 盆地类型

根据北黄海盆地的花状构造［2］、控盆或控坳边界断层的雁列组合特征 （图1（b）），结合区域构造背景分析，北黄海盆地伸展裂陷可能源于区域走滑运动导致的拉张，即广义的转换拉张作用。北黄海盆地拉张与走滑作用的关系如图2所示。

沿主剪切方向发生剪切，主剪切带发生脆性位移之前就可派生次级张性 （或具走滑分量的张性）破裂，已是一成熟的理论［3］（图2（a））。新近的物理模拟实验再次证明，在总体上非脆性简单剪切的情况下，可以产生多方向具有正断作用的断层［4］（图2（b））。北黄海盆地主要正断层（图2（c）中的F1、F3、F10、F11和F19）可以解释为NNE向右行主剪切派生的，总体上为NW向的拉张作用的结果。至于何种方向断层可以产生正断及其产生正断分量的大小，一方面取决于拉分边界与主剪切方向的夹角，另一方面取决于变形介质 （地壳）的非均质性。事实上，局部拉分边界方向的空间变化比实验条件下的要复杂得多，虽然盆地 （破裂）应变椭圆的最长轴总体上是NW向，但会应时应地而变，具有正断作用的方向和位移大小也比实验中的更多、更复杂。

因此，北黄海盆地的动力学类型可定义为右行转换拉张盆地。虽然北黄海盆地东、西两侧并没有发现走向为近SN-NNE向的脆性主边界断裂 （Y剪切），但是在许多情况下，Y剪切晚于里德尔剪切 （R剪切）和共轭里德尔剪切 （R′剪切）形成，破裂前Y剪切表现为非刚性变形模型［3，4］，北黄海盆地 “主边界剪切带”（图2（c））可能属于这种情况。

图2 北黄海盆地拉张与区域性走滑作用的可能关系

1.2 构造演化

北黄海盆地的演化史可分为5个阶段，包括2个裂陷阶段、2个构造反转阶段和1个区域沉降阶段 （图3）。

1）晚侏罗世-早白垩世裂陷阶段 晚侏罗世，北黄海盆地开始裂陷，快速沉降，不仅控盆 （坳）主断层下降盘接受沉积，其上升盘也接受了一定厚度的沉积。NE向铲式主断层控制了晚侏罗世成盆的基本格架，由于非均匀拉张、铲式控盆 （坳）断层的变形机制及NW向调节断层的共同作用，这些断层下降盘形成沿断层走向相间分布的凹陷和凸起。早白垩世继承性成盆，但沉积范围有所萎缩。下白垩统分布在盆地南部，主要受NE向铲式断层控制。

2）晚白垩世-古新世构造反转阶段 晚白垩世－古新世，北黄海盆地发生构造反转，结束了中生代裂陷阶段，全区隆升剥蚀，缺失上白垩统和古新统。尤其是下白垩统沿NE向控制断层逆冲反转，被大量剥蚀，造成近断层处地层显著减薄的 “异常”现象。

图3 北黄海盆地构造发育史剖面

3）始新世-渐新世裂陷阶段 始新世－渐新世，北黄海盆地又一次裂陷沉降。该期成盆与中生代成盆具有明显的继承性，中生代的主要控盆 （坳）断层复活，控制了新生代盆地的构造与沉积格局。

始新世是新生代裂陷成盆的初期，构造活动弱，沉降速率慢，沉积范围是所有成盆期中最小的。渐新世北黄海盆地发生强烈裂陷，是该盆地形成以来沉降最快的时期。沉积范围较始新世显著扩大。NE向铲式断层控制了渐新统的基本沉积格局，沉积中心沿这些断层分布。

4）晚渐新世-早中新世构造反转阶段 晚渐新世，北黄海盆地再次发生构造反转，新生代伸展裂陷阶段就此结束。盆地的NE向控盆 （坳）断层及NW向调节断层发生不同程度的反转，下降盘地层明显褶皱变形。该构造运动一直持续到中中新世，期间北黄海盆地被剥蚀夷平，沉积缺失。

5）中中新世-第四纪区域沉降阶段 早中新世后，北黄海盆地整体沉降，全区沉积稳定，地层呈近水平状，没有明显变形。第四纪以来，海水全面进侵，形成一套陆架浅海相稳定沉积。

2 成盆动力学机制探讨

中国东部发育众多中、新生代断陷盆地，这些盆地在地质背景、成因类型及形成机制等方面存在一定差异性，但控制其形成的宏观动力学条件应该基本相同。目前对中国东部中、新生代断陷盆地形成的宏观动力学条件的认识，主要涉及特提斯构造域板块 （地块）向欧亚板块俯冲、碰撞及 （古）太平洋板块俯冲2大力源。

2.1 晚侏罗世－早白垩世

在晚侏罗世和早白垩世，北黄海盆地均以NW-SE向拉张为特征，处于伸展裂陷环境，这与当时中国东部的区域构造应力场相适应。中国东部从晚侏罗世开始进入以裂陷作用为主的构造运动阶段，形成构造走向以NE-NNE为主的断陷盆地系［5～7］，如胶莱盆地、二连-海拉尔盆地群、渤海湾盆地及松辽盆地等。

对于中国东部晚侏罗世和早白垩世裂陷盆地形成机制，主流观点是与伊佐奈崎 （Izanagi）板块俯冲有关，伊佐奈崎板块NW向俯冲导致弧后拉张或岩石圈拆沉［7～13］。根据伊佐奈崎板块重建，伊佐奈崎板块自晚侏罗世到早白垩世早期向NW俯冲，而早白垩世晚期向NNW俯冲［14］，或者侏罗纪为正向俯冲，早白垩世转为向北或NNW斜向俯冲［15］。然而，任何一种板块重建结果都难以合理解释中国东部盆地的弧后拉张机制：一方面，许多盆地不是位于弧后区，研究表明，中国东部燕山期大规模岩浆活动与古太平洋板块俯冲作用无关［16，17］；另一方面，俯冲导致的弧后纯张应力场并不能产生中国东部盆地样式和雁列特征［5，18，19］。

中国东部区域性走滑运动在中、新生代成盆中的作用逐渐为人们所认识与接受［5，6，11，18～29］，但对走滑运动的旋向变化和动力学机制仍有争议。中国东部裂陷盆地晚侏罗世－早白垩世已大多具有右行拉分盆地或右行转换边缘型盆地样式，或初具雏形。例如，二连－海拉尔盆地群和松辽盆地断陷左列分布表明，其受近SN向右行剪切作用控制［5，17，22，23］；郯庐断裂带及其东、西两侧盆地的几何关系明确指示，该时期郯庐断裂是右行剪切而不是左行［20，25，27］。北黄海盆地的拉张裂陷也可能源于区域性右行剪切作用。综上认为，北黄海盆地与中国东部其它盆地具有统一的动力学背景，可能是欧亚板块东部相对西太平洋岛弧右行剪切引起NW-NWW向拉张作用，右行剪切的动力可能来自特提斯构造域板块对欧亚板块推挤或小陆块碰撞，尤其是拉萨地块在早白垩世与欧亚板块碰撞［5，19，20，22，23，30］（图4（a））。

2.2 晚白垩世－古新世

北黄海盆地在晚白垩世－古新世反转隆升，前期地层遭受强烈剥蚀，同期沉积缺失。该期构造反转在中国东部盆地，如苏北盆地、渤海湾盆地、二连－海拉尔盆地群和松辽盆地等均有明显表现［5～8，11，15，16，20，31～33］，反映其受区域性构造运动的影响。

关于中国东部盆地该期反转隆升的动力学背景，其一观点是热隆升，即太平洋板块俯冲于欧亚板块东部边缘形成巨型的 “幔隆”与 “幔坳”［33］，处在 “幔隆”区的北黄海盆地整体抬升并遭受剥蚀，这一作用一直持续到古新世末［34］。然而，近年来对中国东部燕山期大规模岩浆活动的研究成果［16，17］并不支持俯冲引起热隆升的观点。且巨型的 “幔隆”与 “幔坳”是地壳或岩石圈褶皱，软流圈大面积隆升虽可导致地壳表层更大范围的抬升和区域不整合面，却无法解释控盆 （坳）边界断层的逆冲反转。

板块重建表明，早白垩世晚期，伊佐奈崎板块运移方向由NW或NWW向转为NNW向［14］，这一时期正好是中国东部盆地的构造反转期。虽然欧亚板块也在向北运移，但伊佐奈崎板块朝北运移的速率大于欧亚板块的速率［16］，因而导致中国东部产生区域性的左行剪切作用，郯庐断裂也在这一区域应力场下发生左行剪切活动［5，20，22～24，35，36］，并使中国东部在NW方向上由拉张变为挤压。蒙古－鄂霍次克洋最终闭合产生的NS向挤压也可能是动力因素之一［5，24］。北黄海盆地NE向构造线的收缩变形，应该是区域性左行剪切作用的结果 （图4（b））。

图4 北黄海盆地区域构造和板块构造动力学背景

2.3 始新世－渐新世

始新世－渐新世，北黄海盆地再次受到NW-SE向拉张作用而张裂成盆。这一时期欧亚板块东部发生广泛而强烈的裂陷活动，形成一系列新生代盆地。这些盆地大多具有右行转换拉张特征［29，37，38］，例如，渤海湾盆地和苏北盆地都是在右行剪切作用下形成的走滑拉分盆地［18，19，21，24，39～41］，辽河盆地渐新世也发生右行剪切拉张［28］，可见这期走滑运动具有区域性。

始新世－渐新世右行剪切拉张作用的板块构造背景也有不同认识，大致分3大类：一是与太平洋板块俯冲有关［37，40，42］，认为从始新世中期开始，太平洋板块的俯冲方向由NNW转为NWW，致使欧亚板块东部右行剪切，以至于郯庐断裂带由左行变为右行；二是与印度板块碰撞有关，包括 “碰撞-挤出说”［43］和 “碰撞－拉分说”［18，19，29，38］。 “碰撞－挤出说”并不能说明东亚陆缘新生代盆地的几何学特征和展布的相似性；“碰撞－拉分说”认为印度板块碰撞导致的右行转换拉张甚至打开了西北太平洋边缘海［44］。印度板块与欧亚板块 （硬）碰撞大约开始于55～50Ma，这一时期正好是中国东部新生代盆地初始裂陷期；三是与两者都有关［6，39］。

从构造力学分析，始新世太平洋板块向欧亚板块的正向俯冲主要产生NW向压应力，并且由于汇聚速率小［45］，未能形成陆缘造山带，更不能推动欧亚板块东部右行剪切。印度板块与欧亚板块的强烈碰撞，对欧亚板块产生巨大的向北推挤力，欧亚板块向北退却，从而造成中国东部发生广泛的NNE向右行剪切。因此，印度板块碰撞应该是始新世－渐新世右行转换拉张作用的主要驱动力 （图4（c））。

2.4 晚渐新世－第四纪

晚渐新世－早中新世，北黄海盆地和中国东部其他众多的新生代盆地一样，发生构造反转，随后进入裂后期整体沉降。

在这一时期，印度板块继续北移推挤欧亚板块，但汇聚速率下降［46］，向中国东部传播的NE向主压应力减弱；反之，由于太平洋板块向欧亚板块快速汇聚，加之西太平洋边缘海扩张的影响，太平洋板块俯冲力源的作用逐渐增强。陈安定［18，19］认为印度板块碰撞和太平洋－菲律宾海板块俯冲2大力源主导作用的交替，使中国东部在NW方向上形成了张、压交替的 “手风琴”力学环境。当东部力源占主导或与西部力源相当，则中国东部形成NS向左行剪切或NW、NE双向挤压应力场［18，19］（图4（d））；万天丰［16］也指出，菲律宾海板块新近纪以向北运移为特征［47］，在菲律宾海板块向北运移和扩张作用的影响下，东亚大陆边缘近SN向断层普遍带有左行剪切的特征。这可能是北黄海盆地乃至中国东部在晚渐新世－早中新世发生构造反转的主要原因。此后中国东部岩石圈热衰减，发生重力均衡调整，北黄海盆地在隆起背景上整体沉降。

3 结论

1）北黄海盆地伸展裂陷可能源于区域走滑运动导致的拉张作用，即广义的转换拉张，区域性走滑运动在成盆中起了决定性作用，北黄海盆地的动力学类型可以归类为右行转换拉张盆地。

2）北黄海盆地发育演化经历了晚侏罗世－早白垩世裂陷、晚白垩世－古新世构造反转、始新世－渐新世裂陷、晚渐新世－早中新世构造反转及中中新世－第四纪区域沉降5个阶段。

3）北黄海盆地与中国东部其他盆地具有统一的动力学背景，主要受控于特提斯构造域板块 （地块）对欧亚板块俯冲碰撞及 （古）太平洋板块俯冲。

［1］杨艳秋，戴春山，刘万洙 .北黄海盆地基底结构特征 ［J］.海洋地质动态，2003，19（5）：25～27.

［2］李文勇，曾祥辉，王信国，等 .北黄海盆地构造运动学解析 ［J］.地学前缘，2009，16（4）：74～86.

［3］Ahlgren S G.The nucleation and evolution of Riedels shear zone as deformation bands in porous sandstone［J］.Journal of Structural Geology，2001，23（8）：1203～1214.

［4］Corti G，Bonini M，Conticelli S，etal.Analogue modelling of continental extension：a review focused on there lations between the patterns of deformation and the presence of magma［J］.Earth-Sciences Reviews，2003，63（3～4）：169～247.

［5］李思田，杨世恭，吴冲龙，等 .中国东北晚中生代裂陷作用及东北亚断陷盆地系 ［J］.中国科学 （B辑），1987，17（2）：185～195.

［6］李思田，路凤香，林畅松 .中国东部及邻区中、新生代盆地演化及地球动力学背景 ［M］.武汉：中国地质出版社，1997.1～225.

［7］李丕龙 .陆相断陷盆地构造演化与构造样式 ［M］.北京：石油工业出版社，2005.1～203.

［8］李洪革，杜旭东，陆克政，等 .渤海湾盆地中西部构造特征及演化 ［J］.石油大学学报 （自然科学版），1999，23（3）：1～5.

［9］漆家福，于福生，陆克政，等 .渤海湾地区的中生代盆地构造概论 ［J］.地学前缘，2003，10（特刊）：199～206.

［10］谯汉生，纪友亮，姜在兴 .中国东部大陆裂谷与油气 ［M］.北京：石油工业出版社，1999.1～187.

［11］于建国，韩文功，王金铎.中国东部断陷盆地中－新生代构造演化——以济阳坳陷为例 ［M］.北京：石油工业出版社，2009.1～245.

［12］孙卫东，凌明星，汪方跃，等 .太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件 ［J］.矿产岩石地球化学通报，2008，27（3）：218～225.

［13］张岳桥，李金良，张田，等 .胶莱盆地及其邻区白垩纪－古新世沉积构造演化历史及其区域动力学意义 ［J］.地质学报，2008，82（9）：1229～1257.

［14］Engebretson D C，Cox A，Gordan R R.Relative motions between oceanic and continental plates in the Pacific Basin［J］.Geological Society of America Special Paper，1985，206：1～59.

［15］Maruyama S，Isozaki Y，Kimura G，etal.Paleogeographic maps of the Japanese Island：plate tectonic systhesis from 750Ma to the present［J］.Island Arc，1997，（6）：121～142.

［16］万天丰 .中国大地构造学纲要 ［M］.北京：地质出版社，2004.1～387.

［17］张期，赵太平，王焰 .中国东部燕山期岩浆活动的几个问题 ［J］.岩石矿物学杂志，2001，20（3）：273～280，292.

［18］陈安定 .苏北箕状断陷盆地形成的动力学机制 ［J］.高校地质学报，2001，7（4）：408～418.

［19］陈安定 .苏北盆地构造特征及箕状断陷形成机理 ［J］.石油与天然气地质，2010，31（2）：140～150.

［20］张岳桥，赵越，董树文，等 .中国东部及邻区早白垩世裂陷盆地构造演化阶段 ［J］.地学前缘，2004，11（3）：123～132.

［21］胡朝元 .渤海湾盆地形成机理与油气分布特点新议 ［J］.石油实验地质，1982，4（3）：161～167.

［22］许浚远，张凌云 .西北太平洋边缘及特提斯北缘中生代盆地成因 （上）［J］.新疆石油地质，2001，22（4）：275～280.

［23］许浚远，张凌云 .西北太平洋边缘及特提斯北缘中生代盆地成因 （下）［J］.新疆石油地质，2001，22（5）：448～451.

［24］肖安成，杨树锋，陈汉林 .二连盆地形成的地球动力学背景 ［J］.石油与天然气地质，2001，22（2）：137～145.

［25］廖远涛 .胶莱盆地的盆地样式及构造演化 ［J］.新疆石油地质，2002，23（4）：345～347.

［26］刘建忠，李三忠，周立宏，等 .华北板块东部中生代构造变形与盆地格局 ［J］.海洋地质与第四纪地质，2004，24（4）：45～54.

［27］黄泽光，潘文蕾，高长林，等.晚侏罗－早白垩世郯庐断裂平移性质的探讨 ［J］.成都理工大学学报 （自然科学版），2005，32（6）：581～586.

［28］孙红军 .中、新生代辽河盆地区域应力场变化及其成因 ［J］.古地理学报，2002，4（4）：61～69.

［29］许浚远，张凌云 .欧亚板块东缘新生代盆地成因：右行剪切拉分作用 ［J］.石油与天然气地质，1999，20（3）：187～191.

［30］孙知明，江万，裴军令，等 .青藏高原拉萨地块早白垩纪火山岩古地磁结果及其构造意义 ［J］.岩石学报，2008，24（7）：1621～1626.

［31］Besse J，Courtilotte V.Revised and synthetic apparent polar wander paths of the African，Eurasian，North American and India Plates，and true polar wander since 200Ma［J］.Journal of Geophysical Research，1991，96（7）：4029～4050.

［32］吴智平，侯旭波，李伟 .华北东部地区中生代盆地格局及演化过程探讨 ［J］.大地构造与成矿学，2007，31（4）：385～399.

［33］解习农 .中国东部中新生代盆地形成演化与深部过程的耦合关系 ［J］.地学前缘，1998，5（增刊）：162～165.

［34］李文勇 .北黄海盆地构造变形及动力学演化过程 ［J］.地质学报，2007，81（5）：588～598.

［35］董树文，张岳桥，龙长兴，等 .中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 ［J］.地质学报，2007，81（11）：1449～1461.

［36］韩文功，季建清，王金铎，等 .郯庐断裂带古新世－早始新世左旋走滑活动的地震反射证据 ［J］.自然科学进展，2005，15（11）：1383～1388.

［37］Allen M B，MacDonald D M，Zhao X，etal.Transtensional deformation in the evolution of the Bohai Basin，northern China［A］.Holdsworth R E，Strachan R A，Dewey J F.Continental Transpressional and Transtensional Tectonics［C］.London：Geological Society Special Publications，1998.

［38］Fourier M，Jolivet L，Davy P，etal.Backarc extension and collision：an experimental approach to the tectonics of Asia［J］.Journal of International Geophysics，2004，157（2）：871～889.

［39］漆家福，邓荣敬，周心怀，等 .渤海海域新生代盆地中的郯庐断裂带构造 ［J］.中国科学D辑 （地球科学），2008，38（增刊）：19～29.

［40］黄雷，王应彬，武强，等 .渤海湾盆地莱州湾凹陷新生代盆地演化 ［J］.地质学报，2012，86（6）：867～876.

［41］侯贵廷，钱祥麟，蔡东升 .渤海湾盆地中、新生代构造演化研究 ［J］.北京大学学报 （自然科学版），2001，37（6）：845～861.

［42］Hsiao L Y，Graham S A，Tilander N.Seismic reflection imaging of a major strike-slip fault zone in a lift system：paleogene structure and evolution of the Tan-Lu fault system，Liaodong bay，Bohai，offshore China［J］.AAPG bulletin，2004，88（1）：71～97.

［43］Tapponnier P，Peltzer G，Le Day A Y，etal.Propagating extrusion tectonics in Asia：new insights from simple experiments with plasticine［J］.Geology，1982，10（12）：611～616.

［44］Jolivet L，Tamaki K.Japan Sea，opening history and mechanism：a synthesis［J］.Journal of Geophysical Research，1994，99（11）：22237～22259.

［45］Northrup，C J，Royden L H，Burchfiel B C.Motion of the pacific plate relative to Eurasia and its potential relation to Cenozoic extension along the eastern margin of Eurasia［J］.Geology，1995，23（8）：719～722.

［46］Lee T Y，Lawver L A.Cenozoic plate reconstruction of Southeast Asia［J］.Tectonophysics，1995，251（1～5）：85～138.

［47］Hall R，Blundell D J.Reconstructing Cenozoic SE Asia［J］.Geological Society Special Publication，1995，106：153～182.

［编辑］ 邓磊

On Dynamic Mechanism of Tectonic Evolution in the North Yellow Sea Basin

WANG Houjin，WANG Liaoliang，FENG Changmao (First Author's Address: Guangzhou Marine Geology Survey，Guangzhou10760，Guangdong，China)

The North Yellow Sea Basin was located in the Cenozoic and Mesozoic Basins in the eastern Sino-Korean plate，which experienced five tectonic evolution stages: such as the stage of late Jurassic-early Cretaceous rifting，late Cretaceous-Paleocenestructural inversion，Eocene-Oligocene rifting，late Oligocene-early Miocene structural inversion and Middle Miocene-Quaternary Ｒegional subsidence. The dynamic type of the North Yellow Sea Basin could be defined as a dextral trans-tensionbasin，regional strike slip motions played a decisive role in it's evolution. In Cenozoic and Mesozoic，the North Yellow Sea Basinand the other basins in eastern China have the uniform geodynamic background，they are mainly controlled by Tethys tectonicplate subducted and collided to the Euro-Asian plate and subducted to the ( paleao) pacific plate.Key words: North Yellow Sea Basin; basin type; tectonic evolution; dynamic mechanism; dextral trans-tension

North Yellow Sea Basin; basin type; tectonic evolution; dynamic mechanism; dextral trans-tension

TE121.2

A

1000-9752（2014）05-0001-07

2013-10-20

国家海洋地质专项 （GZH200700405）。

王后金 （1972-），男，1997年中国地质大学 （武汉）毕业，硕士，高级工程师，从事海洋地质和油气地质方面的研究工作。