松辽盆地北部反转构造的几何特征、变形机制及其地震地质意义——以大安－德都断裂为例

余中元　闵　伟　韦庆海　赵　斌　马艳春

1）中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京　100029

2）黑龙江省地震局，哈尔滨　150090

松辽盆地北部反转构造的几何特征、变形机制及其地震地质意义
——以大安－德都断裂为例

余中元1，2）闵伟1）韦庆海2）赵斌2）马艳春2）

1）中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京100029

2）黑龙江省地震局，哈尔滨150090

松辽盆地北部发育的中－新生代反转构造代表着盆地继伸展裂陷阶段、热冷却拗陷阶段之后的第3个构造演化阶段。系统收集了布设在覆盖大安－德都断裂及其附近的14个3维地震工区，30条区域地震反射大剖面，在此基础上准确追踪解释了T06、T1、T11、T2、T3、T4、T5等7个地震反射层位。同时基于52口钻孔的资料对重点反射层的地质年代进行了重新厘定，分析了不同时期断层展布特征及分布规律，重点就松辽盆地中新生代反转构造的几何学形态、变形特征与机制进行了研究。研究结果认为，该反转构造为大安－德都断裂在中生代末期和新生代早期的主要变形模式，符合“逆断层－褶皱”构造的几何形态和变形机制。松辽盆地内部的构造变形主要集中在该构造反转带上。此外，重点选择了2条典型剖面开展了野外实验性浅层人工地震勘探。根据勘探结果并结合该地区第四纪地层厚度分析认为，广泛发育在背斜顶部且断错T06界面的小断裂可能代表了大安－德都断裂强变形带的最新活动性，勘探剖面揭示的上断点断错最年轻地层为中更新统，并据此初步判定该断裂最新活动时代可能为中更新世。此外，综合人工地震勘探结果、现代地震活动性和震源机制解研究结果认为，大安－德都断裂的“逆断层－褶皱”构造反转带最新的活动已明显影响到了近地表的反射层，清楚断错了早－中更新世地层，控制着断裂附近中强地震的发生，是松辽盆地内部或整个东北地区重要和典型的发震构造之一。

松辽盆地大安－德都断裂地震勘探中新生代反转构造变形机制地震地质

0　引言

松辽盆地是中国东北地区的一个中新生代大型陆相伸展盆地（方立敏等，2003；陈娟等，2008；唐克东等，2011），盆地的构造活动对盆地的形成和演化起着直接作用。传统观点认为，该盆地经历了伸展裂陷、热冷却拗陷和反转褶皱等多个阶段（迟元林等；2002；李娟等，2002）。反转褶皱主要是指伸展盆地中地堑、半地堑构造系统遭受挤压作用所产生的压缩构造，它一般经历了拉张断陷，稳定拗陷及挤压反转3个演化阶段，而且在挤压反转阶段多通过褶皱背斜和逆断层的组合构造样式出现（刘见宝等，2010；Yin et al．，2012）。前人对松辽盆地反转构造的研究主要集中于构造的反转样式（方立敏等，2003）和开始时限（杨文采，1989；方石等，2007）等问题。关于该反转构造的几何形态、构造特征与变形机制缺乏较系统的研究。大安－德都断裂（又叫克山－大安断裂）位于松辽盆地内部，呈NE向纵贯盆地，是盆地内部规模最大的断裂（图1），因受新生代早期强烈挤压作用影响发育了典型的反转构造。部分学者（汪筱林等，1994；韩国卿等，2012）认为，大安－德都断裂、依兰－伊通断裂和敦化－密山断裂一起构成了“郯庐断裂系”的北段，对松辽盆地进行着强烈的改造。

图1　松辽盆地大地构造背景（修改自迟元林等，2002；葛荣峰等，2010）Fig．1　Tectonic setting of the Songliao Basin（modified from CHI Yuan-lin et al．，2002；GE Rong-lin et al．，2010）．

大安－德都断裂呈NE向从松辽盆地内部横贯而过，总长度约600km，分为多条规模不等的分支断裂，一般向东倾，倾角较陡。据区域布格重力和航磁异常（黑龙江省地矿局，1998）分析，该断裂属于壳断裂。断裂形成于晚印支期，中、晚燕山期活动强烈，喜马拉雅期活动减弱（黑龙江省地质矿产局，1998）。根据跨断层钻孔研究结果推测，新生代晚期以来可能断裂活动较弱（黑龙江省地质矿产局，1998）。因第四系覆盖严重，缺乏地质露头，加之其他因素的影响，对该断层新生代以来的几何学特征、构造变形和机制以及地震危险性等研究工作相对滞后。因此，通过大安－德都断裂去研究盆地北部反转构造的变形特征及其地震地质内涵，有助于科学理解活动地块内部新构造变形过程以及在此构造变形约束下的地震活动特征。也对全面探索和研究松辽盆地新生代以来的演化特征、动力学机制和中新生代东亚大陆边缘的地质演化格局、深部地质构造、地壳演化与浅部地质响应（吴福元等，1999）等重要地球科学问题具有一定意义。

基于此，本次工作系统收集和解译了区域地震反射大剖面，通过对研究区的T06、T1、T11、T2、T3、T4和T5等7个地震反射层位的追踪解释，并利用石油钻井资料的深度、波速值和地质年代数据作为标尺，对重点反射层的层位深度和地质年代进行了重新厘定。然后对松辽盆地中新生代反转构造的几何学形态、变形特征与机制进行了重点研究。同时，以大安－德都断裂为例，通过实验性浅层人工地震勘探研究了反转构造和广泛发育在背斜顶部且断错T06界面的小断裂之间的关系，进而分析了该断裂中生代末期和新生代早期的主要变形模式以及最新活动特征。

1　松辽盆地的几何结构和构造演化变形过程

松辽盆地所处大地构造位置比较复杂（图1），位于中亚造山带的东段，盆地南部坐落在华北板块北部陆缘增生带。盆地基底的形成是西伯利亚板块和华北板块的拼合、中亚造山带生长过程的有机组成（赵越等，1994；余中和等，2001；裴福萍等，2006）。在蒙古－鄂霍次克海闭合与伊泽纳奇板块斜向俯冲联合作用下，中国东北受到强大的右旋压扭力偶作用，对松辽盆地基底产生深刻的改造。

松辽盆地平面形态总体呈NE向展布，内部断裂构造主要以NE向为主（图1）。其中，依兰－伊通断裂和白城－嫩江断裂分别构成了松辽盆地的东、西边界，大安－德都断裂发育于盆地中央，走向与依兰－伊通断裂和白城－嫩江断裂基本一致（图1）。因地处第四系覆盖区，地表沼泽植被发育，这些断裂多根据深部地震反射（杨宝俊等，1996，2003；Liu et al．，2005；单伟等，2009）得出，地表缺乏明显的露头和地形地貌位错迹象。盆地的西边界为嫩江－白城断裂，走向约N40°E，总长约650km，是大兴安岭地块和松嫩地块的重要边界断裂（图1）。盆地的东边界为依兰－伊通断裂（图1），该断裂走向约N50°E，总长约800km，是郯庐断裂带北段的重要分支断裂之一（徐嘉炜，1992），也是划分中蒙和中朝2个活动地块的重要边界断裂（张培震等，2003），和敦化－密山断裂一起构成了郯庐断裂北段的主体部分（徐嘉炜，1992）。

松辽盆地在热隆张裂基础上开始断陷、拗陷、反转3期演化，分别对应断陷、拗陷和反转3大构造层（徐嘉炜，1995；方立敏等，2003）。本次工作在北部地区布设浅层物探测线30条（图2，3），其中NW向20条，NE向10条。总结30条剖面上的探测结果可知，围绕断陷、拗陷、反转3期、3套性质不同的变形过程形成垂向3套断层体系（图4），并综合研究区前人年代测试结果（方立敏等，2003；刘招君等，2011）和本次收集的钻探资料（收集的钻孔位置分布见图3）结果，划分这3期断裂分别为基底－营城组断裂系（Ⅰ）、登娄库组－嫩江组断裂系（Ⅱ）和四方台组－更新统断裂系（Ⅲ）。但因不同断裂体系的变形时期及变形性质不同，断裂的几何学特征存在差异。

图4中，Ⅰ型断裂为断陷期断裂，其向上断穿至T4（K1）反射层，向下断穿T5（K1）反射层，Ⅱ型断裂为拗陷期断裂，其主要断穿某个或某几个反射层拗陷期沉积的地层，Ⅲ型断裂为反转期断裂，其向上断穿T06（K2）反射层，向下断穿T1（K2）或T11（K2）反射层，Ⅰ－Ⅱ型断裂主要指在断陷期和拗陷期活动的断裂，主要断穿T2～T5（K1）反射层，表现为断陷期和拗陷期持续活动，Ⅱ－Ⅲ型断裂为拗陷期和反转期断裂，主要断穿T06～T2反射层，表现为拗陷期和反转期持续活动，Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ型断裂是指在断陷期、拗陷期和反转期均活动的断裂，其在垂向上断穿T06～T5的所有反射层，表现为断陷—拗陷—反转期均活动的特征。

图２　研究区地貌特征与断裂构造图Fig.2 The topographical features and fault structures of the research area.

　图３　研究区钻孔和测线分布位置图Fig.3 The location of drill holes and survey lines in the research area.

图4　研究区剖面断裂体系划分图Fig．4　The cross-section map showing division of fault systems of the research area．

基于Landmark石油分析软件，同时配合地层和构造资料，可以得到这3期断裂的发展演化和活动时间的剖面断裂体系划分图（图4）。该图表明断陷期断裂多位于盆地底部，正断性质，发育时间最老，断裂深度最深，影响地层最多；拗陷期断裂主要发育于盆地中部，发育时间多为白垩纪中期，正断性质，断裂深度较浅，影响地层比较少；反转期断裂主要发育于盆地上部，尤以大安－德都断裂体现得更加明显，发育时间较短，深度较浅，向深部延伸有与断陷期断裂归并的趋势。反转构造在浅部的主要表现形式为反转褶皱构造，逆冲挤压性质，浅部地层发生了明显的挤压褶皱变形。根据地层年代可知，这套反转褶皱构造主要发育于晚白垩纪。但是，这套反转褶皱的变形机制是怎么样的？是否影响到了新生界，特别是是否影响了第四系？又代表了一种什么样的地震地质内涵？这些问题，对于科学理解和把握松辽盆地北部的地震地质格架意义重大。因此，本文将以大安－德都断裂反转构造为例，对松辽盆地北部广泛发育的反转褶皱构造进行讨论和研究。

2　大安－德都断裂反转构造的结构特点与运动性质

2.1反转构造的几何结构特征

大安－德都断裂带受到反转期右旋压扭变形在局部区域形成反转构造，图5（a，b，c分别表示3条典型测线揭示的断层剖面）中黑虚线框标所示，主要表现为地层变形和反转断层与褶皱构造的产生。因此，将各个剖面反转变形的位置进行界定，并且在平面上勾画成带，便得出平面上反转带的发育情况。图6中，研究区主要有1个反转强变形带位于研究区中部，呈NE方向展布，宽度为19～30km。若将此反转变形带下面的主干断层进行地表投影，所得到的大安－德都断裂几何分布位置与强变形带吻合较好（图6）。

图5a　大安－德都断裂构造反转带典型剖面图（EW02）Fig．5a　The typical cross section of inversion structure belt in the Da′an-Dedu Fault（No．EW02）．

图5b　大安－德都断裂构造反转带典型剖面图（EW05）Fig．5b　The typical cross section of inversion structure belt in the Da′an-Dedu Fault（No．EW05）．

图5c　大安－德都断裂构造反转带典型剖面图（EW08）Fig．5c　The typical cross section of inversion structure belt in Da′an-Dedu Fault（No．EW08）．

图6　研究区大安－德都断裂强变形带分布及震源机制解图（左上震源机制解为研究区大庆MS5.1地震的结果）Fig．6　Distribution of strong deformation zones and earthquakes along the Da′an-Dedu Fault in the research area（The focal mechanism at the left top is for the MS5.1 event in Daqing area）．

该反转构造带的形成与断陷层地堑和基底深大断裂相关。由剖面图（图5a，b，c，测线位置见图3）上可以看出，反转构造发育的位置恰为中部地堑发育区，且发育的宽度与地堑宽度相对应。由平面图上来看，反转构造带的边界受控于基底深大断裂（大安－德都断裂）。在先期存在的基底深大断裂的控制下，受到区域性右旋压扭应力的作用，形成NE向展布的背斜，连成“长垣”，即大庆油田当前的采油区。

在区域性压扭应力场的作用下，虽然都为反转构造带，但反转构造带内部不同部位的反转强度是有较大差别的，本次研究按照反转构造带中地层变形强度显著增强的转折部位划分为强变形带（即图5a，b，c中黑色框线所代表的部分），图6中变形带的边界范围由蓝色线条表示。从几何形态上看，该强变形带整体走向为NNE，宽度范围为20～30km，东部基本直线展布，西部沿2个鼻状构造向其高部位收窄，整体范围与T06反射层高部位吻合较好。根据深部石油物探剖面（图5a，b，c黑色虚线所示）揭示的结果和图6所示的平面变形带范围可知，大安－德都断裂在研究区范围实质表现为一个宽泛的断裂带。

2.2大安－德都反转构造的演化历史分析

从平面分布来看，构成NNE向展布的反转构造带，表明挤压应力方向为NWW－SEE向（Song，1997；Hu et al．，1998）。反转构造几何学定量分析表明盆地东部反转率要大于西部（Song，1997），裂变径迹研究也表明，盆地东部抬升时间比西部早，东部剥蚀量大于西部（向才富等，2007），这些研究成果说明挤压应力主要来源于盆地东部。方立敏等（2003）认为，区域性地幔隆起的衰减和回落导致脆性地壳产生挤压应力形成相应的收缩反转构造，Otsuki（1997）则认为主要与板块俯冲加速有关。综合前人资料认为，这一挤压构造事件并非偶然，而是与中国东北晚白垩纪末期广泛发育的挤压逆冲事件相呼应，被称为“嫩江运动”。现有研究表明，四平市石岭子镇佳木斯－伊通断裂大型逆冲断层系和断层相关褶皱、桦甸县敦化－密山断裂“逆地堑”、沈阳－哈尔滨逆冲断裂等都表现出逆冲运动的特征（王书琴，2012），在四平和伊通县的野外工作也有类似的发现。这些现象显然反映了“嫩江运动”同时期的构造影响。这一广泛的挤压逆冲事件可能与伊泽纳奇板块消亡、太平洋板块开始俯冲这一转换过程中的相关地质过程有关。研究表明，伊泽纳奇板块和太平洋板块之间的洋中脊在85Ma左右开始俯冲（Wallis et al．，2009），洋脊及其附近大量的海山和洋底高原在俯冲带潜没时常发生地体拼贴，引起弧后地区的挤压事件。因此，松辽盆地的构造反转可能是古太平洋构造域向太平洋构造域转换的产物。新生代松辽盆地已不再是东北地区伸展构造的中心，期间受到多次微弱的挤压和伸展交替的构造旋回，零星的新生代沉积被长时间剥露剥蚀形成的不整合面所分隔，这一过程受控于太平洋板块的俯冲，属于太平洋构造域。

石油反射剖面清楚表明（图5a，b，c），晚白垩以来松辽盆地开始遭受一系列脉冲式挤压应力作用，使早期同沉积正断层复活逆冲，形成正反转构造，并使坳陷层发生褶皱，形成盆地浅部重要的构造样式，大安－德都断裂晚白垩以来的构造变形主要以这个构造样式为主。嫩江组沉积末期的挤压作用对盆地中、东部影响较大，造成盆地东部坳陷层的褶皱抬升和剥蚀（图5a，b，c），产生于晚白垩时期的区域不整合面，反映在石油剖面中的典型特征就是大量发育的断错T06反射界面的小断层。新生代期间盆地经历了数次微弱的挤压与伸展的交替作用，沉积范围萎缩，且伴随长时间的暴露剥蚀（方石等，2007；向才富等，2007），其直接的地层响应就是古新统和始新统的缺失以及上新统的缺失，形成区域性的地层不整合。这一阶段的构造反转作用形成了大量断层复活型和盖层褶皱型反转构造（Song，1997），遵从了“逆断层－褶皱”变形模式（张培震等，1994；邓起东等，1994，2002；冉勇康等，2007；李安等，2011；冉勇康等，2012）。大量发育在背斜顶部且断错了T06反射界面的小断层，在剖面上与主干断层构成了“正花状”构造，实质上反映了断层的走滑为主兼逆冲的运动性质。这种“逆断层－褶皱”变形模式，既是对老构造的一种继承，表现为同一断裂上的多期活动，又是对老构造的一种改造，表现为由伸展运动到挤压运动的断裂活动性质改变。根据石油物探剖面解释成果所揭示的地层变形来看，该变形所影响的最老地层为上白垩统，古近－新近系变形明显，是否进入第四纪并造成第四系变形，受石油物探资料解释深度的局限性，目前还不得而知。但是可以明确的是，在松辽盆地北部，大安－德都断裂所发育的“逆断层－褶皱”构造变形带影响的地层是最年轻的，中强地震的孕震能力可能也是最大的，非常值得开展深入研究，讨论其新活动性。

2.3大安－德都断裂反转构造带的形成与演化机制讨论

综合分析收集到的深部地震反射剖面、石油钻孔资料、层序地层资料和研究区的区域大地构造背景资料认为，大安－德都断裂反转构造带的形成与演化机制可分为如下3个阶段：

（1）在断陷期（早白垩纪中期），古大安－德都断裂带发生正断变形，变形方式主要以地壳伸展为主，形成约20km宽的不对称半地堑（图7a）。断裂带的剖面形态呈现为“Y”字型，西支为主干断裂，东倾，切割最深，断错的地层最老，已经明显断错下白垩统的泥岩和砂砾岩（登娄库组）以及下白垩统的砂岩和砂砾岩（泉头组）。主干断裂以东分布了3～4条分支小断裂，与主干断裂的倾向不完全一致，向下延伸分别归并到主干断裂上。此外，受区域构造应力场作用的影响，断裂同时发生大规模的左旋走滑运动（Yin et al．，2012），但受图面所限，图7a中不做重点表现该时期的左旋走滑变形过程。受此时期的构造变形影响，古大安－德都断裂带形成沉积厚度最大的沉降槽（图7a），并开始不断接受沉积物的充填，形成巨厚的白垩纪泥岩和粉细砂岩，构成该同一地壳厚度中强度最软弱的地方。

（2）在拗陷期（早白垩纪末期），古大安－德都断裂带仍以左旋走滑运动和正断变形为主（图7b）。需要指出的是，此时期构造作用为辅，在该时期的变形过程中热冷却扮演了更加重要的角色，但受其强度的限制，该时期的变形幅度较断陷期已经大为减弱。断裂带的剖面形态仍表现出“Y”字型，基本继承和发展了断陷期的构造形态。断陷期形成的沉降槽，在拗陷期继续接受沉积物的沉积，沉积层厚度不断加大并接受同期的构造变形改造，使得该时期沉积的早白垩纪晚期粉砂岩强度进一步降低。

（3）构造反转期（晚白垩纪以来），受区域构造应力场改变的影响，区域处于挤压环境，古大安－德都断裂带的构造变形发生巨大的变化，从早期的断陷和拗陷发生构造反转，变为以逆断层和褶皱相伴生的地壳缩短作用为主，变形方式变为右旋走滑和挤压隆升（图7c）。在松辽盆地内部，受早期构造活动的影响，古大安－德都断裂带构成该地区上地壳深度最软弱带。由于该带上地壳物质的软弱，在变形过程中极容易形成宽缓的背斜构造，并沿着早期的正断裂发生构造反转，形成逆断层和褶皱构造样式。同时，在背斜核部的顶面附近发育诸多张裂隙或次级正断层。正如图7c所示，该时期的构造变形发生在松辽盆地上地壳最软弱的地方，致使古大安－德都断裂带发生了强烈的挤压缩短变形，使得断裂的剖面形态在原有形貌的基础上发生了重要的改变。西支仍为主干断裂，在此基础上发育了诸多新生小断裂，以花状构造为主要形态产出。图7c表明，上白垩统的砂岩和渐新统粉细砂岩以及更新统黏土，以“逆断层－褶皱”变形方式为主，浅部第四系中发育了同主干断裂倾向相反的张性小断裂。

综合本次物探剖面和如上3个阶段的构造变形机制及演化过程可知，松辽盆地内部的构造变形都发生在该构造反转带上。早期的断陷伸展和拗陷沉降，不断改造着中生代地层，使其强度不断降低。新生代早期的挤压作用，致使其强度进一步降低，并遭受强烈的挤压缩短变形。该时期的构造变形一直持续到晚新生代。而该构造反转带以外的地区，构造变形十分微弱，地层变形不甚明显。因此，可以初步判定，松辽盆地内部新生代晚期的构造变形和最新的地震活动也一定会发生在该构造反转带上，这也是比较具有代表性的东北地区中强地震的潜在震源区之一。

3　大安－德都断裂的新活动研究

前人研究结果（方石，2007）表明，研究区在古近－新近纪主要存在3次抬升和3次沉降：65.50～53.49Ma盆地降温、抬升，产生依安组和白垩系之间的不整合面；53.49～40.31Ma盆地升温、沉降，依安组沉积；40.31～36.18Ma盆地降温、抬升剥蚀，产生大安组和依安组之间的不整合面；36.18～5.83Ma盆地升温、持续沉降，大安组沉积；5.83～1.79Ma盆地降温、抬升剥蚀，产生泰康组与大安组之间的不整合面。1.79～？Ma盆地沉降，泰康组沉积。第四纪时期，研究区表现出“沉降—隆起—沉降—隆起”的活动模式。伴随此活动模式的就是松嫩古大湖的形成、发展和消亡的全过程，当然也有部分学者（杨秉庚等，1983；裘善文等，1984）认为，此大湖的消失主要是受区域性气候变化的影响。松嫩古大湖的变迁及平原的形成比较复杂，属于东北地学研究的基本问题之一（刘东生，1963；裘善文等，1984；夏玉梅等，1987；吴福元等，2003；裘善文，2008；裘善文等，2012），其形成、发展和消亡的过程有可能是构造和气候联合作用所致，但这不是本文讨论的重点。需要搞清的是，大安－德都断裂在这样的一个大背景下，它的新活动有什么特征？

古近纪时期，以大安－德都为代表的NE向区域断裂发生逆冲和走滑运动，形成了“逆断层－褶皱”这种独特的构造变形模式。石油地震反射剖面揭示的地层变形表明，研究区的这种构造变形始于嫩江组末期（约77Ma），发展于明水组末期（70～65Ma），并持续活动进入新生代，至少在石油物探揭示的最浅深度（古近系）内仍存在变形（这已经被前期工作所证实）。但石油地震深反射剖面有其反射深度的局限性（图3，8），对于研究区900～1 000m以上的地层变形特征无法揭示。特别是石油剖面中解释出的大量发育的断错T06反射界面的小断层，在新近系的延伸情况怎么样，究竟反映了什么样的区域构造演化特征？在第四纪的活动特征怎么样？反映了什么样的深部主干断层的活动特征？是否具备中强地震的孕震能力？这些地震地质相关的基础科学问题受研究条件的限制，一直比较滞后。为了解决这些问题，本次工作选择了剖面比较清楚的EW10号剖面（图8）和EW11号剖面（图10）（剖面位置见图3）进行了浅部人工地震实验性勘探（图9，11）。浅层地震测线布置在图8和图10的蓝色线框上部。

图8　研究区EW10号剖面石油地震反射剖面（蓝色框为实验性浅层人工地震勘探的位置）Fig．8　The typical oil seismic reflection profile of section line No．EW10 in the research area（blue box stands for the experimental shallow seismic exploration）．

图9　研究区EW10号剖面实验性浅层人工地震反射剖面（黑虚线表示第四系底界）Fig．9　The experimental shallow seismic reflection profile of section line No．EW10 in the research area（Black dotted line stands for the bottom boundary of Quaternary）．

实验性浅层人工地震反射剖面图11表明，大安－德都断裂（F1）分叉延深进入晚白垩纪地层后，西支基本终止于渐新统。东支主干断裂延伸进入古近系后，继续分叉延伸，正断性质。根据第四系底界（图9中的绿色线条）的连续性和完整性来看，最新的活动已明显影响到了近地表的反射层，清楚错段了早－中更新世反射层，早第四纪地层变形明显。此外，渐新统和上覆第四纪地层在探测区的西部存在明显的不整合面，这可能反映了继古近－新近纪比较强烈的挤压隆升构造变形之后，地层被剥蚀，之后又逐渐沉积了第四系。

图10　研究区EW11号剖面石油地震反射剖面（蓝色框为实验性浅层人工地震勘探的位置）Fig．10　The typical oil seismic reflection profile of section line No．EW11 in the research area（Blue box stands for the experimental shallow seismic exploration）．

图11　研究区EW11号剖面实验性浅层人工地震反射剖面（黑虚线表示第四系的底界）Fig．11　The experimental shallow seismic reflection profile of section line No．EW11 in research area（Black dotted line stands for the bottom boundary of Quaternary）．

实验性浅层人工地震反射剖面图11揭示的变形情况和图9基本一致。大安－德都断裂强变形带（F1）分叉延伸进入上白垩系之后，东支F1继续发育小断层。根据第四系底界（图9中的绿色线条）的连续性来看，该断层所影响地层可能没有进入第四系。西支的一个主要特点是主干断裂的倾向同东支发生变化，相对而倾，其上发育的次级断层逆冲性质，已经断错渐新统，似乎没有影响到第四系的底界。

根据前人研究结果（尉迟正荣，1930；裘善文，2012）①高振义，1978，松辽盆地北部区域水文地质条件，大庆油田水文地质大队，14—40．和本次钻孔结果可知，该地区的第四系厚度约为100m，下更新统、中更新统和上更新统的埋深厚度分别约60m、30m和10m，全新统缺失。图9中上断点埋深最浅位置45～50m，因此判断该断裂在EW10号测线附近最新活动时代可能是中更新世早期或者早更新世末期；图11中上断点埋深最浅位置110～100m，因此判断该断裂在EW11号测线附近的最新活动时代可能为早第四纪。因此，综合物探剖面和第四系厚度初步判断认为，该断裂可能晚更新世以来没有活动，但需要钻孔探测和年代学测试结果进一步确定。

此外，现代地震活动表明（图6），研究区地震事件少，震级低，活动水平整体相对较弱。自1973年有台网记录以来，研究区共发生MS≥2.0地震14个。其中，MS≥4.0级地震3个，最大震级为MS5.1。统计结果表明，研究区内总计14个地震，有13个分布于大安－德都断裂强变形带内及邻区，占地震事件总量的93%；只有1个MS2.1地震距离强变形带的位置相对较远，约50km。从现代地震震中分布来看（图6），大安－德都断裂强变形带的中部曾发生的最大地震震级为MS4.4。而在其北段的延长部分，分布了8个地震，最大震级为MS5.1。利用P波初动研究所得的该MS5.1地震震源机制解结果（图6，黄色表示膨胀区，红色表示压缩区，黑线表示断层节面）清楚表明，大安－德都断裂强变形带的类型为右旋走滑为主兼逆冲挤压。

因此，综合现代地震活动性和震源机制解研究结果可知，研究区内的大安－德都断裂强变形带对现代地震活动性具有较为明显的控制作用，这也进一步证明了图7关于该断裂反转带形成机制的分析结果和认识。同时，这也表明大安－德都断裂虽然现今活动强度不大，但其活动时代已经进入第四纪，而且具备中等强度地震的孕震能力及发震可能性。

4　结果与讨论

松辽盆地北部发育的中－新生代反转构造代表着盆地继伸展裂陷阶段、热冷却拗陷阶段之后的第3个构造演化阶段，是大安－德都断裂在中生代末期和新生代早期的主要变形模式。该模式符合“逆断层－褶皱”构造的几何形态和变形机制。在该变形机制影响下，大安－德都断裂现今构造变形表现出走滑兼逆冲的运动性质，浅深部几何形态表现为正花状构造，平面几何形态表现为宽约20km的强变形带。反转构造的形成可能与区域构造应力场的变化具有直接的关系（刘德来等，1996，1997，1999；吴珍汉，2001；孙晓猛等，2007）。它反映了区域地球动力学机制的重大改变。区域性伸展环境向挤压环境的重大改变形成了反转构造的独特结构特点，并使得区域性主要断裂的几何学与运动学特征都发生显著的变化。除了大安－德都断裂强变形带以外，东北地区其他区域性断裂如依兰－伊通断裂和四平－哈尔滨断裂的部分段落也发现了类似的构造变形特征（李思田等，1987；水谷申治郎等，1989；张庸等，1995；邵济安等，1996；吴福元等，1999；张贻侠等，1999；张庆龙等，2005；孙晓猛等，2007；刘俊来等，2008；唐大卿等，2009；叶高峰等，2009；葛荣峰等，2010；孙晓猛等，2010；王书琴等，2012）。因此，大安－德都断裂强变形带物探剖面所揭示反转构造的几何学与运动学特征在东北地区可能具有较强的代表性，值得深入开展研究工作。

根据野外实验性浅层人工地震勘探结果与第四系厚度值综合分析认为，广泛发育在褶皱核部顶端且断错T06反射界面的诸多小断裂代表了大安－德都断裂强变形带的最新活动性，其最新活动时间可能为中更新世早期或早更新世末期。现代地震活动性和震源机制解研究表明，该断裂强变形带对现代地震活动有着较为明显的控制作用。综合人工地震勘探结果和现代地震活动研究结果可知，大安－德都断裂“逆断层－褶皱”构造反转带最新的活动已明显影响到了近地表的反射层，清楚断错了早－中更新世地层，控制着断裂附近中强地震的发生，是松辽盆地或整个东北地区重要和典型的发震构造之一。进一步工作可在浅层人工地震加密勘探的基础上，主要借助钻孔联合剖面和年代学测试工作对其活动性进行重点研究，以期对其中强震的孕震构造和能力及地震危险性进行科学判断。

致谢本文的撰写过程得到了张培震研究员的悉心指导；所用石油地震反射资料处理工作得到了东北石油大学孙永河教授和胡明博士的协助，反射剖面的解译结果与东北石油大学吕延防教授、付广教授、孙永河教授和胡明博士进行了讨论；实验性浅层人工地震解译结果向中国地震局物探中心刘保金研究员、石金虎高级工程师进行了请教；审稿专家提出了宝贵建议，一并致谢。

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Abstract

Meso-Cenozoic inversion structures developed in northern Songliao Basin represent the third tectonic evolution stage of the basin following the rifting stage and the depression stage of thermal cooling．The paper collects systematically 30 regional seismic reflection profiles laid out to cover the Da′an-Dedu Fault and its adjacent143－D seismic projects，and on this basis，accurately tracks and interprets a total of seven seismic reflection horizons of T06，T1，T11，T2，T3，T4and T5．At the same time，geological age of key reflection horizons is re-determined based on 52 boreholes data，the distribution characteristics and pattern of different periods are analyzed，and the geometric configuration and deformation characteristics and mechanisms of Meso-Cenozoic inversion structures developed in the northern Songliao Basin are discussed in particular．The study concludes that the inversion structure is the main deformation model of Da′an-Dedu Fault in the late Mesozoic and early Cenozoic，which coincides to the geometric shape and deformation mechanism of the“thrust-fold”structures．

Based on the experimental shallow seismic exploration results of section line No．10 and No．11 in the research area，we find that the small faults，which are widely developed on the top of anticline and disconnect the reflection interface of T06，represent the latest activity of Da′an-Dedu Fault，and the deformed layer formed in mid-Pleistocene may indicate the latest activity time of Da′an-Dedu Fault，which is mid-Pleistocene．

In addition，according to the study on shallow seismic exploration results，modern earthquake activity and focal mechanism solutions，we strongly believe that the latest activity of“thrust-fold”inversion structures of the Da′an-Dedu Fault has an obvious effect on the near surface reflection layers，which offsets the lower-middle Pliocene and controls the moderate-strong earthquake activity of the research area and the adjacent areas．These structures should be regarded as one of the most important and typical seismogenic structures in the interior of Songliao Basin and in the Northeast China region．Based on this，we can understand scientifically the deformation process of the interior of Songliao tectonic block through the research of structural deformation of Da′an-Dedu Fault developed inside the block after the late Cenozoic era，and the future earthquake activities controlled by the Da′an-Dedu Fault．

THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS AND TECTONIC DEFORMATION MECHANISM OF INVERSION STRUCTURES IN NORTHERN SONGLIAO BASIN AND THEIR SEISMO-GEOLOGICAL SIGNIFICANCE：A CASE FROM DA′AN-DEDU FAULT

YU Zhong-yuan1，2）MIN Wei1）WEI Qing-hai2）ZHAO Bin2）MA Yan-chun2）
1）Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing100029，China
2）Heilongjiang Earthquake Administration，Harbin150090，China

Songliao Basin，Da′an-Dedu Fault，seismic exploration，Meso-Cenozoic inversion structures，deformation mechanism，geology of earthquakes

P315．2

A文献标识码：0253－4967（2015）01－0013－20

10．3969／j．issn．0253－4967．2015．01．002

余中元，男，1982年生，在读博士研究生，构造地质学专业，工程师，主要从事新构造与活动构造方面的研究，电话：010－62009006，0451－82662507，E－mail：yuyangzi9811＠126．com。

2013－09－02收稿，2014－06－19改回。

国家自然科学基金（41272235）与中国地震局地震行业科研专项（1521044025）共同资助。