渤海海域主要新构造活动断裂带

高战武 徐杰 赵铁虎 张力方 计凤桔 周本刚

1）中国地震灾害防御中心，北京市朝阳区民族园路9号 100029

2）中国地震局地质研究所，北京 100029

3）青岛海洋地质研究所，青岛 266071

4）中国地质科学院地质研究所，北京 104456

0 引言

渤海是一个伸入到中国大陆东部的陆表海，系由辽东湾、渤海湾、莱州湾和渤海海峡及其包围的渤中洼地组成的半封闭海盆。其海底开阔平缓，平均水深18m左右。但渤海在第四纪曾发生过多次海退，渤海海底在距今约1万多年前还曾露出水面，成为陆地（庄振业等，1999）。

在地质构造上，渤海位于新生代渤海湾盆地中段（主体部分）的东部和北段的南部，并有北北东-北东向的营口-潍坊断裂带（郯庐断裂带通过盆地部分）和北西西向的北京-蓬莱断裂带（张家口-蓬莱断裂带通过盆地部分）穿过海区，故区内地质构造相当复杂。渤海是华北新构造运动强烈的地区，现代地震活动亦频度高、强度大，在作为盆地沉积盖层的新近系-第四系中，断裂构造极其发育。一些研究者（邓起东等，2001；龚再生等，2001；朱伟林等，2009；李达等，2009；万桂梅等，2010；刘春成等，2010；李西双等，2010；徐杰等，2011、2015；余一欣等，2011；王应斌等，2012；詹润等，2013）从不同角度对渤海地区的新构造和活动构造作过不同程度的研究。己有研究表明，渤海新构造基本决定了油气田的最终定型和分布（朱伟林等，2009）；而地震也与新构造活动的断裂带关系密切，但新构造分布格局与古近纪盆地构造格局大不相同（徐杰等，2011、2015）。然而，至今仍有不少地震地质研究者秉持原有的认识，认为新构造运动是古近纪地壳伸展运动的延续，只是活动强度比之大为减弱而已，故在新构造分区、地震构造及地震安全性评价等研究中，还注重古近纪形成的盆地构造，笼统地认为第四纪活动的断陷主断裂与地震活动有关。为了推动渤海地区的新构造和地震地质研究，本文拟对控制该区新构造格局的主要活动断裂带进行较系统而深入的分析，以供大家讨论、参考。

1 新构造运动起始时间的确定

新构造是新构造运动产生的地质构造。对于渤海地区新构造运动的起始时间存在多种看法，如开始于新近纪（李达等，2009）或中新世（詹润等，2013）、上新世（朱伟林等，2009）等，也有认为自中新世开始而更新世末结束（王应斌等，2012）等。徐杰等（2015）根据渤海中部和济阳坳陷部分钻井的构造沉降史分析综合曲线、新构造圈闭形成时期和晚期油气成藏时间研究的结果（朱伟林等，2009）以及新近纪馆陶组和明化镇组地层岩相差异等，认为渤海地区新构造运动开始于中新世晚期（12～10 Ma BP），亦即明化镇组开始沉积时期。

中新世中期中国东部亦相应发生了一些重要的构造事件。鄂尔多斯周缘古近纪发育的断陷带，在中新世中期之后得到具有改造性的发展，且在鄂尔多斯东缘新产生了右旋拉张剪切性质的北北东向山西断陷带（国家地震局《鄂尔多斯周缘活动断裂系》课题组，1988）；东海陆架盆地在中新世中期，其构造性质由右旋拉张剪切转变为左旋挤压剪切（李家彪，2008；张训华，2008）。此外，徐杰等（2012）通过对新构造运动的动力条件进行研究后认为中国新构造运动的起始时间为15～10Ma。这些都可作为渤海地区新构造运动开始于中新世晚期的佐证。

2 海域新构造发育的地质构造基础

渤海所在的渤海湾盆地是中国东部一个大型的新生代裂陷盆地，其构造演化经历了古近纪断陷、中新世早期拗陷及中新世晚期至第四纪新构造发育3个演化阶段（徐杰等，2015）。

古近纪时，盆地区地壳在地幔隆起扩展导致北西-南东向水平拉张的作用下（徐杰，1986），沿一些中生代燕山运动形成的北北东至北东东向区域性逆断裂和平移逆断裂，如太行山山前断裂带、沧东断裂和营口-潍坊断裂带等拉张滑脱，与此同时还产生一系列新的正断裂（盆地基底断裂），在地壳浅层控制了60多个断陷盆地（凹陷，地堑）的发育，其中大多数是单边断陷（箕状凹陷，半地堑）。它们往往因成带（群）分布而构成坳陷，如渤海及其邻区的辽河、辽东湾、黄骅、济阳等坳陷，渤中坳陷位于这几个坳陷的围限区，坳陷间有沙垒田-埕宁等隆起相隔，使渤海湾盆地总体呈现多凹多凸、多坳多隆的复式盆-岭构造格局。凹陷内一般充填有2000～4000m厚的古近系。

渤海湾盆地古近纪构造以其中部的沧县隆起为界，分西部太行山山前伸展构造系统和东部伸展-拉分构造系统（图1）。后者由黄骅-济阳帚状分布断裂系和辽东湾-渤中帚状分布断裂系及两者帚头互为反向扣接组合而成，属于北北东向右阶错列分布的黄骅-德州-东明深断裂（陆克政等，1997）和营口-潍坊断裂带在区域北西-南东向拉张构造应力作用中发生右旋拉张剪切错动的产物（徐杰等，2002、2011）。同时有北西西向的北京-蓬莱断裂带穿插其中。渤海基本沿营口-潍坊断裂带及其南部西侧的拉分构造部位分布（图1）。古近纪的盆地构造成为渤海新构造发育的构造基础。

3 海域盆地沉积盖层断裂发育概况

渤海湾盆地从新近纪开始整体沉降而逐渐演变成统一的大型坳陷盆地，堆积了由新近系和第四系组成的盆地沉积盖层（简称盖层），呈面状覆盖于整个盆地的盆-岭构造之上，一般厚1000～1500m，渤海海域较厚，达1500～2500m，渤中凹陷最厚，达4400m左右。

渤海湾盆地在整体拗陷的过程中，自中新世晚期开始叠加区域新构造运动的作用，且越来越强烈。新构造运动不仅使古近纪形成的一些断陷主断裂（盆地基底主断裂）不同程度地发生重新活动，并且还由新构造应力场的初始应力作用而产生新的构造，它们都在盖层中出现相应的构造变形，所以盆地沉积盖层是新构造发育的最佳载体。因此渤海地区的新构造主要直观地反映为盖层中形成的构造。据中海石油研究中心勘探研究院的最新资料（图2），渤海地区沉积盖层的构造以断裂极其发育为主要特征（朱伟林等，2009）。

如图2所示，渤海盖层断裂数量极多，单条断裂除少数长度超过50km、个别长达100km以上外，其余长度都较小，估计大多数长10～50km，断距也不大。它们多具正断裂性质，但与纯伸展状态中形成的正断裂不同，伴有某种程度的平移特征（万桂梅等，2010）。

在平面分布上（图2），盖层断裂具多种组合型式，许多是孤立分布的单条断裂，其中有些近于平行排列；有些密集组成“断裂束”；有些则为一系列小断裂呈雁行排列；有的在某条“主干”断裂一或两侧伴以羽列次级断裂，等等。

在剖面中，盖层断裂大量呈分散的一条条断裂，但也有许多自下而上发散，数量由少而多，倾向相同或相对，组成一个个垂直向上的“断裂系”，其中有对称分布呈树枝形或非对称分布呈“Y”字形和耙形等（图3）；有的成花状构造（图4）。根椐我们曾经解释的辽东湾葵花岛油田三维地震探测资料取得的认识，平面上的一条“断裂束”，在剖面上对应于一个树枝形或“Y”字形等的“断裂系”，从三维空间看，它们实为新构造期形成的一条具一定规模的新断裂。为避免构造名称混淆，这里暂将其称作“新断裂构造”。

4 海域继续活动断裂与新生断裂

图1 渤海湾盆地基底断裂（断陷主断裂）构造系统的划分结果（徐杰等，2015）

综上所述，在图2的盖层断裂中，可以把长度长的断裂和规模大的“断裂束”推测为“新断裂构造”。其平面分布与盆地基底断裂有的一致，有的不完全一致，也有的完全不一致（图2）。从地震地质解释剖面上看，“新断裂构造”与盆地基底断裂的分布关系也可分3种情况（图3、图4），有的“新断裂构造”与基底断裂上下连接；有的“新断裂构造”与基底断裂无关，似为“无根”的构造；也有的基底断裂顶部没有“新断裂构造”。

“新断裂构造”与盆地基底断裂的上述空间分布情况，反映了它们之间的成因关系：前者“新断裂构造”是基底断裂再活动的产物；中者“新断裂构造”是新构造运动直接形成的；后者显示基底断裂在新构造期没有明显活动。这样，就可以按成因将渤海新构造活动的断裂分成两大类，一类是被利用（继承）继续（重新）活动的基底断裂，另一类是不受基底构造控制而新产生的断裂，故可将它们分别称为继续活动断裂和新生断裂。图5中大致表示了渤海地区这两类断裂的分布。

4.1 继续活动断裂

由图5可见，继续活动断裂数量多，有40多条，多数长度长，按走向可分北东-北东东、北西、北东（偏北）、近东西和北北东向5组。

图2 渤海海域盆地沉积盖层（N-Q）断裂与盆地基底主断裂分布

北东-北东东向继续活动断裂数量最多，一般长40～70km，个别长达100km以上，大多分布在渤海中段。其中主要有南大港、沙北、PL7-1、渤东2号、庙西2号和4号、渤南1号和2号及黄北断裂等，此外还有个别北东（偏北）向基底断裂中的北东-北东东向地段新构造期有活动，如渤东1号断裂南段和庙西1号断裂北段等（图5）。

NW向断裂数量较少，基本分布于渤海中段的西部和中部，长度较大，如海河、蓟运河、沙东、柏各庄、石臼坨3号和埕北等断裂。

值得指出的是，横穿营口-潍坊断裂带的NW向渤中2号基底主断裂在地震地质研究中颇受重视，被认为是晚更新世活动断裂。其实在该断裂上覆盖层中并无相应的构造形迹，相反，存在一些与之斜交的北东和北东东向断裂。这表明渤中2号断裂在新构造期已无活动，不是继续活动断裂，更不是晚更新世活动断裂。

图3 渤海海域地震地质解释剖面

图4 营口-潍坊断裂带北段花状构造剖面（朱伟林等，2009）

北东（偏北）向断裂数量少，主要分布于渤海北段辽东湾，如辽中1和2号、辽东及渤中1号等断裂，它们规模大，长达数十至百余千米。

近东西向断裂数量较少，分布于渤海中段及南段的莱州湾，如海4（歧口18-2）、沙南、黄河口、垦北、莱北等断裂。

图5 渤海新构造期主要活动断裂分布

北北东向断裂数量也较少，位于莱州湾，如BZ28、BZ23、BZ34、KL3、龙口1号和蓬莱1号等断裂，除龙口1号、蓬莱1号和KL3断裂规模较大外，其余都很小。

4.2 新生断裂

新生断裂推测有20条左右，以北东-北东东走向为主，大多分布于渤海中段，尤其是中段的东部（图5）。

5 海域主要新构造活动断裂带

上述继续活动断裂和新生断裂都是新构造期活动的主要断裂（图5），其分布具有成带性，据此在渤海地区可划分出一些新构造活动断裂带。

5.1 新构造活动断裂带的确定

前已述及，营口-潍坊断裂带是古近纪时对盆地构造发育起重要控制作用的构造带。位于辽东湾的北东（偏北）向和莱州湾的北北东向的继续活动断裂，都是营口-潍坊断裂带的组成部分，表明该断裂带是属于新构造活动的构造带。不过，断裂带南段被黄北和莱北等一些横向断裂分割改造成几节，故该段基本失去其整体的活动性，且以挤压性质为主，活动强度弱（朱伟林等，2009；徐杰等，2016）；只有断裂北段是统一的活动构造带（图6）。据己有研究，营口-潍坊断裂带北段总体为右旋逆平移活动（徐杰等，2009），但活动强度较弱，且随时间推移越来越弱，第四纪有微弱活动（朱伟林等，2009）。

北京-蓬莱断裂带是古近纪渤海湾盆地发育过程中起重要调整作用的横向构造带。它与营口-潍坊断裂带不同，不是一条连续的构造带，而是由近10条北西至近东西向次级断裂断续分布组成宽度较大的构造带。渤海中段的北西-北西西向继续活动断裂多属于北京-蓬莱断裂带，所以该带亦为新构造活动断裂带，以左旋正平移活动为特征（徐杰等，1998、2011；高战武，2001；邓起东，2006；万桂梅等，2010）。

由图5还可看出，在渤海中段的东部存在近20条北东-北东东向新生和继续活动的断裂，密集组成一条宽约60km的断裂带，走向N 45°E左右，徐杰等（2007）称其为庙（岛群岛）西北-黄河口断裂带（图6）。沿带在新近系-第四系中还发育有一系列圈闭构造组成的北东向圈闭构造带（图7）。1969年渤海7.4级地震的发震断裂（张四昌等，1995；徐杰等，2001）与之走向相符（徐杰等2007、2016），近期地震也沿其密集成带分布（图6），无疑它是一条地壳破裂带，具右旋平移性质（徐杰等，2007、2015）。庙西北-黄河口断裂带斜穿营口-潍坊和北京-蓬莱断裂带等先存构造发育，所以它是新构造运动形成的新生断裂带（徐杰等，2007、2009）。庙西北-黄河口断裂带与已被广泛认可的斜穿渤海湾盆地西部发育的北东向唐山-河间-磁县新生断裂带（徐杰等，1996）走向一致，性质相同（图6）。

据前述，渤海地区存在3条新构造活动断裂带，即右旋逆平移活动的北东（偏北）向营口-潍坊断裂带北段、左旋正平移活动的北西西向北京-蓬莱断裂带，以及右旋平移活动的北东向庙西北-黄河口断裂带，前两者为继续活动的断裂带，后者则是新生断裂带。不过，由于营口-潍坊断裂带北段新构造活动弱，而另两条断裂带活动性强，旋性相反，并且庙西北-黄河口断裂带是新产生的构造带，斜切北京-蓬莱断裂带，所以这两条断裂带构成一对以庙西北-黄河口断裂带为主的偏共轭活动构造带。渤海地区现代地震也基本沿这一对共轭活动断裂带分布，尤其是庙西北-黄河口断裂带（图6），而营口-潍坊断裂带北段几无强震，现今连小震也很少。

5.2 新构造活动断裂带发育的力学分析

根据渤海地区现代构造应力场主压应力轴分布的数值模拟计算结果（陈国光等，2004）、渤海海域盆地盖层断裂分布图像（图2）和中国新构造运动动力条件研究（徐杰等，2012）等的综合分析，渤海地区新构造应力场与现代构造应力场基本相似，以北东东-南西西至近东西向（北80°东左右）水平挤压作用为特征（徐杰等，2015）。

在此新构造应力场中，北西西向北京-蓬莱断裂带与主压应力轴夹角略小于45°，因此易发生剪切错动，成为左旋正平移活动断裂带；营口-潍坊断裂带北东（偏北）走向的北段与主压应力轴夹角稍大于45°，它较易发生剪切错动，成为右旋逆平移活动断裂带，但断裂带的北北东向南段与主压应力轴夹角明显大于45°，故承受的压力大，较难发生剪切错动，因此在南北两段之间走向转变的地段成了应力集中区，同时该地区还叠加了北京-蓬莱断裂带平移活动产生的应力，而这一地区正是2条先存断裂带交会的部位，地质构造复杂，地壳介质强度低，所以在此沿着一组最大剪切方向，新产生了北东走向的右旋平移性质的庙西北-黄河口断裂带。庙西北-黄河口断裂带的产生，不仅显著降低了营口-潍坊断裂带的应力，使之活动性减弱，而且与北京-蓬菜断裂带共同组成一对共轭活动构造带，成为控制渤海地区新构造活动和构造发育的2条主要的构造带。现代地震活动亦与这2条断裂带密切相关。

图6 渤海新构造期主要活动断裂带与地震震中分布

根据上述，渤海新构造发育的动力条件和构造应力场，与古近纪时盆地构造形成的动力条件和构造应力场（徐杰，1986）截然不同（徐杰等，2015）。盆地构造是受深部地幔隆起扩展导致地壳水平拉张而于地壳上部形成的伸展构造系统，新构造则是由区域地壳水平挤压作用产生的地壳共轭剪切破裂构造系统，它们分属2种不同体制的构造系统。在空间分布上，盆地基底断裂位于地壳上部，新构造活动断裂是地壳透入性的构造；新断裂发育对于先存的盆地基底断裂具有利用改造（继承）和新生的二重性。盆地基底断裂的再活动，仅是被新发育的断裂所利用（袭夺）来一起参与新构造活动（徐杰，2015）而已，所以盆地基底断裂虽然活动，但与地震关系不大。

图7 渤海东南部沉积盖层（N-Q）中形成的NE向圈闭构造带（据朱伟林等，2009）

6 结语

根据上述研究，可归纳出一些有参考意义的新认识。

（1）渤海所在的渤海湾盆地的构造演化经历了3个阶段，即古近纪断陷阶段、中新世早期拗陷阶段及中新世晚期以来的新构造发育阶段。

（2）渤海位于渤海湾盆地东部伸展-拉分构造系统的中段和北段，包含北北东向营口-潍坊断裂带，而北西西向北京-蓬莱断裂带亦横穿其中，盆地基底构造相当复杂。

（3）渤海地区新构造活动强烈，盆地盖层（N-Q）是新构造发育最直观的载体，其新构造以断裂极其发育为主要特征。盖层断裂是一些盆地基底断裂再活动或新构造应力场初始应力作用的产物。据此可将渤海新构造活动的断裂分为继续活动断裂和新生断裂。当然，也有某些基底断裂新构造期几无活动，如大家非常关注的北西向渤中2号断裂。

（4）渤海新构造活动断裂按走向分北东-北东东、北西、近东西、北东（偏北）和北北东向5组，它们展示出区内3条新构造活动断裂带，即北东（偏北）向营口-潍坊断裂带北段、北东向庙西北-黄河口断裂带和北西西向北京-蓬莱断裂带。

（5）营口-潍坊断裂带北段是继续活动构造带，呈右旋逆平移活动，活动性弱，且随时间的推移越来越弱；北京-蓬莱断裂带亦为继续活动断裂带，呈左旋正平移活动，活动性较强；庙西北-黄河口断裂带是新生构造带，呈右旋平移活动，活动性强。后两者构成渤海地区一对以庙西北-黄河口断裂带为主的偏共轭活动构造带。海区地震基本沿这对共轭活动断裂带分布。

（6）渤海地区新构造应力场以北东东-南西西至近北西向水平挤压为特征。庙西北-黄河口和北京-蓬莱2条断裂带基本是沿应力场中两组最大剪切应力方向发育的活动构造带。

（7）渤海地区新构造应力场与古近纪构造应力场完全不同。古近纪的盆地构造和新构造实为2种不同体制的构造系统，前者是受水平拉张应力作用在地壳上部形成的伸展构造系统，后者则是区域水平挤压应力作用形成的地壳共轭剪切破裂系统。虽然新构造发育会不同程度地利用和改造盆地基底断裂，但这些基底断裂也仅是被利用来参与新构造活动而已。