宝坻断层的几何学与运动学特征：兼论燕山褶皱带与渤海湾盆地的构造关系*

张煜颖 何登发, 2单帅强 崔永谦

1. 中国地质大学(北京)能源学院，北京 1000832. 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 1000833. 中国石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，任丘 062552

在伸展构造环境下，正断层对于上地壳尺度的形变起着主要的调节作用(Whippetal.， 2016)，盆地边界断层是伸展盆地构造变形和沉积充填至关重要的边界条件和控制因素(Peacock and Sanderson, 1991；Suppeetal., 1992; Xiao and Suppe, 1992; Shawetal., 1997; Walshetal.，2003; Cowieetal.，2005)。

大量学者通过钻井、地震、露头、深部地球物理、岩相学及年代学等手段对控制整个渤海湾盆地的边界断层开展了研究，建立了太行山山前断层(徐杰等，2000，2001；张家声等，2002；李松林等，2011；杨晓平等，2016)和郯庐断裂带(Xuetal.，1987；Zhuetal.，2005，2010; Chenetal.，2006；Wang，2006)的几何学模型及其中生代以来的构造演化模型，揭示了渤海湾盆地构造演化的的主控因素及其与太行山隆起的耦合关系。对盆地内部边界断层，得益于石油工业地震及钻井资料，结合岩相学及地球物理学等方法，往往能建立较为精细的断面几何学、运动学模型，进而讨论正断层的生长发育模式及盆地的构造演化，例如窦立荣(2000)通过对二连盆地边界断层平面几何学及沉积地层厚度的分析，讨论了边界断层生长发育过程及其对油气系统的控制，桂宝玲等(2012)通过对渤海湾盆地大兴断层几何学的分析及其运动学的正演数值模拟，讨论了其对廊固凹陷形成演化的控制及成因机制的约束，Gaoetal.(2014)基建立了渤海湾盆地民丰洼陷的三维几何学、运动学模型，Guietal.(2014)通过伸展断层相关褶皱理论对松辽盆地彰武断陷生长地层进行了精细分析，建立了彰武断陷侏罗纪以来的构造-沉积演化模型。

盆地与相邻造山带之间在时-空上是相互关联、相互制约的，他们之间的构造关系和相互影响是对深部物质运动过程的反映。自Wong (1926，1927，1929)提出燕山运动以来，众多学者应用基于露头的构造地质学分析、地球化学分析及基于地震台网的接受函数分析等手段，对燕山造山带的地壳厚度、岩浆岩活动、构造运动期次及时限、构造地层层序、构造格架及成因机制等进行了大量的研究(任纪舜等, 1990；赵越等，1994，2004，2006；王瑜，1996，1998; Davisetal., 2001；张长厚等，2004a，b，2012；吴福元等，2008；张宏仁等，2013；Lietal.，2016；王瑜等，2018)。周立宏等(2003)基于渤海湾盆地内地震勘探及解释结果，讨论了渤海湾盆地燕山期的构造特征；李伟等(2010)通过对渤海湾盆地大量地震测线的分析解释，将渤海湾盆地燕山期构造演化划分为燕山早期(侏罗纪)、燕山中期(早白垩世)及燕山晚期(晚白垩世)三个主要阶段，并讨论了各个期次的构造特征及盆地转型；何登发等(2017, 2018)基于冀中坳陷内大量的钻井及三维地震资料，通过对冀中坳陷内古潜山地层系统、断裂系统、三维地质结构及成因机制等方面的分析，认为冀中坳陷内潜山经历了前中生代建造形成、侏罗纪晚期挤压、白垩纪-古近纪多幕伸展裂陷和新近纪-第四纪热沉降埋藏的形成过程。

宝坻断层分割了燕山中段南部与渤海湾盆地北侧，掩伏于新近系-第四系之下，未出露地表，控制了冀中坳陷北部武清凹陷中-新生界的沉积。其几何学、运动学特征是讨论武清凹陷构造演化及燕山褶皱带-渤海湾盆地耦合关系的重要基础。本文通过对武清凹陷内80余条全长约3000km的地震测线及30余口钻井资料的研究，结合区域地质填图成果，建立了冀中坳陷北部边界断层——宝坻断层的三维断面模型，分析了其几何学、运动学特征及其对武清凹陷构造演化的控制，并进一步探讨了燕山褶皱带与渤海湾盆地之间的构造关系。

1 区域地质背景

1.1 构造背景

渤海湾盆地是中国东部典型的陆内裂谷盆地(李德生，1982；何登发等，2017)，其北缘与燕山褶皱带相邻，西侧以太行山山前断层为界与太行山隆起相邻，南界为鲁西隆起，东界为郯庐断裂带(图1a)。渤海湾盆地西北隅既是盆-山结合的关键部位，又处于燕山造山带与太行山隆起相交、构造方向由北东向转为近东西向的部位，同时也是古亚洲洋构造域与太平洋构造域的交叠部位(张长厚等，1996，2006，2011；翟明国等，2004；Yin, 2010)。

图1 渤海湾盆地大地构造位置(a)及燕山褶皱带南部与渤海湾盆地西北部结合带地质简图(b)图6、图7、图8剖面位置见此图Fig.1 Tectonic settings of the Bohai Bay Basin (a) and geological map of the southern Yanshan Fold Belt and the northwestern Bohai Bay Basin (b)

宝坻断层是渤海湾盆地冀中坳陷(图1a)北部武清凹陷北缘(图1b)的边界正断层，其生长发育直接控制了武清凹陷的沉积和构造演化。若以宝坻断层为界，其北侧的燕山褶皱带中段整体以近EW走向构造为主导(张长厚等，2004a)，其晚古生代以来所经历的构造变形主要有以下三期：1)270～200Ma在由北向南的挤压作用之下(王瑜，1996，1998)，发生涉及中地壳层次的韧性剪切变形，伴随大量岩浆活动的出现(王瑜等，2018)；2)其后在185～160Ma的(Chen，1998)的挤压作用下受制于早期构造发育向南或向北逆冲；3)148～132Ma受主体向南挤压的构造活动影响，平面上表现为显著的右行走滑，剖面上表现为向北和向南的逆冲运动(张长厚等，2004a)。而宝坻断层南侧的冀中坳陷北部以新生代以来的NE-NNE走向伸展构造为主导，主要经历了以下三个构造演化阶段：晚侏罗世-早白垩世NW-SE向挤压(翟明国等，2004；Caoetal., 2015)，导致前中生界大量剥蚀(杨明慧等，2001；孙冬胜等，2004);古近纪大规伸展，由NW-SE向逐渐转为NNW-SSE向(Allenetal.，1997；杨明慧等，2001；何登发等，2017，2018)，新近纪-第四纪裂后热沉降。

宝坻断层所分隔的冀中坳陷和燕山褶皱带中段(图1b)，无论在构造变形特征还是在构造活动时期上都存在明显的差异性。研究宝坻断层及其所控制的武清凹陷的地质结构和构造演化，对揭示和理解燕山造山带陆内变形及其与渤海湾盆地的耦合关系有着重要意义(周立宏等，2003；李三忠等，2010；朱日祥等，2012)。

1.2 地层特征

据区内钻井资料及前人研究，武清凹陷内地层纵向上包括太古宇、中-新元古界、古生界、中生界和新生界5个构造层(华北石油勘探开发设计研究院，1982；李江海等，1998；杜金虎，2002；Zhaoetal., 2015；何登发等，2017，2018)。其中，中-新元古界又分为长城系、蓟县系和“待建系”；古生界发育有寒武系、中-下奥陶统、中-上石炭统和二叠系，普遍缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统；中生界包括三叠系、侏罗系和白垩系，新生界包括古近系、新近系及第四系(图2)。

图2 武清凹陷综合地层柱状图Fig.2 Straitigraphic column of the Wuqing sag based on well data

太古宇为深变质岩，岩性以花岗片麻岩为主，也发育有黑云母片岩及角岩、角闪片岩，还夹有花岗闪长岩、闪长岩、角闪岩等。中-新元古界是一套以海相碳酸盐岩为主的沉积，层序较为完整，地层厚度巨大，累计钻厚在4000m以上，岩石基本未发生变质(杜金虎，2002；杜金虎等，2012)。长城系底部为滨岸相沉积，顶部为局限台地环境下发育的碳酸盐岩，厚度变化范围为1093～2445.5m。蓟县系沉积环境为局限台地，地层厚65～2300m。古生界寒武系-奥陶系岩性较为稳定，同样以碳酸盐岩沉积为主，沉积相主要为开阔-局限台地，地层厚度380～2102m(杜金虎，2002；吴孔友等，2010a，b)。石炭-二叠系为一套海陆交互相沉积，地层厚度变化范围在418～1768.5m之间(杜金虎，2002；赵贤正等，2010, Zhaoetal., 2015)。中生界厚度308～917m，以砂岩、泥岩、砾岩等碎屑岩为主，顶、底部见安山岩，另有凝灰岩、角砾岩薄层，局部见火山岩。

新生界古近系自下而上沉积了孔店组(Ek)，沙河街组四段(Es4)、三段(Es3)、二段(Es2)、一段(Es1)和东营组(Ed)等几套河流相和湖泊相地层，厚度变化较大；新近系主要沉积为馆陶组与明化镇组的河流相砂泥岩沉积；第四系平原组主要为砂岩，砂质粘土及耕植土(杜金虎，2002；Minetal.，2015；徐杰和计凤桔，2015)。

与燕山地区出露的地层对比，两者前中生界沉积从沉积时间、沉积厚度到沉积均有较高的相似性，但自中生代以来，燕山地区与武清凹陷内的地层发育出现了较大差异。燕山地区多处出露中生界，且厚度远大于武清凹陷(图3)。其中三叠系主要发育砂岩，由下至上粒度变细，中间夹有少量页岩和粉砂岩；侏罗系底部为一套火山碎屑岩，上部发育大套砾岩，粒度下粗上细，中间夹有少部分砂岩、粉砂岩和泥岩；白垩系底部同样为一套火山碎屑岩，向上过渡为砂岩，二者之间发育有薄层砾岩(赵越，1990；渠洪杰等，2006；许欢等，2011)。燕山地区古近系-新近系大面积缺失，而武清凹陷内发育>5500m的古近系裂陷沉积和>3000m的新近纪沉积。第四系在燕山地区局部沉积，而覆盖于整个武清凹陷之上。

图3 武清凹陷钻遇地层与燕山褶皱带地层对比图(过苏50井、新葛4井、杨1井及王4井)Fig.3 Correlation profile of strata between Wuqing sag and Yanshan Fold Belt (crossing Su 50 well, Xinge 4 well, Yang 1 well and Wang 4 well)

2 宝坻断层几何学与运动学特征

2.1 宝坻断层的几何学特征

断层面在空间上可视为由多个横向或纵向轴面分隔的复杂曲面，其中与断层走向一致的横向轴面刻画了断层垂向上倾角的变化特征，而与断层走向垂直的垂向轴面标志着断层走向、倾向的明显改变，因而也是断层分段的证据之一(桂宝玲等，2012)。复杂的大型边界正断层往往是由多条较小的断层在生长过程中连锁形成的，因而其拓扑形态的最终形成与其演化过程有着密不可分的联系(Peacock, 2002; Cowieetal.，2005)。

为了更好地理解宝坻断层的三维空间结构及其对盆地的控制，通过对武清凹陷内80余条全长约3000km二维测线的精细构造解释，基于凹陷内30余口探井合成记录所建立的速度场，建立了其三维断面模型(图4a)。宝坻断层整体走向近EW，倾向SSE，延伸长度约68km，最大位移达14.2km。其几何结构在横向上表现出明显的段落性，平面上近似弧形，垂向上整体表现为上陡下缓的犁式正断层，部分位置表现为坡坪式正断层。

图4 宝坻断层三维构造模型及切层线投影(a)、倾向平面投影(b)及倾角平面投影(c)Fig.4 3-D structural model with displacement projection (a), dip map of (b) and dip azimuth map (c) of the Baodi fault

图5 宝坻断层位移距离曲线Fig.5 Displacement-distance profile of Baodi fault

宝坻断层的三维结构模型清晰地显示了以下几个特征：垂向上以上陡下缓的犁式结构为主；横向上分段性明显，以3个上凸型垂向转折轴面分为4个较小的弧形段，自西向东记为西一段、西二段、中段及东段，每段内部还存在多个垂向转折，对应与平面断层曲线上的锯齿状转折；滑脱面深度随着横向上的分段变化明显，西一段及西二段滑脱面呈较为整体的下凹弧面，深度达14km，该滑脱面同时也是大兴断层、河西务断层等的滑脱面；中段滑脱面独自呈下凹柱面，通过两个上凸垂向轴面与相邻滑脱面分隔，深度达15km；东段滑脱面整体较平，深度明显低于其他段，约10km。

宝坻断层倾角变化范围为0°～65°(图4b)，其变化特征主要可归纳为两类：一类是上部高陡，且倾角很快变缓至<10°，横向上存在较大转折的陡倾型；另一类是上部相对较缓倾(30°～50°)，且断层进入滑脱面的过程较为平缓的缓倾型。西一段、西二段西侧、中段东侧为陡倾型，西二段东侧、中段西侧与东段为缓倾型。

宝坻断层的断面倾向主要分布于100°～250°区间(图4c)，这与宝坻断层走向上整体近EW向的特征相吻合，但是从其平面分布特征来看，可将其划分为180°～250°及100°～180°两个区间，随着断层段的变化，这两个区间交替出现，对应各段本身的弧形特征。其中西一段上部弧形特征不明显，断面整体较平，倾向分布于150°～200°范围内，主体倾向S；西二段、中段及东段均表现出西侧倾向集中于100°～180°范围，东侧倾向集中于180°～250°范围的弧形特征，且从断层上部至进入滑脱面均存在这一特征。

2.2 宝坻断层的运动学特征

剖面上，宝坻断层上盘的褶皱变形与其本身形态关系密切，其中新生界沉积地层表现出明显的生长特征。宝坻断层本身多段、多次横向转折的几何学特征及其上盘地层结构的复杂变化表明其现今结构受多期构造作用叠加影响，其现今断面的形成是多个断层段横向生长、连锁成统一断面的过程(Jacksonetal., 2013；Boninietal.，2015； Khanietal., 2015)。

宝坻断层整体位移存在明显的分段性，且这一分段特征与其几何学上的分段有着较好的相关性(图3、图4)。宝坻断层最大位移达14.2km，发生于西二段东侧，各段中西一段位移最小，最大处为3.8km；中段最大位移为13.4km，发生于中段西侧；东段最大位移为7.9km，发生于东段西侧。

宝坻断层古近系底面位移-距离曲线呈现清晰的四段式结构，各段之间由位移低值点分隔，每一段各呈钟形，据此推测沙河街组沉积期可能是宝坻断层由多个断层段经横向生长逐渐连锁成整体断面的时期。但同时，古近系底面位移始终大于东营组底面位移，沙河街组地层岩宝坻断层上盘始终在增厚，说明至东营组沉积之前，各个分段的连锁已经完成，整体断面已经形成(图5)。

图6 燕山褶皱带中段南部-武清凹陷地质廊带图(a)、AA’构造地质剖面(b)及武清凹陷地震剖面YC516.2 (c)Fig.6 Geological corridor map of Central Yanshan Fold Belt-Wuqing sag (a), geological profile AA’ (b) and seismic profile YC516.2 in Wuqing sag (c)

东营组底面最大位移为8.9km，发生于西二段东侧，其位移距离曲线的分段性明显弱于古近系底面，整体更接近于三段式结构，表明宝坻断层西二段与中段在东营组沉积期以整体形式控制上盘地层沉积。此外，东营组沉积期，宝坻断层东侧端点以西约8km处断距已减为0，表明其最东段该期已经停止活动。

新近系底面最大位移为4.3km，发生于中段中部，宝坻断层新近纪活动已经明显减弱，且断层端点收缩，其中西侧长约5km和东侧长约16km的断层段已停止活动。

3 燕山褶皱带中段南部与武清凹陷的地质结构特征

3.1 剖面地质结构特征

燕山地区上地壳物质组成主要为相对坚硬的结晶基底及稳定的沉积盖层(张长厚等，2011)，对于燕山地区的深部地质结构，众多学者通过深反射地震剖面(熊小松等， 2011；Zhangetal.，2014)、接收函数波形反演(Chen, 2010)、剪切波波速及射线各向异性成像(Zhengetal.，2007, 2017)等方法进行了讨论。多种深部地球物理资料反映，燕山中部南段上地壳厚度较为稳定，由北向南逐渐加深，深度约8～12km，向渤海湾盆地过渡后，上地壳厚度明显增加，武清凹陷内厚度约20km，上地壳内部存在清晰的分层结构(李秋生等，2008；齐刚等, 2015；王椿镛等，2017)。基于这一特征，联合燕山地区地质图及武清凹陷内地震剖面，建立了燕山褶皱带中段南部-武清凹陷构造地质剖面(图6b)。

燕山中段与其毗邻的渤海湾盆地西北缘之间地形由燕山南部的起伏山地逐渐过渡至武清凹陷的第四纪平原，该剖面中燕山地区太古宇-元古界大面积出露地表，侏罗系髫髻山组及土城子组局部沉积于剖面北侧，武清凹陷一侧整体被第四系覆盖(图6a)。燕山地区的变形主要为上地壳中上下脱耦的浅层基底卷入的断层转折褶皱及深部叠瓦状构造导致的地层隆升(图6b)。

盆内地震剖面显示，武清凹陷主要发育三期明显的角度不整合，从上到下依次为：新近系底角度不整合，表现为北侧新近系对东营组的削截，南侧新近系底对中生界的削截；古近系底不整合，表现为剖面北侧古近系对“待建系”-寒武系、奥陶系、石炭二叠系及中生界的削截，南侧古近系底向中生界顶超覆；中生界底不整合，表现为中生界底面对石炭二叠系的部分削截。

宝坻断层上盘古生界及以下地层保留相对完整，为较为稳定的沉积，中生界内部结构较为复杂，古近系为箕状裂陷沉积，新近系-第四系以坳陷沉积为主；断层下盘除上部1000m之上为第四系稳定坳陷沉积，下伏地层无明显反射结构，与上盘地层对比推测为太古界变质岩(图6c)。

图7 过宝坻断层西二段地震剖面BB’Fig.7 Seismic profile BB’ crossing the west-2 segment of the Baodi fault

该剖面切过宝坻断层中段，此处宝坻断层呈“坡坪式”结构，滑脱面深度达14500m，其上盘发育多条同向剪切断层。依据断层顶部终止的层位及其所控制地层的厚度变化，可推测断层于剖面所在处的活动时间。其中，大口屯断层发育于中生代，控制了上盘局部中生代沉积，于古近纪前停止活动；孙校庄断层于中生代开始活动，至古近纪趋于停止，且后缘出现多条分支，新近纪以来在原有断面基础上向上传播并持续活动至第四纪；王三庄断层于中生代活动，导致其上盘中生界加厚，至古近纪前停止活动(图6c)。

剖面BB’全长36km，记录双程旅行时长达7600ms，依次切过大兴断层底部-宝坻断层西一段、大孟庄断层、泗村店断层及王三庄断层，主要反映武清凹陷西北侧构造特征(图7)。剖面处新近系底不整合于NW及SE侧削截了下伏古近系东营组；古近系底不整合于西北侧削截了下伏石炭-二叠系及中生界，SE侧古近系超覆于中生界之上。

图8 过宝坻断层中段地震剖面CC’Fig.8 Seismic profile CC’ crossing the central segment of the Baodi fault

剖面处古生界及其之下地层尽管为多个断裂切开，但整体保存较为完整，仅石炭-二叠系顶部于NW侧遭受剥蚀；中生界由NW向SE方向逐渐加厚，且NW一侧超覆于石炭-二叠系之上；古近纪地层整体接近箕状，沉积中心位于大孟庄断层发育位置，沙河街组明显厚于东营组；新近纪沉积较厚，沉积中心位于大孟庄断层与泗村店断层之间，内部发育多个断距较小的高陡正断层。

该剖面所切过的大兴断层东北段与宝坻断层西南段走向接近，平面上呈叠置关系，该剖面体现了这两条断层之向深部间距逐渐减小，归于同一滑脱面的几何特征。宝坻断层的西一段受太行山山前断层及大兴断层等影响，整体走向与其他段明显不同，呈NE-NEE走向，整体上陡下缓呈较为典型的犁式特征，其上部后缘出现了较小的分支断片。宝坻断层上盘出现了众多次级断层，且反向剪切断层多位于NW侧，而同向剪切断层则多位于SE侧。大孟庄断层以反向剪切断层的形式交于宝坻断层之上，上部终止于沙河街组内部，整体倾角较陡。泗村店断层以同向剪切断层的形式归于宝坻断层滑脱面之上，表现出上陡下缓的特征，上部端点同样位于沙河街组内部，其上发育两条反向剪切断层，其中，偏东南侧的断层为活动于中生代的伸展断层。而王三庄断层倾向与宝坻断层相同，整体较陡，上部一直延伸至第四系内。

剖面CC’全长54.8km，记录双程旅行时长6000ms，依次切过了宝坻断层中段、大口屯洼槽、王草庄凸起、大口屯断层、王草庄断层、孙校庄洼槽、杨村斜坡和大城凸起，主要反映了武清凹陷东侧及宝坻断层中段东侧的构造特征(图8)。

剖面处新近系底于大口屯洼槽及孙校庄洼槽削截古近系，于王草庄凸起、杨村斜坡及大城凸起削截中生界及石炭-二叠系，古近系底在两个洼槽底部削截中生界，在斜坡带超覆于中生界之上。中生界底在两个凹槽处及杨村斜坡削截了石炭-二叠系。

剖面处太古宇、中上元古界及下古生界均保存较完整，石炭-二叠系遭受不同程度剥蚀；中生界在两个洼槽中表现出不同的沉积特征，大口屯洼槽中表现为比较典型的半地堑特征，整体受控于宝坻断层由北向南减薄，孙校庄洼槽中则是整体向南增厚，且于大城凸起处被上覆的新近系削截，内部发育多个反向剪切断层；两个洼槽中古近系均呈半地堑特征由北向南减薄，顶部被新近系削截，但大屯口洼槽中东营组与孔店-沙河街组厚度接近，而孙校庄洼槽中孔店-沙河街组沉积明显厚于东营组沉积；新近系厚度在王草庄断层以南明显整体加厚。

图9 武清凹陷主要断层三维结构模型Fig.9 3-D structural model of the main faults in Wuqing sag

宝坻断层该段平面上为仅EW走向，剖面上呈典型的犁式特征，滑脱面深度约4400m (TWT)，主控了大口屯洼槽的沉积；大口屯断层已接近东侧断层端点，断距较小，其与王草庄断层不仅平面上呈叠置关系，且该段纵向上亦发生了硬连接；王草庄断层整体呈犁式特征，向上存在多个分支，且其所控制的孙校庄洼槽内亦存在多个反向剪切断层与其断面相交，其中，该剖面位置上，洼槽内的断层多活动于古近纪-新近纪，而杨村斜坡上的剪切断层多活动于中生代-古近纪早期；自杨村斜坡向大城凸起过渡处，还存在一条发育于晚古生代的断层，由于其在中生代-古生代的裂陷活动中随王草庄断层上盘地层发生旋转变形，现今表现出较缓的倾角；大城凸起上还存在一条活动于新近纪的断层，断距较小但切穿了整个大城凸起，与宝坻断层等归于同一深部滑脱面。

3.2 武清凹陷内主要断层的三维结构模型

武清凹陷内主要发育NE-NNE及近EW走向两组的断层(图9)。其中，NE-NNE走向断层主要受太行山山前断层控制，深部大多与太行山山前断层归于同一滑脱面，该组断层主要包括大兴断层、宝坻断层西段、河西务断层、大孟庄断层、泗村店断层、上马台断层及尔王庄断层，主要发育于武清断层西侧及东南侧杨村斜坡-大城凸起上。这一组断层属于冀中坳陷北部最为发育的NE-NNE向断裂体系，控制了冀中北部多个西断东超的凹陷的形成演化，并导致众多NE向条带状潜山带的发育(何登发等，2017，2018)，其伸展活动主要发生于古近纪-新近纪早期。

而近EW走向断层，包括大良镇断层、大屯口断层、王草庄断层、孙校庄断层、王三庄断层，主要分布于武清凹陷东北侧，同时也处于冀中坳陷的东北角。该组断层空间上未与相临近的NE走向断层发生硬连接，向下归于宝坻断层滑脱面。除这组断层外，在整个冀中坳陷控制凹陷的边界断层中，仅南部的衡水断层呈近EW走向。

3.3 武清凹陷内新生界底面及中生界底面构造特征

武清凹陷新生代以来主要经历了古近纪的裂陷伸展及新近纪-第四纪的坳陷沉降。伸展活动整体控制了武清凹陷新生代以来的构造，古近系底面构造图清晰地反映了多条伸展断层活动所导致的上盘旋转下降形成的断陷及下盘抬升形成的下盘背斜(图10)，武深1-武深6井处，发育与断层走向垂直的横向背斜。

图10 新生界底面(Tg)构造图Fig.10 Structural map of the Cenozoic base (Tg)

整个武清凹陷新生代以来的构造形迹以NE走向为主导，河西务断层北段及宝坻断层成同向逼近的构造排列形式，控制了上盘整体呈NE走向的凹陷条带和整体倾向NW的断陷斜坡(杨村斜坡)。王草庄断层向SE方向的伸展，导致了孙校庄洼槽的形成，将武清凹陷东南部整体呈NE走向的大型凸起分割成了其北侧的王草庄凸起及其南侧的大城凸起。武清凹陷古近系底面的构造特征是对冀中坳陷北部古近纪NW-SE至NNW-SSE向张应力的响应，这一时期，凹陷内宝坻断层、杨税务断层、王三庄断层等近EW向断层的构造活动实际上是在先存断层活化的基础上进行的。

武清凹陷中生界沉积主要分布于凹陷东南侧杨村斜坡、王草庄凸起及大城凸起上，整体受古近纪NW-SE向大幅度伸展改造形成西北低东南高的结构(图11)。中生界底面被多个近EW走向断层，以及NE走向的上马台断层所切割。中生界的剥蚀主要发生在河西务断层上盘一侧、武清断层西侧、王草庄凸起及大城凸起，从其剥蚀线NE-NNE走向的形迹可大致判断该剥蚀是在NW-SE至NWW-SEE向的挤压应力环境下形成的，形成时间应为中-晚侏罗纪。

图11 中生界底面(Tg1)构造图Fig.11 Structural map of the Mesozoic base (Tg1)

与古近系底面构造图对比，结合地震剖面上断层大致活动时间的信息，可知武清凹陷内宝坻断层、大口屯断层、孙校庄断层、王草庄断层、王三庄断层等近EW走向断层于中生界沉积前受近NS向挤压构造影响发生逆冲活动，早侏罗世受NS向伸展作用控制一系列近EW向裂陷沉积，其中宝坻断层在中晚侏罗世受NW-SE向挤压再度发生逆冲活动，古近纪宝坻断层、王三庄断层、王草庄断层在NW-SE向伸展作用下持续活动，而大口屯、孙校庄断层几乎不活动。

4 讨论

4.1 武清凹陷的构造演化

基于对CC’ 剖面的平衡复原，结合对武清凹陷内不整合面、断层几何学及运动学特征、地层沉积特征和构造变形的分析与区域构造事件，建立了渤海湾盆地北部武清凹陷晚古生代以来的构造演化过程(图12)。

图12 武清凹陷构造演化剖面Fig.12 Structural evolution profiles of the Wuqing sag

在华北克拉通形成之后，中元古代-奥陶纪末期，武清凹陷均处于克拉通内部，接受较稳定的浅海型地台盖层沉积，形成了太古宇-中新元古界-上古生界厚度变化相对较小的稳定沉积。该时期燕山-武清凹陷地层沉积厚度及沉积相均较为一致(图3)，渤海湾盆地与燕山处于较为统一的克拉通内沉积环境。

石炭-二叠纪，武清凹陷接受海陆交互相沉积，整体较为稳定。剖面上发育一条终止于石炭-二叠系下部，断距较小的孤立伸展断层，该期剖面伸展量仅0.26km，伸展率0.6%。该期武清凹陷内地层沉积厚度略厚于燕山地区。

三叠纪，武清凹陷受北部板块汇聚影响，深部发育逆冲断层活动导致了上覆断层转折褶皱的形成及石炭二叠系地层的剥蚀，但研究区内该期构造活动较弱，通过平衡剖面恢复得到的挤压量为0.34km，地层缩短率0.7%。

早侏罗世，武清凹陷内发生裂陷-拗陷活动，受控于近EW走向断层(图9、图12)，在构造演化剖面上亦可识别出较明显的伸展断层；中-晚侏罗世，武清凹陷受SE向NW方向挤压作用，导致中生界大范围剥蚀；白垩纪武清凹陷整体为区域性隆起。在早侏罗世-白垩纪构造叠加影响下，武清凹陷整体伸展量1.6km，伸展率3.27%。

古近纪孔店组-沙河街组沉积期，武清凹陷内发生大规模裂陷，对应于冀中坳陷裂陷I-II幕，主要受控于NE向断层。演化剖面伸展量达3.1km，伸展率6.34%。

古近纪东营组沉积期，武清凹陷持续处于裂陷活动中。东营组沉积末期，武清凹陷进入断-拗转换阶段，导致东营组较大范围遭受剥蚀。该期演化剖面伸展量为1.1km，伸展率2.12%。

新近纪-第四纪武清凹陷整体进入热沉降期，但新近纪早期仍有部分断层活动，形成了众多发育于新近系内部的伸展断层，它们大多呈近EW走向。该期演化剖面伸展量为0.8km，伸展率为1.52%。

4.2 邻区主要构造事件及武清凹陷-燕山褶皱带的构造响应

通过对武清凹陷-燕山褶皱带的盆地发育与构造演化的分析，结合前人对周缘大地构造演化的讨论，该地区中生代以来的构造演化可划分为以下6个阶段：

1)三叠纪近南北向挤压阶段。受北部板块汇聚影响(王瑜，1996，1998；王瑜等，2018)，三叠纪武清凹陷内形成近EW走向挤压构造，凹陷内可于多条地震剖面内识别出该期构造，主要表现为与王草庄断层等近EW走向断裂的冲断活动以及中生界底面对石炭二叠系地层的削截(图6、图8、图9)。虽然三叠纪期构造在武清凹陷内表现出的活动强度不大(图12)，但该期构造所形成的近E-W走向构造对后期构造变形有着重要影响。此时燕山构造带亦处于挤压应力体制下，燕山南带局部于晚三叠世形成了近东西向或北东东向的挠曲型盆地，其中除局部三叠系连续沉积于二叠系之上，大部分不整合与奥陶系灰岩之上(刘少峰等，2004a; Lietal.，2004；Liuetal.，2018；张长厚等，2004a；Wangetal.，2011)

2)早-中侏罗世克拉通内坳陷沉积。武清凹陷内可识别出受控于EW走向断层控制的局部裂陷和大范围的坳陷沉积(图11)，构造演化剖面上亦可识别出伸展断层活动(图12)。此时，燕山构造带内发育东西向分布的盆地，且范围向南北扩展，构造活动加强，沉降深度加大(Lietal.，2004；刘少峰等，2004a；吴智平等，2007)。

3)中晚侏罗世NW-SE向挤压。武清凹陷受控于西太平洋伊佐奈歧板块俯冲的影响(Maruyama，1997)，处于NW-SE向挤压环境之下(刘少峰等，2004a，b；吴福元等，2008；朱日祥等，2012)，凹陷西北侧中生界大范围剥蚀，剥蚀线呈近NE走向(图11)，这一结构与冀中坳陷北部前中生代地层NW侧整体遭受剥蚀的特征一致(何登发等，2017)。此时，燕山构造带处于挤压-压扭的构造环境下，燕山南带形成了一系列NE走向的盆地，盆地群具东西向或北东向带状分布特征(Lietal.，2004)，为逆冲推覆前缘沉积(张长厚等，2004a)或前陆性质沉积(Lietal.，2004，)。

4)白垩纪武清凹陷内钻井及地震资料均无明显沉积记录，处于整体隆升阶段，而此时燕山褶皱带内在多幕裂陷作用下盆地全区分布，主体属伸展盆地性质(Lietal.，2004；Weietal.，2012；Zhuetal.，2015)。

5)古近纪NW-SE向伸展。渤海湾盆地发育大规模裂陷，并表现出幕式活动特征(马杏垣等，1983；徐杰和计凤桔，2015)。孔店组-沙河街组沉积期，武清凹陷内发生裂陷活动，对应于冀中坳陷裂陷I-II幕，主要受控于NE向断层，盆地走向以NE-NNE向为主。东营组沉积期，伸展应力方向由NW-SE逐渐转变为近N-S向，盆地发育逐渐由NW向SE方向迁移(何登发等，2018)。东营组沉积末期，武清凹陷进入断-拗转换阶段，导致东营组较大范围遭受剥蚀。该阶段燕山构造带内无明显构造响应，未见古近系出露。

6)新近纪-第四纪拗陷作用。新近纪-第四纪渤海湾盆地整体进入裂后热沉降阶段，武清凹陷整体进入拗陷期，但新近纪早期仍有部分断层活动，形成了众多发育于新近系内部的伸展断层，大多呈近EW走向(徐杰和计凤桔，2015)。燕山构造带内仅局部沉积第四系。

5 结论

(1)宝坻断层整体走向近EW向，大部分断面呈上陡下缓的犁式正断层特征，中段部分区域表现为“坡坪式”结构，其延伸长度约68km，最大位移达14.2km。

(2)宝坻断层横向上分段性明显，基于其三维结构及其断面倾向变化，以3个垂向转折轴面将其分为西一段、西二段、中段及东段共四段，且其滑脱面结构也存在较明显的分段性，深度约10～15km。

(3)宝坻断层整体位移存在明显的分段性，且这一分段特征与其几何学上的分段有着较好的相关性，表明其现今多次转折的结构与其生长过程密切相关。古近系底面、东营组底面及新近纪底面位移-距离曲线特征表明，其于沙河街组沉积期由多个断层段逐渐连锁，至东营组沉积期之前形成整体断面，其活动于新近纪逐渐减弱，且断层两端先停止活动。

(4)中生代以来，武清凹陷-燕山褶皱带主要受三叠纪、早-中侏罗世、中-晚侏罗世、白垩纪、古近纪和新近纪-第四纪6个构造演化阶段的影响，三叠纪-侏罗纪末期，武清凹陷与燕山褶皱带经历了相似的构造演化过程，而自白垩纪以来，两者的构造-沉积响应出现了明显的分异，这表明白垩纪燕山褶皱带内的沉积与古近纪-新近纪集中于武清凹陷及渤海湾盆地的沉积可能有着不同的深部构造背景。

致谢感谢管树巍教授、鲁人齐副研究员和本刊编辑对本文提出的宝贵修改意见。中石油华北油田分公司地球物理研究院提供了相应的钻井和地震资料，在此表示诚挚的感谢！