东海陆架盆地断裂成因研究

付 豪 王 晋 田继宏 莫高武

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，上海 200335）

0 前言

东海陆架盆地位于太平洋板块、欧亚板块和菲律宾板块的交汇处，构造活动丰富[1]。在盆地形成和演化的过程中发育了各种断裂系统。该文对不同性质的断层进行了断裂统计，并研究这些断层的组合样式，总结出东海陆架盆地断层的典型组合样式。基于对正断层和逆断层应力、断层形成时间和生长指数等特征的分析，研究断层的成因，总结关键断层的特征。

1 东海陆架盆地断层的典型组合样式

东海陆架盆地正断层样式主要有3种样式，分别是阶梯状断层组合，“y”字形断层组合和拱张型断裂组合。

阶梯状断层组合由若干条产状基本一致的正断层组成，各条断层的上盘依次向同一方向断落，形成阶梯。这类断裂的形成主要与盆地沉降过程中缓坡翘倾产生的滑脱或隆张等作用有关，阶梯状断层主要发育在西湖凹陷西部斜坡带平湖地区及平北地区。

“y”字形断层组合由早期主干断层和与其相应的上盘低级别断层组合而成，在剖面上呈“y”字形。依据上下盘级别断层的数量以及与主干断层的倾向关系，分为反向“y”字形、同向“y”字形以及多级“y”字形。“y”字形断层是在伸展作用和重力的作用下，由主干断层派生的上盘低级别断层所形成的，这种地质常见于西斜坡平北地区。

拱张型断裂组合发育莲花瓣式断裂组合，整个断裂带呈现出长轴断背斜的形态。该断裂带内地层倾向与断层的倾向相反，背斜两翼形成对称型屋脊断块。剖面上组合样式为地堑式，构成地堑的多对共轭断层组成了大地堑内套小地堑的复式地堑。

东海陆架盆地逆断层样式主要有3种样式，分别是叠瓦状逆断层组合、背冲型逆断层组合样式和对冲型逆断层组合。

叠瓦状逆断层组合是一系列产状大致相同的逆断层，其上盘向同一方向依次上推，在剖面上呈叠瓦状，是逆断层中最常见的一种组合形式，主要形成于西湖凹陷南部天台构造带、北部宁波构造带。

背冲型逆断层组合是一个构造单元的两侧分别向外缘逆冲的两套迭瓦式逆冲断层。背冲型逆冲断层中2套向相反方向逆冲的断层是在同一构造应力场中形成的，并且与所在构造系统同时形成，主要形成于西湖凹陷北部宁波构造带。

对冲型逆断层组合是2套迭瓦式逆冲断层，对着一个中心相对逆冲。对冲型断层一般会和盆地一起形成，从盆地的边缘向盆地中心逆冲。

在东海陆架盆地中存在走滑断层，其在地震剖面上最明显的标志就是花状构造。钓北凹陷东侧边界的花状构造，其形成于盆地边界张扭作用之下，为负花状构造。根据其岩性特征及T0图上的特征，可确定其为走滑断裂。除此之外，东海陆架盆地还被众多NWW向走滑断层切割，这些走滑断层同样切割冲绳海槽，因此形成最晚，是东海陆架盆地形成南北分块格局的主要断裂带。

2 正断层成因分析

2.1 应力分析

古新世—始新世时期，在NW-SE向区域拉张应力场(σ3）及垂向重力(σ1）作用下，盆地边缘形成了正断层所要求的应力条件[2]，从而在西湖凹陷的边界及凹陷内部形成了一系列沿NNE向(σ2）展布的正断层，如图 1所示。

西湖凹陷早期形成的正断层大部分都具有生长性。当地层破裂为一系列断块以后，各断块在主应力作用下，断层上盘岩体沿水平轴滑动，如图2所示。图2（a）中沉积新地层的重力C分解成沿断面分量P1和垂直断面分量P2，图2（b）中P1沿水平方向的分量为P1z，沿竖直方向的分量为P1y，在P1z的作用下产生新的空间，如图2（a）所示，沉积了新的地层，构成了地堑、半地堑断陷型的凹陷。

东海陆架盆地的形成依次经历了中生代、古新统(E1）、始新统(E2）、渐新统(E3）、中新统(N1）、上新统(N1）和更新统(Qp）等阶段。从各个形成时期东海陆架盆地的沉积厚度来看，钓北凹陷中生界具有较大的厚度，最大厚度达到了7 000 m；古新统地层主要分布于东海陆架盆地的台北坳陷、长江坳陷、浙东坳陷的各凹陷。残余地层厚度最大的在丽水凹陷，厚度达到3 400 m，其次是昆山凹陷3 000 m，同时，椒江凹陷也达到2 200 m，钓北凹陷达到2 000 m，西湖凹陷达到1 600 m；始新统地层主要分布于东海陆架盆地的东部坳陷带，而沉积中心处于整个东部坳陷带，西湖凹陷沉积中心厚度超过7 500 m；渐新统地层主要分布于东海陆架盆地的东部坳陷带的西湖凹陷和钓北凹陷；中新统地层(N1）主要分布于整个东海陆架盆地，但是东部坳陷带与西部坳陷带的沉积厚度差别较大。在东部坳陷带的西湖凹陷沉积厚度达到3 000 m，在钓北凹陷沉积厚度最大也达到2 000 m。

图1 正断层形成的应力状态及裂陷盆地受力示意图

图2 断陷盆地形成受力分解示意图

2.2 断层生长指数分析

由西部坳陷带地震剖面资料解释的西部坳陷带在渐新世—始新世处于断裂强烈活动期，通过对西部坳陷带内8条典型主干断层的瓯江组、温州组和龙井组地层进行生长指数计算分析，结果和西部坳陷带地震剖面资料解释结果吻合，表明西部坳陷带断裂活动具有自北向南迁移的特点。

东部坳陷带断层活动期可以划分为4个阶段：1）始新世温州组(E2w）沉积时期，断层活动强烈。2）平湖组五六段(E2p6—E2p5）沉积时期，断层活动减弱。3）平湖组三四段—花港组(E2p3—E3h）沉积时期，断层活动开始增强，至花港组时达到最强。4）中新世龙井组(N1l）沉积以后，断层的活动强度总体减弱，活动基本停止。东部坳陷带断裂活动具有自北向南迁移的规律。始新世早期(温州组），平湖主断裂活动最强烈；始新世中期(平湖组五六段），断裂活动向南迁移，活动最强烈的部位移至宝石—初阳主断裂；始新世晚期—渐新世(平湖组三四段—花港组），断裂活动继续向南迁移至台北主断裂；中新世时期，断裂活动总体减弱，活动基本停止。

总的来说，东海陆架盆地的断裂活动具有自西向东，自北向南迁移的特征。

2.3 东部边界断层成因分析

西湖—基隆大断裂位于东海陆架盆地东缘北段，构成了西湖凹陷与钓鱼岛隆褶带的分界线，在重磁资料和地震剖面上清晰可见。其总体走向NNE向，倾向北西向。不同部位稍有差异，断裂北段为NNE向，中段NEE向，南段NE向。延伸长达700 km，宽约 30 km～50 km，断距在剖面上表现为上小下大，多处被NWW向平移断裂错断。大断裂分布在东海陆架盆地区东部边界，从而决定了整个断陷区是从西湖—基隆大断裂的上盘进一步“断块化”发展起来的。西湖—基隆大断裂发生在盆地裂谷阶段的初期，是控制东海陆架盆地边界及构造大格局的一级大断裂，延伸长达700 km，宽15 km～35 km，断层落差2 300 m～8 800 m，由一组断裂组成。

东部大断层为西湖凹陷与钓鱼岛隆褶带之间的边界断层，从现有的资料看，自南向北均表现为正断层，断面西倾，断裂走向呈北北东向。东部大断裂对古近系、始近系地层沉积具有明显的控制作用，是一条沿基底断裂活动的早期大断裂。根据最新的地震解释研究成果，东部大断裂自南向北并非由一条连续的大断层所组成，而是是由多条断距不等、长短不一、方向有变化的断层所组成，如图3所示。

图3 东部大断裂形成及演化示意图

3 逆断层成因分析

3.1 应力机制

与古新世－始新世时期相反，到中新世末期，西湖凹陷区域应力场转变为NW－SE向挤压应力场(σ1），并且明显强于垂向重力(σ2），在此应力条件下，凹陷内地层发生褶皱，随着褶皱变形的发生与发展，凹陷边缘及内部逐渐形成一系列沿NNE向(σ2）展布的逆断层，如图 4所示。

图4 逆断层形成的应力状态及裂陷盆地受力示意图

3.2 反转断层成因分析

同一条断层往往具有不同性质，以零点为界限，表现为下正上逆。零点的位置与反转构造强度的关系是反转强度越大，零点的位置越靠近断层深部。在地震剖面上反转构造层底部具有下凹上凸的反射特征，而顶部由于挤压形成褶皱，地震同响而发生纵弯褶皱变形，如图6所示。随着褶皱作用的发生与发展，原来的正断层回滑变成了逆断层。当回滑距离超过原断距时，逆断层已见不到正断距；当回滑距离小于原断距时，剖面上可以见到下正上逆反转断层特征。

3.3 逆冲断层成因分

冲断层与反冲断层相结合使上盘岩层褶皱隆起而形成的向轴呈现上凸的反射特征。一组包括上凸和下凹反射特征的构造层序，往往是一套反转构造保存完好的构造层序。泥岩发育、断层倾角小、低摩擦物质和异常高压发育的构造带在同样的挤压应力作用下易于发生反转。西湖凹陷目前看到的逆断层主要有2类，一类是在早期正断层的基础上，正断层活化并且反转回滑形成的逆断层，如图 5所示(ABC为3套地层，A为最早沉积地层，B其次沉积地层，C为最后沉积）；另一类是在挤压褶皱情况下新形成的逆冲断层。

图5 反转断层形成机制示意图

西湖凹陷中新世末期构造反转所形成的背斜，其轴面以区域性南东倾为主[3-5]，表明坳陷层的褶皱作用除了受到下伏基底断层的活化反转控制之外，还受到区域左旋挤压力的影构造叫冲起构造。这种构造上的断裂排列组合一般呈背冲型，其成因主要是在水平挤压力的强烈作用下，冲断层和反冲断层相背上冲。

图6 西湖凹陷逆断层与褶皱构造成因机制示意图

4 结语

东海陆架盆地内断裂受古新世—始新世时期拉张应力场和垂向重力的影响，形成了一系列北北东方向的正断层，这些早期的正断层控制着之后地层的沉积。东海陆架盆地内断裂中最大的一条东部边界大断层是由多个时期，相同性质的断层呈雁列状排布形成的。东海陆架盆地内断裂受中新世末期挤压应力场和垂向重力的影响，形成了西湖凹陷中央洼陷反转带褶皱内的逆断层，这些逆断层的延伸方向与褶皱展布方向一致，为北北东向。东海陆架盆地内断裂中逆断层分为2类：一类在正断层的基础上反转形成的，一类是在挤压应力场环境下新形成的逆冲断层。