渤海辽东凸起北段断裂特征及构造演化恢复

柳屿博，张金辉，王冰洁，何 京，王 鑫

（1.中国海洋石油国际有限公司，北京 100028；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 研究背景

辽东凸起位于渤海辽东湾探区东部，是构成辽东湾“三凹两凸”格局的二级构造单元之一。受断裂分割作用，辽东凸起可划分为南、北两段。南段是受控于辽中1 号大型走滑断裂的单断反转凸起，面积约0.12×104km2；北段则是在西侧辽中2 号断层和东侧辽东1号走滑断层所夹持下发育形成大型凸起构造，平面上整体呈菱形，面积约0.23×104km2。

辽东凸起北段勘探工作始于1990 年，经过20 余年勘探，目前已在12 个构造钻探24 口探井，发现石油地质储量超过1×108m3。尽管多年来在该区进行持续勘探投入，但受限于该区成藏条件的复杂性，仍缺少规模性发现，仅在最北部的锦州23 构造区发现大中型油田。随着渤海勘探程度的提高，走向复杂勘探区成为必然，因而深化对辽东凸起北段的地质研究工作，进而打开这一地区的勘探局面就显得愈发重要。

随着辽东凸起北段的勘探紧迫性日趋加大，许多学者也开展了一系列研究工作，吴智平等（2015 年）[1]认为辽东凸起北段的成因可以归纳为走滑双重构造模式；徐长贵等（2015 年）[2]对辽东湾坳陷东部地区主干断裂发育特征进行了详细分析，并探讨了研究区新生代走滑构造系统与伸展构造系统的叠加改造过程；任健等（2015 年）[3]结合磷灰石裂变径迹分析结果，认为辽东凸起北段新生代经历了孔店组沉积期末和东营组沉积期末两次构造隆升过程；彭靖淞等（2015 年）[4]提出古辽中凹陷的存在，认为辽东凸起北段是自东营组沉积期以来的新凸起。上述学者的研究揭示了辽东凸起北段基本的构造特征，颇具启发意义，但也应看到目前很多研究将辽东凸起北段看作一个整体讨论其构造演化，仍缺乏对辽东凸起北段不同构造位置差异性的细化研究。而这一工作无疑对揭示辽东凸起北段成藏差异性十分重要，因此需要做更细致的讨论。

2 辽东凸起北段基本地质特征

辽东凸起位于渤海辽东湾坳陷东部，由于控制凸起发育的断裂系统不一致，天然的将辽东凸起分为南、北两段，其中，北段展布范围显著大于南段，构造特征也更为复杂，既是低程度研究区，也是渤海重要的勘探潜力区。

平面上，为整体呈北东-南西走向的狭长型凸起，凸起沿走向长约90 km，宽约3～8 km，其中凸起宽度最大位置出现在中部，向南北两端逐渐收窄。其东、西两侧分别被辽东1 号走滑断层和辽中2 号断层所限定，构成分隔辽中凹陷和辽东凹陷的独立凸起。剖面上，虽然凸起东西两侧都被大型断层所限定，但两侧存在差异。受东侧边界辽东1 号断层具有显著走滑特征的影响，辽东凸起与东侧的辽东凹陷以陡坡形式过渡；而在凸起的西侧，大致以位于凸起中间位置的锦州27-2构造为界，在南部，辽东凸起以缓坡断阶形式向辽中凹陷过渡。在北部，辽东凸起以陡坡断阶形式向辽中凹陷过渡。

辽中2 号断层为分隔辽东凸起和辽中凹陷的边界断裂，是一条长期活动并且具有右旋走滑性质的大型基底断裂，整体由NNE 向NE 走向过渡的弱“S”形弯曲。自北向南辽中2 号断层整体由陡直的走滑断裂向相对较平缓的伸展-走滑断裂过渡。需要指出的是，辽中2 号断裂北段是辽中凹陷北次洼（下文简称“辽中北洼”）的东侧控边断裂。辽中北洼自古近纪以来就是下辽河坳陷的沉积沉降中心之一[5-10]，因而在这一区域辽中2 号断层切割深度较大，断裂下降盘一侧沉积了巨厚的古近系，上升盘一侧为辽东凸起，受长期风化剥蚀作用只残留了较薄的古近系。

辽东1 号断层为辽东凸起北段的东侧边界断裂，控制了呈“西断东超”结构的辽东凹陷的形成。该断裂南起旅大12-2 南构造，北至锦州23-2 构造。断裂走向为NNE 向，平面上断裂面较连续，只在局部发生弱弯曲。剖面上，辽东1 号断层倾向SE 向，断面较陡直，倾角范围65°～80°，以发育花状构造为主，走滑断裂特征明显（见图1）。

图1 辽东凸起北段地层格架

3 辽东凸起北段分段性研究

3.1 辽东凸起北段可划分为三个亚段

由于很多地质体并非整一的刚性块体，在同一构造应力场中会表现为差异化的变形响应，而分段性即是普遍存在的一类地质现象。本次研究认为，辽东凸起北段具有显著的分段性，分别以锦州27-2 构造和锦州23-1 构造为分界点，自南向北可以划分为南、中、北三个亚段（见图2），每个亚段都具有各自的典型特征。

南亚段包括南起锦州32-4 构造北至锦州27-2 构造的范围，凸起宽度自南向北逐渐收窄，该亚段的显著特征是向辽中凹陷一侧以缓坡形式过渡，且发育一系列与缓坡倾向一致的顺向断层，将构造缓坡切分为断阶状，本次研究将南亚段概括为“缓坡断阶带”（见图2（a））。在该段凸起主控断层辽中2 号断层和辽东1 号断层间距小甚至局部构造位置直接搭接在一起，使得凸起宽度变小。

中亚段包括南起锦州27-2 构造北至锦州23-1 构造的范围，在该亚段凸起自南向北同样呈现出宽度变窄的特征。与南亚段对比，中亚段的显著特征是以陡坡形式向辽中凹陷过渡，地层同样呈阶梯状节节下掉，类似于伸展背景下发育的“多米诺构造”，且地层陡倾变形强烈，局部地层倾角达80°，反映出较强的构造应力改造作用。可以概括为“陡坡断阶带”（见图2（b））。

北亚段包括锦州23-1 构造以北的辽东凸起部分，该亚段的显著特征是凸起东西两侧均为陡坡，且凸起宽度较稳定，上述两点与南、中亚段存在明显不同，反映出东西侧主干断层的断面稳定发育，可以概括为“双断深洼带”（见图2（c）），目前辽东凸起北段最大的勘探发现就处于北亚段，因此凸起之上的新生界成藏潜力已经得到勘探证实。

图2 辽东凸起北段南、中、北三亚段构造特征模式图

3.2 南、中、北三个亚段构造演化特征

辽东凸起总体呈现串珠状，即凸起平面上连续性不强，为凸起分段提供了天然的依据。本次研究，针对凸起南、中、北段分别开展了构造演化研究，力求通过构造演化分析认识各亚段差异性，同时作为辽东凸起的组成部分，三个亚段的演化过程也必然具有一致性。只有认识到其差异性及一致性，才能对辽东凸起构造特征有进一步的认识。

分析过南亚段中部的平衡剖面（见图3（a）），可以看到在古新世-始新世早期辽东凸起南亚段还未形成，属于东部胶辽隆起的西部斜坡带，辽中2 号断层分隔了这一斜坡带和辽中凹陷。在始新世晚期即沙一二段沉积期，辽东1 号断层首先在南亚段开始发育，使得受辽中2 号断层和辽东1 号断层所夹持的辽东凸起开始形成雏形。渐新世是渤海海域全区性的重要裂陷期，其裂陷作用在辽东凸起区也具有明显响应，表现为渐新世早期辽中凹陷快速沉降，东三段和东二段以发育中、深湖相沉积为主，随着辽东1 号断层走滑作用的增强，辽东凸起也进入了主要发育时期。到了渐新世晚期，裂陷作用逐渐减弱，辽中凹陷沉积环境过渡为以扇三角洲和辫状河三角洲沉积为主。在渐新世末期，辽东凸起和辽中凹陷发生了一次区域性整体抬升，剥蚀范围大，裂陷作用随之结束。进入新近纪，发生全区性整体裂后热沉降，盆地进入坳陷沉积阶段，以发育河流相沉积为主，辽东凸起之上沉积较厚的新近系。

与南亚段相比，中亚段在古新世-始新世早期辽东凸起即具有隆起背景，辽东凸起及其东侧的辽东凹陷的雏形已经形成。另一个区别是辽东1 号断层在渐新世开始活动，这一特征与区域上走滑活动时间的背景相吻合，在辽东1 号断层和辽中2 号断层共同作用下辽东凸起逐渐发育成为一个宽缓凸起，辽东1 号断层对于沙河街组没有显著控制作用（见图3（b））。

在反映北亚段构造演化过程的平衡剖面中（见图3（c）），可以观察到在古新世-始新世辽东凸起是胶辽隆起的一部分，两者没有分隔开来，这一点与南亚段和中亚段显著不同。正是由于在古新世-始新世辽东凸起作为胶辽隆起的一部分长期出露，因而没有沉积沙河街组。渐新世以来，随着辽东1 号断层的活动辽东凸起作为一个独立的构造单元逐渐形成。在北亚段，辽东凸起宽度较窄且南北向宽度分布稳定。

图3 辽东凸起北段南（a）、中（b）、北（c）三亚段构造演化平衡剖面图

通过统计断层活动速率可以清晰刻画断层的活动历史，也能间接反映盆地的形成演化[11-16]（见图4）。针对辽中2 号断层和辽东1 号断层的活动速率分析表明，辽中2 号断层自古新世（孔店组沉积期）即开始持续活动，并存在2 个活动速率高峰期，即沙三段和东三段，而这两个沉积期也对应了盆地发育的两幕裂陷期，可见辽中2 号断层作为分隔辽东凸起和辽中凹陷的边界断层对于盆地发育具有显著控制作用。通过对比发现，辽东1 号断层自始新世晚期沙一、二段沉积期开始发育，存在的一个活动速率高峰出现在东三段沉积期，究其原因认为，自东营组沉积期以来郯庐断裂右旋走滑运动逐渐活跃，辽东1 号断层作为郯庐断裂在辽东湾地区的重要分支也发育强烈右旋走滑运动，这一运动的直接结果是控制了辽东凹陷的形成。

图4 主干断层活动速率统计图

3.3 辽东凸起构造演化关键阶段

平衡剖面从垂向上再现了辽东凸起的演化过程，而古地貌研究则能够从平面上反映辽东凸起的隆升特征[17-21]。本次研究重点针对三个时期古地貌进行了恢复，结果表明在孔店组-沙三段沉积期辽东凸起基本上与胶辽隆起为统一整体，只有在中部地区有早期隆起的雏形，辽东凸起所在位置表现为北部高南部低的古地貌特征。在沙一、二段沉积期辽东凸起与胶辽隆起逐步分离，其中辽东凸起中北亚段同步发育，而南亚段则发育为间隔发育的串珠状小型凸起，在这一时期辽东凸起仍保持北高南低特征。在东三-东二下段沉积期辽东凸起持续隆升，逐步发育为一个独立的构造单元，与前两个沉积期不同的是南亚段和中亚段隆升较高，而北亚段隆升则相对较低，反映出辽东1 号断层在南部活动较强，显著塑造了凸起南部的发育，在该时期辽东凸起平面上呈现串珠状。

综合平衡剖面分析和古地貌分析结果，可以将辽东凸起形成演化归纳为6 个阶段（见图5）。第一阶段为孔店组-沙三段沉积期，辽东凸起是胶辽隆起的一部分，古辽中凹陷范围覆盖了现今的辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷这一区域；第二阶段为沙一、二段沉积期，辽东凸起开始从胶辽隆起上分离，辽东凸起发育雏形；第三阶段为东三段沉积期，受郯庐断裂整体发生强烈右旋走滑作用的影响，辽东1 号断层显著发育，辽东凸起在伸展-走滑作用下逐渐形成，辽东凸起将古辽中凹陷分隔为现今的辽中凹陷和辽东凹陷；第四阶段为东二段沉积期，走滑作用进一步增强，辽东凸起持续隆升，且串珠状特征更为明显；第五阶段为东营组沉积末期，发生区域性整体强隆升，从凸起到凹陷经受全区性剥蚀过程；第六阶段为新近纪以来，盆地进入坳陷沉降阶段，在古近系之上覆盖较厚的河流相地层，辽东凸起发育定型。

图5 辽东湾坳陷北部构造演化模式图

4 结论与讨论

（1）辽东凸起北段是辽东湾坳陷重要的勘探潜力区，可以划分为南、中、北三个亚段，基于对不同段盆地结构和断层发育特征的认识，分别归纳为南亚段为缓坡断阶带、中亚段为陡坡断阶带、北亚段为双断深洼带，三段既有显著差异，又呈现一定的统一性。

（2）早期伸展-晚期走滑的叠加应力背景控制了辽东凸起北段形成演化。可以将研究区演化划分为3 个演化阶段，细分为6 个关键演化时期。分别为古新世-渐新世早期伸展构造阶段、渐新世中-晚期走滑斜向拉分阶段和中新世以来的披覆构造阶段。