渤海湾盆地古近纪构造变革的穿时特征及成因探讨：以渤海海域西南部和陆上济阳坳陷为例

刘一鸣，吴智平

(1.山东省深层油气重点实验室，山东青岛，266580；2.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛，266580)

幕式构造演化过程作为裂陷盆地最重要的构造特征之一，其蕴含了大地构造环境转变的重要信息。作为中国东部最重要的含油气盆地之一，渤海湾盆地是发育在华北克拉通东部块体之上的中、新生代的陆内裂陷盆地。自中生代以来，先后经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等多期次构造运动的叠加改造，其盆地格局经历了多幕式的构造演化过程，可以分为中生代前裂陷期、古近纪裂陷沉降期和新近纪以来的后裂陷热沉降期3个阶段[1-2]。人们对渤海湾盆地经过了长期勘探，其剩余资源劣势化与勘探对象复杂化的特征日趋明显，对地质理论与勘探技术提出了更高的要求。目前，研究热点也逐渐开始向深层和超深层领域转移，盆地内潜山构造作为当前勘探的重点引起了广泛关注[3-5]。然而，明确新生代的构造的叠加改造作用是揭示深层构造演化的基础和前提。随着近年来油气勘探的不断深入，尽管渤海湾盆地新生代构造演化在空间上存在着显著的构造差异性分区效应已经得到充分认识，但仍存在着一些关键问题未能得到合理解释，晚始新世的全球板块重组事件导致了包括渤海湾盆地在内的中国近海新生代盆地的差异性演化[6]，但是盆地内“海-陆”不同坳陷构造转型的时间具有明显差异，对其成因认识缺乏深入的探讨，对穿时的构造变革特征的厘定及其成因还不清晰。

渤海海域西南部地区是渤海湾盆地的一个重要的构造单元，其处于“海域”渤中坳陷和“陆上”济阳坳陷之间的过渡位置，其特殊的地理位置造就了独特的构造演化特征，构造发育特征与相邻2个坳陷具有明显的差异。研究区南部济阳坳陷以孔店组—沙四段沉积期作为盆地构造转型期已被广泛认同[6-9]，而对于渤海海域盆地则大多认为是在沙三段沉积期末发生了一次重要的构造变革事件[10-11]，由此导致了盆地构造展布、主控断裂体系及沉积格局的转变。关于这种差异的原因：一是地层归属的分歧而导致的差异性认识；二是裂陷期幕次划分的依据和成因认识各不相同；三是不同构造单元对区域构造动力环境转变的响应具有差别。

与此同时，由于研究区横跨中海油渤海油田和中石化胜利油田2个矿区，“海-陆”不同矿区的地质认识及勘探程度存在着差异，导致海域油田与陆上油田的探明储量相差悬殊。目前，对渤海海域西南部构造特征相关的研究多集中于新近纪走滑断裂对浅层油气聚集的控制[12-13]，近年来，其中生代构造演化及潜山构造也逐渐成为一些学者关注的焦点[3-4]，以往受整合资料的局限，前人对该地区构造特征缺乏系统性、整体性的研究，其新生代裂陷期构造差异演化的成因仍不明确，在一定程度上制约了该区的油气勘探实践。总的来说，当前针对渤海周边“海-陆”不同坳陷构造转型时期的厘定尚不统一，对构造变革前后盆地构造特征的认识还不明确，关于“穿时”构造变革事件的地球动力学成因探讨鲜被提及。

针对上述问题，本文作者通过整合“海-陆”矿区最新的地震和钻井资料，在对不同矿区三维地震解释资料进行统层处理的基础上，重点对渤海海域西南部古近纪构造特征开展系统研究，从不整合面特征、断裂体系、褶皱发育和沉积响应等方面进行综合分析，进而明确研究区与周缘坳陷裂陷期构造转型过程的差异，探讨其构造叠加与改造作用的成因机制，以期为认识渤海湾盆地整体的构造成因与演化提供约束，同时为明确油气“贫-富”差异分布的成因提供指导。

1 盆地构造格架

渤海海域西南部盆地位于渤海湾盆地中部，整体为NW向展布，呈现“三凸夹两凹”的构造格局，自北向南由沙垒田凸起、沙南凹陷、埕北低凸起、埕北凹陷和埕子口凸起5 个构造单元组成(图1)。埕北凹陷和沙南凹陷以NW 向夹持于埕北低凸起南北两侧，其西部与黄骅坳陷相邻、东部与渤中坳陷相连、南部与济阳坳陷相接(图1(a))。盆地构造格局表现为北东断南西超的箕状半地堑结构，地层向南超覆于埕子口凸起之上。其中沙南凹陷位于中海油渤海油田矿区，埕北凹陷则主体处在中石化胜利油田矿区。受周缘发育的深大断裂影响，研究区被围限在NE 走向的郯庐断裂带、兰聊断裂带和NW走向的张家口—蓬莱断裂带之间，新生代主要发育有NW，NE和NEE(近EW)向断裂体系，受中生代先存断裂在古近纪复活的影响，自北向南发育的NW向沙南断层和埕北断层控制了研究区的凸凹格局。

沙南断层和埕北断层被认为是张家口—蓬莱断裂在渤海海域的2条分支断层[14]，同时分别作为沙垒田凸起和埕北低凸起的边界断层，其控制了2个独立凹陷自中生代以来的发育演化。地震反射剖面揭示了NW向沙南断层和埕北断层持久的演化历史，其剖面形态表现为高角度铲式正断层，切穿盆地基底构造层，在浅部层系与一系列次级断层组合成“似花状”构造样式，体现了盆地演化以持续的伸展变形为特征，后期叠加了显著的走滑效应(图2)。地层的“薄底”现象体现了由逆断到正断的构造反转过程，主要体现在下、中侏罗统地层由南西向北东超覆，而上侏罗统—下白垩统则自北东南向西超覆(图2)，这一特征与济阳坳陷发育的罗西断裂、孤西断裂等NW向新生代基底断裂高度一致[15-16]。总体来看，NW 向断裂体系的发育演化控制了渤海海域西南部盆地的构造格局，既体现了中生代构造的继承发育，又体现了新生代走滑作用的叠加改造。

NEE走向的1，2，3和4号断层为活跃在古近纪晚期的张性断层，其剖面特征多表现为板式正断层，可切穿至盆地基底，对渐新统地层的沉积有显著的控制作用(图2)。除此之外，在2 个凹陷内均可发现一系列新生型次级断裂发育，其断面多切穿沙二段或东营组地层底界，且上下两盘地层厚度相当，反映了后期活动特征，从而约束了其起始活动时间为渐新世(沙二段至东营组沉积期)。NEE 向断裂体系的发育特征体现了其古近纪后期对早期构造格局的改造作用，其发育演化使得盆地构造特征复杂化和多样化。

图2 渤海海域西南部盆地构造格架及主控断裂体系Fig.2 Tectonic framework and major controlling fault system of southwest Bohai sea basin

就盆地构造演化而言，研究区NW向构造格局定型于燕山期早白垩世[4,17]，晚白垩世的构造抬升剥蚀，造成了上白垩统地层的广泛缺失；古近纪以来在太平洋板块俯冲后撤和洋中脊俯冲作用的控制之下[18]，新生代裂陷盆地继承性发育；始新世中—晚期受太平洋板块俯冲转向和郯庐断裂带右旋走滑的影响，裂陷盆地结构发生了明显的构造转型；渐新世盆地发生持续裂陷，但其强度明显减弱；自新近纪以来，由于岩石圈均衡沉降，研究区主要表现为叠加有共轭走滑效应的拗陷沉降[17]。盆地的演化经历了早白垩世裂陷幕、晚白垩世构造抬升、早古近纪裂陷幕、晚古近纪裂陷幕以及新近纪的走滑拗陷阶段[18]，其构造特征体现了多幕式的演化过程以及伸展、挤压和走滑应力的叠加效应。盆地古近纪裂陷层序自下而上充填了孔店组(Ek)、沙河街组(Es4，Es3，Es2，Es1)和东营组(Ed)等湖相碎屑岩沉积地层，主要发育扇三角洲、辫状河三角洲、近岸水下扇和湖泊相等不同的沉积相类型。已有研究揭示了研究区中生代复杂的构造演化历史，本研究侧重于对古近纪幕式裂陷过程的精细刻画，进而探讨渤海湾盆地始新世构造转型过程及动力机制。

2 始新世构造变革的穿时特征

2.1 构造转换界面的厘定

不整合面作为盆地构造变革事件最直接的证据，记录了两幕不同构造运动的发育特征。渤海西南部海域裂陷层序内部发育有多个不整合界面，其中新生界底界面(T100)和新近系底界(T20)这2个角度不整合最为明显，其分别代表了新生代裂陷旋回的开始与结束，目前已被广泛关注。相比之下，人们对沙三段与沙二段地层之间的角度不整合(T50)缺乏足够的认识，其具有显著的地层削截特征和地层挠曲变形特征，且该界面在渤海海域广泛存在，揭示了其蕴含着丰富的地球动力学信息，反映出可能在始新世中—晚期(沙三段沉积期末)发生了重要的区域性构造变革事件。推测该事件的发生可能是济阳运动在渤海海域的响应[19]，济阳运动作为济阳坳陷沙河街组地层沉积期发生的一次重要构造变动，以发生大起大落的块断运动和阶段性的断块翘倾活动为特征，对油气的运聚提供了有利的区域性成油背景。

就该构造界面(T50)在研究区的表现而言，其主要发育褶皱不整合和削截不整合2种样式。其中削截不整合全区表现明显，断裂下降盘沙三段及下伏地层旋转翘倾，翘倾部位遭受剥蚀而被削平[20]，沙二段及上覆地层与不整合面近于平行，从而与沙三段地层斜交，形成明显的削截不整合(图3(a)和(b))。褶皱不整合构造样式主要发育于沾化凹陷之中的孤北洼陷内(图1(b))，在相向发育的埕东断层和长堤断层之间，发育凹中隆构造，孔店组至沙三段地层具有明显的同期变形特征，而上覆地层相对平缓；同时，沙三段地层顶部具有明显的削截现象，其厚度横向展布不均，具有中间薄、两侧厚的特征(图3(c))。该构造的发育特征表明盆地在始新世中—晚期经历了由伸展到挤压的构造反转过程，在沙三段沉积期末NEE 向挤压作用的控制之下，凹陷内地层发生挠曲变形形成背斜，其顶面遭受剥蚀，形成显著的角度不整合(T50)，界面之上主要为沙二段至东营组辫状河三角洲砂泥岩，与界面之下发育的湖相泥岩形成显著对比。研究区在该时期发育的角度不整合与渤海海域南部地区具有高度一致性[10]，揭示了同期构造变形活动的发生。

图3 渤海海域西南部T50不整合面地震反射特征Fig.3 Seismic reflection characteristics of T50 unconformity in southwest Bohai Sea

2.2 中生代先存断裂的差异性表现

就先存断裂的构造特征而言，“陆上”济阳坳陷中生代NW 向先存断裂在新生代发生构造复活，其多表现为继承性活动，并控制了盆地古近系孔店组至沙河街四段的沉积(图4(a))，决定了NW 向展布的构造格局。然而，随着古近纪中期应力场的转变，济阳坳陷NW 向先存断裂开始消亡(图4(a))，先期主控的NW 向断裂停止了正断活动，NE向张扭性断裂成为优势活动断裂体系，并开始控制了盆地的构造格局。相比之下，“海上”坳陷则表现为持续性继承中生代NW 向构造格局(图2(b))，尽管古近纪晚期发育的NE向断裂体系对盆地进行强烈改造，然而，可能同时受地层力学性质、先存构造强度等因素影响，在海域发育的NW向断裂作为先存构造薄弱带，其持续的张扭性活动得以维持，使其免受向NE向构造格局转型，构成了NE向郯庐断裂带与NW向断裂共轭的构造格局，体现了NW向持续继承性活动并维持了NW向主控的构造格局，应力场方向与先存断裂之间夹角存在斜向伸展再活动，有时是再活动断裂为主导，有时是新生其他方位断裂为主导。

可以看出，受不同构造位置、不同规模先存断裂对区域构造环境差异响应的控制，“海-陆”不同坳陷先存断裂在新生代的表现形式既存在着一致性，也存在着显著差异。具体来说，“海-陆”坳陷先存断裂在古近纪初期均继承了中生代活动特征，表现为NW向基底断裂“显性”复活，并决定了盆地早期NW向的构造格局；随着古近纪中期应力环境的转变，其构造差异性演化特征开始凸显，依据先存的NW向断裂表现形式的不同，可以分为“继承—消亡型”和“持续继承型”(图4(b)和(c))，不同类型断裂控制了“海-陆”不同盆地的发育演化，进而决定了后期盆地构造面貌的差异。

图4 济阳坳陷地震剖面揭示的先存NW向断裂发育特征及不同先存断裂复活模式Fig.4 Characteristics of pre-existing faults in Jiyang depression and reactivation models for different pre-existing faults

2.3 古近纪断裂体系的差异性转型

研究区主要发育NW向、NEE向和NE向断裂体系，受多期次构造运动的影响，不同构造幕之间断裂体系发育特征存在着明显的差异。就古近纪断裂体系而言，研究区在晚始新世中—晚期(沙三段沉积期)经历了明显的转型过程，主要表现在以下几点。

从控盆断裂的演化特征来看，孔店组—沙四段沉积期，中生代先存断裂具有显著的复活效应，NW 向沙南断裂和埕北断裂，NE 向沙垒田2 号断裂、埕东断裂和埕子口断裂的继承性活动控制了盆地早期的构造格局。至沙三段沉积期(中始新世)，各方向断层断距增大，活动强度增强，反映出盆地发生了强烈的裂陷作用(图5(a))。其中NW向沙南断裂和埕北断裂可达160 m/Ma，相对其他方向断裂(30～80 m/Ma)具有明显的优势，显示了对盆地格局的主要控制作用。与此同时，在凹陷斜坡开始发育一系列NEE 向断裂，但其断裂活动强度相对较弱，盆地依然表现为NW向断裂主控的构造格局。自沙二段沉积期以来，盆地裂陷强度减弱，各方向主干断裂断距明显减小，先期NW向主控断裂活动强度急剧降低，而NEE 向断裂体系活动强度相对增强(图5(b))，体现了优势活动断裂体系的转型过程。

从次级断裂的发育特征来看，以沙三段地层顶面(T50)为界，其上下发育了2 套不同的断裂体系。界面之下的NW 向先存断裂多终止于该界面，而界面之上则密集发育一系列板式排列的新生型次级断裂(图6)。整体来看，该时期NW 向断裂体系趋于消亡，而NEE 向断裂体系相对发育，盆地在古近纪经历了由NW向断裂控盆到NW向和NEE向断裂体系共轭控盆的转型，反映了古近纪中—晚期区域应力场方向由近NS 向伸展向NNW 向伸展的转变，研究区各时期活动断裂体系展布很好地体现了这一区域应力场转变的过程。

图6 渤海海域西南部古近纪晚期新生型次级断裂发育特征Fig.6 Characteristics of secondary faults in late Paleogene in southwest Bohai sea basin

相比之下，研究区南侧的济阳坳陷在沙四段沉积期就发生了由NW向向NEE向的构造转型[6-7]，主要体现在孔店组沉积期主控的NW 向孤西、罗西、阳信和滋镇断层逐渐消亡(图5(c))，取而代之的是，NEE 向的埕南、无南、宁南、陈南和平南断层强烈活动对先期构造格局的叠加改造[8](图5(d))。沙三段沉积以后，整体继承了沙四段沉积期NEE 向的盆地格局(图5(d))，NW 向断层基本消亡，同时，后期叠加有NE向走滑构造形迹。可以看出，济阳坳陷在沙四段沉积期发生了构造转型，在沙三段沉积期已经转换为NEE 向主控的构造格局，而渤海海域盆地在构造转型上表现出明显的非同步性，在沙三段沉积期末才开始受NEE 向构造的控制和影响。“海-陆”不同坳陷近乎相同的构造转型过程在时间上具有不一致性，这种“穿时”构造变革的动力机制需进一步探讨。

图5 渤海海域西南部与济阳坳陷古近纪两幕裂陷期断裂体系展布及垂向活动强度Fig.5 Transformation of faults of Paleocene episodes of rifting in southwest Bohai Sea and Jiyang Depression

2.4 沉积-沉降中心迁移特征的差异

依据“构造-沉积”耦合的思想，沉积地层作为裂陷过程的物质记录，可以很好地反映出裂陷作用的强弱。结合各地质时期沉积地层厚度展布特征，可以看出“海-陆”不同凹陷的沉积-沉降中心在古近纪均发生了明显的迁移，但其转型时间存在着差异。

就海域凹陷而言(图7(a)和(b))，由于沙一、二段沉积地层厚度较薄，其演化规律不明显，分别选取代表两幕主裂陷期的沙三段和东营组地层厚度进行对比，发现在埕北低凸起以北的沙南凹陷，沙三段地层与其上覆的东营组地层沉积具有“跷跷板”式的迁移规律，沙三段地层厚度具有“西厚东薄”的特征，沉积中心位于沙南凹陷西洼(图7(a))；到东营组沉积期则具有相反的规律，沉积地层“西薄东厚”，沉积中心迁移至沙南凹陷东洼(图7(b))。在南部的埕北凹陷，沙三段沉积期沉积中心位于NW向埕北断层控制的洼陷之中，至东营组沉积期，沉积地层中心逐渐向东迁移，且呈NE向展布，体现出NE向断裂体系的控制作用。可以看出，海域的沉积地层展布显示出自西向东迁移的规律，由NW 向主控向NE 向主控转变的特点。从区域上来看，沙垒田凸起北邻的南堡凹陷也有着相似的迁移规律[21-22]，揭示了沙三段沉积期后发生了广泛而深刻的构造转换作用。

与此相似，“陆上”的济阳坳陷尽管在古近纪也发生了沉积-沉降中心的迁移过程(图7(c)和(d))，然而，其发生转型的时间要早于渤海海域盆地转型的时间。以东营凹陷为例，沙四段沉积期表现为由陈南断裂和石村断裂带控制的半地堑断陷盆地[6]，沙四段地层充填其中，呈NWW(近EW)向展布(图7(c))。进入沙三段沉积期，受控于区域应力场的NW-SE向转变，沙三段及上覆地层展布方向转变为NEE向(图7(d))。其地层展布趋势的转变显示了沙四段沉积期末构造转换作用的发生。总的来看，渤海海域西南部盆地与其南部的济阳坳陷沉积中心转型时间存在着显著差异，体现了“穿时”的构造变革特征。

图7 渤海海域沙南凹陷与济阳坳陷东营凹陷裂陷期沉积中心迁移对比图Fig.7 Comparison of migrating characteristics of depocenters of two distinct episodic rifting

3 穿时构造变革的成因探讨

以上研究结果表明，渤海西南部海域在始新世中—晚期(沙三段沉积期末)经历了显著的构造变革事件，从而导致了主控断裂体系、沉积中心以及盆地构造格局的转变，该期构造转型与渤海海域南部地区具有高度一致性[10]，但相对于陆上济阳坳陷(沙四段沉积期末)则具有明显的非同步性。作为渤海湾盆地的次级构造单元，它们的发育演化是太平洋板块、印度板块与欧亚板块的相互作用和地球深部动力学过程共同控制的结果[23]。在上述动力边界的控制之下，郯庐断裂带和兰聊断裂带作为研究区紧邻的切穿岩石圈的深大断裂，其活动方式的转变和强度的变化无疑会对研究区的构造转型产生重要影响[24]。

3.1 地幔热隆起主导的岩石圈动力学

前人对渤海湾盆地的动力学过程开展了深入的研究，认为其为地幔热活动驱动下的陆内裂陷盆地[25-26]。最新研究表明，由莫霍面的起伏产生的“莫霍面斜坡”与浅层地壳“最大剥蚀面”等构造变形特征具有显著的时空耦合关系[27]，揭示了深部壳幔结构对盆地发育演化的控制和制约。渤海湾盆地存在3 个NNE 向的莫霍面隆起带，控制了新生代盆地北东向延伸的构造格局。相比“陆上”济阳坳陷，渤海海域渤中坳陷具有较浅的软流圈顶面埋藏深度[28](图8(a))，反映出海域盆地可能更多地受到地幔热物质上涌引发的伸展活动的控制。

岩浆活动是明确地球深部动力学过程的窗口[29]，其伴生的火成岩作为明确深部地幔活动的探针，其发育特征及时空展布规律可以很好地反映深部活动历史。渤海湾盆地古近纪火山岩分布体现了自盆地边缘向盆地中心迁移规律，渤中坳陷广泛分布有大量晚古近纪火山岩[30](图8(b))，反映出渤海海域在该时期古近纪晚期处于裂陷中心的位置。此外，基于构造-热演化数值模拟的岩石圈拉张系数定量分析结果表明[31]，渤海湾盆地不同时期拉张中心存在着迁移特征，在孔店组沉积期，济阳坳陷(拉张系数为1.38)远高于渤中坳陷(拉张系数为1.00)，而在沙四段沉积期，渤中坳陷(拉张系数为1.27)要强于济阳坳陷(拉张系数为1.12)。同时，热流模拟结果揭示了济阳坳陷在约40 Ma优先达到峰值85～88 mW·m-2[32]，而渤中坳陷所处的渤海海域在24.6 Ma 热流达到最大值100 mW·m-2[31]，体现了古近纪裂陷中心由济阳坳陷向渤海海域发生转换的特点。

图8 渤海湾盆地深部地质背景示意图[28]及新生代火山岩分布[30]Fig.8 Sketch maps showing deep dynamics and Cenozoic volcanic rocks distribution of Bohai Bay basin

3.2 区域应力场转换与构造变形场的关系

渤海湾盆地新生代伸展构造和走滑构造是浅层次地壳中2 个相对独立的构造系统[1,25]，它们在空间上相互利用、改造，形成了相互叠加的复杂构造关系。其中，伸展裂陷活动主要由地幔热物质上涌所主导，而走滑变形更多地受到周缘板块活动诱导的郯庐断裂脉动式活动的控制[33-35]。

近年来，对华北克拉通的研究取得了丰硕的成果，揭示了华北克拉通破坏在早白垩世达到峰值[36]，伴随地幔上涌和软流圈的隆升，中国东部进入了大规模的裂陷或断陷盆地阶段。受太平洋板块的NNW向俯冲的控制和影响，郯庐断裂带、兰聊断裂带等NE 向断裂发生大规模的左旋走滑作用，产生了NE—SW向的拉张应力场[7]，从而导致了先期NW 向断层发生由挤压到拉张的构造转换[18]，并伴随着盆地雏形的形成。自新生代以来，由于太平洋板块俯冲速率的降低，伴随洋脊俯冲的发生(图9(a))，古近纪早期的构造活动由地幔热隆起引发的区域性拉张所主导[37]，受先存断裂复活的影响，渤海湾盆地中部盆地继承了中生代的北西断南东超的构造格局。

根据热点轨迹，古近纪中期太平洋板块俯冲方向经历了一次重要转变[38]，其俯冲方式由NNW向斜向低速俯冲转变为NWW 正向高速俯冲[39-41](图9)。伴随着印度板块与欧亚板块的全面碰撞，郯庐断裂带的活动方式发生了由左旋走滑向右旋走滑的转变[24,42]，与西侧的兰聊断裂发生共轭右旋走滑作用，派生出NWW 的拉张应力环境。同时，地幔热物质上涌产生的水平拉张在沙三段达到峰值[30,43]，它们的共同作用决定了盆地的优势伸展方向。自沙二段沉积期以来，太平洋板块持续高速俯冲导致了郯庐断裂带的大规模右旋走滑活动，其派生的拉张应力导致一系列NEE 向断层的活动性增强，次级断层数量明显增多。由于该时期深部地幔热活动引发的拉张作用有所减弱[33]，各方向断层活动强度均明显减弱，其盆地构造格局可能更多地受到由板缘动力诱导的拉张作用的控制。

图9 区域应力转换的地质背景[40]Fig.9 Regional geological background for stress transitions[40]

3.3 伸展与走滑应力的复合下的差异性构造转型

盆地新生代构造格局体现了继承性与改造性并存的特点。在古近纪初期，盆地结构具有明显的NW 向构造形迹，自西向东发育的NW 向罗西、孤西、埕北—长堤—五号桩断裂带控制了潜山和凸起的规律性展布，体现了对中生代构造格局的继承。始新世中—晚期，受郯庐断裂等大型NNE向走滑断裂转型的影响，华北东部地区新生代发生重大构造转型，区域拉张应力场向NNW—SSE向伸展发生了转变[6-7]。盆地构造格局表现为受到NEE 向新生断裂体系的改造，其率先发生在渤海湾盆地南部的济阳坳陷(沙四段沉积期)，表现为古近纪中—晚期北东断南西超的半地堑对中生代北西断南东超半地堑的强烈改造(图9)，垂向上形成了NE 向与NW 向盆地相干型叠合的构造格局[7]。构造变革前后盆地构造格局发生了显著改变，盆地由早期的单断式半地堑结构逐渐转型为双断式堑垒构造，由伸展构造主控转变为走滑构造的叠加改造。

而渤海海域西南部盆地则表现为在沙三段沉积期前后显著差异的两幕断陷特征。孔店组至沙三段沉积期，以NW 向断裂控盆为主，新生的NEE 断裂并未对盆地结构产生改变，盆地构造格局表现为一系列彼此孤立的箕状半地堑，呈现“群湖抱山”的古地貌特征；进入沙二段沉积期以后，NW 向沙南断裂和埕北断裂表现为张扭性变形，与NEE向断裂体系共同控制了盆地构造格局。沙三段顶部界面(T50)之上则表现为截然不同的构造-沉积面貌，反映了随着断陷湖盆范围的进一步扩大，NEE向断裂体系对盆地结构的改造效应。

“海-陆”差异性构造转型的原因可能受控于伸展与走滑应力的复合作用。在古近纪初期，受洋脊俯冲和深部地幔物质上涌的影响，盆地处于强烈伸展阶段，并继承了中生代NW 向的构造格局。自沙四段沉积期以来，伴随着盆地裂陷中心由济阳坳陷向渤中坳陷的迁移，济阳坳陷裂陷作用减弱，其构造演化可能更多地受到走滑应力的控制(图9)，其派生出NNW—SSE拉张应力场导致了盆地向NEE 向构造格局转型(图10(a))。而在渤海海域西南部盆地，由地幔上涌导致的伸展作用相对较强，走滑作用对盆地的影响相对不明显，尽管开始发育有NEE 向的新生断裂，但其并未改变盆地NW向断裂主控的构造格局(图10(a))。至沙三段沉积期之后，随着地幔热物质上涌产生的伸展强度降低，盆地裂陷作用明显减弱，深大断裂走滑活动派生的NNW拉张应力相对增强，渤海海域盆地发生构造转型，向NW 和NEE 向断裂共轭控盆的构造格局转变。因此，先存断裂的差异性复活和郯庐断裂带活动方式的转型是研究区新生代盆地格局对中生代盆地格局继承和改造的关键，由地幔热物质上涌产生的水平拉张与深大走滑断裂派生拉张的配比关系决定了渤海湾盆地始新世“穿时”构造变革事件的发生(图10(b))。

图10 渤海湾盆地中部盆地构造转型特征及成因示意图Fig.10 Sketch map of characteristics and origin of the Paleogene differential tectonic transition

结合中国南海北缘新生代盆地的研究，发现在始新世中—晚期也发生了类似的构造变革事件，盆地构造面貌发生了显著的变化[44-47]。在珠江口盆地恩平凹陷、惠州凹陷表现尤为明显，始新统文昌组与上覆渐新统恩平组之间具有明显的削截现象，由于区域应力场顺时针旋转，导致了主控断裂体系由NEE 向朝NWW 向转型；同时，前期分割性较强的湖盆趋于连通，湖盆范围进一步扩大，沉积体系由半深湖—深湖背景下的扇三角洲向滨浅湖背景下的辫状河三角洲转变[44]。此外，不同学者对中国近海的东海盆地和琼东南盆地等开展了系列研究[24]，发现该期构造变革事件广泛存在。因此，对该构造转型特征及动力学成因的深入探讨不仅能为明确中国近海盆地的动力学成因提供约束，同时能为低成熟探区的高效油气勘探提供重要指导。

4 石油地质意义

始新世中—晚期的构造变革揭开了渤海湾盆地中部差异性演化的序幕，渤海海域西南部古近纪早期以孤立盆地发育为特征，其分割性强，沙三段发育中深湖—深湖相优质烃源岩，具有厚度大、范围广的特点，其有机质类型好，主要以I型和II1型为主，仅沙南西洼总生烃量可达44 亿t[48]。在古近纪中、晚期，前期相对孤立的断陷湖盆趋于连通，以辫状河三角洲和滨浅湖相发育为特点，并控制形成了沙一、二段和东三段等有效烃源岩。其中，沙一、二段烃源岩有机质类型多为II1型和III型，而东营组有机质类型多样，以II1型为主[48]。而济阳坳陷烃源岩发育层系多，自沙四段至东营组发育了多套优质烃源岩。可以看出，构造变革事件导致的幕式裂陷演化过程造成了烃源岩发育的差异。

伴随着区域构造变革事件的发生，NEE 向断裂体系对先期NW向的构造格局进行强烈改造，研究区表现为NW 向和NEE 向断裂体系共轭控盆的构造格局。由于NEE 向断层发育，沙南凹陷和埕北凹陷内部形成东洼与西洼，在埕北低凸起上，形成了沟、岭。在沙南凹陷的南部缓坡带发育的“截坡”断层导致断阶带发育，对油气垂向疏导；在埕北凹陷的西南缓坡带上“顺坡”断层形成沟壑成为物源通道。在古近纪晚期，NW向断层对构造格局的控制作用较前期明显减弱，导致了埕北低凸起在东二段沉积期基本处于消亡阶段，成为水下低凸起接受浅湖相沉积。该时期NEE 向断层的控制作用相对增强，导致沙南东洼、孤北洼陷和桩西洼陷等深洼发育，地层的快速埋藏有利于多套烃源岩的发育。

值得关注的是，以往对NW向断层的走滑效应缺乏深入的认识，先存的NW向埕北断层和沙南断层在NNW向斜向伸展作用下发生张扭性变形，沿其走向发生弯曲形成走滑释压区和增压区[17,49]。由于局部应力的差异，不同段的构造形态存在着显著差异(图11(b)和(c))。在走滑弯曲构造的增压段，断层陡直，其侧向封堵性强，凹陷内地层挠曲变形，有利于形成有效的断层圈闭，是油气藏发育的有利区带(图11(b))；在走滑弯曲构造的释压段，断层良好的疏导性利于油气的垂向运移，进而在断层下盘形成潜山油气藏及浅层油气藏(图11(c))。以埕北断层走滑释压段为例，采用模糊数学综合评价方法对断层封闭性进行定量分析，计算所得沙三段地层封堵系数为0.475，沙二段至沙一段封堵系数为0.48，表明其封堵性偏差，断面处于开启状态，其较好连通性有利于油气垂向疏导，多个钻井也揭示了其在浅层及潜山优势成藏(图11(d))。因此，走滑断裂形成的局部应力场差异导致的断裂疏导连通性差异是潜山成藏的关键。研究区该构造特征揭示了盆地构造转型导致构造变形的差异性和“源-储”配置的多样性，进而控制了油气的优势成藏位置，而构造变革事件的穿时特征可能是导致油气资源“贫-富”差异分布的重要控制因素。

图11 渤海湾盆地构造变革后油气成藏模式及成因示意图Fig.11 Sketch map of model and origin of hydrocarbon accumulation after Eocene tectonic transition

5 结论

1)受控于伸展与走滑并存的多动力源区域地质背景，渤海西南部海域新生代构造演化体现了多幕式的构造演化过程和不同时期伸展与走滑的复合效应。NW走向的沙南断层和埕北断层在中生代先存断裂的基础上继承性发育，控制了渤海海域西南部盆地的凸凹格局。基于对“海-陆”坳陷构造变革界面的厘定以及断裂体系转型和沉积中心迁移特征的对比研究，识别出始新世中—晚期构造变革事件具有穿时特征，其控制了盆地向NNE向构造格局的转型。

2)地幔深部物质上涌产生的水平拉张与深大走滑断裂控制的岩石圈优势伸展方向的叠加复合控制了渤海海域新生代裂陷盆地的发展演化，先存断裂的发育规模与复活方式决定了差异性构造改造作用，同一时期伸展与走滑应力的配比关系控制了渤海湾盆地中部“海陆穿时”构造变革事件的发生。下一步的研究将利用数值模拟技术对不同动力来源进行定量分析评价，以便为深入认识其成因提供依据。

3)始新世中—晚期的构造变革事件导致了不同层系烃源岩发育特征的差异，其穿时变革特征控制了不同构造格局的差异性改造，造成了有利圈闭的再定位，决定了“源-储”配置的多样性，进而导致了油气资源的差异性富集。先存NW向断层的走滑弯曲变形控制了渤海海域的优势成藏部位，而NEE 向断裂的改造作用决定了济阳坳陷油气的规律性富集，这对于走滑-伸展叠加背景盆地的油气勘探靶区的选择具有指导意义。