第五章济阳坳陷中新生代断裂发育特征及成因机制

济阳坳陷中、新生代断裂发育、组合特征及成因机制探讨一、研究思路二、断层活动性的定量分析三、各构造阶段断裂组合特征四、断裂成因机制分析济阳坳陷中、新生代盆地发育与演化的动力学背景：•欧亚构造域的西伯利亚板块、扬子板块与华北板块的挤压拼接•滨太平洋构造域及其郯庐断裂的活动两大构造体系域在盆地演化的各个时期所起的作用既有差异，又相互叠加，呈现出“盆中有盆、盆上有盆、盆下有盆”的极其复杂的地质现象。济阳坳陷中、新生代盆地演化模式图断裂发育特点：多期次叠加、多延伸方向、多种断层类型、多种组合方式断裂优势方位：北东向（25～40o）、北北东向（60o）、北西向（340o）、北西西向（290o）、东西向及南北向。济阳坳陷中、新生代主要断层分布图•前第三纪发育的断裂的识别•印支运动以来，各期次断裂的分布、发育、演化特征及成因机制•各期次断裂的组合、切割、转化关系•各时期应力场特征及演化•断裂发育（乃至济阳坳陷的盆地演化）与郯庐断裂活动的关系需要解决的问题断层与地层的切割关系断层生长指数分析断裂发育期次划分断层的展布特征各次级构造单元中不同构造阶段断层的组合样式断裂的级别划分各时期区域应力场的恢复各次级凹陷的边界条件地震资料、钻井资料、测井资料、岩芯资料断裂的性质及演化过程断层两侧地层配置关系断层的发育特征区域地质背景资料济阳坳陷盆地发育的边界条件郯庐断裂的活动规律郯庐断裂活动与盆地发育、演化的关系断层发育对地层沉积与剥蚀的控制断层发育与前第三系油气藏的关系整体思路：次级凹陷整个坳陷，控盆断层次级断层，先期断层后期断层济阳坳陷中、新生代断裂发育、组合特征及成因机制探讨一、研究思路二、断层活动性的定量分析三、各构造阶段断裂组合特征四、断裂成因机制分析图济阳坳陷内部垂向断层的活动类型及其对沉积、剥蚀的控制作用（一）断层活动性的定量表示：断层活动速率断层活动速率（vf）为某一地质时期内的断层落差与时间跨度的比值，鉴于断层活动对两盘地层所造成的沉积、剥蚀作用的差异性，我们针对不同类型的断层，确定了不同的计算方法：（a）同沉积正断层：（b）边界正断层（c）逆断层（d）当断层发生构造反转，由逆断层转变为正断层，vf的值则表现为由负值到正值的转变。（二）北西向断层的活动性分析地震资料、重力资料、火山分布特征等显示NW向断层的存在•惠民凹陷：滋镇断层和阳信断层•东营凹陷：石村断层、牛庄断层、陈南断层，•沾化凹陷：罗西断层、孤西断层和五号桩断层。三维地震水平切面揭示惠民凹陷前第三纪NW向断层对盆地的控制作用a.惠民凹陷前第三纪三维地震水平切面b.惠民凹陷第三纪三维地震水平切面前第三纪盆地长轴方向为北西向，而第三纪则表现为北东向，这说明了在前第三纪，北西向断层控制了凹陷的沉积，第三纪北西向断层停止活动后，北东向断层控制了凹陷的沉积。惠民凹陷东部布格重力异常阳信断层（无棣－滨西断层）的存在惠民凹陷东部布格重力异常图济阳坳陷火成岩分布图中生界火山岩的分布说明滋镇断层和阳信断层的存在20570000205800002059000020600000206100002062000020630000206400002065000020660000东营凹陷布格重力水平总梯度异常影像平面图410000041100004120000413000041400004150000416000041700004180000陈家庄宾县沾化县利津县垦利县东营市东营机场辛镇郝家牛庄广饶县牛头镇博兴县高青平方王滨州市金家庄纯化镇蛇庄现河庄王家岗永安镇草桥石村断层牛庄断层陈南断层重力资料显示东营凹陷北西向断层的存在沾化凹陷发育有罗西断层、孤西断层和五号桩断层三条北西向断层，其表现为第三系之下的隐伏断层，未切割第三纪地层，或仅切至底部的孔店组、沙四段，自沙三期后，新生代凹陷区的地层披覆于中生代的凸起和坳陷之上。这表明北西向断层主要发育于中生代，在新生代活动较弱。地震资料揭示沾化凹陷北西向断层的存在济阳坳陷罗西地区311三维地震剖面罗54－义633－义146的三维地震剖面l各断层都经历了一次构造反转过程，晚三叠世（T3）为逆断层发育阶段，经过早、中侏罗世的过渡阶段，晚侏罗世开始进入正断层发育阶段；l从正断层发育阶段的高峰期来看，罗西断层、孤西断层、五号桩断层依次出现在J3＋K、Ek、Es4，表现出由西向东，由早到晚的规律；沾化凹陷各北西向断层活动速率随时间变化l从正断层发育阶段高峰期的活动强度来看，罗西断层、孤西断层、五号桩断层分别为40.4、40.7和70m/Ma，由弱到强的规律。l从断层的消亡时期来看，罗西断层、孤西断层、五号桩断层依次为Es4、Es3和Es2，表现出由西向东，由早到晚的规律。沾化凹陷各北西向断层活动速率随时间变化东营凹陷北西向断层断层活动特征•石村断层和陈南断层（东段）自T3时期开始活动（石村断层可能比陈南断层开始活动时间早）•断层活动强度较大，最高值达80m/Ma以上-100-50050100150200T1+2T3J1＋2J3＋KEkEs4Es3Es2Es1EdNgNm地质年代断层活动速率（m/Ma）石村断层陈南断层东营凹陷北西向断层断层活动特征•石村断层和陈南断层（东段）停止活动时间分别为Ng和Nm，表现出自西向东逐渐变晚的规律•石村断层在总体活动强度上明显较陈南断层（东段）弱，表现出自西向东逐渐增强的规律-100-50050100150200T1+2T3J1＋2J3＋KEkEs4Es3Es2Es1EdNgNm地质年代断层活动速率（m/Ma）石村断层陈南断层（三）北东向（北东东）控凹边界断层的活动性分析惠民凹陷：宁南断层、无南断层、齐广断层车镇凹陷：埕南断层沾化凹陷：义南断层、义东断层、埕东断层东营凹陷：高青－平南断层、滨南断层、胜永断层、020406080100120140MzEkEs4Es3Es2Es1EdNg地质年代断层活动速率（m/Ma）齐广断层宁南断层无南断层•北部宁南断层和无南断层，两者都是在Ek时期开始活动，断层活动强度都较大，最高值可达100m/Ma之上；南部齐广断层，断层活动强度较弱，最高值仅为35m/Ma，南北断层活动性差别较大。惠民凹陷020406080100120140MzEkEs4Es3Es2Es1EdNg地质年代断层活动速率（m/Ma）齐广断层宁南断层无南断层•宁南断层的断层活动高峰期为Es4和Es1，无南断层的断层活动高峰期为Es3，断层的高峰期的发育自西向东有逐渐变晚的趋势，这说明了应力传递的方向；惠民凹陷义南断层义东断层埕东断层l沾化凹陷北部边界断层开始发育于Es4期，高峰期为Es3～Es1期（以Es1为主），Ng开始衰弱，至Nm已基本消亡。沾化凹陷l对比高峰期（Es3、Es1）的断层活动强度，可以发现在北部三条边界断层自西向东由弱变强，体现出东侧扭张作用较西侧强的特点，反映了郯庐断裂对其发育的影响。沾化凹陷020406080100120140160180J1+2J3+KEkEs4Es3Es2Es1EdNgNm地质年代断层活动速率（m/Ma）高青断层（东段）滨南断层陈南断层（西段）•陈南断层（西段）由于受到北西向断层和古地形的影响，在J3＋K时期开始活动，较其他两断层活动时间早？•各断层活动强度较大，最高值分别达到91m/Ma、109m/Ma、150m/Ma，断层活动强度表现出自西向东逐渐增强的规东营凹陷020406080100120140160180J1+2J3+KEkEs4Es3Es2Es1EdNgNm地质年代断层活动速率（m/Ma）高青断层（东段）滨南断层陈南断层（西段）•各断层在Es4-Es3时期均达到活动高峰，之后断层活动减弱较快•断层均在Ng时期停止活动，但在地震剖面上可以看出，断层停止活动时间有自西向东逐渐变晚的趋势东营凹陷济阳坳陷北东（北东东）向控凹边界断层活动性规律•各凹陷的控凹边界断层主要在Ek-Es4时期开始活动•各凹陷的控凹边界断层活动大多有自西向东逐渐增强的规律•各断层消亡时间集中在Ed-Nm期间，在各凹陷内断层停止活动时间表现出自西向东逐渐变晚的规律。济阳坳陷东部自北向南，车镇凹陷、沾化凹陷、东营凹陷都表现为单断式，西部沾化凹陷表现为双断式，但其北部边界断层活动性也明显强于南部边界断层。（四）北东向次级控洼断层的活动性分析包括惠民凹陷的临南断层、夏口断层，沾化凹陷的垦东断层、邵家断层，东营凹陷的中央断层、八面河断层、博兴断层等。其开始活动的时期大都为Ek-Es4，峰值出现在Es3、Es1期，消亡时期为Ng以后，从断层发育的时间来看，反映出与NE向边界断层发育的伴生性，但活动规模明显要小于边界断层。0102030405060708090MzEkEs4Es3Es2Es1EdNg地质年代断层活动速率（m/Ma）夏口断层临商断层F断层E断层沾化凹陷惠民凹陷0102030405060MzEkEs4Es3Es2Es1EdNgNm地质年代断层活动速率（m/Ma）博兴断层中央断层八面河断层东营凹陷（五）东西向（近东西向）次级断层东西向断层在济阳坳陷内发育不多，仅在沾化凹陷和惠民凹陷发育有孤北、孤南、垦利断层和林北、林南等断层沾化凹陷沾化凹陷东西向（近东西向）断层开始活动的时期大都为Es4，峰值出现在Es3、Es1期，消亡时期为Ng以后，从断层发育的时间来看，反映出与NE向边界断层发育的伴生性，但活动规模明显要小于边界断层。惠民凹陷WE向断层活动性相似，开始于Ek，结束于Ng，峰值出现在Es4～Es1时期。010203040506070MzEkEs4Es3Es2Es1EdNg地质年代断层活动速率（m/Ma）林北断层临南断层高青断层济阳坳陷中、新生代断裂发育、组合特征及成因机制探讨一、研究思路二、断层活动性的定量分析三、各构造阶段断裂组合特征四、断裂成因机制分析济阳坳陷中、新生代主要断层分布图济阳坳陷的断层组合特征主要表现为中生代NW向断层与新生代NE、NEE向断层的多期叠加，在平面上呈网格状分布。依据断裂活动性分析，结合本区主要构造期次划分方案，可将济阳坳陷的断裂发育分为印支期（T3）、燕山早期（J1＋2）、燕山中晚期（J3＋K）、燕山－喜马拉雅过渡期（Ek～Es4）、喜马拉雅早、中期（Es3—Ed）、喜马拉雅晚期（N－Q）六个期次，各期次的断裂发育、组合特征既表现出差异性，又体现出对前期断裂发育特点的继承性。济阳坳陷自西向东依次发育了东营凹陷的石村断层、陈南断层，惠民凹陷的滋镇断层和阳信断层，沾化凹陷的罗西断层、孤西断层和五号桩断层。济阳坳陷印支期－燕山早期断层分布图平面分布：济阳坳陷中生代NW向逆推断层的平面组合特征为列式，各条断层走向近于平行，断层之间不相交。剖面特征：通过对桩海18—义153—新渤深1－虎9连井测线的平衡剖面分析恢复的印支期地质剖面显示，断面倾向SW，断面形态为平面式，组合方式为平缓的叠瓦状，地层由SW向NE挤压逆推印支期（T3）燕山早期（J1＋2）该时期济阳坳陷仍以北西向逆推断层发育为特征，但断层的逆冲强度已大大降低，活动速率仅为4～6m/Ma，此时为断层发生构造反转的过渡期，表现为对印支运动逆冲断层造成的地势高差的填平补齐。从断层的发育特征来看，与印支期相类似，平面上为列式组合，剖面上为叠瓦状组合，断面形态为平面式。该时期仍以北西向断层发育为主，但早期几条北西向断裂的活动性质发生了变化，由前期的逆冲断层，转变为正断层，前期的上升盘下降接受沉积，下降盘抬升遭受剥蚀。沾化凹陷燕山中、晚期NW断层剖面图燕山中、晚期（J3－K）断层平面组合特征仍为近于平行的侧列式，但断面的形态发生了变化，由前期的平面式演化为轻微的铲式，断面倾角向深处变缓，为生长断层的典型特征，形成的盆地构造样式形式为简单的滚动半地堑。晚侏罗世－白垩世地层由NE向SW超覆，石炭纪－二叠纪、早、中侏罗世地层由SW向NE方向减薄。该时期末，惠民凹陷内两条北西向断层逐渐停止活动。济阳坳陷燕山中、晚期断层分布图济阳坳陷燕山－喜马拉雅过渡期断层分布图燕山－喜马拉雅过渡期（Ek~Es4）该时期早期仍以北西向断层起主控作用，但与中生代相