郯庐断裂带对渭北盆地演化的控制
潍北凹陷是昌潍凹陷的一个二级构造单元(中国石油地质(第六册)，1993)。昌潍凹陷在构造上位于三大构造单元的交汇处，东以郯庐断裂带昌邑-大店断裂与鲁东隆起相隔，西南以宜都断裂和鲁西隆起为界，南与断裂和红丹山隆起相邻。北部的断裂，如广南断裂和古城渭河口断裂，近东西向，分别与昌北隆起和广饶隆起分开(图3-26)。
该区包括潍北、后镇、牛头镇、潍坊、朱鲁、昌乐6个凹陷和潍县、朱刘店、寿光3个凸起，总面积4420km2。其中凹地面积为3410km2，凸地面积为1010km2。通过对渭北凹陷形成演化和充填地层特征的分析，认为渭北凹陷主要成盆期为始新统孔店期，受外围断裂特别是昌邑-大店断裂和沔齐-葛沟断裂控制。只有在新近纪沉积时，才受到区域性整体坳陷的影响，与相邻坳陷形成统一的沉积盆地。
1.基底和结构层
(1)基板
1)对基底位置的理解。现今的渭北凹陷泛指始新世以来形成的新生代盆地。由于盆地内很少有钻井钻穿古近系进入中生界，深部(前古近系)地震信息无法识别，且孔三段火成岩较厚，前古近系地震信息较弱，导致对盆地基底性质认识不清。从区域地质背景看，白垩纪以前，潍北坳陷属于渤海湾盆地的一部分，其发育地层和构造运动与济阳坳陷相似。从郯庐断裂系中段即沂沭段的构造特征来看，断裂带的剖面结构总体上表现为“障壁-地堑”构造，位于该段的Hg-Dan山障壁、马站地堑和安丘-卢希安地堑构成了明显的“障壁-地堑”构造。两地堑均发育下白垩统，厚度1000 ~ 2000 m，上白垩统与下白垩统为不整合接触，岩性差异很大。下白垩统青山组主要由砂砾岩、中性安山岩和火山碎屑岩组成，在主断层边缘附近发育巨大的火山弹和火山集合体，表明断层控制了地堑内的火山喷发。上白垩统王石组主要由紫红色砂砾岩和黄绿色页岩组成，局部夹泥灰岩。控制马站地堑和安丘-卢希安地堑的边界断裂都是郯庐断裂带的一部分，向北延伸至渭北凹陷。推断潍北凹陷白垩系可能存在“障壁-地堑”构造，下白垩统地层广泛发育，岩性主要为砂砾岩、中性安山岩和火山碎屑岩。上述郯庐断裂沂沭段广泛发育的下白垩统火成岩是郯庐断裂在早白垩世伸展和裂陷的产物。
图3-26昌潍凹陷构造轮廓
2)基底的形成和演化。如果将渭北凹陷基底定义为古近系，盆地基底的形成和演化经历了两个阶段，即华北地台盖层发展阶段(古生代)和走滑裂陷阶段(白垩纪)。
A.华北地台盖层发展阶段。
这一阶段主要发生在古生代，潍北凹陷也是济阳坳陷的一部分。根据区域资料，寒武纪-奥陶纪，整个地区以碳酸盐台地稳定沉积为主。中奥陶世末期，加里东运动使全区隆升，晚奥陶世-早石炭世沉积缺失。在石炭纪中晚期，它又开始下降，形成了广泛分布的C-P碎屑岩与碳酸盐岩。二叠纪末的海西运动使整个地区隆起，导致三叠纪沉积的丧失。上述运动以振荡形式为主，仅缺失大面积、大段地层，无强烈构造变形和大量岩浆侵入活动。
B.白垩纪走滑裂陷阶段。郯庐断裂系统始于晚三叠世，当时主要出现在大别和苏鲁造山带之间，并未进入渭北凹陷。郯庐断裂带的北、中、南段具有由南向北逐渐增长和迁移的特征(王晓峰，2000)。通过对潍北凹陷中部沂沭断裂带的构造变形、地层接触和火山活动的分析，认为郯庐断裂在早白垩世以走滑活动为主，早白垩世中期又发生了裂陷活动。一方面，深部岩浆作用强烈，另一方面，浅部沉积盖层中的障壁-地堑构造明显。
早白垩世伸展活动期间，岩浆活动沿大断层向上喷出。在上述地堑中，下白垩统青山组为一套中基性火山岩和火山碎屑岩，火山岩主要沿大断层附近分布。同时也可以看到，下白垩统不是直接整合在太古宙和古生代碳酸盐岩上，或者与太古宙断裂接触。
早白垩世末期，早期裂陷反转地层隆起遭受剥蚀，导致上白垩统与下白垩统不整合接触，在马站夏瑶等地可见。晚白垩世裂谷作用减弱，上白垩统王组主要沉积了一套粗碎屑火山角砾岩和古生代灰岩角砾岩，主要来源于凹陷周边的下白垩统火山岩和古生代碳酸盐岩，构造变形相对较弱。白垩纪末，本区经历了走滑挤压，导致白垩纪地层褶皱、抬升和剥蚀，白垩系残留地层分布有限，古近系地层与白垩系不整合接触。白垩纪末的走滑挤压与郯庐断裂系统由左旋走滑向右旋走滑的转换有关。就渭北凹陷而言，新生代已进入走滑裂谷盆地形成的新阶段。
2.结构层的划分
不整合面是构造层序划分的基础。地震揭示，渭北凹陷从孔店组到新近系可划分为6个不整合，即始新统孔三段与白垩系王石组、孔三段与孔二下亚段、孔二中亚段与孔二上亚段、孔夷段与沙河街组、沙河街组与馆陶组、馆陶组与明化镇组。除孔三段与白垩系王石组、馆陶组和沙河街组之间存在区域不整合外，其余均为局部不整合。其中，孔二段三段和孔二下亚段在六团断层以北为不整合，地震剖面显示出叠置和尖灭现象，表明孔二下亚段的沉积范围在六团断层以北。枣湖鼻状构造孔二中段与孔二上段之间出现不整合，地震剖面显示有剥蚀现象，表明该时期昌邑-大店断裂走滑造成枣湖地区挤压，地层隆起遭受剥蚀。
根据地层不整合和区域构造特征，渭北凹陷自下而上划分为三个一级构造层序，即Ts1构造层序、Ts2构造层序和Ts3构造层序(图3-27)。
图3-27渭北坳陷构造层序划分图
Ts1构造层序包括太古宙-白垩纪，记录了渭北坳陷形成前基底的形成和演化。Ts2构造层序包括始新统-渐新统，即孔店组和沙河街组，记录了渭北坳陷的形成和发展，是渭北坳陷主要发展时期的产物，也是油气勘探的目的层，其中孔店组可细分为孔三、孔二、孔夷三段，累计厚度500～4000m..由于郯庐断裂的走滑作用，构造层序复杂，断层发育。
Ts3构造层序包括新近系馆陶组、明化镇组和第四系平原组，记录了渭北坳陷萎缩阶段的沉积充填和构造演化特征，累计厚度900~1300m。该构造层结构相对简单，含油气性差。
3.渭北凹陷构造发育特征
(1)结构框架
渭北坳陷与济阳坳陷的成盆机制有很大差异。它不是一个简单的断陷盆地，而是一个受郯庐断裂活动控制的走滑裂谷盆地。它是沿北北东向边界断层的右旋走滑伸展，由于近南北向伸展，是沿近东西向断层的正断层活动。因此，许多断层在剖面上更多的是“椅状”而不是“犁状”，也就是说，它们是走滑和断陷共同作用的集中表现。
建立跨盆地的构造格架剖面是认识盆地构造的基础。从不同位置的构造剖面可以看出，渭北凹陷具有以下构造特征:①在南北方向上，渭北凹陷是一个北有断层、南有断层的箕状断层；北边界的渭河口断裂是一条大断裂，具有5000-6000m的巨大下降板沉积厚度，南部一般为地层重叠或尖灭的斜坡；在地震剖面上，可以清楚地看到，孔店组各段地层向南变薄，沙四段和沙一段变薄。②不同构造部位的南北剖面构造样式差异明显。东里峪以西至盆地西边界，主要断层多呈东西向分布，剖面倾向南，断层排列与北边界断层大致平行；在皂湖以东地区，主要断裂多分布在东北部，断面向北倾斜。断层排列呈雁形斜向东部边界断层。枣湖至东李峪一带，断层复杂，既有南倾断层，也有北倾断层，平面上呈北东向和NWW向两组断层。③东西向一般为双断层，东部埋深比西部浅。
渭北凹陷构造的上述特征不同于简单的箕状断陷。主要原因是渭北凹陷不是一个简单的伸展断陷，而是一个走滑伸展断陷。盆地的形成受伸展和扭滑双重控制，两者在力学机制上有很大差异。
(2)断裂系统
A.边界断裂。根据渭北凹陷的构造解释和沉积充填特征分析可知，控制渭北凹陷新生代形成和演化的边界断裂有三条，即盆地东边界的昌邑-大店断裂、西边界的面格沟断裂和盆地北缘的古城-渭河口断裂，其中前两条断裂属于郯庐断裂带的中段。
昌邑-大店断裂:是划分鲁东隆起和沂沭断裂带的边界断裂，也是潍北凹陷的东边界断裂。该断层是一条长期活动的基底断层，在布格重力异常图上表现为重力等值线密集带，走向北北东向，在区内延伸25km。在2D地震67.8线和三维地震62线上显示出明显的负花状构造，表明该断层在渭北凹陷具有断层走滑性质。与该断层伴生的次级断层多呈飞散状排列，且多倾向北方。断层下降盘的鼻状构造也是该断层走滑挤压的结果。
坦齐-葛沟断层:是划分鲁西隆起和沂沭断裂带的边界断层，也是渭北凹陷的西边界断层；也是一条长期活动的基底断层，具有走滑断层性质。在布格重力异常图上，显示出一条密集的重力等值线带，向东北方向延伸，在该区域内延伸12km。与该断层伴生的次级断层多呈雁行状排列，且多倾向南方。
古城-渭河口断裂:是昌北隆起和渭北凹陷的分界断裂。在布格重力异常图上是一条密集的重力等值线带，走向由东北向近东西变化，横贯全区，长度45km。实际上，在盆地形成早期(孔三、孔二下亚段沉积时期)，该断层由两组NE向和NWW向的张性和扭性正断层组成，明显控制了渭北凹陷北部早期火山活动。
B.皮带控制故障。在渭北凹陷，除了控制盆地发生和发展的边界断层外，还有控制二级构造带发育的断层(又称控带断层)，共有4条断层，即刘同断层、柳南断层、西李玉北断层和皂湖断鼻带西边界断层。
柳疃断层是一条次级断层，它将南斜坡带与瓦城断阶带和皂湖断鼻带分隔开来，并控制着孔二段的沉积。近东西走向，长达30km以上，向西落差100 ~ 800m(T8反射层)，汇入长83井附近的柳南断层。
柳南断层是控制孔二段沉积的次级断层，走向近NE，落差100~450m(T8反射层)，中间大两端小。断裂北段在长33井附近与昌邑-大店断裂相交。在区域内延伸约16km。根据三维地震资料，柳南断层也具有走滑性质，剖面上呈负花状构造。
西里峪北断裂是将瓦城断阶带与北部凹陷带分割开来的一条二级断裂，是一条长期继承性断裂，也是盆地附近的一条反向正断层。走向近东西，断点清晰可靠，断层落差变化大。T8反射层的落差为20～200米..
(3)结构风格。
构造样式分析是盆地构造研究的基本内容，也是油气地质条件分析的主要方面。根据渭北凹陷的构造特征，在主干剖面上识别出9种基本构造样式(图3-28)。
1)走滑构造样式。花状构造是最基本、最常见的走滑构造样式，负花状构造通常发育于拉分盆地。渭北凹陷东边界昌邑-大店断裂北段存在明显的花状构造。在盆地东北部的新2D 67.8测线，东部边界断层上出现类似塌陷的构造现象。实际上，它是一种规则的花状结构。在东部的三维剖面上，显示东部边界断层近垂直，可识别出花状构造样式。此外，在柳南断层上也可以识别出负的花状构造，从中央主断层派生出小的正断层分支作为支柱。这些都表明东边界断层具有明显的走滑运动特征。
图3-28渭北坳陷基本构造样式
2)扩展的结构风格。
A.正断层构造样式。正断层是最基本的伸展构造样式。渭北凹陷正断层的组合样式多样，剖面上的组合样式主要有以下几种:Y形断层、座椅断层、帚状断层和逆顶断层。
正断层面组合主要包括梯次组合、平行组合和转换断层组合。在盆地东部以雁列式断层组合最为常见，表现为一系列正断层呈NE向分布，并与东部边界断层即昌邑-大店断层呈锐角，或相交或离开。该断层组合具有典型的走滑构造特征。平行组合断层主要分布在盆地西部，表现为一系列平行排列的NWW断层。变换断层组合是指当一条断层的外延逐渐减小甚至消失时，其外延将被另一条断层所取代。通常，转换断层两侧相邻的正断层趋于转换，呈相对共轭型(Morey，1984)。转换断层组合在渤海湾盆地十分普遍，在潍北凹陷李煜至皂湖之间也十分发育，是一种有利于油气富集的断层组合类型。
B.背斜构造样式。不同的正断层剖面样式伴随着不同的褶皱构造。根据不同类型褶皱的成因机制及其与不同剖面样式的关系，理论上可以识别出四种不同类型的褶皱，即牵引褶皱、反向牵引褶皱、滚动褶皱和它们叠加形成的复合褶皱。
牵引褶皱又称断层传播褶皱(Mitra，1993)或强迫褶皱(Withjack，1990)，通常局限于靠近断层面的区域，规模一般较小。正断层上盘形成向斜，下盘发现背斜。下盘向斜往往是不对称的，断层附近有一个陡翼，远离断层有一个缓翼。向斜轴平行于剖面。牵引褶皱可以在所有三个正断层附近形成。牵引褶皱主要是由断层向断层末端的单斜弯曲的横向和向上传播(断层生长的结果)引起的。沿着断层面的摩擦拖曳和差异压实也可以形成这种褶皱(Hatcher，1994)。
逆牵引褶皱的几何形态与牵引褶皱相反，上盘为背斜，下盘为向斜。与牵引褶皱相比，逆牵引褶皱一般规模更大，分布更广。反向牵引褶皱的发育表明，位移随距断面距离的增加而减小，是对断层作用的弹性(有时是柔性)响应。逆牵引褶皱的半径随位移而增大，如果断层的规模随时间增大，相关褶皱的宽度和幅度也会增大。一般来说，上盘反向牵引褶皱的幅度高于下盘，主要表现为下盘变形不明显。大多数反向牵引褶皱与平面或轻微铲状断层有关(Schlische，1995)。反向牵引褶皱是断层作用引起的弹性(有时是柔性)变形的结果。
滚动褶皱常见于与伸展作用有关的厚层沉积层序，如墨西哥湾和渤海湾盆地的沿海地区。翻卷背斜具有以下特征:①翻卷背斜多为宽缓不对称的短轴背斜，轴部近平行于主断层线，翼部陡近断层面；(2)翻卷背斜往往沿生长断层的下降盘呈串珠状分布；③深浅构造高点不匹配，逐渐向深部偏移，高点偏移轨迹一般与剖面平行，背斜幅度向下增大，向上减小；④翻转背斜高点靠近断层线；⑤翻转背斜顶部常被同向和反向的次级断层切割，铲状正断层上盘的断裂和褶皱形成顶部地堑断层系的复杂滚动褶皱(Sha，1997)。铲状正断层上盘地层的延伸造成断层上盘与下盘之间的潜在空隙；上壁塌陷填补了这个空隙，在铲形截面上形成了“滚动”。
在正断层附近，往往出现牵引褶皱与逆牵引褶皱的叠加，滚动褶皱与牵引褶皱的叠加，从而形成复合褶皱。这类复合褶皱由于叠加方式不同，可形成不同形式的复合褶皱，主要包括①顶部牵引褶皱和底部反向牵引褶皱；②上部为反向牵引褶皱，下部为牵引褶皱；③L为牵引褶皱，下部为滚动褶皱；④顶部滚动折叠，底部牵引折叠。复合褶皱与上述三种剖面样式的正断层关系密切，第四种表现形式仅与坡平正断层有关。
C.反转结构风格。渭北凹陷存在构造反转。从地震剖面上看，Tr反射体的断距大，T8反射体的断距小，然后增大到T7-T1。从平面上看，断层反转主要发育在盆地的东南部。这说明孔三、孔二下亚段断层活动强烈，断距增大。到孔二下亚段末期，由于昌邑-大店断层的走滑挤压，早期正断层在挤压压力下发生反转，孔二中-沙河街沉积期的区域性延长导致上覆地层断距增大。
(4)结构单元的划分
渭北凹陷构造形态简单，南北向为北有断层、南有断层的箕状盆地，东西向为夹在两条边界断层之间的双断陷。根据上述三条控带断裂，渭北凹陷可划分为四个二级构造单元(图3-29)，自北向南依次为北部凹陷带、瓦城断阶带、皂湖断鼻带和南斜坡带。
北部凹陷带:位于长51-长14井断层(T8构造图)北部，古城渭河口断层南部，面积约195km2。该带构造简单，断层少，是盆地内最厚的新生代沉积带。孔二段为深湖相和深湖。
瓦城断阶带:位于六团断裂北部，西丽-渝北断裂南部。西边界为盆地边界的一级断层，东边界与皂湖断鼻带无明显分界。边界暂时为地震测线692.6。面积约175km2。在区域北倾的背景下，该带被东西向的三级断层切割成阶梯状，在较大断层的下降盘内形成一些小型滚动构造。该带被次级断层切割成许多断块。
皂湖断鼻带:位于盆地东部皂湖地区，是在高古地形背景下长期发育的继承性鼻状构造；向东南隆起，向西北倾斜，被东北、西北和近东西向三组断层切割，形成许多断块，使鼻状构造十分破碎，面积约270km2。是渭北凹陷的主要产油区。
南斜坡带:位于盆地南缘，北以柳疃断裂为界，南至盆地边缘，东、西以两条一级边界断裂为界。构造简单，为一由南向北倾斜的单斜带，面积约150km2。受昌邑-大店断裂影响，缺失沙河街组四段和孔店组上部地层，发育长8井鼻状构造和六团南滚动鼻状构造。
3.渭北凹陷的形成演化与郯庐断裂带的关系。
渭北凹陷的构造演化主要受郯庐断裂带的活动控制。郯庐断裂活动的强度、走滑作用方式的改变和应力场的变化对渭北凹陷的构造演化都有重要影响。这些影响在不同时期表现为构造拉张-挤压-走滑的模式。对各期构造作用特征的深入分析，将有助于人们认识盆地的构造演化特征、成盆机制和油气聚集规律，同时为研究郯庐断裂带的形成和变形提供有力证据。在此基础上，提出了渭北凹陷的构造演化史。
图3-29渭北坳陷构造单元划分
图3-30潍北凹陷及邻区白垩纪末构造特征示意图。
(1)白垩纪走滑裂陷阶段
从区域构造背景分析，郯庐断裂在早白垩世初期主要表现为左旋走滑，之后在早白垩世中期发生裂谷作用。整个沂沭断裂带呈受郯庐断裂带控制的“障壁-地堑”构造，地堑内沉积厚度巨大。下白垩统青山组火山岩和粗碎屑岩发育，火山岩沿主断层分布。这些特征揭示了郯庐断裂在早白垩世经历了强烈的裂谷作用，导致深部岩浆的大量侵入和粗碎屑的堆积。晚白垩世持续的断陷活动使上白垩统王组充填了凹陷。白垩纪末，郯庐断裂的走滑裂陷转变为挤压，导致白垩系大面积剥蚀，渭北凹陷及邻区形成NE向褶皱。这些交替排列的褶皱为形成脊洼相间的古近纪构造格局奠定了基础(图3-30)，也为渭北新生代走滑盆地的形成奠定了基础。
(2)孔店组三段沉积时期的走滑裂陷阶段。
新生代，郯庐断裂在区域近南北向拉张应力作用下，由左旋走滑转变为右旋走滑。孔店组沉积初期(沉积第三期)，渭北坳陷边界断层发生右行走滑作用，两条断层之间形成北东向和北西向两组断层，在坳陷北部呈锯齿状排列(附图3-31)，同时触发了一次大规模的玄武岩喷发。这种火山活动具有周期性喷发的特点，在玄武岩中形成泥质岩夹层。火山爆发的同时，盆地也在逐渐下沉。当火山活动结束时，盆地的基本框架已经形成。
图3-31孔北凹陷第三、第二沉积期构造轮廓
(3)孔二-沙河街阶段——伸展断陷阶段。
大规模火山活动后，盆地继续下沉。由于沉积物充填速度远低于下沉速度，环境由浅湖发展为半深湖和深湖，在玄武岩底部沉积灰色至深灰色泥岩、粉砂质泥岩和炭质泥岩夹泥质岩。因为这个过程，基底下沉快，湖深，沉积速度慢，沉积物颗粒细，以泥为主；此外，当时气候湿润，湖中有大量生物活动，河水也将有机物带入湖中。沉积物中有机质非常丰富，非常有利于烃源岩的形成。到孔二下亚段沉积末期，凹陷东缘的昌邑-大店断裂发生反转，导致凹陷东南部孔二下亚段抬升剥蚀。
孔二中-沙河街组沉积时期，受渤海湾盆地区域伸展的影响，渭北坳陷北部渭河口断裂正断层活动明显(图3-32)，形成以北部为沉降中心的箕状断陷，沉积厚度2000~2500m，当孔二下亚段湖泊演化为孔二亚段时， 周围隆起区开始形成一条大河，河水将大量粗粒物质带入湖中，特别是湖的东、西、北边缘，山高坡陡，物质来源丰富，形成大量堆积在湖边缘的扇三角洲。 由于当时湖水较深，地形较陡，受地震和山洪影响，可能诱发浊流事件，在上述扇三角洲前缘的深水区可能形成浊积扇，可能沉积II号孔第二亚段的砾岩和粗砂岩。之后地下室继续下沉，沉降越来越平静。沉积速率低于基底，由半深湖向深湖发展。当湖平面达到最高时，孔二上亚段油页岩沉积。此时的湖深可能是历史上最深的，盆地充填整体呈现饥饿沉积。之后基底沉降速度减缓，充填速度加快，由早期的深湖逐渐演化为浅湖。
孔夷期是渭北坳陷盆地演化史上的一个重要转折点。首先表现在气候上。过去气候潮湿多雨，沉积物呈灰色和深灰色。后来气候炎热干燥，沉积物呈紫色、紫红色。其次，水体明显较浅，主要为浅湖-滨浅湖和三角洲沉积；第三，在沉降方面，以前是快沉降慢充填，后来是慢沉降快充填。洞口在下亚段时，周围物质涌入，在东、西、北三面形成许多扇三角洲，南部地势平缓，湖滨为冲积平原。
总之，孔二至沙河街期盆地以充填为主，逐渐收缩，孔一至沙河街沉积期盆地可能已被充填，周围物源少而细，气候相当干燥，为浅水湖泊环境。
图3-32渭北坳陷孔夷段-沙河街沉积期构造轮廓
(4)沙河街的终结——逆转。
沙河街末期，昌邑-大店断裂再次反转，形成北西向延伸的炉鼻构造，同时沙河街组顶部(T1反射层)在凹陷东南部被截断。
(5)新近纪-第四纪区域性坳陷和走滑挤压。
新近纪，受区域构造影响，潍北凹陷已成为渤海湾盆地的一部分，整体上呈凹陷状。但在馆陶组末端的昌邑-大店断裂发生走滑挤压，馆陶组地层在凹陷东北部被剥蚀。