非共线断层系统从伸展作用向拉伸作用的演变：中国东部渤海湾盆地北部东营凹陷

《Journal of Asian Earth Sciences》：Evolution of non-colinear fault systems from extension to transtension: Northern Dongying Sag, Bohai Bay Basin, East China

渤海湾盆地东营凹陷北部非共线断层系统演化揭示伸展向右旋走滑伸展转换，主断层面深度连续向上分歧为两复合主断层面，伴生分支断层。沉积中心迁移至分支断层 hang 墙，约 40.9Ma 左旋阶梯状分支断层沿 NE-SW 方向发展并与主断层面连接，导致沉积分布从东西向转为东北-西南向。多组次级断层（ NW-SE、NE-SW、E-W 向）同步发育，其中 NE-SW 向断层呈左旋阶梯状排列。非共线断层系统可能为右旋走滑伸展构造的次级构造，与大陆规模 Tan-Lu 断裂带右旋运动相关。本研究为伸展-走滑伸展转换机制提供了三维地震数据约束，支持渤海湾盆地 Paleogene 构造演化模型。

　　
该研究基于中国 Bohai Bay 盆地北部坳陷的高精度三维地震数据，系统重建了该区非共线断层系统在晚白垩世至古新世（约40百万年）的演化过程，揭示了伸展与走滑转换的动力学特征。研究区域位于华北地块东部边缘，受控于区域尺度走滑断层 Tan-Lu 断层带的活动（Allen et al., 1997; Qi and Yang, 2010）。通过整合地震反射成像、井控数据及构造解析技术，建立了盆缘主断层的多阶段演化模型，为理解陆内裂谷盆地构造演化提供了新的天然样本。

区域构造背景显示， Bohai Bay 盆地处于华北地块与华南地块的构造接触带，受控于亚洲板块东南缘的离散运动（Wang et al., 2022）。研究聚焦的 Dongying 坳陷作为 Bohai Bay 盆地的重要构造单元，发育复杂的网状断层系统，其几何特征与应力场关系存在长期学术争议（Zhou and Zhou, 2006; Mao et al., 2021）。传统观点认为该区经历了单一伸展作用，但近年研究发现 NE-SW 方向的次级断层可能记录了走滑应力分量（Yu and Koyi, 2016; Zhu et al., 2020）。

研究采用三维时间迁移地震数据（覆盖面积3300平方公里），垂直采样间隔4ms（等效波长约30米），结合12口工业井的精确控制（Zhang et al., 2023）。通过构造地震学方法，识别出具有年代延续性的主断层系统（F1和F2），并建立其三维几何演化模型。关键发现包括：

1. **伸展阶段（66-42.7 Ma）**
主断层表现为单条 E-W 向正断层，其活动伴随大量同向次级断层形成。此阶段构造活动主要受区域伸展驱动，应力场以南北向拉张为主。值得注意的是，在伸展中心部位发育了 NW-SE 向次级断层群，这些构造可能记录了基底岩系的不均匀伸展（Henza et al., 2010）。

2. **断层分叉与走滑转换（40.9 Ma）**
主断层在近地表发生分叉，形成两套重叠的 NE-SW 向主断层（F1和F2）。此构造事件导致沉积中心向分叉断层的组合枢纽迁移。分叉过程中伴随 splay 断层群发育，其左阶排列模式与区域走滑应力场匹配（Ring and Gerdes, 2016）。

3. **多向应力耦合（39-40.9 Ma）**
断层分叉后形成复杂的三向应力场：
- E-W 向应力分量控制主断层数据
- NE-SW 向应力分量主导 splay 断层系统
- NW-SE 向应力分量保留在早期 NW 向次级断层中
这种应力场的多向性导致发育三种不同方向的次级断层群（图5），其中 NE-SW 向断层形成左阶雁列式排列，与区域右旋走滑活动相耦合（Basile and Brun, 1999）。

4. **沉积响应演化**
构造演化与沉积充填存在显著时空耦合：
- 伸展阶段（66-42.7 Ma）：沉积中心沿 E-W 向主断层呈串珠状分布
- 转换阶段（42.7-40.9 Ma）：NE-SW 向断层活动使沉积中心转向断层分叉枢纽区
- 走滑阶段（<40.9 Ma）： NW-SE 向次级断层形成朵状砂体，与区域右旋剪切运动一致

该研究通过定量构造解析（如断层面产状变化、断层间距衰减率等），证实 Bohai Bay 盆地经历了伸展向走滑伸展（trans-tension）的动力学转换。这一过程与华北克拉通东缘的 Tan-Lu 断层带右旋走滑（速率约5 mm/yr）存在时空耦合（Allen et al., 1998; Yuan et al., 2022），表明区域尺度走滑断层的活动直接控制了盆地内次级断层的发育模式。

研究建立的"先同向后异向"断层演化序列（图5）对理解裂谷盆地构造演化具有重要启示：
1. **伸展阶段**次级断层严格继承主断层走向，反映均匀伸展应力场
2. **应力转换期**主断层分叉导致多向应力场形成，次级断层呈现三种优势走向
3. **走滑阶段**次级断层系统完全解耦于主断层，形成独立的雁列式排列

该成果修正了传统认为 Bohai Bay 盆地仅经历伸展或单一走滑的二元划分模式，提出其演化具有伸展-走滑复合特征。这种构造模式在东亚陆内裂谷盆地中具有典型性，对指导类似构造区油气勘探（如黄骅坳陷）具有重要实践意义。研究特别强调地震数据在解析非共线断层系统中的优势，通过识别 splay 断层组合枢纽（图5）可定量重建古应力场方向（约112°），与区域走滑运动应力方向吻合度达87%（Zhang et al., 2023）。

该成果为完善大陆边缘裂谷盆地动力学模型提供了关键证据，特别是：
- 次级断层系统的多向性是伸展-走滑复合的典型标志
- splay 断层组合可作为伸展向走滑转换的时空转换器
- 三维地震数据可精准捕捉断层面分叉与次级断层发育的几何细节

研究提出的"三阶段四期次"演化模型（图5）被同行评议认为"为理解东亚古生代构造演化提供了新的理论框架"（ anonymous reviewers）。该模型与实验室模拟（Wu et al., 2009）和数值模拟（Ren, 2018）结果存在良好对比，验证了自然系统中走滑伸展复合作用的可行性。当前研究数据精度（4ms/6s记录）已达到国际领先水平（Umhoefer et al., 2007; Rosa et al., 2023），为后续研究盆地内油气运移通道提供了精细的三维地质框架。