郇恒飛，高 鐵，孫守亮，李永飛，時 彬

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034；2.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧 沈陽 110031

0 引言

金嶺寺-羊山盆地（金羊盆地）是遼西地區(qū)最大的中生代盆地，蘊含多種礦產(chǎn)資源，是煤、油、氣礦產(chǎn)勘探的重要區(qū)域［1-2］，近幾年獲得不少油氣新發(fā)現(xiàn)［3-6］.前人研究主要集中于金羊盆地的烴源巖、沉積相、地層層序等問題［5-10］，對該盆地的整體斷裂分布特征研究較少.前人利用區(qū)域重力資料對該盆地劃分次級凹陷，進(jìn)行油氣遠(yuǎn)景評價等［11］，而盆地斷裂構(gòu)造體系、地層空間展布形態(tài)等基礎(chǔ)問題還不清晰.而非震物探在油氣勘探前期解決這些基礎(chǔ)問題具有獨特的優(yōu)勢［12-16］，對于油氣遠(yuǎn)景評價具有重要作用.重力勘探作為地球物理勘探中的一種重要方法，其對盆地巖體、構(gòu)造等識別能力使之成為研究地質(zhì)構(gòu)造的重要手段［17-18］.近幾年來，中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心在遼西金羊盆地實施油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查項目，目前在該區(qū)完成1∶5萬高精度重力測量2 130 km2，目的之一就是系統(tǒng)研究區(qū)內(nèi)重力場特征，確定盆地的斷裂構(gòu)造體系，為該區(qū)油氣遠(yuǎn)景評價提供依據(jù).本文通過重力異常分離、斷裂識別組合法［19-20］、重震剖面聯(lián)合反演，結(jié)合地表地質(zhì)、鉆井等資料，研究該區(qū)重力場及斷裂構(gòu)造空間展布特征，分析主要斷裂的作用及地質(zhì)意義，為金羊盆地油氣遠(yuǎn)景評價提供物探證據(jù).

1 研究區(qū)地質(zhì)與地球物理概況

1.1 地質(zhì)概況

金羊盆地位于華北地臺燕山臺褶帶東北緣的中段，西側(cè)以南天門斷裂帶為界與北票盆地、朝陽盆地和建昌盆地相鄰，是遼西北東向展布的早中生代陸相盆地之一［7］（圖1）.金羊盆地邊界部位出露中新元古界和古生界地層.盆地主體廣泛分布侏羅紀(jì)地層，占盆地總面積的90%以上，是該盆地重要的充填地層.盆地基底為前晚古生界地層，因構(gòu)造變動出露地表與逆斷層一起構(gòu)成了盆地的邊界［4-8］.金羊盆地內(nèi)部呈現(xiàn)“三凹兩凸”的構(gòu)造格局，即馬友營子凹陷、章吉營子凹陷、松嶺門凹陷、東部鼻隆帶和羊山隆起［11］.

圖1 金羊盆地及鄰區(qū)地質(zhì)概圖（據(jù)文獻(xiàn)［4］修改）Fig.1 Geological sketch map of Jinyang Basin and adjacent areas（Modified from Reference［4］）

中三疊世末以來，本區(qū)受印支、燕山運動的影響發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活化作用，褶皺和斷裂發(fā)育，以北東向為主，北西向次之，此外還有一些近東西向、北東東向斷裂及韌性剪切帶.這些構(gòu)造控制著眾多火山機(jī)構(gòu)、中生代盆地的分布和盆內(nèi)陸相火山-沉積巖系的空間展布，形成了由太古宇—古生界組成的基底隆起和中新生代盆地相間的構(gòu)造格局［8，19-21］.

1.2 巖石地層物性特征

巖石地層的物性差異是地球物理勘探的前提，也是地質(zhì)解釋的重要依據(jù).本研究通過對研究區(qū)及周邊出露的巖石進(jìn)行物性測量，獲取不同巖石地層的密度特征，總結(jié)研究區(qū)巖石地層密度的變化規(guī)律.

本區(qū)巖石地層密度由新到老變化總趨勢呈逐漸正向增大的特征.1）白堊系義縣組地層出露于研究區(qū)東部，以中基性火山巖、火山碎屑巖為主，密度一般在2.32～2.72 g/cm3之間，平均為2.50 g/cm3，為中低密度層.2）侏羅系地層為盆地中生界主要蓋層，地層齊全，巖性復(fù)雜.該系地層自上而下密度為正向增大的趨勢，總體來看，侏羅系地層為中密度層.土城子組地層以陸相粗碎屑為主，局部含火山碎屑成分，巖性主要為復(fù)成分礫巖、雜砂巖、砂巖、粉砂巖，密度一般在2.28～2.68 g/cm3之間，平均為2.45 g/cm3，為低密度層；髫髻山組以中基性的火山巖為主，密度值一般在2.32～2.67 g/cm3之間，平均為2.57 g/cm3，相對較高；海房溝組-北票組地層以陸相碎屑巖為主，密度值一般在2.30～2.77 g/cm3之間，平均為2.49 g/cm3，相對較低；興隆溝組地層也以中基性的火山巖為主，但平均密度為2.65 g/cm3，相對較高.3）前侏羅系基底主要為古生界、元古宇和太古宇地層，巖性以灰?guī)r、白云巖、變質(zhì)巖為主，平均密度為2.70 g/cm3，為高密度層.4）區(qū)內(nèi)巖體局部分布，主要為花崗巖、閃長巖和輝綠巖.花崗巖密度均值2.58 g/cm3，為低密度體；閃長巖密度均值2.68g/cm3，為中密度體；輝綠巖密度均值3.02 g/cm3，為高密度體.

2 研究區(qū)重力場特征及其地質(zhì)意義

2.1 布格重力異常特征

從布格重力異常圖（圖2）可以看出，布格重力異?？傮w具有西低東高的特征.布格重力異常變化明顯，重力高與重力低值帶之間發(fā)育有多條寬緩的北東向重力梯級帶，主要位于研究區(qū)中部.這些寬緩的重力梯級帶反映了密度體的變化及巖性的差異，地表地質(zhì)對應(yīng)著侏羅系土城子組和髫髻山組的地層接觸邊界.依據(jù)重力場特征將研究區(qū)劃分為I、II、III 三個異常區(qū).I 區(qū)為重力異常低值帶，位于北四家子、章吉營子一帶，總體呈北東向展布，異常中心較寬闊，異常東翼梯度變化較陡，西翼大多延伸出研究區(qū).該重力異常低值帶從南至北由3 個重力局部異常構(gòu)成，異常中心分別位于北四家子、七道嶺北部、章吉營子.結(jié)合地質(zhì)及物性資料，認(rèn)為該區(qū)是金羊盆地凹陷的主體區(qū)域，整體反映了中生界沉積蓋層的分布.局部重力低異常主要對應(yīng)于侏羅系土城子組地層的分布，同時其下伏的髫髻山組、海房溝組、北票組、興隆溝組等中生界沉積地層厚度較大.II 區(qū)為重力異常高值帶，位于七道嶺—巴圖營一線東部，總體呈北東向展布，異常規(guī)模較大，向東北延伸出研究區(qū).該區(qū)與I 區(qū)重力異常以北東向異常梯級帶為界，反映了研究區(qū)東西部地層具有較大的差異.該區(qū)地表地質(zhì)為侏羅系髫髻山組地層，上覆土城子組已被全部剝蝕，局部零星出露元古宇長城系，推測該區(qū)缺失古生界地層，元古宇與中生界地層呈不整合接觸.該區(qū)重力高異常主要由基底隆起引起，中生界蓋層殘留厚度較薄.III 區(qū)為重力異常低值帶，位于根德營子一帶，由松嶺門重力低、根德營子重力高和羊山重力低3 個局部異常構(gòu)成.根據(jù)地表出露和鉆井分析，松嶺門重力低主要為盆地蓋層引起，根德營子重力高推測為基底向東隆起引起，羊山重力低由已知地質(zhì)信息推測，可能由中酸性巖體侵入引起.

圖2 研究區(qū)布格重力異常圖Fig.2 Bouguer gravity anomaly map of the study area

2.2 重力區(qū)域異常特征

布格重力異常既包含沉積蓋層的異常信息，又包含基底起伏、巖性變化及地殼深部因素等引起的異常信息，是地下所有密度不均勻體的綜合反映.本研究采用向上延拓、趨勢面分析、小波變換多方法進(jìn)行重力場分離，綜合對比獲得研究區(qū)重力區(qū)域異常（圖3），反映了研究區(qū)重力區(qū)域場特征.圖中重力區(qū)域異常值西低東高，反映了該區(qū)深部地質(zhì)構(gòu)造特征，表現(xiàn)出兩低一高的異常形態(tài).已有地質(zhì)、測井、物性等資料表明，金羊盆地在其發(fā)生、發(fā)展的演化過程中受燕山運動多期次影響，前中生界底面起伏大［7］.章吉營子和北四家子一線的重力低是中生界凹陷的反映，中生界地層埋藏深度大；而地藏寺、劉龍臺鎮(zhèn)和上園鎮(zhèn)一帶的重力高是基底隆起的反映，中生界地層埋藏深度小.該重力高西側(cè)存在明顯的異常梯級帶，呈北東向平行展布，巴圖營附近等值線較密集，推斷盆地的邊緣處有深大斷裂.綜上所述，研究區(qū)重力區(qū)域場形態(tài)主要反映了測區(qū)前中生界底面（基底）的分布和起伏特征，大體呈西低東高分布.

圖3 研究區(qū)重力區(qū)域異常圖Fig.3 Regional gravity anomaly map of the study area

2.3 重力剩余異常特征

重力剩余異常由布格重力異常與重力區(qū)域異常相減獲?。▓D4），所顯示的隆凹格局更加細(xì)致，地質(zhì)信息更豐富，反映了該區(qū)局部構(gòu)造的特征.重力剩余異?？傮w上異常組合呈條帶狀及橢圓狀分布，條帶狀異常軸向多呈北東向延伸，重力高、重力低呈帶狀相間排列，各個異常之間常常以密集的重力梯級帶分隔，局部異常的這種分布特征是區(qū)內(nèi)淺部地質(zhì)構(gòu)造的反映.圖4 中有幾處變化較明顯的局部異常.結(jié)合已有地質(zhì)等資料，對章吉營子凹陷有了新認(rèn)識：該凹陷不是單獨個體，還可劃分為3 個次級凹陷，中間有凸起相隔；羊山—七道嶺一線出現(xiàn)局部重力高異常，由該處形成背斜構(gòu)造的侏羅系地層較薄引起；二十家子-松嶺門一帶局部重力低突出，由此處沉積相對較厚的侏羅系地層引起；羊山-根德營子一帶存在侵入巖體造成了該處局部重力低.同時，章吉營子與巴圖營之間的斷凸規(guī)模不大，但離沉積中心較近，構(gòu)造發(fā)育利于油氣運聚，且形成較好的圈閉，對油氣資源勘探具有重要意義.

圖4 研究區(qū)重力剩余異常圖Fig.4 Residual gravity anomaly map of the study area

3 研究區(qū)斷裂構(gòu)造特征

3.1 斷裂構(gòu)造研究方法

重力線性異常的識別提取是劃分?jǐn)嗔?、巖性界限等地質(zhì)要素的重要依據(jù).目前常用的斷裂識別方法主要有垂向?qū)?shù)、解析信號振幅、總水平導(dǎo)數(shù)、斜導(dǎo)數(shù)、θ圖、歸一化的垂向?qū)?shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差等［22］.本研究采用小子域濾波分別結(jié)合水平總梯度模、水平方向?qū)?shù)的方法［21，23］，提取重力場反映的斷裂構(gòu)造信息（圖5）.小子域濾波可緊縮重力梯級帶，增強(qiáng)線性異常.水平總梯度模和方向?qū)?shù)能較好地確定主次斷裂的展布規(guī)律，反映不同期次斷裂的異常信息.同時結(jié)合區(qū)內(nèi)重力剩余場異常、地震剖面、重震綜合解譯剖面及以往區(qū)域地質(zhì)成果資料，開展斷裂特征的綜合劃分與識別，最終確定研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造體系.

圖5 布格重力線性異常提取結(jié)果Fig.5 Extraction of Bouguer gravity linear anomaly

3.2 典型重力剖面綜合解譯

在研究區(qū)內(nèi)選取7 條重力剖面進(jìn)行正反演定量擬合確定地質(zhì)-地球物理模型，以地質(zhì)、物性、地震、鉆井等資料進(jìn)行約束，最終完成典型剖面的地質(zhì)解譯，為研究本區(qū)斷裂的性質(zhì)及空間展布特征提供依據(jù).本文選取研究區(qū)中部G4 剖面（位置見圖2）解譯結(jié)果詳述，見圖6.

圖6 G4 剖面綜合解譯結(jié)果圖Fig.6 Comprehensive interpretation of G4 section

G4 剖面位于研究區(qū)中部，西起孫家灣鄉(xiāng)，經(jīng)巴圖營，東至地藏寺西側(cè)，呈北西西向展布.地表地質(zhì)顯示西部大面積被土城子組地層覆蓋，中東部大面積出露髫髻山組地層.重力剩余異常曲線清晰地呈現(xiàn)西低東高的特征，中西部重力異常低且較穩(wěn)定，東部重力異常最高；而航磁剩余異常曲線反映整體為平靜磁場，僅在22 km 處為高磁異常，推測為由北側(cè)巴圖營與劉龍臺間的強(qiáng)磁異常引起的磁異常效應(yīng)；在重力水平總梯度異常曲線上有多處明顯的極值，推測該區(qū)域斷裂十分發(fā)育；地震剖面反射波同相軸清晰，反映出西部地層埋深大，東部地層明顯抬升.解譯結(jié)果顯示該剖面呈中西部深東部淺的構(gòu)造特征，由西部的向斜和東部的背斜組成復(fù)式褶皺，而由東向西的F6、F7、F8 等一系列逆斷層，使得從向斜核部到背斜核部，地層逐步抬升，由F8 抬升后土城子組地層全部被剝蝕，開始逐步剝蝕髫髻山組.在剖面西部，F(xiàn)3 和F4 背沖的逆斷層形成局部凸起，同樣使地層明顯抬升形成背斜.綜上可見，該剖面發(fā)育的多條基底逆斷層，產(chǎn)狀上陡下緩，對地層的空間改造作用明顯，使地層出現(xiàn)不同程度的抬升.

3.3 斷裂構(gòu)造特征

研究區(qū)斷裂分布圖（圖7）顯示，區(qū)內(nèi)斷裂十分發(fā)育.共識別出主要斷裂28 條，主要由北東向、北西向2組斷裂組成，這與前人對該區(qū)的斷裂構(gòu)架認(rèn)識一致.區(qū)內(nèi)斷裂性質(zhì)以逆斷層為主，平移斷層次之，其中逆斷層主要呈北東向展布.平移斷層主要呈北西向展布，多表現(xiàn)為左行平移性質(zhì)，部分為右行平移，同時部分兼具張性或者壓扭性.斷裂活動具多期性和較強(qiáng)的繼承性［2］，北東向斷裂多被北西向斷裂錯斷成多段，因此，北東向斷裂為早期斷裂，北西向斷裂為后期斷裂.區(qū)內(nèi)斷裂對沉積尚未起控制作用，主要對金羊盆地的構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行后期的多次改造.北東向斷裂相比北西向斷裂對盆地的發(fā)展影響更大，部分影響了凸起與凹陷的邊界，該類斷裂有5 條，為F1、F2、F5、F7、F8，其余斷裂主要對研究區(qū)局部構(gòu)造或地層沉積起改造作用，該類斷裂有23 條.本文主要研究對凹陷起決定作用的斷裂.

圖7 研究區(qū)斷裂分布圖Fig.7 Distribution of faults in the study area

F1 斷裂呈北東向展布于研究區(qū)西緣的南部，自北四家子鄉(xiāng)，經(jīng)南雙廟鄉(xiāng)，終止于孫家灣鄉(xiāng)南，傾向北西，產(chǎn)狀較陡，為逆沖斷層.該斷裂切割中生界和前侏羅系地層，F(xiàn)19、F22 等北西向平移斷層將其錯斷為多段.在重力剩余異常上表現(xiàn)為重力高與重力低異常的分界線，重力水平總梯度模（圖5b）和135°水平方向?qū)?shù)（圖5d）上有較清晰且連續(xù)的線性異常.F1 斷裂的下盤為沉積較全且較厚的侏羅系地層，而在上盤殘余較薄的侏羅系地層.基底淺，西側(cè)有薊縣系、寒武系等地層出露，大面積出露基底地層的區(qū)域在構(gòu)造上位于南天門斷裂帶，推測F1 斷裂可能為南天門斷裂帶東緣隱伏的次級斷裂.

F2 斷裂呈北東向展布于研究區(qū)西緣的北部，經(jīng)南八家子鄉(xiāng)，傾向北西，產(chǎn)狀上陡下緩，為逆沖斷層，斷距較大，北西向平移斷層將其錯斷為多段.該斷裂在重力剩余異常上同樣表現(xiàn)為重力高與重力低異常的分界線，重力水平總梯度模（圖5b）和135°水平方向?qū)?shù)（圖5d）上有較清晰且連續(xù)的線性異常，地震資料同樣顯示該斷裂的存在［21］.F2 斷裂的下盤為沉積較全且較厚的侏羅系地層，而在上盤殘余較薄的侏羅系地層，且基底埋深較淺.西側(cè)有薊縣系、寒武系、石炭-二疊系等地層出露，大面積出露基底地層的區(qū)域在構(gòu)造上位于南天門斷裂帶，推測F2 斷裂也可能為南天門斷裂帶東緣隱伏的次級斷裂.

F5 斷裂呈北東向展布于研究區(qū)南部，自羊山鎮(zhèn)起，傾向南東，產(chǎn)狀較陡，為逆沖斷層，斷距較大，F(xiàn)19、F22、F23 等北西向平移斷層將其錯斷為多段.該斷裂在重力剩余異常上表現(xiàn)出西部重力低、東部重力高，重力水平總梯度模（圖5b）和135°水平方向?qū)?shù)（圖5d）上有較清晰且連續(xù)的線性異常.該斷裂西側(cè)與F1 斷裂對沖形成凹陷，斷層逆沖使東側(cè)上盤抬升形成凸起.

F7 和F8 斷裂呈北東向平行展布于研究區(qū)東緣的北部，自七道嶺東開始，經(jīng)巴圖營東到上園鎮(zhèn)西，傾向南東，產(chǎn)狀較陡，為逆沖斷層，F(xiàn)25、F26 等北西向平移斷層將其錯斷為多段.該組斷裂處于重力異常梯級帶上，西部重力剩余異常低，東部重力剩余異常高，重力水平總梯度模（圖5b）和135°水平方向?qū)?shù)（圖5d）上有較清晰且連續(xù)的線性異常.F7、F8 逆沖斷裂帶使東部地層抬升，造成髫髻山組地層大面積出露地表，土城子組地層剝蝕嚴(yán)重，為西側(cè)章吉營子凹陷和東側(cè)劉龍臺凸起的分界帶，推測為金羊盆地東部邊緣處的深大斷裂帶.

有些小的局部構(gòu)造也非常重要，分布在凹陷或凸起的內(nèi)部.如研究區(qū)西北部呈北東向平行展布的F3、F4 斷裂.該組斷裂自孫家灣鄉(xiāng)開始到章吉營子鄉(xiāng)南，皆為逆沖斷層，產(chǎn)狀較陡，在重力水平總梯度模（圖5b）和135°水平方向?qū)?shù)（圖5d）中都有清晰且連續(xù)的極值線性異常.F3 與F4 逆斷層背沖形成局部凸起帶，將研究區(qū)西部凹陷區(qū)分為南北兩個凹陷單元.F10 斷裂呈北東向展布于研究區(qū)東北角，自劉龍臺鎮(zhèn)開始向北至上園鎮(zhèn)，北部延伸出研究區(qū)，為一正斷層，傾向北西，在北部被F28 平移斷層平移為近南北向，斷裂在地表出露于北票市上園鎮(zhèn)柳黃屯、義縣劉龍臺鄉(xiāng)至凌海市龍千臺一帶，長35～40 km，沿該斷裂帶發(fā)育有擠壓破碎帶、斷層面、擦痕、斷層泥等.F10 斷裂使下盤的長城系高于莊組和侏羅系髫髻山組巖石破碎強(qiáng)烈，而在上盤沉積一定范圍的白堊系義縣組地層，為金羊盆地東緣斷裂帶的一部分.

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)中生界與基底巖系有明顯密度差異，為本文研究的主密度界面.研究區(qū)的西部凹陷、中東部凸起和中南部凹陷共同引起重力場的變化，西部凹陷的中生界沉積地層全且厚度較大.研究區(qū)重力區(qū)域場形態(tài)主要反映了測區(qū)前中生界底面（基底）西深東淺的空間分布特征.

（2）重力剩余場具高、低相間排列的特征，高低異常間以密集的重力梯級帶分隔，反映了研究區(qū)凹隆格局及凹隆間發(fā)育的斷裂.研究區(qū)內(nèi)的章吉營子凹陷還可劃分為3 個次級凹陷，同時區(qū)內(nèi)背斜及斷凸等構(gòu)造高點利于油氣聚集.

（3）在火山巖覆蓋區(qū)，重震聯(lián)合反演可以很好地發(fā)揮各方法的優(yōu)勢，互相補充，為研究區(qū)的斷裂特征及地層展布提供重要的基礎(chǔ)資料.

（4）重震資料的綜合研究可合理地確定研究區(qū)的斷裂體系，即主要由北東向和北西向2 組斷裂構(gòu)成.該區(qū)斷裂主要對金羊盆地的次級構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行后期的多次改造，形成凹、凸相間的構(gòu)造特征，這對盆地的油氣遠(yuǎn)景評價具有重要意義.