寶坻斷層的幾何學與運動學特征：兼論燕山褶皺帶與渤海灣盆地的構造關系*

張煜穎 何登發, 2單帥強 崔永謙

1. 中國地質大學(北京)能源學院，北京 1000832. 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 1000833. 中國石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，任丘 062552

在伸展構造環境下，正斷層對于上地殼尺度的形變起著主要的調節作用(Whippetal.， 2016)，盆地邊界斷層是伸展盆地構造變形和沉積充填至關重要的邊界條件和控制因素(Peacock and Sanderson, 1991；Suppeetal., 1992; Xiao and Suppe, 1992; Shawetal., 1997; Walshetal.，2003; Cowieetal.，2005)。

大量學者通過鉆井、地震、露頭、深部地球物理、巖相學及年代學等手段對控制整個渤海灣盆地的邊界斷層開展了研究，建立了太行山山前斷層(徐杰等，2000，2001；張家聲等，2002；李松林等，2011；楊曉平等，2016)和郯廬斷裂帶(Xuetal.，1987；Zhuetal.，2005，2010; Chenetal.，2006；Wang，2006)的幾何學模型及其中生代以來的構造演化模型，揭示了渤海灣盆地構造演化的的主控因素及其與太行山隆起的耦合關系。對盆地內部邊界斷層，得益于石油工業地震及鉆井資料，結合巖相學及地球物理學等方法，往往能建立較為精細的斷面幾何學、運動學模型，進而討論正斷層的生長發育模式及盆地的構造演化，例如竇立榮(2000)通過對二連盆地邊界斷層平面幾何學及沉積地層厚度的分析，討論了邊界斷層生長發育過程及其對油氣系統的控制，桂寶玲等(2012)通過對渤海灣盆地大興斷層幾何學的分析及其運動學的正演數值模擬，討論了其對廊固凹陷形成演化的控制及成因機制的約束，Gaoetal.(2014)基建立了渤海灣盆地民豐洼陷的三維幾何學、運動學模型，Guietal.(2014)通過伸展斷層相關褶皺理論對松遼盆地彰武斷陷生長地層進行了精細分析，建立了彰武斷陷侏羅紀以來的構造-沉積演化模型。

盆地與相鄰造山帶之間在時-空上是相互關聯、相互制約的，他們之間的構造關系和相互影響是對深部物質運動過程的反映。自Wong (1926，1927，1929)提出燕山運動以來，眾多學者應用基于露頭的構造地質學分析、地球化學分析及基于地震臺網的接受函數分析等手段，對燕山造山帶的地殼厚度、巖漿巖活動、構造運動期次及時限、構造地層層序、構造格架及成因機制等進行了大量的研究(任紀舜等, 1990；趙越等，1994，2004，2006；王瑜，1996，1998; Davisetal., 2001；張長厚等，2004a，b，2012；吳福元等，2008；張宏仁等，2013；Lietal.，2016；王瑜等，2018)。周立宏等(2003)基于渤海灣盆地內地震勘探及解釋結果，討論了渤海灣盆地燕山期的構造特征；李偉等(2010)通過對渤海灣盆地大量地震測線的分析解釋，將渤海灣盆地燕山期構造演化劃分為燕山早期(侏羅紀)、燕山中期(早白堊世)及燕山晚期(晚白堊世)三個主要階段，并討論了各個期次的構造特征及盆地轉型；何登發等(2017, 2018)基于冀中坳陷內大量的鉆井及三維地震資料，通過對冀中坳陷內古潛山地層系統、斷裂系統、三維地質結構及成因機制等方面的分析，認為冀中坳陷內潛山經歷了前中生代建造形成、侏羅紀晚期擠壓、白堊紀-古近紀多幕伸展裂陷和新近紀-第四紀熱沉降埋藏的形成過程。

寶坻斷層分割了燕山中段南部與渤海灣盆地北側，掩伏于新近系-第四系之下，未出露地表，控制了冀中坳陷北部武清凹陷中-新生界的沉積。其幾何學、運動學特征是討論武清凹陷構造演化及燕山褶皺帶-渤海灣盆地耦合關系的重要基礎。本文通過對武清凹陷內80余條全長約3000km的地震測線及30余口鉆井資料的研究，結合區域地質填圖成果，建立了冀中坳陷北部邊界斷層——寶坻斷層的三維斷面模型，分析了其幾何學、運動學特征及其對武清凹陷構造演化的控制，并進一步探討了燕山褶皺帶與渤海灣盆地之間的構造關系。

1 區域地質背景

1.1 構造背景

渤海灣盆地是中國東部典型的陸內裂谷盆地(李德生，1982；何登發等，2017)，其北緣與燕山褶皺帶相鄰，西側以太行山山前斷層為界與太行山隆起相鄰，南界為魯西隆起，東界為郯廬斷裂帶(圖1a)。渤海灣盆地西北隅既是盆-山結合的關鍵部位，又處于燕山造山帶與太行山隆起相交、構造方向由北東向轉為近東西向的部位，同時也是古亞洲洋構造域與太平洋構造域的交疊部位(張長厚等，1996，2006，2011；翟明國等，2004；Yin, 2010)。

圖1 渤海灣盆地大地構造位置(a)及燕山褶皺帶南部與渤海灣盆地西北部結合帶地質簡圖(b)圖6、圖7、圖8剖面位置見此圖Fig.1 Tectonic settings of the Bohai Bay Basin (a) and geological map of the southern Yanshan Fold Belt and the northwestern Bohai Bay Basin (b)

寶坻斷層是渤海灣盆地冀中坳陷(圖1a)北部武清凹陷北緣(圖1b)的邊界正斷層，其生長發育直接控制了武清凹陷的沉積和構造演化。若以寶坻斷層為界，其北側的燕山褶皺帶中段整體以近EW走向構造為主導(張長厚等，2004a)，其晚古生代以來所經歷的構造變形主要有以下三期：1)270～200Ma在由北向南的擠壓作用之下(王瑜，1996，1998)，發生涉及中地殼層次的韌性剪切變形，伴隨大量巖漿活動的出現(王瑜等，2018)；2)其后在185～160Ma的(Chen，1998)的擠壓作用下受制于早期構造發育向南或向北逆沖；3)148～132Ma受主體向南擠壓的構造活動影響，平面上表現為顯著的右行走滑，剖面上表現為向北和向南的逆沖運動(張長厚等，2004a)。而寶坻斷層南側的冀中坳陷北部以新生代以來的NE-NNE走向伸展構造為主導，主要經歷了以下三個構造演化階段：晚侏羅世-早白堊世NW-SE向擠壓(翟明國等，2004；Caoetal., 2015)，導致前中生界大量剝蝕(楊明慧等，2001；孫冬勝等，2004);古近紀大規伸展，由NW-SE向逐漸轉為NNW-SSE向(Allenetal.，1997；楊明慧等，2001；何登發等，2017，2018)，新近紀-第四紀裂后熱沉降。

寶坻斷層所分隔的冀中坳陷和燕山褶皺帶中段(圖1b)，無論在構造變形特征還是在構造活動時期上都存在明顯的差異性。研究寶坻斷層及其所控制的武清凹陷的地質結構和構造演化，對揭示和理解燕山造山帶陸內變形及其與渤海灣盆地的耦合關系有著重要意義(周立宏等，2003；李三忠等，2010；朱日祥等，2012)。

1.2 地層特征

據區內鉆井資料及前人研究，武清凹陷內地層縱向上包括太古宇、中-新元古界、古生界、中生界和新生界5個構造層(華北石油勘探開發設計研究院，1982；李江海等，1998；杜金虎，2002；Zhaoetal., 2015；何登發等，2017，2018)。其中，中-新元古界又分為長城系、薊縣系和“待建系”；古生界發育有寒武系、中-下奧陶統、中-上石炭統和二疊系，普遍缺失上奧陶統、志留系、泥盆系和下石炭統；中生界包括三疊系、侏羅系和白堊系，新生界包括古近系、新近系及第四系(圖2)。

圖2 武清凹陷綜合地層柱狀圖Fig.2 Straitigraphic column of the Wuqing sag based on well data

太古宇為深變質巖，巖性以花崗片麻巖為主，也發育有黑云母片巖及角巖、角閃片巖，還夾有花崗閃長巖、閃長巖、角閃巖等。中-新元古界是一套以海相碳酸鹽巖為主的沉積，層序較為完整，地層厚度巨大，累計鉆厚在4000m以上，巖石基本未發生變質(杜金虎，2002；杜金虎等，2012)。長城系底部為濱岸相沉積，頂部為局限臺地環境下發育的碳酸鹽巖，厚度變化范圍為1093～2445.5m。薊縣系沉積環境為局限臺地，地層厚65～2300m。古生界寒武系-奧陶系巖性較為穩定，同樣以碳酸鹽巖沉積為主，沉積相主要為開闊-局限臺地，地層厚度380～2102m(杜金虎，2002；吳孔友等，2010a，b)。石炭-二疊系為一套海陸交互相沉積，地層厚度變化范圍在418～1768.5m之間(杜金虎，2002；趙賢正等，2010, Zhaoetal., 2015)。中生界厚度308～917m，以砂巖、泥巖、礫巖等碎屑巖為主，頂、底部見安山巖，另有凝灰巖、角礫巖薄層，局部見火山巖。

新生界古近系自下而上沉積了孔店組(Ek)，沙河街組四段(Es4)、三段(Es3)、二段(Es2)、一段(Es1)和東營組(Ed)等幾套河流相和湖泊相地層，厚度變化較大；新近系主要沉積為館陶組與明化鎮組的河流相砂泥巖沉積；第四系平原組主要為砂巖，砂質粘土及耕植土(杜金虎，2002；Minetal.，2015；徐杰和計鳳桔，2015)。

與燕山地區出露的地層對比，兩者前中生界沉積從沉積時間、沉積厚度到沉積均有較高的相似性，但自中生代以來，燕山地區與武清凹陷內的地層發育出現了較大差異。燕山地區多處出露中生界，且厚度遠大于武清凹陷(圖3)。其中三疊系主要發育砂巖，由下至上粒度變細，中間夾有少量頁巖和粉砂巖；侏羅系底部為一套火山碎屑巖，上部發育大套礫巖，粒度下粗上細，中間夾有少部分砂巖、粉砂巖和泥巖；白堊系底部同樣為一套火山碎屑巖，向上過渡為砂巖，二者之間發育有薄層礫巖(趙越，1990；渠洪杰等，2006；許歡等，2011)。燕山地區古近系-新近系大面積缺失，而武清凹陷內發育>5500m的古近系裂陷沉積和>3000m的新近紀沉積。第四系在燕山地區局部沉積，而覆蓋于整個武清凹陷之上。

圖3 武清凹陷鉆遇地層與燕山褶皺帶地層對比圖(過蘇50井、新葛4井、楊1井及王4井)Fig.3 Correlation profile of strata between Wuqing sag and Yanshan Fold Belt (crossing Su 50 well, Xinge 4 well, Yang 1 well and Wang 4 well)

2 寶坻斷層幾何學與運動學特征

2.1 寶坻斷層的幾何學特征

斷層面在空間上可視為由多個橫向或縱向軸面分隔的復雜曲面，其中與斷層走向一致的橫向軸面刻畫了斷層垂向上傾角的變化特征，而與斷層走向垂直的垂向軸面標志著斷層走向、傾向的明顯改變，因而也是斷層分段的證據之一(桂寶玲等，2012)。復雜的大型邊界正斷層往往是由多條較小的斷層在生長過程中連鎖形成的，因而其拓撲形態的最終形成與其演化過程有著密不可分的聯系(Peacock, 2002; Cowieetal.，2005)。

為了更好地理解寶坻斷層的三維空間結構及其對盆地的控制，通過對武清凹陷內80余條全長約3000km二維測線的精細構造解釋，基于凹陷內30余口探井合成記錄所建立的速度場，建立了其三維斷面模型(圖4a)。寶坻斷層整體走向近EW，傾向SSE，延伸長度約68km，最大位移達14.2km。其幾何結構在橫向上表現出明顯的段落性，平面上近似弧形，垂向上整體表現為上陡下緩的犁式正斷層，部分位置表現為坡坪式正斷層。

圖4 寶坻斷層三維構造模型及切層線投影(a)、傾向平面投影(b)及傾角平面投影(c)Fig.4 3-D structural model with displacement projection (a), dip map of (b) and dip azimuth map (c) of the Baodi fault

圖5 寶坻斷層位移距離曲線Fig.5 Displacement-distance profile of Baodi fault

寶坻斷層的三維結構模型清晰地顯示了以下幾個特征：垂向上以上陡下緩的犁式結構為主；橫向上分段性明顯，以3個上凸型垂向轉折軸面分為4個較小的弧形段，自西向東記為西一段、西二段、中段及東段，每段內部還存在多個垂向轉折，對應與平面斷層曲線上的鋸齒狀轉折；滑脫面深度隨著橫向上的分段變化明顯，西一段及西二段滑脫面呈較為整體的下凹弧面，深度達14km，該滑脫面同時也是大興斷層、河西務斷層等的滑脫面；中段滑脫面獨自呈下凹柱面，通過兩個上凸垂向軸面與相鄰滑脫面分隔，深度達15km；東段滑脫面整體較平，深度明顯低于其他段，約10km。

寶坻斷層傾角變化范圍為0°～65°(圖4b)，其變化特征主要可歸納為兩類：一類是上部高陡，且傾角很快變緩至<10°，橫向上存在較大轉折的陡傾型；另一類是上部相對較緩傾(30°～50°)，且斷層進入滑脫面的過程較為平緩的緩傾型。西一段、西二段西側、中段東側為陡傾型，西二段東側、中段西側與東段為緩傾型。

寶坻斷層的斷面傾向主要分布于100°～250°區間(圖4c)，這與寶坻斷層走向上整體近EW向的特征相吻合，但是從其平面分布特征來看，可將其劃分為180°～250°及100°～180°兩個區間，隨著斷層段的變化，這兩個區間交替出現，對應各段本身的弧形特征。其中西一段上部弧形特征不明顯，斷面整體較平，傾向分布于150°～200°范圍內，主體傾向S；西二段、中段及東段均表現出西側傾向集中于100°～180°范圍，東側傾向集中于180°～250°范圍的弧形特征，且從斷層上部至進入滑脫面均存在這一特征。

2.2 寶坻斷層的運動學特征

剖面上，寶坻斷層上盤的褶皺變形與其本身形態關系密切，其中新生界沉積地層表現出明顯的生長特征。寶坻斷層本身多段、多次橫向轉折的幾何學特征及其上盤地層結構的復雜變化表明其現今結構受多期構造作用疊加影響，其現今斷面的形成是多個斷層段橫向生長、連鎖成統一斷面的過程(Jacksonetal., 2013；Boninietal.，2015； Khanietal., 2015)。

寶坻斷層整體位移存在明顯的分段性，且這一分段特征與其幾何學上的分段有著較好的相關性(圖3、圖4)。寶坻斷層最大位移達14.2km，發生于西二段東側，各段中西一段位移最小，最大處為3.8km；中段最大位移為13.4km，發生于中段西側；東段最大位移為7.9km，發生于東段西側。

寶坻斷層古近系底面位移-距離曲線呈現清晰的四段式結構，各段之間由位移低值點分隔，每一段各呈鐘形，據此推測沙河街組沉積期可能是寶坻斷層由多個斷層段經橫向生長逐漸連鎖成整體斷面的時期。但同時，古近系底面位移始終大于東營組底面位移，沙河街組地層巖寶坻斷層上盤始終在增厚，說明至東營組沉積之前，各個分段的連鎖已經完成，整體斷面已經形成(圖5)。

圖6 燕山褶皺帶中段南部-武清凹陷地質廊帶圖(a)、AA’構造地質剖面(b)及武清凹陷地震剖面YC516.2 (c)Fig.6 Geological corridor map of Central Yanshan Fold Belt-Wuqing sag (a), geological profile AA’ (b) and seismic profile YC516.2 in Wuqing sag (c)

東營組底面最大位移為8.9km，發生于西二段東側，其位移距離曲線的分段性明顯弱于古近系底面，整體更接近于三段式結構，表明寶坻斷層西二段與中段在東營組沉積期以整體形式控制上盤地層沉積。此外，東營組沉積期，寶坻斷層東側端點以西約8km處斷距已減為0，表明其最東段該期已經停止活動。

新近系底面最大位移為4.3km，發生于中段中部，寶坻斷層新近紀活動已經明顯減弱，且斷層端點收縮，其中西側長約5km和東側長約16km的斷層段已停止活動。

3 燕山褶皺帶中段南部與武清凹陷的地質結構特征

3.1 剖面地質結構特征

燕山地區上地殼物質組成主要為相對堅硬的結晶基底及穩定的沉積蓋層(張長厚等，2011)，對于燕山地區的深部地質結構，眾多學者通過深反射地震剖面(熊小松等， 2011；Zhangetal.，2014)、接收函數波形反演(Chen, 2010)、剪切波波速及射線各向異性成像(Zhengetal.，2007, 2017)等方法進行了討論。多種深部地球物理資料反映，燕山中部南段上地殼厚度較為穩定，由北向南逐漸加深，深度約8～12km，向渤海灣盆地過渡后，上地殼厚度明顯增加，武清凹陷內厚度約20km，上地殼內部存在清晰的分層結構(李秋生等，2008；齊剛等, 2015；王椿鏞等，2017)?；谶@一特征，聯合燕山地區地質圖及武清凹陷內地震剖面，建立了燕山褶皺帶中段南部-武清凹陷構造地質剖面(圖6b)。

燕山中段與其毗鄰的渤海灣盆地西北緣之間地形由燕山南部的起伏山地逐漸過渡至武清凹陷的第四紀平原，該剖面中燕山地區太古宇-元古界大面積出露地表，侏羅系髫髻山組及土城子組局部沉積于剖面北側，武清凹陷一側整體被第四系覆蓋(圖6a)。燕山地區的變形主要為上地殼中上下脫耦的淺層基底卷入的斷層轉折褶皺及深部疊瓦狀構造導致的地層隆升(圖6b)。

盆內地震剖面顯示，武清凹陷主要發育三期明顯的角度不整合，從上到下依次為：新近系底角度不整合，表現為北側新近系對東營組的削截，南側新近系底對中生界的削截；古近系底不整合，表現為剖面北側古近系對“待建系”-寒武系、奧陶系、石炭二疊系及中生界的削截，南側古近系底向中生界頂超覆；中生界底不整合，表現為中生界底面對石炭二疊系的部分削截。

寶坻斷層上盤古生界及以下地層保留相對完整，為較為穩定的沉積，中生界內部結構較為復雜，古近系為箕狀裂陷沉積，新近系-第四系以坳陷沉積為主；斷層下盤除上部1000m之上為第四系穩定坳陷沉積，下伏地層無明顯反射結構，與上盤地層對比推測為太古界變質巖(圖6c)。

圖7 過寶坻斷層西二段地震剖面BB’Fig.7 Seismic profile BB’ crossing the west-2 segment of the Baodi fault

該剖面切過寶坻斷層中段，此處寶坻斷層呈“坡坪式”結構，滑脫面深度達14500m，其上盤發育多條同向剪切斷層。依據斷層頂部終止的層位及其所控制地層的厚度變化，可推測斷層于剖面所在處的活動時間。其中，大口屯斷層發育于中生代，控制了上盤局部中生代沉積，于古近紀前停止活動；孫校莊斷層于中生代開始活動，至古近紀趨于停止，且后緣出現多條分支，新近紀以來在原有斷面基礎上向上傳播并持續活動至第四紀；王三莊斷層于中生代活動，導致其上盤中生界加厚，至古近紀前停止活動(圖6c)。

剖面BB’全長36km，記錄雙程旅行時長達7600ms，依次切過大興斷層底部-寶坻斷層西一段、大孟莊斷層、泗村店斷層及王三莊斷層，主要反映武清凹陷西北側構造特征(圖7)。剖面處新近系底不整合于NW及SE側削截了下伏古近系東營組；古近系底不整合于西北側削截了下伏石炭-二疊系及中生界，SE側古近系超覆于中生界之上。

圖8 過寶坻斷層中段地震剖面CC’Fig.8 Seismic profile CC’ crossing the central segment of the Baodi fault

剖面處古生界及其之下地層盡管為多個斷裂切開，但整體保存較為完整，僅石炭-二疊系頂部于NW側遭受剝蝕；中生界由NW向SE方向逐漸加厚，且NW一側超覆于石炭-二疊系之上；古近紀地層整體接近箕狀，沉積中心位于大孟莊斷層發育位置，沙河街組明顯厚于東營組；新近紀沉積較厚，沉積中心位于大孟莊斷層與泗村店斷層之間，內部發育多個斷距較小的高陡正斷層。

該剖面所切過的大興斷層東北段與寶坻斷層西南段走向接近，平面上呈疊置關系，該剖面體現了這兩條斷層之向深部間距逐漸減小，歸于同一滑脫面的幾何特征。寶坻斷層的西一段受太行山山前斷層及大興斷層等影響，整體走向與其他段明顯不同，呈NE-NEE走向，整體上陡下緩呈較為典型的犁式特征，其上部后緣出現了較小的分支斷片。寶坻斷層上盤出現了眾多次級斷層，且反向剪切斷層多位于NW側，而同向剪切斷層則多位于SE側。大孟莊斷層以反向剪切斷層的形式交于寶坻斷層之上，上部終止于沙河街組內部，整體傾角較陡。泗村店斷層以同向剪切斷層的形式歸于寶坻斷層滑脫面之上，表現出上陡下緩的特征，上部端點同樣位于沙河街組內部，其上發育兩條反向剪切斷層，其中，偏東南側的斷層為活動于中生代的伸展斷層。而王三莊斷層傾向與寶坻斷層相同，整體較陡，上部一直延伸至第四系內。

剖面CC’全長54.8km，記錄雙程旅行時長6000ms，依次切過了寶坻斷層中段、大口屯洼槽、王草莊凸起、大口屯斷層、王草莊斷層、孫校莊洼槽、楊村斜坡和大城凸起，主要反映了武清凹陷東側及寶坻斷層中段東側的構造特征(圖8)。

剖面處新近系底于大口屯洼槽及孫校莊洼槽削截古近系，于王草莊凸起、楊村斜坡及大城凸起削截中生界及石炭-二疊系，古近系底在兩個洼槽底部削截中生界，在斜坡帶超覆于中生界之上。中生界底在兩個凹槽處及楊村斜坡削截了石炭-二疊系。

剖面處太古宇、中上元古界及下古生界均保存較完整，石炭-二疊系遭受不同程度剝蝕；中生界在兩個洼槽中表現出不同的沉積特征，大口屯洼槽中表現為比較典型的半地塹特征，整體受控于寶坻斷層由北向南減薄，孫校莊洼槽中則是整體向南增厚，且于大城凸起處被上覆的新近系削截，內部發育多個反向剪切斷層；兩個洼槽中古近系均呈半地塹特征由北向南減薄，頂部被新近系削截，但大屯口洼槽中東營組與孔店-沙河街組厚度接近，而孫校莊洼槽中孔店-沙河街組沉積明顯厚于東營組沉積；新近系厚度在王草莊斷層以南明顯整體加厚。

圖9 武清凹陷主要斷層三維結構模型Fig.9 3-D structural model of the main faults in Wuqing sag

寶坻斷層該段平面上為僅EW走向，剖面上呈典型的犁式特征，滑脫面深度約4400m (TWT)，主控了大口屯洼槽的沉積；大口屯斷層已接近東側斷層端點，斷距較小，其與王草莊斷層不僅平面上呈疊置關系，且該段縱向上亦發生了硬連接；王草莊斷層整體呈犁式特征，向上存在多個分支，且其所控制的孫校莊洼槽內亦存在多個反向剪切斷層與其斷面相交，其中，該剖面位置上，洼槽內的斷層多活動于古近紀-新近紀，而楊村斜坡上的剪切斷層多活動于中生代-古近紀早期；自楊村斜坡向大城凸起過渡處，還存在一條發育于晚古生代的斷層，由于其在中生代-古生代的裂陷活動中隨王草莊斷層上盤地層發生旋轉變形，現今表現出較緩的傾角；大城凸起上還存在一條活動于新近紀的斷層，斷距較小但切穿了整個大城凸起，與寶坻斷層等歸于同一深部滑脫面。

3.2 武清凹陷內主要斷層的三維結構模型

武清凹陷內主要發育NE-NNE及近EW走向兩組的斷層(圖9)。其中，NE-NNE走向斷層主要受太行山山前斷層控制，深部大多與太行山山前斷層歸于同一滑脫面，該組斷層主要包括大興斷層、寶坻斷層西段、河西務斷層、大孟莊斷層、泗村店斷層、上馬臺斷層及爾王莊斷層，主要發育于武清斷層西側及東南側楊村斜坡-大城凸起上。這一組斷層屬于冀中坳陷北部最為發育的NE-NNE向斷裂體系，控制了冀中北部多個西斷東超的凹陷的形成演化，并導致眾多NE向條帶狀潛山帶的發育(何登發等，2017，2018)，其伸展活動主要發生于古近紀-新近紀早期。

而近EW走向斷層，包括大良鎮斷層、大屯口斷層、王草莊斷層、孫校莊斷層、王三莊斷層，主要分布于武清凹陷東北側，同時也處于冀中坳陷的東北角。該組斷層空間上未與相臨近的NE走向斷層發生硬連接，向下歸于寶坻斷層滑脫面。除這組斷層外，在整個冀中坳陷控制凹陷的邊界斷層中，僅南部的衡水斷層呈近EW走向。

3.3 武清凹陷內新生界底面及中生界底面構造特征

武清凹陷新生代以來主要經歷了古近紀的裂陷伸展及新近紀-第四紀的坳陷沉降。伸展活動整體控制了武清凹陷新生代以來的構造，古近系底面構造圖清晰地反映了多條伸展斷層活動所導致的上盤旋轉下降形成的斷陷及下盤抬升形成的下盤背斜(圖10)，武深1-武深6井處，發育與斷層走向垂直的橫向背斜。

圖10 新生界底面(Tg)構造圖Fig.10 Structural map of the Cenozoic base (Tg)

整個武清凹陷新生代以來的構造形跡以NE走向為主導，河西務斷層北段及寶坻斷層成同向逼近的構造排列形式，控制了上盤整體呈NE走向的凹陷條帶和整體傾向NW的斷陷斜坡(楊村斜坡)。王草莊斷層向SE方向的伸展，導致了孫校莊洼槽的形成，將武清凹陷東南部整體呈NE走向的大型凸起分割成了其北側的王草莊凸起及其南側的大城凸起。武清凹陷古近系底面的構造特征是對冀中坳陷北部古近紀NW-SE至NNW-SSE向張應力的響應，這一時期，凹陷內寶坻斷層、楊稅務斷層、王三莊斷層等近EW向斷層的構造活動實際上是在先存斷層活化的基礎上進行的。

武清凹陷中生界沉積主要分布于凹陷東南側楊村斜坡、王草莊凸起及大城凸起上，整體受古近紀NW-SE向大幅度伸展改造形成西北低東南高的結構(圖11)。中生界底面被多個近EW走向斷層，以及NE走向的上馬臺斷層所切割。中生界的剝蝕主要發生在河西務斷層上盤一側、武清斷層西側、王草莊凸起及大城凸起，從其剝蝕線NE-NNE走向的形跡可大致判斷該剝蝕是在NW-SE至NWW-SEE向的擠壓應力環境下形成的，形成時間應為中-晚侏羅紀。

圖11 中生界底面(Tg1)構造圖Fig.11 Structural map of the Mesozoic base (Tg1)

與古近系底面構造圖對比，結合地震剖面上斷層大致活動時間的信息，可知武清凹陷內寶坻斷層、大口屯斷層、孫校莊斷層、王草莊斷層、王三莊斷層等近EW走向斷層于中生界沉積前受近NS向擠壓構造影響發生逆沖活動，早侏羅世受NS向伸展作用控制一系列近EW向裂陷沉積，其中寶坻斷層在中晚侏羅世受NW-SE向擠壓再度發生逆沖活動，古近紀寶坻斷層、王三莊斷層、王草莊斷層在NW-SE向伸展作用下持續活動，而大口屯、孫校莊斷層幾乎不活動。

4 討論

4.1 武清凹陷的構造演化

基于對CC’ 剖面的平衡復原，結合對武清凹陷內不整合面、斷層幾何學及運動學特征、地層沉積特征和構造變形的分析與區域構造事件，建立了渤海灣盆地北部武清凹陷晚古生代以來的構造演化過程(圖12)。

圖12 武清凹陷構造演化剖面Fig.12 Structural evolution profiles of the Wuqing sag

在華北克拉通形成之后，中元古代-奧陶紀末期，武清凹陷均處于克拉通內部，接受較穩定的淺海型地臺蓋層沉積，形成了太古宇-中新元古界-上古生界厚度變化相對較小的穩定沉積。該時期燕山-武清凹陷地層沉積厚度及沉積相均較為一致(圖3)，渤海灣盆地與燕山處于較為統一的克拉通內沉積環境。

石炭-二疊紀，武清凹陷接受海陸交互相沉積，整體較為穩定。剖面上發育一條終止于石炭-二疊系下部，斷距較小的孤立伸展斷層，該期剖面伸展量僅0.26km，伸展率0.6%。該期武清凹陷內地層沉積厚度略厚于燕山地區。

三疊紀，武清凹陷受北部板塊匯聚影響，深部發育逆沖斷層活動導致了上覆斷層轉折褶皺的形成及石炭二疊系地層的剝蝕，但研究區內該期構造活動較弱，通過平衡剖面恢復得到的擠壓量為0.34km，地層縮短率0.7%。

早侏羅世，武清凹陷內發生裂陷-拗陷活動，受控于近EW走向斷層(圖9、圖12)，在構造演化剖面上亦可識別出較明顯的伸展斷層；中-晚侏羅世，武清凹陷受SE向NW方向擠壓作用，導致中生界大范圍剝蝕；白堊紀武清凹陷整體為區域性隆起。在早侏羅世-白堊紀構造疊加影響下，武清凹陷整體伸展量1.6km，伸展率3.27%。

古近紀孔店組-沙河街組沉積期，武清凹陷內發生大規模裂陷，對應于冀中坳陷裂陷I-II幕，主要受控于NE向斷層。演化剖面伸展量達3.1km，伸展率6.34%。

古近紀東營組沉積期，武清凹陷持續處于裂陷活動中。東營組沉積末期，武清凹陷進入斷-拗轉換階段，導致東營組較大范圍遭受剝蝕。該期演化剖面伸展量為1.1km，伸展率2.12%。

新近紀-第四紀武清凹陷整體進入熱沉降期，但新近紀早期仍有部分斷層活動，形成了眾多發育于新近系內部的伸展斷層，它們大多呈近EW走向。該期演化剖面伸展量為0.8km，伸展率為1.52%。

4.2 鄰區主要構造事件及武清凹陷-燕山褶皺帶的構造響應

通過對武清凹陷-燕山褶皺帶的盆地發育與構造演化的分析，結合前人對周緣大地構造演化的討論，該地區中生代以來的構造演化可劃分為以下6個階段：

1)三疊紀近南北向擠壓階段。受北部板塊匯聚影響(王瑜，1996，1998；王瑜等，2018)，三疊紀武清凹陷內形成近EW走向擠壓構造，凹陷內可于多條地震剖面內識別出該期構造，主要表現為與王草莊斷層等近EW走向斷裂的沖斷活動以及中生界底面對石炭二疊系地層的削截(圖6、圖8、圖9)。雖然三疊紀期構造在武清凹陷內表現出的活動強度不大(圖12)，但該期構造所形成的近E-W走向構造對后期構造變形有著重要影響。此時燕山構造帶亦處于擠壓應力體制下，燕山南帶局部于晚三疊世形成了近東西向或北東東向的撓曲型盆地，其中除局部三疊系連續沉積于二疊系之上，大部分不整合與奧陶系灰巖之上(劉少峰等，2004a; Lietal.，2004；Liuetal.，2018；張長厚等，2004a；Wangetal.，2011)

2)早-中侏羅世克拉通內坳陷沉積。武清凹陷內可識別出受控于EW走向斷層控制的局部裂陷和大范圍的坳陷沉積(圖11)，構造演化剖面上亦可識別出伸展斷層活動(圖12)。此時，燕山構造帶內發育東西向分布的盆地，且范圍向南北擴展，構造活動加強，沉降深度加大(Lietal.，2004；劉少峰等，2004a；吳智平等，2007)。

3)中晚侏羅世NW-SE向擠壓。武清凹陷受控于西太平洋伊佐奈歧板塊俯沖的影響(Maruyama，1997)，處于NW-SE向擠壓環境之下(劉少峰等，2004a，b；吳福元等，2008；朱日祥等，2012)，凹陷西北側中生界大范圍剝蝕，剝蝕線呈近NE走向(圖11)，這一結構與冀中坳陷北部前中生代地層NW側整體遭受剝蝕的特征一致(何登發等，2017)。此時，燕山構造帶處于擠壓-壓扭的構造環境下，燕山南帶形成了一系列NE走向的盆地，盆地群具東西向或北東向帶狀分布特征(Lietal.，2004)，為逆沖推覆前緣沉積(張長厚等，2004a)或前陸性質沉積(Lietal.，2004，)。

4)白堊紀武清凹陷內鉆井及地震資料均無明顯沉積記錄，處于整體隆升階段，而此時燕山褶皺帶內在多幕裂陷作用下盆地全區分布，主體屬伸展盆地性質(Lietal.，2004；Weietal.，2012；Zhuetal.，2015)。

5)古近紀NW-SE向伸展。渤海灣盆地發育大規模裂陷，并表現出幕式活動特征(馬杏垣等，1983；徐杰和計鳳桔，2015)?？椎杲M-沙河街組沉積期，武清凹陷內發生裂陷活動，對應于冀中坳陷裂陷I-II幕，主要受控于NE向斷層，盆地走向以NE-NNE向為主。東營組沉積期，伸展應力方向由NW-SE逐漸轉變為近N-S向，盆地發育逐漸由NW向SE方向遷移(何登發等，2018)。東營組沉積末期，武清凹陷進入斷-拗轉換階段，導致東營組較大范圍遭受剝蝕。該階段燕山構造帶內無明顯構造響應，未見古近系出露。

6)新近紀-第四紀拗陷作用。新近紀-第四紀渤海灣盆地整體進入裂后熱沉降階段，武清凹陷整體進入拗陷期，但新近紀早期仍有部分斷層活動，形成了眾多發育于新近系內部的伸展斷層，大多呈近EW走向(徐杰和計鳳桔，2015)。燕山構造帶內僅局部沉積第四系。

5 結論

(1)寶坻斷層整體走向近EW向，大部分斷面呈上陡下緩的犁式正斷層特征，中段部分區域表現為“坡坪式”結構，其延伸長度約68km，最大位移達14.2km。

(2)寶坻斷層橫向上分段性明顯，基于其三維結構及其斷面傾向變化，以3個垂向轉折軸面將其分為西一段、西二段、中段及東段共四段，且其滑脫面結構也存在較明顯的分段性，深度約10～15km。

(3)寶坻斷層整體位移存在明顯的分段性，且這一分段特征與其幾何學上的分段有著較好的相關性，表明其現今多次轉折的結構與其生長過程密切相關。古近系底面、東營組底面及新近紀底面位移-距離曲線特征表明，其于沙河街組沉積期由多個斷層段逐漸連鎖，至東營組沉積期之前形成整體斷面，其活動于新近紀逐漸減弱，且斷層兩端先停止活動。

(4)中生代以來，武清凹陷-燕山褶皺帶主要受三疊紀、早-中侏羅世、中-晚侏羅世、白堊紀、古近紀和新近紀-第四紀6個構造演化階段的影響，三疊紀-侏羅紀末期，武清凹陷與燕山褶皺帶經歷了相似的構造演化過程，而自白堊紀以來，兩者的構造-沉積響應出現了明顯的分異，這表明白堊紀燕山褶皺帶內的沉積與古近紀-新近紀集中于武清凹陷及渤海灣盆地的沉積可能有著不同的深部構造背景。

致謝感謝管樹巍教授、魯人齊副研究員和本刊編輯對本文提出的寶貴修改意見。中石油華北油田分公司地球物理研究院提供了相應的鉆井和地震資料，在此表示誠摯的感謝！