Risk assessment and source analysis of heavy metal pollution in wetland sediments in the northern Yellow River Delta
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摘要:
以黄河三角洲北部湿地39个表层沉积物样品为研究对象，测定Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg的含量，对其进行重金属污染风险评价及来源分析。结果表明：８种重金属元素在表层沉积物中平均含量由高到低顺序为：Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg, 除As外其含量均低于山东省土壤背景值；沉积物以砂质粉砂为主，重金属元素的空间分布特征相似，可能受到“粒度效应”的影响；基于地累积指数法和潜在生态危害指数法，揭示了Cd、Hg为研究区主要污染物和重要的潜在生态危害因子；相关分析和因子分析表明，Cu、Pb、Zn、Cr、As、Hg可能来源于成土母质、工业活动以及油田开采， Ni、Cd可能来源于农业活动、水产养殖以及油田开采；聚类分析表明，可进一步把Cr单独分为一类；通过因子探测分析发现，黏土含量、TOC和含水率对潜在生态危害指数（RI值）解释力较大，表明其对RI值的影响较大；通过交互作用探测分析可知，任意两个影响因子交互作用后结果为双因子增强或非线性增强，表明复杂的环境加剧了湿地的潜在生态危害。
Abstract:The contents of Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, Cd, As and Hg in 39 surface sediment samples collected in June 2021 from the northern wetland of the Yellow River Delta were determined, and the risk assessment and source analysis of heavy metal pollution in the sediments of the northern wetland of the Yellow River Delta were carried out. Results show that the average contents of eight heavy metal elements in the surface sediments of the wetland in the northern Yellow River Delta were in the order of Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Cd＞Hg, which were lower than the soil background values of Shandong Province except for As. The sediments were mainly sandy silt, and the spatial distribution characteristics of heavy metal elements are similar, which may be affected by the “grain size effect”. The cumulative index and potential ecological hazard index (RI) revealed that Cd and Hg were the main pollutants and important potential ecological risk factors in the study area. Correlation analysis and factor analysis showed that the sources of Cu, Pb, Zn, Cr, As, and Hg might be soil parent materials, industrial activities, and oilfield exploitation, and the sources of Ni and Cd might be from agricultural activities, aquaculture and oilfield exploitation. Cluster analysis showed that Cr could be placed into separate category. Through factor detection analysis, it was found that clay content, TOC and water content had a greater explanatory power on the RI, indicating that they had a greater impact on the RI value. The interaction detection analysis showed that the interaction of any two influencing factors resulted in two-factor enhancement or nonlinear enhancement, indicating that the complex environment aggravated the potential ecological hazards of wetlands. This study provided a scientific support for the control of heavy metal pollution in wetlands in the northern Yellow River Delta.
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构造变换带是一种在区域上为保持缩短或伸展量守恒而产生的调节构造[1]，它既可以是一条调节断层，也可能是具有一定宽度的调节构造带[2]。近年来，国内许多学者[3-6]发现构造变换带在我国东部断陷盆地内广泛发育，类型多样，在渤海湾盆地内研究成果尤为显著。相关研究表明，断陷盆地内构造变换带对优质储集层的发育、构造圈闭的形成以及油气的运移过程均具有重要积极意义[7]。
东海陆架盆地位于中国东部沿海大陆架上，与渤海湾盆地同处于NE向构造域，在盆地形成时代、成盆动力学背景上大体相当[8-9]。目前针对东海陆架盆地内区域构造变换带研究较为薄弱，前人研究虽已认识到东海陆架盆地西湖凹陷内NWW向隐伏基底断裂带附近存在构造变换[10-11]，但这一认识大多以模式化推断为主，缺乏针对性、系统性分析。总之，西湖凹陷内现有针对构造变换带的研究尚处于早期探索阶段，其对油气成藏的影响作用更无从谈起。
本文在近年来新三维地震资料构造解释分析基础上，研究发现西湖凹陷天台斜坡带北部与平湖斜坡带过渡部位NWW向构造变换特征最为显著，变换带具有一定延伸宽度，内部构造形迹与西部斜坡带整体存在明显差异；早期三维地震资料覆盖有限，前人[12-14]针对平湖斜坡带断裂特征的研究均忽视了这一构造变换带。由于天台斜坡带北部紧邻平湖斜坡带平湖油气田，同时两区均东临主力供烃洼陷，因此，天台斜坡带北部是西湖凹陷油气勘探重要的接替区，关于构造变换带特征及其对成藏影响的研究认识显得尤为重要。在此，本文通过对天台斜坡带北部构造特征的系统梳理，分析变换带的形成演化过程及其油气地质意义，以为该区勘探评价提供地质依据。
1. 区域地质概况
西湖凹陷位于东海陆架盆地东部坳陷带中段，北依福江凹陷，南接钓北凹陷，东靠钓鱼岛隆褶带，西部由北至南依次与虎皮礁隆起、长江坳陷、海礁隆起、钱塘凹陷和渔山东低隆起相邻（图1）。
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图 1 东海西湖凹陷中南部构造变换带发育区带背景a. 东海陆架盆地构造格架（据文献[16]修改），b. 西湖凹陷中南部断裂体系图；I号断裂：渔山-久米断裂带，II号断裂：舟山-国头断裂带。Figure 1. Geological background of the structural transfer zone in south-central Xihu Sag，the East China Seaa. Tectonic framework of the East China Sea Shelf Basin（revised from reference [16]），b. Fracture system of south- central Xihu Sag. Fault I：Yushan-Jiumi fault zone，Fault II：Zhoushan-Guotou fault zone.根据钻井及地震资料揭示，西湖凹陷以新生代地层为主，自下而上依次发育上白垩统、古新统、始新统八角亭组、宝石组、平湖组、渐新统花港组、中新统龙井组、玉泉组、柳浪组、上新统三潭组和第四系东海群；按盆地发育的构造层系，这些地层可分为下部断陷构造层（上白垩统、古新统、八角亭组、宝石组）、中下部断-拗转换构造层（平湖组）、中上部拗陷-反转构造层（花港组、龙井组、玉泉组和柳浪组）和上部区域沉降构造层（三潭组、东海群）四个构造层系，分别对应于西湖凹陷所经历的四个主要构造演化阶段，即晚白垩世—早始新世断陷、中晚始新世断-拗转换、渐新世—中新世拗陷-反转期、上新世至今区域沉降阶段（表1）。在西湖凹陷西部斜坡带范围内，宝石组及以上的新生代地层发育齐全，反映斜坡带整体经历了凹陷主要的构造演化阶段。
西湖凹陷具有明显的东西分带、南北分块特征[15]，自西向东可分为西部斜坡带、中央洼陷-反转带以及东部断阶带。其中，西部斜坡带自北向南可进一步分为杭州斜坡、平湖斜坡和天台斜坡带；中央洼陷-反转带自北向南可划分为嘉兴构造带、宁波构造带、黄岩构造带、天台构造带；东部断阶带可划分为宁波-玉泉边缘断裂带、黄岩边缘断裂带和天台边缘断裂带。西湖凹陷中南部构造变换带主要位于西部斜坡带的平湖斜坡带和天台斜坡带之间，中央-洼陷反转带的黄岩构造带与天台构造带之间，以及东部断阶带的黄岩边缘断裂带与天台边缘断裂带之间。变换带附近是晚期近E-W向断裂的集中发育区，且多数NE、NNE向断层在其南北两侧尖灭，或被近E-W向晚期断裂横向错断（图1b）。
2. 斜坡横向调节带
西湖凹陷天台斜坡带北部处于中国东部沿海陆架区NWW向深大断裂形成的横向调节带上。受基底深大断裂活动影响，天台斜坡带北部南、北两侧的斜坡结构呈现出显著差异；同时，在天台斜坡带北部，深部岩浆作用形成的火成岩体广泛发育。
2.1 横向调节深大断裂
东海海域区域横向调节深大断裂主要为NWW向、下断至基底的岩石圈断裂，包括舟山-国头断裂带（I号）、渔山-久米断裂带（II号）及其分支断裂等（图1a）。其中，舟山-国头断裂带发育于杭州湾外舟山群岛至琉球群岛中冲永良部岛上的国头一线地带，全长约700 km。该断裂带首次由焦荣昌[17]于1988年提出，认为断裂带两侧不仅重磁异常走向、形态存在明显的区别，莫霍面起伏、深浅也有很大不同。该巨型断裂带总体呈现出断续分布特征，由陆向海可分为3段，西段位于浙闽隆起区，中段位于东海陆架盆地内，东段位于冲绳海槽盆地内。其中，中段在西湖凹陷内横穿凹陷中南部，在西部斜坡带则位于中段平湖斜坡和南段天台斜坡的过渡部位。杨文达[16]认为舟山-国头断裂带在西湖凹陷内的延伸段主要以平移性质为主，是发育在凹陷新生代地层之下的基底深大断裂，向东南方向逐步变新。本文认为，正是由于这条NWW向深大断裂以水平方向的构造调节作用为主，同时受到中深层资料品质制约，导致在现有地震剖面上难以有效识别。目前，随着西湖凹陷地震资料覆盖范围的不断拓展，本文认识到舟山-国头断裂带不仅仅是盆地基底先存的破裂带，其在西湖凹陷盆地发育期仍存在持续的构造调节作用，并对凹陷南北构造格局产生显著影响。
2.2 斜坡结构南北差异
天台斜坡带北部处于西湖凹陷平湖斜坡带与天台斜坡带整体变换过渡部位，受基底舟山-国头断裂带平移作用影响，斜坡结构复杂，表现为天台斜坡带北部与其南北两侧的斜坡结构明显不同。
（1）北侧平湖斜坡带（图2a）：该区西邻海礁隆起南部，构造走向总体呈近SN向。断陷及断-拗转换构造层受平湖主断裂控制，表现为“窄陡型”斜坡结构，以同向断阶样式为主，断裂规模和密度较大，控沉积作用显著，向东与凹陷中段深洼带相连；拗陷-反转构造层同样受控于平湖主断裂，受后期挤压反转控制，发育巨型反转背斜。
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（2）南侧天台斜坡带南部（图2c）：该区西邻渔山东低隆起，构造走向NNE。断陷及断-拗转换构造层受宝石主断裂控制，同样表现为“窄陡型”斜坡结构，以同向断阶样式为主，断裂发育规模和分布密度弱于平湖斜坡带，断裂控沉积作用亦明显减弱，特别是断-拗转换构造层宝石主断裂生长指数已接近1。拗陷-反转构造层宝石主断裂控制作用持续减弱，在后期挤压反转背景下，仅发育中等规模的反转背斜形态。
（3）天台斜坡带北部转换斜坡带（图2b）：该区西侧邻近海礁隆起与渔山东低隆起的过渡部位。平面上构造形迹总体NNW-NW向，自北向南呈现出由近SN、NNW向NW向转变的特征；剖面上表现为宽缓型斜坡结构，以反向断阶样式为主，断陷及断-拗转换构造层向东稳定增厚，反向断层规模普遍较小，平湖组沉积时期断裂生长指数总体接近1，控沉积作用不明显。拗陷-反转构造层部分反向断层仍见明显向上错断至花港组上段，同时后期挤压反转对该区影响微弱，仅见局部地层牵引现象。
此外，天台斜坡带北部还受到显著的NWW向构造形迹影响，最典型的即为NWW向天台西断裂，该断裂在地震剖面上向下错断至基底，向上最浅错断至中新统柳浪组，构成了天台斜坡带北部和南部的分界（图3）。天台斜坡带北部北段也存在一条隐伏的NWW向基底断裂，该断裂限制了平湖主断裂向南延伸，同时控制了孤山构造向东南方向的弧状弯折，本文称之为孤山断裂，由于天台斜坡带北部北段这种顺NWW向弧状弯折特征向其东侧中央洼陷-反转带呈现出愈发显著的特征（图1b），反映NWW孤山断裂在整个西湖凹陷均有影响作用。本文认为上述两条NWW向基底断裂均为舟山-国头断裂带在西湖凹陷的一部分，舟山-国头断裂带在西湖凹陷内具有一定的宽度，类似于郯城-庐江断裂带在渤海湾盆地辽东湾地区表现为多条平行断裂组合控制的形式。舟山-国头断裂带在西湖凹陷斜坡区范围内的扭动作用所影响的区域主要为天台西断裂及孤山断裂所限定并显著控制的区域—天台斜坡带北部构造变换带。
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2.3 天台斜坡带北部火成岩带
在西部斜坡带范围内，天台斜坡带北部相对于天台斜坡带南部和平湖斜坡带火成岩发育明显增多。拗陷-反转构造层内，地震剖面上可见地震强反射体，反射同相轴连续性差，频率较低，顶部存在明显较强的反射界面，在方差体属性上为黑色团块状和连续（或不连续）的带状异常（图4a）。前人认为该区地震异常体为岩浆喷发、侵入后的反映[18-19]，在地震剖面上呈现出明显的丘状、蘑菇状、“U”字形、“V”字形、杂乱状等地震响应特征（图3，图4c、d）。
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图 4 天台斜坡带北部火成岩发育特征平面图a. 1 400 ms地震方差体属性，b. 拗陷-反转构造层火成岩体平面分布，c. NW-SE向火成岩地震剖面，d. SW-NE向火成岩地震剖面，e. 火成岩剖面发育模式。Figure 4. Distribution map of igneous rocks in northern Tiantai slope zonea. Variance slice in 1 400 ms，b. Horizontal distribution of igneous rocks in depression-inversion structural layer，c. NW-SE seismic profile of igneous rocks，d. SW-NE seismic profile of igneous rocks，e. Development model of igneous rocks.天台斜坡带北部火成岩体在分布特征上具有明显的规律性。在区带上，火成岩体主要分布在孤山断裂及天台西断裂延伸区所限定的舟山-国头断裂带范围内，且愈向南邻近天台西断裂，火成岩发育规模更大、平面分布更密集、垂向分布层系更多（图4a、b）；在剖面上，根据地震剖面异常强反射特征，火成岩体主要分布在中上部拗陷-反转构造层花港组、龙井组、玉泉组、柳浪组和三潭组地层中；此外，在下部断-拗转换及断陷构造层中多见近直立丘状反射，为火成岩通道相岩体，与上部强反射喷发-溢流相岩体相连通。在平面上，单个火成岩通道多见于NWW向基底断裂和NE（或NW）向断裂交汇部位，且多个通道顺NWW向呈串珠状分布，在多条NWW向基底断裂发育背景下，总体呈现出“网点状”分布特征，在方差体属性上表现尤为显著（图4a、b）。根据邻区G1井在玉泉组地层中所揭示的凝灰岩年龄（14.7 Ma）推断，该区大规模岩浆作用发生在中新世龙井运动时期；结合岩体的展布形态，本文认为该区大规模火成岩活动与舟山-国头断裂带的晚期活化有关，这些火成岩体是在中新世NWW向基底深断裂活动背景下，从岩石圈深部顺NWW断裂上涌，并在盆地斜坡带内向上顺NWW和NE（或NW）向两组断裂交汇部位进一步分配、调整，在盆地中浅层形成“网点状”、“多中心点”的火成岩体（图4b、e）。在龙井运动时期，由于天台西断裂活动更为强烈，扭动背景下明显向上错断，因此，区内南段伴生的岩浆作用更为显著，表现在火成岩发育规模及分布密度上明显高于北段区域。
3. 构造变换带断裂发育模式及成因
根据西湖凹陷中南部范围内横向调节深大断裂分布、斜坡结构特征以及火成岩分布规律，本文认为凹陷范围内存在NWW向延伸的构造变换带，主要受到NWW向舟山-国头基底深大断裂带活化作用影响。由于西部斜坡带基底面埋藏相对较浅，天台斜坡带北段构造形迹在NWW向基底深大断裂带活化作用下构造变换带发育特征较为显著。
3.1 构造变换带断裂分布及样式
天台斜坡带北部断裂分布受NWW向基底断裂平移影响，顺NW方向弧状弯折特征显著，反映平湖斜坡带NNE向断裂体系向南受到了明显的扭动改造，表现为断层走向自北向南由近SN、NNW向NW向转变特征。根据NWW向基底断裂平移扭动对两侧构造形迹的影响，结合漆家福[5]关于构造变换带分类，本文认为天台斜坡带北部断裂体系可分为天台斜坡北段缓冲式变换和南段传递式变换两个断裂组合区（图5）。
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图 5 天台斜坡带北部变换断裂组合发育模式F1：平湖主断裂，F2：宝石主断裂，F3：天台西断裂，F4：天台断裂，F5：孤山断裂。Figure 5. Evolutionary model of the transfer fault combination in northern Tiantai slope zoneF1：Pinghu major fault，F2：Baoshi major fault，F3：Tiantaixi fault，F4：Tiantai fault，F5：Gushan fault.（1）北段缓冲式变换区
舟山-国头断裂带北缘主扭带位于西湖凹陷中央洼陷区，NWW向基底断裂向上曲折延伸，在凹陷中央断-拗转换构造层及拗陷-反转构造层内形成明显的扭动破碎带。天台斜坡北段变换区位于主扭带西缘扭动发散端，NWW向断裂活动特征不明显，表现为基底NWW向断裂发育不明显，而近SN向、NNW向断裂向下延伸至基底较显著，自北向南形成弧形构造形迹，反映该区在整体近东西向伸展背景下，受到较弱的NWW向扭动变换作用控制。由于天台斜坡北段NWW向扭动线迹南北两侧的正断层不连续，而是存在一定宽度的构造变形带来缓冲位移，因此，根据构造变换带分类[5]该区主要表现为缓冲式变换断裂组合。
在断裂组合特征上，天台斜坡北段变换区以发育弧状分布的近SN向、NNW向断裂为主，这些断裂西侧斜坡高带以反向西倾，东侧斜坡低带以同向东倾为主，剖面上构成局部堑垒式断裂组合。舟山-国头断裂带北缘主扭带在天台斜坡北段延伸区表现出明显的断裂分段尖灭特征，同时主扭带延伸线北侧近SN、NNW向断裂具有明显顺NWW向弯折特征，与NWW向扭动线迹构成“马尾式”断裂组合（图5）。
（2）南段传递式变换区
舟山-国头断裂带南缘主扭动带恰位于西湖凹陷西部斜坡带，天台斜坡南段明显受到扭动作用影响，NWW向基底断裂向上断穿至拗陷-反转构造层，最明显即为NWW向天台西断裂及其次级断裂发育，断裂活动同时伴生较强的火山作用。天台西断裂两侧NNW-NW向断裂延伸长度较短，且临近天台西断裂平面走向弯折特征更明显。反映该区近东西向伸展作用较弱，NWW向扭动变换作用占主导。由于天台斜坡南段NWW向断裂显著活动，且与南北两侧NNW-NW向断裂明显交切变换，根据构造变换带分类[5]该区主要表现为传递式变换断裂组合。
天台斜坡带南段传递式变换断裂组合区内，以NWW向扭动断裂显著发育为主要特征，且向南临近天台西断裂，斜坡反向断裂及伴生火成岩具有密集发育的趋势。在剖面形态上，NWW向断裂剖面上近直立，断面表现出上下一致的丘状反射特征，且断裂两侧地震反射波组特征明显不同，但由于两侧垂向断距不明显（图3），这些NWW向断裂主要以平移扭动为主。在平面形态上，受基底NWW向断裂平移扭动影响，在断陷至拗陷-反转构造层中形成彼此等间距分布的NWW向断裂，断裂以水平错动为主，与两侧的NW向断裂在平面上形成“网格式”断裂组合。
3.2 构造变换带断裂发育机制及演化
在西湖凹陷整体“南北分块”的背景下，天台斜坡带北部所处位置是西湖凹陷中南部构造变换在斜坡带的主要发育区。西湖凹陷平衡剖面及断裂样式分析结果反映，天台斜坡带北部所分隔的西湖凹陷中部与南部在伸展-压缩率及伸展-挤压断裂样式上均呈现出明显的差异[11, 20]。在天台斜坡带北部范围内局部构造形态南北转换特征较显著，NNW-NW向断裂南北延伸短，多顺NWW向隐性或显性断裂两侧尖灭，甚至表现出被NWW向断裂切割错断特征。这种NWW向尖灭、扭动和错断构成的变换形迹从深部断陷构造层到浅部拗陷-反转构造层均具有明显反映。因此，综合凹陷结构及斜坡带局部变换特征，天台斜坡带北部NWW向基底断裂所诱发的构造变换在早期断陷及后期挤压反转中均有发育，自下而上具有持续递进的演变过程，从中生代盆地基底演变至新生代盆地发育期大致经历了以下几个演化过程（图6）：
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图 6 天台斜坡带北部构造变换带各阶段演变模式图a. 晚侏罗世—早白垩世盆地基底演变阶段，b. 晚白垩世—早始新世伸展断陷阶段，c. 中晚始新世断-拗转换阶段，d. 渐新世—中新世挤压反转阶段。Figure 6. Evolution of the transfer zone in northern Tiantai slopea. Evolution stage of basement from late Jurassic to Early Cretaceous，b. Rift stage from Late Cretaceous to Early Eocene，c. Rift-depression transition stage in Middle-late Eocene，d. Compression reversal stage from Oligocene to Miocene.（1）晚侏罗世—早白垩世盆地基底演变阶段
燕山早期包括东海陆架盆地在内的中国东部陆缘受古太平洋板块快速俯冲作用影响，普遍发育NE-NNE向压性断裂系，并伴生了NW-NWW向断裂活动，关于燕山期NW向断裂活动在华南地区多有报道[21-24]，主流观点认为这些NW向断裂在燕山期发育具有普遍性，与NE-NNE向压性断裂系共生[24-25]，形成配套的断裂体系。考虑到东海陆架盆地所处海区范围NWW向基底深断裂多位于华南陆区NW向断裂延伸线上，陆区对应断裂为浙江省境内以长兴—奉化断裂为代表的一系列NW向断裂[26]，海-陆区构造背景相似，均属于新华夏系构造域[27]，在更靠近古太平洋板块俯冲带的东海陆架盆地区内，板块俯冲引起的NE-NNE向压性断裂与NWW向断裂共生，断裂活动强度应比陆区更为显著。因此，本文结合陆区已有认识认为舟山-国头、渔山-久米等NWW向断裂带至少在燕山期已形成，具有张扭性质，调节断裂带南北NE-NNE向压性构造带挤压强度差异，同时对沉积具有一定的控制作用。在天台斜坡带北部所处的陆缘位置，该时期表现为NWW向舟山-国头断裂带的显性活动，限定了南北两侧NE-NNE向断裂发育的连续性（图6a）。
（2）早白垩世末—早始新世盆地伸展断陷阶段
早白垩世末期，由于印度洋板块的逐步向北漂移并俯冲，给欧亚板块一个向北的挤压推挤力；同时，中国东部陆缘由古太平洋板块快速NWW向俯冲转变为中速俯冲，俯冲松弛产生总体NW-SE向的张应力分量，NE-NNE向压性构造向张扭性构造转换[28]，在这一背景下，东海陆架区开始进入初始盆地发育阶段，局部小范围发育NE-NNE断裂控制的伸展断陷盆地。在此过程中沿NWW向舟山-国头断裂带张性作用已不明显，以扭动调节作用为主，在其影响下断裂带以南的盆地区伸展作用显著，发育有较厚的晚白垩世地层，如丽水凹陷的石门潭组等，而断裂带以北的盆地区未见广泛揭示晚白垩世地层的报道。
晚白垩世末期，随着古太平洋板块逐步向北挤出，中国东部陆缘转而受到新生太平洋板块俯冲作用，同时受深部岩浆作用影响，东海陆架盆地所处的区域进入稳定伸展环境[29]。大量的NE-NNE向断裂表现出张性特征，并在NWW向舟山-国头断裂带两侧广泛控制断陷的发育。受伸展强度的南北差异，以及基底NWW向断裂平移扭动影响，当时统一的西湖凹陷还未形成，主要表现为南北多中心，分割型断陷群发育。进入中晚始新世，随着太平洋板块俯冲转向，东海西湖凹陷由强伸展、分割型断陷向弱伸展、统一型断-拗转换盆地转变，至此，西湖凹陷进入整体发展演变阶段，基底NWW向断裂平移扭动作用才逐步停止。
在天台斜坡带北部，古新世—早始新世时期表现为NE-NNE向断裂开始逐步发育，同向、反向断裂南北断续分布，同时控制沉积。古落差特征显示，反向断层活动规律与天台西断裂基本同步（图7），也具有一定变换调节作用，因此，向南邻近天台西断裂总体表现出反向断层增多的趋势（图6b）。中晚始新世进入断-拗转换阶段，NE-NNE向断裂进一步发育，部分断裂南北硬联接稳定分布，NWW向断裂活动基本停止，仅天台西断裂局部段仍有明显活动，该时期反向西倾断裂虽有一定活动，但控沉积特征已不明显（图6c）。
（3）渐新世—中新世盆地挤压反转阶段
始新世末以来，随着太平洋板块向东北方向挤出，中国东部陆缘受到菲律宾海板块俯冲作用影响，逐步进入挤压环境。东海西湖凹陷受此影响最为显著，特别是进入中新世，凹陷内中央反转背斜带广泛背斜群形成并定型。由于中央反转背斜带在西湖凹陷表现出明显的南北差异，基底NWW向断裂活化所产生的扭动变换作用亦较显著。
在天台斜坡带北部表现为原有NE-NNE向断裂整体发生走向偏转，经历长期多幕次挤压变形后转为NNW-NW向，明显受到NWW向扭动变换作用影响。由于斜坡带NWW向主扭带位于南侧的天台西断裂上，该断裂在强烈的近东西向挤压背景下具有扭张性质，诱发了深部强烈岩浆作用。由于天台斜坡带北部NWW向扭动变换作用表现为南段显性、北段隐性，北段活动不显著（图6d），NWW向断层活动伴生岩浆作用亦表现出明显的南强北弱特征。
4. 构造变换带的油气地质意义
断陷盆地构造变换带与油气成藏关系十分密切。世界上许多大型含油气断陷盆地的油气富集区都与构造变换带有关，中国东部如渤海湾盆地等也都已发现了大量与构造变换带有关的含油气圈闭与油气富集区[30-31]。因此，天台斜坡带北部构造变换带同样对圈闭发育及油气富集过程具有积极意义。
（1）控制圈闭的发育
天台斜坡带北部圈闭发育普遍受到区域构造变换带作用的控制，各次级区带内受不同变换作用影响，圈闭类型存在一定的差异。其中，北段缓冲式变换区位于北缘主扭带西缘扭动发散端（图5），盆地伸展断陷、断-拗转换阶段，受较弱的张扭作用，NNE向断层自北向南逐步转为近SN、NNW向断层，沿走向形成弧形构造。在后期的挤压反转过程中，处于弧形构造中心、断裂东缘地层易形成一定的牵引背斜形态，同时上倾方向受弧形断层遮挡形成断鼻、断块圈闭群，根据断层倾向及其与地层组合关系，这些圈闭可分为弧形反向断层上升盘断块、弧形反向断层上升盘断鼻和弧形断层下降盘断鼻等（图8）。天台斜坡带北部南段传递式变换区邻近南缘主扭带北缘，扭动作用明显较强，尤其是在渐新世—中新世挤压反转时期以天台西断裂为代表的NWW向基底断裂强烈活化，向上错断始新统平湖组至中新统玉泉组地层，在使原有NNE向断层转向NNW向的同时，诱发深部强烈岩浆作用，形成NWW向、NNW断层及火成岩株共同控制的断块、断鼻圈闭群，根据主控断层方向及其与伴生岩体、地层的关系，这些圈闭可分为NWW向扭动断层主控断块、NNW向扭动断层主控断块及火成岩封挡的断鼻等（图8）。
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图 8 天台斜坡带北部扭动转换构造控圈模式Figure 8. Trap-control model of torsional transfer structure for northern Tiantai slope（2）控制前平湖组优质砂体的富集
构造变换带对储层控制作用主要体现于对沉积体系展布的影响，受基底断裂带影响区域变换带通常是沉积物源进入汇水盆地的通道，从而控制着盆地内沉积体系及砂体的展布。受NW向舟山国头断裂带活动影响，天台斜坡带北部构造变换带在断陷早期（古新世—早始新世）沉积发育阶段处于相对较低部位，夹持于渔山低隆起与海礁隆起之间（图1a），来自西部及南北两个隆起带的物源顺NWW向构造变换带向东汇聚，在NNE-SN-NNW走向弧形断层影响的坡折下逐步形成扇三角洲岩性体（图9），区内局部地震剖面上显著的低位前积楔形体即反映前平湖组低位扇三角洲沉积。在天台斜坡带南部及平湖斜坡带内，受NNE向控坡大断裂控制，前平湖组地层普遍埋藏较深（图2a、c），多达5000 m以上，且砂体富集程度相对较低，对优质储层发育不利。而天台斜坡带北部前平湖组地层整体埋藏浅（图2b），受NWW向断裂影响的低地貌控制砂体相对富集，易形成较好的优质储层。
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图 9 天台斜坡转换带储层发育模式图Figure 9. Reservoir developing model of the transfer zone of northern Tiantai slope（3）控制油气运移
构造变换带对油气运移的控制本质上是对砂体和断层的控制作用，其中对砂体控制作用前文已论述，在此着重强调其对断层输导体系的控制。构造变换带特征反映，顺NWW方向是应力的集中释放带，主要表现在两个方面，一个方面是顺NWW向天台西断裂的显著活化，另一个方面是原NNE向断裂顺NWW方向逐步弯折为近SN和NNW向，形成弧形断层带。由于中新世挤压反转阶段亦是西湖凹陷烃源岩大规模生排烃阶段，因此，该时期顺NWW方向的应力集中释放亦有助于生成油气的垂、侧向运移。主要通过NWW向扭动断裂和近SN向弧形断层运移。中新世时期，NWW向断裂张扭，且显著向上错断，为油气聚集提供高效的垂向运移通道；该成藏关键时期，近SN向弧形断层带没有明显向上错断，但断裂平面形态发生了显著的弧形弯折，为断裂开启创造了条件，同样利于油气垂向运移。在这两类断裂的控制下，来自东侧主力供烃洼陷及斜坡自身烃源岩生成的油气沿着断层与砂体向上倾方向运移，受断层遮挡聚集于变换带控制的断鼻、断块圈闭群内富集成藏（图10）。
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图 10 天台斜坡带北部油气成藏示意图Figure 10. Hydrocarbon accumulation models on the northern Tiantai slope5. 结论
（1）在区域构造格局变换特征上，天台斜坡带北部构造变换带是西湖凹陷“南北分块”的重要体现，该区基底整体处于舟山-国头断裂带上，导致平湖斜坡带与天台斜坡带在区内变换过渡，具体表现为天台斜坡带北部发育独特的反向断阶。
（2）在局部断裂体系变换特征上，天台斜坡带北部在扭动变换南强北弱背景下，断裂组合可分为北段缓冲式和南段传递式两个次级变换区，分别表现为NWW向隐性影响的“马尾式”和NWW向显性控制的“网格式”特征。
（3）在构造变换的成因机制上，天台斜坡带北部构造变换在早期断陷及后期的挤压反转中均有作用，自下而上具有持续递进的演变过程，并最终定型于中新世末龙井运动时期，主要调节南北两侧NE-NNE向断裂系伸展、挤压强度的差异。
（4）在油气地质意义方面，天台斜坡带北部构造变换作用控制下的断裂组合对成圈条件有利，通过NWW向扭动和断裂显性活化不仅丰富了圈闭形态，同时也利于油气垂向运移。此外，构造变换带控制下该区亦是有利的前平湖组优质砂体富集区带。
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图 1 黄河三角洲北部湿地采样点分布图
Figure 1. Distributionof wetland sampling points in the northern Yellow River Delta
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图 2 黄河三角洲北部湿地沉积物重金属分布示意图
Figure 2. Distribution of heavy metals in surface sediments of wetlands in northern Yellow River Delta
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图 3 黄河三角洲北部湿地沉积物粒度三角图
Figure 3. Grain size triangle diagram for surface sediments nomenclature in northern Yellow River Delta wetland
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图 4 8种重金属元素对黄河三角洲北部湿地沉积物RI值的贡献比例(a)和整体潜在生态危害指数与Cd、Hg的单项潜在生态危害指数之间的关系图(b)
Figure 4. The contribution ratio of 8 heavy metal elements to the RI value of wetland sediments in the northern Yellow River Delta (a); and the relationship between the overall potential ecological hazard index and the single potential ecological hazard index of Cd and Hg (b)
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图 5 黄河三角洲北部湿地沉积物中重金属元素聚类分析
Figure 5. Cluster analysis of heavy metal elements in surface sediments of wetlands in northern Yellow River Delta
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图 6 各影响因子对RI值影响的解释力
Figure 6. Explanatory power of the effect of each influence factor on RI values
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图 7 各影响因子对RI值影响的交互作用
Figure 7. Interaction of the effect of each influencing factor on the RI value
表 1 地累积指数法（Igeo）分级标准
Table 1 Scaling of the land accumulation index (Igeo)
地累积指数Igeo 等级 污染程度 Igeo＜0 0 无污染 0≤Igeo＜1 1 轻度—中度污染 1≤Igeo＜2 2 中度污染 2≤Igeo＜3 3 中度—重度污染 3≤Igeo＜4 4 重度污染 4≤Igeo＜5 5 重度—极度污染 5≤Igeo 6 极严重污染 
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表 2 潜在生态危害指数法分级标准
Table 2 Scaling of the potential ecological hazard index
潜在生态危害单项系数Eir 单个污染物潜在生态风险程度 潜在生态危害指数RI 综合潜在生态风险程度 Eir＜40 轻微生态危害 RI＜150 轻微生态危害 40≤Eir＜80 中等生态危害 150≤RI＜300 中等生态危害 80≤Eir＜160 强生态危害 300≤RI＜600 强生态危害 160≤Eir＜320 很强生态危害 600≤RI＜ 1200 很强生态危害 Eir≥320 极强生态危害 RI≥ 1200 极强生态危害
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表 3 黄河三角洲北部湿地沉积物重金属含量
Table 3 Contents of heavy metals in surface sediments of wetlands in northern Yellow River Delta
项目 Cu Pb Zn Cr Ni Cd As Hg 最小值 7.70 13.20 43.50 45.50 18.00 0.06 5.66 0.01 最大值 28.60 26.80 81.80 75.70 35.00 0.20 14.70 0.03 平均值 17.60 17.70 58.20 59.00 23.40 0.09 9.07 0.02 中值 17.10 18.09 58.17 60.32 24.04 0.11 9.09 0.02 变异系数/% 0.29 0.16 0.15 0.10 0.15 0.31 0.21 0.28 国家一级标准值[23] 35.00 35.00 100.00 90.00 40.00 0.20 15.00 0.15 珠江流域[24] 48.72 63.97 186.60 67.44 – 2.76 49.29 – 长江三角洲[25] 29.94 31.95 86.17 75.39 30.85 0.18 8.30 0.15 莱州湾[26] 19.06 20.30 55.98 60.10 – 0.11 11.72 0.04 山东省背景值[27] 22.60 23.60 63.30 62.00 27.10 0.13 8.60 0.03 东营市背景值[28] 21.00 19.40 62.20 65.50 27.50 0.13 10.30 0.02 注：表中除变异系数外，其他单位均为mg/kg。
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表 4 黄河三角洲北部湿地沉积物中8种重金属含量及其与粒径相关性
Table 4 The contents of 8 heavy metals in wetland sediments in the northern Yellow River Delta and their correlation with particle size
Cu Pb Zn Cr Ni Cd As Hg 砂 粉砂 黏土 Cu 1 Pb 0.74** 1 Zn 0.93** 0.83** 1 Cr 0.50** 0.70** 0.68** 1 Ni 0.42** 0.39* 0.45** 0.26 1 Cd 0.36* 0.52** 0.47** 0.28 0.79** 1 As 0.86** 0.73** 0.88** 0.69** 0.36* 0.28 1 Hg 0.87** 0.85** 0.93** 0.66** 0.50** 0.58** 0.81** 1 砂 –0.67** –0.46** –0.67** –0.29 –0.19 –0.15 –0.62** –0.58** 1 粉砂 0.50** 0.24 0.49** 0.09 0.08 0.02 0.43** 0.40* –0.95** 1 黏土 0.79** 0.76** 0.82** 0.60** 0.37* 0.37* 0.80** 0.77** –0.74** 0.50** 1 注：**表示在p＜0.01水平，相关性显著；*表示在p＜0.05水平，相关性显著。
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表 5 黄河三角洲北部湿地沉积物重金属地累积指数评价结果
Table 5 Evaluation results of heavy metal land accumulation index in wetland sediments in northern Yellow River Delta
Cu Pb Zn Cr Ni Cd As Hg 最小值 –2.03 –1.14 –1.10 –1.11 –1.20 –1.63 –1.45 –1.72 最大值 –0.14 –0.12 –0.19 –0.38 –0.24 0.04 –0.07 0.00 平均值 –0.94 –0.70 –0.70 –0.71 –0.79 –0.95 –0.80 –0.84 标准偏差 0.44 0.22 0.21 0.15 0.21 0.41 0.30 0.39 无污染比例/% 100 100 100 100 100 97 100 97 轻度—中度污染比例/% 0 0 0 0 0 3 0 3
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表 6 黄河三角洲北部湿地沉积物重金属潜在生态危害指数评价结果
Table 6 Evaluation results of potential ecological risk index of heavy metals in surface sediments of wetlands in northern Yellow River Delta
Eir RI Cu Pb Zn Cr Ni Cd As Hg 最小值 1.70 2.80 0.69 1.47 3.32 14.54 6.58 12.13 47.15 最大值 6.33 5.68 1.29 2.44 6.46 46.15 17.09 40.00 119.36 平均值 3.78 3.83 0.92 1.95 4.44 24.26 10.57 23.11 72.86 轻微生态危害比例/% 100 100 100 100 100 95 100 97 100 中等生态危害比例/% – – – – – 5 – 3 –
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表 7 黄河三角洲北部湿地沉积物中重金属元素因子分析
Table 7 Factor analysis of heavy metal elements in wetland sediments in the northern Yellow River Delta
元素 因子1 因子2 As 0.921 0.117 Zn 0.918 0.305 Cu 0.874 0.248 Hg 0.850 0.431 Pb 0.829 0.364 Cr 0.763 0.094 Cd 0.197 0.940 Ni 0.184 0.879 黏土 0.859 0.208 TOC 0.521 0.447 特征值 5.529 2.394 方差百分比/% 55.293 23.937 累积方差百分比/% 55.293 79.230 注：旋转方法采用凯撒正态化最大方差法。
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