辽东湾位于渤海湾盆地的北部，是下辽河坳陷向海上的延伸部分，面积约为26000km²，是渤海湾盆地油气最为富集的地区之一。辽东湾地区古近系和新近系沉积厚度与沉降幅度巨大，油气资源丰富，圈闭类型多样。近年来，由于渤海湾盆地海域油气勘探取得重大突破，辽东湾地区的油气勘探工作也得到了极大的重视和深入研究，利用大量的地震勘探以及钻井资料，前人对研究区内走滑断裂构造^[1-6]、潜山构造^[7-9]、油气成藏^{[10, 11]}、层序地层学^[12-14]等进行了大量的研究，认为大量油气断陷盆地形成与深部结构的特征息息相关。但是，在最近的研究中，大量成果集中在新生代，对深部构造研究主要集中在渤海湾地壳结构^{[15, 16]}、郯庐断裂带^[17-19]、残留盆地^[20]等，研究采用的重、磁数据比例尺多为1:100万、1:200万，数据采集形式多为航磁及卫星，重、磁异常多为区域重、磁异常，比例尺较小、精度相对较低，对局部构造研究较少。

从1999年起，我国在辽东湾地区先后开展了1:100万，1:25万区域地质调查工作，进行了大量船载重力、磁力测量工作，系统性获得了高质量原始重、磁数据。本文主要是针对辽东湾地区，以最新的1:25万船载重、磁数据为依据，通过重、磁异常的对应分析，结合前人研究及区域构造特征，对研究区内的深大断裂、岩浆岩及古陆壳基底等进行了划分与探讨。

1.   区域背景

辽东坳陷是辽东湾地区的主要构造单元，是沿着郯庐断裂系发展的新生代大陆裂谷断陷，整体呈NE走向，受郯庐断裂带影响，由几条NE—NNE向正断层组成的复式地堑型坳陷构成，具有“三凹两凸”的构造特点，自西向东为辽西凹陷、辽西低凸起、辽中凹陷、辽东低凸起和辽东凹陷(图 1)，其中低凸起和凹陷多以陡倾断裂为边界。前期研究关于辽东湾坳陷构造演化主要有两种观点：多数研究者认为经历了古近纪裂陷和新近纪拗陷两个演化阶段，其中盆地在古近纪裂陷期具有多旋回断陷幕的裂谷盆地发育特点^[21-23]；另有一些研究者认为其并非典型的两阶段伸展模式，中国东部中新生代不同类型盆地具有统一的成因联系，深部动力过程制约浅部构造变形^[24-28]。两种观点统一的是渤海海域在盆地演化过程中发生了多期构造变动，研究区内断裂体系新生代活动特征显著，但始终受基底NE向断裂的控制。

图  1  辽东湾坳陷构造单元平面分布图(据文献[7]修改)

F₁.辽西1号断层，F₂.辽西2号断层，F₃.辽西3号断层，F₄.旅大4号断层，F₅.辽中1号断层，F₆.辽中2号断层，F₇.辽东1号断层，F₈.辽东2号断层

Figure  1.  Tectonic map of the Liaodong Bay Depression (modified from reference[7])

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辽东湾坳陷新生代地层发育较齐全，自下而上依次为古近系孔店组、沙河街组、东营组和新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组；基底主要包括太古宇和中、新元古界的变质岩及花岗岩、古生界碳酸盐岩和中生界碎屑岩及火成岩，在不同地区基底的时代和岩性不同(图 2)。辽东湾沿岸地区出露地层比较齐全，根据统计辽东湾地区岩石密度为(2.54~2.86)×10³kg/m^3[29]，其中变质岩密度最高，致密沉积岩、中基性岩浆岩密度次之，疏松沉积岩密度偏低，早古生界、太古界—元古界表现为高密度层，侏罗系—晚古生界表现为低密度层；区域岩石磁化率为(16~1016)×10^-5SI^[29]，其中中生界火成岩具有较高磁性，新太古界变质岩普遍磁性较高，区域岩石物性差异为我们进行构造研究、岩浆岩圈定以及古老基底推断解释提供了基础物性资料。

图  2  辽东湾基底地层分布图(据文献[7]修改)

Figure  2.  Distribution map of basement rock in Liaodong Bay (modified from reference [7])

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2.   重、磁异常特征

2.1   重力异常特征

在海域，自由空间重力异常反映海水深度及地下密度体的变化情况，Bremaecker指出^[30]，当海洋重力测量在海面进行时，海洋的自由空间校正非常接近于零，一般直接采用自由空间重力异常来研究地质构造。布格校正不同于陆地的改正方法，采用平板校正，其等效于用同等体积的岩石代替海水进行布格校正。由于海洋区域接近于均衡平衡，加入大量的岩石完全破坏了均衡，结果导致了与海底地形呈强烈反相关的布格重力异常，对于地质体引起的局部重力特征没有明显加强。因此，本文基于自由空间重力异常来进行分析和研究。

总体看来，研究区内自由空间重力异常(图 3)整体呈NE向展布，表现为高、低异常带相间变化，异常带之间为NE向重力异常梯级带。研究区内重力异常变化比较宽缓，自西往东分为3个部分：西部重力高异常区、中部相对重力低异常区、东部重力高异常区。

图  3  自由空间重力异常图

Figure  3.  The map of free air gravity anomaly

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(1) 西部重力高异常区

该异常区位于研究区西侧，毗邻大陆边缘，NE向展布，有3个串珠状局部高异常区圈闭，其中中部跟北部的重力高异常圈闭均向陆地一侧延伸，异常区东侧为NE向异常梯级带。

(2) 中部相对重力低异常区

该异常区为研究区内的主体异常区，NE向展布，呈低—高—低—高异常带相间变化，可细分为2个低重力异常带、2个高重力异常带，2个低重力异常带在研究区北部连接，延伸出研究区，全区最低重力异常圈闭位于东侧的低重力异常带。

(3) 东部重力高异常区

该异常区位于研究区东侧，异常结构比较简单，NE向展布，西侧为宽缓的异常梯级带，东侧为重力高异常圈闭。

2.2   磁力异常特征

在中、低纬度地区，由于受斜磁化的影响，使得磁异常主体与磁性体位置在垂向上有一定偏移，这对正确认识磁性体的位置造成了很大困难。为了使磁性体的平面位置与磁异常的极值位置垂向对应，通常是将其换算为垂直磁化的垂直磁异常(简称化极)，本文采用化极磁力异常作为基础研究数据，并采用多次迭代滑动平均法对磁力异常进行了位场分离，计算得到研究区内剩余化极磁力异常。

研究区内化极磁力异常(图 4)分为两个部分，西部以低磁异常为主，东部为大面积的高磁异常，高、低磁异常区之间为NEE向磁力异常梯级带。

图  4  化极磁力异常图

Figure  4.  The map of magnetic anomaly reduced to the pole

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(1) 西部低磁异常区整体变化比较平缓，NE向展布，发育3个低异常圈闭，负异常值范围大致为-200~0nT，局部达到-400nT。该异常区局部发育高磁异常圈闭，呈NE向串珠状展布，异常极值可达到450nT。

(2) 东部高磁异常区整体NE走向，南部为大面积的正异常区，北部表现为正、负相间变化。南部异常幅值相对高，为0~200nT，异常多为NE向展布，局部有近EW向、NW向异常；北部异常变化宽缓，异常幅值正负相间，异常值范围大致为-100~50nT，异常特征变化简单，向北延伸至陆区，异常特征连续。

2.3   重、磁异常对应分析

根据对重、磁异常特征的描述，我们可以看出，整个研究区内异常特征以NE向为主，局部发育NW向、近EW向异常，但异常分区特征又有所区别。为了更直观地反映重、磁异常的相关程度，我们对重、磁异常进行了对应分析。

重、磁异常对应分析^[31-34]是根据泊松理论把同源的重、磁异常有机地联系在一起，通过计算重、磁异常的相关系数R，客观地反映重、磁异常源的地质属性。本次研究运用该方法进行了重、磁对应分析处理，先计算化极磁力异常和重力垂向一阶导数，然后对其进行对应分析处理，得到重、磁异常对应分析结果(图 5)。根据此次计算方法，当相关系数R>0，两者为正相关区域，相关系数R < 0，则两者为负相关区域，当R < -0.2时，认为重、磁异常反映的场源不同。

图  5  重、磁对应分析结果

Figure  5.  Result of correspondence analysis of gravity and magnetic anomalies

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分析结果显示：在辽西凹陷、辽中凹陷北部、辽东凹陷的沉积中心表现为正相关，推测这些区域为各凹陷构造的沉积中心，沉积层较厚，为重力低、磁力低；研究区西部存在串珠状正相关区，与化极磁力异常图(图 4)对比，推测这些区域为岩浆岩分布区，为重力高、磁力高。研究区内负相关区域主要分布在研究区两侧和中部，呈条带状分布，其中东西两侧为重力高、磁力低，中部为重力低、磁力高。

由于重、磁异常客观反映了不同时期、不同深度地质体的地质属性，通过重、磁异常的对应分析，可以分析研究区不同时期的区域构造特征及构造演化特征。基于前人研究的基础，我们初步推断，辽东湾坳陷沉积层比较厚，密度低，在重力异常上表现为大面积的重力低异常，重力异常的高、低相间更多反映的是中、新生代构造的凸起和凹陷的变化。根据区域岩石磁性分析，沉积岩几乎没有磁性，磁性高的中生代火山岩跟新太古界变质岩则成为研究区内的优势磁力异常，因此研究区内大面积的磁力高反映了古老的基底构造范围，局部磁力高异常圈闭则反映中生代火山岩的分布。

3.   区域构造分析

3.1   断裂构造体系

利用重力资料划分断裂是研究区域构造特征的手段之一，重力资料可以直观反映断裂构造的展布情况，而重力异常是地下地质体重力作用叠加的综合反映，局部异常场的提取能够对构造进行更好的解释^[35-37]。为了更好地突出断裂的线性构造，使其位置更容易确定，本文采用归一化总水平导数技术计算得到自由空间重力异常归一化总水平导数垂向导数(NVDR_THDR)^[38], 采用多次迭代滑动平均法计算得到研究区内剩余重力异常，为构造分区、断裂划分提供更直接的信息。本次我们主要利用NVDR_THDR处理结果及其剩余重力异常，推断了研究区内断裂构造，共划分主要构造断裂10条(图 6)。

图  6  辽东湾地区断裂分布图

a.剩余重力异常图，b.自由空间重力异常NVDR_THDR图

Figure  6.  Distribution map of faults in Liaodong Bay

a. residual gravity anomaly, b.NVDR_THDR gravity anomaly

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(1) F₁、F₂断裂

研究区内F₁和F₂断裂为整个辽东坳陷的边界断裂，NE走向，断裂位于重力异常梯级带上，断裂两侧异常重力异常特征各异。F₁与前人划分的辽西2号断裂位置一致，F₂与前人划分的辽东断裂位置一致。在自由空间重力异常图(图 3)上，重力异常整体表现为中间低两边高的形态，不同特征重力异常之间为宽缓的异常梯级带，F₁、F₂断裂位于梯级带的中心位置，断裂走向与梯级带走向一致，表明F₁、F₂断裂应该是研究区内两条控制构造演化的深大断裂，根据其走向及其位置，推断其为郯庐断裂在辽东湾地区的延伸。

(2) F₃、F₄、F₅、F₆断裂

这几条断裂是辽东坳陷内次一级构造的边界构造，分别是辽西凸起、辽东凸起的边界，NE走向，在剩余重力异常图上位于异常梯级带上，在NVDR_THDR图上线性特征明显。该组断裂在化极磁力异常图上特征不明显，推断该组断裂与新生代构造密切相关。

(3) F₇、F₈、F₉、F₁₀断裂

该组断裂呈NW向展布，与NE向主干断裂相互交错、互相切割。在剩余重力异常图上，该组断裂多表现为异常的错断或局部异常的不连续，控制了凹陷区内沉积中心的发育。辽东湾地区位于郯庐断裂带范围内，受NE向深大构造的影响，NW向断裂在重力异常图上线性特征不明显。

在化极磁力异常图(图 4)上，研究区北端有明显的异常错断，其位置与断裂F₇一致。断裂两侧区域磁力异常特征各异，南侧为大面积的磁力高区，是新太古界古陆壳基底的表现，而北侧为高、低相间异常条带，与重力异常特征一致。推测F₇断裂应该为形成年代较早的断裂。

3.2   岩浆岩分布

从剩余化极磁力异常(图 7)可以看出，辽东湾地区广泛发育局部磁力高异常，磁异常值大致为0~200nT，局部高达500nT。根据前人研究得出，该区高磁异常圈闭多与中生代岩浆岩分布有关，主要分布在NE向郯庐断裂带两侧。

图  7  岩浆岩分布图(底图为剩余化极磁力异常图)

Figure  7.  Distribution map of magmatic rock (take residual magnetic anomaly map reduced to the pole as base map)

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(1) 西部岩浆岩分布带，该岩浆岩带位于研究区西部，F₁断裂西侧，沿断裂呈NE向串珠状分布，分布范围比较广，磁异常值范围多为0~400nT，局部高达500nT，磁性较强。该异常带在重磁异常上表现为磁力高、重力高，根据孟祥君^[29]对辽东湾西岸岩石样本磁化率分析，该区岩浆岩多为安山岩、花岗岩、火山角砾岩等中基性火山岩类，平均磁化率接近1000×10^-5SI，平均密度2.6×10³kg/m³。据该区BH13钻孔资料^[39]，该区磁异常对应中生代白垩纪岩浆岩。

(2) 东部岩浆岩分布带，该岩浆带大致分布于研究区东部，沿F₂断裂两侧发育，北部高磁异常分布范围广，异常值范围多为0~150nT。根据孟祥君^[29]对辽东湾东岸岩石样本磁化率分析，该区强磁性主要是由花岗岩引起，平均磁化率值为540×10^-5SI，分布在北部地区；据该区BH1、BH3钻孔资料^[39]，该区磁异常对应早白垩世中性岩浆岩。

3.3   新太古界古陆壳基底分布

根据辽东湾沿岸岩性统计^[29]，辽东湾沿岸出露结晶变质岩基底，研究区内辽东凸起上也分布有太古界^[8]，其中新、中元古界的变质岩基本无磁性，而新太古界岩石以火山岩和片麻岩为主，普遍具有磁性，且天然剩余磁性明显。根据岩石磁性差异，我们可以利用磁异常来推断新太古界古陆壳的分布范围。

从剩余化极磁力异常图(图 8)上可以看出，在辽东湾中南部地区发育大面积的磁力高异常区，异常特征明显，异常幅值大致为0~200nT，在区域磁力异常图上，该区亦表现为独立的大面积高磁异常，近SN向展布且向南继续延伸，向北截止到NW向F₇断裂带。结合前人研究及该区岩石磁性特点，该高磁异常区很有可能是由该处的太古界古陆壳引起的，且分布范围较广。由于研究区有限，并未给出该磁力高异常往南的延伸情况，推测在渤海湾地区应该存在新太古界古陆壳基底且广泛分布。辽东湾太古界古陆壳的划分可以为渤海湾地区的构造演化提供重要的地球物理资料，对华北古陆在海区的延伸以及中国古大陆的发展演化也有一定的参考意义。

图  8  新太古界古陆壳基底分布图(底图为剩余化极磁力异常图)

Figure  8.  Distribution map of Archean crust basement (take residual magnetic anomaly map reduced to the pole as base map)

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4.   结论

(1) 利用最新的1:25万船载重、磁数据资料，通过对重、磁异常特征的描述及对应分析，辽东湾地区重、磁异常分区特征存在差异，其原因主要是重、磁异常客观反映不同时期、不同深度地质体的地质属性，重力异常主要体现中、新生代构造活动，而磁力异常更多反映的是新太古界基底跟中生代岩浆岩的分布。

(2) 受郯庐断裂带的影响，研究区内以NE向构造为主，整体表现为“东西分带”，其中F₁、F₂断裂为反映该构造异常的重要深大断裂，推测应该为郯庐断裂带在辽东湾地区的延伸；区内岩浆岩也主要分布在该断裂构造带两侧，以中生代岩浆岩为主；辽东湾地区有大面积高磁异常区，与该区新太古界古陆壳分布密切相关，根据异常走向，推断该基底向南继续延伸，在整个渤海湾地区都有广泛分布。