0.   前言

综合构造-层序-沉积-储层的时空配置关系分析，进一步建立有效的圈闭预测模式已成为当前国际上沉积地质学和含油气盆地分析的热点（王华等，2012）.在陆相断陷湖盆中，多期次的构造活动造成的断裂组合样式多样化，不仅影响着盆地层序构成样式，对盆地内沉积体系和优质储层的分布也有重要的控制作用（邓宏文等，2008）.盆地内的幕式裂陷、构造迁移和同沉积构造活动的时空差异性对盆地的可容纳空间、沉降速率和沉积物供给等也都具有深刻的影响（王华等，2011）.大多数断陷湖盆中，二级层序发育往往与大规模的构造活动有关，三级层序的发育在时间和规模上与盆地内的次级构造事件有一定联系（顾家裕等，2005），而在层序格架内研究沉积体系的发育和演化过程，是阐明盆地层序形成机制和沉积充填演化过程的关键（林畅松等，2005）.

渤海湾盆地南堡凹陷为典型的陆相断陷盆地，具有多幕构造演化、多种构造样式、多物源体系、多沉积体系类型等特点（管红和朱筱敏，2008）.作为南堡凹陷陆相湖盆的一个二级构造单元，高北地区的构造活动在发育和演化过程中存在着明显的阶段性，并具有显著的迁移特征.前人的研究更多集中在构造迁移（夏斌等，2007；吴克强等，2014）的描述和探讨，对于层序迁移研究较少，构造迁移的概念重点阐述不同期次构造运动的关联性，同时自然界中众多地质现象往往也具有与构造迁移相伴生的特征性表现，包括构造沉降幅度、盆地拉伸系数、地层沉降速率、构造层序形成的时序性等（刘浩冉等，2015），构造迁移控制下的大规模跨盆（凹陷）的层序迁移形成了特殊的迁移型层序构型，它明显区别于海相层序内部由海平面升降造成的沉积物迁移，是盆地幕式构造运动的响应（朱红涛等，2016）.朱红涛等（2016）在对珠江口盆地珠Ⅰ坳陷典型凹陷古近系文昌组层序地层学分析，针对惠州凹陷、恩平凹陷层序迁移的特点，首次详细定义了陆相盆地迁移型层序的概念，认为迁移型层序构型是幕式构造活动控制下的断陷湖盆沉降中心和沉积中心的迁移，其沉积充填的层序沉积厚度和展布范围也发生侧向迁移，形成“跷跷板式”交替增厚的横向叠加样式，进一步划分出“自迁移”和“异迁移”两种迁移型层序.“自迁移”型层序构型是指在同一条边界断裂构造活动控制下，洼陷内部层序发生迁移，迁移范围仅限定在单一洼陷的内层序迁移现象；“异迁移”型层序构型是指盆地两侧控边断裂在跷跷板式构造活动控制下，可容纳空间及充填层序发生大规模跨盆地迁移的现象.

南堡凹陷高北地区沙河街组层序厚度、沉积中心和物源体系具有典型的时空迁移特征，是开展迁移型层序构型研究较为有利的场所.前人研究指出，高北地区构造演化与地层发育受西南庄断层与柏各庄断层的控制，不同层序时期，边界断层的活动速率差异直接导致该区域沉积体系发育的种类和规模发生规律性改变（范雪松，2015）.然而针对这种特殊层序构型的成因机制认识还不够充分，尚未建立起“异迁移”型层序构型与不同时期砂分散体系的对应关系，其层序地层学研究有待进一步加强.本文以南堡凹陷高北地区沙河街组7个三级层序为研究对象，在对“异迁移”型层序构型特征研究的基础上，重点探讨“异迁移”型层序构型的成因机制，厘清“异迁移”型层序构型的沉积学意义，从而建立高北地区构造-层序-沉积时空演化模式.

1.   区域地质概况

南堡凹陷是位于渤海湾盆地黄骅凹陷东北部的一个中新生代盆地，形成于华北地台基底上的箕状凹陷，具有北断南超的盆地构造特征（周海民等，2000）.研究区高北斜坡带位于南堡凹陷东北部，东侧以柏各庄断层、西侧以西南庄断层、南以高柳断层为边界，平面上由2个正向构造单元（高尚堡、柳赞构造带）和1个负向构造单元（拾场次洼）组成（图 1d），总面积约200 km²（周海民等，2000；徐安娜等，2008）.经“十三五”科技部国家重大专项项目联合攻关，中石油冀东油田指出南堡凹陷高北地区沙三段发现多种类型构造岩性油气藏.

图  1  南堡凹陷高北地区构造纲要(a~c)和地层格架图(d)

A-A'剖面位置见图 1c所示

Fig.  1.  Structure outline (a-c) and stratigraphic framework map (d) of the Gaobei area

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研究区内小型断层十分发育，大多以NE、WE走向为主，盆地东西分别受控于两条边界断层，它们在性质上总体为同沉积断层，断层活动时间长，继承性强、断距大，共同控制着盆地的形成和演化（图 1b）.高北地区为南堡凹陷东北部的一个次级构造单元，其构造演化与南堡凹陷具有一致性，经历了初始裂陷期（Es₃⁵）、快速持续裂陷期（Es₃⁴-Es₃¹）、裂陷萎缩期（Es₂-Ed）和坳陷期（Ng至今）共4个主要阶段（范雪松，2015）.高北地区钻遇的地层自下而上依次为古近系的沙河街组（Es）、东营组（Ed）、新近系的馆陶组（Ng）、明化镇组（Nm）以及第四系.其中沙河街组可分为沙一段、沙二段和沙三段，其中Es₃⁵与Es₃⁴为两套优质烃源岩，Es₃³、Es₃¹、Es₂和Es₁为主要的储集层（图 2）.

图  2  高北地区充填演化序列与层序划分综合图

Fig.  2.  Comprehensive map of filling evolution sequence and sequence division of Gaobei area

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2.   “异迁移”型层序地层格架及特征

2.1   地震剖面指示的层序迁移特征

根据高北地区地球物理、地球化学和古生物特征建立起层序地层格架，将高北地区沙河街组划分为3个二级层序和7个三级层序（Feng et al.，2016），从一系列典型地震剖面所反映出的层序发育情况来看，南堡凹陷高北地区古近系沙河街组主要时期发育典型的“异迁移”型层序构型，不同三级层序纵向上呈现交替增厚的特征.图 3a为横跨凹陷中心的典型地震剖面，通过井震结合对各层序界面进行了准确的标定，SB1和SB8分别表示沙河街组底界面和顶界面（图 3b），其中SB4是一个重要的层序过渡界面，该界面是沙河街组内部的一个连续性好、振幅较强的反射界面，它将沙河街组划分为沙河街组下段（即SQ1、SQ2和SQ3层序）和沙河街组上段序列（即SQ4、SQ5、SQ6和SQ7），后者超覆在SB4之上.

图  3  高北地区典型地震剖面所揭示的“异迁移”型层序构型(a~b)和连井剖面图(c)（剖面位置见1c）

Fig.  3.  Allogenic migrated sequence stratigraphy architecture revealed by a typical seismic profile in Gaobei area (a-b); stratigraphic cross-section from well T129x2 to well L202x2 (c)

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如图 4b所示，沙河街组7个三级层序在盆地东西侧均有发育，但不同时期所发育的层序厚度有所不同，在盆地西侧下部主要发育较厚的沙三段（SB4之下）三级层序（SQ1-SQ3），上部发育相对较薄的沙一段和沙二段层序（SQ4-SQ7）.盆地东侧上部主要发育较厚的沙一段和沙二段（SB4之上）三级层序（SQ4-SQ7），下部发育较薄的沙三段层序（SQ1-SQ3）.因此，沙三段的三级层序（SQ1-SQ3）发育在盆地西侧，沙一段和沙二段的三级层序（SQ4-SQ7）发育在盆地东侧，从图 5中又可看出东西两侧物源体系供给推进距离及展布范围也发生了旋回式变化，由此造成扇三角洲与湖泊在空间上的频繁交替沉积，这种特殊的“跷跷板式”地层交替增厚的横向叠加样式称作“异迁移”型层序构型.

图  4  高北地区沙河街组SQ1-SQ7典型回剥剖面恢复图（剖面位置见1c）

Fig.  4.  The typical backstripping section of sequences SQ1-SQ7 in the Shahejie Formation in Gaobei area

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图  5  高北地区典型地震剖面所揭示的连井剖面图(剖面位置见1c)

Fig.  5.  Stratigraphic cross-section from well T129x2 to well L202x2 revealed by a typical seismic profile in Gaobei area

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2.2   层序厚度图指示的平面迁移特征

高北地区的构造格局控制了不同时期层序地层的分布与沉积演化.沙河街组时期层序厚度中心变化大致经历了层序迁移前（SQ1、SQ2）、迁移过渡期（SQ3、SQ4）和层序迁移后（SQ5-SQ7）3个阶段，对比各阶段层序厚度图可以看出（图 6a），各时期层序厚度整体上呈现北厚南薄的特点，沉积中心呈现出由多中心向单中心、自西向东转移的演化规律，部分厚度中心受盆内发育的同沉积断层控制明显.

图  6  高北地区沙河街组各层序演化阶段层序厚度(a), 沉积相(b), 构造古地貌垂向演化图(c)(a1~b1为地震测点编号)

Fig.  6.  Vertical evolution diagrams of the sequence thickness (a), sedimentary facies (b), tectonic paleogeomorphy in each period in Gaobei area (c)

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层序迁移前，层序厚度呈现出东南厚、西北薄的特点.陆相断陷湖盆中边界断层造成基底的下沉或者抬升，从而改变了可容纳空间的大小，进而改变了沉积物的堆积样式和沉积中心的时空分布（刘浩冉等，2015）.靠近西南庄断层出现2个较大SC4洼和SC5洼，其中2号断层将这两个沉积中心分隔，其对应的测点位置分别为a3和a1，前者地层厚度最大可达1 400 m，展布方向为NNE；后者地层厚度最大可达1 200 m，展布方向为NE.靠近柏各庄断层一侧SC6洼规模较小，3号断层将其与SC5洼分隔，沿断层两边地层厚度差异较大，最大可达1 100 m，展布方向为EW，对应测点位置为b4；高北地区南部该时期地层厚度总体较薄，其中柳赞地区出现大规模的凸起，而此时的高尚堡地区受3号断层的影响则出现近东西向的小型凹陷，最大厚度为900 m.总之，SQ1、SQ2时期的沉积中心主要集中在研究区靠近西南庄断层所控制的凹陷中心.

迁移过渡期，层序厚度呈现出东北厚西南薄的特征.靠近西南庄断层一侧出现一个主沉积中心（SC2洼），自西向东近似平行延伸的2号断层控制了周围地层厚度的走势，其地层厚度最大可达1 020 m，沉积中心展布方向为NW，其对应测点位置为a3；靠近柏各庄断层一侧SC3洼规模较小，受到5号断层的控制，地层最大厚度可达940 m，沉积中心展布方向为NE，对应测点位置为b4.南部地层厚度总体较薄，整体表现为规模较大的低凸起.总之，SQ3、SQ4时期在继承上一时期的沉积特征基础上，早期西侧的两个沉积中心逐渐合并成一个，东侧的沉积中心规模也有所减小，沉积中心发生区域性转移.

层序迁移后，地层厚度总体减薄，呈现出东厚西薄的特征.靠近柏各庄断层一侧发育该时期研究区最大的一个近NW向展布的沉积中心（SC1洼），最大厚度可达620 m，其对应的测点为b5；靠近西南庄断层一侧地层厚度较薄，地貌上表现为一系列连续的低凸起，且伴有大量EW和NEE向同沉积断层发育，对地层厚度的控制较为明显.总之，SQ5-SQ7时期沉积中心分布特征与上一时期发生明显的变化，表现为由之前的多个规模较小沉积中心转变为单一的规模较大的沉积中心，沉积中心自西向东发生大规模的转移.

3.   “异迁移”型层序构型成因探讨

在陆相湖盆层序地层学研究中，部分研究者认为在众多影响因素当中，构造作用对陆相湖盆层序形成和演化具有主要的控制作用（纪友亮等，2008；刘可行等，2019）.盆地沉积中心及层序的大规模转移往往与盆地幕式构造运动相互对应，裂谷、裂陷作用的多次叠加以及盆地不同时期演化过程中的构造迁移，导致盆地充填序列演化表现出明显的阶段性和旋回性，并体现在层序格架样式、沉积中心和沉积体系域分布以及构成等变化上（冯有良等，2000）.本文在对区域应力场研究基础上，分析高北地区主控断层的分期、分段演化特征，厘清盆内控凹断层活动期次，结合回剥剖面的恢复，分析地层变形特征，从而对“异迁移”型层序构型的成因机制进行了深入的探讨.

3.1   幕式运动引起边界断层活动性差异

中国多数陆相断陷湖盆区域构造运动多呈现出幕式发育的特点（林畅松等，2005）.不同构造幕之间主要表现在盆地应力场、边界条件以及地层格架发生明显的变化，同时还伴随着沉积中心变化以及岩浆岩的活动事件（姜华等，2009）.

如图 7所示，SQ1沉积期，高北地区进入初始裂陷期，两侧边界断层活动速率差别不大，层序厚度横向差异较小.在SQ1沉积末期，区域的隆起作用又使得整个高北地区被抬升而遭到剥蚀.在层序SQ2、SQ3沉积期，盆地进入快速裂陷期，西南庄断层活动更为强烈，造成了西南庄断层附近地层的明显下沉，坡度变陡，来自西南庄凸起的沉积物就近在断层下降盘根部快速堆积，表现出明显的进积结构（图 5）.通过图 2a地震剖面所反映的杂乱且不连续反射来看，该时期柏各庄断层也有活动，但活动强度弱于西南庄断层.而到了SQ3沉积期，西南庄界断层构造活动缓慢减弱，而柏各庄边界断层构造活动缓慢增强，边界断层引起的SQ3层序厚度差异逐渐减小.

图  7  高北地区沙河街组各时期边界断层活动性分析图（a1~b1为地震测点编号）

Fig.  7.  Segmental evolution of boundary faults during each allogenic sequence period in Shahejie Formation in Gaobei area

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SQ4沉积时期，构造开始发生缓慢迁移，柏各庄断层的活动性逐渐强于西南庄断层，造成柏各庄断层附近地层下沉，导致层序厚度中心向柏各庄断层方向迁移，西南庄断层附近地层发生掀斜，遭受剥蚀，形成不整合面，“异迁移”型层序构型初步形成.SQ5沉积晚期东西两侧边界断层活动性开始减弱，但柏各庄断层活动性总体强于西南庄断层，区域性的抬升作用又造成整个高北地区接受剥蚀而形成区域不整合面.

到了SQ6、SQ7沉积期，盆地进入断陷萎缩期，SQ6时期构造迁移强度较大，该时期继承了SQ5地层展布形态，柏各庄断层活动性大于西南庄断层的活动性，SQ6晚期边界断层构造活动速率持续减小；到了SQ7时期，断陷活动迅速减弱，全区隆起遭受剥蚀，造成了东营组地层区域不整合于沙一段之上，“异迁移”型层序构型最终形成.

3.2   板块碰撞引起区域应力场方向性差异

回剥剖面演化分析一方面可以再现盆地各层序单元充填过程及断层剖面发育特征，另一方面通过各时期伸展量的变化反映出区域伸展强度的演化，确定断层主要活动期.通过断层生长指数、古落差法相结合对高北地区沙河街组主干断层活动性分析，发现高北地区先后经历了NW-SE、NNW-SSE和N-S向3期顺时针旋转变形（图 8a）.为了更加直观地展现这种伸展变形的过程，选取了2条典型回剥剖面作为研究对象（图 4），并计算各时期区域伸展参数（图 8b）.

图  8  高北地区沙河街组“异迁移”层序不同演化阶段构造应力场(a)和伸展率演化图(b)

Fig.  8.  Evolution diagram of extensional ratio(a) and tectonic stress field(b) during each allogenic sequence period in Shahejie Formation in Gaobei area

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研究表明，沙河街沉积期，该地区的伸展作用从早到晚主要经历了“强-弱-强”的交替变化，地应力方向经历了由NW-SE向N-S顺时针旋转的过程，由地应力旋转引起的断层活动交替性变化对“异迁移”型层序构型的形成起到了关键性作用.层序迁移前（SQ1，SQ2）控凹断层活动性较强，该阶段区内主要发育了数量较少的控凹正断层，但单条断层断距较大，活动速率较强，其中NE-SW方向的断层占据绝对优势，且对应该时期盆地沿NW-SE向伸展率最大，因此可以确定该时期高北地区受NW和SE向伸展应力作用.迁移过渡期（SQ3，SQ4）控凹断层活动稍有减弱，早期控凹断层生长速率减弱，区内规模较小的次级断层却大量发育，平面上由NNW向SSE呈雁列沿展布，其对应该时期盆地沿NNW-SSE向伸展率占绝对优势，指示该时期高北地区受到NNW和SSE向的拉张作用.层序迁移后（SQ5-SQ7）控凹断层活动逐渐减弱，SQ7期断层活动又稍有增强，出现小规模EW向的控凹断层，指示该时期伸展应力方向逐渐变为近NS向，NS向累计伸展速率超过前者，这也说明伸展作用逐渐偏向N-S.

通过大量的调研发现区域地应力方向的偏转与中国东部构造格局的演化有关，这种影响是通过基底走滑断裂，即郯庐断裂和兰聊断裂传递和转变的，太平洋板块对欧亚大陆的俯冲转向必然造成郯庐断裂和兰聊断裂右旋走滑延伸，渤海湾盆地正好处于这2条基底走滑断裂的重叠部位，并以小角度斜向拉分盆地形式发生走滑和伸展（图 9）.古近系始新统早期，随着太平洋板块的不断扩张，印度板块向北运动，最终消减到亚洲大陆下面，导致太平洋板块相对亚欧大陆由北西西向俯冲变为北西向俯冲，使得先前左旋运动的郯庐断层带转为右旋走滑活动；到了始新统晚期，印度洋板块逐渐靠近亚欧板块，强烈的俯冲作用使华北板块受到北东向挤压，两者结合使渤海湾盆地处于右旋走滑拉分伸展的应力场中，并向NNE-SSW方向走滑伸展.始新统晚期盆地西部发育黄骅-德州-东濮右旋走滑断层带，最终在东、西两侧主干断层的右旋走滑运动作用下，高北地区发生南北向拉分伸展（周延豪等，2018；Zhao et al.，2019）.

图  9  近海海域盆地演化的板块构造体制及其演变

Fig.  9.  The plate tectonic system and its evolution for China Cenozic offshore basins

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3.3   断陷背景下断层组合样式多样性

高北地区发育了众多不同类型的断层组合样式，它们对于区域隆凹格局有着重要的约束作用，一方面不同类型的断层组合样式控制高北地区沉积中心发育的位置和规模，另一方面也导致了研究区沙河街组时期层序发生大范围的迁移.依据断层结构特征将高北地区断层组合样式划分为单型半地堑、串联复式半地堑和非对称型地堑三大类（图 10）.

图  10  高北地区各洼陷断层组合样式分类表（剖面位置见图 1c）

Fig.  10.  Classification of structural styles of all subsags in Gaobei area

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单型半地堑为传统意义上的箕状断陷，由边界断层独立控洼，在断层附近发育平行的沉积中心，形成典型非对称楔状沉积（刘海伦等，2018）.单型半地堑以沿走向发育稳定的裂陷结构为主要标志，一般具单一走向和相对规则的平面形态，单型半地堑所控制的沉积中心呈现出数量少、规模大的典型特点，研究区此类的断层组合主要发育在靠近柏各庄的SC1、SC3和SC4洼中，平面上沿北东向展布，由大型坡坪式或铲式中高角度断层控洼，以基底强烈掀斜为主要特征.

串联复式半地堑以发育多段式控洼断层和沿走向结构多变为主要特征，平面形态不规则，表现为复杂花状构造和“y”型组合.此类的断层组合主要发育在靠近西南庄的SC2洼和SC5洼中，由于西南庄断层沙河街组不同时期活动性具有分段差异性，因此顺着边界断层往往控制多个次洼，使得洼陷的形态呈现多沉积中心、多次洼的特点，各次洼之间又会受到次级控凹断层的制约，分带性明显.

非对称型地堑是指地堑两侧主控断层发育不均衡，导致一侧裂陷较强，另一侧较弱，形成类似“跷跷板式”裂陷结构.研究区南部SC6洼和SC7洼具典型非对称型地堑结构特征，受东西向多条断层对断联合控洼，形成“包心菜式”断层组合和同向断阶、反向断阶等构造组合.

4.   “异迁移”型层序构型的沉积学意义

迁移型层序构型指示了构造、物源、古地貌等控制沉积的参数信息，是盆地演化过程中区域动力学背景、盆地构造属性、物源特征、水动力条件等因素的综合反映和具体表现，厘定和揭示迁移型层序的平面分布位置、演变规律具有重要的盆地动力学和沉积学意义（Deibert and Camilleri, 2006；朱红涛等, 2016, 2018）.对于本文所涉及的“异迁移”型层序构型而言，在层序侧向迁移过程中，盆地沉积作用的发生和演化也必然沿着同一方向迁移，造成不同级次的层序地层单元控制下的砂体发生侧向转移、斜列叠置.

高北地区以扇三角洲平原、扇三角洲前缘与湖相沉积为主，陡坡带和缓坡带层序分别发育着不同规模的扇三角洲体系，洼陷中心层序主要发育半深-深湖相沉积，局部可见浊流沉积相.结合断层活动速率、古地貌、沉积体系类型以及砂体分布，绘制出了高北地区构造-沉积模式剖面图（图 11）与平面沉积相演化图（图 6b）.层序迁移前，研究区沉积地貌表现为东高西低，来自东北部的物源体系控制了区内扇三角洲前缘朵叶体的范围与分布；而在西南庄断层附近也有多个小规模扇三角洲朵叶体，呈北西-南东向与该断层呈夹角斜列方式分布.马头营物源持续供应，其侧向分支进入柳赞构造带与高尚堡构造带，此时扇三角洲呈现“大平原小前缘”的特征.迁移过渡期，两侧边界断层活动性差异逐步缩小，地貌趋于平衡，湖盆逐渐变浅，西侧扇体展布范围逐步扩大，区内物源体系的大幅度进、退，形成了满盆砂泥互层，纵向上可见典型的加积序列特征.层序迁移后，地貌变陡，造就了扇三角洲“小平原大前缘”特征，柏各庄断层控制了主物源方向与沉积中心，边界断层活动与区域构造活动造成了可容纳空间的旋回性变化和沉积地貌变迁，导致了物源体系供给推进距离及展布范围发生旋回式变化，由此造成扇三角洲与湖泊在空间上的频繁交替沉积.

图  11  高北地区沙河街组构造-层序-沉积模式演化

Fig.  11.  The evolution of tectonic-sequence-sedimentary model of Shahejie Formation in Gaobei area

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5.   结论

（1）高北地区沙河街组共发育7个三级层序（SQ1-SQ7），SQ1-SQ7层序自西向东呈现出“跷跷板式”交替增厚的横向叠加的特征.其中，SQ1-SQ2层序主要发育于盆地西侧，SQ3-SQ4层序在盆地两侧均匀发育，SQ5-SQ7层序主要发育于盆地东侧.

（2）多重因素共同控制了这种独特的层序叠加样式的形成：①幕式运动造成边界断层活动性发生东西转换，从而导致沉积中心自西向东大范围迁移；②不同时期板块活动引起区域应力场的方向发生顺时针旋转，使得控凹断层由早期的NW-SE向逐渐变为N-S向；③不同类型的断层组合影响着沉积中心发育的位置和规模，从而控制着研究区沙河街组时期层序发生的大范围迁移.

（3）边界断层活动与区域构造活动造成了可容纳空间的旋回性变化和地貌变迁，使得物源体系向凹陷中心推进距离及展布范围出现旋回式变化，造成扇三角洲与湖泊在纵向上的频繁交替沉积.层序迁移前，边界断层活动相对较弱，地貌较缓，造就了扇三角洲“大平原小前缘”特征，西南庄断层控制了物源与沉积中心；层序迁移后，地貌变陡，造就了扇三角洲“小平原大前缘”特征，柏各庄断层控制了物源与沉积中心.