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伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用-苏金宝

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第 85卷第 10期2 0 1 1 年 1 0 月地质学报ACTA GEOLOGICA SINICA  Vol.85 No.10Oct. 2 0 1 1注 :本文为国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发项目 (编号 2008ZX05009-001)资助成果 。收稿日期 :2011-02-13;改回日期 :2011-06-13;责任编辑 :周健 。作者简介 :苏金宝 ,男 ,1980年生 。博士后 ,从事盆地构造与造山带研究 。通讯地址 :100081,北京市海淀区民族大学南路 11号 ;Email:jin.su@163.com。DOI:CNKI:11-1951/P.20110923.1427.010  网络出版时间:2011-9-23 14:27网络出版地址 :http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1951.P.20110923.1427.010.html伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用苏金宝1),朱文斌2),贾东2),杨彦峰3),王志强3)1)中国地质科学院地质力学研究所 ,北京 ,100081;2)南京大学地球科学与工程学院 ,南京 ,210093;3)中石化胜利油田河口采油厂地质所 ,山东东营 ,257068内容提要 :本文总结了伸展断层相关褶皱的发育类型 ,主要包括伸展断层传播褶皱与伸展断层转折褶皱 (也叫断弯褶皱 )等 。伸展断层传播褶皱多形成在较陡的正断层之上 ,正断层向上传播使断层顶部地层弯曲 ,进而形成一个伸展的断层传播褶皱 ,其发育模式与三剪变形发育模式一致 。车镇凹陷是渤海湾盆地南部一个典型的中新生代半地堑盆地 。本文通过对横穿车镇凹陷的地震反射剖面进行精细的构造解析 ,以及车镇凹陷南部斜坡带小断层的精细解释 ,发现这个半地堑盆地的伸展构造具有明显的向斜构造特征 ,这种向斜构造并不是挤压所致 ,其发育符合伸展断层传播褶皱模型 。由此运用伸展断层相关褶皱理论 ,同时按照三剪变形发育模式 ,模拟了车镇凹陷伸展构造的发育过程 。经过对盆地内部构造变形的反复拟合和测算 ,我们确定了车镇凹陷伸展断层相关褶皱的构造几何学特征及其运动学过程 ,进而深化对渤海湾盆地半地堑构造的理解 。关键词 :伸展断层传播褶皱 ;三剪变形 ;济阳坳陷 ;渤海湾盆地关于挤压断层相关褶皱在文献中有很多的描述 ,如Suppe等 (1992)、Hardyand Ford(1997)。近来越来越多的研究者关注于伸展背景下的断层相关褶皱 ,Schlische(1995)把伸展断层相关褶皱划分为6类 :①上盘断层转折褶皱 ,由断层倾角变化引起 ,如滚动背斜 ;②正牵引褶皱 ,是由沿断层面上盘地层因磨擦阻力向上拖拽 ,下盘向下拖拽形成 ;③逆牵引褶皱 ,上盘地层向下弯曲 ,常与滚动背斜相伴生 ;④横向褶皱 ,是沿断层走向断距的变化引起 ;⑤断层传播褶皱 ,由向上传播的断层在顶部地层弯曲形成 ;⑥压实褶皱 ,由伸展断层上覆盖层的差异压实形成的褶皱 。渤海湾盆地是我国东部最为典型的中新生代陆内裂谷盆地 ,发育了丰富多样的伸展构造类型 (陆克政等 ,1997;李军和王燮培 ,1998;宗国洪等 ,1999;Alen et al.,1999;吴兴宁和周建勋 ,2000;侯贵廷等 ,2000,2001;王颖等 ,2002;漆家福等 ,2003;任建业和张青林 ,2004;Li,2004;贾东等 ,2005)。贾东等 (2005)利用Xiao and Suppe(1992)和Shaw等(1997)的理论解析了东营凹陷的转折褶皱构造几何学和运动学历史 。在济阳坳陷中关于伸展断层传播褶皱的描述相对较少 ,伸展断层发育符合三剪变形发育模式 。车镇凹陷作为其中颇具代表性的半地堑盆地 ,具有明显的褶皱传播与膝折变形特征 ,符合伸展断层传播与转折褶皱断裂模型 。基于此 ,结合伸展断层相关褶皱理论与三剪变形理论 ,可以更好的分析伸展盆地发育过程 ,为伸展盆地区油气资源勘探开 发 提 供 理 论 依 据 。我 们 利 用Almendinger(1998)的FaultFold 4.5.4三剪断层传播褶皱发育模型分析车镇凹陷的构造几何学与运动学历史 ,进而深化认识和理解渤海湾盆地内部普遍存在的伸展区断裂与褶皱的发育过程 。1 地质背景车镇凹陷位于渤海盆地内济阳坳陷的北部 ,位置如图1。济阳坳陷形成于中新生代 ,其下为古生地质学报 2011年图 1研究区车镇凹陷地理位置与构造简图Fig.1 Tectonic framework and location of the Chezhen depression界至太古宇基底 。渤海湾盆地的形成一般认为与太平洋板块向亚洲东部大陆俯冲造成的弧后伸展(Ren,1996;Su et al.,2009;Chen et al.,1998;Zhanget al.,2004),华南华北板块碰撞的持续作用 (Okayand Sengor,1992;Alen et al.,1997),以及印度板块与欧亚洲板块碰撞造成向东挤出的构造逃逸的影响有关 (Tapponnier et al.,1986;Dengetal.,1998;Dengand Mo,2004)。盆地东部边界的郯庐断裂的走滑运动引起本区新生代的走滑伸展与挤压 ,进而影响着盆地发育 。中新生代 ,渤海湾盆地经历了强烈的构造运动 ,多次的伸展与隆起伴随着广阔的热沉 降 沉 积 (郑 德 顺 等 ,2005;Ren et al.,2002;He and Wang,2004)。车镇凹陷南部为义和庄隆起 ,北部为埕子口隆起 。凹陷包括4个洼陷 ,分别为车西 、套尔河 、大王北和郭局子洼陷 。地层从下至上包括前寒武纪结晶基底 ,寒武纪 —奥陶纪海相碳酸盐沉积 ,石炭纪 —二叠纪碎屑岩夹海相灰岩 ,中生代粗陆相碎屑岩夹火山碎屑岩及新生代陆相碎屑岩与冲积扇沉积 。新生代地层从下至上分为 :古近纪沙河界组和东营组 ,新近纪馆陶组 、明化镇组和平原组 。沙河街组从上至下又由Es1至Es4段组成 。古近系做为盆地的主要储层不整合于前裂谷地层之上 ,并被新近系整合或不整合于之上 (Alen et al.,1997)。5个主要的反射层 (T1,T2,T4,T6,T7’)被识别 ,分别对应于馆陶组底 、沙一段底 、沙三段上段底 、沙三段底以及沙四段底 。车镇凹陷主要受其北部的埕南断裂所控制 ,埕南断裂长120km,平面上曲折 ,由走向不同的5条正断层相互连接组成 (Su et al.,2011)(图1)。在垂直主断裂的地震剖面中 ,埕南断裂最大断距达3.5s的双程反射时间深度 。主断层面呈 “铲 ”状的构造样式 ,并伴生有阶梯状斜坡构造样式 ,断层在车西 、套尔河 、大王北和郭局子洼陷区域断距沿走向变化明显 (Su et al.,2011)。除边界主断裂外 ,车镇凹陷南部斜坡带发育一些反向或同向的小正断层 ,并与主断裂走向近平行 。这些断层最大断距一般不超过200ms的双程反射时间 ,长度一般小于10km。2 伸展断层相关褶皱原理2.1 伸展断层传播褶皱伸展断层传播褶皱多形成在较陡的正断层之上(图2a),同时基底与盖层间存在不同的机制对比 ,即基底之上覆盖一个韧性层使基底与上覆沉积层发生去耦合作用 (Withjack et al.,1990;Stewart etal.,1996;Gawthorpe et al.,1997;HardyandMcClay,1999)。正断层向上传播使断层顶部地层弯 曲 ,进 而 形 成 一 个 伸 展 的 断 层 传 播 褶 皱(Gawthorpe et al.,1997;Corfield and Sharp,2000;Sharpet al.,2000;Khalil and McClay,2002;Wilseyet al.,2002;White and Crider,2006;Jackson et al.,2006)。断层传播褶皱有两种传播方式 :一是断层沿垂向上的传播 ,形成于倾向滑动正断层的向上传播 ,它是断层两侧物质的相对运4651第 10期 苏金宝等 :伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用动 ;另一种是断层沿侧向上的传播 ,形成于断层向水平两侧的传播区域 ,如图2c(Su et al.,2011)。基于断层垂向与侧向的传播 ,致使伸展盆地不同的构造样式 。关于伸展断层传播褶皱的例子有很多 ,如Rhine地堑 (Laubscher,1982;Maurin and Niviere,1999),Suez海湾 (Gawthorpe et al.,1997)等 。野外和实验研究表明断层存在于地层深部 ,而在浅部表现为变形加宽 (形成一单斜构造 )而不是一个持续的断层 ,这些宽变形三角带向下变窄并在断层顶部尖灭 (图2a、d)。随着位移 (应变 )的增加 ,上覆褶皱地层逐渐被向上传播的断层所切断 (图2e)。这些与位于断层顶部三角带分布变形的三剪运动模型(Erslev,1991)非常类似 (图2b)。图 2伸展断层传播褶皱Fig.2 Extensional fault-propagation fold(a)、(b)—三剪变形发育模式 ,阴影表示三剪变形区 (据Withjack et al.,1990);(c)—断层传播褶皱立体构造样式 ;(d)—断层端点未向上传播形成伸 展 褶 皱 ;(e)—断层端点向上传播形成伸展褶皱 (据 JinandGroshang,2006)(a),(b)—Trishear deformation model,and shadow is the trishear zone(from Withjack et al.,1990);(c)—3Dstructural style of fault-propagation folding;(d)—extensional fold with a non-propagation faulttip;(e)—extensional fold with propagation fault tip(from Jin andGroshong,2006)三剪运动模型用于预测褶皱翼部岩层厚度与倾角均发生变化的断层传播褶皱几何学非常有效(Erslev,1991;Erslev and Rogers,1993),三剪变形发生在位于断层顶点的三角带内 。三剪运动模型指出 ,滑动发生在位于下部的基底断层 ,而上覆盖层在剪切带内发生变形 。给定断层的倾角与滑动速率 ,断层在滑动过程中的性质与变形位置由剪切带顶角以及传播与滑动速率 (P/S)比决定 。顶角控制了剪切带变形宽度 ,P/S比控制了断层顶部 (及其变形带 )通 过 岩 层 向 上 传 播 速 度 (Hardyand Ford,1997;Almendinger,1998)。Hardyand McClay(1999)详细介绍了应用三剪运动变形模型可精确指示伸展断层传播褶皱变形几何学 。Almendinger(1998)运用三剪模型很好描述了伸展粘土变形中的几何学 、应变及破裂方向 。在Erslev(1991)最初模型里 ,三剪带相对于断层上盘或下盘是固定的 ,这被称之为上盘固定或下盘固定三角带 (Hardyand Ford,1997)。Jin andGroshong(2006)把向上变宽的伸展断层传播褶皱变形带定义为上盘三剪带与下盘三剪带 ,其边界称之为上盘活动三剪边界 (ATB-HW)和下盘活动三剪边界 (ATB-FW),如图2d、e。随着下覆断层断距的增加 ,上盘三剪带持续通过活动边界 。上盘变形与未变形之间的边界称之为上盘不活动三剪边界(ITB-HW)。如果在变形期间 ,断层顶部并未向上传播 ,下盘活动三剪边界保持静止 ,并与最初下盘三剪边界 一 致 ,称 之 为 下 盘 不 活 动 三 剪 边 界 (ITB-FW,如图2d)。在变形期间断层向上传播 ,下盘活动三剪边界也将随断层顶向上运移 ,进而与下盘不活动三剪边界形成区别 (图2e)。图3指示了三剪带顶角变化对断层传播褶皱的影响 。顶 角 选 择20°、40°、60°,r=0.8(代表上盘变形三剪带与下盘变形三剪带的顶角比值 )。断层传播褶皱的宽度直接受三剪模型顶角的控制 ,随着顶角的增加 ,变形带越来越宽 。顶角小 ,岩层旋转强 。不同的P/S比率也影响断层传播褶皱的几何样式 ,如图4,当固定顶角为60°,r=0.8,断层倾角也为60°,随着增加P/S比 ,断层向上迅速传播 ,并导致三剪带活动与不活动边界之间存在的差距较大 ,使上盘与下盘褶皱作用变小 。大的P/S比使断层迅速穿过上覆地层 ,阻止了岩层的内部变形 ,使其转换成刚性的变形 。如果P/S比足够大 ,变形本质上就是刚性的变形 ,三剪带也就没有内部变形 (图4)。P/S比同样也影响三剪带的应变 ,最大应变发生在靠近断层的顶处 ,随着P/S比的增加 ,岩层应变时间缩短使应变量降低 ,三剪带活动边界与不活5651地质学报 2011年图 3不同顶角的三剪褶皱变形对伸展断层传播褶皱的影响 (据 Jinand Groshong,2006)Fig.3 Effect of different apical angles of the trishearzone on fold geometries(from Jin and Groshong,2006)(a)—20°;(b)—40°;(c)—60°;ITB—不活动三剪边界 ;ATB—活动三剪边界 ;HW—上盘 ;FW—下盘(a)—20°;(b)—40°;(c)—60°;ITB—inactive trishearboundary;ATB—active trishear boundary;HW—hanging wal;FW—footwal动边界内的应变椭圆压扁量相应变小 。当P/S比值为零 ,最大应变发生在断层顶部 (图4a);随P/S比值增大到2.0,岩层因断层的迅速穿过而减少应变 (图4b);当P/S比达到4.0,位于三剪带活动边界与三剪带不活动边界间的应变椭圆的压扁量要远小于P/S为0时的应变量 (图4a、c)。三剪变形目前已拓展出两种运算模式 ,一类是假三维模式 ,一类是真三维模式 。假三维分析三剪模式最初研究是通过一系列平行的倾向剖面连接而成 (Cooper and Hardy,1999;Fischer et al.,1999;Fischer and Wilkerson,2000;Cristalini andAlmendinger,2001)。而真三维模式是在三维体图 4不同的 P/S值对伸展断层传播褶皱的影响 ,断层顶角均为 60°(据 Jinand Groshong,2006)Fig.4 Effect of different P/Son fold geometries,in al three cases,the fault dip=60°(from Jin and Groshong,2006)(1)—P/S值为 0.0;(2)—P/S值为 2.0;(3)—P/S值为 4.0.应变椭圆中的线为最大伸展方向 ;ITB—不活动三剪边界 ;ATB—活动三剪边界 ;HW—上盘 ;FW—下盘(a)—P/S=0.0;(b)—P/S=2.0;(c)—P/S=4.0;The linewithin the strain elipses is the maximum extension direction;ITB—inactive trishear boundary;ATB—active trishear boundary;HW—hanging wal;FW—footwal守恒情况下的三剪运动模式 (Cristalini et al.,2004,Cardozo,2008)。Cardozo(2008)详细分析了假三维与真三维三剪运算法则以及他们的应用 、局限性以及可能试用范围 ,如侧向断层传播 ,一般认为假三维运算法则在多数情况下足以模拟三剪变形模式 。尽管假三维并不是一个完全的三维工具 ,但是运算上岩层体的守恒范围是在可接受的范围内 ,因而也更被广泛接受 。真三维公式提供了更好的上盘运动模型 ,但运算较繁琐 。本文限于资料有限 ,未做三剪变形的三维模拟 。2.2 伸展断层转折褶皱在伸展环境下 ,正断层一般形成半地堑构造 。随着地层的拉张断裂的发育 ,如果岩层足够硬 ,上盘在6651第 10期 苏金宝等 :伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用向下滑动时将产生一个拉开的空间 (图5a),上盘地层崩塌充填拉开的空间 ,正断层面深部转折处为活动轴面的下端 (图5b),随着伸展作用 ,正断层滑动加大 ,固定轴面与活动轴面分离 ,固定轴面与活动轴面的距离即正断层的断距 ,其间的地层向浅部正断层倾斜 (图5b)。正断层多呈犁状或弧形 ,可划分为多个转折点 ,正断层倾角向深部板状转折变缓使上盘岩层崩塌 ,上盘地层就沿活动轴面剪切 ,剪切作用均匀地分布在上盘地层中 ,使同构造的沉积向正断层扇状倾斜和增厚形成向正断层倾斜的滚动构造 (图5c、d)。图 5伸展断层转折褶皱构造发育模式Fig.5 Structural model for extensional fault-bend fold(a)—上盘在向下滑动时产生一个拉开的空间 ;(b)—上盘崩塌充填拉开的空间 ,在活动轴面与不活动轴面间地层倾斜 ;(c)—铲状正断层是由多个转折点组成 ,这个连续的曲线断层及其活动轴面使地层形成弯曲的滚动背斜 ;(d)—位于多转折点断层上的平面式滚动背斜 (据Xiao and Suppe,1992;Shaw et al.,1997)(a)—A void open as the hanging wal slides down to the right;(b)—the hanging-wal colapses to fil the void,the beds dip between theactive axial surface and inactive axial surface;(c)—listric normal fault is consists of many sharp bends.Such a continuously curved faultassociated with active axial causes the beds to form a rolover anticline;(d)—planar rolover anticline above a normal fault with severalbends.(modified from Xiao and Suppe,1992;Shaw et al.,1997)固定轴面与活动轴面平行 ,活动轴面与浅部正断层之间是生长地层沉积最厚的地带 。活动轴面从断层转折点向上一直通到生长地层沉积表面 。固定轴面只限制在前生长地层之中 。从固定轴面上端与活动轴面上端相连线就是生长轴面 ,生长轴面与生长地层中的固定轴面和滚动构造生长地层底面之间的三角形称为生长三角 (图5d)。生长三角地层的时间跨度就是正断层活动的时间 ,生长三角底面地层时代就是正断层活动开始的时间 。正断层在深部有多个转折就会产生多个滚动构造和多个生长三角 。转折的正断层伸展运动 ,上盘的变形就是伸展断展转折褶皱 (图5)。3 伸展断层相关褶皱在车镇凹陷中的应用在整个车镇凹陷 ,同裂谷地层 (反射层T1与T6之间 )在靠近断层处一般为一楔形几何样式 ,显示了盆地的拉张程度 ,远离主断层 ,地层减薄并上超在南部的义和庄隆起之上 。尽管正断层是研究区的主控样式 ,同裂谷地层的褶皱现象在此也能观测到 。靠近断层处 ,地层倾向与断层倾向一致 ,与上盘形成一个向斜 ,沉积中心位于非对称的向斜底部 (如图6所示 )。这些向斜平行于埕南断层 ,宽度和强度在沉积中心处达到最大 。向斜的形成是由边界断层的伸展引起 ,断层在形成过程中顶部地层弯曲形成褶皱 ,即伸展断层传播褶皱 。远离断层 ,凹陷的南翼地层向北倾斜形成滚动背斜式褶皱 ,我们称之为断层转折褶皱 。剖面位置如图1,剖面显示出半地堑盆地的基本构造特征 ,新生代地层向北增厚 ,向南减薄 。下伏主断层倾向南东 ,靠近主断裂 ,新生代地层 (T6与T2反射层之间 )向上翘起 ,使其倾向与断层倾向一7651地质学报 2011年图 6过埕南断裂剖面图 (位置如图 1)Fig.6 Seismic profile across Chengnan fault(see location on Fig.1)(a)—时间剖面图 ;(b)—时间转化为深度剖面图(a)—TWT seismic profile;(b)—depth seismic profile致 ,使半地堑地层形成一个向斜构造 ,位于盆地中心向斜发育较小或不明显 ,向盆地的两端 ,向斜变宽 。所选剖面断层上部倾角在40°左右 ,T6反射层拉张断距在1700ms的双程反射时间深度 。盆地中褶皱轴面明显将倾斜地层与水平地层分隔开来 ,断层上盘地层产状的转折变化反映出其下伏的控盆正断层是 “铲 ”状变化的性质 ,同时 “铲 ”状的主断层构成了控制上盘地层变形的连续多个的褶皱轴面 ,通常被解释为活动轴面 。上盘向斜表现为非对称构造样式 ,靠近主断层的地层倾角相对大于向北倾的南部斜坡带地层倾角 。T2与T1间地层在靠近主断裂处地层减薄剥蚀 ,盆地下盘新生代地层大量缺失 ,T1反射层不整合于太古宙结晶基底之上 。3.1 二维断层相关褶皱模拟断层发育是一个向上与侧向传播的过程 ,断层倾角 、三剪顶角 、断层传播与滑动比 (P/S)决定了断层上下盘地层的构造样式 。为此 ,我们设定不同参数 ,应用Almendinger(1998)的FaultFold 4.5.4三剪断层传播褶皱发育模型分析模拟 、解析断裂的发育过程 。图6剖面断层倾角在40°左右 ,断层有两个明显转折端 ,因而根据实际剖面 ,我们设定主断层滑动轨迹与实际一致 ,三剪顶角为60°,上下盘非对称顶角比为1∶1,P/S为-1.2。模拟结果图7与剖面图6相似 ,具有可比性 。图7中模拟参数见表1。断层传播过程中是自下向上 ,因而在沉积前 ,我们设定地层下部断层传播轨迹 ,使其样式与实际剖面断裂轨迹相似 。如图7a,断层初始发育F1断层向上传播 ,并形成以T7’为底的沙四段同沉积层 。随盆地发育 ,F1断层停止活动 ,F2断层开始发育并向上传播 (图7b),F2断层在底部基底收敛成水平状 ,向上逐渐变陡 ,随地层的沉积 ,断层开始活动 ,此时F2断层的向上传播还未达到新沉积地层 ,这使新沉积地层下坳 ,形成初始的坳陷 ,并在断层顶部三剪带内形成单斜褶皱 ,坳陷内部则组成了一个向斜构造 (图7c)。随地层的沉积 ,断层已传播到新沉积地层位置如图7d、e,靠近断层顶部三剪带地层褶皱减小并消失 ,新沉积地层靠近断层处不再形成传播褶皱 。主断层F2为 “铲 ”式曲线断层 ,因而在断层面上可划分出多个转折点 。上盘同沉积层随主断裂F2倾角变化而改变 ,在与断裂转折端的活动轴面(绿线 )相交处 ,地层发生转折变形 ,形成Shawn等(1997)提出的滚动背斜构造样式 。随断层的发育及后期的反转 ,下盘同沉积层剥蚀 ,下盘基底出露 ,如8651第 10期 苏金宝等 :伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用图 7车镇凹陷伸展断层相关褶皱三剪变形模拟剖面图Fig.7 Forward modeling of trishear deformation of extensional fault-related folding in Chezhen depression(a)—F1断层形成,沙四段地层沉积 ;(b)—F2断层开始发育,F1断层停止传播;(c)—F2断层向上传播并伴随盖层的断层传播褶皱发育;(d)—F2断层向上传播穿过 T2反射层;(e)—F2断层向上传播穿过 T1反射层;(f)—构造反转使地层的剥失后最终形成的构造剖面(a)—The F1fault develops associated with deposition of Es4;(b)—initiation of F2fault propagation causes the F1fault to cease;(c)—continuedupward propagation of the F2fault associated with development of fault-propagation fold of the cover strata;(d)—the F2fault propagated thoughreflection T1;(e)—the F2fault cross-cut reflection T2;(f)—structural profile after erosion of the strata due to tectonic inversion图7f。断裂发育过程中是比较复杂的 ,它伴随上 、下盘地层的剥蚀 ,本文在模拟过程中忽略了地层上表 1图 7中伸展断层相关褶皱三剪变形模拟参数Table 1 Model parameters of trishear deformation of extensional fault-related foldingin Fig.7(a) (b) (c) (d) (e) (f)滑距 (Slip)-40.000 -40.000 -100.00 -140.00 -180.00 -220.00传播 (Propagation)48.000  48.000  120.00  168.00  216.00  264.00斜坡角 (Ramp angle)-55.713 -38.991 -38.991 -38.991 -38.991 -38.991三剪顶角 (Trishearangle)60.000  60.000  60.000  60.000  60.000  60.000P/S比(P/Sratio)-1.2000 -1.2000 -1.2000 -1.2000 -1.2000 -1.2000盘在远离断层处的剥蚀问题与先期反转问题 ,造成实际剖面与模拟剖面存在一定的误差 ,但这不影响本文讨论的重点 ,即伸展断层在传播过程中形成的褶皱现象 。3.2 凹陷内小断层的传播褶皱由于边界断层拉张较大 ,断裂长度与深度比例也较高 ,下盘相应层又被剥蚀 ,后期强烈的引张掩盖了先期的伸展褶皱现象 ,因而伸展断层的传播褶皱不容易在剖面中反映出来 。断裂的发育有相似的过程 ,通过精细分析小断裂的发育有助于我们对边界大断裂形成过程的理解 。小断裂的形成是大断裂发育的缩影 ,断层沿走向上的变化也正反映了断裂的发育过程 。位于平面上断裂中心部位的剖面往往断层构造伸展最大 ,向两侧断裂断距逐渐变小 。沿走9651地质学报 2011年向变化的一系列剖面恰好可以反映出断裂发育从无到有 、从小断距逐渐拉张扩大的过程 ,相关文章可参见Su等 (2011)、Morley(1999,2002)。图 8切 F17小断层一系列剖面图Fig.8 Seismic profiles across the F17fault在平面上 (a)至 (o)分别过 F17最西端向东至断层中心位置From west to center of the fault on plan view with(a)to(o)本文选择车西地区南部斜坡带一小断层暂命名为F17进行精细解释 ,进而对比边界断裂的发育 。F17断层位于凹陷的南部斜坡带 ,断裂活动地层在1300~1900ms双程反射深度之间 ,位置如图1。选择一系列南北向主测线自东向西对F17断裂精细分析 (图8),断层的发育最初在地层底部 ,随断裂发育 ,断层向上传播 ,断层传播过程中顶部形成伸展断层传播褶皱 ,即形成一个三剪变形带 ,从图8a~o我们可以看出断层的向上传播过程 。最初断裂只错断了底部地层 (图8a),断层顶部地层弯曲发生三剪变形 ,形成断层传播褶皱 。随断层向上传播 ,顶部地层逐渐被错断 ,断层断距最终达到最大 (图8o)。这一系列剖面正是断裂发育的时间过程在空间上不同位置的体现 。同时 ,从图8o~a也能看出断层侧向传播断裂缩小的过程 ,其立体发育模式如图2d所示 ,在横向上中间断距大 ,向两侧断距减小 ,在纵向上 ,向上传播 。断裂发育后期 ,断裂拉张较大 ,断层向上传播穿过上覆沉积盖层 ,随后断层传播褶皱就难以形成 ,而随断距的拉大 ,断层转折褶皱加宽 ,表现明显的滚动背斜构造样式 。正如埕南断裂 (图6),强拉张使伸展断裂传播褶皱得以掩盖 ,向上传播过程在剖面上不好识别 ,其演化虽与F17断裂一样向上传播 ,但这种传播的迹象则不明显 ,断层顶部褶皱只保留了地层与断层的同向倾斜 。对于类似埕南断层的大断裂 ,其发育较成熟 ,发育模型更适于用断层转折褶皱来分析研究 ,其三维模型与断层转折褶皱模型更为相似 。断层在初始状态发育时 ,即小断裂的发育 ,断层传播褶皱明显 ,褶皱相对也能较好的保存 ,则更符0751第 10期 苏金宝等 :伸展断层相关褶皱的几何学分析及其在车镇凹陷中的应用合用伸展断层传播褶皱发育模型来研究 。4 讨论地震剖面揭示了车镇凹陷的构造几何学特点 ,靠近边界断层处地层倾向与断层倾向相同形成非对称的上盘向斜构造 。这种向斜构造不是由挤压引起 ,而 是 断 层 传 播 与 转 折 褶 皱 联 合 作 用 的 产 物 。Gawthorpand Hardy(2002)应用伸展断层传播褶皱运动模型 ,结合粗碎屑岩沉积模式 ,以及海平面变化分析了沉积与断层顶部三剪变形带单斜构造关系 ,指出了三剪变形使前裂谷地层褶皱 ,并伴随海平面变化为新沉积地层提供可容空间 ,说明沉积与三剪变形关系密切 。笔者认为沉积压实作用不是形成向斜的主因 ,当然在这里也不能排除沉积压实对盆地向斜的影响 。大断裂受沉积影响相对较大 ,而文中所列F17小断层形成较晚 ,且上下盘有相对应层 ,是压实后的断裂 ,其发育受沉积影响较小 ,它的形成可以很好的用伸展断层传播褶皱解释 。另一方面 ,断层传播褶皱在形成的过程中也必然受到断层摩擦的影响 ,但断层摩擦造成的牵引构造从尺度和范围上要小于本区的褶皱向斜 (Hamblin,1965;Barnett et al.,1987)。本文在埕南断裂处解释出先后发育的两条断裂F1与F2(图6),剖面位置又邻近车西与套尔河洼陷间的连接位置 (Su et al.,2011),说明剖面中发育F1、F2两条断层的解释是可行的 。根据伸展断层相关褶皱原理可以对实际地震剖面中断层的演化进行模拟 ,模拟的精度取决于所设定的初始断层倾角 、断层顶角 、断层滑动与传播速度比值等一系列因素 ,准确把握上述因素能较好的模拟断裂传播演化的发育过程 。本文仅用上述方法对盆地剖面进行初步的模拟 ,相似的构造样式说明研究区内断裂的发育模式符合断层相关褶皱的发育模式 。地层的褶皱的形成有多种可能 ,对于埕南断层上盘地层的向斜构造成因 ,本文更倾向于断层传播褶皱与转折褶皱联合作用的结果 ,断裂未穿透地层前主要是受伸展断层传播褶皱作用 ,断裂穿透地层后主要是伸展断层转折褶皱作用以及沉积充添压实的影响 。5 结论伸展背景下可以形成多种褶皱现象 ,伸展断层传播褶皱与转折褶皱的研究越来越受到地质学家的重视 ,它是优越的油气储藏 。本文结合断层传播褶皱的三剪变形模式与断层转折褶皱发育模式分析模拟了车镇凹陷边界主断层的演化样式 ,同时笔者通过小断层剖面的发育特点进一步论证了断裂发育过程中的传播方式 ,以及断层发育中伴随的褶皱形式 ,即 :断层向上传播过程与相应的褶皱发育 。断裂向上传播造成断层顶部地层的弯曲 ,形成断层传播褶皱 ,而远离断层处 ,地层弯曲则是断层转折褶皱的发育模式 。在断陷的中心 ,断裂拉张强度大 ,断层向上传播快 ,向两侧断层强度变弱 ,致使下部为断层而上部为向斜褶皱 ,形成断层相关褶皱现象 。致谢 :感谢中石化胜利油田河口采油厂王志强 、杨彦峰工程师给予的热情帮助 ,衷心感谢两位评审人审阅全文并提出指导性意见 。参考文献侯贵廷 ,钱祥麟 ,蔡东升 .2000.渤海中新生代盆地构造活动与沉积作用的时空关系 .石油与天然气地质 ,21:201~206.侯贵廷 ,钱祥麟 ,蔡东升 .2001.渤海湾盆地中 、新生代构造演化研究 .北京大学学报 (自然科学版 ),37:845~851.贾东 ,陈竹新 ,张逸昆 ,王良书 ,陆建军 ,陈小明 .2005.东营凹陷伸展断弯褶皱的构造几何学分析 .大地构造与成矿学 ,29:295~302.李军 ,王燮培 .1998.渤海湾盆地构造格架及其演化 .石油与天然气地质 ,19(1):63~67.陆克政 ,漆家福 ,黄俊生 ,杨桥 ,童亨茂 .1997.渤海湾新生代含油气盆地构造模式 .北京 :地质出版社 ,251.漆家福 ,肖焕钦 ,张卫刚 .2003.东营凹陷主干边界断层 (带 )构造几何学 、运动学特征及成因解释 .石油勘探与开发 ,33(3):8~12.任建业 ,张青林 .2004.东营凹陷中央背斜隆起带形成机制分析 .大地构造与成矿学 ,28(3):254~262.王颖 ,赵锡奎 ,高博禹 .2002.济阳坳陷构造演化特征 .成都理工学院学报 ,29:181~187.吴兴宁 ,周建勋 .2000.渤海湾盆地构造成因观点剖析 .地球物理学进展 ,15(1):98~107.郑德顺 ,吴智平 ,李伟 ,周瑶琪 .2005.济阳坳陷中新生代盆地转型期断裂特征及其对盆地的控制作用 .地质学报 ,79:386~394.宗国洪 ,肖焕钦 ,李常宝 ,施央申 ,王良书 .1999.济阳坳陷构造演化及其大地构造意义 .高校地质学报 ,5:275~282.Alen M B,Macdonald D I M,Zhao X,Vincent S I,Brouet-MenziesC.1997.Early Cenozoic two-phase extension and late Cenozoicthermal subsidence and inversion of the Bohai basin,northernChina.Mar.Pet.Geol.,14:951~972.Almendinger R W.1998.Inverse and forward numerical modelingof trishear fault-propagation folds.Tectonics,17:640~656.Barnett J A M,Mortimer J,Rippon J H,Walsh J J,Watterson J.1987.Displacement geometry in the volume containing a singlenormal fault.AAPG Buletin,71:925~937.Cadozo Nestor.2008.Trishear in 3D.algorithms,implementation,and limitations.Journal of Structural Geology,30:327~340.1751地质学报 2011年Chen Jianyu,Li Shuifu,Xiong Ying,Bi Yanbong.1998.Multiplepetroleum systems in Tertiary extensional basins,East China:acase study of the Gunan-Fulin basin.Journal of PetroleumGeology,21:105~118.Cooper K,Hardy S.1999.The intera
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