滑脫構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系

吳禮明，丁文龍，曾維特，許長(zhǎng)春，久 凱

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

滑脫構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系

吳禮明，丁文龍，曾維特，許長(zhǎng)春，久 凱

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

滑脫構(gòu)造對(duì)盆地的形成演化和油氣成藏有著重要的作用。從幾何學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面，分析了滑脫構(gòu)造的形成機(jī)制、變形特征、構(gòu)造巖特征及其與油氣成藏的關(guān)系。研究表明:滑脫構(gòu)造的形成除了受外在動(dòng)力機(jī)制控制，還與地層屬性如不整合面、地層巖性及物性特征有關(guān)。其變形特征主要受控于滑脫層的深淺，地層的溫壓及所受應(yīng)力大小，常伴生有三角帶、疊瓦狀構(gòu)造和雙重構(gòu)造等。碎裂巖作為滑脫構(gòu)造中典型巖石類型受到動(dòng)力變質(zhì)作用，發(fā)育大量裂縫和溶洞?；摌?gòu)造形成的高溫場(chǎng)、構(gòu)造圈閉和巖性圈閉、滑脫斷裂帶、碎裂巖裂縫，為油氣的生成、運(yùn)移和成藏創(chuàng)造了很好的條件。

滑脫構(gòu)造;形成機(jī)制;變形特征;構(gòu)造巖;油氣成藏

引 言

滑脫構(gòu)造作為油氣勘探中的重要構(gòu)造類型，在國(guó)外的墨西哥灣、北海、西西伯利亞、非洲大陸邊緣及南大西洋沿岸等油區(qū)，中國(guó)東部新生代斷陷盆地、西部中生代侏羅紀(jì)盆地中廣泛發(fā)育，并受到許多地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注。

從早期的重力滑脫到伸展滑覆和擠壓推覆的研究，從野外露頭觀察到應(yīng)用精細(xì)地震技術(shù)研究地下深層滑脫構(gòu)造，從單層次滑脫構(gòu)造深入到多層次滑脫構(gòu)造的分析。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)滑脫構(gòu)造從盆地的形成演化、沉積體系的發(fā)育，到含油氣系統(tǒng)的各種靜態(tài)要素、動(dòng)態(tài)過(guò)程都有著直接或間接的內(nèi)在聯(lián)系。因而研究滑脫構(gòu)造的形成條件，變形特征及構(gòu)造巖特征，對(duì)了解盆地中油氣的分布、運(yùn)移和成藏有重要的指導(dǎo)意義。

1 滑脫構(gòu)造形成機(jī)制

滑脫構(gòu)造要在一定的動(dòng)力機(jī)制條件下才能形成。在擠壓背景下，出現(xiàn)擠壓推覆。在區(qū)域伸展條件下，會(huì)出現(xiàn)伸展滑覆(包括重力滑覆)。從區(qū)域構(gòu)造背景上，滑脫構(gòu)造的產(chǎn)生與板塊的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，軟流圈的不對(duì)稱流動(dòng)有著重要關(guān)系。

滑脫構(gòu)造的產(chǎn)生除了受外在動(dòng)力機(jī)制控制，還與本身地層屬性有著密不可分的關(guān)系，表現(xiàn)在不連續(xù)界面(不整合)、地層巖性及物性特征等方面。

不連續(xù)界面是滑脫構(gòu)造產(chǎn)生的重要因素，如地層遭受剝蝕形成的分化殼，不整合面及假整合面等，他們是產(chǎn)生滑脫構(gòu)造的最有利部位。其中不整合面對(duì)于滑脫構(gòu)造的形成顯得最為重要［1］。

地層巖性及其變化決定著是否存在滑脫層和能否產(chǎn)生滑脫構(gòu)造。滑脫層常以低強(qiáng)度高韌性的泥巖、泥灰?guī)r、鹽巖和煤系地層為主，對(duì)其上下地層的相對(duì)滑動(dòng)起著潤(rùn)滑劑的作用，因而不同的巖層或巖層組合，對(duì)滑脫效應(yīng)的強(qiáng)弱有著重要影響，會(huì)產(chǎn)生差異很大的構(gòu)造變形，呈現(xiàn)出不同的構(gòu)造類型和樣式?；袅杈傅龋?］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)火山巖的滑脫效應(yīng)比礫巖強(qiáng)，不同巖性火山巖的平均滑脫因子值略有不同。巖性越致密，滑脫效應(yīng)越強(qiáng)。在相同巖性的條件下，不同滲透率的巖層其滑脫效應(yīng)也有所不同。相同滲透率的巖層，喉道的分布特征及其喉道的大小對(duì)滑脫效應(yīng)的影響也不同。

2 滑脫構(gòu)造變形特征

滑脫層對(duì)滑脫構(gòu)造的變形起著非常重要的應(yīng)力調(diào)節(jié)作用，從滑脫層的底部向上，地層變形強(qiáng)度增大，滑動(dòng)位移增加，滑動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化成滑動(dòng)前端的褶皺隆起，形成堆垛背斜、斜歪褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺等褶皺類型，由于巖層的塑性流動(dòng)，在滑脫層的內(nèi)部形成大量滑脫裂縫，后期被方解石充填。將這種沿著軟弱層層面相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的“滑脫裂縫”稱之為“層面滑移縫”。

滑脫構(gòu)造層上伏地層由于擠壓拉伸作用和下伏滑脫層的變形，導(dǎo)致上覆脆性巖層發(fā)育“y”型，掃帚狀或馬尾狀斷層組合斷裂，并發(fā)育各種構(gòu)造樣式，主要包括逆沖推覆構(gòu)造、背沖斷塊構(gòu)造以及三角帶構(gòu)造。三角帶構(gòu)造是滑脫構(gòu)造中非常典型的構(gòu)造單元［3］，由底板滑脫斷層、逆沖斷層和前端反沖斷層組成下寬上窄的三角形構(gòu)造，一般位于滑脫構(gòu)造面之上。按幾何形態(tài)，三角帶分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型三角帶僅與1個(gè)滑脫面有關(guān)，常發(fā)育于滑脫褶皺核部;Ⅱ型三角帶與2個(gè)或多個(gè)滑脫面有為關(guān)，常見于被動(dòng)頂板雙重構(gòu)造的前緣部分。當(dāng)三角帶構(gòu)造遭受進(jìn)一步擠壓時(shí)，可以形成強(qiáng)制褶皺。中國(guó)西部庫(kù)車前陸盆地及龍門山?jīng)_斷帶滑脫構(gòu)造中發(fā)育明顯的三角帶構(gòu)造［4－8］。

滑脫構(gòu)造層下伏地層構(gòu)造變形一般沒有上伏系統(tǒng)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，滑動(dòng)位移也小于上覆地層。在構(gòu)造作用較弱時(shí)，下伏地層的構(gòu)造變形較弱，如侏羅山褶皺－沖斷帶滑脫層之上地層向北西方向推覆了幾公里，而滑脫層之下的地層基本未變形［9］。但是當(dāng)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，并伴有巖漿侵入時(shí)，滑脫構(gòu)造層下伏地層也會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈變形，常形成背沖斷塊或斷褶構(gòu)造、疊瓦沖斷帶和雙重構(gòu)造等(圖1)。例如在克拉蘇構(gòu)造帶東段，下第三系庫(kù)姆格列木組鹽巖層之下的中生代地層受擠壓作用形成背沖斷塊或斷褶構(gòu)造，由2組“y”形背沖斷層及夾持其間的斷塊構(gòu)造或背斜構(gòu)造組成，在克拉蘇構(gòu)造帶中段，下第三系鹽巖層之下的中生界碎屑巖地層發(fā)育疊瓦沖斷帶，疊瓦狀沖斷層及其間的斷片層層疊加，形成鹽下“堆垛構(gòu)造”，使得中生代地層抬升較高，這種疊瓦沖斷帶常伴有基底卷入［5］。

圖1 庫(kù)車前陸滑脫構(gòu)造帶中背沖斷塊和疊瓦沖斷帶剖面

3 構(gòu)造巖特征

構(gòu)造巖是構(gòu)造變形域內(nèi)構(gòu)造力作用的產(chǎn)物，脆性、脆韌性及韌性斷裂帶內(nèi)廣泛存在構(gòu)造巖，能很好地反映斷裂帶的特征、構(gòu)造性質(zhì)和演化［10－12］，對(duì)油氣運(yùn)移、聚集有著重要的疏導(dǎo)和儲(chǔ)積作用。

碎裂巖類型主要以碎裂泥灰?guī)r、碎裂灰?guī)r及碎裂花崗片麻巖為主，常伴有動(dòng)力變質(zhì)作用，如硅化、大理巖化、鏡鐵礦化、綠泥石化等。碎裂灰?guī)r在應(yīng)力作用下發(fā)生了褶皺變形，沿滑脫面呈現(xiàn)出波狀起伏的瓦壟構(gòu)造，局部發(fā)育明顯的布丁構(gòu)造，小揉皺十分發(fā)育，剖面上呈隔檔式褶皺。

碎裂巖中也常發(fā)育有方解石，鏡下觀察普遍發(fā)育滑移雙晶，滑移雙晶是方解石晶體塑性變形的主要機(jī)制之一［13］。其中石英在鏡下呈動(dòng)態(tài)重結(jié)晶。

總體說(shuō)來(lái)，滑脫構(gòu)造帶內(nèi)巖石發(fā)生強(qiáng)烈的破碎，碎裂巖中發(fā)育各種揉皺和節(jié)理。同時(shí)，碎裂巖中變形礦物，如方解石、長(zhǎng)石、石英等的顯微變形特征，充分顯示出構(gòu)造滑動(dòng)對(duì)碎裂巖的改造。在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，碎裂巖中發(fā)育大量的裂縫，同時(shí)深部流體的注入，使得碎裂巖及其周圍地層發(fā)生巖溶作用形成大量縫洞，如天山南地區(qū)的前中生界滑脫層附近碳酸鹽巖儲(chǔ)層就具有多種類型的儲(chǔ)集空間。

4 滑脫構(gòu)造與油氣成藏的關(guān)系

4.1 有利于烴源巖的生烴

伸展運(yùn)動(dòng)期間，深部巖石圈向軟流圈拆離，致使巖石圈逐漸減薄、軟流圈上涌，產(chǎn)生的熱不斷地向地表運(yùn)輸，形成較高地?zé)釄?chǎng)，其熱流值高于全球平均熱流值幾倍到幾十倍，降低了生油門限，有利于烴源巖熱解向油氣轉(zhuǎn)化，這對(duì)形成豐富的油氣資源和埋藏較淺的油氣田都十分有利。

西部塔里木、準(zhǔn)噶爾、柴達(dá)木三大盆地，均為古老的結(jié)晶巖為塞底的穩(wěn)定地塊，除柴達(dá)木盆地受西藏隆起影響、構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)、熱流值較高外，一般均偏低，并多在40 mW/m2。因而在埋深較淺的新生界地層烴源巖不利于油氣的形成，油氣主要來(lái)源于深部古生界地層。華北盆地、松遼盆地和渤海灣盆地自中新生代以來(lái)特別是第三紀(jì)期間，發(fā)生強(qiáng)烈的伸展運(yùn)動(dòng)，巖石圈逐漸減薄、軟流圈上涌，巖漿大量侵入，使得該區(qū)地?zé)釄?chǎng)高，地?zé)崃骶哂?0 mW/m2左右，甚至達(dá)到139 mW/m2，具有淺層熱盆的性質(zhì)，加速了有機(jī)質(zhì)演化速度，有利于新生界地層烴源巖向油氣演化。

4.2 有利于油氣聚集圈閉的形成

在強(qiáng)烈的的構(gòu)造應(yīng)力作用下，地層沿滑脫層發(fā)生滑脫，產(chǎn)生大量的斷裂及其相關(guān)褶皺，同時(shí)伴生如三角帶、背沖斷塊構(gòu)造、疊瓦狀構(gòu)造和雙重構(gòu)造等構(gòu)造，從而形成了大量的有利于油氣聚集的構(gòu)造圈閉和巖性圈閉。

例如庫(kù)車前陸褶皺沖斷帶前緣的秋里塔格構(gòu)造帶西段庫(kù)姆格列木組膏鹽層厚200～400 m，在強(qiáng)烈的構(gòu)造作用環(huán)境下，滑脫層上下發(fā)生強(qiáng)烈變形，在其滑脫層中發(fā)育多條順層滑脫的逆沖斷層，滑脫層底部發(fā)育背沖斷塊和對(duì)沖斷塊，滑脫面之上形成疊瓦狀構(gòu)造和三角帶(圖2)。由于滑脫層的塑性流動(dòng)，形成了豐富多樣的鹽相關(guān)構(gòu)造和構(gòu)造變形樣式，為油氣聚集的構(gòu)造圈閉和巖性圈閉的形成創(chuàng)造了條件。

圖2 秋里塔格構(gòu)造帶構(gòu)造變形示意圖

4.3 對(duì)油氣運(yùn)移的影響

在滑脫構(gòu)造形成的過(guò)程中，地層的擠壓和拉張作用會(huì)產(chǎn)生大量的滑脫斷裂帶，滑脫斷裂帶中的密集帶可以阻止深層油源向滑脫斷裂上盤圈閉的運(yùn)移及向表層的逸散，從而使下盤圈閉成為有利的聚集油氣場(chǎng)所。伴生形成的斷裂也為深部烴源巖油氣向淺部?jī)?chǔ)層的聚集提供了良好的運(yùn)輸通道，構(gòu)成“下生上儲(chǔ)”的油氣成藏模式。

巴楚地區(qū)的色力布亞斷裂南段發(fā)育了斷面沿古近系膏鹽層(T31)的犁式滑脫，由西南向北東逆掩、走向北西的淺層推覆斷裂，并在其推演牽引作用下，形成淺層(新生界)斷背斜等。該淺層構(gòu)造之下的中深層構(gòu)造呈雙層疊加構(gòu)造樣式，潛伏在淺層逆掩帶之下的構(gòu)造層可能聚集深部沿色力布亞 斷裂運(yùn)移上來(lái)的油氣，同時(shí)淺層逆掩斷裂帶具有較 好的封堵條件(圖3)。位于色亞布亞斷裂帶的亞松迪1－5號(hào)構(gòu)造已鉆探獲油氣顯示，其“下生上儲(chǔ)”式油氣成藏模式可能與淺層逆掩斷裂帶的遮擋作用和中生界頂面滑脫斷層的油氣疏導(dǎo)作用有著密切關(guān)系。

圖3 色力布亞斷裂帶地震剖面示意圖

4.4 對(duì)油氣保存的作用

滑脫層通常是泥巖、泥頁(yè)巖和煤層系等非能干性地層，隨著勘探開發(fā)的深入，這類巖層具有很好的生油生氣潛力和“自生自儲(chǔ)”的油氣生成模式，同時(shí)對(duì)下伏地層也是良好的蓋層，對(duì)油氣的保存起到了至關(guān)重要的作用。

目前塔里木盆地發(fā)育有5套區(qū)域性直接蓋層，即中寒武統(tǒng)膏巖鹽、上下志留統(tǒng)依木干他烏組泥巖、下石炭組巴楚組泥巖、下石炭統(tǒng)卡拉沙依組下段膏泥巖和下二疊統(tǒng)庫(kù)普庫(kù)茲滿組泥巖。這些區(qū)域性直接蓋層非常有利于油氣藏的保存。在瑪扎塔格和鳥山斷裂前緣，沿古近系底面(T31)塑性層(膏泥巖系)為滑脫面形成的逆沖推覆斷裂，將新生界推向瑪扎塔格斷裂構(gòu)造帶之上，對(duì)深層主控?cái)嗔哑鸬搅撕芎玫姆舛伦饔?，減少了油氣的逸散。山1井鉆遇滑脫推覆體，在其下斷背斜圈閉中具有良好的油氣顯示。而緊鄰山1井的古董1井處在古董山構(gòu)造邊緣與鳥山至瑪扎塔格構(gòu)造帶的接合部位，背沖斷塊圈閉上無(wú)滑脫構(gòu)造形成的推覆體，缺乏油氣保存條件，使得該井無(wú)工業(yè)性油氣流(圖4)。

圖4 瑪扎塔格斷裂帶地震剖面示意圖

5 結(jié)論

(1)滑脫構(gòu)造的產(chǎn)生除了受外在動(dòng)力機(jī)制控制，還與本身地層屬性如不連續(xù)界面、地層巖性及物性特征等有著密不可分的關(guān)系?；搶又系貙訕?gòu)造變形普遍比下伏地層強(qiáng)烈，在強(qiáng)烈的構(gòu)造應(yīng)力下，構(gòu)造層下伏地層也可發(fā)育背沖斷塊、疊瓦沖斷帶和雙重構(gòu)造等?；摌?gòu)造帶內(nèi)的碎裂巖在褶皺變形的過(guò)程中，伴有動(dòng)力變質(zhì)作用，同時(shí)發(fā)育大量的褶皺和縫洞。

(2)滑脫構(gòu)造形成的高溫場(chǎng)、構(gòu)造圈閉和巖性圈閉、滑脫斷裂帶、碎裂巖中的裂縫和具有油氣遮擋作用的滑脫層，為油氣的生成、運(yùn)移、成藏和保存創(chuàng)造了很好的條件。伸展作用產(chǎn)生的裂縫、斷裂系統(tǒng)，溝通了油源層和圈閉的聯(lián)系，有利于形成多層樓式的油氣藏格局。

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The relationship between detachment structure and hydrocarbon accumulation

WU Li－ming，DING Wen－long，ZENG Wei－te，XU Chang－chun，JIU Kai
(China University of Geosciences，Beijing100083，China)

Detachment structure plays an important role in basin evolution and hydrocarbon accumulation．The formation mechanism of detachment structure，deformation feature，tectonite feature and their relationship with hydrocarbon accumulation are analyzed in respects of geometry and dynamics，etc．The study indicates that the formation of detachment structure is not only controlled by external dynamic mechanism，but related to stratigraphic attributes such as unconformity surface，lithology and physical properties as well．The deformation feature is mainly controlled by the depth of detached layer，formation pressure，temperature and stress，often associated with triangular belt，imbricate and duplex structures．Cataclasite as a typical rock type in detachment structure had developed numerous fractures and caves under dynamic metamorphism action．The high－temperature field，structural and lithologic traps，detachment fault zone and cataclasite fractures of detachment structure are favorable conditions for hydrocarbon generation，migration and accumulation．

detachment structure;formation mechanism;deformation feature;tectonite;hydrocarbon accumulation

TE122

A

1006－6535(2011)05－0060－04

20110316;改稿日期:20110618

全國(guó)油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評(píng)價(jià)國(guó)家專項(xiàng)“中國(guó)重點(diǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣資源潛力及有利區(qū)優(yōu)選”(2009GYXQ－15)

吳禮明(1985－)，男，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)礦產(chǎn)普查專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)石油構(gòu)造分析與盆地模擬專業(yè)在讀碩士研究生。

編輯 林樹龍