川西安縣構(gòu)造的變形特征及演化

郭衛(wèi)星，李書兵，羅嘯泉 （中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610081）

劉樹根，王睿婧 （成都理工大學能源學院，四川成都610059）

川西安縣構(gòu)造的變形特征及演化

郭衛(wèi)星，李書兵，羅嘯泉 （中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610081）

劉樹根，王睿婧 （成都理工大學能源學院，四川成都610059）

安縣構(gòu)造由于山地條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜等原因，地震資料品質(zhì)較差，構(gòu)造存在多解性。前人多采用基底卷入的前展式逆沖疊瓦構(gòu)造模型進行解釋；結(jié)合露頭與鉆井資料分析認為逆沖三角帶的構(gòu)造模型更加科學、合理。安縣構(gòu)造自北西向南東可分為3個構(gòu)造帶：北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間的疊瓦構(gòu)造帶、安縣－灌縣斷層下盤的山前隱伏帶和坳陷內(nèi)部弱變形帶。山前隱伏帶以發(fā)育逆沖三角帶構(gòu)造為特征，垂向上具有分層變形特征，自上而下可分為4個體系，即侏羅系、中－下三疊統(tǒng)外來推覆體、中－下三疊統(tǒng)滑脫層之上的須家河組1、2、3段和中－下三疊統(tǒng)滑脫層之下的古生界。安縣構(gòu)造在晚三疊世以安縣－灌縣斷層活動為代表，逆沖推覆強烈并有較大的水平收縮變形量；晚侏羅世至新生代水平收縮變形量相對小而基底隆升明顯，白堊紀末構(gòu)造已基本形成，新生代構(gòu)造繼承發(fā)展。

安縣構(gòu)造；前展式逆沖疊瓦構(gòu)造；逆沖三角帶構(gòu)造；安縣－灌縣斷層；構(gòu)造演化

川西坳陷是指發(fā)育在中三疊統(tǒng)海相褶皺蓋層基底之上的四川盆地西部及晚三疊世以來歷經(jīng)印支、燕山和喜馬拉雅多期構(gòu)造運動而形成的呈NE－SW向展布的前陸盆地，面積約3.1×104km2［1］；盆地構(gòu)造變形不僅與西側(cè)龍門山逆沖作用直接相關(guān)，同時還受到北緣米倉山、南緣川滇構(gòu)造帶的強烈影響，是多組、多期構(gòu)造相互影響、相互疊加的結(jié)果［2，3］。川西坳陷中段的安縣構(gòu)造位于安縣與綿竹之間，屬于龍門山前構(gòu)造帶，呈北東向展布，地表發(fā)育飛來峰（圖1）。油氣勘探表明，上三疊統(tǒng)須家河組2段和4段砂巖含有豐富的天然氣資源，而須家河組3段和5段泥巖為蓋層。由于山地條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜等原因，地震資料品質(zhì)較差，尤其是西北部山前的地震反射信息相對較少，為地震解釋和圈閉確認帶來困難。筆者依據(jù)平衡地質(zhì)剖面原理，采用前陸盆地構(gòu)造建模的方法，討論了安縣構(gòu)造的地質(zhì)解釋模型，分析了構(gòu)造變形特征，再現(xiàn)了構(gòu)造的形成過程。

1 滑脫層特征

川西地區(qū)地層發(fā)育古生界、中生界和新生界等，并以中生界為主（通常厚6km左右），總體表現(xiàn)為西厚東薄特點。龍門山前緣的垂向構(gòu)造分層有2種情況：一是由不整合面所分隔的早、晚2次變形所顯示出來的不同變形方式；二是一次變形中由滑脫面分隔而顯示出來上下層位變形不協(xié)調(diào)現(xiàn)象［4］。前人依據(jù)露頭和地震剖面等資料，提出川西地區(qū)存在多套滑脫層［5～7］。不考慮露頭上一些小規(guī)模的滑脫層，筆者認為安縣地區(qū)構(gòu)造變形中主要滑脫層為中－下三疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)須家河組3段，次要滑脫層為古生界。

1）中－下三疊統(tǒng)嘉陵江－雷口坡組滑脫層。嘉陵江組和雷口坡組是四川盆地重要的含膏層位，是正常淺海－半咸化淺海碳酸鹽巖建造，厚度為200～1466m，從下到上依次為沉積灰?guī)r、白云巖、含膏質(zhì)白云巖、膏溶角礫巖和膏巖。在龍門山?jīng)_斷帶的多期構(gòu)造活動中，該層發(fā)生強烈的褶皺變形，是重要的滑脫層。

2）上三疊統(tǒng)須家河組3段滑脫層。須家河組3段為灰黑色頁巖與灰、深灰色粉－細砂巖不等厚－略等厚互層，以頁巖為主，局部夾煤層，厚度為700～900m，由西向東厚度逐漸減小。由于高孔隙流體壓力的存在，在擠壓作用下容易發(fā)生滑脫變形，是淺層次重要的滑脫層。

圖1 川西坳陷中段構(gòu)造單元分布圖

2 構(gòu)造解釋模型

安縣地區(qū)從龍門山前向坳陷內(nèi)部地表依次出露有下三疊統(tǒng)、中三疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)、侏羅系和第四系等，并在龍門山前由于斷層的逆沖作用引起三疊系的重復。地表發(fā)育的飛來峰具有印支期推覆、喜馬拉雅期滑覆的特點［8］；飛來峰主要由泥盆系、石炭系和二疊系組成，推覆在中－下三疊統(tǒng)滑脫層之上。地表出露的北川－映秀斷層（F1）和安縣－灌縣斷層（F2）走向上可連續(xù)追蹤，是區(qū)域性的大斷裂；關(guān)口斷層（F3）在走向上發(fā)育不穩(wěn)定。研究區(qū)則隱伏在山前侏羅系單斜之下。

地震資料上，坳陷內(nèi)部的三疊系和侏羅系形成了較好的可追蹤對比反射層，而在沖斷帶內(nèi)可追蹤對比的反射界面較少。由于沖斷帶內(nèi)可利用的資料較少，地震資料解釋困難，如何根據(jù)可靠的信息構(gòu)建一個合理的地質(zhì)模型成為地震資料解釋的關(guān)鍵。圖2、3為同一地震剖面的2種解釋方案，圖中充分利用了地表露頭資料和鉆井的地質(zhì)分層資料。

如圖2、3所示，侏羅系與三疊系之間存在明顯的角度不整合接觸，山前上三疊統(tǒng)廣泛剝蝕。安縣－灌縣斷層西北部出露中－下三疊統(tǒng)，并在淺表層發(fā)育古生界飛來峰。剖面中部川20井鉆井揭示，侏羅系背斜之下為中－下三疊統(tǒng)，由于鉆井較淺，并未揭示之下地層情況。剖面東南部的地震反射信息可靠，淺層侏羅系呈一幅度較大的單斜，其內(nèi)部斷層不發(fā)育；侏羅系單斜之下的三疊系總體呈“楔形”，其內(nèi)部逆沖斷層發(fā)育，構(gòu)造解釋存在多解性。圖2、3都認同從北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間，各逆沖斷層依次發(fā)育，從而組合成前展式疊瓦構(gòu)造，不同之處體現(xiàn)在對侏羅系之下三疊系“楔形”構(gòu)造的解釋。

圖2為前展式逆沖疊瓦構(gòu)造解釋模型，它以多條傾向北西、基底卷入的逆沖斷層組成的疊瓦構(gòu)造為特征。圖2中安縣－灌縣斷層下盤發(fā)育3條傾向北西的逆沖斷層，其中第2條逆沖斷層斷距最大，引起沖斷帶內(nèi)中－下三疊統(tǒng)與坳陷內(nèi)部正常地層之間巨大高差，為疊瓦構(gòu)造的主控斷層；第1條斷層向上斷穿侏羅系，表明印支期之后仍有活動；第2、3條斷層均未斷穿侏羅系，表明印支期后不再活動。該解釋模型認為，地表出露的三疊系與坳陷內(nèi)部正常地層之間巨大的高差，是由安縣－灌縣斷層下盤第2條斷層為代表的數(shù)條逆沖斷層巨大垂向位移引起的；由于垂向位移較強，一些軟弱地層在構(gòu)造變形中不起滑脫作用。

圖3為逆沖三角帶構(gòu)造解釋模型，它以安縣－灌縣斷層下盤發(fā)育逆沖三角帶構(gòu)造為特征。圖3中安縣－灌縣斷層下盤、侏羅系之下的三疊系“楔形體”發(fā)育2層構(gòu)造：①與安縣－灌縣斷層同期活動、沿須家河組3段逆沖至上三疊統(tǒng)（須家河組1、2、3段）之上的中－下三疊統(tǒng)；②沿中－下三疊統(tǒng)推覆、總體呈“疊瓦扇”的須家河組1、2、3段。該解釋模型認為，安縣－灌縣斷層的巨大垂向位移導致地表出露的三疊系與坳陷內(nèi)正常地層之間巨大的高差；須家河組3段和中－下三疊統(tǒng)起到了滑脫層的作用；三疊系“楔形體”、沿中－下三疊統(tǒng)向上逆沖的斷層和侏羅系下部被動頂板斷層，共同構(gòu)成逆沖三角帶構(gòu)造。

一些學者采用類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)模型［6，9，10］來解釋安縣地區(qū)的構(gòu)造變形。筆者更傾向于采用圖3所示的構(gòu)造模型，原因主要有4點：

1）從川西坳陷內(nèi)部的構(gòu)造變形來看，由中－下三疊統(tǒng)膏鹽巖和須家河組3段泥巖滑脫層所分割的垂向分層變形十分明顯，大量斷層終止在這些滑脫層中，且二者厚度向北西方向增大，在山前沖斷帶中完全具備成為滑脫層的條件。

圖2 安縣地震剖面前展式逆沖疊瓦構(gòu)造解釋模型

圖3 安縣地震剖面逆沖三角帶構(gòu)造解釋模型

2）依據(jù)圖2前展式疊瓦構(gòu)造模型，安縣－灌縣斷層下盤的第2條逆沖斷層應(yīng)是研究區(qū)的主斷層，其斷距遠超安縣－灌縣斷層；如此大型的斷層在燕山期與喜馬拉雅期應(yīng)繼續(xù)發(fā)育斷穿侏羅系，而實際上其后期并未活動，反而安縣－灌縣下盤的第1條逆沖斷層斷穿侏羅系；在構(gòu)造位置上，安縣－灌縣斷層下盤第1、2條斷層處于關(guān)口斷層延伸處，從區(qū)域地質(zhì)資料來看，安縣－灌縣斷層應(yīng)是區(qū)域性大斷裂，而關(guān)口斷層僅在關(guān)口和金陵寺處出露，斷續(xù)延伸且斷距并不大。

3）研究區(qū)南部的綿竹與鴨子河地區(qū)鉆井與地震資料顯示，在安縣－灌縣斷層下盤存在須家河組1、2、3段的原地系統(tǒng)；圖4、5中在安縣－灌縣斷層下盤“楔形體”前端川34井鉆井揭示存在須家河組3、4段。據(jù)此，圖3中安縣－灌縣斷層下盤“楔形體”中也應(yīng)存在須家河組1、2、3段疊瓦扇構(gòu)造。

4）研究區(qū)南部鴨子河地區(qū)的龍深1井顯示井深242～4521m為須家河組3段和2段多次重復的推覆斷片，井深4521m以下是正常地層層序，為上三疊統(tǒng)須家河組3段底部－下三疊統(tǒng)嘉陵江組。由此得到2點啟示：其一，須家河組3段在構(gòu)造變形中起到了重要的滑脫作用；其二，由安縣－灌縣斷層（及其分支斷層）逆沖推覆引起地層的重復疊置是普遍現(xiàn)象。

3 構(gòu)造變形特征

安縣構(gòu)造自北西向南東可劃分為3個構(gòu)造變形帶：北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間的疊瓦構(gòu)造帶、安縣－灌縣斷層下盤的山前隱伏帶和逆沖三角帶前端的坳陷內(nèi)部弱變形帶。北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間發(fā)育數(shù)條傾向北西的逆沖斷層，通常認為它們以前展式向坳陷內(nèi)部發(fā)展，當然在逆沖前鋒向前陸方向發(fā)展時，早期形成的逆沖斷層可能繼續(xù)活動。如2008年汶川地震北川－映秀斷層和安縣－灌縣斷層共同活動。

山前隱伏帶垂向上具有分層變形特征，自上而下可分為4個體系：侏羅系、中－下三疊統(tǒng)外來推覆體、中－下三疊統(tǒng)滑脫層之上的須家河組1、2、3段和中－下三疊統(tǒng)滑脫層之下的古生界。侏羅系由坳陷內(nèi)部向龍門山方向厚度變小，顯示了生長地層特征，總體表現(xiàn)為大型單斜構(gòu)造，同時也存在斷背斜（圖3、4），或被全部剝蝕（圖5）。中－下三疊統(tǒng)外來推覆體是安縣－灌縣斷層下盤的分支斷層經(jīng)較遠距離推覆而形成；它在后期變形中內(nèi)部可能發(fā)育逆沖斷層而沖破淺層的侏羅系，形成斷背斜。中－下三疊統(tǒng)滑脫層之上的須家河組1、2、3段內(nèi)部發(fā)育數(shù)條傾向北西的逆沖斷層，各逆沖斷層向下與統(tǒng)一的滑脫面連接，總體上呈疊瓦扇構(gòu)造，其內(nèi)部也可能發(fā)育反向斷層，形成局部的沖起構(gòu)造（圖5）。中－下三疊統(tǒng)之下的古生界構(gòu)造變形較弱，內(nèi)部發(fā)育的逆沖斷層向上均終止于滑脫層，部分斷層向下斷入盆地基底，部分斷層在古生界內(nèi)滑脫尖滅，總體上為2條相向逆沖的斷層構(gòu)成的對沖構(gòu)造。

圖4 安縣地震剖面構(gòu)造解釋圖

圖5 安縣地震剖面構(gòu)造解釋圖

4 演化過程

根據(jù)圖3所示剖面的構(gòu)造解釋，應(yīng)用平衡地質(zhì)剖面原理制作了相應(yīng)的構(gòu)造演化圖（圖6），圖6中從中三疊世末可能的構(gòu)造開始，來演繹研究區(qū)的構(gòu)造變形過程。

1）須家河組4段沉積前的安縣運動［11］期（圖6（e）、（f）），北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間逆沖斷層發(fā)育，這些斷層組合成基底卷入的疊瓦構(gòu)造；處于逆沖前鋒的“坡坪式”斷層將中－下三疊統(tǒng)逆沖至須家河組之上，該斷層為安縣－灌縣斷層的早期形態(tài)；“坡坪式”斷層下盤、須家河組內(nèi)部發(fā)育沿中－下三疊統(tǒng)滑脫若干逆沖斷層，組成“疊瓦扇”構(gòu)造。該期構(gòu)造縮短量較大，約10km；須家河組4段廣泛分布的礫巖也表明該期構(gòu)造變形強烈。

2）晚三疊世末期（圖6（d）），早期的“坡坪式”斷層沿斷坡處斷層向上突破，形成安縣－灌縣斷層，其上盤的疊瓦構(gòu)造基本形成；安縣－灌縣斷層的上盤和下盤的“楔形體”遭受不同程度的剝蝕，須家河組4、5段具明顯的生長地層特征，該期構(gòu)造最終形成侏羅系與三疊系之間大范圍的不整合接觸；古生界內(nèi)發(fā)育若干逆沖斷層；構(gòu)造縮短量約3.3km。

3）早－中侏羅世（圖6（c）），由于處于印支期后的造山后構(gòu)造松弛期［12］，構(gòu)造活動相對較弱，中－下侏羅統(tǒng)沉積連續(xù)、厚度穩(wěn)定。

4）晚侏羅世－白堊紀（圖6（b）），構(gòu)造重新活動，構(gòu)造縮短量約1.2km，山前侏羅系形成大型單斜，局部逆沖斷層沖破侏羅系，形成斷背斜；安縣－灌縣斷層下盤逆沖三角帶構(gòu)造形成；龍門山地區(qū)基底隆升，古生界向坳陷內(nèi)部緩傾斜。

5）新生代（圖6（a）），構(gòu)造繼承發(fā)育，構(gòu)造縮短量約1.5km，龍門山地區(qū)基底持續(xù)隆升，安縣－灌縣斷層上盤遭受剝蝕，各主要斷層位移進一步增大。比如北川－映秀斷層和安縣－灌縣斷層在2008年汶川地震中重新活動。

上述演化分析表明，該區(qū)在安縣運動時期和印支末期以安縣－灌縣斷層的活動為代表，推覆構(gòu)造活動強烈并有較大的水平收縮變形量；晚侏羅世至新生代水平收縮變形量相對較小，而基底隆升明顯，白堊紀末構(gòu)造已基本形成，這與“川西坳陷新生代以來沒有強烈的構(gòu)造活動和水平縮短”的主流觀點［13］相近。

圖6 安縣剖面構(gòu)造演化圖

5 結(jié) 論

1）安縣構(gòu)造存在前展式疊瓦構(gòu)造和逆沖三角帶構(gòu)造2種解釋方案，現(xiàn)有的地面和地下資料表明后者更加合理。

2）安縣構(gòu)造自北西向南東可分為3個構(gòu)造帶：北川－映秀斷層至安縣－灌縣斷層之間的疊瓦構(gòu)造帶、安縣－灌縣斷層下盤的山前隱伏帶和坳陷內(nèi)部弱變形帶。

3）山前隱伏帶以發(fā)育逆沖三角帶構(gòu)造為特征，垂向上具有分層變形特征，自上而下可分為4個體系，即侏羅系、中－下三疊統(tǒng)外來推覆體、中－下三疊統(tǒng)滑脫層之上的須家河組1、2、3段和中－下三疊統(tǒng)滑脫層之下的古生界。

4）安縣構(gòu)造在晚三疊世以安縣－灌縣斷層的活動為代表，推覆構(gòu)造活動強烈并有較大的水平收縮變形量；晚侏羅世至新生代水平收縮變形量相對較小，而基底隆升明顯，白堊紀末構(gòu)造已基本形成，新生代構(gòu)造繼承性發(fā)展。

［1］楊克明.川西坳陷須家河組天然氣成藏模式探討［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2006，27（6）：786～793.

［2］羅嘯泉，陳蘭.川西坳陷的形成演化及其與油氣的關(guān)系［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2004，11（1）：16～19.

［3］鄧康齡，余福林.川西坳陷的復合構(gòu)造與油氣關(guān)系［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2005，26（2）：214～219.

［4］劉樹根，李智武，曹俊興，等.龍門山陸內(nèi)復合造山帶的四維結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征［J］.地質(zhì)科學，2009，44（4）：1151～1180.

［5］蔡立國，劉和甫.四川前陸褶皺－沖斷帶構(gòu)造樣式與特征［J］.石油實驗地質(zhì)，1997，19（2）：115～120.

［6］湯良杰，楊克明，金文正，等.龍門山?jīng)_斷帶多層次滑脫帶與滑脫構(gòu)造變形［J］.中國科學D輯：地球科學，2008，38（增刊1）：30～40.

［7］金文正，湯良杰，楊克明，等.川西龍門山褶皺沖斷帶分帶性變形特征［J］.地質(zhì)學報，2007，81（8）：1072～1080.

［8］韓建輝，王道永，李忠權(quán).龍門山中段清平飛來峰的構(gòu)造變形特征及形成機制［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2008，28（3）：8～14.

［9］陳社發(fā)，鄧起東，趙小麟，等.龍門山中段推覆構(gòu)造帶及相關(guān)構(gòu)造的演化歷史和變形機制（二）［J］.地震地質(zhì)，l994，l6（4）：413～421.

［10］金文正，湯良杰，楊克明，等.龍門山?jīng)_斷帶構(gòu)造特征研究主要進展及存在問題探討［J］.地質(zhì)論評，2008，54（1）：37～46.

［11］王金琪.安縣構(gòu)造運動［J］.石油與天然氣地質(zhì).1990，11（3）：223～234.

［12］張國偉，郭安林，姚安平.中國大陸構(gòu)造中的西秦嶺—松潘大陸構(gòu)造結(jié)［J］.地學前緣，2004，11（3）：23～32.

［13］Burchfiel B C，Chen Z，Liu Y，etal.Tectonics of the Longmen Shan and adjacent regions［J］.Int Geol Rev，1995，37（8）：661～735.

［編輯］ 宋換新

01 Structural Deformation of Anxian Structure and Structural Evolution in Western Sichuan Area

GUO Wei－xing，LI shu－bin，LUO Xiao－quan，LIU Shu－gen，WANG Ruij－ing

（First Authors Address：Research Institution of Petroleum Exploration and Development，Southwest Oil and Gas Company，SINOPEC，Chengdu610081 Sichuan，China）

The varied topography and complex structure of Anxian Structure caused the poor resolution of seismic data，where structure was multi－explained.Basement－involved insequence imbricate structural model were adopted by predecessors for interpretation.Based on the analysis of outcrops and drilling data，it was considered that the thrust triangle zone structure was more reasonable.Anxian Structure could be divided into three structural belts from the northwest to southeast，namely the imbricate structural belt was located between Beichuan－Yingxiu Fault to Anxian－Guanxian Fault，foreland concealed belt was located in the footwall burial belt of Anxian－Guanxian Fault and weak deformation depression belt.Foreland concealed belt had the feature of triangle zone.And four structural layers could be divided，namely Jurassic，lower－middle triassic thrust nappe，Member 1－2－3of Xujiahe Formation and Mid－lower member of Palaeozoic System.Anxian Structure develops Anxian－Guanxian Fault and thrust nappe in late Triassic and horizontal contraction was large.From late Jurassic to Cenozoic，horizontal contraction is small，while uplift of basement is obvious.At the end of Cretaceous Anxian Structure is basically formed，and structure is successively developed in Cenozoic.

Anxian Structure；insequence imbricate structure；triangle zone structure；Anxian－Guanxian Fault；structure evolution

book=164,ebook=164

TE121.2

A

1000－9752（2012）05－0001－07

2011－11－17

國家科技重大專項（2011ZX05002－004－001－001）。

郭衛(wèi)星（1978－），男，1999年大學畢業(yè)，博士，現(xiàn)主要從事油區(qū)構(gòu)造研究工作。