六盤山盆地西南緣構(gòu)造樣式及勘探意義

趙海華，崔紅莊，王 軍，侯旭波，季建清，趙曉喜

（1.勝利油田分公司 西部新區(qū)研究中心，山東 東營 257061； 2.北京大學(xué) 地球與空間學(xué)院，北京 100871）

0 引言

六盤山盆地位于寧夏回族自治區(qū)南部，盆地面積約為9 000km2，盆地大地構(gòu)造位置處于河西走廊北西向構(gòu)造帶和鄂爾多斯盆地近南北向構(gòu)造帶的交接部位，是秦嶺與祁連造山帶的構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域[1－6].研究區(qū)位于盆地西南緣，包括月亮山、馬東山、王家莊等地區(qū).該地區(qū)油苗顯示活躍，具有優(yōu)越的石油地質(zhì)條件，是盆地最有利的油氣勘探區(qū)帶[7－10]，但歷經(jīng)60余年勘探未獲突破，構(gòu)造樣式認(rèn)識不清是制約勘探的關(guān)鍵因素.

湯錫元等[2－3]認(rèn)為盆地西緣西南華山山前以逆沖推覆構(gòu)造樣式為主.章貴松等[11]指出六盤山弧形沖斷體系為祁連地體拼貼到華北陸緣地體（鄂爾多斯地塊西部）之上的沖斷推覆構(gòu)造，具有獨(dú)特的雙層地體疊置結(jié)構(gòu).舒志國[12]、陳孝雄[13]、李昌鴻[14]等認(rèn)為六盤山盆地西南緣存在規(guī)模較大的逆沖推覆構(gòu)造.郇玉龍等[15]認(rèn)為盆地西南緣以疊瓦逆沖斷層及斷層傳播褶皺組成的逆掩推覆構(gòu)造樣式為主.

舒志國[12]、陳孝雄[13]、李昌鴻[14]、郇玉龍[15]等應(yīng)用的主要是2002年以前的地震資料，中深層基本為Ⅱ類或Ⅲ類，斷層、地層產(chǎn)狀的解釋具有推測性，影響構(gòu)造精細(xì)解釋；并且解釋的斷層傾角基本大于50°，大部分?jǐn)鄬觾A角為80°左右，接近直立，出現(xiàn)高角度逆沖推覆構(gòu)造，違背構(gòu)造物理基本原則.陳孝雄等[13]根據(jù)盆地西南緣電法剖面上高阻電性層掩覆在低阻電性層之上，認(rèn)為存在逆掩推覆特征，但從電法剖面上看出，低阻層深度為6～8km；根據(jù)Mattauer變形層次理論，該深度地殼的變形樣式以韌性和塑性變形樣式為主，非褶皺作用為主.環(huán)文林等[16]在對1920年海原8.5級大地震的研究中指出，月亮山東麓李俊斷裂、南西華山斷裂等表現(xiàn)為走滑性質(zhì)，走滑距離最大約為14m.

筆者在野外調(diào)查、重力資料及新施工地震資料解析的基礎(chǔ)上，分析六盤山盆地西南緣各大斷層帶構(gòu)造特征和構(gòu)造樣式，提出以壓扭走滑構(gòu)造樣式為主，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景探討中新生代以來構(gòu)造演化特征，明確壓扭走滑構(gòu)造的主要形成期，改變基于逆沖推覆構(gòu)造的油氣勘探思路，為六盤山盆地油氣勘探提供依據(jù).

1 壓扭走滑構(gòu)造樣式

根據(jù)六盤山盆地西南緣主要構(gòu)造形跡出露情況（見圖1），將其劃分為李俊斷裂帶、馬東山—寺口子斷裂帶及二者夾持的沙溝凹陷；利用野外露頭形跡，結(jié)合重力和地震資料，對斷裂帶進(jìn)行靜態(tài)構(gòu)造幾何學(xué)分析，明確壓扭走滑構(gòu)造特征.

圖1 六盤山盆地西南緣地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the southwestern margin in Liupanshan basin

1.1 構(gòu)造特征

1.1.1 斷層帶

李俊斷裂帶位于盆地西南緣月亮山構(gòu)造帶，包括西吉斷層（F1）、火石寨斷層（F2）和李俊斷層（F3），3條斷層近等間距分布，走向?yàn)?20°～340°，顯示走滑斷裂等間距分布的特點(diǎn).野外構(gòu)造形跡顯示，李俊斷層帶地層近似直立，斷層帶寬度有限，出露地表約幾十米到上千米，通過斷層帶，地層為正常沉積層理，產(chǎn)狀平緩（見圖2（a））.舒志國[12]、李昌鴻[14]等認(rèn)為該地區(qū)存在“平臥褶皺”，但褶皺兩翼并不是地層彎曲形成的.地層產(chǎn)狀較水平的一翼是原始沉積層理，剖面上可見斷距較小的正斷層；地層產(chǎn)狀較陡的一翼是走滑構(gòu)造的斷層帶，地層形成密集陡立劈理，出現(xiàn)火焰狀構(gòu)造（見圖2（b）），表明原始地層產(chǎn)狀被置換，為構(gòu)造面理，斷層帶內(nèi)也可見330°走向斷層切穿早期300°走向的近直立斷層（見圖2（c））.此兩翼并不是地層彎曲形成的，不能稱之為褶皺.

李俊斷層帶內(nèi)走滑擦痕、線理構(gòu)造近水平（見圖3），顯示斷層的錯(cuò)移以近水平分量為主，線理構(gòu)造略南東傾，顯示北東盤上升，南西盤略有下降的特點(diǎn).李俊斷層具有右行走滑兼具正斷層特征.

馬東山—寺口子斷裂帶位于盆地南部凹陷之中，包括寺口子斷層（F4）和馬東山山前斷層（F5）.馬東山山前斷層帶白堊系馬東山組地層近似直立，直立地層寬度超過2km，東側(cè)溝谷內(nèi)局部可見寺口子組、清水營組地層也近似直立，但被第四系覆蓋嚴(yán)重，未見到斷層帶邊界（見圖4（a））.在北部寺口子山前，經(jīng)過寬約為10m的溝谷，清水組地層傾角由陡直過渡到平緩，揭示走滑斷層帶與正常沉積地層之間突變的過渡關(guān)系（見圖4（b））.馬東山的構(gòu)造地質(zhì)剖面（見圖5）表明，馬東山東西兩側(cè)為2個(gè)走滑斷層帶，斷層帶地層產(chǎn)狀近似直立或雜亂，斷層帶寬為0.1～3.0km，受構(gòu)造破壞程度較小，地層平緩.

圖2 李俊斷層構(gòu)造帶特征（地點(diǎn)：貓兒溝）Fig.2 Structural belts features of Lijun fault（location：Maoergou）

圖3 李俊斷層帶走滑擦痕及線理（地點(diǎn)：李?。〧ig.3 Strike slip striation and lineation of Lijun fault（location：Lijun）

重力異常梯度較大的部位解釋為斷裂作用的結(jié)果.由六盤山盆地1∶5萬布格重力異常圖（見圖6）可看出，由于斷裂帶地層陡直且有一定寬度，各大主斷裂在重力異常上表現(xiàn)為線狀梯度帶，如李俊斷層（F3）、南西華山斷裂（F10）等.其間所夾持的面狀地質(zhì)體是斷層所分隔的基本未受改造的塊體.

1.1.2 剖面

由六盤山盆地CD測線地震解釋時(shí)間剖面圖（見圖7）可看出，每個(gè)構(gòu)造帶由一條主干斷層和若干派生斷層組成，主干斷層斷面傾角較陡，在深部近于垂直，向上有一定傾斜；派生斷層自淺向深分別相交于主斷層，形成類似于“花瓣”的正花狀構(gòu)造.

圖4 馬東山—寺口子山前構(gòu)造帶特征Fig.4 Structural belts features of Madongshan－Sikouzi mountain front

圖5 沙溝—扇子灣構(gòu)造地質(zhì)剖面（剖面位置見圖1）Fig.5 Structural geological section of Shagou－Shanziwan（section location on fig.1 ）

構(gòu)成花狀構(gòu)造最外側(cè)的兩個(gè)“花瓣”基本限定構(gòu)造變形范圍，在花狀構(gòu)造內(nèi)部，地層雜亂或近似直立；在花狀構(gòu)造的兩側(cè)，地層通常不會(huì)或很少受到走滑作用的影響，產(chǎn)狀較平緩，基本保持原有沉積形態(tài)，剖面上具有很好的反射沉積層面.花狀構(gòu)造帶兩側(cè)地層厚度有差異，尤其是盤中1構(gòu)造帶兩側(cè)，地層厚度差異明顯，體現(xiàn)走滑斷裂特點(diǎn).

1.1.3 空間

李俊斷層（F3）為該構(gòu)造帶最重要的斷層，分割隆起與凹陷，斷層北側(cè)被南西華山斷裂切割，南到開城以南，整體呈似“S”狀（見圖1）.

早期區(qū)域調(diào)查報(bào)告認(rèn)為李俊斷層是正斷層（1965年，甘肅地質(zhì)局1∶20萬海原幅地質(zhì)圖說明書），而舒志國等通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)該斷層為一斷面西南傾的逆斷層[12－14]，二者看似矛盾，實(shí)則不然，反而證實(shí)李俊斷層的傾向不固定.近期野外調(diào)查顯示，在李俊—貓兒溝一帶李俊斷層傾向約為60°（見圖2（a）），沙溝南下大寨一帶傾向約為250°，斷層傾向時(shí)正時(shí)逆，為走滑斷層空間上典型的“絲帶效應(yīng)”特征[17].

馬東山地區(qū)330°～335°走向斷裂普遍發(fā)育，改造破壞的最新地層為清水營組，并被新近系覆蓋；斷裂發(fā)育部位地層形成密集陡立劈理，斷裂兩側(cè)弱變形地層保留原始地層產(chǎn)狀.馬東山北部寺口子水庫附近斷裂帶走向?yàn)?35°～340°，寺口子組、清水營組和乃家河組卷入變形.馬東山山前斷層（F5）在北部寺口子地區(qū)傾向約為80°，在南部馬東山傾向?yàn)?60°～300°，也可見“絲帶效應(yīng)”.

圖6 六盤山盆地布格重力異常Fig.6 Bouguer gravity anomaly of Liupanshan basin

圖7 六盤山盆地CD測線地震解釋時(shí)間剖面（剖面位置見圖1）Fig.7 CD line seismic interpretation time section of Liupanshan basin （section location on fig.1 ）

1.1.4 平面

由圖1可看出，從南到北寺口子斷層（F4）、馬東山斷層（F5）、王家莊兩側(cè)斷層（F6、F7）、盤中1兩側(cè)斷層（F8、F9）呈左旋右階的雁列式排列.平面上，斷裂體系向南部呈帚狀收斂，斷裂帶呈現(xiàn)向北東突出的弧形特征.在弧形向外突出部位，走滑位移量最大；在弧形構(gòu)造的收斂段，由于受到前方塊體的阻擋，以逆沖為主，走滑為輔，在非地震資料上馬東山南部收斂段表現(xiàn)為面狀構(gòu)造特征.該認(rèn)識與宏觀上陶宏洲[18]的六盤山弧形旋卷構(gòu)造特征吻合.

1.2 構(gòu)造樣式

盆地西南緣以壓扭走滑構(gòu)造樣式為主，包括走滑構(gòu)造樣式和壓扭走滑構(gòu)造相關(guān)褶皺樣式.

走滑構(gòu)造樣式主要表現(xiàn)在走滑構(gòu)造帶內(nèi)（見圖7），走滑構(gòu)造帶內(nèi)以簡單花狀、半花狀或復(fù)合花狀構(gòu)造樣式為主，內(nèi)部由分支斷層的不同組合而形成局部沖起、逆牽引等次級構(gòu)造樣式.

壓扭走滑構(gòu)造相關(guān)褶皺樣式主要表現(xiàn)在走滑構(gòu)造帶之間.距離較近的高陡走滑斷裂帶之間的面狀塊體（盆地）受到壓扭走滑構(gòu)造的影響，靠近斷裂帶一側(cè)地層發(fā)生彎曲，形成平緩或箱狀褶皺構(gòu)造樣式.寺口子構(gòu)造帶和王家莊構(gòu)造帶之間為典型的箱狀褶皺（見圖7）.馬東山北部中間地層并不陡立，受兩側(cè)斷裂影響，也形成平緩或開闊褶皺（見圖5）.距離較遠(yuǎn)的高陡走滑斷裂帶的一側(cè)可能對應(yīng)褶皺構(gòu)造樣式，如李俊構(gòu)造帶靠近沙溝凹陷一側(cè)，具有較好的褶皺形態(tài)（見圖7）.

壓扭走滑構(gòu)造相關(guān)褶皺在走滑位移的扭動(dòng)收斂段表現(xiàn)為逆沖推覆構(gòu)造樣式.由壓扭走滑構(gòu)造模式（見圖8）可知，在弧形向外突出部位，為走滑位移量最大的高陡走滑段，受走滑位移量的影響，在盆地內(nèi)可形成褶皺構(gòu)造樣式；在弧形構(gòu)造的收斂段，由于受到前方塊體的阻擋，以逆沖推覆構(gòu)造樣式為主，在盆地內(nèi)表現(xiàn)為逆牽引構(gòu)造.馬東山斷層（F5）弧形收斂端發(fā)育的倒轉(zhuǎn)背斜即為該類型褶皺.

圖8 壓扭走滑構(gòu)造模式Fig.8 Compresso－shear structural pattern

1.3 構(gòu)造演化

構(gòu)造樣式的研究由定性描述幾何學(xué)特征到定量分析運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，探討板塊運(yùn)動(dòng)背景下的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并且注重地球動(dòng)力學(xué)背景、周邊造山帶及深大斷裂活動(dòng)對其轉(zhuǎn)變的控制作用.現(xiàn)代科學(xué)的構(gòu)造樣式分類方案是以地球動(dòng)力學(xué)背景為基礎(chǔ)，前提是構(gòu)造樣式與盆地形成的地球動(dòng)力學(xué)的一致性，許多學(xué)者據(jù)此完善構(gòu)造樣式劃分[19－23].因此，六盤山盆地需要進(jìn)行構(gòu)造演化分析，明確壓扭走滑構(gòu)造樣式的主要形成期.

受多旋回陸內(nèi)造山制約，六盤山盆地經(jīng)歷海西期、印支期、燕山期、喜馬拉雅期等多期構(gòu)造變革，晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造早期原型盆地，具有疊加構(gòu)造的復(fù)雜特征[24]，尤其是中新生代以來構(gòu)造演化，奠定現(xiàn)今六盤山盆地的構(gòu)造格局.

晚三疊世—早中侏羅世，認(rèn)為該時(shí)期六盤山盆地處于一種拉張的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài).晚侏羅—早白堊世，在早期燕山運(yùn)動(dòng)使六盤山地區(qū)抬升并遭受短暫的剝蝕后，進(jìn)入應(yīng)力松弛期，六盤山地區(qū)處于弱的引張力控制下的構(gòu)造環(huán)境，發(fā)育一系列北西向展布同生正斷層，特別是盆地北部地區(qū).此時(shí)盆地發(fā)生斷陷，接受巨厚白堊紀(jì)地層沉積.初步判斷晚三疊世—早白堊世六盤山沉積盆地是受弱的引張應(yīng)力控制的斷陷盆地.

白堊紀(jì)末，印度板塊向亞洲大陸開始持續(xù)俯沖、碰撞并導(dǎo)致青藏高原的形成，中國西部地區(qū)眾多中新生代盆地中缺失晚白堊世—古新世沉積，六盤山盆地同樣缺失新生代早期的沉積，寺口子組為新生代第一沉積序列，從此正式進(jìn)入以擠壓構(gòu)造環(huán)境為主的新生代盆地發(fā)育階段.

分析盆地的構(gòu)造發(fā)育史，新生代以來盆地內(nèi)存在2次主要的擠壓變形縮短時(shí)期，第一個(gè)時(shí)期即早白堊世末—寺口子組時(shí)期，第二個(gè)時(shí)期即新近世甘肅群以來.其中第二期變形縮短比較劇烈.在盆地?cái)D壓縮短變形的同時(shí)，古地磁研究發(fā)現(xiàn)，六盤山盆地新生代以來普遍發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn).劉永前等[25]在距離同心縣東北5km的丁家二溝地區(qū)進(jìn)行古地磁偏角計(jì)算得出，從早白堊世結(jié)束后至漸新世初，六盤山地區(qū)發(fā)生9°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，早漸新世晚期六盤山地區(qū)有9°的順時(shí)針快速旋轉(zhuǎn)，在中新世初期至中期再次發(fā)生5°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn).王偉濤等[26]分析該地區(qū)新生代地層特征，發(fā)現(xiàn)六盤山盆地新生代以來沉積相以河流控制的沖積扇和辮狀河沉積為主，少數(shù)湖泊沉積，主斷裂帶一側(cè)發(fā)育較大型的沖積扇，另一次發(fā)育較小的河控沖積扇，與走滑擠壓盆地的沉積相特征一致.控制新生代盆地的主要形成因素既有擠壓作用又有走滑作用，證實(shí)新生代以來六盤山盆地以壓扭走滑構(gòu)造作用為主.

2 壓扭走滑認(rèn)識

六盤山盆地具有良好的石油地質(zhì)條件和勘探前景[7－10].盆地內(nèi)自古生界至新生界地層均有發(fā)育.六盤山盆地內(nèi)三疊系、侏羅系及下白堊統(tǒng)是主要勘探目的層.盆地內(nèi)存在3套可證實(shí)的烴源巖.下白堊統(tǒng)馬東山組灰色、深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖、油頁巖及乃家河組下部暗色泥巖為盆地最主要的生油巖，有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ型.有機(jī)質(zhì)熱演化程度分析表明，乃家河—馬東山組烴源巖在盆地大部分地區(qū)還沒有達(dá)到大量生烴演化階段；下白堊統(tǒng)李洼峽組灰色、深灰色泥巖、灰質(zhì)泥巖為另一套烴源巖，有機(jī)質(zhì)豐度中等，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ2—Ⅲ型為主，局部烴源巖達(dá)到好生油巖標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，且已進(jìn)入生油高峰期.在硝口、海子峽等露頭的馬東山組泥巖裂縫中可見大量的瀝青，盤中2、盤參4、海參1等鉆井在白堊系馬東山組、李洼峽組見到良好的油氣顯示，油源對比表明油氣來源于馬東山組和李洼峽組，證實(shí)六盤山盆地存在成烴成藏過程.

盆地內(nèi)下白堊統(tǒng)三橋組、和尚鋪組、李洼峽組及下第三系寺口子組石英砂巖、長石石英砂巖作為良好儲(chǔ)集層；白堊系乃家河組泥巖、下第三系清水營組石膏層及上第三系甘肅群泥巖作為良好蓋層，可形成多套生儲(chǔ)蓋組合，其中下白堊統(tǒng)乃家河—馬東山組（生）、古近系寺口子組（儲(chǔ)）、清水營組（蓋）是本地區(qū)最有利的生儲(chǔ)蓋組合.

盆地內(nèi)構(gòu)造是在燕山運(yùn)動(dòng)期褶皺基礎(chǔ)上，經(jīng)歷喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈改造形成的，構(gòu)造圈閉發(fā)育.對于六盤山盆地西南緣構(gòu)造樣式的重新認(rèn)識，改變關(guān)于本地區(qū)逆沖推覆為主的原有認(rèn)識，為六盤山盆地油氣勘探提供重要依據(jù).壓扭走滑斷層的形成機(jī)制及表現(xiàn)形式復(fù)雜多樣，對殘留源巖的分布、構(gòu)造圈閉的形成及油氣運(yùn)移通道具有重要影響作用.

2.1 烴源巖

逆沖推覆認(rèn)為推覆體之下存在大套有利的烴源巖層系，且埋深較大，有利于油氣的生成，而壓扭走滑構(gòu)造的確認(rèn)否認(rèn)地層重復(fù)，需要尋找真正烴源巖發(fā)育且埋深大的區(qū)域.

根據(jù)走滑斷裂的認(rèn)識，走滑構(gòu)造帶之間的面狀塊體基本未受構(gòu)造的影響，保持原始地層沉積狀態(tài)，地層序列完整，為烴源巖保存較好的區(qū)域（見圖7）.盆地西南緣夾持在斷層帶之間的沙溝凹陷、海原凹陷等為該地區(qū)有利的烴源巖發(fā)育區(qū).

2.2 有利圈閉方向

根據(jù)逆沖推覆思路鉆探各類鉆井96口，未獲得成功，失利原因之一是構(gòu)造認(rèn)識不清，沒有鉆探到真正的圈閉或構(gòu)造高部位.走滑斷裂帶之間的平緩或箱狀褶皺、走滑斷裂帶的一側(cè)對應(yīng)的褶皺構(gòu)造，以及壓扭走滑構(gòu)造收斂端逆沖為主形成的構(gòu)造，為預(yù)測和定位構(gòu)造圈閉提供方向.走滑構(gòu)造帶內(nèi)形成的斷背斜、斷鼻也可作為有利圈閉方向，但該區(qū)域圈閉可能受構(gòu)造破壞較大，需分析圈閉的有效性.

2.3 油氣運(yùn)移通道

走滑斷層切割地層深度大，斷面較陡，在垂向上可以溝通更多的烴源巖，相對于逆沖推覆低角度斷層作為油氣運(yùn)移通道，可以成為更有效的油氣運(yùn)移通道，與走滑斷裂帶兩側(cè)的構(gòu)造圈閉匹配，并形成良好的生運(yùn)聚組合.

王家莊構(gòu)造帶和寺口子構(gòu)造帶之間的王家莊圈閉、石峽口斷層（F9）弧形收斂段的盤中1圈閉、寺口子斷層（F4）弧形收斂端的沙溝圈閉等受構(gòu)造破壞較小，走滑斷層連通深部的烴源巖和中淺層的構(gòu)造圈閉，中淺層的寺口子組砂巖為良好儲(chǔ)層，而清水營組膏巖發(fā)育，為良好的蓋層，“生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、?！逼ヅ漭^好，是六盤山盆地勘探有利的突破方向.

3 結(jié)論

（1）六盤山盆地西南緣主要斷裂帶地層陡直，有一定寬度，通過斷層帶地層迅速變緩，為正常沉積地層，斷裂帶存在走滑擦痕、火焰狀構(gòu)造、線理構(gòu)造、“絲帶效應(yīng)”、斷層兩側(cè)地層厚度不一致等較典型的走滑斷層特征；剖面上呈正花狀構(gòu)造，平面上線狀構(gòu)造特征明顯，由南到北各斷裂呈雁列式排列.結(jié)合新生代以來，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場不斷順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，確認(rèn)六盤山盆地西南緣新生代以來以壓扭走滑構(gòu)造樣式為主，走滑構(gòu)造相關(guān)褶皺構(gòu)造樣式為次.

（2）壓扭走滑構(gòu)造的認(rèn)識改變以逆沖推覆為指導(dǎo)的油氣勘探思路，重新認(rèn)識到盆地西南緣線狀構(gòu)造帶之間的原始沉積地層為尋找烴源巖的有利方向，確定走滑斷裂之間的王家莊西圈閉、壓扭走滑斷裂帶弧形收斂端的盤中1圈閉、沙溝圈閉等“生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、?！逼ヅ漭^好，為六盤山盆地勘探突破的有利方向.

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