控陷斷裂斷面結(jié)構(gòu)與盆地建造和改造作用的關(guān)系
——以徐家圍子斷陷為例

張 瑩

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

徐家圍子斷陷形成于晚侏羅世–早白堊世，位于松遼盆地北部，是一個(gè)近南北向的典型含氣斷陷，面積約4 300 km2。斷陷深層地層自下而上發(fā)育基底、火石嶺組、沙河子組及營(yíng)城組地層，對(duì)應(yīng)的地震反射頂界面分別為T5、T42、T41及T4。近年勘探研究工作表明，深層鉆探顯示多層系含氣，具有良好的天然氣勘探前景[1–4]。但是，徐家圍子斷陷經(jīng)歷了多期建造和改造，且受晚期火山活動(dòng)影響，地質(zhì)條件復(fù)雜，成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，制約勘探工作進(jìn)展。另外，前人對(duì)徐家圍子斷陷的盆地形成機(jī)制和構(gòu)造演化期次的認(rèn)識(shí)尚不統(tǒng)一，此次通過(guò)構(gòu)造物理模擬定量分析構(gòu)造變形過(guò)程和成因機(jī)制，取得符合實(shí)際區(qū)域構(gòu)造變形特征的構(gòu)造地質(zhì)認(rèn)識(shí)[5–7]。

本次構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置是平臺(tái)式變形裝置，可以進(jìn)行包括擠壓、伸展、滑脫和反轉(zhuǎn)4種形式的構(gòu)造變形模擬。徐家圍子斷陷的形成、發(fā)展和萎縮階段，正是伊佐奈木板塊運(yùn)動(dòng)活動(dòng)最強(qiáng)烈的地質(zhì)時(shí)期，伊佐奈木板塊對(duì)東北亞大陸的擠壓作用是徐家圍子斷陷地質(zhì)演化的區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景。沙河子組沉積時(shí)期，徐西斷裂和宋西斷裂北段發(fā)生了大規(guī)模伸展作用，斷陷盆地開(kāi)始形成。伊佐奈木板塊對(duì)東北亞大陸的擠壓作用經(jīng)區(qū)域性邊界斷層誘導(dǎo)后，在徐家圍子外圍地區(qū)形成一個(gè)北東向右行走滑應(yīng)力場(chǎng)，這便是徐家圍子斷陷形成發(fā)展的古應(yīng)力背景。本次構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)建立的模型應(yīng)力機(jī)制與盆地形成發(fā)展的古應(yīng)力背景相近。

1 控陷斷裂

松遼盆地的基底及深層的斷裂是非常發(fā)育的，其中徐家圍子斷陷沙河子組沉積時(shí)期發(fā)育五條控陷斷層（其中西側(cè)2條，東側(cè)3條），西部徐西、宋西兩條斷裂規(guī)模較大，控制了徐家圍子斷陷的發(fā)生、發(fā)展和消亡[8–9]（圖 1）。

1.1 斷裂特征

1.1.1 徐西斷裂

圖1 徐家圍子斷陷沙河子組時(shí)期控陷斷裂分布與斷陷結(jié)構(gòu)

1.1.2 宋西斷裂

宋西斷裂位于徐家圍子深層斷陷北部，是一條重要的邊界斷裂，主要發(fā)育時(shí)期為火石嶺組沉積時(shí)期–營(yíng)城組沉積時(shí)期。斷層總體走向?yàn)镹NW–NE，傾向?yàn)?NEE–SE，延伸長(zhǎng)度為 98.3 km，其傾角為10°～36°，平面上延伸近S型，其產(chǎn)狀逐漸變陡，與西傾安達(dá)西斷裂共同控制了斷陷北部的發(fā)育（圖1）。

1.1.3 徐東斷裂帶

東部肇州東斷裂、杏山東斷裂和安達(dá)西斷裂組成徐東斷裂帶，斷層帶沿徐東斜坡帶走向展布，主要發(fā)育時(shí)期為火石嶺組沉積時(shí)期–營(yíng)城組沉積時(shí)期。斷層走向近SN和NNW，傾向近W和SWW，總延伸長(zhǎng)度為87.9 km，斷裂帶主體分布在徐東斜坡與徐中凹陷變換部位（圖1）。

1.2 斷面結(jié)構(gòu)

1.2.1 徐西斷裂斷面結(jié)構(gòu)

徐西斷裂在剖面上斷裂面特征清楚，為一強(qiáng)的較連續(xù)的強(qiáng)反射波，是明顯的基底地層與斷陷地層分界，斷陷內(nèi)地層逐層超覆在斷面之上。徐西斷裂的主要伸展期為沙河子組沉積期，沙河子組一段沉積時(shí)期斷斷裂走向?yàn)镹E，沙河子組二段、三段、四段沉積時(shí)期逐漸變成一條近SN向的大型伸展斷裂。徐西斷裂斷面產(chǎn)狀縱向上表現(xiàn)為座椅狀（坡–坪–坡式），是由于基底現(xiàn)存共軛剪節(jié)理的影響，在斷陷形成初期受拉張應(yīng)力作用，形成的坡–坪–坡式控陷斷裂。斷裂剖面結(jié)構(gòu)大致可分為上斷坡、上斷坪、下斷坡和下斷坪四段，其中上斷坡和下斷坡傾角較大，上斷坪和下斷坪傾角很小（圖2）。

1.2.2 宋西斷裂斷面結(jié)構(gòu)

宋西斷裂在剖面上斷裂面特征清楚，為一強(qiáng)的較連續(xù)的強(qiáng)反射波，是明顯的基底地層與斷陷地層分界，產(chǎn)狀以鏟式為主，局部為座椅狀（圖2）。宋西斷裂的平面展布具有較強(qiáng)的規(guī)律性，從斷層規(guī)模上看，SN走向斷裂段和NW走向斷裂段延伸比較長(zhǎng)，在全區(qū)均發(fā)育，但NE走向斷裂延伸比較短，宋西斷裂面橫向上表現(xiàn)為多個(gè)背斜與向斜相間的復(fù)合褶皺，斷面表現(xiàn)為橫彎（隔檔式）（圖2）。

走向自由王國(guó)其實(shí)很簡(jiǎn)單，只需改變一下自己的心態(tài)，將“要我做”變成“我要做”。心靈沒(méi)了束縛，就沒(méi)有服役的愁苦，自會(huì)沉醉其中，樂(lè)此不疲。有了心靈的自由，就會(huì)創(chuàng)造性地工作，在完成規(guī)定動(dòng)作中融入自選動(dòng)作，工作就多了“附加值”，可謂一舉兩得，皆大歡喜。

徐西和宋西斷裂的重要差別在于斷面結(jié)構(gòu)不同。徐西斷裂斷面表現(xiàn)為“坡–坪–坡式”的縱彎結(jié)構(gòu)，而宋西斷裂面表現(xiàn)為“隔擋式”的橫彎結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2 徐西、宋西斷裂立體模擬圖及地震剖面解釋

2 斷面結(jié)構(gòu)對(duì)建造作用的控制

徐家圍子斷陷的形成是多期建造和改造的結(jié)果，主要經(jīng)歷了火石嶺組沉積時(shí)期的伸展建造作用和火石嶺組沉積末期的擠壓改造作用，沙河子組沉積時(shí)期的伸展建造作用和沙河子組沉積末期的擠壓改造作用，營(yíng)城組沉積時(shí)期的伸展建造作用和營(yíng)城組沉積末期的擠壓改造作用，三期建造作用與三期改造作用交替進(jìn)行[10–11]。斷面結(jié)構(gòu)對(duì)建造的控制作用最明顯體現(xiàn)在斷陷結(jié)構(gòu)上。

徐家圍子斷陷結(jié)構(gòu)由南至北存在差異：北部為箕狀斷陷，中部為復(fù)式箕狀斷陷，南部為不對(duì)稱雙斷式斷陷。徐西斷裂和宋西斷裂的斷面結(jié)構(gòu)影響著建造期斷陷的形成演化，以至于在不同區(qū)域斷陷結(jié)構(gòu)不同。

2.1 斷陷北部

斷陷北部結(jié)構(gòu)為箕狀，具有楔形沉積特征（圖3）。宋西斷裂為鏟式，斷面呈上陡下緩狀。隨著拉張應(yīng)力的持續(xù)作用，上盤(pán)地層順鏟式斷裂面拉開(kāi)、拆離。由于重力作用，上盤(pán)地層彎曲、塌陷填補(bǔ)拉張空間。斷陷整體規(guī)模較大，地層沉積厚度大。斷陷受宋西控陷斷裂控制，斷陷期的沉降中心沿宋西斷裂展布，斷陷期地層在宋西斷裂根部最厚，由宋西斷裂根部向遠(yuǎn)端不斷變薄，在遠(yuǎn)端超覆尖滅；沙河子期末的擠壓形跡比較明顯。斷陷初始階段，盆地規(guī)模小，地層分布范圍??；隨著控陷斷裂活動(dòng)加劇，盆地規(guī)模擴(kuò)大，地層分布范圍最大；控陷斷裂活動(dòng)持續(xù)，盆地規(guī)模較大，但后期遭受剝蝕，地層分布范圍小。

圖3 箕狀斷陷構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)

2.2 斷陷中部

斷陷中部結(jié)構(gòu)為復(fù)式箕狀，是由多個(gè)近平行的控陷斷層組成的（圖4）。斷陷受徐西斷裂、宋西斷裂和杏山東斷裂三條控陷斷層共同控制。在張性建造環(huán)境中，正斷層上盤(pán)、下盤(pán)地層順著“坡–坪–坡式”斷層（斷坡、斷坪）拉開(kāi)、拆離。在重力作用下，上盤(pán)地層彎曲、塌陷填補(bǔ)拉張空間，從而形成斷陷盆地，而在斷陷盆地之間則出現(xiàn)一個(gè)背斜隆起的凹中隆斷陷結(jié)構(gòu)，在剖面上呈常見(jiàn)的“凹–隆–凹”形態(tài)，在斷坡的位置形成凹陷，在斷坪的位置形成凸起。在上斷坡的位置形成的凹陷較下斷坡形成的凹陷規(guī)模小。

2.3 斷陷南部

斷陷南部結(jié)構(gòu)為不對(duì)稱雙斷式（圖1）。斷陷受徐西斷裂和肇州東斷裂兩條對(duì)傾的控陷斷裂共同控制，兩條斷裂均為鏟式斷層，斷面呈上陡下緩狀。斷陷規(guī)模中等，地層厚度并不大。兩條斷裂對(duì)斷陷期地層的沉積基本上起到了不對(duì)等的控制作用，徐西斷裂明顯地控制了主沉降中心的發(fā)育。沙河子期末的擠壓構(gòu)造形跡也較明顯。

圖4 復(fù)式箕狀斷陷地震剖面解釋

3 斷面結(jié)構(gòu)對(duì)改造作用的控制

徐家圍子斷陷經(jīng)歷了三期改造作用：沙河子組末期、營(yíng)一段末期和營(yíng)三段末期。改造作用是在沉積建造的結(jié)果上進(jìn)行的，晚期改造作用受先存構(gòu)造的制約，因?yàn)橄却娴臉?gòu)造是后期變形的薄弱點(diǎn)，是最先響應(yīng)最易變形的部位。

以往認(rèn)為沙河子組沉積末期的改造作用形成壓性斷裂系統(tǒng)，忽略了沙河子組沉積建造格局對(duì)沙河子組沉積末期改造作用的制約，將建造作用和改造作用割裂開(kāi)來(lái)。構(gòu)造變形往往是遵循最簡(jiǎn)單最省力原則，在斷陷盆地早期經(jīng)歷了伸展建造，后期持續(xù)改造時(shí)，最簡(jiǎn)單最省力的結(jié)果是先期伸展正斷層首先收縮，隨著擠壓力的增大，可能由早期正斷層變?yōu)槟鏀鄬?，也就形成了斷陷盆地最常?jiàn)的反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式，只有當(dāng)改造作用的強(qiáng)度很大時(shí)，才開(kāi)始產(chǎn)生新的逆斷層來(lái)釋放多余的擠壓力。而徐家圍子斷陷雖然存在擠壓改造作用，但其強(qiáng)度比前陸盆地造山帶的擠壓作用要小的多，所以斷陷構(gòu)造層主要發(fā)育正斷層，僅發(fā)育少量逆斷層。

構(gòu)造樣式是建造作用和改造作用有機(jī)結(jié)合的體現(xiàn)。徐家圍子斷陷發(fā)育伸展、擠壓和反轉(zhuǎn)三類十余種構(gòu)造樣式，其中斷層轉(zhuǎn)折褶皺的形成受先存斷層結(jié)構(gòu)的控制明顯，先存斷層往往由多個(gè)斷坡和斷坪相間組成。在擠壓作用下，坡坪式逆沖斷層的位移會(huì)使上盤(pán)的斷坡部分逆沖到下盤(pán)的斷坪之上，上盤(pán)巖層受斷層面形態(tài)制約而發(fā)生褶皺變形（圖5）。其中逆斷層相關(guān)褶皺和逆沖構(gòu)造兩種斷層轉(zhuǎn)折褶皺分別受徐西斷裂和宋西斷裂的控制。

圖5 斷層轉(zhuǎn)折褶皺形成機(jī)理

3.1 逆斷層相關(guān)褶皺

在沙河子組末期，擠壓應(yīng)力作用徐西斷裂下坡坪式的上盤(pán)的斷坡部分，沙河子組地層逆沖到下盤(pán)的斷坪之上，受斷層面結(jié)構(gòu)控制的沙河子組地層產(chǎn)生褶皺變形，形成逆斷層相關(guān)褶皺。該構(gòu)造樣式廣泛發(fā)育于徐家圍子斷陷，表現(xiàn)為規(guī)模不同的凸起帶，宋站凸起、興城凸起和豐樂(lè)凸起均為逆斷層相關(guān)褶皺成因，以近東西向展布為主，斷陷期形成的原型盆地在改造過(guò)程中遭受了不同程度的剝蝕改造（圖6）。

圖6 逆斷層相關(guān)褶皺構(gòu)造地震剖面解釋及其構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)

3.2 逆沖構(gòu)造

徐家圍子斷陷安達(dá)地區(qū)受到擠壓作用，宋西斷裂上盤(pán)沙河子組地層沿?cái)嗔衙嫦蛏夏鏇_，上盤(pán)地層受宋西斷裂面形態(tài)制約而發(fā)生褶皺變形，在持續(xù)擠壓作用下，在宋西斷裂面轉(zhuǎn)折端產(chǎn)生逆沖斷層，新地層推覆到老地層之上，造成沙河子組三、四段地層垂向疊置（圖7）。

圖7 過(guò)逆沖構(gòu)造L2232測(cè)線地震剖面

4 結(jié)論

（1）徐家圍子斷陷發(fā)育徐西斷裂、宋西斷裂和徐東斷裂帶三條控陷斷裂。三條控陷斷裂結(jié)構(gòu)不同，徐西斷裂斷表現(xiàn)為“坡–坪–坡式”的縱彎結(jié)構(gòu)，而宋西斷裂表現(xiàn)為“隔擋式”的橫彎結(jié)構(gòu)。

（2）徐西、宋西和徐東斷裂帶三條控陷斷裂控制著盆地的建造和改造。斷裂結(jié)構(gòu)的差異造成盆地結(jié)構(gòu)不同，北部為箕狀斷陷，中部為復(fù)式箕狀斷陷，南部為不對(duì)稱雙斷式斷陷。改造作用是在沉積建造的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，分析盆地演化特征必須將建造作用和改造作用有機(jī)結(jié)合起來(lái)。本次研究重新梳理斷裂體系和分析構(gòu)造樣式，正確識(shí)別和分析斷裂結(jié)構(gòu)對(duì)改造的控制作用有助于斷陷地層格架解釋和原型盆地恢復(fù)，為進(jìn)一步深化研究成藏特征提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 付廣，吳薇，歷娜.松遼盆地徐家圍子斷陷大型斷裂帶對(duì)天然氣成藏的控制作用[J].天然氣工業(yè)，2014，34（7）：7–12.

[2] 陸加敏，劉超.斷陷盆地致密砂礫巖氣成藏條件和資源潛力[J].中國(guó)石油勘探，2016，21（2）：53–60.

[3] 歷玉英，付曉飛，張明學(xué).松遼盆地徐家圍子斷陷斷裂變形特征及控藏機(jī)理[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23（6）：979–988.

[4] 郭峰，蔡周榮，萬(wàn)志峰，等.徐家圍子斷陷深層擠壓構(gòu)造樣式及成因分析[J].斷塊油氣田，2010，17（6）：714–717.

[5] 張?jiān)?，陳?shù)民，張爾華，等.徐家圍子斷陷構(gòu)造地質(zhì)特征研究新進(jìn)展[J].巖石學(xué)報(bào)，2010，26（1）：142–148.

[6] 殷進(jìn)垠，劉和甫，遲海江.松遼盆地徐家圍子斷陷構(gòu)造演化[J].石油學(xué)報(bào)，2002，23（2）：26–29.

[7] 劉學(xué)鋒，鐘廣法，王正允，等.松遼盆地北部徐家圍子斷陷構(gòu)造格局及其成因[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，21（6）：6–10.

[8] 蒙啟安，楊永斌，金明玉.斷裂對(duì)松遼盆地慶深大氣田的控制作用[J].石油學(xué)報(bào)，2006，27（增刊）：14–17.

[9] 鄧婷婷，查明，高長(zhǎng)海.廊固凹陷舊州斷層封閉性研究[J].石油地質(zhì)與工程，2013, 27（4）：38–41.

[10] 鄧廣君.瓊東南北部坳陷帶始新統(tǒng)烴源巖識(shí)別及資源潛力[J].石油地質(zhì)與工程，2017, 31（3）：22–26.

[11] 王孔偉，張帆，林東成.湯原斷陷構(gòu)造活動(dòng)對(duì)沉積的控制[J].石油地質(zhì)與工程，2007, 30（6）：52–28.