準(zhǔn)噶爾盆地中4區(qū)塊構(gòu)造解析及物理模擬實(shí)驗(yàn)

胡秋媛，董大偉，楊建磊，高 亮，孔 雪，楊 光，焦曉倩

(1.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院，東營 257000；2.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院高等教育與評價(jià)中心，東營 257000；3.中國石油大學(xué)勝利學(xué)院教學(xué)科研處，東營 257000)

準(zhǔn)中4區(qū)塊位于準(zhǔn)噶爾盆地腹部地區(qū)，整體上為位于沖斷斜坡帶上的單斜構(gòu)造[1-4]，其主要勘探層系集中于侏羅系頭屯河組(J2t)、三工河組(J1s)和八道灣組(J1b)。前期勘探實(shí)踐表明，研究區(qū)發(fā)育多個(gè)含油構(gòu)造，油氣勘探潛力巨大，但勘探程度較低[5-9]。前人對準(zhǔn)中4區(qū)塊侏羅系的沉積演化特征、物源體系及儲層成巖等方面做了系統(tǒng)研究[10-14]，但準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造樣式復(fù)雜，對區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育類型、活動(dòng)演化期次、成因機(jī)制及斷層啟閉性等方面的研究相對較少，尤其缺少相應(yīng)的實(shí)際變形支持。綜合應(yīng)用地震、鉆井等資料，通過構(gòu)造精細(xì)解釋、平衡剖面回剝、斷層落差等方法，系統(tǒng)研究準(zhǔn)中4區(qū)塊的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征，在此基礎(chǔ)上基于相似性原理，首次將構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)引入準(zhǔn)中4區(qū)塊，反演再現(xiàn)研究區(qū)的構(gòu)造演化過程，為深度剖析其動(dòng)力學(xué)形成機(jī)制提供重要支持，彌補(bǔ)研究區(qū)動(dòng)力學(xué)實(shí)際變形方面的不足，以期為研究區(qū)下一步油氣勘探提供有力依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地隸屬于新疆維吾爾自治區(qū)，位于新疆北部，夾持于天山造山帶與阿爾泰造山帶之間，兩側(cè)被東、西準(zhǔn)噶爾構(gòu)造帶所限，平面形態(tài)呈南寬北窄的三角形，總面積1.3×105km2?？梢詣澐譃?隆2坳5個(gè)一級構(gòu)造單元、44個(gè)二級構(gòu)造單元(圖1)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置與構(gòu)造域劃分

準(zhǔn)中4區(qū)塊位于北天山山前斜坡帶內(nèi)，構(gòu)造位置上屬于昌吉凹陷東端阜康凹陷內(nèi)，為準(zhǔn)噶爾盆地南緣前陸沖斷帶的次級構(gòu)造單元，其東部以三臺凸起為界，西鄰昌吉坳陷深凹區(qū)，南部分別以伊林黑比爾尕山、博格達(dá)山前斷褶帶為界，北抵白家海凸起南緣，面積可達(dá)2 891.7 km2[15-16](圖1)。研究區(qū)屬典型的準(zhǔn)南緣地層分區(qū)，整體地層埋藏相對西南深洼區(qū)較淺，地層層序簡單，縱向上可分為由南向北逐漸抬升的3個(gè)構(gòu)造層。研究區(qū)內(nèi)董1、董3、董8、董6等井的鉆探實(shí)踐表明，準(zhǔn)中4區(qū)塊以侏羅系的構(gòu)造—巖性復(fù)合油氣藏為主要勘探目標(biāo)，主要勘探層系集中于侏羅系頭屯河組(J2t)、三工河組(J1s)和八道灣組(J1b)。

2 準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造特征研究

準(zhǔn)中4區(qū)塊隸屬準(zhǔn)噶爾盆地南緣阜康凹陷，自海西晚期以來經(jīng)歷了多期次、多構(gòu)造域疊加，構(gòu)造變形復(fù)雜多樣。為深入研究準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造變形特征，針對準(zhǔn)中4區(qū)塊進(jìn)行構(gòu)造變形分區(qū)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用研究區(qū)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造解析，獲取斷層平面、剖面組合特征，系統(tǒng)分析研究區(qū)斷層幾何學(xué)特征，以建立完整的、具有幾何規(guī)律的構(gòu)造體系。在此基礎(chǔ)上，采用平衡剖面回剝、斷層落差等研究方法獲取斷層構(gòu)造活動(dòng)史，進(jìn)而總結(jié)斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，以期厘清研究區(qū)各構(gòu)造演化階段的斷層發(fā)育特征，為后續(xù)成因機(jī)制分析提供重要依據(jù)。

2.1 研究區(qū)構(gòu)造分區(qū)

準(zhǔn)中4區(qū)塊侏羅系斷層分布圖顯示，研究區(qū)斷層平面分布具有明顯的“分帶性”。根據(jù)區(qū)內(nèi)斷層分布、產(chǎn)狀等特征，將研究區(qū)劃分為董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)、董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)和董6井?dāng)鄬訁^(qū)3個(gè)構(gòu)造區(qū)(圖2)。其中，董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)位于準(zhǔn)中4區(qū)塊西部，斷層性質(zhì)均為逆斷層，且沿北西走向分布；董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)位于準(zhǔn)中4區(qū)塊北部，斷層性質(zhì)均為正斷層，整體帶狀分布呈弧形，弧形彎曲凸出向西；董6井?dāng)鄬游挥跍?zhǔn)中4區(qū)塊東南部，斷層性質(zhì)均為正斷層，整體走向與其南鄰的博格達(dá)山造山帶一致。

圖2 準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造變形分區(qū)及典型剖面

2.2 研究區(qū)斷層構(gòu)造特征

對準(zhǔn)中4區(qū)塊進(jìn)行構(gòu)造變形分區(qū)基礎(chǔ)上，以研究區(qū)典型地震資料為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用平衡剖面回剝、斷層落差等研究方法，對區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)解析，獲取各斷層區(qū)內(nèi)斷層平面、剖面幾何學(xué)特征及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征研究得出：

(1)董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)內(nèi)，斷層多沿NW走向延伸，平面上呈雁列式、平行式組合展布[圖2(a)]。董3井?dāng)鄬訁^(qū)整體上與準(zhǔn)噶爾盆地南緣伊林黑比爾尕沖斷帶走向一致，位于準(zhǔn)南緣斷褶帶的薄皮構(gòu)造區(qū)。董1井區(qū)部分被NE走向斷層截切，表現(xiàn)出一定右行走滑性質(zhì)。NE向斷層與研究區(qū)南部伊林黑比爾尕山?jīng)_斷方向及研究區(qū)北部白家海走滑斷裂帶走向一致。剖面上，斷層傾角大、斷距小，伴有小幅度褶皺，整體呈逆沖斷褶帶[圖2(b)]。董3井區(qū)內(nèi)斷層向深部延伸拆離滑脫于沉積蓋層，其中，南部低角度斷層拆離滑脫于侏羅系，而北部高角度斷層拆離滑脫于二疊系。董1井區(qū)可明顯區(qū)分為兩個(gè)斷褶區(qū)[圖2(c)]。其中，南部為第一斷褶區(qū)，切穿T、J1b、J1s、J2x、J2t、K1層位，自斷層1向北斷層發(fā)育層位由南向北越來越深；北部為第二斷褶區(qū)，切穿T、J1b、J1s、J2x、J2t層位，自斷層3至斷層5發(fā)育層位由南向北越來越淺[圖2(c)]。斷層落差分析表明，董3斷層區(qū)各斷層斷距20 ～50 m，董1斷層區(qū)各斷層斷距10～30 m，在J1b～J2t時(shí)期均為逆沖性質(zhì)。其中，三工河組(J1s)和西山窯組(J2x)沉積時(shí)期為區(qū)內(nèi)斷層主要活動(dòng)期，自頭屯河組(J2t)沉積時(shí)期開始活動(dòng)逐漸減弱，侏羅紀(jì)時(shí)由逆沖轉(zhuǎn)為褶皺，至新生代時(shí)，整體表現(xiàn)為單斜撓曲變形。董3井區(qū)內(nèi)各斷層自南向北呈前展式?jīng)_斷，且活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱[圖3(a)]。董1井區(qū)南部第一斷褶區(qū)斷層自南向北呈后展式?jīng)_斷，而北部第二斷褶區(qū)斷層自南向北呈前展式?jīng)_斷[圖3(b)]。

圖3 準(zhǔn)中4區(qū)塊斷層落差直方圖

(2)董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)由一系列次級斷層構(gòu)成，整體呈弧形向西凸出。該區(qū)分段性明顯，其中，北段沿NE走向延伸，呈雁列式斜列展布，中段近SN向延伸，且規(guī)模相對較大，整體呈反“S”形平面組合，南段沿NWW走向密集排列[圖2(a)]。董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)平面上構(gòu)成整體向東的伸展構(gòu)造樣式，中段為正斷層，南北兩段兼具走滑性質(zhì)。剖面上斷層均為正斷層，傾角介于50°～80°，切穿T、J1b、J1s、J2x、J2t、K1各層位，整體構(gòu)成“卷心菜式”的剖面組合樣式[圖2(d)]。與花狀構(gòu)造不同的是，“卷心菜式”剖面組合僅發(fā)育上部的“花苞”，各斷層間變形均勻，無主次之分，未發(fā)育下部的“花枝”。董8井區(qū)斷層在J1時(shí)期為逆斷層，且強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期為J1s；J2時(shí)期開始轉(zhuǎn)為正斷層，表現(xiàn)為向東的伸展逃逸；強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期為J2s，至白堊紀(jì)早期，正斷活動(dòng)減弱[圖3(c)]。董7井區(qū)斷層的斷距正、逆反復(fù)，整體表現(xiàn)為正斷層，具有明顯的正-走滑特征，董8井區(qū)斷距大于董7井區(qū)。

(3)董6井?dāng)鄬訁^(qū)內(nèi)，斷層均為正斷層，沿NWW走向延伸，整體呈帶狀分布，斷面傾向具有“南北對稱”的特點(diǎn)[圖2(a)。斷層區(qū)西側(cè)部分?jǐn)鄬娱_始分叉，沿NE、NW走向發(fā)育。構(gòu)造位置上，此斷層區(qū)緊鄰準(zhǔn)南緣的博格達(dá)沖斷帶。剖面上，斷層傾角大、斷距小，均表現(xiàn)為正斷性質(zhì)，主要切穿J1b、J1s、J2x、J2t、。主要剖面組合樣式為斷階式組合、“卷心菜”式組合[圖2(e)]。此斷層區(qū)剖面上整體構(gòu)成背斜，背斜轉(zhuǎn)折端處發(fā)育正斷層，屬典型的中央背斜斷裂帶。董6井?dāng)鄬釉贘1b活動(dòng)時(shí)期為逆斷層，沿SSE方向自斷層1至斷層5基本不活動(dòng)，斷層6為邊界逆沖斷層；剖面顯示的6條斷層在J1s～J2t活動(dòng)時(shí)期均表現(xiàn)為正斷層，在J1s沉積時(shí)期為主要活動(dòng)時(shí)期，其后發(fā)育背斜，轉(zhuǎn)折端部位張裂變形，剖面上構(gòu)成典型的“包心菜”式組合樣式；J3q沉積期斷層活動(dòng)趨于停止。

3 準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造變形分析

前已述及，準(zhǔn)中4區(qū)塊平面上斷層帶狀分區(qū)明顯，剖面上構(gòu)造樣式多樣，發(fā)育高角度逆沖斷層、高角度正斷層和斜滑斷層等多種類型，各斷層區(qū)間相對獨(dú)立。鑒于此，基于前述斷層幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，結(jié)合區(qū)域及中央走滑構(gòu)造的發(fā)育演化，將準(zhǔn)中4區(qū)塊劃分為3個(gè)構(gòu)造域和3個(gè)變形區(qū)：伊林黑比爾尕山?jīng)_斷構(gòu)造域、白家海走滑構(gòu)造域、博格達(dá)山?jīng)_斷構(gòu)造域、董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)、董7～董8斷層區(qū)、董6井?dāng)鄬訁^(qū)(圖1)。其中，董3～董1井?dāng)嗔褞^(qū)主要受伊林黑比爾尕山?jīng)_斷構(gòu)造域控制，董7～董8井?dāng)嗔褞^(qū)主要受白家海走滑構(gòu)造域控制，董6井?dāng)嗔褞^(qū)主要受博格達(dá)山?jīng)_斷構(gòu)造域控制(圖1)。結(jié)合前述斷層幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及其區(qū)域構(gòu)造背景，分別探討了3個(gè)斷裂變形區(qū)的構(gòu)造變形成因機(jī)制，以更好地應(yīng)用于研究區(qū)勘探開發(fā)實(shí)踐，同時(shí)也為后續(xù)構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)中邊界載荷施加提供了重要依據(jù)。

3.1 董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形分析

董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)處于伊林黑比爾尕山?jīng)_斷構(gòu)造域內(nèi)，侏羅紀(jì)時(shí)，該區(qū)被置于準(zhǔn)噶爾盆地南緣NE走向的伊林黑比爾尕山?jīng)_斷帶的薄皮構(gòu)造帶上[圖4(a)]，受NE向強(qiáng)烈沖斷作用影響，地層發(fā)生膝折帶遷移，發(fā)育高角度沖斷褶皺[圖4(b)]。前述斷層活動(dòng)性分析表明，董3井區(qū)斷層活動(dòng)時(shí)期早于董1井區(qū)，且前者活動(dòng)強(qiáng)度大于后者。進(jìn)入白堊紀(jì)，斷層活動(dòng)減弱，代之以區(qū)域整體沉降，變形以微弱褶皺為主，地層南北等厚；至新近紀(jì)，準(zhǔn)噶爾盆地南緣強(qiáng)烈沖斷，該區(qū)處于沖斷斜坡帶上，構(gòu)造變形以單斜撓曲為特征，地層北薄南厚[圖4(c)、圖4(d)]。因此，伊林黑比爾尕山NE向沖斷作用成為董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿碓础?/p>

圖4 董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形及典型剖面

3.2 董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形分析

董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)處于白家海走滑構(gòu)造域內(nèi)，自三疊紀(jì)起，董7～董8斷層區(qū)及其東部的三臺凸起開始向東強(qiáng)烈沖斷，區(qū)內(nèi)以弱擠壓變形為特征，發(fā)育一系列逆沖斷層，擠壓變形一直持續(xù)至三工河組(J1s)沉積時(shí)期；至西山窯組(J2x)沉積時(shí)期，受中央走滑斷裂作用控制，三臺凸起持續(xù)向東沖斷，董7～董8斷層區(qū)演變?yōu)楹缶壚瓘埈h(huán)境，形成典型的“逃逸構(gòu)造”[圖5(a)]，逃逸活動(dòng)持續(xù)至齊古組(J3q)沉積時(shí)期，區(qū)內(nèi)董8井區(qū)發(fā)生張裂正斷[圖5(b)]，董7井區(qū)發(fā)生斜斷并具走滑特征；至白堊紀(jì)時(shí)，逃逸停止，取而代之的是區(qū)域整體沉降，構(gòu)造變形弱，區(qū)內(nèi)地層穩(wěn)定沉積；進(jìn)入新生代，準(zhǔn)噶爾盆地南緣強(qiáng)烈沖斷，董7～董8斷層區(qū)整體向南發(fā)生單斜撓曲，西側(cè)大于東側(cè)[圖5(c)]。因此，白家海走滑構(gòu)造成為董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿碓础?/p>

圖5 董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形及典型剖面

3.3 董6井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形分析

董6井?dāng)鄬訁^(qū)處于博格達(dá)山?jīng)_斷構(gòu)造域內(nèi)，三疊紀(jì)時(shí)，受印支運(yùn)動(dòng)影響，阜康凹陷東部的薄皮構(gòu)造帶處形成兩個(gè)近EW向的斷背斜帶，并持續(xù)發(fā)育至八道灣組(J1b)沉積時(shí)期；自三工河組(J1s)沉積時(shí)期開始，該區(qū)受弱擠壓作用影響在斷背斜軸部發(fā)生張裂，6號邊界斷層發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)[圖2(e)]，同時(shí)周緣對稱發(fā)育一系列近EW向正斷層，弱擠壓作用持續(xù)至齊古組(J3q)沉積時(shí)期；至白堊紀(jì)時(shí)，構(gòu)造變形明顯減弱，地層穩(wěn)定沉積，董6井?dāng)鄬訁^(qū)處于穩(wěn)定埋深；進(jìn)入新近紀(jì)，準(zhǔn)噶爾盆地南緣博格達(dá)山再次向北強(qiáng)烈沖斷，促使董6井?dāng)鄬訁^(qū)處于向南的單斜撓曲。因此，博格達(dá)山造山帶向北的沖斷作用成為董6井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿碓础?/p>

4 準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步提供準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造解析的實(shí)際變形證據(jù)，利用構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)對研究區(qū)進(jìn)行正演模擬，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)對各構(gòu)造變形階段的有效追蹤。構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)，是在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造變形過程的一種有效手段[17-18]。目前，構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)已在伸展構(gòu)造變形、擠壓及俯沖環(huán)境下沖斷變形、反轉(zhuǎn)構(gòu)造發(fā)育演化等方面取得了很大進(jìn)展[19-25]，已被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造地質(zhì)、石油地質(zhì)、工程地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域，并逐步由定性分析邁入半定量—定量分析。本模擬實(shí)驗(yàn)中，以循環(huán)滾動(dòng)的方式多次優(yōu)化，最終優(yōu)選出擬合程度最高的一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)情況比對。

4.1 實(shí)驗(yàn)原理與依據(jù)

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)遵循相似性基本原理。其基本依據(jù)：實(shí)驗(yàn)條件上滿足實(shí)驗(yàn)時(shí)間與實(shí)際地質(zhì)時(shí)期相似、實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)際地層相似、邊界載荷與實(shí)際動(dòng)力學(xué)條件相似，實(shí)驗(yàn)結(jié)果上滿足與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造幾何學(xué)相似、運(yùn)動(dòng)學(xué)相似、動(dòng)力學(xué)相似等?；谏鲜龌驹瓌t，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c地質(zhì)模型間需同時(shí)滿足：

σ*=ρ*g*l*

(1)

(2)

(3)

式中：σ*、t*、ε*、v*分別代表應(yīng)力縮放比、時(shí)間縮放比、應(yīng)變率縮放比及位移速率縮放比；ρ*、g*、l*、μ*分別為密度相似比、重力相似比、模型尺度相似比、硅膠與鹽巖層黏度系數(shù)相似比[19，26]。

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與過程

4.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

實(shí)驗(yàn)裝置選用DGU-1型多功能地質(zhì)構(gòu)造物理模擬儀中擠壓和伸展模式的雙向驅(qū)動(dòng)單元，該裝置由中石大石儀科技有限公司在2016年自行研制。前已述及，J1s～J3q沉積時(shí)期為準(zhǔn)中4區(qū)塊的主要斷裂變形期，塑造了研究區(qū)構(gòu)造變形主體格局，其后為沉積埋藏和單斜撓曲的改造變形期?；诖?，本物理模擬實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了J1s～J3q沉積時(shí)期的董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)和董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?號動(dòng)力軸推擠，模擬伊林黑比爾尕山的沖斷；2號動(dòng)力軸拉伸，模擬董8井東側(cè)的伸展逃逸；北部預(yù)設(shè)凸起，模擬白家海凸起和馬橋凸起(圖6)。此外，裝置上方放置錄像機(jī)記錄模型平面運(yùn)動(dòng)，裝置側(cè)面放置照相機(jī)記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對砂體灑水切片，記錄分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡孛蔡卣骷皟?nèi)部構(gòu)造的幾何學(xué)特征。

圖6 董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)和董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

4.2.2 實(shí)驗(yàn)材料

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)中，選用干燥松散的純石英砂模擬實(shí)際地層，其遵循莫爾庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則的前提下，與上地殼脆性巖層的形變特征極為相似[27]。實(shí)驗(yàn)用石英砂粒度約200目，密度約2.4 g/cm3，黏結(jié)力200 Pa。同時(shí)，為便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與記錄，采用彩色石英砂鋪設(shè)地層，染色后石英砂力學(xué)性質(zhì)保持不變。

4.2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)與邊界條件

設(shè)計(jì)高、中、低速7組不同單向擠壓速度的砂箱構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，中速(0.05～0.005 mm/s)擠壓變形過程中，砂體后緣加積相對較弱，構(gòu)造變形樣式主要為砂箱楔形體前緣先形成(前展式為主)逆沖斷層，當(dāng)達(dá)到臨界楔形體后，反沖斷層發(fā)育并與前展式逆沖斷層構(gòu)成沖起構(gòu)造，構(gòu)造樣式上表現(xiàn)為疊瓦構(gòu)造與沖起構(gòu)造的無序疊加[28]。因此，實(shí)驗(yàn)過程中，將有效擠壓速度設(shè)定在0.05～0.005 mm/s內(nèi)。經(jīng)過多組實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)優(yōu)化，最終確定動(dòng)力軸1運(yùn)行速度為0.04 mm/s，運(yùn)行時(shí)間14 min；動(dòng)力軸2運(yùn)行速度為0.01 mm/s，運(yùn)行時(shí)間5 min。

4.2.4 實(shí)驗(yàn)過程與解譯

實(shí)驗(yàn)過程中，用攝像機(jī)拍攝平面變形過程，之后進(jìn)行延時(shí)攝影處理，以短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)過程，有效追蹤各變形階段。此處選擇擬合程度最高的一組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論。

(1)物理模擬實(shí)驗(yàn)第1階段(0～14 min)。圖7(a)為實(shí)驗(yàn)初始狀態(tài)，為便于構(gòu)造變形結(jié)果的觀察，在砂體表面預(yù)設(shè)應(yīng)力圓。第一實(shí)驗(yàn)階段設(shè)定1號動(dòng)力軸推擠[圖7(b)]，遵循邊界載荷相似和時(shí)間相似基本原理，依據(jù)平流泵流速換算，確定動(dòng)力軸運(yùn)行速度為0.04 mm/s，持續(xù)運(yùn)行14 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，模型砂體共發(fā)育兩排逆沖推覆構(gòu)造：第一排逆沖斷層走向與擋板推進(jìn)方向垂向，即平行擋板；第二排逆沖斷層走向與擋板推進(jìn)方向開始發(fā)生斜交，且左側(cè)推進(jìn)大，右側(cè)推進(jìn)小；整體上逆沖斷層前緣斷層發(fā)育自由度大于后緣。第二排逆沖斷層的左上角發(fā)育一條斷裂帶，且較為平直；右下角發(fā)育兩條斷裂帶，后緣斷裂弧形下凹，前緣斷裂帶弧形上凸[圖7(b)]。將砂體平面特征與準(zhǔn)中4區(qū)塊斷層平面幾何學(xué)特征對比分析，斷層1～3以前展式序列發(fā)育，且活動(dòng)漸弱，斷層3為隱伏斷層；對比研究區(qū)，其分別對應(yīng)董3、董1井區(qū)發(fā)育斷層，符合董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)前展式斷層發(fā)育。

(2)物理模擬實(shí)驗(yàn)第2階段(15～19 min)。第2實(shí)驗(yàn)階段設(shè)定2號動(dòng)力軸拉伸[圖7(c)]，遵循邊界載荷相似和時(shí)間相似基本原理，依據(jù)平流泵流速換算，確定動(dòng)力軸運(yùn)行速度為0.01 mm/s，持續(xù)運(yùn)行5 min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，模型右上角逐漸拉伸，形成弧形張性斷層。其中，斷層中段張性破裂，由兩條斷層逐漸連接而成一條；斷層上、下兩段初期由一系列羽裂的次級斷層組成，后期各次級斷層連接成一條斷層，斷層走向與動(dòng)力軸2的拉伸方向斜交，指示斷層具有明顯的走滑性質(zhì)[圖7(c)]。解析實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的砂體平面構(gòu)造發(fā)育特征，對比準(zhǔn)中4區(qū)塊斷層平面特征：斷層4為向東的伸展逃逸構(gòu)造，中段正斷，上、下兩段側(cè)斷調(diào)節(jié)并具明顯走滑特征；對比研究區(qū)，其分別對應(yīng)董8、董7井區(qū)發(fā)育斷層。斷層1走向與動(dòng)力軸1的推擠方向垂直，但斷層2～3受白色泡沫阻擋，走向與推擠方向斜交，位移矢量方向偏轉(zhuǎn)[圖7(d)]；此現(xiàn)象符合董1井區(qū)斷層發(fā)育特征，即NE向沖斷的擠壓力在董1井處受白家海凸起影響發(fā)生偏移，同時(shí)疊加白家海凸起的走滑斷層作用，使董1井區(qū)斷層具有斜向壓扭特征。

圖7 準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)及解譯

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對砂體灑水切片，詳細(xì)記錄分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部構(gòu)造的幾何學(xué)特征。剖面模擬結(jié)果顯示，動(dòng)力軸1推進(jìn)距離約41 mm，共形成3條前沖斷層和兩條反沖斷層：前緣前沖斷層以前展式發(fā)育，由斷層1逐漸演化至斷層3，且斷層1和斷層2皆發(fā)育至地表，斷層3仍為盲沖斷層，分別對應(yīng)研究區(qū)董3、董1井區(qū)發(fā)育的斷層體系；反沖斷層發(fā)育于沖斷后緣，被斷層1所截?cái)啵昂缶墧鄬咏M合形成沖起構(gòu)造(圖8)。

圖8 準(zhǔn)中4區(qū)塊剖面構(gòu)造物理模擬結(jié)果及解譯

4.2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)

準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)歷時(shí)19 min，真實(shí)再現(xiàn)了研究區(qū)董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)和董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)的發(fā)育演化過程[圖7(d)]。構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前述準(zhǔn)中4區(qū)塊構(gòu)造特征分析具有極高的吻合度。圖7(d)中董3～董1井區(qū)、董7～董8井區(qū)斷層平面幾何學(xué)特征可與研究區(qū)實(shí)際構(gòu)造發(fā)育特征對應(yīng)較好[圖2(a)]，剖面物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前述董3～董1井區(qū)、董7～董8井區(qū)典型剖面特征對應(yīng)較好[圖2(c)、圖2(d)]，從而為研究區(qū)構(gòu)造解析提供了有力的實(shí)際變形支持。受實(shí)驗(yàn)條件所限，實(shí)驗(yàn)仍存在一定不足，施加邊界載荷時(shí)無法同時(shí)提供N向的擠壓沖斷，因此，實(shí)驗(yàn)中無法同時(shí)恢復(fù)董6井?dāng)鄬訁^(qū)的斷層發(fā)育特征，有待在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中著力解決。

5 結(jié) 論

(1)地震資料解釋分析表明，準(zhǔn)中4區(qū)塊斷層呈帶狀分布，可劃分為董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)、董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)和董6井?dāng)鄬訁^(qū)3個(gè)構(gòu)造分區(qū)。其中，董3～董1井區(qū)斷層為高角度逆沖斷層，董7～董8井區(qū)斷層為高角度正斷層和斜滑斷層，董6井區(qū)斷層為高角度“卷心菜式”正斷層。

(2)平衡剖面回剝、斷層落差等方法研究表明，董3～董1井區(qū)斷層在J1s～J2t沉積時(shí)期強(qiáng)烈活動(dòng)，董7～董8井區(qū)、董6井區(qū)斷層在J1s～J2x沉積時(shí)期強(qiáng)烈活動(dòng)。進(jìn)入白堊紀(jì)，研究區(qū)內(nèi)各分區(qū)斷層活動(dòng)減弱，代之以區(qū)域整體沉降，地層穩(wěn)定沉積；至新近紀(jì)，構(gòu)造變形以單斜撓曲為主要特征。

(3)研究區(qū)斷層幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及區(qū)域構(gòu)造發(fā)育演化研究表明，準(zhǔn)中4區(qū)塊董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)、董7～董8斷層區(qū)、董6井?dāng)鄬訁^(qū)分別形成于三種變形機(jī)制。其中，董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)主要受伊林黑比爾尕山?jīng)_斷構(gòu)造域控制，董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)主要受白家海走滑構(gòu)造域控制，董6井?dāng)鄬訁^(qū)主要受博格達(dá)山?jīng)_斷構(gòu)造域控制。

(4)構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)取得了與實(shí)際地質(zhì)情況極高的吻合度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)了準(zhǔn)中4區(qū)塊董3～董1井?dāng)鄬訁^(qū)、董7～董8井?dāng)鄬訁^(qū)的斷層發(fā)育演化過程，為研究區(qū)動(dòng)力學(xué)成因分析提供了實(shí)際變形支持與關(guān)鍵證據(jù)，進(jìn)一步證實(shí)董3～董1井區(qū)斷層形成于準(zhǔn)南緣沖斷和白家海凸起的阻擋作用，董7～董8井區(qū)斷層形成于走滑變形機(jī)制下，三臺凸起沖斷的后緣拉張。