紅旗凹陷典型構(gòu)造變形特征及物理模擬

彭 楊, 李忠權(quán)*, 劉恒麟, 蒙啟安, 陳鈞亮, 鐘榮全, 李勤勤

(1.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610059； 2.成都理工大學(xué)自然資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610059； 3.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 大慶 163712)

紅旗凹陷作為海拉爾盆地眾多斷陷中勘探潛力較大的凹陷之一，受到眾多學(xué)者的關(guān)注，并對(duì)凹陷的構(gòu)造樣式、形成機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[1-2]。凹陷是在海西褶皺基底之上發(fā)育起來(lái)的中新生代斷陷盆地，早期受到伸展作用發(fā)生強(qiáng)烈斷陷，中期受到多次伸展和擠壓作用發(fā)生復(fù)雜變形，原型構(gòu)造遭到劇烈破壞，原型盆地遭受了不同程度的改造，導(dǎo)致現(xiàn)今見(jiàn)到的構(gòu)造樣式極為復(fù)雜。凹陷的復(fù)雜構(gòu)造樣式控制了油氣的運(yùn)移和分布，對(duì)油氣成藏有重要的影響，因此展開(kāi)構(gòu)造分析是油氣資源評(píng)估的關(guān)鍵，理清構(gòu)造演化過(guò)程對(duì)油氣勘探具有重要意義。在前人研究的基礎(chǔ)上，全面分析盆地的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，并結(jié)合構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)研究動(dòng)力學(xué)規(guī)律。在伸展條件下物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^地復(fù)現(xiàn)構(gòu)造的發(fā)生發(fā)展、繼承與改造、盆地形成演化動(dòng)力學(xué)等多種構(gòu)造現(xiàn)象，因此被很多盆地構(gòu)造研究者采用，也是盆地動(dòng)力學(xué)研究的常用方法之一。在伸展和擠壓實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，由于砂箱兩?cè)為透明玻璃，可以直接觀察地層在平面和剖面上的變形、變位情況。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用相機(jī)間歇性拍照對(duì)剖面和平面變化情況進(jìn)行記錄；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)剖面進(jìn)行切片以便于觀察地質(zhì)體內(nèi)部的變化。實(shí)驗(yàn)根據(jù)最新的地震解釋資料，設(shè)計(jì)邊界模型為犁式斷層，模擬了犁式控陷斷層控制作用下的斷陷在伸展構(gòu)造和疊加反轉(zhuǎn)構(gòu)造條件下的構(gòu)造及沉積演化過(guò)程，并將盆地的構(gòu)造演化與沉積演化聯(lián)系起來(lái)，闡明構(gòu)造對(duì)沉積的控制作用，為研究區(qū)的油氣勘探開(kāi)發(fā)提供可靠方向和理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

紅旗凹陷是海拉爾盆地貝爾湖坳陷北部的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，北為赫爾洪德凹陷的東南端，西以嵯崗隆起為界，東南接新寶力格凹陷。凹陷總體呈狹長(zhǎng)的帶狀，其長(zhǎng)軸大致呈北東方向展布，是一個(gè)受北西部邊界紅西斷層控制的北西斷南東超的箕狀斷陷，面積約為840 km2(圖1)。其形成演化過(guò)程跟整個(gè)盆地的演化一致，經(jīng)歷了斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期、坳陷期三個(gè)構(gòu)造演化階段[3-5]。

圖1 紅旗凹陷位置Fig.1 Location of Hongqi Sag

1.1 地層特征

海拉爾盆地是疊置在海西褶皺基底上的中新生代的斷陷—坳陷型疊合盆地。研究表明，凹陷內(nèi)地層發(fā)育齊全[6]，自下而上分別發(fā)育了古生界的基底，中上侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組，下白堊統(tǒng)扎賚諾爾群銅缽廟組(K1t)、南屯組(K1n)、大磨拐河組(K1d)、伊敏組(K1y)，上白堊統(tǒng)貝爾湖群青元崗組(K2qy)以及第三系、第四系地層。塔木蘭溝組為火山碎屑巖沉積，主要為凝灰?guī)r，與下伏地層(基底)呈角度不整合接觸。銅缽廟組沉積地層具有斷陷早期充填性質(zhì)，巖性以雜色砂礫巖為主。南屯組屬于斷陷快速沉降階段的產(chǎn)物，地層在凹陷全區(qū)普遍發(fā)育，是一套暗色的砂泥巖組合，整體呈下粗上細(xì)的正粒序；南屯組分為南屯組一段和南屯組二段，南屯組一段頂面為早期最大的一套不整合面，南屯組二段只在南北洼槽區(qū)局部發(fā)育，在隆起帶被剝蝕，沉積厚度不大，以細(xì)粒沉積為主，含有少量粗碎屑沉積。大磨拐河組由大磨拐河組一段和大磨拐河組二段組成，大磨拐河組一段以厚層黑色泥巖為主，夾薄層泥質(zhì)粉細(xì)砂巖。大磨拐河組二段在凹陷內(nèi)廣泛發(fā)育，灰色泥巖與粉細(xì)砂巖互層，剖面上整體呈反韻律。伊敏組為湖相沉積的產(chǎn)物，巖性以灰淺綠色砂泥巖為主，與下伏地層呈整合接觸。青元崗組為紅棕色泥巖夾細(xì)粉砂巖，與下伏地層呈角度不整合接觸。第三系、第四系地層在研究區(qū)沉積厚度薄、分布范圍較小，空間上相對(duì)穩(wěn)定。

1.2 構(gòu)造特征

1.2.1 平面構(gòu)造特征

紅旗凹陷在平面上呈北東向展布，其形成主要受北西側(cè)的紅西斷裂控制。紅西斷層構(gòu)成了凹陷的NW邊界，該邊界斷層傾角較小，是一個(gè)長(zhǎng)期活動(dòng)、走向NE的控陷斷層，并控制了地層的沉積與構(gòu)造演化，使凹陷形成洼隆相間的構(gòu)造格局。根據(jù)構(gòu)造特征及演化過(guò)程，將紅旗凹陷劃分為靠近紅西斷裂的紅西陡坡帶，中部的崗崗?fù)煌莶?、舒特諾爾洼槽、中部斷隆帶、紅旗牧場(chǎng)洼槽和遠(yuǎn)離紅西斷層的紹爾包格斜坡帶6個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元。整體上表現(xiàn)為“兩凹夾一隆”的構(gòu)造格局[7](圖2)。

圖2 紅旗凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.2 Division of structural units in Hongqi Sag

1.2.2 剖面構(gòu)造特征

剖面上凹陷呈半地塹式構(gòu)造，根據(jù)剖面形態(tài)特征劃分為靠近紅西斷層的陡坡帶、中部洼陷區(qū)和斜坡帶(圖3)。將邊界斷層及其所控制的上盤(pán)稱為陡坡帶，上盤(pán)由滾動(dòng)背斜、超覆、斷塊和斷鼻等構(gòu)造圈閉及一系列與邊界斷層傾向相同的次級(jí)正斷層共同組成，這些構(gòu)造控制了砂體及圈閉的發(fā)育，常常是油氣聚集的主要場(chǎng)所。中部洼陷帶呈尖底鍋狀，沉積厚度大，是凹陷的主要沉積中心。遠(yuǎn)離控陷斷層一側(cè)的緩坡稱為斜坡帶，在斜坡帶地層可見(jiàn)到明顯的上超現(xiàn)象，并發(fā)育多組地塹組合。

圖3 紅旗凹陷458測(cè)線構(gòu)造格架剖面圖Fig.3 Structural profile of 458 survey lines in Hongqi Sag

由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，紅旗凹陷蓋層中主要發(fā)育三個(gè)明顯的構(gòu)造層序界面(T5、T23和T04)，層序界面上下兩套地層表現(xiàn)為角度不整合接觸，根據(jù)不整合面可把地層劃分為3大構(gòu)造層。T5反射界面為古生代基底與中-上侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組之間的界面，界面上下兩套地層結(jié)構(gòu)明顯不協(xié)調(diào)。T23反射界面為南屯組一段的頂界，由于南屯組一段末期的擠壓反轉(zhuǎn)，地層產(chǎn)狀發(fā)生變化導(dǎo)致南屯組二段的地層上超在T23界面之上，下伏地層削截終止在反射界面上。T04反射界面是伊敏組與青元崗組的分界面，由于下伏地層遭受擠壓發(fā)生褶皺變形，導(dǎo)致上下兩套地層產(chǎn)狀不一致，呈角度不整合接觸，青元崗組上超在T04不整合面上。

1.2.3 斷裂特征

凹陷經(jīng)歷多期建造和改造后，發(fā)育不同級(jí)次、不同規(guī)模和不同性質(zhì)的斷層，斷裂系統(tǒng)十分復(fù)雜。凹陷內(nèi)部的斷裂主要呈北東向展布，在全區(qū)都有發(fā)育；其次發(fā)育北西向斷裂，該方向的斷裂僅在斜坡帶發(fā)育；在斜坡帶還發(fā)育少量的南北向斷裂。北東向斷層展布規(guī)模大、發(fā)育早、繼承性強(qiáng)，其中規(guī)模最大的是凹陷西北邊界的紅西斷層，其活動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)、延伸最廣并控制凹陷整體呈北東向展布。紅西斷層剖面上呈犁式，斷距較大，最大超過(guò)2 000 m，在凹陷內(nèi)延伸約68 km，是由一系列斷裂連鎖而成。該斷裂控制了凹陷的沉積和沉降，尤其是控制了塔木蘭溝組、銅缽廟和南屯組一段的沉積。陡坡帶發(fā)育一系列跟控陷斷層傾向一致的次級(jí)正斷層，這些斷層控制了凹陷的形成和演化以及凹陷內(nèi)地層的沉積沉降。此外在緩坡帶還發(fā)育一系列由次級(jí)正斷層組成的地塹，這些次級(jí)正斷層斷面呈鏟狀且坡度較緩，大部分跟邊界斷層傾向相反，并具有明顯的期次性。

2 實(shí)驗(yàn)相似條件及模型設(shè)計(jì)

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室條件下以實(shí)際地質(zhì)背景為依據(jù)來(lái)模擬研究區(qū)構(gòu)造樣式的形成和演化過(guò)程[8]。實(shí)驗(yàn)不但能夠提供與實(shí)際地質(zhì)體相似的最終構(gòu)造樣式，而且還能再現(xiàn)構(gòu)造的演化階段。近年來(lái)該方法在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用[9-14]，但對(duì)伸展盆地進(jìn)行構(gòu)造物理模擬的并不多。實(shí)驗(yàn)首次對(duì)海拉爾盆地紅旗凹陷進(jìn)行構(gòu)造物理模擬，并深入探討其構(gòu)造變形過(guò)程和成因機(jī)制。

2.1 相似條件

實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是模型與地質(zhì)體之間的相似性問(wèn)題，因此本次實(shí)驗(yàn)是建立在相似原理的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，具體模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中滿足如下的三點(diǎn)束縛條件[15-17]。①幾何學(xué)相似：實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)與地質(zhì)實(shí)例滿足幾何相似才能說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)具有反映真實(shí)地質(zhì)構(gòu)造的能力，因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的先存斷裂性質(zhì)，地層厚度、長(zhǎng)度以及體積的比例都必須與實(shí)際地質(zhì)體吻合；②運(yùn)動(dòng)學(xué)相似：實(shí)驗(yàn)材料與真實(shí)地質(zhì)體的特性滿足運(yùn)動(dòng)相似，采用粒徑200～400 μm、內(nèi)摩擦角約為30°的松散彩色石英砂來(lái)模擬淺部沉積地層，石英砂變形遵循莫爾-庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則，非常接近地殼淺部巖層的脆性變形行為；③動(dòng)力條件相似，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)際地質(zhì)體符合受力方向相同、大小相似，這樣才能根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的作用力的大小和相似系數(shù)推測(cè)所模擬的實(shí)際地質(zhì)體的受力情況。

2.2 模型設(shè)計(jì)

在構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)的初始形態(tài)和邊界條件，其設(shè)置的準(zhǔn)確性直接影響實(shí)驗(yàn)的合理性[18]。

構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)采用成都理工大學(xué)構(gòu)造成礦成藏國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造變形物理模擬綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的裝置，模擬在犁式控陷斷層的控制作用下的伸展、反轉(zhuǎn)構(gòu)造變形。實(shí)驗(yàn)依據(jù)紅西斷層的實(shí)際產(chǎn)狀和比例來(lái)制作模型，模型選用1:600 000的幾何比例，即實(shí)驗(yàn)中的1 cm代表實(shí)際地質(zhì)體中的 600 m。在砂箱底部放置一塊聚苯乙烯泡沫基底來(lái)模擬先存基底，通過(guò)等比例計(jì)算，設(shè)計(jì)基底下底界長(zhǎng)度為300 mm，上邊界長(zhǎng)度為170 mm，寬度為 300 mm，高度為100 mm(表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)Table 1 Experimental model parameters

如圖4所示，模型中擋板AA′-BB′分別代表紅旗凹陷的北西側(cè)-南東側(cè)兩邊界，實(shí)驗(yàn)通過(guò)擋板兩側(cè)的電動(dòng)缸提供力源，施力方向、大小和速度都嚴(yán)格按照實(shí)際地質(zhì)體的受力情況來(lái)設(shè)置。在基底表層放置一塊非彈性布，然后把非彈性布固定在右側(cè)活動(dòng)擋板BB′上，這樣右側(cè)活動(dòng)擋板BB′可以帶動(dòng)非彈性布移動(dòng)(圖4)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在基底與右側(cè)擋板之間鋪設(shè)石英砂來(lái)模擬地層沉積，通過(guò)右側(cè)擋板的帶動(dòng)即可模擬犁式基底斷層在伸展活動(dòng)過(guò)程中上覆脆性巖層的構(gòu)造變形情況。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

基于設(shè)計(jì)好的模型，再根據(jù)幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)相似性原則指導(dǎo)下設(shè)計(jì)物理模擬實(shí)驗(yàn)地層參數(shù)如表2所示。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共鋪設(shè)了8層不同顏色石英砂模擬8套地層，每層厚度根據(jù)實(shí)際地質(zhì)體厚度等比例求得，累計(jì)垂直厚度為100 mm。

表2 實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層Table 2 Experimental simulation of strata

實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)際受力情況，將左側(cè)活動(dòng)擋板固定，右側(cè)活動(dòng)擋板可在右側(cè)驅(qū)動(dòng)電缸力的作用下產(chǎn)生伸展和擠壓，伸展和擠壓速度都設(shè)置為 0.025 mm·s-1。實(shí)驗(yàn)中，模擬同沉積生長(zhǎng)地層，即在每一次變形之后都以初始模型高度為基準(zhǔn)面，在凹陷內(nèi)增鋪彩色石英砂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作步驟，可分為以下18個(gè)階段。

首先模擬斷陷期的地層變形情況(圖5)。過(guò)程1在基底與右側(cè)活動(dòng)擋板之間鋪設(shè)一層厚度為100 mm的白色石英砂，與左側(cè)泡沫基底持平[圖5(a)]，模擬紅旗凹陷的最底部的古生界基底地層。過(guò)程2在右側(cè)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)下水平向右伸展40 mm，非彈性布帶動(dòng)白色石英砂運(yùn)動(dòng)，在靠近控陷斷層處受犁式斷層影響產(chǎn)生一滾動(dòng)背斜(反牽引褶皺)，并呈現(xiàn)出楔形可容空間，地層厚度減薄、長(zhǎng)度變長(zhǎng)；遠(yuǎn)離控陷斷層處出現(xiàn)由正斷層F1、F2組成的一組地塹，斷層傾角較陡[圖5(b)]。過(guò)程3在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪上一層藍(lán)色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬塔木蘭溝組[圖5(c)]。過(guò)程4水平向右伸展20 mm，在靠近控陷斷層處繼續(xù)呈現(xiàn)出楔形可容空間；遠(yuǎn)離控陷斷層的地塹中斷層斷距不斷增大；在先期形成的地塹內(nèi)部再形成一條與控陷斷層傾向一致的正斷層F3[圖5(d)]。過(guò)程5在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪淺藍(lán)色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬銅缽廟組[圖5(e)]。過(guò)程6水平向右伸展20 mm，地塹更加發(fā)育，斷層斷距不斷增大；在先期形成的地塹內(nèi)部再形成一條與控陷斷層傾向相反的正斷層F4[圖5(f)]。過(guò)程7在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪上一層果綠色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬南屯組一段[圖5(g)]。過(guò)程8水平向右伸展15 mm，繼續(xù)呈現(xiàn)楔形可容空間，前期形成的地塹繼續(xù)發(fā)育，斷距增大，傾角有變緩的趨勢(shì)；受犁式斷層控制的滾動(dòng)背斜形態(tài)更加明顯[圖5(h)]。過(guò)程9伸展停止，進(jìn)入本區(qū)第一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，在右側(cè)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)右側(cè)擋板產(chǎn)生向左側(cè)的擠壓力，模擬擠壓環(huán)境下的構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段。水平向左擠壓25 mm，可見(jiàn)果綠色砂層在靠近斷層側(cè)出現(xiàn)一斷層轉(zhuǎn)折褶皺現(xiàn)象，地層整體被擠壓抬升，內(nèi)部的調(diào)節(jié)斷層傾角變陡[圖5(i)]。

圖5 斷陷期變形過(guò)程Fig.5 Deformation process in faulted period

模擬斷坳轉(zhuǎn)換期的地層變形情況(圖6)。過(guò)程10繼續(xù)水平向右伸展20 mm，南一段下凹效果明顯，遠(yuǎn)離控陷斷層的地塹中發(fā)育的斷層斷距繼續(xù)增大；在先期形成的地塹基礎(chǔ)上再形成一組由正斷層F5、F6組成的地塹[圖6(a)]。過(guò)程11根據(jù)地震剖面所反映結(jié)果，在凹陷中央鋪設(shè)一層橘黃色砂，模擬南屯組二段，并上超在果綠色石英砂上(南屯組一段)[圖6(b)]。過(guò)程12水平向右伸展30 mm，繼續(xù)呈現(xiàn)出楔形可容空間，在遠(yuǎn)離凹陷一端再發(fā)育一條正斷層F7，前期發(fā)育的斷層斷距不斷增大，傾角變緩[圖6(c)]。過(guò)程13在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪上一層粉紅色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬大磨拐河組[圖6(d)]。過(guò)程14水平向右伸展15 mm，繼續(xù)呈現(xiàn)出楔形可容空間；在遠(yuǎn)離控陷斷層一側(cè)再形成一組由斷層F8、F9組成的地塹，且斷面傾角較陡；而前期形成的斷層的斷面傾角變緩[圖6(e)]。過(guò)程15在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪上一層大紅色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬伊敏組[圖6(f)]。過(guò)程16水平向右伸展10 mm，繼續(xù)呈現(xiàn)出楔形可容空間；在靠近控陷斷層一側(cè)的地塹中發(fā)育的斷層斷距不斷變大；前期形成的斷層的傾角繼續(xù)變緩[圖6(g)]。過(guò)程17伸展停止，進(jìn)入本區(qū)第二次構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，通過(guò)右側(cè)電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)右側(cè)活動(dòng)擋板，帶動(dòng)右側(cè)的基底產(chǎn)生擠壓，模擬擠壓環(huán)境下的構(gòu)造反轉(zhuǎn)，可見(jiàn)地層整體被擠壓抬升，出現(xiàn)寬緩背斜樣式。紅色石英砂在靠近控陷斷層處出現(xiàn)一斷層轉(zhuǎn)折褶皺現(xiàn)象；先期形成的調(diào)節(jié)斷層傾角變陡[圖6(h)]。

圖6 斷坳轉(zhuǎn)換期變形過(guò)程Fig.6 Deformation process in fault depression transition period

最后模擬坳陷期地層變形情況如圖7所示。過(guò)程18 在凹陷區(qū)域內(nèi)鋪上一層白色石英砂填平補(bǔ)齊，模擬上覆青元崗組。

圖7 坳陷期變形過(guò)程Fig.7 Deformation process in depression period

從物理模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以看出，犁式控陷斷層對(duì)凹陷的構(gòu)造樣式有著重要的影響。在伸展作用力影響下，靠近控陷斷層一側(cè)，斷層上盤(pán)地層順鏟式斷面拉開(kāi)拆離形成滾動(dòng)背斜；遠(yuǎn)離控陷斷層一側(cè)，發(fā)育一系列由正斷層組成地塹，隨著伸展距離的增大，斷層傾角有變緩的趨勢(shì)。在構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段地層內(nèi)部的調(diào)節(jié)斷層傾角變陡，靠近控陷斷層一側(cè)地層有明顯加厚現(xiàn)象，呈喇叭狀，為典型的正反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束后，使用灑水壺向砂體均勻?yàn)⑺寥繚裢?，靜止一段時(shí)間使用刀具對(duì)砂體進(jìn)行等間距切片，每20 mm切一刀，共獲得切片15張，切片的同時(shí)用相機(jī)記錄每張剖面內(nèi)部的變形特征[19]。由于切片數(shù)量較多，選取與實(shí)際地震剖面最相符的一張切片同實(shí)際地震剖面對(duì)比分析(圖8)，顯示出高度的相似性。圖8結(jié)果表明構(gòu)造樣式主要是受犁式紅西斷層和反轉(zhuǎn)擠壓控制。地層在非彈性布伸展下發(fā)育為滾動(dòng)背斜，同沉積地層的厚度在控陷斷層處最厚，遠(yuǎn)離控陷側(cè)斷層逐漸減薄。遠(yuǎn)離控陷斷層一側(cè)的調(diào)節(jié)斷層具有一定的規(guī)律性，前期形成的斷層F1、F2、F3、F4終止在T23界面上，后期形成的斷層F5、F6、F7、F8、F9終止在T04界面上。隨著伸展距離的增大地塹越來(lái)越發(fā)育，并逐漸向右發(fā)生遷移，導(dǎo)致越早形成的斷層越遠(yuǎn)離紅西斷層。

圖8 地震剖面與實(shí)驗(yàn)典型剖面對(duì)比Fig.8 Comparison between seismic profile and typical experimental profile

4 凹陷演化過(guò)程探討

研究表明紅旗凹陷構(gòu)造演化與海拉爾盆地的區(qū)域性構(gòu)造演化一致，經(jīng)歷了斷陷期、斷坳轉(zhuǎn)換期和坳陷期3個(gè)建造期，在每個(gè)建造期末期盆地發(fā)生改造使構(gòu)造格局進(jìn)一步復(fù)雜化[7]。

4.1 斷陷期(塔木蘭溝組-南屯組一段)

由物理模擬實(shí)驗(yàn)可以看出，斷陷期靠近紅西斷層地層的厚度最大，隨著拉張量的增大，往南東方向地層厚度逐漸減小，沉降中心靠近紅西斷層一側(cè)，地層的沉積主要受犁式控陷斷層影響。凹陷整體具有伸展斷陷盆地的特征，是一個(gè)呈NE向展布的受犁式紅西斷層控制的單斷型箕狀斷陷。在南屯組一段末期，凹陷整體受到擠壓應(yīng)力的影響，內(nèi)部調(diào)節(jié)斷層傾角變陡，地層被壓實(shí)的更緊致，并無(wú)逆斷層出現(xiàn)。

4.2 斷坳轉(zhuǎn)換期(南屯組二段-伊敏組)

南屯組二段、大磨拐河組和伊敏組沉積時(shí)期，受控陷斷層影響減弱，表現(xiàn)為在伸展作用下的基底沉降。從模擬實(shí)驗(yàn)和地震剖面上都可見(jiàn)到南屯組二段上超在下伏地層上，沉積、沉降中心較斷陷期產(chǎn)生遷移，沉降中心由南東到北西逐漸變深，地層在陡坡帶和緩坡帶薄，中間洼槽厚。在伊敏組末期，凹陷受到第二次擠壓應(yīng)力的影響，地層抬升遭到剝蝕，這時(shí)期凹陷構(gòu)造格局基本成型。

4.3 坳陷期(青元崗組)

由于下伏地層的擠壓抬升，青元崗組與下伏地層呈局部角度不整合關(guān)系，沉積范圍較廣并遍布在整個(gè)凹陷區(qū)域，凹陷形態(tài)已經(jīng)形成。

5 結(jié)論

首次在海拉爾地區(qū)利用構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)原型盆地的演化序列和斷裂的發(fā)育特征，并利用紅旗凹陷地質(zhì)特征及構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互論證，明確了復(fù)雜斷陷的形成機(jī)理。①實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由于研究區(qū)受到間歇性的北西-南東向伸展作用，所以斷裂的發(fā)育也呈一定的規(guī)律性，斷裂的發(fā)育經(jīng)歷了塔木蘭溝組-南屯組一段、南屯組二段-伊敏組兩個(gè)階段，先期斷裂終止在南屯組一段的頂面(T23)，后期斷裂終止在伊敏組的頂面(T04)；②凹陷的變形主要受犁式控陷斷層、區(qū)域伸展作用和同沉積構(gòu)造作用共同作用[20]，靠近控陷斷層(紅西斷層)一側(cè)的滾動(dòng)背斜主要受同沉積作用和犁式控陷斷層的控制，而遠(yuǎn)離控陷斷層一側(cè)形成的一系列地塹組合主要受區(qū)域伸展作用的控制；③物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為凹陷油氣勘探提供新的思路，為紅旗凹陷乃至海拉爾地區(qū)的斷裂形成機(jī)制研究提供了有力的實(shí)際變形支持。