基底性质对断裂构造的影响: 以琼东南盆地为例

影响断裂凹陷内的断裂系统演化的原因包含多种因素,此次研究针对先存断裂及基底性质对断陷盆地的影响,通过 物理模拟实验方法探究裂谷盆地断裂发育的构造演化过程。根据对琼东南盆地的地震剖面图的解释分析,盆地东部和西部 的凹陷显示不同的凹陷构造形态,实验结果显示,先存断裂的位置和走向影响区域凹陷的演化和平面展布,在先存断裂影 响的区域演化形成地堑构造,在无先存断裂影响的区域则演化形成地垒构造;韧性基底的上覆地层拉伸演化为复式半地堑 构造,而刚性基底的上覆地层呈铲状半地堑构造,在不同基底性质影响下的构造变形模式和琼东南盆地东西部的差异构造 样式基本相符,一定程度上说明了基底性质的差异对琼东南盆地东部和西部凹陷在断裂组合形态差异方面具有影响作用, 为研究供给油气运移聚集成藏的断裂系统演化提供了思路。     

南海北部新生代盆地断裂系统及构造动力学影响因素

利用地震资料、油气勘探资料分析了南海北部大陆边缘珠江口-琼东南新生代盆地断裂系统的时空差异及动力学成因机制.珠江口-琼东南盆地古近系裂陷构造层以NE向、近EW向基底正断层构成的伸展断裂系统的几何学、运动学沿着盆地走向有明显变化,盆地内部隐伏的区域性和局部的NW向断裂及相关构造变形带构成伸展断裂系统之间的构造变换带.在空间上,区域性的云开、松涛-松南等NW向构造变换带以西为NE-NEE向正断层构成的"非拆离"伸展断层系,以东为NE向正断层、近EW向正断层(走滑正断层)复合而成的拆离伸展断层系.在时间上,古近纪裂陷作用可划分为早(文昌组沉积期)、中(恩平组/崖城组沉积期)、晚(珠海组/陵水组沉积期)3个有明显差异的裂陷期.裂陷早期,盆地西部以平面式正断层控制的简单地堑、半地堑为主,伸展量相对较小,东部则以铲式正断层控制的复式地堑、半地堑为主,伸展量相对大,断层向深部收敛在中地壳韧性层构成拆离的伸展断层系统.裂陷中期,琼东南盆地、珠江口盆地西部断裂具有继承性活动特点,珠江口盆地东部发育NWW-EW向伸展断层,并向深层切割早期浅层拆离断层,形成深层拆离伸展断层系统,而沿着云开构造变换带发育反转构造.裂陷晚期,琼东南盆地、珠江口盆地西部断裂具有活动性减弱特点,琼东南盆地东部发育NWW-EW向伸展断层,形成深层拆离伸展断层系统,而沿着琼中央构造变换带发育反转、走滑构造.珠江口-琼东南盆地不同区段断裂系统及其构造演化的差异性受盆地基底先存构造、地壳及岩石圈结构及伸展量等多方面因素的影响,拆离伸展断层系统与发育NWW向"贯穿"断裂的基底构造薄弱带、现今地壳局部减薄带相关,南海扩展由东而西的迁移诱导北部大陆边缘块体沿着先存NW向深大断裂发生走滑旋转是导致变换构造带两侧差异伸展的动力学原因,应力场及岩石圈热结构变化是引起拆离断层深度变化的重要因素.     

基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用规律

针对基底先存构造对裂陷盆地断层控制作用研究中存在的问题,应用脆性断裂新理论--“不协调性准则”来阐述、分析裂陷盆地基底先存构造控制断层形成和演化的力学机理,确定基底先存构造活动性的变化规律,探讨并初步确定基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用具有如下规律: (1)先存构造(特别是先存断裂)优先活动,这是基底先存构造能控制沉积盆地断层形成和演化的根本原因。(2)先存构造对盆地断层控制作用的强度决定于其活动性,它由先存构造的产状、力学性质和应力状态决定,可以用先存构造活动性系数(fAS)来定量描述。(3)受基底先存断裂控制的断层发育的位置和延伸方向(走向)、形成次序、继承性特征,以及分布规模等都表现出显著的规律性。(4)与伸展方向垂直,且与σ1夹角为45°-(/2)的基底先存断裂对断层的控制作用最强;随着走向与伸展方向的夹角α逐渐变小,以及倾角偏离45°+(/2),对断层的控制作用就逐渐减小。(5)基底先存断裂的规模越大,对断层的控制作用就越强;受大规模基底先存断裂控制的断层往往构成裂陷盆地的构造格架。(6)随着薄弱带抗剪强度的减小,基底先存薄弱带发生破裂的可能性不断增大,对断层的控制作用不断增强;而相对基底先存断裂而言,其影响程度则相对偏弱。上述认识可以为裂陷盆地地震资料的构造解释提供理论模型,为裂陷盆地断裂系统的形成和演化的深入研究提供理论指导。     

琼东南盆地深水区构造演化及东西段构造差异对比

以琼东南盆地为研究对象,在地震资料构造解释的基础上,选取琼东南盆地6条典型剖面,采用面积守恒法对其进行平衡剖面的恢复,计算出各个剖面在不同时期的拉张量以及拉张率,以此为基础对琼东南盆地的构造演化过程及区域性差异进行了定性以及定量分析。研究表明,在琼东南盆地中部位置,水平拉张率显著减小并较为稳定,表明盆地内部的打开是均匀的;琼东南盆地新生代的构造演化分为四个阶段,65~33.9 Ma: 盆地伸展活动开始;33.9~23 Ma: 盆地伸展活动增强并达到顶峰;23~10.5 Ma: 伸展活动明显减弱,发育了少量继承性断层;10.5~0 Ma: 平静沉积,基本没有断裂活动。琼东南盆地东西段构造样式存在明显差异,盆地西部断裂数量较少,单一断层断距大,有利于油气从烃源岩向内部储层运移填充,上部形成良好的盖层,防止油气的逃逸;盆地东段地堑内部发育较多断裂,断裂期次多、组合复杂,沉积盖层厚度薄,不利于油气的保存。基底性质和先存断裂影响着琼东南盆地东、西部的构造演化。     

裂陷盆地断层的形成和演化——目标砂箱模拟实验与认识

摘要 断层的分布、活动和演化是裂陷盆地构造研究的核心,也是其油气勘探的关键。大量高精度的三维地震资料表明裂陷盆地内断层分布组合十分复杂,无法用经典构造地质学理论——Anderson模式作出合理的解释, 现有的模式（叠加模式和斜向伸展模式等）也还没有很好地揭示裂陷盆地断层复杂性的实质和断层形成和演化的内在规律。本文以渤海湾盆地张巨河构造带和北部湾盆地涠西南凹陷两个有高精度三维地震资料覆盖、断层分布与组合十分复杂并富含油气的典型裂陷盆地区为原形,进行了目标砂箱模拟实验,再现了目标区构造的基本特征。砂箱实验所揭示裂陷盆地断裂系统的基本特征是：1）基底先存构造（主要所控制的断层构成了盆地断裂系统的基本格架;2）断层的形成与演化决定于基底先存断裂的取向、区域伸展方向及伸展量。首先形成的是有刚性边界基底先存断裂控制的断层。其次,形成的是薄弱带基底先存断裂控制的断层。继而,形成的是小型基底先存断裂控制的断层。最后,在远离基底先存构造的区域,形成与伸展方向垂直的新生断层。3）伸展作用早期,断层的方位主要决定于基底先存断裂的方位。随着伸展量的增大,受伸展方向的影响越来越大,晚期形成的断层常反映区域伸展作用方向。4）不协调递进伸展变形过程是导致裂陷盆地复杂断层体系的根本原因。上述砂箱模拟实验揭示的裂陷盆地在不协调性伸展作用下断层的形成与演化规律可以利用“不协调性准则”从理论上给予解释,表明在裂陷盆地中具有普遍意义。     

琼东南盆地新生代发育机制的模拟研究

琼东南盆地是南海西北陆缘上一个北东走向的伸展裂陷带,向西与北西走向的莺歌海盆地相接,因此其构造演化包含了较多红河断裂走滑活动的信息。综合地质分析与物理模拟实验,我们发现琼东南盆地的发育既受控于南海北部陆缘的南东向—南南东向伸展作用,而且受到红河断裂左行走滑作用的控制和影响。其中,中央坳陷带主要受控于南东至南南东向的伸展作用;南部坳陷带的发育主要受控于琼东南盆地的伸展及其沿北北西向边界断裂右行走滑作用的构造叠加;而北部坳陷带的发育主要受控于北西向断裂左行走滑作用。红河断裂左行走滑作用可能开始于晚始新世,晚于琼东南盆地的伸展裂陷作用,且早期走滑速率应小于琼东南盆地的伸展速率,早渐新世(T70)以后红河断裂左行走滑速率大于琼东南盆地伸展速率,导致琼盆西段的褶皱反转,以及一组北西—北北西走向张剪断裂的发育。     

琼东南盆地断裂系统特征与演化

在对二、三维地震资料系统解释的基础上,通过不同区域断层分布特征和演化及盆地结构的差异性分析,将琼东南盆地北部坳陷带划分为两个断裂系统(东部断裂系统和西部断裂系统)及8个子系统,并阐述分析了各子断裂系统的断层分布特征和规律。再利用平衡剖面技术,研究分析了琼东南盆地断裂系统的演化阶段和断层的活动期次,确定"长期活动型"、"早衰型"、"中期活动型"(分"中期活动Ⅰ型"和"中期活动Ⅱ型")、"晚成型"等4个系列的断层占主导地位。分析确定琼东南盆地复杂的断裂系统是在先存构造条件下,两期不同方向伸展变形叠加而成,其中南北向伸展的递进变形起主导作用;不同区域先存构造分布和活动的差异是造成琼东南盆地断裂系统复杂性的根本原因。     

二连盆地中生代构造变形主控因素:物理模拟与讨论

二连盆地是中国东北部中生代含油气盆地,与中国东部中生代裂陷盆地之间存在显著的几何学与运动学相似性,根据盆内构造线走向和典型地震剖面构造样式可划分为中央正向裂陷带和周缘斜向裂陷带。尽管前人对盆地中生代构造变形开展了大量研究,但有关同期构造控制因素的认识尚不清晰。为此,研究以二连盆地为原型,设计了3组分别改变伸展速率、伸展方向及同沉积作用的平面沙箱模型。实验结果表明伸展方向控制裂陷内部断层特征;南东向的伸展速率改变深层构造薄弱带的扩展和断裂发育规模;同沉积作用促进基底滑脱层的活动强度,且进一步抑制边界断裂的生长。模拟结果还揭示了伸展方向是该盆地构造变形的主要控制因素;同沉积作用和伸展速率为次要控制因素。同时根据中国东部及邻区典型中生代裂陷盆地的几何学与运动学相似性,认为"南东向伸展"可以提供较好的运动学解释。     

二连盆地早白垩世断陷分布及其与基底构造的关系

二连盆地下白垩统充填在一系列NE-NNE向正断层控制的(复式)地堑、半地堑断陷中,具有陆内裂陷盆地特征。盆地内部的早白垩世断陷以不同方式连接在一起构成3个不同走向的裂陷带(马尼特—乌兰察布正向裂陷带、乌尼特—乌兰察布斜向裂陷带和川井—腾格尔斜向裂陷带),裂陷带周边隆起区也有零星的地堑、半地堑断陷分布。二连盆地的基底经历了加里东期、海西期、印支期和早燕山期多期构造演化,表现为褶皱与基底断裂构成的强变形带和岩浆岩体、微小陆块等弱变形域镶嵌排列、构造线方向多变的不均一特点。二连盆地早白垩世断陷的构造样式和空间分布与基底构造密切相关,基底强变形带发育大量的断陷构成裂陷带,基底弱变形区只发育有零星的断陷。受基底强变形带走向的影响,不同裂陷带的断陷组合形式表现出差异性。马尼特—乌兰察布裂陷带上叠在走向由NE向转为NEE向、向南凸出的东乌珠穆沁—二连弧形褶皱带上,早白垩世断陷多表现为串联、小角度斜列复合型式,属于正向裂陷带;乌尼特裂陷带上叠在NEE向的二连—贺根山深大断裂带(混杂岩带)之上,川井—腾格尔裂陷带上叠在近EW向的温都尔庙—西拉木伦深大断裂带(缝合带)及两侧褶皱带上,裂陷带内部的早白垩世断陷多表现为并联、中—大角度斜列复合型式,属于斜向裂陷带。正向裂陷带内部的早白垩世断陷多为深而狭长的地堑、半地堑,斜向裂陷带内部的早白垩世断陷多为浅而宽阔的地堑、半地堑。上述特征表明二连盆地早白垩世裂陷的分布及其构造样式受基底构造控制。     

下扬子区新生代断陷盆地的构造与形成

为了揭示下扬子海陆全区新生代断陷盆地的构造特征,进而探讨盆地的形成机理,故对研究区的地震、钻井和地质资料进行系统分析,梳理区内的主要构造地质证据,并在时空上进行对比。垂直盆地走向的区域大剖面构造解析显示,下扬子区由陆至海,盆地范围逐步扩大,断陷充填厚度逐渐增厚,结构趋于复杂,表明盆地的拉伸量和伸展强度自西向东呈增大趋势。受下扬子块体近似楔形几何形状与东部侧向挤压的边界条件约束,块体近南北向侧向扩展,块体内区域伸展,前新生代的基底先存断裂复活,诱发区域张裂作用和盆地沉降,断陷盆地形成受基底应力两个基本因素制约。下扬子新生代块体的伸展与郯庐断裂的右旋走滑,均为下扬子块体构造形变的地质响应,其动力学机制可用太平洋板块北西向俯冲进行解释。     

The tectonic evolution of the Qiongdongnan Basin in the northern margin of the South China Sea

Qiongdongnan Basin is a Cenozoic rift basin located on the northern passive continental margin of the South China Sea. Due to a lack of geologic observations, its evolution was not clear in the past. However, recently acquired 2-D seismic reflection data provide an opportunity to investigate its tectonic evolution. It shows that the Qiongdongnan Basin comprises a main rift zone which is 50–100 km wide and more than 400 km long. The main rift zone is arcuate in map view and its orientation changes from ENE–WSW in the west to nearly E–W in the east. It can be divided into three major segments. The generally linear fault trace shown by many border faults in map view implies that the eastern and middle segments were controlled by faults reactivated from NE to ENE trending and nearly E–W trending pre-existing fabrics, respectively. The western segment was controlled by a left-lateral strike-slip fault. The fault patterns shown by the central and eastern segments indicate that the extension direction for the opening of the rift basin was dominantly NW–SE. A semi-quantitative analysis of the fault cut-offs identifies three stages of rifting evolution: (1) 40.4–33.9 Ma, sparsely distributed NE-trending faults formed mainly in the western and the central part of the study area; (2) 33.9–28.4 Ma, the main rift zone formed and the area influenced by faulting was extended into the eastern part of the study area and (3) 28.4–20.4 Ma, the subsidence area was further enlarged but mainly extended into the flanking area of the main rift zone. In addition, Estimates of extensional strain along NW–SE-trending seismic profiles, which cross the main rift zone, vary between 15 and 39 km, which are generally comparable to the sinistral displacement on the Red River Fault Zone offshore, implying that this fault zone, in terms of sinistral motion, terminated at a location near the southern end of the Yinggehai Basin. Finally, these observations let us to favour a hybrid model for the opening of the South China Sea and probably the Qiongdongnan Basin.     

活化断层对加拿大阿萨巴斯卡盆地不整合型铀矿的控制

先存断层的活化对许多热液矿床的形成起到至关重要的作用。加拿大阿萨巴斯卡盆地的不整合型铀矿是一个受活化断层控制矿床的典型例子。该铀矿产于基底与盆地砂岩之间的不整合面附近,并与根植于基底的断层密切相关。这些控矿基底断层切穿并错动了盆地的不整合面。一系列证据表明这些基底断层以韧性的方式形成于盆地之前,但在盆地形成之后又发生脆性活化,而正是这种断层活化作用控制铀矿的产出。先存断层作为完整岩石中的薄弱位置,在后期构造运动中,其活化比产生新断层更容易发生。数值模拟表明在后期挤压构造运动中,有先存基底断层的不整合面被显著错动,而无先存断层的不整合面并没有错动。基底断层的脆性活化,不仅在活化过程中为流体提供了驱动力,而且由于活化导致岩石渗透率的提高,为后期的流体流动提供了通道以及容矿场所,形成阿萨巴斯卡盆地的不整合型铀矿。     

四川盆地：周缘活动主控下形成的叠合盆地

四川盆地位于扬子板块西缘和青藏高原东缘,地震勘探资料等揭示盆地前寒武纪基底保存完整的古俯冲带和地堑-地垒结构,说明盆地基底后期构造活动非常稳定;显生宙以来经历晚震旦世-石炭纪、二叠纪-中三叠世两幕克拉通边缘强拉张-强挤压,而克拉通内弱拉张-弱挤压的构造演化过程,体现出盆地内部稳定性结构沉积演化特征。克拉通内弱拉张初期以海相碳酸盐岩大面积稳定沉积（即震旦系灯影组和二叠系栖霞-茅口组）和随后的风化壳岩溶作用（即桐湾期、东吴期等不整合面）为特征,弱拉张期以拉张槽（如：绵阳-长宁拉张槽和开江-梁平拉张槽等）的形成为典型特征;弱挤压则以古隆起（如：加里东期乐山-龙女寺古隆起、印支期泸州古隆起等）的发育为典型特征。四川盆地晚三叠世后的前陆盆地演化阶段受控于其周缘造山带逆冲推覆构造活动,是现今地貌和构造盆地的主要建造期,形成了四川盆地周缘突变（线型）和渐变（弥散型）两种盆山结构。盆地西边界（龙门山）和北边界（米仓山-大巴山）即是线型突变边界,也是扬子地块（板块）的边界,边界几何形状和扬子板块刚性特征对盆山系统结构-构造特征等有较大的控制作用;四川盆地的东边界（齐岳山-大娄山）和西南边界（大凉山）即是渐变弥散型边界,同时也是板（陆）块内部的边界,它们受控于邻区（盆外）的构造变形和盆内沉积盖层中滑脱层的分布特征。受控于盆地（克拉通）周缘活动,四川盆地垂向上前寒武纪基底与盖层、盖层内早期和晚期构造具解耦特征。基底与盖层构造的解耦有利于盆地内部前寒武纪基底结构构造的保存和盖层内大型隆-坳结构的形成演化;盖层内早期和晚期构造的解耦有利于早期构造免遭后期破环,对深层油气藏的保存意义重大。总之,四川盆地可能是具独特形成过程和特征的叠合盆地新类型,其突出特征表现为周缘活动、内部稳定及早期和晚期构造解耦。     

非洲中部Muglad盆地Fula凹陷断裂特征分析

Muglad盆地是非洲中部的一个中-新生代裂谷盆地,Fula凹陷是其北部的一个富油气凹陷。凹陷的圈闭类型包括断背斜、断鼻、断垒和断块等,均与断裂有关。本文通过地震资料解释,对凹陷内断裂的几何特征和发育期次进行分析,识别出Fula凹陷的主要构造样式,并制作了骨干剖面的构造平衡剖面,恢复了研究区自白垩纪以来的构造演化过程。研究结果表明:Fula凹陷可划分为4个构造层,分别为基底、第一裂陷、第二裂陷和第三裂陷构造层。自下而上,各构造层断裂走向逐渐由NNW转变为NWW。其中,基底构造层发育主干断层,控制Fula凹陷的构造格局;第一裂陷构造层发育大量的次级断层;第二、三裂陷构造层断裂密度变小,断距减小。研究区发育三级断裂,平面上多呈斜列式、平行、“帚状”或“辫状”组合,而剖面上多呈多米诺式、斜列式、铲式扇等组合。其中多数一、二级断裂在Abu Gabra期形成。由各断陷期的伸展速率可知,自白垩纪以来,Fula凹陷的断裂活动强度逐渐减弱。     

苏北盆地金湖凹陷西斜坡构造特征及构造演化

基于苏北盆地金湖凹陷的地质及地球物理资料,根据区域构造演化背景和剖面,描述了该凹陷的构造特征,讨论了该凹陷西斜坡构造演化阶段,并探讨了其构造演化特征。结果表明：金湖凹陷西斜坡地区断裂构造发育,大部分断层弧形弯曲,断层以小级别断层为主,断层组合以拉张型为主,断块圈闭发育;西斜坡在新生代期间的构造演化可划分为斜坡发育阶段（古新世阜宁期）、差异抬升阶段（始新世戴南期一三垛期）、逆冲褶断阶段（始新世三垛期末）、构造稳定阶段（新近纪和第四纪）等4个阶段;新生代构造活动强弱交替,断层活动差异性明显,古新世阜宁期和始新世三垛期断层活动规模和活动强度较大,新生代整体持续西抬东降,有利于聚集来自斜坡东部深部凹陷的油气形成油气藏。     

鄂尔多斯西缘冲断带南段构造特征及其对古生界天然气成藏演化的影响

鄂尔多斯盆地西缘处在阿拉善地块、鄂尔多斯地块及北祁连褶皱带之间的特殊构造位置,因而也是构造-沉积演化特征明显不同于盆地本部的一个复杂构造区。本文试图在西缘南段与盆地本部沉积演化特征对比分析的基础上,结合构造演化与古生界天然气成藏关系的研究,评价优选西缘南段古生界天然气成藏的有利区带和目标。主要形成以下几方面的认识：1）相对盆地本部而言,西缘南段早古生代沉积结束的晚、晚古生代沉积开始的早,表现出拉张、裂陷为主的早期构造活动特征,形成上、下古生界两套有利的成藏组合;中生代（尤其是侏罗纪）以来,则由于受冲断推覆构造活动的影响,西缘南段侏罗系及其后续构造层系的地层厚度在横向上变化较大,各构造层系的厚度差异可达千余米以上;2）西缘南段在大规模冲断推覆构造前即已基本成藏,燕山中-晚期以来的强烈冲断推覆构造,使部分地区古生界地层抬升剥露至近地表附近,导致古生界先成气藏遭受大面积破坏;3）在推覆体系的宽缓向斜区、以及主冲断层下盘的原地岩体中,古生界地层保存相对完整,受断裂破坏程度低,仍具有相对较好的保存条件;4）综合分析认为石沟驿向斜、韦州向斜、红寺堡向斜及银洞子向斜等4个宽缓向斜构造区的上古生界,以及处在惠安堡-沙井子主冲断层下盘原地岩体中的奥陶系台缘相带,是西缘南段古生界岩性圈闭气藏勘探的有利目标。     

楚雄复式盆地演化及形成的动力学机制

楚雄盆地处于中国云南省中部，位于扬子板块西南缘，南西界以红河断裂为界与哀牢山造山带相连，北西界为程海断裂，东边为绿汁江断裂。盆地基底包括结晶基底和褶皱基底双重结构。盆地内发育了中三叠世以后的沉积盖层，西部中三叠世和晚三叠世早、中期为海相沉积，晚期为海陆交互相和陆相沉积；盆地东部为陆相沉积。侏罗—白垩纪整个盆地为巨厚的陆相沉积。楚雄盆地的构造格架分为４个带：（１）哀牢山造山带；（２）褶皱逆冲带；（３）中部沉降带；（４）东部隆起带。盆地形成与演化分为六个阶段：（１）被动大陆边缘沉降阶段；（２）拉张热隆起边缘——裂谷盆地阶段；（３）沟－弧－盆系阶段；（４）残洋－周缘前陆盆地阶段；（５）走滑－拉张盆地阶段；（６）走滑－挤压－改造阶段。楚雄盆地的形成与演化体现了盆地动力学性质转化和复合，在多种动力系统作用下或经过多旋回构造阶段产生了复式盆地