晚新生代以来天山南、北麓冲断作用的定量分析

利用地表地质、二维地震和钻、测井资料建立了两条横穿天山南、北麓库车河地区和金钩河—安集海河地区的构造剖面,从几何学和运动学的角度探讨新生代以来不同序次台阶状逆断层及其相关褶皱的叠加过程、以及叠加过程中断层形态、褶皱形态与位移量之间的定量关系。生长地层和生长不整合分析表明,上新世早期(4.2～5Ma)可能是天山南、北麓新生代冲断褶皱的主要形成期,发育自天山内部的台阶状逆断层在向两侧沉积盆地扩展过程中形成多个滑脱面和断坡,断层位移在断坡位置引发褶皱变形,从而形成南北方向背斜带成排分布的构造格局。在天山南麓库车河剖面中,控制库车地区构造变形的三条台阶状逆断层位移量分别为5.7km、6.3km和18km,它们的活动时代由老到新,而位移量却逐渐增大,反映新生代以来天山南麓的冲断作用可能存在一个加速的过程。按上述数值计算,渐新世(23Ma)以来的缩短速率为1.3mm/a,上新世(5.2±0.2Ma)以来的缩短速率为3.6mm/a。在天山北麓金钩河—安集海河剖面中,山前深部楔形体内的断层位移量为16.9km,但只有6km的位移量沿中上侏罗统西山窑组煤层内的滑脱面向北传递至第二排背斜带,而至第三排背斜带,位移量已递减为0.22～0.29km。以上新世早期(4.2～5Ma)作为构造活动时间,计算出该剖面上、下构造层上新世以来的缩短速率为2.6～3.1mm/a和3.8～4.5mm/a,其中下构造层内的山前深部楔形体、霍尔果斯深层背斜和安集海背斜的缩短速率分别为3.9～4.6mm/a、1.2～1.4mm/a和0.04～0.38mm/a,这说明由于断层位移量在向北传递过程中不断被褶皱作用吸收或沿反冲断层向南消减,各排背斜带的变形强度由南向北依次减弱。     

北天山北缘构造剖面测量及多期构造变形

天山北缘为典型的大陆内部活动构造特征,发育准噶尔盆地南缘逆冲带,主要表现为新生代时期形成的多排平行山体的背斜和逆冲断层。为了详细研究该区主要构造变形特征和变形形成时间,2005年我们对天山北缘进行了详细的地表地质剖面测量,之后进行了多年地表地质区域调查,落实了关键砾岩地层时代,充分结合卫星遥感影像资料、二维三维地震剖面和钻井测井资料,应用断层相关褶皱理论,完成了一条近SN向的长度50 km的金钩河-安集海河构造地质大剖面。野外观察和地质测量以及生长地层和生长地层不整合分析表明,安集海深层背斜初始形成时间为中新世早期,在第四纪西域组（Q1x）、乌苏群(Q2)和第四纪中晚期(Q4)最终定型的浅表背斜,深层为断层转折褶皱和中浅层反冲的楔形构造叠加组合而成;霍尔果斯深层背斜初始形成时间为中新世晚期,在第四纪中晚期Q4最终定型,构造样式为深层断层转折褶皱、中深层楔形构造和浅层断层扩展背斜叠加组合而成。区域地质调查发现一条近东西走向285°,发育在中生界地层的准南走滑断层,该断层位于准南边界逆冲断裂以北,形成时间最晚（Q4）。根据准南安集海背斜、霍尔果斯背斜和准南边界逆冲断裂初始形成时间,可以认为准南构造初始逆冲次序为后展式,然后整个逆冲带从第四纪早期西域组晚期开始一直活动到现今。     

构造楔形体的识别与勘探——以准噶尔盆地南缘为例

构造楔形体的形成需要两个条件,一是两条相互连接的断层,二是这两条断层的位移传递方向相反。当反向传递的位移量切割了上覆地层,通常在楔形体前翼形成具指示意义的背斜构造,此类背斜可作为判断深部构造楔形体存在的直接依据。准噶尔盆地南缘3排背斜内带的构造楔形体模式非常典型,并表现为“混序”的特征。在山前深部楔形体沿侏罗系西山窑组煤层向北扩展过程中,部分位移量沿构造楔顶部的反冲断层向南消减,并切割上覆地层形成第一排背斜带,另一部分位移量则继续向北传递,在断坡位置引发褶皱变形,形成第二排和第三排背斜带。在总位移量保持稳定的前提下,这3排背斜带在走向上的此消彼长反映了位移量在南、北两个方向上的转换。准噶尔盆地南缘第二、三排背斜带中-新生界内部发育多个小型的构造楔形体,这些互相叠置的楔形构造横向延伸不大,但有可能构成独立的成藏系统,具有不同的油气水特征,从而造成同一个背斜带不同部位的含油气性迥异。在油气勘探中应通过加强地震采集、处理和解释攻关,力求精细刻画各个楔形构造在三维空间的展布,再针对已落实的楔形体展开钻探。     

龙门山前陆褶皱冲断带的平衡剖面分析

对龙门山前陆褶皱冲断带形成的正反转构造过程有过许多分析 ,但明显缺乏直接的证据和定量的分析。本文在地层资料分析的基础上 ,借助平衡剖面分析验证龙门山形成的正反转构造过程 :志留纪至中三叠世受多条倾向北西的同沉积断裂控制 ;晚三叠世以来遭受北西—南东向挤压、抬升和剥蚀 ,形成逆冲推覆构造。在晚三叠世和新生代的两期板块碰撞的影响下 ,龙门山产生了两期褶皱冲断作用 ,但在南、北两段表现出显著不同的变形过程。龙门山北段表现为复杂的逆冲推覆构造 ,能明确划分出两期构造变形 ,晚三叠世的变形强烈 ,缩短率达 31.7% ;而新生代的变形较弱 ,缩短率仅为 10 .5 %。南段则表现出基底卷入的叠瓦状冲断的特点 ,主要体现新生代的构造变形 ,晚三叠世的构造变形基本上被改造 ,南段整体缩短率达 2 6 .2 %。     

低幅度构造天然气成藏的闭合度下限探讨——以柴达木盆地三湖地区为例

在一定条件下,构造圈闭只有达到一定的闭合高度,气水才能有效地分离,当达到一定含气饱和度和储量规模后便形成天然气藏,因而,必然有一个成藏闭合度的下限值。该值受储层物性、盖层条件、储盖配置情况、圈闭形态和规模、水动力强度和方向等多种因素的影响,故因地而异。柴达木盆地东部三湖地区的研究表明:1)根据储层毛细管压力曲线计算天然气成藏的最小气柱高度可间接得到最小成藏幅度,不同的储层对应不同的闭合度下限,从1m至上百米不等;2)根据盖层的封闭能力计算盖层封闭的最大气柱高度可从几十米到上百米,每种类型的储层成藏的闭合度下限始终小于盖层所能封闭的最大气柱高度,因此盖层不是制约闭合度下限的因素;3)在特有的水动力条件下,如果不考虑其它因素,成藏的闭合度下限与圈闭短轴半径的关系可以涩北气田为例,与其圈闭面积相当的构造圈闭,闭合度必须大于25m才能构成气藏。据此认为储层条件和圈闭规模是该区天然气成藏下限的主要制约因素。确定低幅度构造圈闭天然气成藏的闭合度下限对今后寻找低幅度构造圈闭具有重要意义。     

中国前陆盆地构造地质基本特征及其控制下的油气分布

在综述前人认识的基础上,通过对中国前陆盆地的沉积充填特征、演化历程、构造成因及其空间分布规律、构造变形特征等的宏观研究和重点解剖,总结出中国前陆盆地构造地质的主要特征:(1)垂向上,前陆盆地表现出两种不同性质的原型盆地在正反转构造背景下的盆地构造层序相叠置;(2)平面上,分布在中国大陆内的前陆盆地或冲断带受统一的印度—欧亚两个大陆板块间的碰撞作用,形成构造变形的时空分布规律有序的环青藏高原巨型盆山体系;(3)时间上,不仅存在新近纪以来的喜马拉雅运动控制的再生前陆盆地,而且显生宙以来中国大陆共发生了4期前陆盆地或冲断构造的演化过程;(4)成因上,受青藏高原向北、向东的隆升挤压,基于小克拉通拼贴后的不均一陆内基底结构,古造山带继承性复活,在其前缘发育再生前陆盆地或前陆冲断带;(5)变形样式上,由于受边界力学条件和沉积地层介质的共同控制作用,可以将前陆冲断带的构造变形样式分为4类。正是因为上述地质构造的特殊性,决定了油气聚集与分布的规律性和勘探的复杂性。油气分布的规律性主要体现在:(1)油气相态分布的有序性;(2)成藏条件配置的有效性;(3)含油气目的层分布的空间有序性;(4)多期成烃、晚期成藏的普遍性。油气勘探的复杂性表现在:(1)4期前陆盆地和冲断带含油气地质特征的差异;(2)含油气层系与油气藏的改造与破坏;(3)陆相盆地的不均一导致储层相变大;(4)前陆冲断构造变形的复杂增加了圈闭落实的难度。     

断裂分维值对矿产资源预测的指示意义

应用分形几何的原理,采用数盒维法计算了西藏地区（Ｄ＝１．７８４）及其内部羌塘（Ｄ＝１．２１７）、比如盆地西部（Ｄ＝１．２２７）、措勤（Ｄ＝１．２９７）三个油气勘探区和三江金属矿产勘探区（Ｄ＝１．８２０）的断裂分维值。分别与四川盆地含油气区,江西德兴和湘中金属矿产区的断裂分维值比较,发现含油气区的断裂分维值大致介于１〈Ｄ〈１．２４,明显低于整个区域断裂分维值,Ｄ值越小,越有利于油气成藏;金属矿产区Ｄ;D>l 80左右,大于整十区域分维质,D值越大,矿床规模越大。此预测了羌塘、比如盆地西部具备含油气区的构造条件．三江地区的构造情况利于形成大规模金属矿床。     

龙门山冲断带北段前锋带新生代构造变形

龙门山北段前锋构造的地震剖面解释和前缘盆地内沉积地层的磁组构研究表明前锋构造中发育两期构造挤压作用,即整体强烈的晚三叠世变形和由北向南逐渐减弱的弱新生代构造变形。受这两期构造挤压作用的控制,龙门山北段前锋构造中发育上、下两套构造层,地表构造为晚三叠世时期形成,而深部隐伏构造则形成于新生代。北部的矿山梁和天井山构造几何学上表现为一个双重构造,浅层是一个晚三叠世形成的断层转折褶皱;深层是新生代形成的多个逆冲岩片叠置所构成的隐伏堆垛背斜;南部的青林口和中坝构造主体表现为叠瓦状逆冲,前锋构造是断层转折褶皱和断层传播褶皱。新生代构造冲断位移量以及造成早期构造抬升由北向南逐渐减小,反映新生代变形强度由北向南的减弱。磁组构研究表明新生代变形从龙门山冲断带边缘到盆地内部,磁组构从铅笔状磁组构到初始变形磁组构并逐渐过渡到沉积磁组构。由南向北磁组构由初始变形磁组构转变为铅笔状磁组构,说明应变越来越强,从而进一步证明了龙门山前锋新生代构造的弱变形作用和变形强度的北强南弱分布特征。     

基于地层力学结构的三维构造恢复及其地质意义

三维构造恢复不仅可以验证构造解释在三维空间的一致性,也可用于计算构造内部的应变状态,确定构造位移变化路径及地层力学结构对构造生长过程的影响。在Gocad三维平台上综合遥感、地震和钻井等资料,建立准噶尔盆地南缘主要勘探目的层古近系古新统—始新统紫泥泉子组(E1-2z)的面模型和霍尔果斯深层背斜的体模型,并在体模型的三维域中设置剪切模量、拉梅常数以及岩层密度,以求真实反映实际地层力学结构。在此基础上利用基于Gocad平台开发的三维构造恢复插件对两者开展恢复试验。面模型恢复结果表明,准噶尔盆地南缘山前逆冲断层上盘的恢复应变椭球长轴多呈北西方向,与该位置天山山体和山前断裂带走向斜交,这一特征印证了晚新生代以来的斜向挤压作用。但在山前第二排背斜带东西300km的范围内,恢复应变椭球长轴由霍尔果斯背斜处的近南北逐渐向东西两侧的北北东向和北西向过渡,揭示出深部隐伏断裂可能具有前陆地区典型的弧形冲断特征。体模型恢复结果表明,霍尔果斯深层背斜内部的应变状态与其所经历的运动学过程并没有显著的对应关系,恢复应变分布主要受相邻地层之间力学结构的差异控制,这就导致同一断块不同地层内部的应变状态具有不同的分布特征。在石油勘探开发领域,针对圈闭范围小尺度构造的恢复应变计算可用于构造裂缝性质、方位和分布的预测。     

环青藏高原盆山体系东段新构造变形特征——以川西为例

介于扬子板块与青藏高原之间的川西前陆冲断带是环青藏高原盆山体系东段的重要组成部分,它是研究喜马拉雅构造运动对青藏高原东缘沉积盆地构造作用的重要场所。本文分别选取川西南段、川西北段和川北西段米仓山前的区域构造地质剖面来研究沉积地层在喜马拉雅运动中发生的构造变形特征。通过前陆冲断构造变形带的宽度、水平缩短量,山体隆升、盆地沉降,新构造对早期古构造的叠加与改造关系的研究,揭示出在环青藏高原盆山体系内,造山带与盆地边缘的冲断构造变形从造山带向克拉通盆地内扩展的同时受欧亚大陆与印度板块碰撞及其远程效应的空间位置限制,靠近青藏高原的川西南段到远离它的川北西段,新构造变形强度、新构造变形范围、盆山耦合程度具有依次降低等特征。这种受环青藏高原盆山体系控制的前陆冲断带构造变形具有明显的资环效应,特别是对油气资源的聚集与分布有重要的影响,控制了川西南段晚期次生气藏发育,川西北段和川北西段的早期原生气藏的发育。