北大港構(gòu)造帶主干斷裂活動性分析

張小龍 ，王 磊

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

斷裂構(gòu)造是地殼上發(fā)育最廣泛的一種地質(zhì)構(gòu)造[1]，斷裂不僅控制凹陷的沉積和發(fā)育，而且影響絕大多數(shù)圈閉的形成和發(fā)展，一些巨大的油氣聚集帶本身就是一個(gè)二級構(gòu)造帶或斷裂帶[2]。因此，一定程度上斷裂決定了油氣的運(yùn)移、聚集、保存等條件。準(zhǔn)確認(rèn)識及分析斷裂活動性，對油氣勘探具有重要意義。

斷裂活動性的研究方法主要包括生長指數(shù)法[3]，滑距分析法[4]，古落差法[5]及斷層活動速率法[6]等。不同的斷裂活動研究方法有其假設(shè)條件和優(yōu)缺點(diǎn)。對于靜止斷裂，上升盤的缺失導(dǎo)致生長指數(shù)無法計(jì)算;滑距分析法雖能反映出斷裂縱向活動分量，但不能體現(xiàn)出斷裂在時(shí)間軸上的強(qiáng)弱變化[7];古落差法對于不同層系、不同傾角斷裂活動強(qiáng)度對比效果差。因此，為了更好的了解斷裂的活動性，本文將綜合運(yùn)用生長指數(shù)、滑距及古落差3種指標(biāo)來研究主干斷裂的活動性。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

歧口凹陷位于黃驊坳陷中北部，古近系含油層系眾多，勘探潛力巨大，是渤海灣盆地中重要的富油氣凹陷[8－9]。北大港構(gòu)造帶是歧口凹陷繼承性發(fā)育的大型潛山構(gòu)造帶，為歧口凹陷的一個(gè)次級正向構(gòu)造單元。其西北有大張坨斷層及劉崗莊斷層與板橋次凹相分，南部有濱海斷層與歧北次凹相隔，與板橋次凹和歧北次凹共同組成“一凸兩凹”的構(gòu)造格局。

北大港構(gòu)造帶是受基底構(gòu)造控制的大型構(gòu)造帶，走向呈NNE向[10。經(jīng)過多期構(gòu)造活動，形成了隆凹相間的構(gòu)造特征，具有南高北低、西高東低的基本地質(zhì)結(jié)構(gòu)。其古近系自下而上依次接受了沙河街組和東營組的較厚沉積。沙河街組可細(xì)分為3個(gè)巖性段，即沙河街組一段、沙河街組二段、沙河街組三段。

北大港構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育較多條斷裂、特征多樣。根據(jù)斷裂對構(gòu)造單元及地層沉積的控制作用，本文以北大港地區(qū)三維地震剖面為主要基礎(chǔ)資料，通過綜合運(yùn)用生長指數(shù)、活動速率和古落差3種指標(biāo)來剖析該構(gòu)造帶內(nèi)三條主干斷層，即邊界斷裂——濱海斷裂、大張坨斷裂、劉崗莊斷裂的活動性。

2 主干斷裂基本特征

北大港構(gòu)造帶內(nèi)斷裂較多，構(gòu)造式樣復(fù)雜多樣，呈現(xiàn)出多樣性的組合特征。濱海斷裂、大張坨斷裂及劉崗莊斷裂為北大港構(gòu)造帶內(nèi)的控沉邊界斷裂，其均為正斷層，走向均為北東向(見表1)，斷裂組合樣式多種多樣。

表1 研究區(qū)主干斷裂要素表

斷裂在平面組合上主要表現(xiàn)為雁列式、帚狀構(gòu)造等。劉崗莊、大張坨及其次級斷裂沿NE向的排列則為雁列式組合;帚狀構(gòu)造樣式在北大港構(gòu)造帶東段表現(xiàn)最為明顯。在剖面上，主要表現(xiàn)為平面式、鏟式或坡坪式等特征[11]，并以鏟式為主;斷裂組合上可劃分出“Y”型、階梯型、“人”字型、地塹型等。其中Y字型組合在研究區(qū)最為常見，在單斷箕的緩坡靠近主干斷裂常常發(fā)育，如劉崗莊斷裂、濱海斷裂的東部等[12]。

2.1 濱海斷裂

濱海斷裂位于北大港構(gòu)造帶東南翼，是一條切穿整個(gè)沉積蓋層段至結(jié)晶基底的深大斷裂，為該區(qū)內(nèi)最大的控制沉積斷裂。其走向?yàn)楸睎|向，傾向南東向。平面上，南起翟莊子，北至港15井附近，呈北東向展布，延伸范圍較廣;剖面上，濱海斷裂斷面上陡下緩，呈鏟式，由淺層到深層，斷裂傾角從55°過渡到30°左右。上盤主要發(fā)育了“Y”字型組合，下盤斷裂不太發(fā)育。

2.2 大張坨斷裂

大張坨斷裂是發(fā)育在北大港構(gòu)造帶北翼的正斷層，其南部與劉崗莊斷裂相繼接，為北大港凸起的北部邊界斷裂。其延伸長度約為23 km，平面走向?yàn)楸睎|向。斷面傾向北西向，斷層傾角上陡下緩，斷層面呈犁式，上盤發(fā)育反向正斷層，基本上組成“Y”字型，下盤少量次級斷層形成斷階式組合。斷層在南北兩端均為帚狀斷裂體系，并相應(yīng)控制了有關(guān)構(gòu)造。

2.3 劉崗莊斷裂

劉崗莊斷層位于北大港構(gòu)造帶與沈青莊潛山的分界線上，為北大港構(gòu)造帶北側(cè)的分界斷裂。其走向?yàn)楸睎|向，傾向?yàn)楸蔽飨?，斷層面上陡下緩，呈犁式。剖面組合形式主要以“Y”型為主。

3 主干斷裂活動性分析

北大港構(gòu)造帶構(gòu)造背景比較復(fù)雜，斷裂較多，構(gòu)造帶的構(gòu)造格局、沉積演化均與這些斷裂的活動有關(guān)，同時(shí)這些斷裂的持續(xù)活動也為后期的油氣運(yùn)移提供了有利的通道。因此，研究該構(gòu)造帶內(nèi)斷裂的活動性具有重要的意義。

本文研究主要采用斷裂生長指數(shù)、斷裂滑距及古落差3種參數(shù)來定量研究北大港構(gòu)造帶內(nèi)3條主干斷裂的活動性。針對本區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征，為了更好的研究斷裂的活動特征，利用選取12條垂直于斷層走向方向的地震剖面，進(jìn)行時(shí)－深關(guān)系轉(zhuǎn)換，并對沉積地層進(jìn)行了剝蝕厚度校正和壓實(shí)校正，經(jīng)過計(jì)算得到了研究區(qū)內(nèi)3條主干斷裂的生長指數(shù)、斷裂滑距和古落差。

3.1 濱海斷裂的活動性

從濱海斷裂的生長指數(shù)圖(見圖1)可以看出，濱海斷裂是一條切穿沙三段至東營組的同沉積斷層。其中沙一期的生長指數(shù)較大，反映出此時(shí)期斷裂的生長速度較大。濱海斷裂古落差圖(見圖2)顯示，其活動性在同一時(shí)期不同區(qū)段或不同時(shí)期同一區(qū)段的差別都較大。濱海斷裂自沙三期開始，活動性較強(qiáng)，平均古落差為187 m;至沙二期，活動性減弱，平均古落差僅為44 m;而后至沙一期，活動性極劇增強(qiáng)，達(dá)到峰值，平均古落差達(dá)245 m;東營期，活動性有所減弱，平均古落差為112 m。總體來看，濱海斷裂具有幕式活動特點(diǎn)，沙三期和沙一期為兩個(gè)活動高峰期。

圖1 濱海斷裂生長指數(shù)

綜合分析濱海斷裂生長指數(shù)及古落差，通過對比發(fā)現(xiàn)，圖2中測線7處的平均古落差最大，換言之，其活動性最強(qiáng)，而這與圖1中測線5反映出的斷裂活動性最強(qiáng)不符。分析認(rèn)為，測線7處，斷裂活動劇烈，斷裂的上盤和下盤同時(shí)沉降，都接受厚度較大的沉積，造成了古落差增大，而生長指數(shù)確并非最大。

圖2 濱海斷裂古落差

3.2 大張坨斷裂的活動性

從大張坨斷裂的活動性可以看出(見圖3、圖4)，大張坨斷裂從沙三期開始發(fā)育并繼承性活動。整體來看，大張坨斷裂具有明顯的分段性，整個(gè)沙河街期該斷裂東、西分段明顯，在橫向上東部的活動性比西部活動性強(qiáng);發(fā)育時(shí)限上，從沙三期至沙一期，斷裂活動性依次增強(qiáng)，至沙一期達(dá)到最大，而后東營期有所減弱。根據(jù)測線1至測線6，可以看出，大張坨斷裂滑距和古落差具有較好的正相關(guān)性，即斷層滑距增加或減小的同時(shí)，古落差隨之增大或變小。同時(shí)，大張坨斷裂滑距圖和古落差圖都反映出沙一期和東營期為活動高峰期，其中沙一期達(dá)到最大。

圖3 大張坨滑距

圖4 大張坨古落差

3.3 劉崗莊斷裂的活動性

從劉崗莊斷裂的活動性可以看出(見圖5、圖6)，劉崗莊斷裂從沙三期發(fā)育并繼承性活動。根據(jù)圖5中測線7處的生長指數(shù)顯示，從沙三期至沙一期，劉崗莊斷裂基本不活動，直至東營期，才開始活動，這與圖6中測線7處滑距指標(biāo)的反映相一致。東營期，測線7處斷裂才開始活動，其滑距僅為91 m。從測線8處到測線11處，劉崗莊斷裂在沙三期至東營期一直活動，其活動性差異較大。測線12處，其所反映的斷裂活動性與測線7處相當(dāng)，僅在沙一期斷裂才有活動，其滑距為285 m。

圖5 劉崗莊生長指數(shù)

圖6 劉崗莊滑距

從整體來看，劉崗莊斷裂的生長指數(shù)指標(biāo)與滑距指標(biāo)具有較好的吻合性。兩種指標(biāo)都反映出劉崗莊斷裂自西向東活動性減弱。其中沙三期和沙一期為斷裂活動高峰期，其中沙一期斷裂滑距達(dá)到最大，最高可達(dá)747 m。而劉崗莊斷裂在沙二期和東營期活動性普遍較小，甚至不活動。根據(jù)測線7處和測線12處斷裂的活動性，分析認(rèn)為，沙三期，劉崗莊斷裂主體開始發(fā)育，至沙一期，北大港構(gòu)造帶經(jīng)歷較大的構(gòu)造活動，斷裂活動劇烈，劉崗莊斷裂向西生長延伸至測線12處。東營期，斷裂在測線12處不再活動，向東卻延伸至測線7處，但活動量較小。

4 主干斷裂活動特點(diǎn)

歧口凹陷新生代主要斷裂的活動表現(xiàn)出分段性、遷移性、旋回性和長期性四大特點(diǎn)[13]。根據(jù)上述研究分析，通過對同一時(shí)期不同斷裂和不同時(shí)期同一斷裂活動特征研究可知[14]，這四大特點(diǎn)在濱海、大張坨、劉崗莊三條主干斷裂上均有所體現(xiàn)。

斷裂的分段性是指在同一時(shí)期主斷裂不同區(qū)段活動時(shí)間、活動強(qiáng)度等不同。從圖2可以看出，濱海斷裂中段的活動性較東西兩段的活動性要強(qiáng);從大張坨斷裂活動性來看，其東部的活動性比西部的活動性強(qiáng)，具明顯分段性。

遷移性是指各斷裂的活動強(qiáng)度沿北東向發(fā)生有規(guī)律的變化。該特點(diǎn)在同一斷裂的不同區(qū)段的活動上均有所顯示。大張坨斷裂的活動強(qiáng)度表現(xiàn)為向NE遷移的特點(diǎn)，而劉崗莊斷裂的活動強(qiáng)度則表現(xiàn)為向SW遷移。

旋回性是指斷裂的活動強(qiáng)度表現(xiàn)為由弱到強(qiáng)再到弱的特點(diǎn)。該特點(diǎn)在濱海、大張坨、劉崗莊3條主干斷裂上均有所表現(xiàn)。沙三期，各斷裂開始活動，活動量達(dá)到一個(gè)峰值;隨后沙二期活動性大大減弱;至沙一期時(shí)，各斷裂活動性又顯著增強(qiáng)，并達(dá)到最大值，東營期又開始減弱。

長期性則表現(xiàn)在，濱海斷裂、大張坨斷裂及劉崗莊斷裂自沙三期開始一直表現(xiàn)為同沉積活動特點(diǎn)，歧口凹陷內(nèi)主要斷裂均具有長期活動的特點(diǎn)[12]。

5 結(jié)語

(1)斷裂活動性研究方法較多，但其各有假設(shè)條件和優(yōu)缺點(diǎn)，運(yùn)用單一指標(biāo)往往不能反映斷裂活動的實(shí)際情況，本文采用生長指數(shù)、滑距及古落差三種指標(biāo)綜合分析，能較好反映出北大港構(gòu)造帶內(nèi)三條主干斷裂的活動性。

(2)濱海、大張坨、劉崗莊3條主干斷裂均為北東向的正斷層，剖面上的形態(tài)以鏟式為主，剖面組合形式以“Y”型最為常見。

(3)研究區(qū)內(nèi)3條主干斷裂活動各不相同，但活動性均以沙一期最強(qiáng)，其次為沙三期。

(4)各主干斷裂均表現(xiàn)出分段性、遷移性、旋回性和長期性四大特點(diǎn)。

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