何洪春, 龍　偉, 李　應(yīng), 屈曉艷

楊淵宇4, 應(yīng)文峰1,5, 杭文艷1, 李忠權(quán)1

(1.國(guó)土資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)) ，成都 610059；

2.密蘇里科技大學(xué) 地質(zhì)與地球物理學(xué)院，美國(guó) 615401；

3.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心 四川總隊(duì)，成都 610052；

4.中國(guó)石油西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700；

5.中國(guó)石油西南油氣田分公司 成都 610041)

?

二連盆地賽漢塔拉凹陷斷裂的生長(zhǎng)演化特征

何洪春1, 龍偉1, 李應(yīng)2, 屈曉艷3

楊淵宇4, 應(yīng)文峰1,5, 杭文艷1, 李忠權(quán)1

(1.國(guó)土資源部構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)) ，成都 610059；

2.密蘇里科技大學(xué) 地質(zhì)與地球物理學(xué)院，美國(guó) 615401；

3.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心 四川總隊(duì)，成都 610052；

4.中國(guó)石油西南油氣田分公司 川西北氣礦，四川 江油 621700；

5.中國(guó)石油西南油氣田分公司 成都 610041)

[摘要]根據(jù)地震資料、沉積格局分析和最大位移-長(zhǎng)度擬合圖、位移-距離曲線，探討了二連盆地賽漢塔拉凹陷的斷裂生長(zhǎng)演化特征，并分析其與油氣的關(guān)系。結(jié)果表明，賽漢塔拉凹陷邊界斷裂在阿爾善組沉積期分為3段獨(dú)立生長(zhǎng)，騰一段沉積期，南、中2段發(fā)生連接；騰二段沉積期，整個(gè)斷層完成連接。Ⅱ級(jí)斷裂平面上呈斜列展布，構(gòu)成分段連接樣式，主要經(jīng)歷了獨(dú)立生長(zhǎng)階段、軟連接階段和軟連接復(fù)雜化階段。斷裂生長(zhǎng)演化過(guò)程中形成的變換構(gòu)造帶發(fā)育儲(chǔ)集性能好的儲(chǔ)集層，再配以斷層連接作用形成的生油巖、蓋層和圈閉，從而形成有利的油氣聚集區(qū)。

[關(guān)鍵詞]斷裂；生長(zhǎng)演化；油氣聚集；賽漢塔拉凹陷；二連盆地

正斷層的一個(gè)顯著特點(diǎn)是斷層位移量逐漸變化[1]。一般地，這與斷層分段生長(zhǎng)和/或連接過(guò)程有關(guān)[2]。Peacock等將斷層生長(zhǎng)連接階段劃分為獨(dú)立生長(zhǎng)階段、軟連接階段、軟連接復(fù)雜化階段和硬連接階段4個(gè)階段[3]。斷層分段連接過(guò)程中常發(fā)育變換構(gòu)造，控制油氣的聚集和成藏[4,5]。賽漢塔拉凹陷是二連盆地重要的油氣產(chǎn)區(qū)和有利探區(qū)之一，該凹陷油氣資源豐富、勘探潛力大。前人對(duì)賽漢塔拉凹陷沉積及層序地層的研究成果豐富，但對(duì)構(gòu)造特征的研究甚少[6-9]。隨著研究工作的逐步深入，目前已認(rèn)識(shí)到賽漢塔拉凹陷斷裂構(gòu)造存在分段現(xiàn)象，其生長(zhǎng)演化已受到重視[10,11]；而二連盆地其他凹陷也存在斷裂分段現(xiàn)象。針對(duì)賽漢塔拉凹陷斷裂構(gòu)造的生長(zhǎng)演化特征進(jìn)行深入研究，對(duì)指導(dǎo)二連盆地相似凹陷的油氣勘探具有重要意義。

1地質(zhì)背景

二連盆地大地構(gòu)造位置處于中朝板塊與西伯利亞板塊之間的中亞造山帶的東段[12-15]。賽漢塔拉凹陷位于二連盆地西南部，是騰格爾拗陷中面積最大的凹陷。賽漢塔拉凹陷走向北東，總體呈舒緩的“S”形，其西北側(cè)緊鄰蘇尼特隆起，東接查干諾爾凸起，南為溫都爾廟隆起(圖1)。

圖1　賽漢塔拉凹陷構(gòu)造位置圖Fig.1　Tectonic setting of Saihantala sag

賽漢塔拉凹陷的沉積地層可劃分為同裂谷期、斷拗轉(zhuǎn)換期和后裂谷期3個(gè)構(gòu)造-地層層序，其中同裂谷期地層包括侏羅系、下白堊統(tǒng)阿爾善組(K1ba)和騰格爾組第一段(K1bt1)，斷拗轉(zhuǎn)換期地層包括騰格爾組第二段(K1bt2)和賽漢塔拉組(K1bs)，后裂谷期地層包括上白堊統(tǒng)二連組(K2e)和古近系(圖2)。

2斷裂幾何學(xué)特征

賽漢塔拉凹陷發(fā)育張扭應(yīng)力為主的伸展斷裂體系，斷裂之間的應(yīng)變和位移由“變換構(gòu)造”調(diào)節(jié)。變換構(gòu)造是指發(fā)生在斷層之間的應(yīng)變和位移的過(guò)渡變化，可分為2種狀態(tài)：連續(xù)狀態(tài)如軟連接，非連續(xù)狀態(tài)如硬連接[3]。

圖2　賽漢塔拉凹陷地層序列及構(gòu)造-沉積演化圖Fig.2　Stratigraphic sequence and tectonic-sedimentary evolution in the Saihantala sag(據(jù)文獻(xiàn)[16]略作修改)

錫林?jǐn)鄬邮前枷輺|側(cè)Ⅰ級(jí)控邊斷層，控制賽漢塔拉凹陷內(nèi)部的地層分布和構(gòu)造格局，斷面西傾，傾角45°~60°，呈“S”形展布，分為南、中、北3段，走向自南至北由北東轉(zhuǎn)北北東再轉(zhuǎn)向北東，走向變化處形成變換構(gòu)造。扎布斷層、賽四斷層、賽21井東斷層是凹陷的3條Ⅱ級(jí)控帶斷層，平面上表現(xiàn)為分段斜列特征，斷層疊覆部位由變換構(gòu)造調(diào)節(jié)(圖1)。剖面上表現(xiàn)為斷面上陡下緩、斷距上小下大的正斷層(圖3)。

3斷裂生長(zhǎng)演化特征

圖3　賽漢塔拉凹陷AA′剖面解釋Fig.3　Interpretation of AA′ profile in the Saihantala sag剖面位置見圖1

斷層在生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)與鄰近斷層發(fā)生相互作用。Peacock等(1991)將斷裂生長(zhǎng)演化劃分為4個(gè)階段[3](圖4)：第一階段，斷層獨(dú)立生長(zhǎng)，單條斷層位移剖面為鐘形，2條斷層斷錯(cuò)處位移為0。第二階段，斷層逐漸靠近，發(fā)生相互作用，兩者之間的位移由傳遞斜坡調(diào)節(jié)；靠近疊覆處，各斷層位移梯度變陡；在疊覆處，斷層總位移最小(軟連接階段)。第三階段，相互作用斷層之間出現(xiàn)連鎖斷層，但這些斷層不是主導(dǎo)變換構(gòu)造演化的主要因素，傳遞斜坡等變換構(gòu)造被破壞。第四階段，相互作用的主干斷層被新生斷層連接，主干斷層位移通過(guò)新生斷層傳遞，且在連接位置處斷層位移最小(硬連接階段)。

圖4　斷層演化階段及相應(yīng)的位移-距離Fig.4　Diagrams showing stages of offset development and corresponding displacement distance (據(jù)文獻(xiàn)[3]修改)

3.1斷裂生長(zhǎng)模型

目前，斷層形成及生長(zhǎng)的2個(gè)概念模型被廣泛接受。一個(gè)模型為單條斷層簡(jiǎn)單生長(zhǎng)位移模型[17-19]，另一個(gè)模型為斷層分段連接生長(zhǎng)模型[2,3,20]。

選擇阿爾善組底界、騰一段底界、騰二段底界、賽漢塔拉組底界等不同級(jí)別和不同連接程度的斷層總共約130條，分別讀取最大垂直斷距(dmax)和斷層長(zhǎng)度(l)，并用斷層長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行歸一化處理。取對(duì)數(shù)后擬合，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在以下關(guān)系

lgdmax=1.0162 lgl-0.2833

方差R2=0.97，擬合程度高，擬合系數(shù)為1.0162，約等于1，這一關(guān)系接近于Cowie等提出的斷層生長(zhǎng)模式(圖5)。該模式認(rèn)為d與l為線性關(guān)系[19]；但實(shí)際上，斷層在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，其位移與長(zhǎng)度比值往往不在Cowie等提出的生長(zhǎng)擬合線范圍之內(nèi)。Cartwright認(rèn)為這是斷層連接導(dǎo)致的[2]：軟連接階段，斷層相互作用，應(yīng)力增加導(dǎo)致位移突然增大，而長(zhǎng)度幾乎不變，故dmax/l比值較大，落在擬合線以上區(qū)域；硬連接階段，分段斷層連接成為更大尺度的斷層，斷層長(zhǎng)度突然增大，而位移幾乎不變，因而dmax/l比值偏小，落在擬合線以下區(qū)域。

盡管斷層連接使得位移模式更加復(fù)雜，但斷層位移模式仍可揭示斷層的生長(zhǎng)連接過(guò)程。分析表明，賽漢塔拉凹陷dmax/l>1，可能是在被分析的斷層中軟連接的斷層要多于硬連接的斷層。為此，需要對(duì)斷層的生長(zhǎng)演化過(guò)程進(jìn)一步分析。

圖5　賽漢塔拉凹陷斷層最大位移和斷層長(zhǎng)度擬合圖Fig.5　Fitting chart of fault maximum displacement and length in the Saihantala sag

3.2邊界斷裂的生長(zhǎng)演化

在斷陷盆地中，正斷層的發(fā)育對(duì)沉積格局具有重要的控制作用，因此，沉積格局的變化是反映斷層生長(zhǎng)演化的重要證據(jù)[21-23]。

錫林?jǐn)鄬邮琴悵h塔拉凹陷的東部邊界斷裂，其分段與連接作用明顯控制凹陷的沉積格局。

阿爾善組沉積期，錫林?jǐn)鄬臃譃槟隙巍⒅卸魏捅倍危?段獨(dú)立生長(zhǎng)，在其上盤各控制一個(gè)沉積中心(圖6-A)。騰一段沉積期，錫林?jǐn)鄬拥哪隙魏椭卸伟l(fā)生相互作用，其沉積中心也合并為一個(gè)，北段仍然獨(dú)立生長(zhǎng)，控制北部沉積中心(圖6-B)。騰二段沉積時(shí)期，整個(gè)邊界斷層發(fā)生連鎖作用，控

制一個(gè)沉積中心，且沉積厚度明顯增大，說(shuō)明斷層活動(dòng)強(qiáng)度大(圖6-C)。至賽漢塔拉組沉積期，斷層活動(dòng)進(jìn)入平靜期，湖盆萎縮。

3.3Ⅱ級(jí)斷裂的生長(zhǎng)演化

位移-距離關(guān)系是目前研究斷層相互作用的常用方法[3,24]。位移-距離曲線以沿?cái)鄬幼呦驕y(cè)得的距離為橫坐標(biāo)，以該點(diǎn)的位移量為縱坐標(biāo)，將斷層位移和距離數(shù)據(jù)投點(diǎn)連線而得，主要反映斷層沿走向的位移變化。

通過(guò)研究凹陷內(nèi)主要Ⅱ級(jí)斷層的位移-距離關(guān)系，分析不同區(qū)段、不同層系斷層的生長(zhǎng)演化過(guò)程(圖7)。

阿爾善組沉積時(shí)期，凹陷內(nèi)主干斷層活動(dòng)較強(qiáng)，位置上發(fā)生疊覆，但相互之間的位移并不受影響，斷層獨(dú)立生長(zhǎng)。扎布斷層顯示為分支斷層，是由2條斷層發(fā)生硬連接形成的，連接處局部最小位移值33 m。賽四斷層位移剖面顯示為3段，南西段和中段發(fā)生硬連接形成了分支斷層，分支斷層與北東段發(fā)生軟連接，對(duì)應(yīng)局部最小位移值32 m。賽21井東斷層為一條單一生長(zhǎng)斷層，位移剖面呈對(duì)稱的三角狀(圖7-A)。

騰一段沉積時(shí)期，凹陷內(nèi)斷層活動(dòng)劇烈，主干斷層發(fā)生軟連接作用，位移由變換構(gòu)造調(diào)節(jié)。扎布斷層斷距向北東端逐漸減小、消失，而賽四斷層垂直斷距逐漸增加，兩者之間呈此消彼長(zhǎng)關(guān)系。相對(duì)于斷層其他部位，疊覆帶內(nèi)垂直斷距的變化梯度明顯增大。賽四斷層位移向北東轉(zhuǎn)換至賽21井東斷層(圖7-B)。

圖6　賽漢塔拉凹陷地層等厚圖Fig.6　Isopach map of sediments in Saihantala sag

騰二段沉積時(shí)期，斷層位移轉(zhuǎn)換現(xiàn)象更加明顯，扎布斷層活動(dòng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)弱，其北東方向的賽四斷層和賽21井東斷層活動(dòng)劇烈。變換構(gòu)造帶內(nèi)產(chǎn)生一系列小斷層，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，向硬連接階段過(guò)渡(圖7-C)。

賽漢塔拉組沉積時(shí)期，斷層整體活動(dòng)趨于平靜，最大位移166 m，平均位移66 m。3條主干斷層之間仍發(fā)生相互作用，但仍未連接成一條斷層。扎布斷層和賽四斷層連接處最小位移為43 m，賽四斷層和賽21井東斷層連接處最小位移17 m(圖7-D)。

根據(jù)地震資料、沉積格局分析和最大位移-長(zhǎng)度擬合圖、位移-距離曲線綜合分析表明，扎布斷層和賽四斷層均是由斷層分段連接而成，斷層生長(zhǎng)演化可劃分為3個(gè)階段：阿爾善組沉積時(shí)期獨(dú)立生長(zhǎng)階段；騰一段沉積時(shí)期軟連接階段；騰二段、賽漢塔拉組沉積時(shí)期軟連接復(fù)雜化階段。

4斷裂生長(zhǎng)演化與油氣關(guān)系

在斷層生長(zhǎng)連接過(guò)程中，往往發(fā)育變換構(gòu)造(圖7)，這些部位多趨近低地勢(shì)，引導(dǎo)物源供給、水系匯聚[25]。沉積時(shí)期變換構(gòu)造是水系進(jìn)入湖盆的通道，沉積粗粒砂體；而在生排烴時(shí)期這些砂體則可能是油氣向上運(yùn)移的通道甚或發(fā)育構(gòu)造-巖性圈閉。斷層在變換構(gòu)造處發(fā)生連鎖作用，形成新的沉積中心，成為生油洼槽，沉積大套泥巖。變換構(gòu)造鄰區(qū)的高部位局部應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜多變，次級(jí)斷層相互切割形成眾多的背斜、半背斜、斷背斜、潛山、脊?fàn)盥∑鸹虻貕?、斷鼻等有利圈閉，往往是發(fā)現(xiàn)構(gòu)造油氣藏的重要靶區(qū)。如騰一段沉積期，賽26井-賽35井位于賽四斷層和扎布斷層之間的變換構(gòu)造處，接受扇三角洲沉積，砂巖儲(chǔ)集層發(fā)育；騰二段時(shí)期，賽四斷層和扎布斷層在賽26井-賽35井區(qū)發(fā)生軟連接，形成沉積中心，沉積巨厚湖相泥巖；受錫林?jǐn)鄬拥目刂疲?5井區(qū)形成了斷鼻構(gòu)造。因此，在凹陷主控?cái)鄬舆B接過(guò)程中，賽26井-賽35井部位發(fā)育儲(chǔ)集性能好的儲(chǔ)集層，再配以斷層連鎖作用形成的生油巖、蓋層和圈閉，從而形成了有利的油氣聚集區(qū)。

5結(jié) 論

a.賽漢塔拉凹陷Ⅰ級(jí)斷裂呈現(xiàn)明顯的分段連接特征：阿爾善組沉積時(shí)期分為3段獨(dú)立生長(zhǎng)；騰一段沉積時(shí)期南、中2段發(fā)生連接；騰二段沉積時(shí)期，斷層各段發(fā)生硬連接形成一條主干斷層。

b.Ⅱ級(jí)斷裂生長(zhǎng)演化可劃分為3個(gè)階段：阿爾善組沉積時(shí)期獨(dú)立生長(zhǎng)階段；騰一段沉積時(shí)期軟連接階段；騰二段、賽漢塔拉組沉積時(shí)期軟連接復(fù)雜化階段。

c.在凹陷主控?cái)鄬舆B接過(guò)程中，會(huì)在變換構(gòu)造部位發(fā)育儲(chǔ)集性能好的儲(chǔ)集層，再配以斷層連接作用形成的生油巖、蓋層和圈閉，從而形成有利的油氣聚集區(qū)。

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《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》編輯部

Growth and evolution characteristics of faults in the Saihantala sag of Erlian Basin, China

HE Hong-chun1, LONG Wei1，LI Ying2,QU Xiao-yan3, YANG Yuan-yu4,YING Wen-feng1,5, HANG Wen-yan1, LI Zhong-quan1

1.Key Laboratory of Tectonic Controls on Mineralization and Hydrocarbon Accumulation,Ministry of Land and Resource, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2. Missouri University of Science and Technology, Missouri 615401, USA;3. Sichuan Division, Geological Exploration Center for the China Building Material Industry,Chengdu 610052, China;4.The Northwest of Sichuan Branch of PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company,Jiangyou 621700, China；5. Southwest Oil and Gas Field Company of PetroChina, Chengdu 610041, China

Abstract:Based on the seismic data, sedimentary pattern analysis, maximum displacement-length fitting diagram and displacement-distance evolution profile, the evolution of fault and its control on oil-gas in Saihantala sag are studied. It reveals that the growth of the boundary fault experienced following stages: (1) During the sedimentary period of Aershan Formation, it could be divided into 3 segments with independent growth; (2) During the sedimentary period of first Member of Tenger Formation, the south and mid segment linked together; (3) During the sedimentary period of second Member of Tenger Formation, the three segments grows into a whole fault. The second class faults occurred as echelon shapes, formed a typical segment linkage mode in the plane. The growth and evolution experience independent growth stage, soft connection and flexible connection stage respectively. The transfer zone formed in the process of fault growth and segment linkage results in high-quality reservoir rock, with corresponding source rock, cap rock and trap, eventually creating favorable hydrocarbon accumulation.

Key words:fault; growth and evolution; hydrocarbon accumulation; Saihantala sag; Erlian Basin

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼][分類號(hào)] P542.3; TE122.321 A

[通信作者]龍偉( 1986-)，男，博士研究生，研究方向：區(qū)域構(gòu)造與地質(zhì)環(huán)境, E-mail:long2137@sina.com。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(41030426)；國(guó)家自然基金主任基金項(xiàng)目(41340004)；國(guó)家重大專項(xiàng)(2011ZX05004-005-01); 四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015SZ0224, 2015RZ0032)。

[收稿日期]2015-04-13。

[文章編號(hào)]1671-9727(2016)02-0249-08

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.02.12

[第一作者] 何洪春( 1985-),男,碩士研究生,研究方向:盆地構(gòu)造分析與油氣構(gòu)造, E-mail:he_hongchun@163.com。