六盘山盆地西南缘构造样式及勘探意义

赵海华，崔红庄，王 军，侯旭波，季建清，赵晓喜

（1.胜利油田分公司 西部新区研究中心，山东 东营 257061； 2.北京大学 地球与空间学院，北京 100871）

0 引言

六盘山盆地位于宁夏回族自治区南部，盆地面积约为9 000km2，盆地大地构造位置处于河西走廊北西向构造带和鄂尔多斯盆地近南北向构造带的交接部位，是秦岭与祁连造山带的构造转换区域[1－6].研究区位于盆地西南缘，包括月亮山、马东山、王家庄等地区.该地区油苗显示活跃，具有优越的石油地质条件，是盆地最有利的油气勘探区带[7－10]，但历经60余年勘探未获突破，构造样式认识不清是制约勘探的关键因素.

汤锡元等[2－3]认为盆地西缘西南华山山前以逆冲推覆构造样式为主.章贵松等[11]指出六盘山弧形冲断体系为祁连地体拼贴到华北陆缘地体（鄂尔多斯地块西部）之上的冲断推覆构造，具有独特的双层地体叠置结构.舒志国[12]、陈孝雄[13]、李昌鸿[14]等认为六盘山盆地西南缘存在规模较大的逆冲推覆构造.郇玉龙等[15]认为盆地西南缘以叠瓦逆冲断层及断层传播褶皱组成的逆掩推覆构造样式为主.

舒志国[12]、陈孝雄[13]、李昌鸿[14]、郇玉龙[15]等应用的主要是2002年以前的地震资料，中深层基本为Ⅱ类或Ⅲ类，断层、地层产状的解释具有推测性，影响构造精细解释；并且解释的断层倾角基本大于50°，大部分断层倾角为80°左右，接近直立，出现高角度逆冲推覆构造，违背构造物理基本原则.陈孝雄等[13]根据盆地西南缘电法剖面上高阻电性层掩覆在低阻电性层之上，认为存在逆掩推覆特征，但从电法剖面上看出，低阻层深度为6～8km；根据Mattauer变形层次理论，该深度地壳的变形样式以韧性和塑性变形样式为主，非褶皱作用为主.环文林等[16]在对1920年海原8.5级大地震的研究中指出，月亮山东麓李俊断裂、南西华山断裂等表现为走滑性质，走滑距离最大约为14m.

笔者在野外调查、重力资料及新施工地震资料解析的基础上，分析六盘山盆地西南缘各大断层带构造特征和构造样式，提出以压扭走滑构造样式为主，并结合区域地质背景探讨中新生代以来构造演化特征，明确压扭走滑构造的主要形成期，改变基于逆冲推覆构造的油气勘探思路，为六盘山盆地油气勘探提供依据.

1 压扭走滑构造样式

根据六盘山盆地西南缘主要构造形迹出露情况（见图1），将其划分为李俊断裂带、马东山—寺口子断裂带及二者夹持的沙沟凹陷；利用野外露头形迹，结合重力和地震资料，对断裂带进行静态构造几何学分析，明确压扭走滑构造特征.

图1 六盘山盆地西南缘地质图Fig.1 Geological map of the southwestern margin in Liupanshan basin

1.1 构造特征

1.1.1 断层带

李俊断裂带位于盆地西南缘月亮山构造带，包括西吉断层（F1）、火石寨断层（F2）和李俊断层（F3），3条断层近等间距分布，走向为320°～340°，显示走滑断裂等间距分布的特点.野外构造形迹显示，李俊断层带地层近似直立，断层带宽度有限，出露地表约几十米到上千米，通过断层带，地层为正常沉积层理，产状平缓（见图2（a））.舒志国[12]、李昌鸿[14]等认为该地区存在“平卧褶皱”，但褶皱两翼并不是地层弯曲形成的.地层产状较水平的一翼是原始沉积层理，剖面上可见断距较小的正断层；地层产状较陡的一翼是走滑构造的断层带，地层形成密集陡立劈理，出现火焰状构造（见图2（b）），表明原始地层产状被置换，为构造面理，断层带内也可见330°走向断层切穿早期300°走向的近直立断层（见图2（c））.此两翼并不是地层弯曲形成的，不能称之为褶皱.

李俊断层带内走滑擦痕、线理构造近水平（见图3），显示断层的错移以近水平分量为主，线理构造略南东倾，显示北东盘上升，南西盘略有下降的特点.李俊断层具有右行走滑兼具正断层特征.

马东山—寺口子断裂带位于盆地南部凹陷之中，包括寺口子断层（F4）和马东山山前断层（F5）.马东山山前断层带白垩系马东山组地层近似直立，直立地层宽度超过2km，东侧沟谷内局部可见寺口子组、清水营组地层也近似直立，但被第四系覆盖严重，未见到断层带边界（见图4（a））.在北部寺口子山前，经过宽约为10m的沟谷，清水组地层倾角由陡直过渡到平缓，揭示走滑断层带与正常沉积地层之间突变的过渡关系（见图4（b））.马东山的构造地质剖面（见图5）表明，马东山东西两侧为2个走滑断层带，断层带地层产状近似直立或杂乱，断层带宽为0.1～3.0km，受构造破坏程度较小，地层平缓.

图2 李俊断层构造带特征（地点：猫儿沟）Fig.2 Structural belts features of Lijun fault（location：Maoergou）

图3 李俊断层带走滑擦痕及线理（地点：李俊）Fig.3 Strike slip striation and lineation of Lijun fault（location：Lijun）

重力异常梯度较大的部位解释为断裂作用的结果.由六盘山盆地1∶5万布格重力异常图（见图6）可看出，由于断裂带地层陡直且有一定宽度，各大主断裂在重力异常上表现为线状梯度带，如李俊断层（F3）、南西华山断裂（F10）等.其间所夹持的面状地质体是断层所分隔的基本未受改造的块体.

1.1.2 剖面

由六盘山盆地CD测线地震解释时间剖面图（见图7）可看出，每个构造带由一条主干断层和若干派生断层组成，主干断层断面倾角较陡，在深部近于垂直，向上有一定倾斜；派生断层自浅向深分别相交于主断层，形成类似于“花瓣”的正花状构造.

图4 马东山—寺口子山前构造带特征Fig.4 Structural belts features of Madongshan－Sikouzi mountain front

图5 沙沟—扇子湾构造地质剖面（剖面位置见图1）Fig.5 Structural geological section of Shagou－Shanziwan（section location on fig.1 ）

构成花状构造最外侧的两个“花瓣”基本限定构造变形范围，在花状构造内部，地层杂乱或近似直立；在花状构造的两侧，地层通常不会或很少受到走滑作用的影响，产状较平缓，基本保持原有沉积形态，剖面上具有很好的反射沉积层面.花状构造带两侧地层厚度有差异，尤其是盘中1构造带两侧，地层厚度差异明显，体现走滑断裂特点.

1.1.3 空间

李俊断层（F3）为该构造带最重要的断层，分割隆起与凹陷，断层北侧被南西华山断裂切割，南到开城以南，整体呈似“S”状（见图1）.

早期区域调查报告认为李俊断层是正断层（1965年，甘肃地质局1∶20万海原幅地质图说明书），而舒志国等通过野外调查发现该断层为一断面西南倾的逆断层[12－14]，二者看似矛盾，实则不然，反而证实李俊断层的倾向不固定.近期野外调查显示，在李俊—猫儿沟一带李俊断层倾向约为60°（见图2（a）），沙沟南下大寨一带倾向约为250°，断层倾向时正时逆，为走滑断层空间上典型的“丝带效应”特征[17].

马东山地区330°～335°走向断裂普遍发育，改造破坏的最新地层为清水营组，并被新近系覆盖；断裂发育部位地层形成密集陡立劈理，断裂两侧弱变形地层保留原始地层产状.马东山北部寺口子水库附近断裂带走向为335°～340°，寺口子组、清水营组和乃家河组卷入变形.马东山山前断层（F5）在北部寺口子地区倾向约为80°，在南部马东山倾向为260°～300°，也可见“丝带效应”.

图6 六盘山盆地布格重力异常Fig.6 Bouguer gravity anomaly of Liupanshan basin

图7 六盘山盆地CD测线地震解释时间剖面（剖面位置见图1）Fig.7 CD line seismic interpretation time section of Liupanshan basin （section location on fig.1 ）

1.1.4 平面

由图1可看出，从南到北寺口子断层（F4）、马东山断层（F5）、王家庄两侧断层（F6、F7）、盘中1两侧断层（F8、F9）呈左旋右阶的雁列式排列.平面上，断裂体系向南部呈帚状收敛，断裂带呈现向北东突出的弧形特征.在弧形向外突出部位，走滑位移量最大；在弧形构造的收敛段，由于受到前方块体的阻挡，以逆冲为主，走滑为辅，在非地震资料上马东山南部收敛段表现为面状构造特征.该认识与宏观上陶宏洲[18]的六盘山弧形旋卷构造特征吻合.

1.2 构造样式

盆地西南缘以压扭走滑构造样式为主，包括走滑构造样式和压扭走滑构造相关褶皱样式.

走滑构造样式主要表现在走滑构造带内（见图7），走滑构造带内以简单花状、半花状或复合花状构造样式为主，内部由分支断层的不同组合而形成局部冲起、逆牵引等次级构造样式.

压扭走滑构造相关褶皱样式主要表现在走滑构造带之间.距离较近的高陡走滑断裂带之间的面状块体（盆地）受到压扭走滑构造的影响，靠近断裂带一侧地层发生弯曲，形成平缓或箱状褶皱构造样式.寺口子构造带和王家庄构造带之间为典型的箱状褶皱（见图7）.马东山北部中间地层并不陡立，受两侧断裂影响，也形成平缓或开阔褶皱（见图5）.距离较远的高陡走滑断裂带的一侧可能对应褶皱构造样式，如李俊构造带靠近沙沟凹陷一侧，具有较好的褶皱形态（见图7）.

压扭走滑构造相关褶皱在走滑位移的扭动收敛段表现为逆冲推覆构造样式.由压扭走滑构造模式（见图8）可知，在弧形向外突出部位，为走滑位移量最大的高陡走滑段，受走滑位移量的影响，在盆地内可形成褶皱构造样式；在弧形构造的收敛段，由于受到前方块体的阻挡，以逆冲推覆构造样式为主，在盆地内表现为逆牵引构造.马东山断层（F5）弧形收敛端发育的倒转背斜即为该类型褶皱.

图8 压扭走滑构造模式Fig.8 Compresso－shear structural pattern

1.3 构造演化

构造样式的研究由定性描述几何学特征到定量分析运动学特征，探讨板块运动背景下的动力学机制，并且注重地球动力学背景、周边造山带及深大断裂活动对其转变的控制作用.现代科学的构造样式分类方案是以地球动力学背景为基础，前提是构造样式与盆地形成的地球动力学的一致性，许多学者据此完善构造样式划分[19－23].因此，六盘山盆地需要进行构造演化分析，明确压扭走滑构造样式的主要形成期.

受多旋回陆内造山制约，六盘山盆地经历海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等多期构造变革，晚期构造运动改造早期原型盆地，具有叠加构造的复杂特征[24]，尤其是中新生代以来构造演化，奠定现今六盘山盆地的构造格局.

晚三叠世—早中侏罗世，认为该时期六盘山盆地处于一种拉张的构造应力状态.晚侏罗—早白垩世，在早期燕山运动使六盘山地区抬升并遭受短暂的剥蚀后，进入应力松弛期，六盘山地区处于弱的引张力控制下的构造环境，发育一系列北西向展布同生正断层，特别是盆地北部地区.此时盆地发生断陷，接受巨厚白垩纪地层沉积.初步判断晚三叠世—早白垩世六盘山沉积盆地是受弱的引张应力控制的断陷盆地.

白垩纪末，印度板块向亚洲大陆开始持续俯冲、碰撞并导致青藏高原的形成，中国西部地区众多中新生代盆地中缺失晚白垩世—古新世沉积，六盘山盆地同样缺失新生代早期的沉积，寺口子组为新生代第一沉积序列，从此正式进入以挤压构造环境为主的新生代盆地发育阶段.

分析盆地的构造发育史，新生代以来盆地内存在2次主要的挤压变形缩短时期，第一个时期即早白垩世末—寺口子组时期，第二个时期即新近世甘肃群以来.其中第二期变形缩短比较剧烈.在盆地挤压缩短变形的同时，古地磁研究发现，六盘山盆地新生代以来普遍发生顺时针旋转.刘永前等[25]在距离同心县东北5km的丁家二沟地区进行古地磁偏角计算得出，从早白垩世结束后至渐新世初，六盘山地区发生9°的顺时针旋转，早渐新世晚期六盘山地区有9°的顺时针快速旋转，在中新世初期至中期再次发生5°的顺时针旋转.王伟涛等[26]分析该地区新生代地层特征，发现六盘山盆地新生代以来沉积相以河流控制的冲积扇和辫状河沉积为主，少数湖泊沉积，主断裂带一侧发育较大型的冲积扇，另一次发育较小的河控冲积扇，与走滑挤压盆地的沉积相特征一致.控制新生代盆地的主要形成因素既有挤压作用又有走滑作用，证实新生代以来六盘山盆地以压扭走滑构造作用为主.

2 压扭走滑认识

六盘山盆地具有良好的石油地质条件和勘探前景[7－10].盆地内自古生界至新生界地层均有发育.六盘山盆地内三叠系、侏罗系及下白垩统是主要勘探目的层.盆地内存在3套可证实的烃源岩.下白垩统马东山组灰色、深灰色泥岩、灰质泥岩、油页岩及乃家河组下部暗色泥岩为盆地最主要的生油岩，有机质丰度较高，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型.有机质热演化程度分析表明，乃家河—马东山组烃源岩在盆地大部分地区还没有达到大量生烃演化阶段；下白垩统李洼峡组灰色、深灰色泥岩、灰质泥岩为另一套烃源岩，有机质丰度中等，有机质类型以Ⅱ2—Ⅲ型为主，局部烃源岩达到好生油岩标准，有机质热演化程度高，且已进入生油高峰期.在硝口、海子峡等露头的马东山组泥岩裂缝中可见大量的沥青，盘中2、盘参4、海参1等钻井在白垩系马东山组、李洼峡组见到良好的油气显示，油源对比表明油气来源于马东山组和李洼峡组，证实六盘山盆地存在成烃成藏过程.

盆地内下白垩统三桥组、和尚铺组、李洼峡组及下第三系寺口子组石英砂岩、长石石英砂岩作为良好储集层；白垩系乃家河组泥岩、下第三系清水营组石膏层及上第三系甘肃群泥岩作为良好盖层，可形成多套生储盖组合，其中下白垩统乃家河—马东山组（生）、古近系寺口子组（储）、清水营组（盖）是本地区最有利的生储盖组合.

盆地内构造是在燕山运动期褶皱基础上，经历喜马拉雅运动强烈改造形成的，构造圈闭发育.对于六盘山盆地西南缘构造样式的重新认识，改变关于本地区逆冲推覆为主的原有认识，为六盘山盆地油气勘探提供重要依据.压扭走滑断层的形成机制及表现形式复杂多样，对残留源岩的分布、构造圈闭的形成及油气运移通道具有重要影响作用.

2.1 烃源岩

逆冲推覆认为推覆体之下存在大套有利的烃源岩层系，且埋深较大，有利于油气的生成，而压扭走滑构造的确认否认地层重复，需要寻找真正烃源岩发育且埋深大的区域.

根据走滑断裂的认识，走滑构造带之间的面状块体基本未受构造的影响，保持原始地层沉积状态，地层序列完整，为烃源岩保存较好的区域（见图7）.盆地西南缘夹持在断层带之间的沙沟凹陷、海原凹陷等为该地区有利的烃源岩发育区.

2.2 有利圈闭方向

根据逆冲推覆思路钻探各类钻井96口，未获得成功，失利原因之一是构造认识不清，没有钻探到真正的圈闭或构造高部位.走滑断裂带之间的平缓或箱状褶皱、走滑断裂带的一侧对应的褶皱构造，以及压扭走滑构造收敛端逆冲为主形成的构造，为预测和定位构造圈闭提供方向.走滑构造带内形成的断背斜、断鼻也可作为有利圈闭方向，但该区域圈闭可能受构造破坏较大，需分析圈闭的有效性.

2.3 油气运移通道

走滑断层切割地层深度大，断面较陡，在垂向上可以沟通更多的烃源岩，相对于逆冲推覆低角度断层作为油气运移通道，可以成为更有效的油气运移通道，与走滑断裂带两侧的构造圈闭匹配，并形成良好的生运聚组合.

王家庄构造带和寺口子构造带之间的王家庄圈闭、石峡口断层（F9）弧形收敛段的盘中1圈闭、寺口子断层（F4）弧形收敛端的沙沟圈闭等受构造破坏较小，走滑断层连通深部的烃源岩和中浅层的构造圈闭，中浅层的寺口子组砂岩为良好储层，而清水营组膏岩发育，为良好的盖层，“生、储、盖、运、圈、保”匹配较好，是六盘山盆地勘探有利的突破方向.

3 结论

（1）六盘山盆地西南缘主要断裂带地层陡直，有一定宽度，通过断层带地层迅速变缓，为正常沉积地层，断裂带存在走滑擦痕、火焰状构造、线理构造、“丝带效应”、断层两侧地层厚度不一致等较典型的走滑断层特征；剖面上呈正花状构造，平面上线状构造特征明显，由南到北各断裂呈雁列式排列.结合新生代以来，区域构造应力场不断顺时针旋转的特点，确认六盘山盆地西南缘新生代以来以压扭走滑构造样式为主，走滑构造相关褶皱构造样式为次.

（2）压扭走滑构造的认识改变以逆冲推覆为指导的油气勘探思路，重新认识到盆地西南缘线状构造带之间的原始沉积地层为寻找烃源岩的有利方向，确定走滑断裂之间的王家庄西圈闭、压扭走滑断裂带弧形收敛端的盘中1圈闭、沙沟圈闭等“生、储、盖、运、圈、保”匹配较好，为六盘山盆地勘探突破的有利方向.

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