二连盆地赛汉塔拉凹陷断裂的生长演化特征

何洪春, 龙　伟, 李　应, 屈晓艳

杨渊宇4, 应文峰1,5, 杭文艳1, 李忠权1

(1.国土资源部构造成矿成藏重点实验室(成都理工大学) ，成都 610059；

2.密苏里科技大学 地质与地球物理学院，美国 615401；

3.中国建筑材料工业地质勘查中心 四川总队，成都 610052；

4.中国石油西南油气田分公司 川西北气矿，四川 江油 621700；

5.中国石油西南油气田分公司 成都 610041)



二连盆地赛汉塔拉凹陷断裂的生长演化特征

何洪春1, 龙伟1, 李应2, 屈晓艳3

杨渊宇4, 应文峰1,5, 杭文艳1, 李忠权1

(1.国土资源部构造成矿成藏重点实验室(成都理工大学) ，成都 610059；

2.密苏里科技大学 地质与地球物理学院，美国 615401；

3.中国建筑材料工业地质勘查中心 四川总队，成都 610052；

4.中国石油西南油气田分公司 川西北气矿，四川 江油 621700；

5.中国石油西南油气田分公司 成都 610041)

[摘要]根据地震资料、沉积格局分析和最大位移-长度拟合图、位移-距离曲线，探讨了二连盆地赛汉塔拉凹陷的断裂生长演化特征，并分析其与油气的关系。结果表明，赛汉塔拉凹陷边界断裂在阿尔善组沉积期分为3段独立生长，腾一段沉积期，南、中2段发生连接；腾二段沉积期，整个断层完成连接。Ⅱ级断裂平面上呈斜列展布，构成分段连接样式，主要经历了独立生长阶段、软连接阶段和软连接复杂化阶段。断裂生长演化过程中形成的变换构造带发育储集性能好的储集层，再配以断层连接作用形成的生油岩、盖层和圈闭，从而形成有利的油气聚集区。

[关键词]断裂；生长演化；油气聚集；赛汉塔拉凹陷；二连盆地

正断层的一个显著特点是断层位移量逐渐变化[1]。一般地，这与断层分段生长和/或连接过程有关[2]。Peacock等将断层生长连接阶段划分为独立生长阶段、软连接阶段、软连接复杂化阶段和硬连接阶段4个阶段[3]。断层分段连接过程中常发育变换构造，控制油气的聚集和成藏[4,5]。赛汉塔拉凹陷是二连盆地重要的油气产区和有利探区之一，该凹陷油气资源丰富、勘探潜力大。前人对赛汉塔拉凹陷沉积及层序地层的研究成果丰富，但对构造特征的研究甚少[6-9]。随着研究工作的逐步深入，目前已认识到赛汉塔拉凹陷断裂构造存在分段现象，其生长演化已受到重视[10,11]；而二连盆地其他凹陷也存在断裂分段现象。针对赛汉塔拉凹陷断裂构造的生长演化特征进行深入研究，对指导二连盆地相似凹陷的油气勘探具有重要意义。

1地质背景

二连盆地大地构造位置处于中朝板块与西伯利亚板块之间的中亚造山带的东段[12-15]。赛汉塔拉凹陷位于二连盆地西南部，是腾格尔拗陷中面积最大的凹陷。赛汉塔拉凹陷走向北东，总体呈舒缓的“S”形，其西北侧紧邻苏尼特隆起，东接查干诺尔凸起，南为温都尔庙隆起(图1)。

图1　赛汉塔拉凹陷构造位置图Fig.1　Tectonic setting of Saihantala sag

赛汉塔拉凹陷的沉积地层可划分为同裂谷期、断拗转换期和后裂谷期3个构造-地层层序，其中同裂谷期地层包括侏罗系、下白垩统阿尔善组(K1ba)和腾格尔组第一段(K1bt1)，断拗转换期地层包括腾格尔组第二段(K1bt2)和赛汉塔拉组(K1bs)，后裂谷期地层包括上白垩统二连组(K2e)和古近系(图2)。

2断裂几何学特征

赛汉塔拉凹陷发育张扭应力为主的伸展断裂体系，断裂之间的应变和位移由“变换构造”调节。变换构造是指发生在断层之间的应变和位移的过渡变化，可分为2种状态：连续状态如软连接，非连续状态如硬连接[3]。

图2　赛汉塔拉凹陷地层序列及构造-沉积演化图Fig.2　Stratigraphic sequence and tectonic-sedimentary evolution in the Saihantala sag(据文献[16]略作修改)

锡林断层是凹陷东侧Ⅰ级控边断层，控制赛汉塔拉凹陷内部的地层分布和构造格局，断面西倾，倾角45°~60°，呈“S”形展布，分为南、中、北3段，走向自南至北由北东转北北东再转向北东，走向变化处形成变换构造。扎布断层、赛四断层、赛21井东断层是凹陷的3条Ⅱ级控带断层，平面上表现为分段斜列特征，断层叠覆部位由变换构造调节(图1)。剖面上表现为断面上陡下缓、断距上小下大的正断层(图3)。

3断裂生长演化特征

图3　赛汉塔拉凹陷AA′剖面解释Fig.3　Interpretation of AA′ profile in the Saihantala sag剖面位置见图1

断层在生长过程中，会与邻近断层发生相互作用。Peacock等(1991)将断裂生长演化划分为4个阶段[3](图4)：第一阶段，断层独立生长，单条断层位移剖面为钟形，2条断层断错处位移为0。第二阶段，断层逐渐靠近，发生相互作用，两者之间的位移由传递斜坡调节；靠近叠覆处，各断层位移梯度变陡；在叠覆处，断层总位移最小(软连接阶段)。第三阶段，相互作用断层之间出现连锁断层，但这些断层不是主导变换构造演化的主要因素，传递斜坡等变换构造被破坏。第四阶段，相互作用的主干断层被新生断层连接，主干断层位移通过新生断层传递，且在连接位置处断层位移最小(硬连接阶段)。

图4　断层演化阶段及相应的位移-距离Fig.4　Diagrams showing stages of offset development and corresponding displacement distance (据文献[3]修改)

3.1断裂生长模型

目前，断层形成及生长的2个概念模型被广泛接受。一个模型为单条断层简单生长位移模型[17-19]，另一个模型为断层分段连接生长模型[2,3,20]。

选择阿尔善组底界、腾一段底界、腾二段底界、赛汉塔拉组底界等不同级别和不同连接程度的断层总共约130条，分别读取最大垂直断距(dmax)和断层长度(l)，并用断层长度对其进行归一化处理。取对数后拟合，发现两者之间存在以下关系

lgdmax=1.0162 lgl-0.2833

方差R2=0.97，拟合程度高，拟合系数为1.0162，约等于1，这一关系接近于Cowie等提出的断层生长模式(图5)。该模式认为d与l为线性关系[19]；但实际上，断层在生长发育过程中，其位移与长度比值往往不在Cowie等提出的生长拟合线范围之内。Cartwright认为这是断层连接导致的[2]：软连接阶段，断层相互作用，应力增加导致位移突然增大，而长度几乎不变，故dmax/l比值较大，落在拟合线以上区域；硬连接阶段，分段断层连接成为更大尺度的断层，断层长度突然增大，而位移几乎不变，因而dmax/l比值偏小，落在拟合线以下区域。

尽管断层连接使得位移模式更加复杂，但断层位移模式仍可揭示断层的生长连接过程。分析表明，赛汉塔拉凹陷dmax/l>1，可能是在被分析的断层中软连接的断层要多于硬连接的断层。为此，需要对断层的生长演化过程进一步分析。

图5　赛汉塔拉凹陷断层最大位移和断层长度拟合图Fig.5　Fitting chart of fault maximum displacement and length in the Saihantala sag

3.2边界断裂的生长演化

在断陷盆地中，正断层的发育对沉积格局具有重要的控制作用，因此，沉积格局的变化是反映断层生长演化的重要证据[21-23]。

锡林断层是赛汉塔拉凹陷的东部边界断裂，其分段与连接作用明显控制凹陷的沉积格局。

阿尔善组沉积期，锡林断层分为南段、中段和北段，3段独立生长，在其上盘各控制一个沉积中心(图6-A)。腾一段沉积期，锡林断层的南段和中段发生相互作用，其沉积中心也合并为一个，北段仍然独立生长，控制北部沉积中心(图6-B)。腾二段沉积时期，整个边界断层发生连锁作用，控

制一个沉积中心，且沉积厚度明显增大，说明断层活动强度大(图6-C)。至赛汉塔拉组沉积期，断层活动进入平静期，湖盆萎缩。

3.3Ⅱ级断裂的生长演化

位移-距离关系是目前研究断层相互作用的常用方法[3,24]。位移-距离曲线以沿断层走向测得的距离为横坐标，以该点的位移量为纵坐标，将断层位移和距离数据投点连线而得，主要反映断层沿走向的位移变化。

通过研究凹陷内主要Ⅱ级断层的位移-距离关系，分析不同区段、不同层系断层的生长演化过程(图7)。

阿尔善组沉积时期，凹陷内主干断层活动较强，位置上发生叠覆，但相互之间的位移并不受影响，断层独立生长。扎布断层显示为分支断层，是由2条断层发生硬连接形成的，连接处局部最小位移值33 m。赛四断层位移剖面显示为3段，南西段和中段发生硬连接形成了分支断层，分支断层与北东段发生软连接，对应局部最小位移值32 m。赛21井东断层为一条单一生长断层，位移剖面呈对称的三角状(图7-A)。

腾一段沉积时期，凹陷内断层活动剧烈，主干断层发生软连接作用，位移由变换构造调节。扎布断层断距向北东端逐渐减小、消失，而赛四断层垂直断距逐渐增加，两者之间呈此消彼长关系。相对于断层其他部位，叠覆带内垂直断距的变化梯度明显增大。赛四断层位移向北东转换至赛21井东断层(图7-B)。

图6　赛汉塔拉凹陷地层等厚图Fig.6　Isopach map of sediments in Saihantala sag

腾二段沉积时期，断层位移转换现象更加明显，扎布断层活动强度转弱，其北东方向的赛四断层和赛21井东断层活动剧烈。变换构造带内产生一系列小断层，结构变得复杂，向硬连接阶段过渡(图7-C)。

赛汉塔拉组沉积时期，断层整体活动趋于平静，最大位移166 m，平均位移66 m。3条主干断层之间仍发生相互作用，但仍未连接成一条断层。扎布断层和赛四断层连接处最小位移为43 m，赛四断层和赛21井东断层连接处最小位移17 m(图7-D)。

根据地震资料、沉积格局分析和最大位移-长度拟合图、位移-距离曲线综合分析表明，扎布断层和赛四断层均是由断层分段连接而成，断层生长演化可划分为3个阶段：阿尔善组沉积时期独立生长阶段；腾一段沉积时期软连接阶段；腾二段、赛汉塔拉组沉积时期软连接复杂化阶段。

4断裂生长演化与油气关系

在断层生长连接过程中，往往发育变换构造(图7)，这些部位多趋近低地势，引导物源供给、水系汇聚[25]。沉积时期变换构造是水系进入湖盆的通道，沉积粗粒砂体；而在生排烃时期这些砂体则可能是油气向上运移的通道甚或发育构造-岩性圈闭。断层在变换构造处发生连锁作用，形成新的沉积中心，成为生油洼槽，沉积大套泥岩。变换构造邻区的高部位局部应力场复杂多变，次级断层相互切割形成众多的背斜、半背斜、断背斜、潜山、脊状隆起或地垒、断鼻等有利圈闭，往往是发现构造油气藏的重要靶区。如腾一段沉积期，赛26井-赛35井位于赛四断层和扎布断层之间的变换构造处，接受扇三角洲沉积，砂岩储集层发育；腾二段时期，赛四断层和扎布断层在赛26井-赛35井区发生软连接，形成沉积中心，沉积巨厚湖相泥岩；受锡林断层的控制，赛35井区形成了断鼻构造。因此，在凹陷主控断层连接过程中，赛26井-赛35井部位发育储集性能好的储集层，再配以断层连锁作用形成的生油岩、盖层和圈闭，从而形成了有利的油气聚集区。

5结 论

a.赛汉塔拉凹陷Ⅰ级断裂呈现明显的分段连接特征：阿尔善组沉积时期分为3段独立生长；腾一段沉积时期南、中2段发生连接；腾二段沉积时期，断层各段发生硬连接形成一条主干断层。

b.Ⅱ级断裂生长演化可划分为3个阶段：阿尔善组沉积时期独立生长阶段；腾一段沉积时期软连接阶段；腾二段、赛汉塔拉组沉积时期软连接复杂化阶段。

c.在凹陷主控断层连接过程中，会在变换构造部位发育储集性能好的储集层，再配以断层连接作用形成的生油岩、盖层和圈闭，从而形成有利的油气聚集区。

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《成都理工大学学报(自然科学版)》编辑部

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

[文献标志码][分类号] P542.3; TE122.321 A

[通信作者]龙伟( 1986-)，男，博士研究生，研究方向：区域构造与地质环境, E-mail:long2137@sina.com。

[基金项目]国家自然科学重点基金项目(41030426)；国家自然基金主任基金项目(41340004)；国家重大专项(2011ZX05004-005-01); 四川省科技支撑计划项目(2015SZ0224, 2015RZ0032)。

[收稿日期]2015-04-13。

[文章编号]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,硕士研究生,研究方向:盆地构造分析与油气构造, E-mail:he_hongchun@163.com。