准噶尔盆地中2区块构造变形特征研究

2017-07-12董大伟

中国石油大学胜利学院学报 2017年2期

关键词：正断层井区断裂带

董大伟

(中国石油大学胜利学院高等教育研究与评价中心,山东东营 257000)

准噶尔盆地中2区块构造变形特征研究

董大伟

(中国石油大学胜利学院高等教育研究与评价中心,山东东营 257000)

构造在油气成藏中起着控制作用,是制约准中2区块油气勘探的重要因素之一。为了探讨准中2区块的构造变形特征,结合区域构造地质背景,采用现今构造静态描述与构造演化过程剖析相结合的思路,分析准中2区块的几何学与运动学特征,剖析其构造演化过程。结果表明:研究区可划分为董3、董1、董7-董8、董6井区4个断裂区;其中,董1和董3井区断层为高角度逆冲断层,形成于准南缘伊林黑比尔奈山的北东向冲断,强烈活动时期为J1s-J2t;董8-董7井区断层为高角度正断层和斜滑断层,属于向东的逃逸构造,强烈活动时期为J1s-J2x;董6井区断层为高角度包心菜式正断层,形成于博格达山的向北冲断作用,强烈活动时期为J1s-J2x,断层向西不再发育。

构造变形;断层;几何学特征;运动学特征

准中2区块位于准噶尔盆地南部坳陷的斜坡带,属于油气运移指向区,且发育的断层沟通油源、储盖组合发育,勘探潜力巨大,具备形成大中型油气田的基本条件[1]。针对准中2区块的构造特征,中国部分学者进行了相关研究,认为研究区共发育3个走滑断裂带,油源断层220条,形成于三叠纪和侏罗纪南北向的挤压、右旋应力背景,以及白垩纪及后期的改造作用[2-5]。前人对研究区的形成机制作出了解释,但对车排子凸起之上的断层性质、展布规律和形成机制等问题未作过多的研究。笔者综合应用地震、钻测录试等资料,分析准中2区块的几何学与运动学特征,剖析某构造变形特征,对指导研究区油气勘探具有重要的实践意义。

1 区域地质背景

准中2区块为准噶尔盆地南缘前陆冲断带的次一级构造单元,位于准噶尔盆地南缘昌吉坳陷阜康凹陷内,属北天山山前带的斜坡带。其南部为伊林黑比尔尕山和博格达山前断褶带,北部为白家海凸起,东侧为三台凸起,西侧为昌吉坳陷的深凹陷区(图1),面积约2 891.7 km2,区内三维地震面积1 580 km2。准中4区块位于冲断斜坡带,整体为一单斜构造,向南、向西为昌吉坳陷和阜康凹陷的深洼陷区,向东和向北分别为三台凸起和白家海凸起,而两凸起的构造演化均影响到研究区构造变形。

2 准中2区块构造变形分区

侏罗系断裂分布图表明,断层发育具有一定的分隔性,且呈一定带状分布(图1)。董6井区断层带位于研究区东南部,整体近东西走向,皆为正断层,靠近南缘博格达山冲断带;董7-董8井区断层带位于研究区北部,断层呈弧形,弧顶指向西,皆为正断层;董1井区位于董8井区西侧,断层走向包括近东西和北西两组,皆为逆断层;董3井区断层位于研究区西侧,断层走向主要为北西,呈带状分布,皆为逆断层。根据断层发育部位、产状及分布特征,可以将研究区断层分4区:董3井断层区、董1井断层区、董8-董7井断层区、董6井断层区。

图1 研究区构造背景及断裂分布

3 断层区构造变形

结合区域构造地质背景,采用现今构造静态描述与构造演化过程剖析相结合的思路,对研究区董3井断层区、董1井断层区、董8-董7井断层区和董6井断层区的构造特征进行深入剖析。

3.1 董3井断层区

平面上,断层NW走向,彼此间近于平行展布,且与南缘伊林黑比尔尕冲断带走向近于平行(图2)。故推测该断层区断层发育受控于南缘冲断带。由于该区离南缘断褶带较远,属于冲断带的薄皮构造带。

剖面上,整体为一个逆冲断褶,断层倾角大,断距小,而褶皱幅度较小,相似构造见于南部冲断褶皱带的北部。由于该区位于山前带的薄皮带,断层向下应拆离滑脱于沉积盖层中的滑脱层。滑脱层包括侏罗系煤层和二叠系滑脱层,故南侧低角度断层滑脱于侏罗系底部,北部高角度断层滑脱于二叠系滑脱层(图3b)。

图2 董3井区J2x相干图

图3 董3井区断层各时期落差(a)及其断层标号(b)

统计各断层断距,得出断层各时期断层落差,分析断层活动期次、强度得出(图3a):

(1)各断层在八道湾组(J2b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)沉积时期皆为逆冲,断距约为20～50 m;

(2)断层主活动时期为J2x和J1s,J2t后渐弱,侏罗纪开始转变为褶皱变形,而新生代则以单斜挠曲为主要特征;

(3)每一个时期,断层自南向北,活动强度减弱,符合冲断带前展式变形特征。

3.2 董1井断层区

平面上,断裂带呈雁列式展布并被东西走向的断层截断,指示其具有一定右行压扭性质(图4)。结合邻区董3井区断层发育及区域、中央走滑断裂的构造变形,认为该区断层为伊林黑比尔尕山北东向冲断与白家海走滑断裂带左行活动的叠加结果。

剖面上,逆冲断层发育特征与董3井断层区类似:断层倾角陡,断距小,断层切穿层位主要包括三叠系和侏罗系,仅一条断层切穿白垩系底,指示逆冲作用主要发生在侏罗纪;该区共发育两个断褶带,南部断褶带的断层发育层位由南向北逐渐变深,北部断褶带的断层发育层位由南向北逐渐变浅(图5)。

图4 董1井区J2x相干图

图5 董1井区断层各时期落差(a)及其断层标号(b)

统计各断层断距,得出断层各时期断层落差,分析断层活动期次、强度得出(图5a):

(1)断层在各时期皆为逆冲,断距约10～30 m;

(2)断层主活动时期为J2x和J1s,J2t后渐弱,仅断层1活动至白垩纪;

(3)断距相比董3断层区较小,结合断层活动时期认为,指示董1与董3断层区之间仍为前展式冲断;

(4)第一个断褶带内断层发育为后展式冲断,第二断褶带内断层为前展式,即小尺度内的冲断作用存在无序变形(图5b)。

3.3 董7-董8井断层区

断裂带由一系列次级断层组成,主体呈弧型,弧顶指西;北段由一系列雁列展布、NE走向的次级断层组成,中段近SN走向呈反“S”形,南段NWW走向(图6)。从平面断层组合样式判断,董7-董8井区断层为一个向东伸展的构造,中段正断,南北两段斜向伸展且具备走滑性质。若如前人所言该区断层为走滑构造样式,那南北两段断层性质则相反。而事实是,南北两段断层性质相同,且均为正-走滑断层。因此,从平面判断该区断层非走滑构造样式。

图6 董7-董8井区J2x相干图

剖面上,断层倾角大,在50°～80°之间;皆为正断层,组合样式为包心菜式,部分断层延伸入白垩系。区别于花状构造,包心菜式断层组合没有“花枝”,只有“花苞”。这种构造是在伸展作用下,发育的对称式正断层,且断层之间无主次之分,变形均匀、对称。地层整体展布为单斜构造,推测断层形成于早期伸展(逃逸)和后期单斜挠曲机制。

通过将过董8井的三维东西向地震剖面时深转换,并制作平衡剖面进一步分析区域及研究区构造变形[6],可以划分为3个变形阶段(图7):

图7 董8井区东西向构造剖面平衡恢复

(1)第一个变形阶段(J)。伊林黑比尔尕山和博格达山分布向NW和NE冲断,且前者强度强于后者[7],使得阜康凹陷沉降的中心在董8井西侧。与此同时,受控白家海走滑断裂带控制,该区向东逃逸;董8井位置处正断张裂,西侧亦伸展,而东侧则挤压并发育逆冲断层。

(2)第二个变形阶段(K)。区域为整体沉降阶段,构造变形弱。董8井地区亦沉降埋藏,仅部分断层活动至白垩系底部。地层沉积受控于前期构造格局,仍表现为东薄西厚。

(3)第三个变形阶段(Cz)。南缘陆内冲断,并发育变形强烈的断褶带。董8井区处于冲断斜坡带,整体表现为向南的单斜挠曲。但是,董8井东西两侧分属于不同构造控制域,东侧挠曲强于西侧。外加前期构造格局影响,地层沉积仍表现为东薄西厚。

3.4 董6井断层区

董6井区断裂带呈带状分布,近NWW走向,断层均为正断层,倾向近于南北对称。董6井西侧的断层出现分叉,即发育NE和NW两组断层。该区紧邻南缘博格达冲断带,故推测该区断层发育受控于南缘冲断作用。剖面上,断层正断,倾角大,断距小,主要切穿三叠系和侏罗系;组合包括断阶式、包心菜式等,亦无“花枝”,并区别于花状构造。该区剖面上呈一背斜构造,两侧低凹,背斜处发育正断层。因此,该区构造属于典型的中央背斜式断裂带。

统计各断层断距,得出断层各时期断层落差,分析断层活动期次、强度得出(图8):

图8 董6井区断层各时期落差(a)及其编号(b)

(1)断层在J1b时期为逆断,断层1-5基本不活动;断层6为边界逆冲断层,即该构造为冲断褶皱;

(2)断层1-6在J1s-J2t为正断,且主活动期为J1s;

(3)J1s以后为背斜构造,断层剖面组合为包心菜式,即该构造变形为背斜轴部的张裂变形;J3q以后断层停止活动,只发育背斜构造。

4 成因机制分析

准中4区块发育正断层、逆冲断层、走滑断层多种类型断层,而且断层带分隔成带，相互之间相对独立[8-9]。因此，研究区内的断层等构造的发育受控于多种应力来源、变形机制，分属于不同构造域。通过结合区域及中央走滑构造的发育演化，将准中4区块发育断层划分成3个构造域和3个变形区，其分别为：白家海走滑构造域、博格达山冲断构造域、伊林黑比尔尕山冲断构造域，董6井断裂带区、董3-董1断裂带区、董7-董8断裂带区。这3个构造域分别影响或迭加控制着3个断裂带内的断层发育。

通过对研究区内董1-董3、董7-董8、董6井区断层的动力学特征及区域构造演化分析，可以总结断层活动机制如下：

(1)董3井区断层形成于形成于准南缘伊林黑比尔奈山的NE向冲断，而董1井区断层还叠加了白家海走滑构造的影响；

(2)董8-董7井区断层发育属于向东的逃逸构造，形成于走滑断裂的后缘拉张；

(3)董6井区断层的变形机制为背斜顶部的挠曲张裂，发育高角度包心菜式正断层，形成于博格达山的N向冲断作用。