跃进二号东负反转走滑构造识别及成因
2019-11-16陈文萍胡望水李拉毛才旦李相明
陈文萍,胡望水,王 琳,李 涛,李拉毛才旦,李相明
(1.长江大学地球科学学院,湖北武汉 430100;2.青海油田勘探开发研究院,甘肃敦煌 736200;3.青海油田天然气采油厂,青海格尔木 816000)
在地史发展过程中,不同时期、不同性质构造相互叠加的现象称为构造反转。反转构造的形成与区域应力场的变化有关,如由伸展构造体系转化为压缩构造体系,反之亦然[1-3]。1981 年Glennie and Boegner 完整的提出了“反转构造”的概念并将这一术语用于盆地构造分析中。自此,国内外开展了大量反转构造研究[1-15]。但目前取得巨大进展的是正反转构造,对负反转构造研究较少,且存在着较大的争议,Harding 认为构造反转即为构造起伏在极性上的变化[5];Cooper 等认为正反转构造是在控制盆地的伸展断层受到挤压作用发生反向运动时产生的,负反转构造是在先存的缩短构造体系发生伸展作用时产生的[6]。2000 年胡望水等认为反转构造是指构造变形作用发生反向变化所产生的与前期构造性质相反的一种叠加构造,分为正、负反转构造两种类型[14],但目前一些学者对于柴达木盆地的研究集中在其扭动性上,对于负反转构造较少,负反转构造特征及成因等尚待深入研究。目前一些地质学家认为包括柴达木盆地在内的中国西北地区各大沉积盆地均为压(扭)性盆地而根本不同于中国东部的裂谷类伸展盆地[1,17],并且大部分学者将其动力学机制归因为印度板块碰撞传递的“远程应力”效应[8]。而1997 年杨明慧认为在新构造期柴达木盆地为非压(扭)性盆地,恰恰相反而是盆地伸展作用[18]形成的伸展盆地。本文则认为柴达木盆地构造作用是存在反转的,并非单纯的压扭或者伸展。
负反转走滑构造即在先存的缩短走滑构造体系发生张扭作用时产生的构造。本文以柴达木盆地西部跃进二号东负反转走滑构造为例,利用三维地震资料,详细分析了跃进二号东负反转走滑构造特征、规律,确定了负反转构造期,在区域构造地质背景研究的基础上,通过构造演化剖面分析,剖析跃进二号东构造发育历史及成因机制。其意义在于研究结果对于油田深度开发和柴达木盆地区域构造研究,均有重要的指导作用。
1 区域构造背景
柴达木盆地新生代以来,印度板块向北俯冲与欧亚大陆发生陆陆碰撞,青藏高原持续隆升并且不断向北推挤,而柴达木盆地位于青藏高原的东北角,应力传递在其西北侧受到塔里木板块的阻挡,在东北侧受到华北板块的阻挡,因此该盆地处于整个青藏高原前缘构造应力的集中部位,构造活动十分强烈[12-33]。
喜山运动早期印度板块与欧亚板块发生的南北方向的水平挤压,陆陆碰撞作用促使阿尔金山和祁连山的再次活动,同时西伯利亚板块向南移阻挡印度板块的向北挤压,发育了北东东向的阿尔金断裂和北西向或北西西向的北祁连北缘断裂、中祁连断裂,昆北断裂、柴北缘断裂等,它们均以右行走滑为主。喜山运动晚期,青藏高原的陆内俯冲进一步加剧,北东向的水平挤压为主要的应力方向,阿尔金断裂在此时表现出强烈的左行走滑,同时昆仑山、祁连山也开始向盆地逆冲推覆,盆地进入了挤压反转阶段,原北西西向的右行走滑断裂均转变为向北或向南的逆冲兼左行走滑[21]。柴达木盆地分布着三个主要的走滑断裂,西北缘主要的SW-NE 向的阿尔金走滑断裂带为主走滑断裂带,东西两侧则为NW-SEE 向展布的祁连压扭走滑断裂带和NW-SSE 向展布的昆仑压扭走滑断裂带(见图1)。根据古地磁、遥感等地质资料也证实了周缘区域性走滑断裂旋向的改变导致柴达木地块前后出现逆时针和顺时针旋转[20]。所以新生代的柴达木盆地始终处于巨大的压扭应力场中,这也就解释了该盆地早期右行走滑,而后期转变为左行走滑的负反转构造。
研究区主要发育的新生代地层有:路乐河组(E1+2)、下干柴沟组(E3)、下干柴沟组下段、下干柴沟组上段、上干柴沟组(N1)、下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组、七个泉组(Q1)、涩北组(Q2)、察尔汗组(Q3)。断裂主要发生在局部背斜构造上,且正断层走向与褶皱走向不一致,呈锐角相交,且部分切断了背斜的轴线,断裂贯穿第四纪地层,反映了该地区构造为后生负反转构造,主要发育于第四纪沉积时期(见图2、表1)。
图1 柴达木盆地构造分区图(据葛肖虹等2005)Fig.1 Tectonic zoning map of Qaidam basin(from Ge Xiaohong et al.2005)
图2 柴西地区区域地质图(据吴婵2013)Fig.2 Regional geological map of western Qaidam(from Wu Chan 2013)
表1 柴达木盆地柴西地区新生代地层构造演化Tab.1 Tectonic and Cenozoic stratigraphic structural evolution in the western Qaidam
2 喜山早期右行走滑构造体系
2.1 剖面正花状构造
在三维时间地震剖面上,E3次级断层呈逆断层,断层断面形状近平直,上部略缓,靠近主走滑断裂带处倾角较陡,所有次级断裂向下均收敛于主走滑断裂上,构成正花状构造(见图3)。西部断开层位为基底,中部断开层位由E3向地层逐渐变新,东南部断开层位最新,断距同样显示由西部-中部-北部逐渐减小的特征,间接说明走滑作用由西部-中部-东南部逐渐减弱的特征。扭动构造变形带上宽下窄,主走滑断裂带倾角较陡,上部缓,下部近直立,构成典型的正花状构造特征。下干柴沟组地层变形具有很好的一致性,地层厚度一致,断层纵向断距不大,但是水平断距较大(见图4a),表明变形较强烈,为典型的压扭作用形成的后生走滑构造。
2.2 平面雁列式断层组合
2.3 右行走滑构造
应用Harding 的右行力偶走滑分析(见图4),由图4 可见断裂带构造走向与右行力偶产生的应变椭圆中构造走向一致,其中次级逆断裂走向与应变椭圆中的挤压作用下的逆断裂走向一致,说明研究区早期(下干柴沟组)构造为右行压扭作用的结果。
图3 跃进二号东走滑构造地震地质解释剖面图Fig.3 Seismological interpretation profile of Yuejin No.2 east strike-slip structure
3 左行走滑构造样式
张扭型负反转构造是指压扭断层因受力方式改变为张扭所产生的与扭动断层小角度相交的反转构造,它沿盆地内扭动断裂带展布。张扭负反转构造发生在压扭盆地的反转期,即由前期挤压或压扭应力场转变为张扭应力场时期。
3.1 负花状构造
剖面上,N1~Q1发育的多达15 条次级断裂,断层断面产状略呈凹面,上部陡,下部略缓,所有次级断裂向下均收敛于主走滑断裂上,构成负花状构造(见图5)。且左行张扭次级断裂在N1~Q1基本均被错断,断距显示西部和东南部断距较小,中部断距较大的特征,说明左行张扭走滑作用主要发生在中部高点部位可见,其中在N1~Q1层段的逆断层,继承了早期的压扭作用,在的次级正断层,主要受晚期张扭作用控制。断层组合为负花状构造,为典型的张扭应力作用的产物。该区断层呈典型的雁列式,验证了时间剖面上花状构造解释的准确性,同时由于时间地震剖面上上干柴沟组~七个泉组地层厚度基本一致,即可确定其走滑构造为典型的后生走滑构造。
3.2 雁列式断层组合
平面上,跃进二号东高点上N1~Q1其主走滑断裂位于研究区北段至东南部,是跃进二号主控断层,控制着整个区域构造格架。研究区西部-中部发育近东西走向次级断裂,倾向有北倾和南倾两种,组成地堑结构,还发育一条北北东走向的次级断裂,倾向北西西向;东南部次级断裂走向变为北西-南东走向为主,倾向南西向(见图6a)。都与主走滑断裂呈小角度相交,雁列式展布,符合扭动构造的特征,其夹角指示本盘运动方向本盘向左运动,即主走滑断裂西南侧向南东方向运动。
图4 K11右行走滑构造断裂组合关系及右行应变椭圆分析Fig.4 (a)K11fault assemblage relationship and(b)right strain ellipse analysis of right-lateral strike-slip structures
图5 跃进二号东走滑构造地震地质解释剖面图LINE1010Fig.5 Seismological interpretation profile of Yuejin No.2 east strike-slip structure
图6 K31左行走滑构造断裂组合关系及左行应变椭圆分析Fig.6 (a)K31fault assemblage relationship and(b)left-lateral strain ellipse analysis of left-lateral strike-slip structures
3.3 左行走滑构造
应用Harding 的左行力偶走滑分析(见图6b)可见断裂带构造走向与左行力偶产生的应变椭圆中构造走向一致,其中次级正断裂带走向与应变椭圆中的伸展作用下的正断裂走向一致,说明研究区晚期(Q1q 期后)构造为左行张扭作用的结果。通过研究区平、剖面结合,综合分析,研究区后期构造是左行张扭负反转作用的左行走滑构造。
3.4 走滑叠加构造样式
跃进二号东构造下部层序E1+2~E3发育为压扭作用,形成的正花状构造样式,其次级断裂以逆断层为主,主走滑断裂西北走向为近东西向,构造高点发育在西北部,东西走向,向东南部北西-南东走向转换的中部位置,为下E1+2~E3的构造高点,次级伴生逆断裂以东西走向为主,东南部次级伴生断裂走向与主走滑位移带呈锐角相交。
4 负反转走滑构造发育成因机制
4.1 跃进二号东构造负反转走滑构造演化
盆地新生代以来整个柴达木盆地处于压扭应力场中,尽管其主应力场的方向发生过变化但是柴达木盆地早期处于压扭这一应力场始终没有改,而跃进二号新生代中后期由压扭转变为张扭(见图7)。
4.1.1 右行压扭作用阶段 跃进二号地区新生代盆地由始新世路乐河组沉积时期开始受右行压扭作用发育一系列的逆断层,次级逆断层与主走滑断层组成正花状构造(见图7b)。
4.1.2 左行张扭负反转阶段 该地区在七个泉组沉积后受左行张扭作用发育一系列的次级正断层,部分次级断层继承早期的逆断层性质,早期次级逆断层与次级正断层叠加,共同构成了剖面上的花状构造,且该地区地层破碎程度较高。七个泉组沉积末期基本定型(见图7a)。
4.2 负反转走滑构造形成的机制
对于负反转构造的形成机制,可分为:(1)无断层活动的褶皱机制;(2)由犁式或平面式逆转活动控制下的断展褶皱机制;(3)由走滑逆转活动控制下的负反转走滑机制。
三维空间构造特征综合分析结果是,跃进二号东构造次级逆断裂呈斜列式展布,且与主干断裂带呈斜交关系,表明跃进二号东构造早期后生构造是右行压扭作用的结果。发育的走滑构造的应变椭圆分析表明,Q1q 末期其构造为右行压扭作用的结果(见图8a)。而狮子沟组、油砂山组、上干柴沟组发育的走滑构造(Q1q期后)为左行张扭作用而产生的(见图8b),七个泉组沉积后柴达木盆地区域应力场发生变化,由压扭应力场转变为张扭应力场。在这区域应力场作用的控制下,跃进二号东构造走滑构造在早期压扭走滑构造之上叠加了张扭走滑构造。
图7 跃进二号地区走滑构造演化图Fig.7 Strike-slip tectonic evolution map of Yuejin No.2
从柴西地区地质图可见,大部分的局部背斜构造上发育正断层,且正断层走向与褶皱走向不一致,呈锐角相交,且部分切断了背斜的轴线,也反映了该地区构造为后生负反转构造。
图8 负反转走滑构造形成机制图Fig.8 Map showing the formation mechanism of the negative reverse strike-slip structure
5 结论
(1)下干柴沟组~路乐河组下构造层,三维地震剖面上为由次级逆断层和主走滑断裂带组成的正花状构造;平面上显示为雁列式次级逆断裂与主干断裂呈低角度斜交的空间组合型式,为典型的右行压扭走滑构造。
(2)上干柴沟组~狮子沟组上构造层,发育左行张扭走滑构造,三维地震剖面上显示为由次级正断层和主走滑断裂带组成的负花状构造,平面上表现为呈雁列式次级正断层与主干断裂呈斜交的空间组合关系。
(3)七个泉组沉积末期,在强烈的区域压扭应力场作用下,跃进二号东发生较强烈的右行压扭运动,在下构造层产生压扭构造;在七个泉组沉积期后,研究区叠加发育了负花状走滑构造,推测为区域应力场变为张扭应力场而产生的。这种应力场可能反映柴达木盆地此时经历了一次张扭构造作用。因此,跃进二号东构造是由早期压扭走滑构造作用与后期张扭走滑构造作用而产生的叠加走滑构造。