A/λ法在褶皱演化分析中的应用——以川西坳陷为例

何建磊，杨映涛，卓俊驰

(1.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都 610041 2.中国石化西南油气分公司地质中心实验室，四川成都 610041)

我国的含油气盆地以多旋回叠合盆地为主，经历了复杂的构造运动，其构造形成演化是油气成烃、成藏耦合的关键[1-6]。川西坳陷陆相地层经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，盆内构造叠加与联合十分普遍。对此，国内学者在褶皱的几何形态及构造演化期次方面利用多种方法从多个角度开展了研究：乐光禹系统地论述了叠加褶皱几何形态，并对其运动学特征进行了详细观测和描述[7]；张忠义厘定了晚三叠世和晚侏罗世两期构造运动及褶皱变形，确定了纵弯作用是褶皱发育的机制，并将区内叠加褶皱划分为3类10种基本样式[8]。这些研究成果对川西坳陷前期勘探具有重要的作用，但随着勘探的深入，迫切需要解决褶皱形成的期次问题。文中通过观测自然界波的传播特征，分析反映波的两个重要参数——波幅(A)和波长(λ)，以直立对称褶皱、斜歪不对称褶皱为模型，分析了A/λ在平面上的变化特征及多形变层纵向上的叠加特性，并将其应用于川西坳陷东西向褶皱的演化期次分析，明确了东向西褶皱的演化特征。

1 A/λ法的基本模型

λ和A是重要的褶皱度量参数，度量在外力作用下褶皱起伏形变的大小，对称褶皱和不对称褶皱的横截面波长和波幅的度量如图1所示，对称褶皱的波长等于两个相同拐点的距离，波幅相当于两个包络面之间垂直距离的一半；不对称褶皱的波长和波幅也可以利用该方法进行度量。

图1 褶皱的波幅和波长示意图

波幅及波长的变化反映了岩石在外力作用下，吸收能量后所产生的形变。由近及远，能量逐渐减弱，则A1>A2>A3> …>An、λ1<λ2<λ3<…<λn，因此，A1/λ1>A2/λ2>…>An/λn≈0(图2a)；相应的各褶皱的A/λ逐步减小(图2b)，单个褶皱轴迹上的A/λ值，沿着褶皱轴迹依次减小(图2c)。

图2 能量在传播过程中的衰减模式

对于一套具有多个形变层的对称协调褶皱来说，在外力的挤压作用下，地层在褶皱变形过程中表现为外弧伸长和内弧缩短的特点。在接近岩层中部，有一个既无伸长又无缩短的无应变面，这个无应变面被称为中和面[9]，中和面以上的形变层呈拉张性质，中和面以下为挤压性质。以对称的直立褶皱为例，假设该褶皱的形变层为黏度相同的地层叠置起来，层间无摩擦，上下仍为黏性无限介质，褶皱翼角不变，则存在形变后翼长变化或翼长不变两类关系。即：翼长变化，上下形变层之间A/λ的关系为AL/λL=Az/λz=AJ/λJ，A/λ值纵向上呈一竖直线(图3a)；翼长不变，则AL/λL

图3 协调褶皱的波A/λ模型

图4 活动形成的不协调褶皱的A/λ四种模式

2 川西坳陷构造背景

川西坳陷位于四川盆地西部，其形成与演化受西部龙门山被动逆冲推覆构造带及北部秦岭造山带活动的控制，晚三叠世以来，四川盆地受周缘山系多期次构造变形的影响，经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动，自下而上由被动大陆边缘盆地、局限前陆盆地、成熟前陆盆地、构造残余盆地等多个原型盆地叠置而成，构造演化极其复杂。

构造演化的各个阶段每一次造山运动产生的构造带都是相互联系的，在空间上相互组合、排列。印支早中期，扬子板块与华北板块碰撞，南秦岭造山并向南推覆，北面米仓山-大巴山造山带方向的挤压运动形成的构造带多呈近东西向；印支晚期，扬子板块与平武地块碰撞，龙门山北段开始隆升逆冲，造山挤压运动形成的构造带多呈北东-南西向；印支晚期，古特提斯洋萎缩、并向南闭合，龙门山全面逆冲造山，至燕山晚期-喜马拉雅早期，扬子板块向西俯冲，表现为龙门山全面被动造山，造山挤压运动形成的构造带也多呈北东-南西向；喜马拉雅晚期，新特提斯洋关闭，印度板块与亚欧板块碰撞，青藏高原隆升推覆，挤压形成的构造带多呈近南北向。多期的构造运动导致川西坳陷总体呈现“三隆两凹一坡”的构造格局，即龙门山前断褶带、新场构造带、龙泉山构造带、成都凹陷、梓潼凹陷和中江斜坡带(图5)。

图5 川西坳陷构造纲要

3 应用实例

丰谷褶皱位于新场构造带东部，回龙褶皱位于中江斜坡带北部(图6)，二者之间发育永太向斜构造。川西坳陷陆相地层自下而上发育三叠系(须家河组须一段、须二段、须三段、须四段和须五段)、侏罗系(白田坝组、千佛崖组、下沙溪庙组、上沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组)、白垩系和第四系，总共发育须下盆(须三段及以下)、须上盆(须五段-须四段)和中浅层(蓬莱镇组-白田坝组)三套形变层。

图6 川西坳陷东侧地区构造纲要

丰谷褶皱为短轴状、平缓-开阔斜歪倾伏褶皱，轴面向北倾斜，褶皱的长轴迹摆动特征明显，整体呈近东西向展布，延伸距离35.6 km，回龙褶皱类型与丰谷褶皱相类似，延伸距离34.0 km。A/λ参数分析表明：丰谷褶皱在Inline3 918、Inline4 018测线处能量最大(图7a)，向东西两侧逐渐减小，须下盆A/λ东部明显增大(图7b)，具有不整合等不协调现象，结合研究区应力特征，认为其受川中隆起的影响；回龙褶皱A/λ参数表明：该褶皱在Crossline2 084测线处能量最大，东西两侧逐渐减小，回龙褶皱的生成与丰谷褶皱类似，但其须上下盆A/λ值出现跳动，表明该区层系受多方向应力的影响；比较丰谷、回龙褶皱的A/λ值发现，丰谷褶皱的A/λ值在同等对应位置大于回龙褶皱的A/λ值，结合几何学上的轴面北倾斜，认为影响褶皱形成的力源主要来自西北部或者北部(表1、表2、图8、图9)。

图7 各形变层褶皱A/λ参数平面特征

表1 丰谷褶皱A/λ参数统计

表2 回龙褶皱A/λ参数统计

沿褶皱轴迹的A/λ剖面，丰谷褶皱不同部位的A/λ值出现三处明显的突变，表明该褶皱形成主要有四期：第一期形变发生于须三段沉积之后，从Inline4 118测线开始向西端传递生长；第二期形变发生于须五段沉积之后，传递的方向与第一期类似；第三期形变发生于白田坝组沉积之后，从Inline3 918测线开始向两端传递生长，向西传递于Inline3 818测线处后不再生长；第四期形变发生于蓬莱镇组沉积之后，从Inline3 918测线开始向两端传递生长，并保留至现今(图10)。

图10 丰谷褶皱不同部位A/λ参数剖面特征

沿褶皱轴迹的A/λ剖面，回龙褶皱不同部位的A/λ值出现两处明显的突变，表明该褶皱的形成主要有三期：第一期形变发生于须三段沉积之后，只在Crossline2 284测线附近生长；第二期形变发生于须五段沉积之后；第三期形变发生于蓬莱镇组沉积之后，皆由Crossline2 284测线开始向两端传递生长，并保留至今(图11)。

图11 回龙褶皱不同部位A/λ参数特征

4 应用效果

运用A/λ法能够有效直观地反映回龙褶皱与丰谷褶皱不同位置的演化特征，结合区域构造背景认为，这两个褶皱主要受北部米仓山-大巴山造山体系与西侧龙门山造山体系双重影响。印支早期，在下扬子板块、华北板块碰撞的大背景下，米仓山-大巴山向南挤压，在四川盆地产生近南北向的挤压应力，形成了一系列近东西的构造，回龙、丰谷褶皱带在此时期形成雏形；印支中晚期，伴随龙门山由北向南的依次推进，丰谷、回龙褶皱带持续褶曲，并改造原来的发育特征；燕山中期-喜马拉雅早期，特提斯洋闭合，太平洋板块扩张，米仓山-大巴山、龙门山等逆冲推覆，挤压形变作用强烈，发生强烈褶皱形变，原有的东西向褶皱进一步发展；喜马拉雅晚期，改造作用相对较弱，构造形态保存至今。

前人认为新场构造带形成于印支期、发展于燕山期、定型于喜马拉雅期[10-11]，A/λ法在构造演化期次的分析结果与前人研究成果认识一致，表明A/λ法在构造演化期次分析中具有可行性；同时，前人研究认为丰谷、回龙褶皱的主要油气藏(侏罗系上、下沙溪庙组、三叠系须家河组)成藏期主要在燕山期和喜马拉雅期[12]，A/λ法对丰谷、回龙褶皱演化分析的结果与油气成藏具有较好的耦合关系，是油气聚集的良好场所，这对川西坳陷的油气勘探具有一定意义。

5 结论

(1)A/λ是分析褶皱生成、传递的重要参数。A/λ参数的变化反映应力环境的递变，平面上，A/λ随着传播距离的增加而减少；纵向上，协调褶皱各形变层之间A/λ值自上而下是逐渐增大或者维持相对不变，当A/λ出现明显的突变(出现多个突变的点)就形成了不协调的褶皱，即该褶皱的形成受到了多期构造运动的影响。

(2)A/λ参数分析法有效直观地反映了丰谷、回龙两个褶皱不同时期的演化特征及受多方向应力的影响，是印支期、燕山中期-喜马拉雅早期两个重要时期的产物；西北侧的龙门山造山带和北侧的米仓山-大巴山造山带的逆冲推覆作用是褶皱形成的主要动力。