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《中国石油大学(华东)》 2017年
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龙门山断裂带横断层特征及油气地质意义

朱传华  
【摘要】:横断层是指在走向上与区域主体构造线走向近于垂直或以大角度斜交的断层,可以发育在挤压、伸展、走滑等多种构造环境中。与冲断带相关的横断层可由先存断层演化而来,也可与冲断带同时形成,也可由后期构造作用叠加产生。冲断带横断层是挤压构造环境中常见的构造成分,与主冲断带相互切割,使主冲断带分段发育,并对其相邻前陆盆地演化及油气聚集有重要影响。目前,对冲断带横断层形成的理论依据以及成因类型尚缺乏系统研究,关于龙门山断裂带横断层的特征、分布、成因机制、控震作用等研究也十分薄弱,横断层对前陆盆地油气聚集的影响研究尚属空白。针对上述问题,本文充分调研了国内外冲断带横断层实例,分析了冲断带横断层发育的构造环境及力学机制,利用构造物理模拟实验研究了正挤压及压扭作用下冲断带横断层的形成过程和影响因素,提出了冲断带横断层的成因分类方案,将冲断带横断层分为4种成因类型,即剪切型、横张型、复活型、撕裂型。其中,(1)剪切型横断层在正挤压构造环境中与冲断带大角度斜交,构成“X”型共轭剪切型横断层;压扭环境中,通常仅一组剪切断层发育,并按一定间距平行分布。(2)横张型横断层也可形成于挤压、压扭环境中,走向与冲断带走向垂直,总体呈直线状横切主逆冲断层,局部多沿“X”型共轭剪切破裂面发育,呈“锯齿”状。(3)复活型横断裂是由早期存在的与主冲断带直交或大角度斜交的断层,在主冲断带形成过程中再次活化而形成横断层,对区域构造格局具有重要的控制作用。(4)撕裂型横断层形成于差异挤压环境中,由于几何学、运动学特征的纵向差异冲断带内多形成与其垂直的横断层,且该横断层多横向贯穿冲断带;由于力学性质的差异冲断带内多形成与其斜交的横断层,但该横断层延伸距离较短。在遥感、地质、地球物理等资料解释基础上,通过野外实地考察,发现了龙门山断裂带横断层存在的大量证据,已经证实了垂直于龙门山断裂带的9条横断层和4条潜在(未经野外证实)横断层。这些横断层多为北西走向,大致平行、等间距排列,发育4种横断层结构样式。9条横断层由北东向南西依次为:白龙江横断层、南坝横断层、虎牙横断层、清平横断层、小鱼洞横断层、卧龙-怀远横断层、大川横断层、天全-荥经横断层、三合横断层。4条潜在横断层依次为:朝天横断层、青川—剑阁横断层、通口河横断层、宝兴-芦山横断层。横断层在遥感和地球物理资料中多表现为横向线性构造、突变带、扭曲带或高梯度带等;野外露头多为北西走向大型沟谷,被河流占据,见近直立断面、大型断裂破碎带、褶皱扭曲带等,断面上可见指示水平走滑运动的擦痕、阶步等。4种横断层结构样式分别为横张锯齿状、压扭逆冲型、压剪正花状、张剪负花状。横张锯齿状平面和剖面断裂整体形态平直,断裂破碎带较宽,局部为“锯齿状”;压剪正花状剖面浅部为正花状构造,深部为近直立走滑断层,平面上为走滑断层或断裂趋势带,可表现为断续发育的横向走滑断层、雁列式断层或褶皱等;压扭逆冲型剖面上为高角度逆冲断层,平面上可以是显性的逆冲兼走滑运动的断层,也可以为隐性的逆冲陡坎或褶皱扭曲带;张剪负花状剖面为负花状构造或断裂破碎带,平面上为宽大破碎带,断层多分段发育。在区域构造背景、龙门山断裂带横断层分布及野外地质特征研究的基础上,分析了龙门山断裂带横断层的成因类型、形成机制:龙门山断裂带主要发育复活型、剪切型和横张型横断层;以复活型虎牙横断层和卧龙-怀远横断层为界,龙门山断裂带沿走向可分为北、中、南3段;龙门山断裂带北段、南段主要发育垂直于主断裂带的横张断裂,中段主要发育与主断裂带大角度斜交的剪切型横断层;横断层与主逆冲断裂相互切割,横断层活动促进主断裂沿走向的差异演化,主断裂走滑运动也导致横断层分段发育。根据龙门山断裂带的构造背景及演化模式,开展构造物理模拟实验,模拟了龙门山断裂带和横断层的共同演化过程,发现横张型和剪切型横断层是与龙门山主断裂带同时形成、统一构造应力场作用下产生的构造成分。横断层的存在,使龙门山断裂带呈现出主断裂与横断层交错分布的新构造格局,二者相互切割、错断是龙门山断裂带东西分带、南北分段的根本原因,横断层与主断裂带相互影响,共同控制了龙门山地区地质演化、油气分布和地震活动的分布。根据龙门山断裂带区域构造背景,分别计算了有、无横断层条件下龙门山地区的构造应力场分布,结果表明横断层的存在使龙门山断裂带应力水平整体提升,且应力在横断层与主断裂交汇处集中;龙门山中段地应力、应变增量明显大于南段和北段。表明横断层可以促进龙门山断裂带沿走向的差异逆冲、隆升和前陆盆地的差异沉降,并促使地震活动向横断层与主断裂交汇区集中。横断层的活动导致了龙门山断裂带的分段演化,导致沿龙门山走向各段之间地质、地球物理特征的差异。由于复活型虎牙横断层与卧龙-怀远横断层的存在,印支期龙门山断裂带北段比南、中段隆升早,而喜山期北段隆升则较晚;北段的隆升强度明显低于中、南段,现今龙门山南、中段海拔明显高于北段,宽度则比北段窄。此外,在地层及岩性特征、构造变形特征及活动性等方面,沿龙门山走向各段之间也存在巨大差异,尤其是汶川与芦山地震中,各亚段的活动时间、走滑方向和运动强度都表现出巨大的差异。认为横断层既可以独立发震,又可以与主断裂联合发震,二者同步活动使余震呈现分段分布的特点。汶川地震与芦山地震即是龙门山主断裂不同分段分别活动的结果,二者相互独立。虎牙、小鱼洞、卧龙-怀远横断层与主断裂交汇区及相邻10km范围内,白龙江、大川横断层与主断裂交汇区及相邻8km范围内为强震敏感区,其中小鱼洞横断层南西盘10km范围内、卧龙-怀远横断层两侧10km范围内,白龙江、大川横断层与主断裂交汇区及相邻8km范围内将来发生强震的危险性较大。认为横断层控制着龙门山前陆盆地烃源岩、储层、圈闭发育和油气运移特征:龙门山前陆盆地纵向沉降速度的差异,导致中、南段烃源岩沉积厚度较大,热演化程度较高;龙门山断裂带沿走向的差异隆升,导致前陆盆地碎屑沉积物早侏罗纪之前主要分布于中、北段,之后主要分布于中、南段,现今龙门山断裂带中、南段剥蚀量仍明显大于北段;龙门山断裂带沿走向差异逆冲,导致北东走向构造圈闭主要分布于前陆盆地中、南段;此外,横断层是造山带物源输出的主要通道,控制着前陆盆地沉积相和优质储层的分布,横断层出山口处多为冲积扇扇根,横断层也可以促进油气的垂向运移,从而导致含气构造北西向带状分布。结合冲断带油气成藏地质条件,总结了5种与横断层相关的油气成藏模式,分别为:横张断块式、压扭地垒式、逆冲背斜式、张扭地堑式和派生裂缝式成藏模式。横断层发育区为致密砂岩气藏、页岩气藏等非常规气藏有利勘探区;虎牙和清平横断层11km范围内、小鱼洞横断层17km范围内为横断层相关构造油气藏有利发育区。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P618.13

【参考文献】
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