童亨茂，范彩偉，童傳新，宋 鵬，張 昊

[1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;2.中海石油 湛江分公司，廣東 湛江 524057]

瓊東南盆地寶島變換帶的特征、類型及其成因機制

童亨茂1，范彩偉2，童傳新2，宋 鵬2，張 昊1

[1.中國石油大學(xué)(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249;2.中海石油 湛江分公司，廣東 湛江 524057]

利用三維地震資料的構(gòu)造解析和方差體切片，對瓊東南盆地寶島變換帶的三維結(jié)構(gòu)進行了解剖，揭示該變換帶具有 “結(jié)構(gòu)復(fù)雜”、“多個段落”、“多期活動”、“復(fù)式位移傳遞”等方面的特征。在此基礎(chǔ)上，指出裂陷盆地存在比經(jīng)典變換帶更為復(fù)雜的變換帶類型——復(fù)式變換構(gòu)造帶，并結(jié)合經(jīng)典變換帶的分類，提出了裂陷盆地變換構(gòu)造帶新的分類方案。最后，提出了裂陷盆地變換構(gòu)造的兩種成因類型：“先存構(gòu)造活動型”(寶島型)和“先存構(gòu)造控制型”(Morley型)。

先存構(gòu)造；變換構(gòu)造；變換斷層；變換帶；瓊東南盆地

變換帶(transfer zone)最先是Dahlstrom于1970年在研究沖斷褶皺帶中的變形和位移量變化時提出的概念，后來Gibbs[1-2]和Morley[3]把此概念引入到伸展變形區(qū)，來闡述正斷層之間的伸展應(yīng)變傳遞，并提出了變換帶的構(gòu)造分類方案。國內(nèi)也有不少學(xué)者，例如劉德來等[4]、胡望水等[5-6]、周建生等[7]、陳發(fā)景等[8]、陳昭年等[9]和漆家福等[10-11]根據(jù)渤海灣盆地黃驊凹陷、東濮凹陷、惠民凹陷、松遼盆地和二連盆地等研究成果進一步深入地分析了裂陷盆地變換帶的構(gòu)造特征及分類及油氣地質(zhì)意義。

本質(zhì)上，變換帶是伸展構(gòu)造區(qū)在平面上傳遞應(yīng)變、并保持區(qū)域上應(yīng)變平衡的一種構(gòu)造。事實上，正斷層間的位移或應(yīng)變傳遞不外乎兩種方式,即：通過斷層(變換斷層，transfer fault)的“硬連接”[11]和通過地層扭曲變形(褶皺和亞分辨斷層，即transfer zone)的“軟連接”。此類構(gòu)造國外學(xué)者用了transfer zone[3,12]，accomendation zone[13-14]，relay-ramp[15-16]等術(shù)語，而國內(nèi)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)換帶[4]、變換帶[5]、傳遞帶[10]和調(diào)節(jié)帶[8,17]等術(shù)語。雖然上述術(shù)語在內(nèi)涵和外延上存在一定的區(qū)別，但傳遞應(yīng)變的實質(zhì)是統(tǒng)一的。本文對此類構(gòu)造統(tǒng)一用“變換帶”(transfer zone)和“變換斷層”(transfer fault)這兩個術(shù)語。

已有變換帶結(jié)構(gòu)和分類的闡述，主要是基于兩條斷層之間的位移傳遞[3,11]。然而，通過對裂陷盆地大量三維地震資料的構(gòu)造解析表明，在很多情況下，變換帶的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，表現(xiàn)為：①位移傳遞可以出現(xiàn)在多條斷層之間；②同一變換帶可以出現(xiàn)“硬連接”(斷層)和“軟連接”(地層扭曲)間互的現(xiàn)象；③不同反射層變換帶特征表現(xiàn)出很大的差異。另外，裂陷盆地變換帶成因機制的分析也很少。本文以南海北部瓊東南盆地的寶島變換帶為例，通過該變換帶三維結(jié)構(gòu)的解剖和理論分析，來闡述這一復(fù)雜變換帶的特征、類型及其成因機制，并進一步提出裂陷盆地變換帶的分類方案及其成因類型。

1 寶島變換帶特征

寶島變換帶所在的瓊東南盆地位于海南島東南和南海北部，呈北東東向延伸，是基底為前古近系的新生代伸展型盆地(圖1)，面積約6×104km2，沉積厚度達10 km以上[18-20]，由古近系(裂陷層系)和新近系(拗陷層系)組成(表1)。瓊東南盆地裂陷層系斷層十分發(fā)育，拗陷層系也有少量的斷層發(fā)育。

寶島變換帶位于瓊東南盆地北部坳陷帶松東凹陷東側(cè)(圖1)，呈南北向展布，向北逐漸消失，向南與6號斷層和2號斷層相接，寬度較窄(圖2)，區(qū)內(nèi)有高質(zhì)量的三維地震資料覆蓋。通過對三維地震資料系統(tǒng)的構(gòu)造解析和地震數(shù)據(jù)得到方差體切片(圖3)，確定寶島變換帶的特征如下。

表1 瓊東南盆地地層和構(gòu)造演化階段[21]Table 1 Strata and tectonic evolution stage of the Qiongdongnan Basin[21]

圖1 瓊東南盆地構(gòu)造綱要及構(gòu)造單元劃分(據(jù)李緒宣[22]修改)Fig.1 Structure outline and tectonic elements of the Qiongdongnan Basin(modified after Li Xuxuan[22])

圖2 寶島變換帶段落劃分及鄰區(qū)反射層斷裂系統(tǒng)分布Fig.2 Segemetation of Baodao transfer zone and fault system of reflecting layers in its adjacent areasa.反射層；b.反射層；c.反射層(圖a中的兩個玫瑰花圖示寶島變換帶西側(cè)和東側(cè)的斷層傾向。寶島變換帶中綠色的為變換斷層,黃色的為變換帶,紅色箭頭為變換帶的分段點。B-n，B-nm，B-m，B-sm和B-s分別為寶島變換帶的北段、中北段、中段、中南段和南段。A—A′和 B—B′為圖3中剖面位置。)

圖3 寶島變換帶及鄰區(qū)地震方差體切片F(xiàn)ig.3 Seismic variance body slices of reflecting layers in Baodao transfer zone andadjacent areas(black lines and areas are faults)a.地震方差體切片；b.地震方差體切片(斷層在圖中表現(xiàn)為黑色。)

1.1 變換帶兩側(cè)盆地結(jié)構(gòu)、斷層傾向、構(gòu)造形態(tài)存在差異

圖4 寶島變換帶東、西兩側(cè)南北向構(gòu)造剖面(剖面位置見圖2)Fig.4 NS-trending tectonic profiles in both east and west sides of the Baodao transfer zone(profile location see Fig.2)a.剖面A—A′(測線bdw2)；b.剖面B—B′(測線dbe1)E3y+E2.古新統(tǒng)與漸新統(tǒng)崖城組；E3l3.漸新統(tǒng)陵水組三段；N1s.中新統(tǒng)三亞組；N1m.中新統(tǒng)梅山組；N1h—Q.中新統(tǒng)黃流組至第四系

圖5 寶島變換帶及鄰區(qū)反射層構(gòu)造Fig.5 Structure of reflectors in Baodao transfer zone and adjacent areasa.反射層；b.反射層；c.反射層(黑色虛線內(nèi)為寶島變換構(gòu)造帶分布的區(qū)域。)

1.2 變換帶剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可劃分為多個段落

橫切寶島變換帶的剖面表明(圖6)，該變換帶的剖面結(jié)構(gòu)從北到南變化很大。根據(jù)剖面結(jié)構(gòu)的變化，寶島變換帶可以分為5段：北段、中北段、中段、中南段和南段(圖2)。北段是一西傾的正走滑斷層，傾角為64°～75°，剖面斷距剖面0～300 ms(雙程走時，下同)，基底東高西低(圖6a)。北段終止于變換帶西側(cè)發(fā)育的一延伸很短但斷距很大的北西西向斷層，與該斷層接觸后，變換帶(斷層)突然從西傾轉(zhuǎn)為東傾，基底轉(zhuǎn)化為西高東低，從而進入到中北段(圖6b)。中北段東掉的剖面垂向斷距為0～180 ms，明顯小于北段西掉的剖面垂向斷距。繼續(xù)向南進入到中段，以出現(xiàn)一組北西西走向、呈雁行排列的斷層為標(biāo)志，變換斷層的垂向斷距基本消失(圖6c)。再向南，變換斷層突然轉(zhuǎn)化為西掉、垂直斷距很大(最大垂直斷距達820 ms)的正走滑斷層，即進入中南段(圖6d)。中南段實際上是6號斷層的側(cè)段坡。再向南，東側(cè)的2號斷層出現(xiàn)后，寶島變換帶成為一錐形隆起，即進入南段(圖6e)。南段實際上分別是6號斷層和2號斷層的側(cè)段坡。寶島變換斷層與西側(cè)的2號斷層相接后消失(圖2，圖5)。

圖6 寶島變換帶不同段落剖面結(jié)構(gòu)Fig.6 Profile structure in different segments of Baodao transfer zonea.北段；b.中北段；c.中段；d.中南段；e.南段(各圖中左上小圖示剖面的位置。)

1.3 縱向上變換帶的類型存在明顯差異

1.4 傳遞多條斷層的位移

與傳統(tǒng)的變換帶不一致，寶島變換帶是對多條斷層的位移進行傳遞。變換帶的西側(cè)和東側(cè)規(guī)模較大的正斷層分別有5條和4條。

上述分析表明，寶島變換帶在結(jié)構(gòu)、組成、演化和位移傳遞方式與經(jīng)典的變換帶存在很大的區(qū)別。

2 裂陷盆地變換帶分類方案

寶島變換帶特征清晰地表明，與經(jīng)典的變換帶[3]相比，寶島變換帶在結(jié)構(gòu)、組成、演化和位移傳遞方式等存在顯著差異，表現(xiàn)為“結(jié)構(gòu)復(fù)雜”、“多個段落”、“多期活動”、“復(fù)式位移傳遞”等方面的特征，表明裂陷盆地存在比經(jīng)典變換帶更為復(fù)雜的變換帶類型。下面在概述經(jīng)典變換帶分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合寶島變換帶的類型分析，提出裂陷盆地變換帶的分類方案。

已有多個學(xué)者提出伸展變形區(qū)變換帶的分類方案[3,11，23]。由于對變換帶的認(rèn)識存在一定的差異，不同學(xué)者的變換帶分類方案存在很大的差異，但都是針對兩條正斷層之間的位移傳遞，其中Morley[3]的分類方案(圖7)應(yīng)用最廣，成為經(jīng)典。

Morley首先根據(jù)兩條正斷層的傾向組合把變換帶分為3類：相同傾斜類、背向傾斜類和相向傾斜類(背向傾斜類和相向傾斜類合稱“共軛類”)；再根據(jù)兩條正斷層的位置關(guān)系把變換帶分為4型：趨近型，疊覆型、平行型和共線型，組合在一起得到10種類型(圖6)。

目前，關(guān)于變換帶的本質(zhì)已基本達成共識，即：伸展構(gòu)造區(qū)的變換帶是一種在平面上傳遞應(yīng)變、使得在區(qū)域上保持應(yīng)變平衡的一種構(gòu)造。事實上，正斷層間的位移或應(yīng)變傳遞可以通過斷層[11](“硬連接”，見圖2,圖4a)，也可以通過地層扭曲變形(“軟連接”，圖4c)來實現(xiàn)?？紤]到：①經(jīng)典的變換帶分類[3]只是

針對其中的“軟連接”(如圖6中軟連接型的單式大類)；②裂陷盆地中既有兩條斷層間的位移傳遞，也有多條斷層間的位移傳遞(如寶島變換帶)，而后者在經(jīng)典變換帶類型中沒有涉及，本文在Morley變換帶分類的基礎(chǔ)上(軟連接型的單式大類主要參考Morley的分類方案，但做了修改)，結(jié)合中國東部和南部裂陷盆地的地質(zhì)實際及國內(nèi)外裂陷盆地資料，對變換帶的概念和術(shù)語體系進行梳理，提出裂陷盆地變換帶的分類方案(圖7)。下面分別加以闡述。

2.1 按變換帶位移傳遞方式分類

根據(jù)正斷層位移的傳遞方式(“硬連接”或“軟連接”)，變換帶可以劃分為“變換斷層”和“變換帶”。

變換斷層結(jié)構(gòu)和運動學(xué)特征與洋中脊的轉(zhuǎn)換斷層(transform fault)有很大的相似性，只是位移傳遞的對象(分別是正斷層和擴張的洋中脊)和規(guī)模(轉(zhuǎn)換斷層都是切穿巖石圈的，而變換斷層的規(guī)?？纱罂尚?存在差異。accomendation zone和relay-ramp相當(dāng)于變換帶。

考慮到①變換帶構(gòu)造的總稱和“軟連接”的分類名稱目前均為“變換帶”，②總稱“變換帶”沒有很好地包含“變換斷層”的涵義，因此，本文建議此類構(gòu)造的總稱改為“變換構(gòu)造”(transfer structure，其中“structure”則包含了斷層和褶皺)，這樣，邏輯就比較清晰。

2.2 按位移傳遞所涉及的正斷層數(shù)量分類

經(jīng)典的變換構(gòu)造傳遞兩條正斷層間的位移。本文把兩條以上正斷層間傳遞位移的此類構(gòu)造稱之為“復(fù)式變換構(gòu)造”(compound transfer structure)。這樣，按位移傳遞所涉及的正斷層數(shù)量劃分為“變換構(gòu)造”(單式大類)和“復(fù)式變換構(gòu)造”(復(fù)式大類)。

圖7 裂陷盆地變換構(gòu)造分類方案Fig.7 Classification scheme of transfer zone in rift basins

由于復(fù)式變換構(gòu)造傳遞多條正斷層間的位移，根據(jù)位移平衡的原則，其結(jié)構(gòu)和活動性在與被傳遞的正斷層相接處必然會發(fā)生變化(圖8)，因而必然具有分段性(如寶島變換帶)。根據(jù)復(fù)式變換構(gòu)造不同段落位移傳遞組合方式的差異，進一步可以劃分為“復(fù)式變換斷層”(compound transfer faults，各段落的位移傳遞方式均為“硬連接”，圖8a)，“復(fù)式變換帶”(compound transfer zones，各段落的位移傳遞方式均為“軟連接”，圖8c)，“復(fù)式變換構(gòu)造帶”(compound transfer structures，位移傳遞方式既有“硬連接”，又有“軟連接”，圖8b)。

復(fù)式變換構(gòu)造不僅在瓊東南盆地發(fā)育，在世界其它地區(qū)也都有發(fā)育。

3 寶島變換帶成因解析

已有的變換帶研究集中在變換帶的幾何特征、分類及其識別上[3-11，24-28]，對成因機制的討論較少。Morley認(rèn)為，變換帶的形成往往與在先存構(gòu)造基礎(chǔ)上發(fā)育的正斷層相關(guān)，在伸展作用下，不同位置的先存構(gòu)造重新活動所產(chǎn)生的正斷層，其伸展變形需要相互傳遞，從而形成變換構(gòu)造帶。除此之外，很少有文獻論述變換帶的成因機制。

按照Morley對變換帶成因機制的認(rèn)識，對于疊加伸展變形區(qū)(如瓊東南盆地[21])，隨著伸展方向的變化，位移傳遞的方式和量值就會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致變換帶

發(fā)育的位置產(chǎn)生變化。而寶島變換帶的三維結(jié)構(gòu)特征表明，雖然瓊東南盆地在始新世—漸新世伸展方向從北西-南東向轉(zhuǎn)為南北向[21,29]，但寶島變換帶發(fā)育的位置在不同反射層上、下保持一致(圖2，圖5)，完全沒有發(fā)生變化。寶島變換帶的這一特征用Morley變換帶的成因模式無法解釋。

模擬實驗結(jié)果[28]表明，與伸展方向平行或小角度的先存構(gòu)造(斷裂或破裂)在伸展變形過程中一般形成變換構(gòu)造[30](變換斷層或變換帶，模型4的實驗結(jié)果)。變換帶的這一成因機制用先存構(gòu)造活動性準(zhǔn)則[31]和摩爾空間理論[32]可以得到合理的解釋。按照這一思路，本文對寶島變換帶的成因機制分析如下：寶島變換帶所在處存在一南北向延伸的前新生代先存斷裂(推測該先存斷裂是在中生代構(gòu)造變形中形成)。在瓊東南盆地古新世北西-南東方向(先存斷裂與伸展方向的夾角約為35°)裂陷作用階段，在伸展作用下該先存斷裂開始活動，表現(xiàn)為一斜向走滑斷層帶(斷層傾角70°左右，圖6)，起傳遞伸展位移的作用，為一復(fù)式變換斷層，其中活動方式和活動量(斷層的傾向、活動量)在不同段落存在很大的差異(圖6)。當(dāng)瓊東南盆地進入漸新世后，伸展方向由北西-南東方向轉(zhuǎn)為南北向(先存斷裂與伸展方向平行)。根據(jù)先存構(gòu)造活動性準(zhǔn)則[29]，由于與伸展方向夾角的減小，寶島先存斷裂的活動能力迅速下降，導(dǎo)致寶島先存斷裂只有部分段落活動形成斷裂(其他段落沒有破裂)，是一復(fù)式變換構(gòu)造帶。新近紀(jì)以來，伸展作用強度大幅度下降，寶島先存構(gòu)造的活動能力進一步下降，已沒有能力產(chǎn)生破裂，為一復(fù)式變換帶。

為了驗證上述分析的合理性，本文采用沙箱實驗進行驗證：在寶島復(fù)式變換構(gòu)造帶所在處設(shè)置先存斷裂(直立的紙片，紙片可以很好地模擬先存斷裂[28])，2號斷層、6號斷層處以及凹陷內(nèi)由先存構(gòu)造控制的斷層所在處設(shè)置先存構(gòu)造，進行南北向伸展，模擬漸新世以來的構(gòu)造變形。結(jié)果寶島變換帶及其相關(guān)構(gòu)造的特征總體得到再現(xiàn)(圖9)。

圖8 裂陷盆地復(fù)式變換構(gòu)造帶模式(以寶島變換帶為背景)Fig.8 Compound transfer structure models in rift basins(taking Baodao transfer zone as an example)a.復(fù)式變換斷層；b.復(fù)式變換構(gòu)造帶；c.復(fù)式變換帶

圖9 寶島變換帶沙箱模擬實驗結(jié)果Fig.9 Sandbox modeling results of Baodao transfer zonea.模擬實驗結(jié)果(頂部照相)；b.模擬實驗解釋結(jié)果

結(jié)合寶島變換帶的成因機制分析以及已有的研究成果[3]，本文把裂陷盆地的變換帶劃分為兩種成因類型：“先存構(gòu)造活動型”(寶島型)和“先存構(gòu)造控制型”(Morley型)。

“先存構(gòu)造活動型”變換帶直接是先存構(gòu)造活動而形成的，變換帶發(fā)育的位置受控于先存構(gòu)造，在伸展變形過程中保持不變。在由于基底存在先存破裂，是一應(yīng)力-應(yīng)變的釋放帶，變換帶兩側(cè)的斷層很難穿越變換帶[28](圖2—圖5)，這一特征可以作為識別“先存構(gòu)造活動型”變換構(gòu)造的重要標(biāo)志。兩側(cè)斷層發(fā)育情況的差異決定著變換帶的結(jié)構(gòu)和位移傳遞情況。在“先存構(gòu)造活動型”變換構(gòu)造帶延伸較長的情況下，該類變換構(gòu)造一般是復(fù)式變換構(gòu)造帶。

由于先存構(gòu)造在力學(xué)上是一薄弱帶，與“先存構(gòu)造控制型”變換構(gòu)造相比，“先存構(gòu)造活動型”變換構(gòu)造傳遞位移的方式更容易表現(xiàn)為“硬連接”(即“變換斷層”)，而“先存構(gòu)造控制型”則容易表現(xiàn)為“軟連接”(即“變換帶”)。

4 結(jié)論

1) 寶島變換帶幾何特征復(fù)雜，剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可劃分為多個段落; 縱向上(不同反射層)，其類型存在明顯差異，傳遞多條正斷層的位移，變換帶兩側(cè)的盆地結(jié)構(gòu)、斷層傾向、構(gòu)造形態(tài)均存在很大的差異，兩側(cè)斷層終止于變換帶。

2) 與經(jīng)典的變換帶相比，寶島變換帶在結(jié)構(gòu)、組成、演化和位移傳遞方式等存在顯著差異，表現(xiàn)為“結(jié)構(gòu)復(fù)雜”、“多個段落”、“多期活動”、“復(fù)式位移傳遞”等方面的特征，表明裂陷盆地存在比經(jīng)典變換帶更為復(fù)雜的變換帶類型。

3) 裂陷盆地存在變換帶的復(fù)雜類型，即“復(fù)式變換構(gòu)造帶”。在此基礎(chǔ)上，提出了裂陷盆地變換帶新的分類方案。

4) 寶島變換帶是在先存構(gòu)造基礎(chǔ)上發(fā)育的，裂陷盆地變換帶的成因類型包括“先存構(gòu)造活動型”(寶島型)和“先存構(gòu)造控制型”(Morley型)。

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(編輯 張玉銀)

Characteristics, types and genetic mechanism of Baodao transfer zone, Qiongdongnan Basin

Tong Hengmao1，F(xiàn)an Caiwei2，Tong Chuanxin2，Song Peng2，Zhang Hao1

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.ZhanjiangBranch,CNOOC,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

3D structure of Baodao transfer structure zone of the Qiongdongnan Basin was characterized by using structural interpretation and variance cube slices of 3D seismic data.This transfer structure features in “complex structure”,“multiple segments”,“multi-stage activities” and “Compound displacement transfer”.On this basis,it is proposed that more complicated transfer zone(compound transfer zones)exists in rift basin were proposed.Combining with the classic classification of transfer zone,a new classification scheme of transfer structure zones in rift basin was proposed.Furthermore,two genetic types of “pre-existing fabric activation type”(Baodao type) and “pre-existing fabric controlling type”(Morley type)were suggested.

pre-existing fabric，transfer structure,transfer fault,transfer zone,Qiongdongnan Basin

2014-11-24;

2015-09-16。

童亨茂(1967—)，男，教授、博士生導(dǎo)師，盆地構(gòu)造分析和裂縫預(yù)測。E-mail:tong-hm@163.com。

國家油氣重大專項(2011ZX5023-004-012，2011ZX05006-006-02-01)；國家自然科學(xué)基金資助項目(41272160，40772086)。

0253-9985(2015)06-0897-09

10.11743/ogg20150604

TE121.2

A