張 瑩

（中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712）

徐家圍子斷陷形成于晚侏羅世–早白堊世，位于松遼盆地北部，是一個近南北向的典型含氣斷陷，面積約4 300 km2。斷陷深層地層自下而上發(fā)育基底、火石嶺組、沙河子組及營城組地層，對應的地震反射頂界面分別為T5、T42、T41及T4。近年勘探研究工作表明，深層鉆探顯示多層系含氣，具有良好的天然氣勘探前景[1–4]。但是，徐家圍子斷陷經(jīng)歷了多期建造和改造，且受晚期火山活動影響，地質(zhì)條件復雜，成藏規(guī)律認識不清，制約勘探工作進展。另外，前人對徐家圍子斷陷的盆地形成機制和構(gòu)造演化期次的認識尚不統(tǒng)一，此次通過構(gòu)造物理模擬定量分析構(gòu)造變形過程和成因機制，取得符合實際區(qū)域構(gòu)造變形特征的構(gòu)造地質(zhì)認識[5–7]。

本次構(gòu)造物理模擬實驗裝置是平臺式變形裝置，可以進行包括擠壓、伸展、滑脫和反轉(zhuǎn)4種形式的構(gòu)造變形模擬。徐家圍子斷陷的形成、發(fā)展和萎縮階段，正是伊佐奈木板塊運動活動最強烈的地質(zhì)時期，伊佐奈木板塊對東北亞大陸的擠壓作用是徐家圍子斷陷地質(zhì)演化的區(qū)域動力學背景。沙河子組沉積時期，徐西斷裂和宋西斷裂北段發(fā)生了大規(guī)模伸展作用，斷陷盆地開始形成。伊佐奈木板塊對東北亞大陸的擠壓作用經(jīng)區(qū)域性邊界斷層誘導后，在徐家圍子外圍地區(qū)形成一個北東向右行走滑應力場，這便是徐家圍子斷陷形成發(fā)展的古應力背景。本次構(gòu)造物理模擬實驗建立的模型應力機制與盆地形成發(fā)展的古應力背景相近。

1 控陷斷裂

松遼盆地的基底及深層的斷裂是非常發(fā)育的，其中徐家圍子斷陷沙河子組沉積時期發(fā)育五條控陷斷層（其中西側(cè)2條，東側(cè)3條），西部徐西、宋西兩條斷裂規(guī)模較大，控制了徐家圍子斷陷的發(fā)生、發(fā)展和消亡[8–9]（圖 1）。

1.1 斷裂特征

1.1.1 徐西斷裂

圖1 徐家圍子斷陷沙河子組時期控陷斷裂分布與斷陷結(jié)構(gòu)

1.1.2 宋西斷裂

宋西斷裂位于徐家圍子深層斷陷北部，是一條重要的邊界斷裂，主要發(fā)育時期為火石嶺組沉積時期–營城組沉積時期。斷層總體走向為NNW–NE，傾向為 NEE–SE，延伸長度為 98.3 km，其傾角為10°～36°，平面上延伸近S型，其產(chǎn)狀逐漸變陡，與西傾安達西斷裂共同控制了斷陷北部的發(fā)育（圖1）。

1.1.3 徐東斷裂帶

東部肇州東斷裂、杏山東斷裂和安達西斷裂組成徐東斷裂帶，斷層帶沿徐東斜坡帶走向展布，主要發(fā)育時期為火石嶺組沉積時期–營城組沉積時期。斷層走向近SN和NNW，傾向近W和SWW，總延伸長度為87.9 km，斷裂帶主體分布在徐東斜坡與徐中凹陷變換部位（圖1）。

1.2 斷面結(jié)構(gòu)

1.2.1 徐西斷裂斷面結(jié)構(gòu)

徐西斷裂在剖面上斷裂面特征清楚，為一強的較連續(xù)的強反射波，是明顯的基底地層與斷陷地層分界，斷陷內(nèi)地層逐層超覆在斷面之上。徐西斷裂的主要伸展期為沙河子組沉積期，沙河子組一段沉積時期斷斷裂走向為NE，沙河子組二段、三段、四段沉積時期逐漸變成一條近SN向的大型伸展斷裂。徐西斷裂斷面產(chǎn)狀縱向上表現(xiàn)為座椅狀（坡–坪–坡式），是由于基底現(xiàn)存共軛剪節(jié)理的影響，在斷陷形成初期受拉張應力作用，形成的坡–坪–坡式控陷斷裂。斷裂剖面結(jié)構(gòu)大致可分為上斷坡、上斷坪、下斷坡和下斷坪四段，其中上斷坡和下斷坡傾角較大，上斷坪和下斷坪傾角很?。▓D2）。

1.2.2 宋西斷裂斷面結(jié)構(gòu)

宋西斷裂在剖面上斷裂面特征清楚，為一強的較連續(xù)的強反射波，是明顯的基底地層與斷陷地層分界，產(chǎn)狀以鏟式為主，局部為座椅狀（圖2）。宋西斷裂的平面展布具有較強的規(guī)律性，從斷層規(guī)模上看，SN走向斷裂段和NW走向斷裂段延伸比較長，在全區(qū)均發(fā)育，但NE走向斷裂延伸比較短，宋西斷裂面橫向上表現(xiàn)為多個背斜與向斜相間的復合褶皺，斷面表現(xiàn)為橫彎（隔檔式）（圖2）。

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徐西和宋西斷裂的重要差別在于斷面結(jié)構(gòu)不同。徐西斷裂斷面表現(xiàn)為“坡–坪–坡式”的縱彎結(jié)構(gòu)，而宋西斷裂面表現(xiàn)為“隔擋式”的橫彎結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2 徐西、宋西斷裂立體模擬圖及地震剖面解釋

2 斷面結(jié)構(gòu)對建造作用的控制

徐家圍子斷陷的形成是多期建造和改造的結(jié)果，主要經(jīng)歷了火石嶺組沉積時期的伸展建造作用和火石嶺組沉積末期的擠壓改造作用，沙河子組沉積時期的伸展建造作用和沙河子組沉積末期的擠壓改造作用，營城組沉積時期的伸展建造作用和營城組沉積末期的擠壓改造作用，三期建造作用與三期改造作用交替進行[10–11]。斷面結(jié)構(gòu)對建造的控制作用最明顯體現(xiàn)在斷陷結(jié)構(gòu)上。

徐家圍子斷陷結(jié)構(gòu)由南至北存在差異：北部為箕狀斷陷，中部為復式箕狀斷陷，南部為不對稱雙斷式斷陷。徐西斷裂和宋西斷裂的斷面結(jié)構(gòu)影響著建造期斷陷的形成演化，以至于在不同區(qū)域斷陷結(jié)構(gòu)不同。

2.1 斷陷北部

斷陷北部結(jié)構(gòu)為箕狀，具有楔形沉積特征（圖3）。宋西斷裂為鏟式，斷面呈上陡下緩狀。隨著拉張應力的持續(xù)作用，上盤地層順鏟式斷裂面拉開、拆離。由于重力作用，上盤地層彎曲、塌陷填補拉張空間。斷陷整體規(guī)模較大，地層沉積厚度大。斷陷受宋西控陷斷裂控制，斷陷期的沉降中心沿宋西斷裂展布，斷陷期地層在宋西斷裂根部最厚，由宋西斷裂根部向遠端不斷變薄，在遠端超覆尖滅；沙河子期末的擠壓形跡比較明顯。斷陷初始階段，盆地規(guī)模小，地層分布范圍?。浑S著控陷斷裂活動加劇，盆地規(guī)模擴大，地層分布范圍最大；控陷斷裂活動持續(xù)，盆地規(guī)模較大，但后期遭受剝蝕，地層分布范圍小。

圖3 箕狀斷陷構(gòu)造物理模擬實驗

2.2 斷陷中部

斷陷中部結(jié)構(gòu)為復式箕狀，是由多個近平行的控陷斷層組成的（圖4）。斷陷受徐西斷裂、宋西斷裂和杏山東斷裂三條控陷斷層共同控制。在張性建造環(huán)境中，正斷層上盤、下盤地層順著“坡–坪–坡式”斷層（斷坡、斷坪）拉開、拆離。在重力作用下，上盤地層彎曲、塌陷填補拉張空間，從而形成斷陷盆地，而在斷陷盆地之間則出現(xiàn)一個背斜隆起的凹中隆斷陷結(jié)構(gòu)，在剖面上呈常見的“凹–隆–凹”形態(tài)，在斷坡的位置形成凹陷，在斷坪的位置形成凸起。在上斷坡的位置形成的凹陷較下斷坡形成的凹陷規(guī)模小。

2.3 斷陷南部

斷陷南部結(jié)構(gòu)為不對稱雙斷式（圖1）。斷陷受徐西斷裂和肇州東斷裂兩條對傾的控陷斷裂共同控制，兩條斷裂均為鏟式斷層，斷面呈上陡下緩狀。斷陷規(guī)模中等，地層厚度并不大。兩條斷裂對斷陷期地層的沉積基本上起到了不對等的控制作用，徐西斷裂明顯地控制了主沉降中心的發(fā)育。沙河子期末的擠壓構(gòu)造形跡也較明顯。

圖4 復式箕狀斷陷地震剖面解釋

3 斷面結(jié)構(gòu)對改造作用的控制

徐家圍子斷陷經(jīng)歷了三期改造作用：沙河子組末期、營一段末期和營三段末期。改造作用是在沉積建造的結(jié)果上進行的，晚期改造作用受先存構(gòu)造的制約，因為先存的構(gòu)造是后期變形的薄弱點，是最先響應最易變形的部位。

以往認為沙河子組沉積末期的改造作用形成壓性斷裂系統(tǒng)，忽略了沙河子組沉積建造格局對沙河子組沉積末期改造作用的制約，將建造作用和改造作用割裂開來。構(gòu)造變形往往是遵循最簡單最省力原則，在斷陷盆地早期經(jīng)歷了伸展建造，后期持續(xù)改造時，最簡單最省力的結(jié)果是先期伸展正斷層首先收縮，隨著擠壓力的增大，可能由早期正斷層變?yōu)槟鏀鄬?，也就形成了斷陷盆地最常見的反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式，只有當改造作用的強度很大時，才開始產(chǎn)生新的逆斷層來釋放多余的擠壓力。而徐家圍子斷陷雖然存在擠壓改造作用，但其強度比前陸盆地造山帶的擠壓作用要小的多，所以斷陷構(gòu)造層主要發(fā)育正斷層，僅發(fā)育少量逆斷層。

構(gòu)造樣式是建造作用和改造作用有機結(jié)合的體現(xiàn)。徐家圍子斷陷發(fā)育伸展、擠壓和反轉(zhuǎn)三類十余種構(gòu)造樣式，其中斷層轉(zhuǎn)折褶皺的形成受先存斷層結(jié)構(gòu)的控制明顯，先存斷層往往由多個斷坡和斷坪相間組成。在擠壓作用下，坡坪式逆沖斷層的位移會使上盤的斷坡部分逆沖到下盤的斷坪之上，上盤巖層受斷層面形態(tài)制約而發(fā)生褶皺變形（圖5）。其中逆斷層相關(guān)褶皺和逆沖構(gòu)造兩種斷層轉(zhuǎn)折褶皺分別受徐西斷裂和宋西斷裂的控制。

圖5 斷層轉(zhuǎn)折褶皺形成機理

3.1 逆斷層相關(guān)褶皺

在沙河子組末期，擠壓應力作用徐西斷裂下坡坪式的上盤的斷坡部分，沙河子組地層逆沖到下盤的斷坪之上，受斷層面結(jié)構(gòu)控制的沙河子組地層產(chǎn)生褶皺變形，形成逆斷層相關(guān)褶皺。該構(gòu)造樣式廣泛發(fā)育于徐家圍子斷陷，表現(xiàn)為規(guī)模不同的凸起帶，宋站凸起、興城凸起和豐樂凸起均為逆斷層相關(guān)褶皺成因，以近東西向展布為主，斷陷期形成的原型盆地在改造過程中遭受了不同程度的剝蝕改造（圖6）。

圖6 逆斷層相關(guān)褶皺構(gòu)造地震剖面解釋及其構(gòu)造物理模擬實驗

3.2 逆沖構(gòu)造

徐家圍子斷陷安達地區(qū)受到擠壓作用，宋西斷裂上盤沙河子組地層沿斷裂面向上逆沖，上盤地層受宋西斷裂面形態(tài)制約而發(fā)生褶皺變形，在持續(xù)擠壓作用下，在宋西斷裂面轉(zhuǎn)折端產(chǎn)生逆沖斷層，新地層推覆到老地層之上，造成沙河子組三、四段地層垂向疊置（圖7）。

圖7 過逆沖構(gòu)造L2232測線地震剖面

4 結(jié)論

（1）徐家圍子斷陷發(fā)育徐西斷裂、宋西斷裂和徐東斷裂帶三條控陷斷裂。三條控陷斷裂結(jié)構(gòu)不同，徐西斷裂斷表現(xiàn)為“坡–坪–坡式”的縱彎結(jié)構(gòu)，而宋西斷裂表現(xiàn)為“隔擋式”的橫彎結(jié)構(gòu)。

（2）徐西、宋西和徐東斷裂帶三條控陷斷裂控制著盆地的建造和改造。斷裂結(jié)構(gòu)的差異造成盆地結(jié)構(gòu)不同，北部為箕狀斷陷，中部為復式箕狀斷陷，南部為不對稱雙斷式斷陷。改造作用是在沉積建造的基礎(chǔ)上進行的，分析盆地演化特征必須將建造作用和改造作用有機結(jié)合起來。本次研究重新梳理斷裂體系和分析構(gòu)造樣式，正確識別和分析斷裂結(jié)構(gòu)對改造的控制作用有助于斷陷地層格架解釋和原型盆地恢復，為進一步深化研究成藏特征提供有力支撐。

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