梁 瀚,馬 波,孔令霞,曾 鳴,陳 驍,韓 嵩

(中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610041)

薄皮滑脫構(gòu)造在變形過(guò)程中會(huì)由于邊界條件的變化形成橫向上的弧形構(gòu)造，這是陸內(nèi)擠壓構(gòu)造最復(fù)雜的地區(qū)[1]，同時(shí)又具有巨大的油氣資源。這類山前復(fù)雜擠壓構(gòu)造的油氣勘探關(guān)鍵在于建立精細(xì)、準(zhǔn)確的地質(zhì)模型，以提高地震疊前深度偏移成像、構(gòu)造解釋和構(gòu)造圈閉的精度。但弧形構(gòu)造地表只能簡(jiǎn)單表現(xiàn)褶皺和斷層的走向變化，而復(fù)雜的構(gòu)造變形引起地下地震資料低信噪比、偏移成像不準(zhǔn)，難以建立弧形構(gòu)造精細(xì)的橫向變化模型以解析三維空間內(nèi)褶皺和斷層的變化細(xì)節(jié)。因此，對(duì)弧形構(gòu)造的地質(zhì)研究重點(diǎn)是解析縱、橫向構(gòu)造變形特征，并建立相應(yīng)的三維地質(zhì)模型。

川東高陡構(gòu)造帶北部是典型的弧形構(gòu)造域,由北東-南西走向的構(gòu)造向北部逐漸偏移為近東西走向的構(gòu)造。該地區(qū)與大巴山弧形構(gòu)造相接，一直是地質(zhì)學(xué)研究與油氣勘探的熱點(diǎn)地區(qū)[2-9]。該地區(qū)一是地表地質(zhì)條件復(fù)雜、陡傾角地層發(fā)育、褶皺核部灰?guī)r出露，二是地下構(gòu)造變形復(fù)雜、橫向變化快，對(duì)地震采集、處理造成很大困難，導(dǎo)致從淺層到深層都存在地震反射信噪比低、偏移成像質(zhì)量差的問(wèn)題，以致縱、橫向構(gòu)造變化難以得到正確認(rèn)識(shí)，最終導(dǎo)致構(gòu)造圈閉不落實(shí)，限制了地質(zhì)研究的深入和油氣勘探的突破。位于該地區(qū)的三岔坪弧形構(gòu)造，設(shè)計(jì)在構(gòu)造高部位的多口探井實(shí)際都鉆到構(gòu)造的高陡翼部或倒轉(zhuǎn)前翼，導(dǎo)致勘探失利。失利主要與構(gòu)造模式、構(gòu)造解釋精度有關(guān)[10]，模型的準(zhǔn)確性也關(guān)系著地震疊前偏移成像是否精確。

1 地質(zhì)背景

川東高陡構(gòu)造帶位于四川盆地東部，總體構(gòu)造走向?yàn)楸睎|-南西向(圖1)，延伸約290 km，受到東邊雪峰山向北西擠壓的區(qū)域擠壓應(yīng)力[11-12]，主要發(fā)育7排北東-南西走向的構(gòu)造，背斜緊閉，向斜開(kāi)闊，形成“隔檔式”構(gòu)造[13]。川東高陡構(gòu)造帶的北端與大巴山構(gòu)造帶東段相近，前者從北東-南西走向向北到川東北部偏轉(zhuǎn)為近東西走向(圖1)。南大巴山與川東構(gòu)造東帶同步發(fā)育，形成一對(duì)“壯觀的收斂雙弧構(gòu)造”[2]，并在華鎣山以東的大巴山山前帶以及米蒼山-大巴山交匯的山前帶(即“南通巴地區(qū)”) 發(fā)育大量的褶皺干擾、復(fù)合現(xiàn)象[4]。

圖1 川東高陡構(gòu)造帶北部弧形構(gòu)造域衛(wèi)星遙感影像圖Fig.1 Remote sensing image of arc structures in the northeastern Sichuan Basin黑色方框?yàn)槿砥夯⌒螛?gòu)造范圍。黑色大箭頭為區(qū)域擠壓應(yīng)力方向， 黑色小箭頭為應(yīng)力分解，黑色虛線為川東北部主要正向構(gòu)造軸線。左上圖為四川盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖，內(nèi)部黑框?yàn)檫b感圖范圍

三岔坪弧形構(gòu)造處在川東高陡構(gòu)造帶的北端(圖1)，北部發(fā)育云安廠背斜和南部硐村背斜(圖2)，東段背斜為東西向延伸；向西云安廠背斜逐漸偏向?yàn)楸睎|-南西向延伸，硐村背斜過(guò)湯溪河向西逐漸傾伏為隱伏背斜，平面上整體呈弧形。

堅(jiān)硬層一般指砂巖、碳酸鹽巖等剛性地層；相對(duì)的非堅(jiān)硬層或滑脫層一般指膏鹽層、泥頁(yè)巖等軟弱層。根據(jù)力學(xué)特征，堅(jiān)硬層構(gòu)造變形以褶皺、斷層等剛性構(gòu)造變形為主。結(jié)合前人研究[14-15]，根據(jù)地層巖性分層、區(qū)域地震剖面以及鉆井?dāng)?shù)據(jù)的分析，川東北部主要存在3套滑脫層(表1)：深部中、下寒武統(tǒng)膏鹽層、中部志留系的泥頁(yè)巖、淺部下三疊統(tǒng)嘉陵江組內(nèi)部的膏鹽層。深、中、淺3套滑脫層組成川東高陡構(gòu)造帶的主要滑脫層，將上部、中部、下部堅(jiān)硬層分隔開(kāi)。

圖2 三岔坪弧形構(gòu)造區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geologic map showing the Sanchaping arc structure位置見(jiàn)圖1中黑色方框

表1 川東高陡構(gòu)造帶地層力學(xué)分層Table 1 The detachment layers and competent layers in the eastern Sichuan fold-and-thrust belt

*川東高陡構(gòu)造帶僅少數(shù)幾口井鉆到中、下寒武統(tǒng)膏鹽層塑性增厚的背斜核部，原始厚度誤差大

2 地表構(gòu)造特征

云安廠背斜和硐村背斜核部緊閉(圖2)，背斜主體為一個(gè)尖棱褶皺，核部地層高陡，達(dá)80°至倒轉(zhuǎn)，兩翼逐漸變緩。地表整體構(gòu)造幾何形態(tài)由東段的東西走向，向西變?yōu)楸睎|-南西走向。地表僅發(fā)育斷距<10 m的上沖斷層，深部斷層未沖出地表，淺層以褶皺變形為主。

野外地質(zhì)調(diào)查揭示，云安廠背斜與硐村背斜核部緊閉(圖2)，淺層主要發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺變形。以云安廠背斜為例，地表出露背斜的核部為尖棱褶皺(圖3-A)，背斜兩翼地層高陡，達(dá)到80°甚至倒轉(zhuǎn)(圖3-B)，遠(yuǎn)離背斜兩翼逐漸變緩(圖2)。三岔坪弧形構(gòu)造的褶皺兩翼地層內(nèi)出現(xiàn)有小規(guī)模的層間滑動(dòng)斷層和上沖斷層(圖3-C、D)，但未見(jiàn)斷距>10 m的斷層出露地表。

西段(圖4中a-a’)出露的云安廠背斜北翼緩、南翼陡，近核部達(dá)85°，分析是受下伏向南上沖隱伏斷層的作用；中段(圖4中b-b’)出露的云安廠背斜兩翼傾角都在50°左右，為對(duì)稱背斜形態(tài)，推斷下伏存在一對(duì)反沖斷層；東段(圖4中c-c’)地表出露的云安廠背斜北翼與硐村背斜南翼都發(fā)育陡傾角地層，判斷下伏斷層組合關(guān)系復(fù)雜，以向北上沖斷層為主。

地表褶皺走向上發(fā)生弧形轉(zhuǎn)彎，推斷褶皺的構(gòu)造指向及下伏斷層的產(chǎn)狀在橫向上反向。需結(jié)合地表的地質(zhì)特征，利用地震數(shù)據(jù)建立地下背斜與斷層的構(gòu)造橫向變化模型。

(3) 對(duì)未安排車次的車組按規(guī)則進(jìn)行排序。若某項(xiàng)檢修作業(yè)的檢修周期固定且為t,在一般情況下，所有車組兩次檢修作業(yè)之間的時(shí)間間隔也隨之確定。 由于檢修周期的確定與車組走行里程有關(guān)，因此要求兩次檢修時(shí)間間隔內(nèi)所車組的走行里程接近。

3 構(gòu)造幾何學(xué)特征

由于地表及地下地質(zhì)條件復(fù)雜，三岔坪構(gòu)造地震反射信噪比低，地表地質(zhì)模型和鉆到陡立翼部的鉆井?dāng)?shù)據(jù)為約束構(gòu)造建模提供了重要的依據(jù)。依據(jù)實(shí)鉆井的測(cè)井傾角數(shù)據(jù)與地質(zhì)分層建立井旁構(gòu)造模型，綜合地表地質(zhì)模型，利用地震剖面建立地質(zhì)模型。

基于地表弧形構(gòu)造不同區(qū)段地表地質(zhì)模型構(gòu)造形態(tài)變化大的特點(diǎn)(圖4)，依據(jù)地震剖面，分別建立三岔坪弧形構(gòu)造西段(北東-南西走向背斜，圖5)、中段(弧形轉(zhuǎn)彎，圖6)、東段(北東東-東走向背斜，圖7)的基礎(chǔ)構(gòu)造模型。

圖3 三岔坪弧形構(gòu)造區(qū)野外露頭現(xiàn)象Fig.3 The outcrop photos of Sanchaping arc structure area(A)云安廠主體背斜核部出露尖棱褶皺; (B)云安廠主體背斜翼部高陡直立地層; (C,D)三岔坪弧形構(gòu)造地表以小斷層為主，未見(jiàn)大斷層

圖4 三岔坪弧形構(gòu)造區(qū)地表地質(zhì)剖面Fig.4 The field geological profiles of Sanchaping arc structure area圖例中地層符號(hào)同圖2，位置見(jiàn)圖2

圖5 AA’測(cè)線深度地震剖面和構(gòu)造解釋剖面Fig.5 AA’ uninterpreted depth seismic profile and interpreted structural profile.寒武系底界； O2.中奧陶統(tǒng)底界； P1l.梁山組底界； P2l.龍?zhí)督M底界； T1f1.飛仙關(guān)組第一段底界； T1f4.飛仙關(guān)組第四段底界； T1j2.嘉陵江組第二段底界； T3x1 .須家河組底界。虛線地層代表地表投影的構(gòu)造形態(tài); 測(cè)線位置見(jiàn)圖2

圖6 BB’測(cè)線深度地震剖面和構(gòu)造解釋剖面Fig.6 BB’ uninterpreted depth seismic profile and interpreted structural profile虛線地層代表地表投影的構(gòu)造形態(tài)。測(cè)線位置見(jiàn)圖2

3.1 西段構(gòu)造特征

AA’剖面(圖5)由北向南發(fā)育云安廠背斜和沙塘潛伏背斜，北翼寬緩，南翼陡。

云安廠背斜構(gòu)造變形復(fù)雜，地震剖面上南翼未能正確成像，結(jié)合地表地質(zhì)模型(圖4中a-a’)和Y10井測(cè)井傾角約束，下伏主斷層F2向南上沖發(fā)生強(qiáng)烈變形形成了倒轉(zhuǎn)南翼，垂向疊加在沙塘潛伏背斜的北翼上。沙塘潛伏背斜逆斷層F5從中部滑脫層志留系泥頁(yè)巖滑脫向南上沖，導(dǎo)致中部堅(jiān)硬層褶皺變形形成斷層傳播褶皺[16-17]，斷層位移量消耗在變形過(guò)程中褶皺前翼形成的高陡翼部，斷層前沿匯入到淺部滑脫層中。

西段的構(gòu)造形態(tài)顯示由北向南上沖，這也與地表地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)的構(gòu)造特征吻合，說(shuō)明擠壓應(yīng)力主要受川東高陡構(gòu)造帶的作用。

3.2 中段構(gòu)造變形特征

BB’剖面(圖6)云安廠背斜在中段為對(duì)稱褶皺，與地表出露褶皺幾何形態(tài)一致(圖4中b-b’)。受中部滑脫層志留系的作用形成斷層滑脫褶皺[18]，褶皺的兩翼發(fā)育褶皺調(diào)節(jié)斷層[19]，形成了褶皺變形為主、斷層變形為輔的構(gòu)造樣式[19]。鉆到三岔坪潛伏背斜南翼的Y006-X5井的測(cè)井傾角數(shù)據(jù)顯示三岔坪潛伏背斜翼部地層陡立。硐村背斜也發(fā)育對(duì)稱的幾何形態(tài)。

3.3 東段構(gòu)造變形特征

CC’剖面(圖7)中硐村背斜南翼D1井和北翼D3井都鉆到陡立的下二疊統(tǒng)，褶皺變形強(qiáng)烈，志留系泥頁(yè)巖在背斜核部聚集加厚，是典型的滑脫褶皺，主斷層F4向北上沖。云安廠背斜主斷層F1向北上沖，并發(fā)育反沖斷層F2，中部堅(jiān)硬層被它們錯(cuò)斷，形成突發(fā)構(gòu)造，垂向疊加在北翼斷下盤(pán)之上。三岔坪潛伏背斜在東段為次級(jí)構(gòu)造，由F1斷層派生的F3反沖斷層向南上沖，Y006-X6井鉆遇60°的高陡南翼，發(fā)育斷層傳播褶皺的構(gòu)造樣式。東段剖面整體向北上沖。

3.4 構(gòu)造縱向變形特征

垂向上，川東地區(qū)淺層嘉陵江組膏巖層、中層志留系泥頁(yè)巖、深層寒武系膏巖層3套滑脫層(表1)發(fā)育，導(dǎo)致三岔坪弧形構(gòu)造的3套堅(jiān)硬層(表1)構(gòu)造發(fā)生分層變形，幾何構(gòu)造形態(tài)差異明顯(圖8)。下部堅(jiān)硬層的變形幅度較??；中部堅(jiān)硬層受到中部滑脫層志留系泥頁(yè)巖的塑性滑脫作用，褶皺變形強(qiáng)烈，背斜翼部陡帶發(fā)育，構(gòu)造幅度明顯大于下部堅(jiān)硬層；淺部滑脫層嘉陵江組膏鹽層通過(guò)撓曲、小褶皺和塑性作用[20]吸收了中部堅(jiān)硬層部分脆性變形，所以上部堅(jiān)硬層沒(méi)有卷入潛伏構(gòu)造變形。

大量的鉆井鉆到下二疊統(tǒng)—石炭系的高陡翼部，并沒(méi)鉆到大套的重復(fù)地層，這些構(gòu)造特征顯示三岔坪弧形構(gòu)造的滑脫層在變形中的塑性滑脫作用，構(gòu)造變形以褶皺變形為主、斷層錯(cuò)斷為輔，構(gòu)造樣式主要是滑脫褶皺[20]、斷層滑脫褶皺[18]和斷層傳播褶皺[16-17]。

3.5 構(gòu)造橫向變化特征

云安廠背斜下伏上沖斷層的主次關(guān)系在橫向上隨褶皺走向的弧形變化而發(fā)生變化(圖8、圖9)。東段向北上沖的F1斷層(圖9-B，綠色斷面)作為主斷層，F(xiàn)2(圖9-B，紅色斷面)為F1派生的反沖斷層；到中段，背斜兩翼近于對(duì)稱，下伏F1與F2這對(duì)反向的反沖斷層沒(méi)有主次之分；西段，向南上沖的F2變?yōu)橹鲾鄬?，F(xiàn)1變?yōu)榇渭?jí)斷層并向西位移量逐漸減小、消失。

硐村背斜斷層的主次關(guān)系同樣隨褶皺弧形變化而發(fā)生轉(zhuǎn)換，東段向北上沖的F4斷層(圖9-C，黃色斷面)為主斷層，派生F5(圖9-C，紅色斷面)反沖斷層，兩個(gè)背斜擠壓主方向指向北西；中段硐村背斜傾伏為潛伏背斜，構(gòu)造形態(tài)較為對(duì)稱；西段，硐村背斜與沙塘潛伏背斜連接，向南東上沖的F5斷層作為沙塘潛伏背斜的主斷層。

圖8 三岔坪弧形構(gòu)造構(gòu)造剖面橫向柵狀排列Fig.8 Lateral array of typical structural sections of Sanchaping arc structure左上地質(zhì)圖中紅線為構(gòu)造剖面位置。地質(zhì)剖面根據(jù)疊前深度偏移地震解釋剖面，并用測(cè)井傾角限定高陡翼部繪制

圖9 三岔坪弧形構(gòu)造主要斷層三維展布圖Fig.9 3D distribution of major faults of the Sanchaping arc structure(A)三岔坪弧形構(gòu)造主要斷層，斷層編號(hào)同圖5，從西向東分別為F1(綠)、F2(紅)、F3(藍(lán))、F4(黃)、F5(紅); (B)云安廠背斜發(fā)育的F1(綠)和F2(紅)斷層; (C)硐村背斜-沙塘潛伏背斜發(fā)育的F4(黃)和F5(紅)斷層。三維模型由Landmark軟件編制

三岔坪弧形構(gòu)造的背斜與主斷層在東、西段擠壓指向發(fā)生轉(zhuǎn)向，橫向上形成反向銜接的關(guān)系，顯示出擠壓主應(yīng)力在橫向上的變化。

4 構(gòu)造變形成因

川東高陡構(gòu)造帶受到源于東邊雪峰山從東南向北西擠壓的區(qū)域擠壓應(yīng)力[11-12]，擠出過(guò)程中，被大巴山限制了擠壓應(yīng)力向北西的傳遞。大巴山構(gòu)造帶東段與川東高陡帶北部形成了對(duì)沖構(gòu)造，川東高陡帶北西向的主擠壓應(yīng)力分解為向北和向西的應(yīng)力[4]。向北的應(yīng)力作為擠壓應(yīng)力，導(dǎo)致西段北東-西南走向的云安廠背斜到東段變?yōu)榻鼥|西向構(gòu)造，發(fā)育東西走向的云安廠背斜和硐村構(gòu)造。中段是弧形構(gòu)造的轉(zhuǎn)彎處，東段和西段不同方向的擠壓應(yīng)力交匯，形成對(duì)稱褶皺。

雖然該地區(qū)沒(méi)有生長(zhǎng)地層(同沉積地層)發(fā)育，缺少了約束構(gòu)造變形期次的直接證據(jù)，但近年來(lái)許多學(xué)者[7,9,21]在川東以及大巴山弧形構(gòu)造區(qū)域內(nèi)開(kāi)展了低溫?zé)崮甏鷮W(xué)研究，得到了豐富的成果。梅廉夫等[21]利用磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)分析認(rèn)為川東斷褶帶南東段為早白堊世早中時(shí)期的燕山中期前段，川東斷褶帶西北段為早白堊世晚期的燕山中期后段。王平等[9]分析了磷灰石裂變徑跡測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為川東高陡構(gòu)造帶中段的構(gòu)造變形最早，起始時(shí)間為早白堊世早期(約135 Ma B.P.)；北段和南段的變形較晚，起始時(shí)間為早白堊世晚期(約100 Ma B.P.)。許長(zhǎng)海等[7]應(yīng)用裂變徑跡和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法研究認(rèn)為南大巴山弧形構(gòu)造帶在早白堊世(153～100 Ma B.P.)形成。

湘鄂西到川東是遞進(jìn)擴(kuò)展變形[21]，大巴山從北東向南西構(gòu)造也是擴(kuò)展變形[22]。南大巴山與川東構(gòu)造東帶同步發(fā)育，形成一對(duì)壯觀的收斂雙弧構(gòu)造[2]。武紅嶺等[6]通過(guò)數(shù)值模擬研究驗(yàn)證了形成該收斂雙弧的應(yīng)力場(chǎng)基礎(chǔ)。數(shù)值應(yīng)力場(chǎng)模擬研究[6]、物理模擬研究[8]均表明，擠壓應(yīng)力在向前陸傳遞過(guò)程中受到阻擋是弧形構(gòu)造形成的關(guān)鍵原因之一。

因此，三岔坪弧形構(gòu)造是向北西擠壓的川東高陡構(gòu)造帶在川東北部受到大巴山構(gòu)造帶阻擋作用的結(jié)果，川東高陡構(gòu)造帶和南大巴山構(gòu)造帶的擠壓應(yīng)力作用于三岔坪地區(qū)的時(shí)間在早白堊世晚期，三岔坪構(gòu)造的平面弧形特征是原生構(gòu)造，并非后期受到再次改造而形成弧形。

這種構(gòu)造在橫向上的反向連接受到地層力學(xué)性質(zhì)的影響[23]。在三岔坪弧形構(gòu)造，中部滑脫層是一套厚度約0.5～1.2 km的泥頁(yè)巖[15]，這套滑脫層調(diào)節(jié)了云安廠背斜東西段構(gòu)造主方向的轉(zhuǎn)換，云安廠背斜上中部堅(jiān)硬層?xùn)|段的向北上沖作用和西段的向南上沖作用在中段發(fā)生轉(zhuǎn)換，形成對(duì)稱背斜，F(xiàn)1和F2斷層(圖8、圖9)切斷中部堅(jiān)硬層，斷層向上消失在嘉陵江組膏泥巖中，向下消失在志留系泥頁(yè)巖中。

據(jù)此，建立了一種擠壓弧形構(gòu)造的橫向構(gòu)造變化的構(gòu)造模型(圖10)，該模型在主擠壓應(yīng)力向前陸傳遞的過(guò)程中，受到側(cè)向應(yīng)力阻擋，導(dǎo)致褶皺在平面形成弧形。受底部塑性滑脫層對(duì)應(yīng)力的調(diào)節(jié)，褶皺的上沖斷層主次關(guān)系也在平面發(fā)生變化，弧形轉(zhuǎn)彎部位形成對(duì)稱背斜。

圖10 受到兩個(gè)方向擠壓應(yīng)力背景下形成單個(gè)弧形背斜構(gòu)造的橫向變化模型Fig.10 The lateral variation model of a single arc anticline resulted from two directional compression

5 結(jié) 論

三岔坪弧形構(gòu)造作為典型的弧形構(gòu)造，縱向發(fā)育3套滑脫層，控制上、中、下3套堅(jiān)硬層分層變形，主要形成斷層滑脫褶皺和斷層傳播褶皺構(gòu)造樣式。橫向受川東高陡構(gòu)造帶向北西擠壓，同時(shí)由于北部大巴山構(gòu)造帶的阻擋作用，致使三岔坪構(gòu)造在平面上形成弧形彎曲構(gòu)造形態(tài)。在西段形成北東走向的構(gòu)造，主斷層向北西上沖；東段構(gòu)造走向轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向，主斷層向南上沖；中部，志留系泥頁(yè)巖的塑性滑脫作用協(xié)調(diào)了應(yīng)力和斷層的轉(zhuǎn)換，發(fā)育對(duì)稱褶皺。斷層的主次關(guān)系變化在橫向發(fā)生轉(zhuǎn)換，形成反向銜接。

在區(qū)域主應(yīng)力向盆地內(nèi)擠壓傳遞的過(guò)程中，由于側(cè)向受到斜向擠壓應(yīng)力阻擋，區(qū)域主應(yīng)力發(fā)生應(yīng)力分解，會(huì)導(dǎo)致背斜及下伏斷層在平面形成弧形；未受側(cè)向阻擋段的主斷層仍然以近平行區(qū)域主應(yīng)力方向向盆地內(nèi)上沖，受阻擋發(fā)生弧形轉(zhuǎn)彎段的斷層反方向上沖；褶皺的指向及下伏上沖斷層的主次關(guān)系在橫向發(fā)生轉(zhuǎn)換，形成反向銜接。這類構(gòu)造是由于區(qū)域底部塑性滑脫層調(diào)節(jié)了這種應(yīng)力的轉(zhuǎn)換，并在弧形轉(zhuǎn)彎部位形成對(duì)稱背斜協(xié)調(diào)反向斷層的變化。