王桂宏, 馬達德, 周川閩, 周蘇平

1)中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083;

2)國家石油采收率重點實驗室, 北京 100083;

3)中國石油青海油田公司, 甘肅敦煌 736200

柴達木盆地北緣走滑斷層地震剖面解釋及形成機理分析

王桂宏1,2), 馬達德3), 周川閩1,2), 周蘇平3)

1)中國石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083;

2)國家石油采收率重點實驗室, 北京 100083;

3)中國石油青海油田公司, 甘肅敦煌 736200

柴達木盆地位于青藏高原的北部, 研究區(qū)處于阿爾金山構造帶與南祁連構造帶所夾持的鈍角一側。目前對柴北緣地區(qū)構造樣式存在兩種認識: 一是逆沖推覆雙層構造模式, 一是走滑近花狀構造模式。造成這種認識差異的主要原因也有兩個: 一是區(qū)域上構造類比引起; 二是穿過柴北緣幾大構造帶的地震剖面信噪比較差, 不能很好反映地層的展布。因此在對冷湖構造帶深部構造圈閉變形特征及形成期等方面存在認識上的差異, 以至于勘探評價不夠客觀。作者通過地震剖面、遙感圖像解譯及井下資料, 對柴北緣冷湖構造帶的走滑變形特征進行了系統(tǒng)分析, 證明柴北緣冷湖構造帶發(fā)育隱形高角度走滑斷裂帶, 文中對多條穿過構造帶剖面的走滑構造樣式進行了解釋。結合區(qū)域背景資料和地層展布特征, 分析了走滑斷裂活動的動力學特征,并得出柴北緣地區(qū)的走滑斷裂具有反轉構造變形特征的結論。

柴達木盆地; 北緣; 走滑斷裂; 地震剖面; 解釋; 機理

Key words:Qaidam basin; northern boundary; strike slip faults; seismic profiles; interpretation; mechanism

一般說來, 柴達木盆地屬于我國西部盆地群的一員, 但其構造屬性, 特別是晚第三紀以來的沉積構造變形過程完全受制于青藏高原的隆升演化過程(許志琴等, 2001), 因此柴達木盆地應屬于高原盆地(圖1), 它與我國西北地區(qū)及中亞地區(qū)許多盆地完全不同, 差異性表現(xiàn)為: 一是受青藏構造域演化控制,為第三紀以來的新生代盆地, 受喜山運動影響較為明顯; 二是受控于周邊特提斯構造域的演化, 盆地所處的地殼經(jīng)受了多次拖曳與擠壓作用, 構造反轉作用較強; 三是受扭動性深大斷裂控制, 盆地沉積中心沿斷裂帶走向具有遷移特征; 四是盆地周邊造山帶的差異性分期活動導致新生代盆地沉積中心與沉降中心的不一致; 五是晚喜山運動階段, 伴隨著青藏高原的強烈隆升, 早喜山期構造格局急劇改變,柴達木盆地東南部基底迅速沉降, 沉積了厚度巨大的上油砂山組、獅子溝組與第四系沉積, 盆地的急劇沉降主要在該階段?，F(xiàn)為晚喜山期走滑盆地發(fā)育階段。

由于柴達木盆地處于青藏高原內部, 晚喜山期盆地沉降與周緣造山帶隆升相互耦合(李海兵等, 2002), 盆地邊界斷裂帶的持續(xù)走滑活動導致沉積沉降中心由西向東遷移, 構造變形由西向東、由北向南逐漸減弱。這些構成了柴達木盆地晚喜山期構造變形的基本特征, 并與晚喜山期青藏高原走滑逃逸的構造活動方式具有一致性(Molnar et al., 1975)。這也是相對于我國西部地區(qū)其它盆地, 柴達木盆地構造特征具有特殊性的重要原因。

因此不能簡單地將柴達木盆地與西北地區(qū)的其它進行類比(雷振宇, 2004), 如將天山兩側構造變形特征與祁連山南北兩麓類比, 可能就會得出相似但相反方向的構造變形的認識或想法。但從區(qū)域構造分布看, 祁連山南北兩側具有不同的構造控制作用。該區(qū)在新生代的構造變形主要受控于阿爾金走滑斷裂帶(劉永江等, 2001), 祁連山北麓為阿爾金走滑帶由走滑轉換為逆沖帶的前端部位, 也就是地殼塊體運動位移的轉折受限位置, 這樣酒泉盆地的南側易形成大規(guī)模的逆沖推覆構造(圖1)。

1 構造背景

圖1 青藏高原及鄰區(qū)斷裂構造與盆地分布Fig.1 Faults and basins in Qinghai-Tibet plateau and adjacent areas

柴北緣斷陷被夾持于蘇干湖盆地和柴達木盆地的中央坳陷之間, 受賽什騰山—綠梁山逆沖推覆構造的控制, 呈北西向延伸, 長約 300 km, 寬 20～50 km, 面積約1.1×104km2。在區(qū)域構造位置上, 柴北緣位于柴達木盆地北部鄰近邊緣造山帶的區(qū)域,但分布范圍與造山帶并不平行, 具有東西兩端面積大, 中間靠近紅山、小柴旦一帶范圍較小?？偟膩碚f, 柴北緣地區(qū)的構造格局為塊斷特征(圖2)。

逆沖推覆構造作用仍然是油氣勘探界目前對柴北緣地區(qū)構造變形的基本認識。有時, 盡管也承認走滑的影響, 但在解釋剖面時依然根據(jù)逆沖的模式。并得出在柴北緣有中淺層次生油氣藏和深層原生油氣藏兩層樓的油氣藏組合, 認為冷湖 6號、冷湖7號構造也符合這種兩層樓模式的油氣藏(穆劍等, 1999)。然而通過分析斷裂兩側地層厚度(圖3), 可以看出這種模式是很難成立的。

分析淺層斷裂與深層斷裂兩盤的地層產(chǎn)狀, 不難看出斷裂的主要活動可能僅有一期, 即在 N21沉積以后。E1+2與侏羅系的不整合面、下第三系、中新統(tǒng)和上新統(tǒng)下部具有相似的構造變形(圖2), 看不出兩期變形。從圖 3可以看出, 第三系沉積前冷湖五號構造的侏羅系頂部基本為剝蝕夷平狀態(tài), 并不能看出②號斷層是向南逆沖的, 因為兩期變形的特征并不明顯。中生代末的褶皺變形并不明顯, 可能構造活動以斷塊作用為主。

晚喜山運動的構造變形較為強烈, 斷層兩側地層均發(fā)生了向上的沖斷構造變形特征, 而這與逆沖斷層所形成的斷層下盤前淵或下凹式結構顯然不同。逆沖斷層或逆斷層主要表現(xiàn)為上下兩盤地層具有相反的位移變形。因此將主斷裂活動解釋為壓扭構造較為合理, 且以扭動為主, 即斷層兩側在走向的位移量要大于垂向上的位移量。

將冷湖五號構造解釋為走滑構造樣式可以較好地判斷構造形成的期次, 識別出古構造高點的分布。由于圈閉的高點也是晚喜山期形成, 因而冷湖五號構造主要形成次生油氣藏, 實際鉆探也沒有發(fā)現(xiàn)圖3中預測的原生油氣藏, 僅僅是在N1中發(fā)現(xiàn)了小型的次生型油氣藏(門相勇等, 2001)。

2 走滑斷層識別與走滑構造樣式解釋

圖2 柴北緣西段構造綱要圖Fig.2 Structural sketch map of the west part of northern Qaidam Basin

圖3 柴北緣冷湖五號構造兩層樓模式油藏剖面圖(穆劍等, 1999)(剖面位置見圖2)Fig.3 Two-layer model of structural style in northern Qaidam Basin (MU Jian et al., 1999)(for profile position see Fig.2)

由于地震資料品質不能較好顯示斷層面, 因而區(qū)域性認識往往對斷裂的解釋有較大的制約。正確的做法是在大范圍內進行解釋, 在層位追蹤的基礎上約束斷層的解釋。由穿過冷湖構造帶的地震剖面可以看出(圖 4-UI), 穿過局部構造的地震剖面看起來較為連貫, 但不同時代地層在剖面上看不出明顯的差異, 即頻譜、振幅、連續(xù)性等在縱向上基本相似, 究竟這是由相似的巖性決定的, 還是地震資料處理的結果。因地震層序在剖面上沒有明顯差異,即經(jīng)過這些構造帶地層是連續(xù)分布的, 給層位的追蹤造成錯覺。但通過進行地震標準層的追蹤解釋,仔細觀察后可以發(fā)現(xiàn)高角度斷層的存在(圖 4-I)。走滑斷層兩側地層的不協(xié)調性較為清楚, 可見兩側波組犬牙交錯的相互嵌入狀接觸。顯然, 兩側地層具有一定的擠壓作用, 但從斷層傾角和兩盤地層的變形看, 斷層上盤又不具備逆沖的形跡; 兩盤的運動并不是以垂向于斷層走向的方向進行, 而是平行于斷層走向。因此該斷層屬于壓性走滑斷層, 或壓扭性斷層。

因此, 根據(jù)信噪比較低的地震剖面進行斷層解釋,需要借助于層位追蹤。在確定標志層的基礎上, 根據(jù)區(qū)域性大剖面進行全區(qū)的解釋, 這樣才能把握地層的展布。在對地震標志層進行追蹤時, 要關注隱性高角度走滑斷層的斷點分布, 特別是標志層同相軸難以繼續(xù)延伸時, 要留意斷層是否存在。這種解釋方法是建立在地層追蹤對比的基礎上, 因此與就斷層來解釋斷層具有不同的分析思路。后者很容易受模式影響。通過對柴北緣地區(qū)進行較詳細的構造解釋工作, 合理追蹤了該區(qū)中新生界的展布, 對構造樣式有了較為清楚的認識(圖5)。部分剖面上走滑帶兩側的基底埋深差異較大, 顯然是高角度斷層所致。

走滑帶南側(圖 5左側)為深坳陷, 基底埋深大,地層厚度大, 斷裂北側(圖5右側)基底淺, 中新生界薄。如果是斷層的逆沖作用造成北側塊體抬升, 南側塊體坳陷沉降, 那么該逆沖帶的規(guī)模及其變形強度就一定較為顯著, 并且斷裂帶兩盤地層的撓曲會呈現(xiàn)出一定的不對稱性; 即造成如此深的坳陷應出現(xiàn)有倒轉性背斜和不對稱的向斜坳陷, 但實際是背斜構造和坳陷基本為對稱, 甚至是背斜反呈現(xiàn)出向北偏轉的特征, 如圖4右側背斜的北翼(右邊)較南翼更陡些。

因此造成兩側基底發(fā)生劇烈高差的斷層可能為高角度走滑斷層, 也就是造成變形的動力并不是簡單的由盆地北界(祁連山構造帶)向盆地內部的擠壓作用, 而很可能是盆地內部塊體沿斷裂帶兩側發(fā)生的位錯, 是一種壓扭性變形。

3 柴北緣地區(qū)走滑斷層形成機理及走滑量分析

圖5 冷湖七號構造地震解釋剖面Fig.5 Seismic interpretation profile of Lenghu No.7 structure (line in northeast, right lateral indicating northeast end)

圖6 冷湖五號地面地質圖與走滑變形解釋(寬箭頭代表構造擠壓應力的方向)Fig.6 Geological map and strike slip fault interpretation (broad arrow representing tectonic stress)

根據(jù)冷湖五號構造地面地質圖(圖6), 主斷層兩側出露的地層基本一致, 沒有形成逆沖與逆掩的不對稱形態(tài), 反映出斷層兩側地層均發(fā)生了上沖。同時主斷層的走滑特征可由錯列的出露地層得到顯示,僅從這一小區(qū)塊的局部看, 似乎顯示為左行走滑。但在更廣的范圍內, 結合冷湖一系列褶皺構造的平面展布, 最后一期構造變形應該是右行走滑(黃漢純等, 1989; 魏國齊等, 2005)。

理想的走滑變形構造模式可以形成一系列次生斷層和局部構造, 并且可以根據(jù)次級構造組合判斷主斷層的走滑方向。從柴北緣冷湖五號的地面構造樣式、斷裂組合等特征可以幫助推斷形成該構造的動力學性質(圖6)。形成冷湖五號的最大主壓應力方向為 NE向, 該構造應力導致冷湖斷裂帶發(fā)生右行走滑作用, 可以看出變形較大的一側位于斷層的西南側, 斷層西南側的地面構造相對較為完整, 并且褶皺上發(fā)育小規(guī)模的橫向正斷層, 反映了該處可能為背斜核部的位置。

解釋剖面(圖 7)清楚的揭示了走滑斷層形成的花狀構造樣式, 同時可以看出走滑斷層在沉積地層內并不是直立的, 甚至帶有彎曲弧形的形態(tài), 這可能與走滑斷層的多期次活動有關, 也反映了兩側地層在走滑位移過程中具有較強的擠壓作用, 由斷層兩側地層同時向上翹傾可以看出這一特點。

根據(jù)圖7剖面上冷科1井東南方向N1、的東側地表出露地層應為, 但圖6冷湖五號的東側為 Q4, 推斷 Q4僅為地表的厚度較薄的風化坡積物,斷裂東南側塊體隆升高度大于斷裂西北側。

走滑斷層的走滑量判斷是一項難度較大的工作,這主要是對于走滑斷層上不同位置的地質點, 走滑量是有差異的, 并且一條主走滑斷層由斷層的起發(fā)端至消失端, 走滑距離是逐漸減小的。根據(jù)編制的柴北緣地區(qū)西段路樂河組厚度圖上厚薄單元的位錯關系, 對走滑斷層兩側地層的走滑量進行大概估算,在冷湖五號、六號附近的走滑斷裂帶兩側有兩組相似的厚度分布區(qū), 即厚薄分布的特征具有相似性,據(jù)此判斷冷湖斷裂帶在該段的走滑距離約20 km。

4 討論

4.1 盆地演化與走滑斷層形成

通過建立新的地震解釋構造樣式, 對柴北緣斷裂系統(tǒng)進行了重新認識, 揭示了柴北緣地區(qū)走滑斷裂體系及其分布, 并根據(jù)地震資料對斷層的活動時間有了進一步認識。柴北緣地區(qū)斷裂發(fā)育(圖2), 一級斷裂規(guī)模巨大, 長期活動, 通常是盆地的邊界斷層或盆地內部一級構造單元的分界斷層。大型基底斷裂對盆地的形成演化和構造格局有控制作用, 同時也控制著油氣生成、運移、聚集、保存和改造及各要素的配置。較可靠的大型斷裂有昆特依凹陷西緣的鹽土墩斷裂(F1)、賽什騰南緣斷裂帶(F2)、馬仙斷裂帶(F3)、葫蘆山北斷裂(F4)、伊北斷裂(F5)、柴中斷裂帶(F6)、冷湖-陵間斷裂帶(F7)等, 在平面上成菱形網(wǎng)絡分布, 反映了這些斷裂最新活動以走滑作用為主。

柴達木盆地, 尤其是柴北緣地區(qū)走滑構造的發(fā)育與第三紀以來塊體的旋轉有很大關系(李朋武等, 2001)。在早喜山階段, 柴北緣斷裂帶可能經(jīng)歷了左行伸展走滑的作用過程, 這也是早第三紀盆地擴展沉降的主要控制背景(王桂宏, 2006a), 在晚喜山階段, 因青藏高原強烈的造山作用與擠壓作用, 早期的伸展性走滑斷層反轉為壓性走滑斷層(王桂宏等, 2006b), 柴北緣西段形成了菱形格局的斷裂構造體系。走滑斷裂帶上發(fā)育一系列雁行排列的構造, 如冷湖構造帶與鄂博梁構造帶, 重新解釋后, 地震剖面顯示了走滑斷裂特有的花狀構造特點(圖7)。

4.2 走滑斷層與局部構造樣式

沿著走滑帶, 與褶皺伴生的斷層可能同時發(fā)育逆斷層和正斷層, 并且構造樣式可能有較大的變化(Barnes et al., 1999)。走滑斷層由于斷裂面較陡, 斷層兩側的地層變形往往較弱, 因而地震剖面上識別走滑斷裂有一定的難度。因所處的構造應力場不同,不同地區(qū)的走滑斷層識別標志有所差異。盡管如此,走滑斷層的基本特征之一是斷裂發(fā)育于深部, 并且深部斷裂面較陡, 這主要是因為深部地殼塊體沿走滑斷裂面在平面上的滑動距離要大于斷裂面兩側地層的垂向運動距離。

走滑斷裂作用形成的帚狀構造圈閉體系模式與柴北緣地區(qū)的區(qū)域構造格架背景相一致, 但應該說明的是, 帚狀構造體系僅僅是與冷湖構造帶、鄂博梁構造帶等大型反轉型走滑構造帶相伴生的, 并不能涵蓋該區(qū)其它與斷裂相關的構造。之所以要特別強調這些構造帶的走滑構造特征, 強調它們的新生性, 主要是因為它們在盆地中非常醒目, 不但成帶性好、個數(shù)多, 而且圈閉面積也很大, 容易引起油氣勘探家的關注, 然而其中某些構造的鉆探并沒有取得突破。以走滑構造體系對圈閉構造樣式進行重新認識, 揭示了這些構造帶的深淺層構造的關系和圈閉構造樣式, 有助于識別出與古構造相關的繼承性構造圈閉, 為勘探原生油氣藏指明方向。

5 結 論

柴達木盆地作為青藏高原的一部分, 其在晚喜山期的構造變形與我國西北地區(qū)其它中新生代盆地具有較大的不同, 走滑構造變形是其主要特征。由于受區(qū)域構造類比和地震資料品質的影響, 過去對柴北緣地區(qū)發(fā)育的多條構造帶大多解釋為雙層逆沖推覆構造, 然而這種觀點很難解釋構造格局在橫向上的突變性以及縱向上的漸變性。通過對地震解釋標準層的廣泛對比, 識別出了地震剖面上的高角度斷層發(fā)育的部位, 并建立了走滑構造樣式。擠壓走滑構造變形主要發(fā)生于晚第三紀以來的晚喜山運動,與青藏高原強烈隆升階段相一致。因斷裂帶強烈走滑作用形成的多條褶皺帶及其構造圈閉大多晚于該區(qū)侏羅系烴源巖大規(guī)模生排烴期, 因而其聚集原生油藏的可能性較低, 只有那些具有早期發(fā)育背景構造圈閉才有聚集原生油藏的可能。由于較強的構造變形帶以帶狀分布, 而其兩側的區(qū)域構造變形強度較弱, 可能會對構造帶兩側部位油氣藏的保存較為有利。此外, 擠壓型走滑斷層具有較強的封擋作用,構造帶兩側的油氣, 尤其深部油藏的油可能難以通過走滑斷裂帶運移至走滑帶的構造圈閉中, 這樣可為尋找原生型及次生油氣藏指明方向。

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The Seismic Profile Interpretation and Development Mechanism of Strike-slip Faults in Northern Qaidam Basin

WANG Gui-hong1,2), MA Da-de3), ZHOU Chuan-min1,2), ZHOU Su-ping3)
1) Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083;
2) State Key Laboratory of Enhancement Oil Recovery, Beijing 100083;
3) Qinghai Oil Company, PetroChina, Dunhuang, Gansu 736200

Located in Qinghai-Tibet Plateau, the Cenozoic Qaidam Basin owes its development to the formation of the plateau, and the complex structures at different sites play an important role in the formation of various interpretations.There are two different opinions concerning the structural styles in northern Qaidam Basin: one is the opinion of overthrust faults which has been somehow overwhelming for many years, and the other is the opinion of strike-slip faults developed in recent years, which however has not been accepted by many researchers.There are two main reasons responsible for such an situation, i.e., regional geological analogy and poor seismic data over the structural belts.Some geologists compare northern boundary tectonics of the Qaidam Basin with southern margin of the Jiuquan Basin located north of the Qilian Mountain.In addition, the seismic data over faulted belts of the Qaidam Basin are usually very insufficient for interpretation.So different well designers have different inclinations in the choice and evaluation of structural traps for drilling.Based on seismic and remote sensing data, the authors interpreted the Lenghu strike-slip fault belt as dextral displacement.However, there existed an inversion of early extensional strike slip in Paleogene period, and the inverted strike slip deformation controlled secondary accumulation of strike slip faults belts.

P542.3; P315.2

A

10.3975/cagsb.2011.02.09

本文由中國石油天然氣股份有限公司重大專項“柴達木盆地油氣勘探開發(fā)關鍵技術研究”資助。

2010-10-18; 改回日期: 2010-12-31。責任編輯: 魏樂軍。

王桂宏, 男, 1967生。高級工程師。主要從事含油氣盆地構造分析與石油地質研究。地址: 100083, 北京市海淀區(qū)學院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院培訓中心。E-mail：wanggh@petrochina.com.cn。