渤海湾盆地济阳坳陷的犁式正断层.pdf

1 9 9 6年第 2 0卷 第 4 期 石油大 学学报 自然科 学版 胁 妇【 J 础 P e t r o - 0 L 2 0腑 ．4 血 1 9 96 渤海湾盆地济阳坳陷的犁式正断层 I J r 杜 公 谨 ， 石 油大 学地球 科学 系 北 京 】 0 2 2 0 0 胜 利油 田 ，r、 摘要犁式正断层形成的主要原因是在弓 【 张条件下抗积层中有塑性地层存在． 滑犁式正断层 分布的水下扇岩性圈闭受犁式正断层倾 角的控制． 当其倾 角在 2 0 a 左右时水下扇即消失． 通过建立 数学模型 ， 应用回归分析方法可计算出济阳坳陷犁式正断层的辘遘． ． ， 主 题 词 正断 层； 岩 性圜闭I 数学 模型} 济阳 塌陷 P f 啐 ／ 中国围 书资料 舟粪 法舟 娄号T E 1 】 1 ． 2 第一作者简介 吕修祥 ． 男． 1 9 6 3年生 ， 1 9 9 4年在石油勘探开发科学院获博士学位． 现在石油 大 学 北京 从 事博士 后研 究 0 引 言 近 1 0 年来． 国内外不少地质学家就犁式正断层的成因、 剖面几何形态、 上盘地层变形等方 面进行了详细的研究[ ， 但只是对其称谓不同． 如基底太断层． 基底缓断面等． 本文在对济阳 坳 陷这类断 层进行研 究的基础上 ． 提出 了一种新的定量研究方法． 1 犁式正断层轨迹 ． 1 ． 1数学模型的建立 渤海湾盆地济阳坳陷是一个北断南超的箕状坳陷． 其中又包括次一级的单断箕状凹陷． 如 东营 凹陷 、 沾化凹陷 ． 更 次一 级的半地堑式 箕状 洼陷 ， 如 阳信洼陷、 流钟洼 陷等． 这种 不对称坳 陷 IE陷或洼陷 的断裂一侧往往以犁式正断层为边界． 犁式正断层深部倾角逐渐减小， 最后趋 于水平 即犁式正断层的滑脱面 ， 消失在某一塑性地层中， 在地震剖面上所反映出来的只是浅 层部分， 而犁式正断层的滑脱深度一般都太于 1 0 k m ． 为了弄清犁式正断层在剖面上的轨迹． 相继研究和建立了断层上 盘相 似褶皱平衡的技术方法和 确定犁 式正 断层剖面 的湾 滑模 型[ 2 】 ， 其 前提是 在犁式 正 断层的上盘中要有滚动背斜存在． 但在济阳坳陷． 犁式正 l 断层上 盘 中并 不是 普遍存在滚 动 背斜． 利用 回归分析 方 法即可解决济 阳瑚陷的实际 问题． 将犁式正 断 层所 在剖 面 置于直 角 坐标 系 中 图 1 ． 利用地震 资料 ． 通 过 回归方法 建立犁 式正 断层 的轨迹 方 0 程 ， 全面了解犁式正断层 由浅层到深 层的倾角变化 、 剖面图 1 确定犁式正断层轨迹的数掌模型 收稿 日期 l l 9 0 5 ～ 0 3 2 7 维普资讯 形 态． 可以给 出若干种方程形式 ， 按 不 同形式逐 一计 算 ， 相关 系数最大者 即为所 求的犁式正断 层的轨迹方程． 根据断层在坐标系中的倾向， 可将模型中犁式正断层分为两类 右倾为 I 型 ， 左倾为 I 型， 两者 的变化趋势正好相反． 对于 I 型断层， 从断层活动的顶点向下作垂线为 y轴 ， 过端点 是 因反射不清无法向下追踪断面的位置， 并不一定是断层终止于此 埋深的水平线为 X轴 ， 两者 之交点为原点． 对于 I 型断层， 坐标原点就是剖面中犁式正断层的端点． 端点的深度值即剖面 中可 以反映 出的犁式正断层 的埋藏深度． 回归出的方程形式为 I型 一 p e x p 一 I O t a n [ 一 x p 一 ] t 一 一 2 I型 } y a e x p b 3 O t a n [ 一a b e x p 一k 一t a n 一 式中 口 、 和 b 为回归系数， 均为正数， 为断层倾角． 在采集数据时 ， 犁式正断层所在的地质剖面纵横比侧必须一致， 并保证单位统一， 必须等 间距采 集 ， 使数据点均匀分布． 1 ． 2计算实铸 阳信 5 1 8 ． 9剖面为 惠民凹陷阳 信 洼陷 内南 北 向制面 ， 跨过 阳信洼 陷北界阳信大断层， 与断层走向近 2 ’ 于 垂 直 觅 图 2 ．该 制 面 全 长蠢 1 8 ． 4 k m， 过 阳 8井 和 阳 2 3井． 阳4 信大断层 是将无棣凸起和阳信洼 陷 5 ． 分 隔开 来 的一 条犁 式大 断 层 ， 其 下 盘为太古 界花 岗片麻岩 ， 上盘是 中、 新生 界沉积地 层． 自上 而下解 释 层 2 0 位为 第四系及第三系明化镇组和 窖． 馆陶组 、 下第三系东营组 、 沙河街组 一 段 至三段 、 沙四上段 、 沙四下段及 孔店组 ， 剖面上中新生界埋藏较深． 圉 2 阳信 5 1 8 ， 9 地质剖面 犁式大断层在剖面上的反射在 7 5 6 0 m的深度仍很清楚， 几何模型属于 I 型． 其方程为 一 0 ． 2 2 1 3 e x p O ． 2 0 9 9 x O t a n _ 。 f o ． 0 4 6 5 e x p O ． 2 0 9 9 z ] t a n 一 f O ． 2 0 9 9 相关 系数为 0 ． 9 7 7 6 ， 均方 差为 0 ． 3 5 2 4 ． 阳信 5 1 7 ． 7 剖面与阳信 5 1 8 ． 9 剖面平行， 位于其西侧 ． 两者相距 I ． 2 k m 图 3 ． 在剖面中 出现的层位与阳信 5 1 8 ． 9剖面相当， 只是厚度有所不同． 几何模型属 l型， 端点埋深 7 1 0 0 m ． 阳信大断层在该剖面上 轨迹方 程为 0 ． 2 1 7 e x p O ． 2 21 9 O t a n [ 0 ． 0 4 8 3 e x p O 2 2 1 9 r ] t a n O ． 2 2 1 9 相关 系数 为 0 ． 9 7 6 3 ， 均方 整为 0 ． 2 4 0 9 ． 1 2 维普资讯 义东 1 6 0 ． 2 剖面是一条与义东断裂 近 于直 交 的东 西 向剖 面 ． 过 义 东 1 4 、 大 8 1 4及 义深 1 井 图 4 ． 剖 面上 义东 大断裂 的下 降盘 地 层发育齐全 ， 这条大 断 层 以早期 孔 店组一 沙四 段 时期 括 动 较为强 烈 ] ． 在剖面上反射段 较为 陡倾 ． 几何模 型属 I 型 ， 端 点埋深 5 1 O O m． 义东 大断裂在该剖面上 的轨迹 方程为 1 2 ． 5 8 7 e x p 一 0 ． 2 5 3 口 t a n [ 一3 ． 1 6 6 x p 一0 ． 2 5 3 z ] I ；t n 0 ． 2 5 3 y 相关 系数为 0 ． 9 9 8 ， 均方差 为 0 ． 4 2 6 ． { 旱z 墨 3 熏 4 --“ 从 以上 几条剖 面 的计算 结果 来看 ． 圈 3 阳信 5 1 7 ． 7 地质剖面 相关系数都在 0 ． 9 7以上， 说明轨迹方程是可信的． 将犁式正断层的轨迹纳入数学计算， 不仅省 去 了各种假设条件 ， 更 为重要 的是 ， 有可能定量 化研究与 犁式正断 层有关 的各种 圈 闭 如 水下 扇砂砾岩 体岩性圈 闭 发 育 的边界 条件及 其可 能 出现 的位 置． 由于滚动 背斜 的产生 受多 种 因 素的影 响 ， 如砂 、 泥岩百分 比． 伸展速率 、 断层活 动速率及构造沉降速率的配置关系等， 因此， 难耋 以定量计算滚动背斜形成 的边 界条件． 2 犁式正断层的成因 对于犁 式正 断层缓 断面 的形成 。 有 不少 学 者都 进行 过探讨 ] ． 构造 物理 模 拟实验 结 果表 明， 如果地层 中没有塑性层 存在 ． 在 引张 应 力作 用下 所产 生 的正 断层 都呈面式 ， 且大 的面 式正 断层 P l a n a r n o r ma l f a u l t 下 切 很深． 而 当 { 加入塑性 层之 后 ， 则大 断层 的犁式 剖面形 态 十 分明显。 并消失于塑性层中， 断块的旋转亦非常 明显[ ] ． 从剖面形态上看， 与济阳坳 陷的构造 发育特征 相 当吻合． 这 也说 明了断块体 的旋转 是 由于犁式 正 断层产 生的结 果 ， 它并不是 犁式 正断层形成 的起 因． ＼ Nm N| 盆 一 E d E E 。L 。 ⋯、 ■ 一 圈 4 义东 1 6 0 ． 2地质剖面 在去压实过程中 ， 当剥去上覆地 层时 。 下 伏各层厚度就要相应增大． 考虑 地层长度守恒 ， 则 每剥去一 层 ． 断层倾角就要增大 一些 ， 断面就要变 陡一些． 断块体的旋转 倾翘 运动 使沉积盖 层 内生长 正断层断面 旋转 变缓是 完全可能 的[ ‘ ] ， 当深 层存在塑性地 层时 ， 断层将沿此 滑脱 面消失． 但对 于基底正 断层缓断 面的形成是否具有 明显 的 作用则是值得 探讨 的． 控 制 凹陷边界 的基底大 断 裂 ， 其 下盘一般 都 为基岩或较 老 的沉积地 层 如阳信大断层下盘为太古界变质岩 ． 在引张应力作用下， 下降盘向外伸展 ， 由此为断块地层 1 3 ‘ 维普资讯 的旋转提供 了空 间． 如果断 面亦 发生旋转 ， 必将牵涉整 体旋转 ． 仅靠上盘 地层旋转是 无法产生 如此巨大的推动力的． 这种情况下断块地层的旋转． 实际上是以古 凸起为基点、 下降盘向外伸 展翘惯的结 果． 湖盆沉积过程中的地质作用． 可能是边界大断层向基岩凸出而成犁式剖面的主要原因． 在 济阳坳陷， 这类边界断层一般都处在箕状凹陷的断陷一侧 ， 郎湖盆陡坡侧． 在强烈的张扭应力 作用下 ， 基岩断块 体不只 出现一个破裂面 ． 而是同时产生一组 向下收敛的 、 倾 向相 同的破裂 面 ， 湖浪的j 中 蚀使基岩剥落， 从而使陡坡变缓， 如此的循环往复便导致了基底正断层缓断面 犁式 剖面 的形 成． 总之， 引张条件下塑性地层 滑脱面 的存在是沉积地层中产生犁式正断层主要原因 ， 压实 作用可能对沉积盖层 内部犁式正断 层剖 面的形成也 有一 定作 用 ． 而基底主断层缓断面 的形成 ． 则可能是 凹陷发育过程中的“ 湖蚀 作用的结果． 3 犁式正断层对水下扇岩性圈闭的控制 济阳坳陷许多限定半地堑的边界断层都是犁式正断层． 这种边界断层对凹陷 洼陷 的沉 积具有明显的控制作用， 这就必然影响到水下扇的形成和分布． 两者之间存在着一定的联系． 特别是在不对称凹陷的陡坡带 断陷一侧 ， 已经通过钻井或地震剖面确定了水下扇的存在范 围后． 对多条剖面的计算， 有可能得出具有普遍性的结论． 利用已给出的犁式正断层的轨迹与其倾角问的函数关系． 计算出剖面上水下扇消失的深 度及相应断层的倾角 ， 结 果如 表 1所示． 从计算结果来看， 水下扇砂体与 衰1 济阳坳陷水下扇消失点计算结果 犁式 大断 层的关 系十 分密切 ． 在 剖面 上 扇砂体 消失的深 度 不一 ． 变化范 围 较大 在 4 1 5 0 5 7 5 0 m ． 但其 消失时 剖 面号 田 信5 1 8 ． 9 I 目 信5 l 7 ． 7 义东I 6 0 ． 2 术下扇消失点埋罐， 仍 5 7 5 O I 5 7 O O n5 O 水下扇消失点断层额角 2 0 ． 8 l I 8 ． 0 2 0 ． 0 犁式正断层的倾角十分相近 ， 在 l 8 ～2 0 ． 8 。 之间． 这是因为扇砂体形成的基本条件是地势上要 有一定的落差 ． 要有 充足的物源 ． 作为控 凹 洼 边界断层 的犁式正断层 ． 其 下盘是古 凸起 如 无 棣凸起、 义和庄凸起 ， 可提供充足的物源 ； 下降盘在盆地拉伸活动比较强烈时， 范围大、 下陷 深， 断层落差大、 倾角陡， 因而水下扇{ 侍 犁式大断面发育． 向深部延伸时， 由于水动力能量减弱， 当达到某 一极 限时 ． 扇体的前端就停止 向前 延伸． 由于这种控凹 洼 边界大断层不仅落差大 ． 而且延伸远． 所以沿断面分布的往往是一系列 水下扇 所组成 的扇群而不是 单个 扇体 ． 沿断面只要能 找到一个 扇砂体 ， 就能找到一 片． 并且 由 于可以计算 出水下扇砂砾岩体 消失 的位置 ， 这样就太大地缩小了勘探 目标的范 围． 参考文献 1 Mc k e n z ／ e n e Re ma r k s 0 9 血e De v e l o p me n t o f S e d i me n t a r y B a s i n ．EB nh Pl a n e t ie n c 【 d t e r s ．1 9 7 8． 4 0 25 ～ 3 2 2 Da ,, L s o n L Ll s t t i c No c ma l F a u l t l h - o f i l e s l C a l c u l a t i n g U 蛳B e d I v n g t h n a n d F a u l t Di s 山 c e me n t ．J o u r n a l o f S t r u ‰| l Ge 。 b盯 ．1 9 8 6． 8 2 3 E曲P，吐a 1 ． nj c】 巳 x t e r I 1 ] a u kS y s t e m ] e s u l t s o fAn a l c l M E州l T I e n b．B 日 畦 nRv s e a r c h．1 9 8 8．1 5 5 ～ 7 9 4 Me c f a J 【 吐 l J ．E x p e r i me n t ed Mo d e b o f H an g wa l l De 如m6 o I l i n Ra mp - t l a t L t s l e F ． x e n s i o n a l F a u l t S y s t e ms ． T 6 e Ⅻ p 呻i 妇 ．1 9 9 1 ．1 8 8 l 1 2 1 4 - 维普资讯 5 V , d l ／ a m F ．Ge o me t r l cMe l s o f L i mI cNo r ma l叫口 a n d F o l d s ．AAP G B u l 1 ．1 9 9 1 7 5 t 1 0 6 童晓光． 海湾盆地基底正断层的成因及有关 问题的讨论． 石油勘探与开发 ． 1 9 8 2 ． 9 5 r 刘池洋． 海湾盆地基底正断层缰断面的形成原因及葛地质童义． 西北大学学报 一 1 9 8 7 1 7 I 8 挂劲霜． 中国末郁盆地同生断裂类型及萁形成机翻． 石油勘探与开发 一 1 9 8 4 一 l 1 C 3 9 陆邦干． 中国典型地震剖面田集． 北京 石油工业出敝社 ． 1 9 8 9 1 9 Xi a o H．e t- 1 ．Ro l eo fCo I I ． * c t 【 咖i n L t s e r i cS h a p eof OJ r o wz h No r ma l F a u l t s．AAP G B u t , 1 9 8 97 5 ” 7 ～ 7 8 6 l 1 吕修样等． 从波动观点看渤海湾盆地济阳坳陷油气田分布． 中国科学技术协会第二届青年学术年会论文 集． 北京 科学 出版社 ． 1 9 9 5 LI 盯 RI C NORM A L FAI 『 I ．TS l N J I YA NG DEPRES SI ON oF BoHAI G ULF BASI N 朋蜀蜘 Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ，B e l j i n g ， _删强 咀廊 C h i n a l 0 22 0 0 S h e n s ] i Oi l fie l d Ab s t r a c t Th e t r a c e o f l i s t r i c n o r ma l f a dit c a n b e o b t a i n e d wh h t h e d 嘲 h o d o f r e g r e i o n a n aly a nd mat h e ma t i c s ]roo d e 】 ． I nt e r r e l a t e d c o e f f i c j e nt s of c a l c ul at e d p r o f l i e s a r e mo r e t h a n 0 ．97 ． For ms - t i o n o fl i s t fie n or ma l 龟 u I t t n J i y a n Bd e p r e s s i o n h a s a s l a t i o n h l pwi t ht h ef o l l o wl n f a c t or％ a e x i s - ‘ e n ∞ o f d u c t i l e l a y e r ， b c o mp a c t i o n， c r o t a t i o n o f f a u h b l o c k a n d d e r o s i o n a c t J cu i n s t e e p b a nk o f l a c u s t r i n e b n．L t ho l o S J c t r a p s we r e c o n o l l ed by t h e d i p o f l i s t r i e no n n f a ul t ．i n f o r m o f S u b a q U e cu S , f a n a l o n g l is t r i c n o r ma l f a u l t ．a n d d is a p p e a r wh e n t h e d i p i s a b o u t 2 0 - ． S u b J e c t wo r d s No r ma l f a u l t i L t h o l o s J c t r a pl Ma t h e ma ti c a l mo d e l }J i y a n S d 印f o n Ab o ut t h e S i r s t a u t h o r 皿 X诅豳 ，神，邺 函 1 9 5 3 ．胁 D ．舯， | 妇 R e - 如 麻础 ．Ⅳ咖 k 撕 b 驰 a b r函 妇 ． 叼 ． 责任编辑刘艳 荣 l 5 维普资讯