Li Benliang澳门新葡8455注册

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(中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京 100083) 要:以高信噪比地震资料为基础,运用断层相关褶皱理论对西山背斜构造变形特征进行几何学构造解析,

  (中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京 100083) 要:以高信噪比地震资料为基础,运用断层相关褶皱理论对西山背斜构造变形特征进行几何学构造解析,提取构造特征参数,基于构造三角楔和断层转折褶皱的计算机模拟,对西山背斜的构造几何变形进行运动学模拟。模 拟结果表明,西山背斜分为浅层、中层和深层构造,浅层构造受晚燕山运动—喜马拉雅运动的影响,形成于白垩纪 至全新世,下三叠统嘉陵江组底部滑脱层之上发育的突破断层控制浅表构造变形;中层构造受印支运动的影响,形 成于早三叠世到晚三叠世,发育构造三角楔和断层传播褶皱;深层构造受加里东—海西运动影响,发育滑脱褶皱。 印支运动形成的构造楔、反冲断层和晚燕山运动—喜马拉雅运动形成的逆冲断层及后期遭受剥蚀等共同作用下, 最终形成现今的构造格局。 关键词:四川盆地;东南褶皱带;西山背斜;断层传播褶皱;构造三角楔;构造解析 文章编号:1001-3873(2014)06-0652-07 中图分类号:P542.2 文献标识码:A Structural Anal ysi Kinemati cs Simulation XishanAnticli ne SoutheastFol ded Belt, Sichuan Basi JIAXiaole, HE Dengf (MOEKey Labora tory MarineReservoi Evol uti Hydroca rbon Accumul Mechani sm, China Univ ersi ty Geosciences,Beijing 100083, China) Abstract: Ba sed seismic da ta highsi gnal noise ratio, paperpresents structuralgeometry analy si structuralde⁃ forma ti feature characteristic pa ra meters Xishananticline related folding theory kinematicsimulation geometrydeforma ti structuralwedge faultpropa ga ti foldmodeling. results show tha Xihananticline can shallowstructura layer,middle structural layer deepstructura shallowstructura layerwa LateYanshan-Himalayan orogeni Holocene. owstructural def orma tion wa controlled breakthrough fault dev el oped bottomdeta chment Jialingjiangforma tion. middlestruc⁃ ture wa Indosinianmov ement, shaped EarlyTria ssi Late Tria ssic, structuralwedge fault⁃propaga⁃tion fold. deepstructure wa Caledonia movement formeddeta chment fold. Indosinianstructural wedge re⁃coil faults, Late Yanshan-Himalayan thrust aults latedenuda ti presenttectoni ramework Xishanarea. Key Words: Si chua basin;southea st folded belt; Xishan anticline; faul propaga ti fold;structura wedge;axial surface 川东南华蓥山断裂是江南雪峰山陆内构造变形 系统的西界,而西山背斜为华蓥山帚状山脉最西的一 个分支(图 1)。四川盆地东南部褶皱带的构造特征 和江南雪峰山陆内构造变形系统一直是国内外石油 地质工作者研究的热点课题,已经取得了许多成果。 由于西山背斜特殊的大地构造位置,对其进行构造几 何学解析与运动学模拟,对江南雪峰陆内构造变形系 统西界华蓥山断裂的构造变形的研究具有一定的意 义。本文选取该区域内信噪比高的 条地震测线,结合断层相关褶皱理论对其进行了几何-运动学分析与 模拟 ,深入地探讨了四川盆地东南部华蓥山西南部的江南雪峰山陆内构造变形系统西界的构造特征。澳门新葡8455注册 地质背景1.1 大地构造位置 四川盆地东南部褶皱带横跨川南低陡褶皱带和 川东高陡构造带。区域构造位置处于加里东运动期 乐山—龙女寺古隆起东南下斜坡、印支运动期泸州古 隆起东南斜坡,由于受华蓥山断裂、齐跃山断裂及娄 山断褶带的共同影响,使得该区现今构造位于近南北 向构造带与东西向构造带(长垣坝构造带)的交汇部 位。其构造特征主要是由北东向和北北东向的高陡 收稿日期:2014-05-19 修订日期:2014-09-20 基金项目:国家 973 项目(2006CB202300) 作者简介:贾小乐(1986-),女,陕西延安人,博士研究生,石油地质,(Tel)(E-mail)jiaxiaole1986@126. com. 贾小乐,等:川东南褶皱带西山背斜构造解析与运动学模拟653 上侏罗统蓬莱组(J3p) 上侏罗统遂宁组(J3s) 罗统新田沟组(J2x)中下侏 罗统自流井组(J1-2 统珍珠冲组(J1z)上三叠统 中三叠统雷口坡组(T2l)下三叠统嘉陵江组(T1j) 下三叠统飞仙关组(T1f) 测线位置逆冲断层 断层 上侏罗统遂宁组顶部等高线,m 黔江研究区 重庆 内江 西山背斜构造位置背斜带和断裂带组成的隔挡式褶皱,背斜紧凑,向斜 宽缓,成排成带平行排列 。位于四川盆地东南部褶皱带的西山背斜,是华蓥山帚状褶皱束中部西边的一 个背斜,长 50 km 左右,宽 km.1.2 地层系统 从野外观察和室内样品分析,西山背斜地区出露 地层为三叠系和侏罗系,背斜核部出露三叠系,两翼 出露侏罗系。结合钻井研究成果 ,西山背斜地层自下而上为:震旦系、寒武系、奥陶系、中—上志留统、 二叠系、三叠系和侏罗系。本文重点对西山背斜核部 三叠系特征进行分析。 西山背斜三叠系自下而上划分为下统飞仙关组 飞仙关组为一套浅海相碳酸盐岩、黏土岩沉积,自下而上可分为 个岩性段,其中第一段和第三段为碳酸盐岩;第二段和第四段为紫红色泥页岩。厚 170~ 嘉陵江组为一套浅海相碳酸盐岩沉积,与下伏飞仙关组整合接触。根据岩性组合特征自下而上可以 分为 段,其中第一段和第三段为灰岩、白云质灰岩;第二段和第四段为白云岩夹灰岩。厚 510~1 040 在西山背斜的核部出露地表。雷口坡组主要为灰岩、白云岩,单层厚度比嘉陵 江组薄,为薄层或薄板状灰岩、白云岩,根据岩性组合 特征自下而上可以分为 段。该组在西山背斜核部出露地表,在西南部缺失。 须家河组分布在背斜两翼,呈长条状展布,形成 背斜山的最高峰。为一套内陆湖泊沼泽—河流沼泽 相的碎屑岩含煤沉积。根据岩石组合特征自下而上 可划分为 段,其中第一段、第三段和第五段为页岩夹煤层,第二段、第四段和第六段为砂岩。 654 1.3区域构造演化 西山背斜与四川盆地其他区块一样也经历了扬 子、加里东、海西、印支、燕山、喜马拉雅等 个主要构造运动旋回。根据构造活动方式、地层发育特点可明 显划分为 个不同的构造、沉积阶段。第一阶段为加里东—海西运动阶段,活动方式以升降、拉张为主,区 域上形成隆坳相间的古构造格局。川东南地区表现 为被动大陆边缘稳定的旋回性拗陷沉积,形成了广布 的海相碳酸盐岩夹碎屑岩为主的沉积建造,为海相油 气系统形成建设时期。第二阶段为印支运动阶段, 中、晚三叠世开始的大陆碰撞(印支构造运动),四川 盆地由被动大陆边缘转入前陆盆地演化阶段,发生由 拉张向挤压转换的构造演化,此阶段川东南地区处于 川西和川东北前陆盆地以泸州隆起为代表的前陆隆 起和隆后坳陷部位,并叠加了新的陆相成油体系。第 三阶段为晚燕山—喜马拉雅运动阶段,此阶段由于东 南部的挤压应力,活动方式以抬升、褶皱为主,沉积范 围逐渐缩小。 映出西山背斜的地表地质结构(图 1)。西山背斜核 部海拔不低于 800 m,背斜核部与两翼地势高差最大 达到 400 2a),反映了与两翼相比背斜核部构造变形愈加明显。 根据地表露头,西山背斜北西翼出露侏罗系,为 北倾的单斜构造,倾角由北向南逐渐增大。西山背斜 走向近北东—南西向,背斜北西翼最大倾角为 62,南 东翼倾角 核部出露地层为上三叠统须家河组,这表明影响西山背斜的滑脱层深度比须家河组要深。在背斜核部有 条断层出露,两翼出露地层主要为侏罗系珍珠冲组、自流井组、新田沟组、沙溪庙组。 通过对剖面进行等倾角区划分与轴面分析 西山背斜核部构造变形的原因可能是由于深层发育的构造楔和浅层的逆冲断层所致,浅层滑脱层可能 为下三叠统嘉陵江组内滑脱层,深层滑脱层可能为 寒武系筇竹寺组内滑脱层。虽然地表地质剖面能够 对浅部构造特征进行描述,但是对中、深层构造的约 束尚有局限性,尤其是西山背斜发育嘉陵江组区域 性滑脱层,浅部地层轴面是消失于嘉陵江组滑脱层 还是继续向下延伸,目前尚难定论。为此,需要利用 地震资料并运用断层相关褶皱理论对西山背斜构造 西山背斜野外构造地质剖面解析西山背斜龙水镇—三教场野外地质剖面(AA)位 于西山背斜西段,与西山背斜构造走向垂直,能够反 逆断层遂宁组(J3s) 田沟组(J2x)自流井组(J1-2z) 珠冲组(J1z) 家河组(T3xj) 陵江组(T1j) J2xJ1z F3 2.03.0 西山背斜龙水镇—三教场AA地表构造地质剖面(a)和 AA地震剖面(b)构造特征解析 -0.5-1.0 -1.5 -2.0 -2.5 上三叠统须下三叠统嘉 0.5J1 -2 3xj1.0 1.5T1 2.51q Zbd 3.5 贾小乐,等:川东南褶皱带西山背斜构造解析与运动学模拟655 特征进行分析。 泥页岩滑脱层和三叠系嘉陵江组膏岩滑脱层(图 2b)。其中嘉陵江组滑脱层反射特征明显,内部同相 轴不连续,出现丘状反射,反射时间约 1.0 s,是膏岩层 重要的识别标志,该滑脱层控制了西山背斜单斜带的 形成。中部构造受控于寒武系泥页岩滑脱层,中部同 相轴反射向上抬升特征,通过对中部构造进行等倾角 区划分与轴面分析,剖面共解析出 反冲断层,是背斜核部褶皱变形的直接因素,背斜核部浅层构造对深部构造楔也有响应。中部构造以寒 武系底部滑脱层为底,形成的构造楔造成上部地层发 生褶皱抬升,同时发育 条反冲断层发生突破,形成断层传播褶皱,使得北西翼地层变陡。深部基底滑脱 层可能为元古宇变质岩,其岩性为变质岩、岩浆岩,非 能干性强,是滑脱层的典型岩性之一,深部构造特征 主要表现为滑脱褶皱,背斜核部加厚特征。 3.2 其他构造地质剖面解析 西山背斜 BB 、CC剖面,分别过新场和福果场地 区,可以通过对该 条剖面的解释分析西山背斜横向上构造特征的差异性(图 地震剖面的几何解析选取信噪比相对较高的 1)进行精细解析,其中AA反射特征清晰,较完整 地展示研究区内主要构造样式及其组合关系,与另外 两条测线作对比和验证,可以完整地反映出西山背斜 的相关构造变形特征。 3.1 三教场构造地质剖面解析 三教场构造地质剖面(AA)位于西山背斜西段 1),与西山背斜龙水镇—三教场野外地质剖面重合。澳门新葡8455注册剖面中部西山背斜核部在地表出露上三叠统须 家河组,构造特征复杂,地震同相轴不连续,地震分辨 率低;西山背斜北西翼和南东翼构造变形微弱,地震 同相轴连续反射,表现为单斜构造。地震剖面深部, 地震同相轴杂乱反射,反映了深部构造楔和逆冲断层 对构造变形的影响。 对剖面进行构造解释,可划分为深、中、浅 套主要的滑脱层[10] :寒武系 J3s ZbdJ3s 0.5 J2x J1zJ2x 1.0 BB测线地震剖面构造(a)和CC测线地震剖面(b)构造特征解析 0.5J2x 3xj1.0 1.5T1 2.0O-S 2.5 1q 3.0 1.5T1 2.0O-S 2.5 1q Zbd 3.0 656 新场地质剖面(BB)位于三教场剖面的北东侧 1),西山背斜新场地区平均海拔300~750 出露嘉陵江组,比两翼须家河组海拔低,后期可能遭受河流下切作用的影响,缺失雷口坡组。背斜北西翼 最大倾角 42,南东翼倾角 40,可视为对称型背斜。 利用地震资料进行分析(图 3a),西山背斜新场构造变 形同样受 套滑脱层控制:深部元古宇变质岩滑脱层、中部寒武系泥页岩滑脱层、浅部三叠系嘉陵江组 膏岩滑脱层。在深部变质岩滑脱层控制下,在基底发 育滑脱褶皱;中部构造带由寒武系滑脱层控制下,发 条反冲断层;浅部的单斜构造则受嘉陵江组滑脱层控制,发育 条突破到地表的断层。正是由于嘉陵江组滑脱层中产生的反冲断层将雪峰 山陆内构造系统由南东向北西位移量传递至地表消 失,才使得中生界变形微弱。 福果场地质剖面(CC)位于西山背斜最北东侧 1),西山背斜福果场地区平均海拔300~700 低,后期可能遭受河流下切作用的影响。背斜北西翼倾角为 31,南东翼倾角 27,为对称型背斜。利用地 震资料进行分析(图 3b),西山背斜福果场构造变形 同样受 套滑脱层控制:深部前震旦系变质岩滑脱层、中部寒武系泥页岩滑脱层、浅部三叠系嘉陵江组 膏岩滑脱层。在深部前震旦系滑脱层控制下,在基底 发育滑脱褶皱;中部构造带由寒武系滑脱层控制,发 条反冲断层,同时有几条小断层发育;浅部的单斜构造则受嘉陵江组滑脱层控制,发育 条剖面而言,构造变形强度没有减弱。 从精细解释的地震剖面(图2b)和钻井分层数据 可以得出,西山背斜构造中存在三角楔特有构造特 征。以寒武系泥页岩为底板滑脱层的前冲断层 F1 反冲断层F2 共同围限出一个明显的楔形构造体: 利用计算机数字模拟技术和不同时期地层与断层的切割关系,可以判断出 F1 F2是同为早三叠世发育 的断裂体系;前冲断层 F1 下断坪沿寒武系泥页岩滑 脱,向上依次突破寒武系、奥陶系,最后切穿下二叠 统;与此同时断层 F2 沿断层 F1 上断坪处反方向逆冲, 并伴随三角楔内地层的变形出现隆升现象,而三角楔 末端北西方向的地层,其厚度与倾角均发生明显变 化;剖面北西方向上二叠统倾角与 F2 的断面大致平 行,且倾角明显大于三角楔内早三叠世和晚奥陶世时 期的地层倾角;断层 F1 在向上突破过程中,其上盘 地层经过断层转折端处的活动轴面时发生褶皱变形, 导致断层 F2 上盘地层也发生构造隆升。该隆升活动 受断层 F2 和断层 F3 共同控制。 4.2 断层传播褶皱 断层传播褶皱的定量化分析技术,目前已经在油 气勘探领域得到了普遍认可和广泛应用 [11-13] 。断层 传播褶皱是在逆冲断层断坡端线部位形成的褶皱。 端线以下岩层发生逆冲重叠,端线以上未断部分通过 褶皱缩短以调节上下的不一致。断层传播褶皱的基 本特点(图 4b):形态不对称,前翼陡、窄,而后翼 宽、缓;向斜“固定”在断层端点处;随深度加大褶 皱越来越紧闭;背斜轴面的分叉点与断层端点在同 一地层面上;背斜轴面在断面上的终止点和断层转 折点之间的距离即是断层的倾向滑动量:断层滑动 量向上减小。 从精细解释的地震剖面(图 2b)和钻井分层数据 可以得出,西山背斜构造中存在断层传播褶皱的构造 特征。反冲断层 F3 断坡端线部位形成断层传播褶皱: 端线以下岩层下三叠统飞仙关组和上二叠统发生 逆冲重叠,端线以上未断部分下三叠统飞仙关组顶部 褶皱变形;前后翼形态不对称,前翼陡而窄,后翼宽 缓;F3 断层端点处下三叠统飞仙关组顶部地层为向 斜特征;随着深度加大,褶皱表现为逐渐紧闭,背斜 构造变形样式利用断层相关褶皱几何模型对地震剖面进行几 何变形分析,研究其构造变形特征,定量或半定量地 确定断层与地层变形的形态 [11- 13] 。根据断层相关褶 皱理论分析,西山背斜主要涉及构造三角楔和断层传 播褶皱两种构造样式。 4.1 构造三角楔 目前关于三角楔研究的地质模型有很多,典型构 造三角楔几何模型实现了从定性到定量的研究发展, 是目前应用最广泛的模型 [11] 。构造三角楔几何模型 具有以下典型的构造特征:存在同期相邻的前冲断 层和反冲断层;褶皱作用从三角楔末端的固定轴面 开始发生;反冲断层上盘地层大致平行断面,且地 层倾角大于三角楔内地层倾角;前冲断层上盘地层 发生构造隆升 [11 贾小乐,等:川东南褶皱带西山背斜构造解析与运动学模拟657 轴面的分叉点与断层端点位于同一地层面下三叠统 飞仙关组顶部。飞仙关组的滑动量小于上二叠统的 滑动量,说明向上断层滑动量再度减小。 (2)随着来自东南方向的挤压作用的继续,三角 楔在生长过程中接收构造沉积(图 5b); (3)三角楔活动终止,断层 F3 继续向上逆冲,改 造了反冲断层 F2 上盘的地层形成断层传播褶皱, 运动学模拟 构造变形模拟与正演平衡地质剖面技术是基于 断层相关褶皱模型基础上发展起来的构造动态运动 几何变形模拟与复原技术 [14] ,该模拟技术通过构造变 形的平衡恢复,寻求地震剖面最合理的构造解释方 案,同时再现构造变形的叠加过程和演化历史。 模拟中的问题:由于西山背斜地区受多期构造活 动叠加,所以模拟操作需按照断层活动的时间序列和 估算的位移量来模拟计算。 笔者对西山背斜龙水镇—三教场剖面(AA)进行 了构造复原,完整反映了西山背斜几何变形的运动学 过程(图 5),具体运动学模拟结果如下: (1)受江南雪峰山陆内构造系统的影响,沿寒武 系底部泥页岩出现 条断层F1 5c);(4)上覆地层继续沉积,在喜马拉雅构造运动之 后沿着下三叠统嘉陵江组膏岩层发育 条小断层对背斜核部地层进行改造,之后地形遭受剥蚀改造,形 成现今地貌形态(图 5d)。 通过模拟可以得出如下认识。 (1)对剖面进行平衡复原计算,现今剖面长度为 288m,原始剖面长度为 699.7m,剖面的总缩短量 411.7m,其中三叠统缩短量为 316.4 m,侏罗系缩 95.3m,这两层缩短量的差异显示出了西山背 斜地区嘉陵江组滑脱层存在对构造变形特征的影响。 (2)结合西山背斜地区地震剖面构造变形的精 细解释和数字正演模拟,分析得出西山背斜地区的构 个阶段。在早中三叠世,印支运动早幕构造环境变为挤压 环境,从地震剖面显示下二叠统及其下的地层反射层 同相轴被明显错断,剖面北西侧上二叠统和 T1f 反射 层同相轴出现有规律的上倾现象,直到晚三叠世时期 F1 F2活动终止,表明 F1 F2断裂体系的构造隆升活 动发生在早中三叠世期间;断层 F3 奥陶系和下二叠统,继续向上活动切穿上二叠统和形已经形成,同时发育断层 5a、图5b); F3-1. F2F4 -1. F1-2. T1f反射层,并影响了 T1f 断层F3 F2断层同时发育,但是 F3 断层在 F1 F2断层终止活动后继续发生活动;之后断层 开始活动,切穿下二叠系、T1f 反射层,并影响了T1j 的形态。之后地层继续沉积,在晚燕山运动—喜马拉雅运动的影响下,沿着下三叠统嘉陵江组膏盐滑脱层 发育逆冲断层,切穿 T3xj 的及其上地层,后期遭受剥 蚀作用,最后形成现今的地貌形态。 (1)以浅表地质剖面的解析和地震剖面的构造解析为基础,以钻井数据为约束条件的构造解析,可 以更好地限制一个地区构造现象的多解性,得到与实 际最为接近的构造解释方案,同时可以对地震反射剖 面中的不真实信息或模糊带进行合理判断与解析。 (2)相对于传统的地震剖面解释方法,以浅表地 质构造特征为约束,以构造三角楔和断层传播褶皱的 几何模型为基础,以计算机的数字模拟技术为手段的 奥陶系下三叠统嘉 下三叠统嘉陵江组 震旦系灯影组 侏罗系 下二叠统 定量化解析方法,弥补了西山背斜深部构造分析的不足,同时对来自西南方向江南雪峰山活动的挤压作用 对该区的构造控制作用有了更进一步的认识。 (3)西山背斜构造变形深部受前震旦系变质岩滑 脱层控制,中部受寒武系泥页岩滑脱层控制,浅部受 三叠系嘉陵江组膏岩滑脱层控制。在深部前震旦系 滑脱层控制下,在基底发育滑脱褶皱;中部构造带由 寒武系滑脱层控制,发育构造三角楔和反冲断层形成 的断层传播褶皱;浅部单斜构造则受嘉陵江组滑脱层 控制,发育突破断层。 西山背斜构造划分为浅层构造层、中层构造层和 深层构造层。浅层构造受晚燕山运动—喜马拉雅运 动的影响;中层构造受印支运动的影响;深层构造受 加里东—海西期构造活动影响。 西山背斜构造形成于三叠纪,主要受印支运动形 成的构造三角楔、反冲断层和晚燕山运动—喜马拉雅 运动形成的逆冲断层等共同作用,最终形成现今的构 造格局。 (4)西山背斜是江南雪峰陆内构造变形系统西 界华蓥山断裂带临近华蓥山帚状山脉最西的一个分 支,西山构造定量化模拟解析,可以更好地为解析江 南雪峰陆内构造变形系统西界华蓥山断裂带构造变 形、构造演化提供参照依据。 tion southeasternSichuan basin[J]. 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