伸展盆地区构造精细解释、定量计算及三维建模——以济阳坳陷为例

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济阳坳陷是一个中、新生代断陷一坳陷复合盆地,其内部构造极为复杂。中、晚始新世沙河街沉积时期以来的盆、岭构造格局,为断陷与坳陷的叠合。古近纪,坳陷内自南而北发育了东营、惠民、沾化、车镇等四个次级凹陷和众多更次一级的洼陷,其间为青城、滨县、陈家庄、无棣、义和庄、孤岛等凸起分隔,凹(洼)陷呈“北断南超、北深南浅”的箕状结构,其北边界为长期活动的同沉积断层。  由于构造体制的转变,济阳坳陷经历了多期次的构造反转过程。研究表明:济阳地区中生代以来经历了如下四期挤压隆升作用:晚三叠世的构造挤压(印支运动),晚白垩世的构造挤压(燕山运动晚期),沙四段沉积末期的构造挤压(济阳运动),东营组沉积晚期的构造挤压(东营运动)。  地质结构的差异,沉积盆地充填岩石组成的不同,反转程度以及引起盆地反转的最大主应力与盆地轴部方向的不同,导致反转盆地的构造类型也不近相同。济阳坳陷作为叠加的盆地具有多期的演化历史,从而产生多种正、负反转构造几何类型。  正反转构造的研究方法,对于济阳坳陷的负反转构造研究是不合适的。就负反转构造而言,断层上盘在隆升过程中发生剥蚀,在伸展过程中未被剥蚀的地层沉降形成一个楔形构造。我们不能直观地测量出上盘相对于下盘的隆升量,而在上盘沉降的同时,下盘地层也有相应的剥蚀存在,因而也不能直接地测量出上盘相对于下盘的沉降量。针对此不足,本文在Williams(1989)和Song(1997)的正反转率计算方法基础上提出了一种负反转率研究的计算公式,它是沿着断层面,正向伸展断距与挤压反向滑距的比率。应用此方法计算显示,济阳坳陷在不同的构造单元,甚至单一的构造单元中断层反转率是不同的。上盘和下盘同伸展沉积的伸展量和厚度的变化量,对反转样式和反转程度有重要影响。济阳坳陷负反转强度,整体上表现为东强西弱的特点。与此同时本文应用用地层位移曲线,直观反映出断层两盘的相对挤压与伸展关系。  断裂的演化除经历垂向的拉伸沉降与挤压隆起,同样也经历了侧向传播、生长、连接过程。本文以济阳坳陷内的车镇凹陷主断裂的演化为例,分析断裂的生长、传播、连接演化过程,并探讨其对车镇凹陷沉积的影响。  结合地震数据与车镇凹陷地层,基于最终的几何样式与断距-距离曲线、厚度距离曲线特点对埕南断断层的演化分析表明,单一、连续的埕南断层是由最初的分段断层传播、相互作用、连接演化而成。断裂带的演化可分为以下几个阶段:最初伸展发育发生在中生代,导制最初北西向与近东西向的断层出现,如车西西部断裂段、大王北与郭局子断裂段。新生代裂谷开始于早始新世,造成北东走向断层发育,如车西与套尔河断裂段,此时沉积中心被盆地内的高地所间隔。下沙三段沉积时期,车西西部断裂、车西断裂与套尔河断裂连接,大王北与郭局子断裂连接。沙三段沉积末期,大王北西断裂段发育并与大王北、郭局子断裂连接,使埕南断裂完全连接。断层的最终连接没有使断距位移重新分配,断裂沉积中心使终发育在古断裂中心位置。  伸展区的褶皱发育也极具特点,车文以车镇凹陷为例分析伸展区断层传播褶皱与转折褶皱发育情况。利用Allmendinger(1998)的FaultFold4.5.4二维三剪断层传播褶皱发育模型与Cardozo(2008)的Trishear3D真三维三剪模型软件分析了车镇凹陷的构造几何学与运动学历史,进而深化理解和认识渤海湾盆地内部普遍存在的半地堑构造。  三维可视化对认识地质结构意思重大,本文以GOCAD软件为平台,以车镇凹陷三维地震解释为基础,结合伸展断裂的生长传播与相关褶皱模型认识地质结构,创建车镇凹陷的三维构造模型,实现三维可视化。  断层传播是控制盆内油气规模运移的重要通道,对油气藏形成与分布具有根本控制作用。断层相关褶皱又在第三纪主成盆期具有长期发育、同生活动、纵贯上下等重要特征,因而它是控制油源岩分布及油气运移的重要因素。重视并加强对反转构造以及断裂传播以及相关褶皱的研究,不仅对济阳坳陷盆内构造、地层体系的研究具有重要指导意义,而且对盆地中、深层油气突破具有重要推动作用。
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