酒泉盆地晚白垩世反转构造特征研究

酒泉盆地晚白垩世反转构造特征研究3

王步清　陈汉林　杨树锋　肖安成　程晓敢　何光玉

(浙江大学地球科学系)

　　王步清等.酒泉盆地晚白垩世反转构造特征研究.天然气工业,2005;25(3):32～35

　　摘　要　晚白垩世反转构造在酒泉盆地广泛分布,这一期反转构造对油气聚集具有重要意义。文章应用变形定量分析和构造建模方法对酒泉盆地晚白垩世的反转构造进行了研究,研究认为酒泉盆地晚白垩世反转构造的几何形态主要表现为反转断层及其相关褶皱的组合。晚白垩世的反转断层是在先存正断层的基础上发育,反转构造的样式与先存正断层的几何形态及其晚白垩世应力场有密切关系。大部分褶皱枢纽与早期NE方向的断层平行,反映了NW—SE向的挤压应力。通过对酒泉盆地四个凹陷的反转断层的反转率计算,得出青西凹陷、花海—石大凹陷、营尔凹陷和马营凹陷的断层反转率分别为:0.39、0.29、0.38、0.32,反转率大小相近,平均为0.34,属于中等—强烈程度的反转。

　　主题词　酒泉盆地　晚白垩世　反转构造　几何学　运动学　反转率

　　自从Glennie&Boegner(1981)给反转构造(in2

versiontectonics)提出一个明确的定义以来〔1〕,反转构造得到构造地质学家和石油地质学家的高度重视〔2,3〕。反转构造不仅对油气勘探具有十分重要的意义〔4～7〕,而且能指示区域构造应力场的变化和造山带造山事件的发生时代。

　　酒泉盆地晚白垩世末经历了一次强烈的构造反转事件。一方面该反转事件使得早白垩世地层遭受抬升和剥蚀作用,形成了第三系与下伏地层之间的不整合,使晚白垩世以前形成的油气藏遭受破坏,同时,该事件形成了大量与反转断层有关的背斜圈闭构造,为晚第三纪末形成的油气提供了良好的油气运移通道和聚集场所,对于油气勘探具有十分重要的现实意义;另一方面,盆地该期构造反转事件是周缘造山带特别是南部特提斯构造域中强烈碰撞事件在盆地中的反映。因此,该反转构造的研究对我国中新代的大地构造演化研究具有重要意义。

以榆木山构造带与民乐盆地相隔。处于华北板块、哈萨克斯坦板块、塔里木板块和中祁连地块的结合部。早白垩世断陷盆地沉积层序从下至上分别为:

赤金堡组(K1c)、下沟组(K1g)和中沟组(K1z);盆地自西向东可分为3个一级构造单元:酒西坳陷、嘉峪关隆起和酒东坳陷,酒西坳陷包括青西、花海—石大、赤金等凹陷,酒东坳陷包括营尔、马营、金塔等凹陷。　　2.反转构造及其几何样式　　(1)反转构造概况

　　反转构造可以分为两类:正反转构造和负反转构造,正反转构造一般能得到较好的保存,对油气的运移和聚集产生重要的影响。酒泉盆地晚白垩世反转属于正反转构造,主要有3期:侏罗纪末期、赤金堡末期、晚白垩世。其中晚白垩世反转是规模较大,延续时间较长的一次,导致了酒泉盆地大部分地区晚白垩世地层的缺失,早白垩世中沟组普遍受到剥蚀,有些地区反转抬升强烈,剥蚀严重,使基底地层出露,使早第三系白杨河组与下伏地层呈不整合接触。不整合接触面的形态和反转断层形成的相关褶皱对油气运移和聚集产生重要影响;同时,反转构造的几何学与运动学关系,对于研究晚白垩世区域应力方向及应力强度具有重要的意义。　　(2)反转构造的几何样式

一、地质构造概况

　　1.地质背景

　　酒泉盆地位于甘肃省河西走廊西部,是一中、新生代陆相含油气盆地。南边是北祁连造山带,西北边是阿尔金构造带,北边是北山—龙首山构造带,东

　　3本文获国家自然科学基金(40172073),中国石油天然气股份公司和教育部高校优秀青年教师科研与教学奖励计划资助。　　作者简介:王步清,1974年生,浙江大学在读博士研究生;从事石油构造和盆地模拟研究。地址:(310027)浙江省杭州市浙江大学地球科学系。E2mail:wbq5@zju.edu.cn

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第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　反转构造主要包括反转断层及其所形成的断层相关褶皱。根据反转断层与断层相关褶皱的关系,酒泉盆地的反转构造可分为两类:①反转构造的褶皱受控于反转断层;②反转构造的褶皱受控于反转断层的调节断层。

地质与勘探

晚白垩世断层反转强烈,中沟组上段(K1z2)在有些地区被完全剥蚀。断层相关褶皱变形强烈,使得早第三系白杨河组与白垩系中沟组呈角度不整合接触(图2)。花海Ⅰ号断层的上盘在赤金堡早期形成一反向调节断层,后发生多次活动。晚白垩世的反转

　　第①类反转构造分布较普遍,如青西凹陷的509活动形成一规模较大、两翼宽缓的背斜,背斜形态完断层及其在断层面附近形成的背斜(图1),石北Ⅰ整,两翼对称,轴面近于直立。反向调节断层使其上号、Ⅱ号、Ⅲ号断层及其相关褶皱,嘉西Ⅰ号、Ⅱ号、盘地层抬升较高,背斜核部的中沟组下段(K1z1)也

被部分剥蚀(图2)。

图1　酒西坳陷地震偏移剖面　　纵向数字表示以秒为单位的双程传播时间;横向数字表示相对距离;虚线表示不整合接触,点线表示推测的背斜形态(图3同)。平面位置见图4:A-A1

图2　酒西坳陷地震偏移剖面(平面位置见图3:B-B1)

Ⅲ号断层及其相关褶皱;营尔凹陷的上坝断层、营尔

断层、黑梁断层、下河清断层及其相关褶皱;马营凹陷的清东断层、马营Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ、Ⅳ号及元山子南断层及其相关褶皱。这类反转断层的断层面形态有些较平直,有些为犁式。断层面平直的反转断层,一般产生逆牵引背斜,组成断背斜构造;犁式断层通常产生断层转折褶皱,背斜形态完整,在一定条件下,它们都是较好的油气圈闭。

　　从图1可以看出509断层在K1c到E3b之间经历了伸展断陷到反转抬升的演化过程,509断层主要控制上侏罗统(J3)、早白垩世赤金堡组(K1c)和下沟

二、反转构造的运动学分析

　　通过对地震剖面中的断点(中沟末地层顶与断

层的交点)及其相关背斜转折端端点的垂直投影,得到反转断层及背斜轴面平面分布图(图3)。　　晚白垩世的反转断层引起了相关地层褶皱,有些至今保留完整的形态;有些在地震剖面上难以观测到。这里有以下两方面的原因:①反转断层只引起地层轻微的褶皱。②在反转断层的冲断作用下,

可能形成了相关的背斜。但由于逆冲作用强烈,地层抬升高,褶皱地层被部分或完全剥蚀,如嘉西Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号断层的上盘完全缺失中沟组沉积。

晚白垩世的反转断层在先存NE向正断层的基组(K1g)沉积,对中沟组(K2z)有一定程度的控制。　　

晚白垩世到早第三纪,早期正断层发生反转抬升。础上形成,走向总体上也是NE/NEE向。而花海Ⅰ

嘉西Ⅰ号断层及509断层的走向变化较大,在断层附近,上盘地层剥蚀强烈,中沟组被完全剥号断层、

蚀,使得第三系白杨河组(E3b)直接覆盖在下沟组之主要是NNE,部分地段NW(图3)。

　　断层相关褶皱的轴面也是NNE/NE向,与反转上,并呈不整合接触。图中青北断层是一在晚白垩

号断层、花海Ⅲ号世—古新世活动的逆冲断层,使第三纪以前的地层断层走向基本平行。只有花海Ⅱ

断层相关褶皱的轴面是北西向。NE/NEE向断层相形成断层传播褶皱。

关褶皱轴面走向以NEE向为主,NNE向为辅,一般

～55°,平均走向是48°。由于晚白垩世花海Ⅰ号断层、花海Ⅱ号断层、花海Ⅲ号断层的地震为北偏东45°

反转作用形成的背斜轴面大部分与反转断层走向近剖面上。

1)的作用方向与背斜　　花海Ⅰ号断层在侏罗纪末期、赤金堡末期和晚似平行,最大主压应力(б

W或S42°E,为1的作用方向是N42°白垩世均发生反转抬升,使相关地层呈不整合接触。轴面垂直,那么б　　第②类反转构造分布相对要少,主要表现在过

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地质与勘探　　　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　2005年3月

图3　酒泉盆地晚白垩世反转断层及其相关背斜平面图NW—SE向挤压应力(图3)。

三、反转程度

　　断层反转程度的大小主要用反转率来表示。反

转率为收缩与伸展运动的比率,本文采用SongT.G.所提出的反转率(Rβ)计算公式〔8〕,该公式比G.D.Wil2liams所提出的反转率计算公式〔2〕适用范围更广。

Rβ=Dc/(lh-lf)=1+Δdi/(lh-lf)

反转的抬升量。晚第三纪反转抬升量(T1)即为现在所看到的上盘白杨河组顶部与下盘白杨河组顶部平行于断层面的时间差值(图4-b)。因此这种情况下反转率计算公式为:

)]Ri=(T0-T1)/[(Tz+Tg)-(Tz′+Tg′

(2)

式中:Tz为上盘中沟组平行于断层面的时间值,Tg

为上盘下沟组平行于断层面的时间值,Tz′为下盘中沟组平行于断层面的时间值,Tg′为下盘下沟组平行于断层面的时间值(图4-b)。

(1)

式中各参数的含义见图4-a。　　赤金堡组在赤金堡末期反转过,受到剥蚀,经历了沉积间断,因此赤金堡组不能归到下沟组和中沟组组成的同沉积系列中来(图1、2)。同时,由于本文所用的地震剖面是时间剖面,相同的时间,在不同深度所代表的地层厚度不一样,因此,计算结果会有一定的误差。根据下沟组和中沟组地层速度的差异Ο,笔者设置了一个修正值λ(λ=0.93)。　　中沟组在晚白垩世抬升后遭受了剥蚀,因此,首先必须对断层面附近中沟组地层的剥蚀量进行恢复。在断层面附近找到中沟组残留的最大厚度,作为中沟组的原始厚度,然后从中沟组顶部依照此厚度及其下面褶皱地层的变化趋势向断层面延伸至相交,该直线与断层的交点和现在下盘中沟组顶部与断层的交点之间的时间差值(T0),即为中沟组两次

图4　用于计算反转断层反转率的理论模型(a)

和实际几何模型(b)

　　依照上面的计算公式,笔者对酒泉盆地的部分地震剖面进行了分析计算,获得如下一些断层的反转率(表1)。

　　从表1可以看出,全盆地反转断层反转率的平均值(Ri3)为0.34。除马营I号断层、花海Ⅱ号断层

　　Ο1988王燮培、费琪等《酒西盆地石油地质特征及油气远景评价报告》,。

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第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　

表1　晚白垩世主要断层反转率

凹陷青西凹陷花海—石大凹陷

断层

509断层

地质与勘探

地的地震叠加偏移剖面,在此一并表衷心的感谢。

参　考　文　献

1　GlennieKW,BoegnerPL.Solepitinversiontectonics.

In:PetroleumGeologyoftheContinentalShelfofNorth2

0.29

westEurope(EditedbyIlling,LV&Hobson,GD).In2stituteofPetroleum,London,1981:110—120

2　WilliamsGD,PowellCM,CooperMA.Geometryand

0.38

kinematicsofinversiontectonics.In:CooperMA,Wil2liamsGD(Eds.),InversionTectonics,44.Geological

0.32

Societyof,LondonSpecialPublication,1989:3—153　TavarnelliE.Normalfaultsinthrustsheets:pre2orogenic

extension,post2orogenicextension,orboth?JournalofStructuralGeology,1999;(21):1011—1018

4　Wang2PingCheng,Chu2YungCheng.Present2dayde2

formationoftheQaidambasinwithimplicationsforintra-continentaltectonics.Tectonophysics,1999;(305):165—181

5　胡望水,刘学锋,潘仁芳等.正反转构造与油气聚集.北

反转率修正后的反转各凹陷平均

λ)反转率(Ri2)(Ri)率(Ri1=Ri・

0.420.380.300.250.400.420.400.430.25

0.390.350.280.230.370.390.370.400.23

0.39

石北Ⅱ号断层花海Ⅰ号断层

花海Ⅱ号断层营尔断层黑梁断层下河清断层清东断层马营Ⅰ号断层

营尔凹陷

马营凹陷

　　注:λ=0.93

的反转率(0.23)偏小外,其他断层的反转率相差不大,这说明青西凹陷、花海—石大凹陷、营尔凹陷及

马营凹陷的断层反转程度相近。

四、结　论　　(1)酒泉盆地晚白垩世反转构造的几何样式分为两种:①反转构造的褶皱受控于反转断层;②反转

构造的褶皱受控于反转断层的调节断层。

　　(2)通过对反转断层及其相关褶皱枢纽走向的垂直平面投影及其分析,认为酒泉盆地晚白垩世的反转是受NW-SE向挤压应力作用的结果。

　　(3)通过对反转断层反转率的计算,得出酒泉盆地晚白垩世大部分反转断层的反转率接近,平均为0.34,属于中等—强烈程度的反转。

　　致谢:浙江大学翟双猛、赵建华、丁巍伟、丁献文等博士研究生参加了野外工作,玉门油田公司提供了大量的酒泉盆

京:石油工业出版社,2000

6　ZhenghuaLiu,HaoLin.Jointinversionofinduction/lat2eral/normallogs,casestudiesatShenlifieldsite.ChinaJournalofPetroleumScienceandEngineering,2002,(34):55—64

7　刘景彦,林畅松,姜亮等.东海西湖凹陷第三系反转构造

及其对油气聚集的影响.地球学报,2000;(21):350～355

8　SongTG,InversionstylesintheSongLiaobasin(North2eastChina)andestimationofthedegreeofinversion.Tectonophysics,1997;(283):173—188

(收稿日期　2004210219　编辑　黄君权)

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NATURALGASINDUSTRY/Jan.,2005　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

tures,asbigporesandthroats,big2mediumporesandthroats,andsoon;and,throughcomparingthesedimentaryfacies,sandstonethicknessandgrainsize,andreservoirqualityoftheQuaternarywiththoseoftheknowngasfields,itispredictedthatthedeltasedimentaryareasofthenorth2ernandsouthernfringesofChaidamuBasinarethefavoura2blereservoirdistributionzonesandalsothepotentialzonesofexploringforgasresourcesinthefuture.

turnratio

　　　Add:Hangzhou,Zhejiang(310027),China

EVALUATIONOFOILANDGASGEOCHEMICALEXPLORATIONMETHODSUSEDFORNORTHE’ERDUOSIBASIN

　　SUBJECTHEADINGS:ChaidamuBasin,Quaternary

Period,Reservoir,Feature,Structure,Classification,Eval2uation

　　ZhuXiaomin(Doctorandprofessor),bornin1960,is

engagedintheteachingandresearchonsequencestratigra2phyandreservoirevaluation.　Add:No.8,FuxueRoad,Changping,Beijing(102249),China　Tel:(010)89733320E2mail:xmzhu@bjpeu.edu.cn

　　WangFubin1,LiuMinjun2andLuZijian2(1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity;and2.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,NorthChinaBranch,Sinopec).NATUR.GASIND.v.25,no.3,pp.36—40,3/25/2005.(ISSN1000-0976;InChinese)

　　ABSTRACT:Theoilandgasgeochemicalexploration

hasshownupagoodapplicationprospectandfaireconmicbenefitinUpperPaleozoicgasexplorationanddevelopmentinNorthE’erduosiBasinbecausethegeochemicalexplora2

CHARACTERISTICSOFLATECRETACEOUSOVERTURNEDSTRUCTURESINJIUQUANBA2SIN

tionmethodsareofevidentlyguidingeffectonsurveyinggasreservoirsinthebasin.Owingtothefactthattherearemanymethodsbutnosystematicaltheoriesatpresent,throughthoroughlyanalyzingandinvestigatingtheprinciplesandap2plicationresults,theauthorssummarizethefollowingview2points:①theacidolysishydrocarbonmethodisthemost2favourablemethodinsurveyingUpperPaleozoicgasreser2voirsinthebasincurrentlybuttheinterferenceofcarbonatecontentinsoilshouldbeeliminated;②theinfluenceofin2terferencefactorsmaybeeliminatedtoamaximumthroughreasonablysamplingandpayingmuchattentiontothecorrec2tionofthedataonthehorizonandlithologyofthesamples;

　　WangBuqing,ChenHanlin,YangShufeng,

XiaoAncheng,ChengXiaoganandHeGuangyu(DepartmentofEarthSciences,ZhejiangUniversi2ty).NATUR.GASIND.v.25,no.3,pp.32—35,3/25/2005.(ISSN1000-0976;InChinese)

　　ABSTRACT:TheLateCretaceousoverturnedstructures

widelyoccurinJiuquanBasin,whichisofgreatimportancetooilandgasaccumulation.Throughinvestigationtheover2turnedstructuresbyapplyingdeformationquantitativeanaly2sisandstructuralmodeling,itwasconsideredthattheirgeo2metricalshapesareexpressedastheassemblageofover2turnedfaultsandrelevantfolds;theoverturnedfaultsweredevelopedonthebasisofprior2existingnormalfaults;theshapesoftheoverturnedstructuresarecloselyrelatedtotheprior2existingnormalfaultsandtheregionalstressfirldeinLateCretaceous;andmostoftheaxialhingesurfaceofthefoldeareparalleltotheearlyNEfaults,whichshowsaNW—SEcompressivestress.Inlightofthecalculationre2sults,theoverturnratiosoftheoverturnedfaultsinfourde2pressions,i.e.Qingxi,Huahai2Shida,Ying’erandMayingDepressions,inJiuquanBasinare0.39,0.29,0.38and0.32respectively,sothattheyareveryclosetoeachotherwithanaveragevalueof0.34andbelonginamedium2strongoverturn.(FinancedbytheprojectoftheNationalNaturalScienceFoundation,No.40172073)

③thegeochemicalbackgroundfieldsinthebasinareclosely

relatedtothespecialmorphologiccharacteristicswhichtheterraininthenorthishigherthanthatinthesouthingener2al;④themostfavourablegeochemicalexplorationanom2aliesarethecomplexcircularitiesandtheringsincircuit;and⑤thedistributionofanomaliesisidenticalwiththatoftargetzonebasically,whichshowsanortheast2southwestex2tentonthewhole.ThepracticalresultsindicatedthattheoilandgasgeochmicalexplorationfortheUpperPalezoicgasreservoirsinNorthE’erduosiBasinwasofobviouslyguidingeffectandrelativelyhighsuccessratio.

　　SUBJECTHEADINGS:E’erduosiBasin,North,Gas

reservoir,Geochemicalexploration,Method,Evaluation

　　WangFubin(engineer),bornin1973,graduatedinpe2

troleumgeologyattheformerChengduCollegeofGeologyin1997,andisalwaysengagedintheoilandgasgeologicalex2plorationandgeochemicalexplorationworks.NowheisapostgraduatestudyingforhisMaster’sdegreeingeologicalengineeringintheNorthwestUniversity.　Add:No.197,

　　SUBJECTHEADINGS:Jiuquan,LateCretaceousEp2

och,OverturnedStructure,Geometry,Kinematics,Over2

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