走滑拉分构造及意义

1、走滑拉分构造及其地质意义摘要走滑拉分作用普遍存在于盆地构造体系中，控制着盆地的形成和成藏作用。本文主要阐述了右旋走滑系统模式、走滑构造的形成机制以及走滑作用的证据。剖面上的花状构造、平面上的雁列式断层、走滑带两侧地质界线的水平错开以及走滑构造带内部构造和夹块均可作为走滑作用存在的证据。以渤海湾盆地济阳坳陷东部为例，主要介绍了郯庐断裂带东西两支断裂以及垦东凸起的走滑构造特征，这些走滑断层基本呈NEENENNE方向延伸和展布，在平面上都有平直性、彼此平行分布、分段延伸的特点，剖面上主要表现为花状构造和平行断裂。走滑拉分作用对油气成藏起到了非常重要的作用，它影响烃源岩的热演化与分布，改善断裂带附近地

2、层的储集物性，影响盖层的形成和油气的疏导体系。关键词：走滑拉分作用，走滑构造，济阳坳陷，油气成藏第1章 引言1.1 研究目的和意义走滑拉分作用可形成复杂的构造系统，是构造地质学研究的前沿问题之一，它可以形成重要的油气圈闭，在油气勘探中具有重要意义。自扭动断层概念提出以来，扭动构造的研究得到了很大的进展，油气勘探中也发现了越来越多与走滑拉分作用有关的圈闭，其在油气勘探中的意义得到了广泛关注1陈书平,吕丁友,王应斌,杨先范.渤海湾盆地新近纪-第四纪走滑作用及油气勘探意义J.石油学报,2010,06:894-899.。中国大陆广泛广泛存在走滑拉分作用，东部的郯庐断裂带与渤海湾含油气盆地的形成和走滑作

3、用有一定的关系。渤海盆地是我国重要的海上含油气盆地，以新生代为主要成盆期，形成于太平洋板块、印度板块和西伯利亚板块非正向汇聚及中国东部岩石圈伸展东移的右旋扭张背景2池英柳,赵文智.渤海湾盆地新生代走滑构造与油气聚集J.石油学报,2000,02:14-20+5-4.。走滑活动在渤海湾盆地形成演化和油气成藏等各方面都有重要的作用，走滑构造作用影响着盆地的形成演化，盆地构造体系的形成与走滑扭动作用有关，对油气赋存具有重要意义的局部构造受走滑作用控制，郯庐断裂及与之相关的走滑作用与渤海盆地构造形成和油气聚集具有紧密的联系。济阳坳陷是渤海湾盆地内的一个重要的次级坳陷，著名的郯庐断裂带从其东部穿过，使得走

4、滑构造在济阳坳陷东部非常普遍。同时，济阳坳陷东部是重要的油气富聚区，目前在沾化凹陷中东部的孤岛、孤东和桩海地区、埕北低凸起、埕南凸起、垦东凸起、黄河口凹陷、潍北凹陷等部位发现了一批大中型油气藏，这些油气藏的形成与走滑拉分作用有着密切的关系。2.2 国内外研究现状对走滑断层的研究，在早期，如17世纪末，走滑断层作用在地震时呈现为地表明显水平错开而为地质学家们所直接感知。在本世纪的3040年代，在西方形成走滑断层的若干基本概念，如Sonder（1938）的全球剪切断裂网格，Kennedy（1946）从苏格兰大谷断层提出平移断层的基本定义，Sonder和VeningMeinez（1947）将区域走滑

5、断层作用作为地壳的主要运动之一。在50年代，如Hill、Wellman、Allen、Burtman等分别在北美、中亚阿富汗、西太平洋等地区发现及研究了许多巨大的平移断层。这个期间，中国东部的郯庐断裂带也开始为人们所认识3徐嘉炜.论走滑断层作用的几个主要问题J.地学前缘,1995,02:125-136.。到了20世纪80至90年代，走滑构造的研究从形态、结构、分类、成因及其作用方面全面展开，研究无论在深度上和广度上都有了较大进步。Taira等（1983）等提出了走滑活动带的概念。Woodcock（1986）讨论了全球走滑断层的成因分类。同时，模拟实验研究和显微构造分析被广泛开展，集中了走滑断层的

6、内部结构、相关构造样式及组合，以及走滑构造在造山带演化、盆地形成和地震活动中的作用等。中国的走滑作用的研究最早始于李四光，20世纪30年代以来李四光一直进行这一系列有关旋扭构造的研究。20世纪60年代以后，随着我国一些著名的平移断层的查明，有关走滑作用的研究开始全面展开。上世纪80年代开始，走滑拉分作用的研究在东部和西部取得了一系列重要的认识和成果。如著名的郯庐断裂带、阿尔金大型走滑断层、红河哀牢山断层。第2章 走滑拉分作用2.1 走滑拉分作用的基本概念板块或断块在剪切作用下发生沿板块或断块边界走向的滑移时，在垂直于板块或断块边界的剖面上所表现出来的变形并不造成地壳的伸长或缩短，这种变形称为走

7、向滑移变形。由扭应力或剪应力引起地壳或岩石圈沿着某些构造边界或特定的构造带发生走滑变形的构造作用，可以称为走滑作用。走滑作用有三种方式，即平行扭动、聚敛扭动（压扭）和离散扭动（张扭）（如图2-1）。走滑作用产生的各种构造变形组合称为走滑构造，走滑断层是走滑构造中最重要的构造要素。走滑断层是指两盘断块体以相对走滑位移为主要运动特征的断层。两盘的相对位移方向向右的走滑断层称为右旋走滑断层，移矢量向左的断层称为左旋走滑断层4夏义平,刘万辉,徐礼贵,郑良合.走滑断层的识别标志及其石油地质意义J.中国石油勘探,2007,01:17-23+48+92.5Woodcock N H,Fischer M.Str

8、ike-slip duplexes.J.Struct.Geol.,1986,8(7):7257356童亨茂,宓荣三,于天才,刘宝鸿,孟令箭,杨景勇.渤海湾盆地辽河西部凹陷的走滑构造作用J. 地质学报,2008,08:1017-1026.。图2-1 三种基本的走滑方式（以右行为例）A 平行扭动；B 聚敛扭动；C 离散扭动；D 多种扭动的混合形式（P段平行，C段聚敛，D段离散）2.2 走滑系统模式以右旋走滑为例剑桥大学Woodcock N H提出过两种右旋走滑系统模式(图2-2A)5，指出走滑系统在平面上可有两类构造组合：一类如图2-2A之b，前锋和尾端发育伸展叠瓦扇，中部叠置段发育拉分伸展双重构

9、造，称之为“双伸型”。另一类为图2-2A之c，前锋和尾端发育收缩叠瓦扇，中部叠置段发育推隆收缩双重构造，称之为“双缩型”。图2-2 右旋走滑系统模式图A：Woodcock N H的理论模式；B：南沙海域西部的实际模式通过综合分析南沙西南海域的走滑构造特征发现，万纳走滑系统不同于上述两类走滑系统(图2-2B)，其前锋即发育在曾母盆地西南部的走滑-挤压构造系统及其在沙捞越陆上的延伸部分，为一走滑-收缩叠瓦扇，尾端即为西南次海盆西南端的走滑-伸展构造系统，为一走滑-伸展叠瓦扇,万安盆地则为其中部叠置段的走滑-拉分双重构造。它们组成一个在时间上同步、空间上相连的统一运动的伸缩型右旋走滑系统。这一走滑系

10、统的重要构造意义在于：它的走滑作用与南沙超壳层块之下的软流圈顶面的层滑作用一起，使形成于南沙超壳层块北面的伸展应力转换成南沙超壳层块南面的挤压应力。南沙超壳层块因此而得以向南漂移，从而使其北面的现代南海的洋盆不断扩大，南部的古南海洋壳则不断往南俯冲消减，与巽他克拉通东北缘挤压碰撞。这一系统运动恰好顺应了新生代东亚陆缘沿红河越东等大型走滑系统向东或东南构造逃逸的整体运动,是后者的直接证据。2.3 走滑构造的形成机制纯剪和单剪是走滑断层成因解释的两种机制（图2-3）。图2-3 A纯剪模型，B单剪模型其中：P为 P破裂；R 和R为同向和反向剪切破裂；PDZ 为主要位移带；为内摩擦角纯剪机制可以解释同

11、质介质中与三轴应力场有关的断层的定向问题。在纯剪机制中（图2-3A），沿着与缩短方向呈角和-角(是内摩擦角)的方向上形成一组共轭的、左旋和右旋互补的走滑断层，张断裂或正断层与延长轴成直角，褶皱和逆断层则垂直于缩短轴。大部分纯剪切不旋转，具正交对称（斜方对称）型式。由于大型地壳块体聚敛时产生的空间问题，纯剪切域中的走滑断层不会出现大规模的水平错断。图2-4 脆性层次走滑作用的单剪模式已有资料表明，世界上的大型走滑断层都位于单剪域中，其地球动力学背景是岩石圈板块间的相对水平运动，以及它们之间的斜向会聚或离散。单剪是一种旋转应变，属单斜对称。里德尔（Riedel）模式是目前广泛被接受和应用的单剪模式

12、，其内容不断被丰富和发展。根据室内实验和野外观察，脆性剪切带中的次级破裂面和剪切带在方位和旋转方向的关系符合里德尔模式（图2-4）。这些次级破裂面包括R面（里德尔剪切或称同向或羽状的走滑断层）、R面（共轭的里德尔剪切或称反向的走滑断层）、T面（与主位移带呈45°的张性断裂或正断层）、P面（次生的同向走滑断层，角度与实际剪切方向呈负半个内摩擦角）和X面（反旋向剪面）。2.4 走滑作用的证据（1）花状构造在横切走滑构造带的剖面上，常可以见到主干走滑断层向上近对称的分支，构成下窄上宽的貌似“花朵”的破裂带，称为花状构造。由于走滑构造常是一种基底卷入的构造变形，陡倾的、切入基底的走滑断层可以

13、使基底面平移，而使不同类型的基底拼接在一起。花状构造可以分为正花状构造和负花状构造两种。正花状构造是在压扭作用下产生的，其大多数断层具逆断距，个别为正断距，组成地形总体表现为背形特征，断层间为地垒断片（图2-5A）。负花状构造是在张压作用下产生的，其大多数断层具正断距，个别具逆断距，组成地形总体表现为向形特征，断层间为地堑断片（图2-5B）。图2-5 正花状构造（A）与负花状构造（B）示意图PDZ主位移带；N正断距；R负断距（2）雁列断层构造带在大规模三维地震资料出现以前，只有在露头上才能观测到雁列构造带(如雁列方解石脉)。通过对整个辽河西部凹陷三维地震资料系统的构造解析，识别和确定出凹陷内存

14、在壮观的、盆地尺度的雁列正断层构造带(图2-6)。该雁列构造带分布在凹陷中南部的中央地区，在E3s1-2、E3d、N1g、N2m底界构造图都有发育，主要由近东西走向的节节南掉的阶梯状正断层组成6。雁列断层的平均走向和凹陷轴向的夹角约为42°。对于伸展作用和挤压作用形成的凹陷，凹陷内断层的平均走向和凹陷的轴向大体一致，而走滑作用形成的凹陷，凹陷内正断层的平均走向与凹陷轴向一般存在40-50°的夹角。因此，辽河西部凹陷E3s1-2及以上地层内正断层与凹陷轴向存在42°左右的夹角是走滑作用的表现形式之一，也可以作为走滑构造的证据。图2-6 辽河西部凹陷东营组底界断裂系统

15、分布图（3）走滑带两侧地质界线的水平错开走滑断层两侧的各种地质界线和地质体被错开是重要的依据。这些特征包括：地质界线（图2-7）、不整合、尖灭线、等厚线、相带、超覆线、特征层位、礁带、古河道、侵入体、岩脉（群）、火山岩体、变质带、构造带、构造单元、断层线、褶皱轴、地震特征、矿带（体）和地貌标志等。图2-7 走滑带两侧地质界线和地质体被水平错开（4）海豚效应和丝带效应在走滑断层面倾斜方向相同的情况下，在一个横切剖面上显示为正断层、而在另一剖面上显示为逆断层，即相邻剖面的相对升降盘、滑距类型和方向不同，这种现象称为海豚效应。丝带效应指走滑断层总的看来是近于直立的，但沿其走向其倾向有变化，造成有正断

16、层和逆断层的表现。（图2-8）图2-8 走滑断层的“海豚效应”和“丝带效应”（4）走滑构造带内部构造和夹块地震测线上所见的空白区的存在，可能是由于剧烈变化的断裂带内复杂构造或糜积岩带存在所致。夹于走滑带中的各种凸镜状或杏仁状夹块，在剖面上呈垂直分布，在平面上呈带状延伸。其中也包括从深层而来的块体。（5）走滑断层的基底和断层活动深部的基底发生走滑活动时，较高的不能干岩层常形成褶皱群并伴生断裂。受基底走滑活动控制的强制褶皱可有两种：披覆褶皱和牵引褶皱，这取决于基底断块或板条活动的方式。披覆褶皱与抬斜有关，而牵引褶皱与扭动和旋转作用有关。第3章 济阳坳陷东部主要走滑拉分作用济阳坳陷位于渤海湾盆地东南

17、部，其东部主要指济阳坳陷与渤中坳陷结合部（桩海地区）和青东凹陷，渤中坳陷黄河口凹陷（桩东凹陷）与郯庐断裂带相邻（图3-1）。其中的渤中坳陷和青东凹陷为极浅海浅海海域。图3-1济阳坳陷东部构造位置及主要断层济阳坳陷东部发育了一系列走滑断层及其伴生的走滑构造。走滑断层的一侧往往伴生雁列式褶皱和断层，坳陷东部的桩海地区和八面河地区表现较为明显。如，桩海地区发育一系列北北东向断层，埕北30南、北断层、长堤断层、孤东断层、垦东断层等，平面上呈雁列式；南部八面河断层则与垦东断层呈分支式；孤西断层、长堤断层、垦东断层与桩南断层、孤北断层、垦利断层在平面上交织成网状，这些都表现为明显的走滑断层特征（图3-2）

18、。3.1 郯庐断裂带东西两支断裂（F1和F4断裂）选取切过郯庐断裂带的东西两支断裂的99.8测线解释剖面来研究F1和F4断裂的走滑构造特征。地震剖面如图3-3所示。在剖面上，我们能够比较清楚的识别出郯庐断裂的东支断裂，该断裂整体呈陡峭的“S”型，断裂上部略向西倾，中段近乎直立，下部整体向西倾，倾角约60º-85º。东支断裂发育有明显的花状构造，而且，这里的花状构造在浅部地层表现为负花状构造，而在较深部的地层中则表现为正花状构造，表现为一种叠加的花状构造（图3-3C），根据Harding等（1985）对正、负花状构造形成的力学成因的探讨，深部正花状构造向浅部负花状构造的转换，

19、也反应了在渐新世末期，中国东部应力场由走滑伸展向走滑挤压的转变。图3-2 济阳坳陷东部主要断层平面特征对于郯庐断裂带中段的西支断裂，在剖面上则表现不明显，向西倾斜，倾角约为45º-60º，表现出明显的正断层性质，切割声学基底，在剖面上，正断层清晰可见，并无分支断裂，也无走滑造成的破碎带。3.2 垦东凸起走滑构造特征垦东凸起是一个在前古近系潜山背景下发育起来的古近系超覆、新近系披覆的高潜山披覆构造带，主要发育NWW向、SNNNE向、NEE向3组断裂体系，控制了垦东凸起各层系的构造格局。受郯庐断裂走滑活动的影响，垦东凸起走滑活动强烈，走滑构造成为该区最主要的构造样式。垦东断层和

20、位于潜山主体带与东部斜坡带之间的浅层走滑构造带是研究区最重要的走滑断裂带（图3-4）。图3-3 A 99.8测线原始地震剖面；B 99.8测线解释剖面；C 东支断裂的花状构造一、垦东断层垦东断层是垦东凸起与孤南-富林洼陷的分界断层。垦东断层直线延伸，整体走向为NNE向，以垦东古1井垦东67井连线为界可分为南北2段，南段断层走向NNE，北段转而变成NEE。在剖面上，垦东断层表现为一条陡峭的深大断裂，断层面倾角介于65°75°之间(图3-5a、图3-5b)。另一方面垦东断层的切割深度大，切割了从太古代到新生代各个不同时期形成的地层，在剖面上可以一直延伸到3.5 s以下，转换成深

21、度超过5.2 km7兖鹏,王六柱,余朝华,刘树亮,吴时国.济阳坳陷垦东走滑断裂构造特征及其对油气成藏的影响J. 天然气地球科学,2009,01:100-107.8余朝华. 渤海湾盆地济阳坳陷东部走滑构造特征及其对油气成藏的影响研究D.中国科学院研究生院（海洋研究所）,2008.9朱光,刘国生,牛漫兰,宋传中,王道轩.郯庐断裂带的平移运动与成因J. 地质通报,2003,03:200-207.10朱光,王道轩,刘国生,宋传中,徐嘉炜,牛漫兰.郯庐断裂带的伸展活动及其动力学背景J. 地质科学,2001,03:269-278.11刘玉瑞,刘启东,杨小兰.苏北盆地走滑断层特征与油气聚集关系J.石油与天然

22、气地质,2004,03:279-283+293.12孙洪斌,张凤莲.辽河盆地走滑构造特征与油气J.大地构造与成矿学,2002,01:16-21.13彭文绪,张如才,孙和风,史浩,吴奎,贺电波,姚以泰.古新世以来郯庐断裂的位移量及其对莱州湾凹陷的控制J. 大地构造与成矿学,2010,04:585-592.。从图3-5a中可以看出，在垦东断层南段的新生代地层中发育明显的负花状构造，而且垦东凸起邻近郯庐走滑断裂带，负花状构造的发育说明了垦东断层南段的走滑断层性质。垦东断层北段在剖面上表现为正断层。因此推测：垦东断层的南段和北段在形成的最初可能是2条独立的断层，南段位于主干走滑位移带内，北段最初是南段

23、走滑断层形成的规模较大的伴生正断层，随着走滑运动的持续发展，2段断层不断扩大加深并最终连通成为一体，形成垦东断层今天的形态。图3-4 垦东凸起T1构造图3-5 过垦东断层典型地震剖面(a) 切过垦东断层南段的地震剖面；(b)切过垦东断层北段的地震剖面；(c)切过垦东断层南段NE向延长线的地震剖面二、垦东浅层走滑断裂带在垦东凸起，除了垦东断层具有走滑断层性质外，在垦东潜山主体带与东部反向构造带的交接区域还发育一条隐伏的浅层走滑断裂带。由于该处的古近系都已被剥蚀殆尽，断裂带的活动主要发生在新近系中。图3-6 垦东凸起主走滑带及其伴生构造这条隐伏的走滑断裂带并不是贯通的（图3-6），而是由若干条NE

24、走向，相互之间大致平行的断裂组成，这些断裂一般延伸不远，断裂之间被一组NEE走向的断裂所切割，形成一条狭长的“羽状”构造带。第4章 走滑拉分作用的意义4.1 走滑作用影响盆地的形成中国东部主要的走滑断裂带郯庐断裂及其走滑拉分作用的研究涉及到中国东部很多凹陷的成因机制，目前概括起来主要是两种观点：走滑拉分成盆和走滑拉分不成盆13。郯庐断裂两侧的盆地，已经有研究认为是走滑拉分成因的有：宁芜和庐纵盆地、合肥盆地、莱阳盆地南缘石场中楼盆地、沂河断裂带内的马站盆地、管帅盆地、苏南地区的句容盆地和胶莱盆地。渤海湾盆地莱州湾凹陷也被认为是新生代右旋走滑拉分盆地，其新生代右旋走滑分量约为40km。位于莱州湾凹

25、陷南边的潍北凹陷也被认为是走滑拉分盆地。但是，主张拉分不成盆的学者也大有人在，例如有研究者从辽东湾地区入手，认为自始新世中期郯庐断裂积累了3040km 的右行走滑，郯庐断裂在整个渤海湾盆地的裂谷活动中是活动的，但其幅度不足以导致盆地的形成，因而不是盆地形成的主要原因。也有研究者认为渤海湾盆地是华北地裂运动形成的，与地幔柱有关，与郯庐断裂扭动关系不大。在东亚巨型裂谷背景条件下，郯庐断裂中段发生强烈的拉张作用。走滑拉分盆地也称拉分盆地，其形成条件包括：（1）释压弯曲断层旁拉分作用；（2）分支断层间拉分作用；（3）雁列断层间拉分作用；（4）走滑断层终（尾）端拉分作用；（5）在挤压背景下，顺走滑断层发

26、生块体逃逸产生的拉分作用；（6）网( 辫) 状断层系内拉分作用；（7）扭动带或剪切走廊带内块体旋转产生的拉分作用。拉分盆地的形状多为菱形、楔形、扁豆形、三角形、矩形等。拉分盆地的长宽比取决于相邻走滑断层带的宽度及叠覆段的长度。从拉分盆地的形成机制上可以看出，走滑断层是盆地的控边断层。4.2 走滑拉分作用影响油气成藏从世界范围来看，走滑构造带往往是形成大型油气田的有利区带，如在美国著名的圣安德列斯走滑断层和我国东部的巨型走滑断裂郯庐断裂带的两侧都发育了一系列的含油气盆地，这些都说明走滑构造对含油气盆地的形成以及油气的最终成藏关系密切8。在济阳坳陷东部，走滑构造带与油气富集带在构造位置上也体现出了

27、很高的一致性：在埕东断层的两侧发现了埕东油田、老河口油田、飞雁滩油田、桩西油田和五号桩油田，在长堤断层附近发现了长堤油田，在孤东断层附近发现了孤东油田，垦东断层和垦东浅层走滑带两侧发现了红柳油田和新滩油田。4.2.1 走滑活动影响烃源岩的热演化和分布走滑断裂的活动，特别是切割深度比较大的走滑断裂的构造活动对地温梯度和烃源岩热演化过程有重大影响。由于这类断裂上面连通盖层下面切穿基底，是壳内物质向上运移的通道，地壳深部的能量和物质容易沿着走滑断裂向上涌出，使得走滑断裂带往往是岩浆岩分布的主要区带，大规模的火山活动对烃源岩热演化有重要意义，它不仅提供了大量的热源，有利于有机质向油气转化，提高了烃源岩

28、的热演化程度，而且利于古生物的生长发育，对优质烃源岩形成及成熟起重要控制作用。4.2.2 走滑活动改善断裂带附近地层的储集物性在断裂活动期，由于应力的释放，产生大量的微裂缝，特别对于走滑断裂，由于错动两盘接触面积大，引发走滑运动的构造应力强烈，使得走滑断裂附近的地层受到搓挤、揉碎，地层的物性发生了很大的变化。对于济阳坳陷东部来说，由于走滑活动是多期次的，而且中生代的左行走滑和新生代右行走滑运动的方向也不同，使得主干走滑断裂带附近的地层经历多次的、来回往复的剪切、揉碎之后，地层遭受破碎，物性变化非常明显。4.2.3 走滑活动影响盖层的形成在济阳坳陷内，各构造单元由于所处的构造位置不同，经历的沉积

29、演化过程也不一样，各次级凹陷内的盖层所处的层位各有不同，如东营凹陷内主要发育沙一段和馆陶-明化镇组的泥岩盖层，垦东凸起主要发育的盖层是管上段的I、II、V砂组泥岩和明化镇组泥岩。总体上来说，在济阳凹陷东部地区，馆陶-明化镇组泥岩层是一个区域性的盖层，是将油气封盖在下部的最后一道“关口”，先期很多受构造作用影响而从深部圈闭中溢散出来的油气在向上运移的过程中再次被馆陶明化镇组的泥岩封堵，形成次生油气藏。馆陶明化镇组泥岩盖层的良好封堵性得意于它们沉积形成的时期刚好是济阳坳陷断、坳陷和郯庐断裂带的走滑活动逐渐减弱的时期，这使得这层盖层没有遭受构造活动的大规模改造而保持了很好的封盖性能。总体上来说，郯庐断裂带每一期次的活动减弱或休眠期与区域性的沉降作用相匹配，为区域性盖层的发育提供良好的构造背景，从而影响和控制着区内盖层的发育。4.2.4 走滑活动影响油气的疏导体系在油气输导体系中，断层是最为活跃的因素。走滑断裂的每一次活动，均形成大量的断层，主干断裂连通其它次级的或者伴生的断裂形成了良好的油气运移输导的通道。如果这种通道的形成在烃源岩大规模生烃高峰之后时，断裂的活动和开启就有利于连通深部的烃源岩和位