准噶尔盆地车莫古隆起构造特征及物理模拟

1、准噶尔盆地车莫古隆起构造特征及物理模拟基金项目：本文受中石化西指准噶尔盆地构造演化与重点区带变形机制研究项目资助马宝军 漆家福 于福生 张克鑫中国石油大学石油天然气成藏机理教育部重点实验室，北京102249关健词 物理模拟 准噶尔盆地 车莫古隆起 压扭性断裂1 导言准确地说车莫古隆起是一个过去时的概念，它是指准噶尔盆地腹部地区燕山期形成的低幅度隆起，后经喜山期盆地整体的调整改造，在现今的构造特征上已经没有地形上的显示，因此可以称之为掀斜型古隆起。它最早是由新疆石油管理局李天明等(1993年)在研究准噶尔盆地侏罗系构造单元划分时提出的，当时认为隆起的范围西起红车断裂带、中经莫索湾和莫北地区、东北

2、抵陆南含油气构造南缘，呈弧型展布。近年来，随着石油勘探的深入，人们对其有了进一步的了解，何登发(2005年)认为侏罗系开始的压扭作用在盆地内部形成的车-莫古隆起为北东南西向，它自车排子隆起南端奎屯一带，向NE分两支撒开，一支呈北北东向经中拐东南延伸至艾参1井以南,另一支呈北东向经莫索湾、莫北和陆南等地区延伸至石南三参1井一带；这两支均向西南抬升,收敛于车排子南侧。由此看来虽然车-莫古隆起的存在已经得到大家的公认，但是对于隆起的规模和形成机制的认识还有很大的分歧，需要从多方面对其进行分析和研究，这在学术方面和生产方面都有重要的的意义。构造是勘探的主线，而构造物理模拟实验是帮助地质学家认识构造变形

3、过程、研究构造形成机制的重要方法。到今天其技术已趋于成熟，人们应用此技术已经合理解释了许多地质上的难题，对于油气勘探也起了很大的促进作用。事实证明物理模拟沙箱实验是研究含油气盆地构造形成过程和成因机制的有效方法。我们应用最新的地震和井的资料重新对车-莫古隆起进行了构造解析，并用物理模拟的方法对得到的认识进行证伪，以确定其分布范围及形成机制，为油气勘探提供准确的地质资料。2 古隆起的构造特征分析2.1古隆起的分布范围及构造演化根据贯穿全盆的地震剖面解释和钻井、测井资料研究的综合分析，认为车莫古隆起可表述为两层地质涵义：一是指控制三工河组、西山窑组、头屯河组沉积时的隆起，与沉积响应过程密切相关，其

4、隆升波及的范围实际上是沉积地层中发育的超覆、退覆点分布的范围。三工河组内发育的上超点与西山窑组尖灭点比较接近。而西山窑组内三层煤系地层随远离隆起中心呈退覆接触关系，根据煤层退覆点分布的范围圈定的隆起边界西起中部1区块边界，东北部经莫5井，东南部经永1井，西南缘抵红车断裂带；另一层涵义是指头屯河组沉积后至白垩系沉积前被剥蚀改造后残留的隆起形态，其分布范围相当于头屯河组被削截尖灭的界线（图1）。根据地震资料标定、追踪头屯河组的削蚀界线在平面上的展布确定出古隆起分布范围为：北部达三个泉凸起的北缘，东北部达陆南凸起南缘，西北部边界可达克夏断阶带东缘，西南部被红车断裂带右行走滑作用破坏，抵车排子凸起西部

5、。整个古隆起脊线呈倒“S”形展布。前人关于车-莫古隆起演化阶段的划分也存在不同认识，由于所用资料的不同，阶段划分差异较大。本次研究根据最新处理的区域地震大剖面精细解释成果，结合构造演化史剖面、侏罗系各组沉积相带的展布特征、侏罗系各组内层系进积、退积现象综合分析，将车莫古隆起的演化划分为四个阶段：一、初期隆升阶段(侏罗系三工河组至西山窑组沉积时期)；二、强烈发育阶段(侏罗系头屯河组沉积时期)；三、剥蚀改造阶段(上侏罗统)；四、掀斜定位阶段(白垩纪开始至今)。而根据地层削蚀及沉积退覆来分析其主要的发育时期应是在侏罗纪三工河组沉积开始至白垩纪地层沉积前这一段时间，而后期的改造作用也不可忽视。图1 车

6、莫古隆起的分布范围2.2古隆起的形成机制虽然关于车莫古隆起的研究已引起人们的重视，但关于其成因机制的研究还没有深入。根据地震剖面解释成果，参照前人资料综合分析可知古隆起南缘三排构造带也即盆地南缘的三排背斜带在平面上呈雁列式展布，剖面上自北向南从海西期向燕山期、喜山期演化，几排断层在剖面上产状都陡倾，在主断裂附近，切割西山窑组地层的派生断裂非常发育，而且断层没有切割白垩系地层，说明断裂于燕山期具有明显活动；根据西山窑组地层褶皱轴向与主断裂交接关系和局部发育不完整的花状构造分析，主断裂具有右旋剪切特点，这些现象表明南缘断裂带在西山窑组沉积时期或以后具有右旋走滑特点。古隆起北缘断裂沿陆南滴水泉一带分

7、布，由陆南断裂、滴水泉北断裂、石南3号断裂、夏盐1井南断裂等多条断裂组成，在平面上呈雁行式排列，剖面上发育花状构造，卷入的地层为二叠系至侏罗系，伴生的背斜轴向与断裂相交的锐角方向指示断裂也具有右旋走滑特点。再从古隆起本身分析，其隆起的轴向呈倒“S”形，并不是在边界作用下纯挤压能形成的，而将其与两侧的右旋压扭性走滑断裂带联系起来考虑问题就容易解决了，南、北缘两大断裂带在空间上呈左阶右行式组合，在重叠区形成压性应变场，具备发育隆起的构造背景，所以我们初步推测，应该是盆地的中间地块在南、北缘两大挤压走滑断裂带共同作用下，承受一个压扭性力矩，从而整体上形成一脊线走向为倒“S”形的隆起。观点正确与否，还

8、需要实践上的证明，因此我们设计了一系列的沙箱实验，从相似性的模拟来探讨和总结，以验证观点的正确性，并能直观的反映其构造演化过程。3 模型设计相似模拟实验区域为本次确定的准噶尔盆地腹部的古隆起范围，而以南北两具右旋走滑性质的逆冲断裂带为其边界；实验中中间受力区域保持不变，而变换挤压方向以确定本区应力场的方向及模型受力机制，三组实验的角度分别为0、北偏西30、北偏西60。实验模型装置如图2所示，模型平面比例尺为1：1000000。实验中两刚性边界以木板制成，中间的整体变形模块底部为橡皮泥制成，以体现较深部地层的弹塑性变形，并使边界施力能传递到模型内部，表层铺0.5cm的沙层，代表浅部脆性地层，并用

9、来反映橡皮泥底的变形。实验中两侧马达同时同速驱动向中间推进，从而使木制边界向内部模型施加一压扭性力矩，以造成其斜向变形。位移速率约为1.510-3s-1cm，三个实验的挤压量均为2cm.图2 实验装置图(图中箭头代表边界模块运动方向,a 为南北向挤压,b 为北偏西30,c为北偏西60)4 实验结果实验分为三组，第一组为南北向挤压，两侧马达同时驱动，带动边界木块向中心挤压，可以看到，挤压应力大部分都传到了中心的橡皮泥中，体现在橡皮泥的变形隆升，在中央部位出现了一条弧形的隆起带，只有少部分体现在边界变形，在边界的木、泥接合部位有局部变形，形成逆冲褶皱现象；有的地区则无明显变形。实验中虽然边界与模块

10、间非正向接触，但是结果无明显的走滑特征(图3a)。第二组为北偏西30方向挤压，挤压初期木板与橡皮泥接触部位见有局部的隆升，继而在代表红车断裂的部位出现一条弯曲的逆冲断层，同时中部出现一条弯曲的倒“S”形隆起背斜带，东西两侧低，中间高；挤压继续，在红车断裂带处背斜脊线被错开，出现了压扭特性；在代表陆南滴水泉一线边界处的逆冲断层明显有走滑断距，但是在代表准南地区的边界只有小幅度的逆冲，未有走滑特征(图3b)。图3 第一、二组实验结果(a 为南北向驱动，b 为北偏西30方向驱动)第三组为北偏西60方向挤压，实验初期，首先是代表准南地区和陆南滴水泉一侧的南北边界逆断层出现，且由于挤压方向作用，均具有较

11、大的走滑分量；倒“S”状中央背斜隆起被稍后强烈发育的逆冲红车断裂所切错(图4a)；挤压量继续加大，中央的背斜隆起幅度加大，范围已扩大到木、泥结合部位，在中部和东部两翼基本对称，在红车断裂带处则有点北缓南陡。边界断层逆冲幅度增加不多，但走滑分量加大，在隆起靠近走滑边界地区出现了次级的逆冲断层，而且其产状显示扭压特征(图4b)。 SHAPE * MERGEFORMAT 图4 第三组实验结果(北偏西60，a 为中间过程，b 为最终结果)5 讨论及结论前人研究的大量事实证明，走滑边界对于其内部的断块变形是有影响的，如郯庐断裂、阿尔金断裂等，但其对断块内部的构造活动有促进和限制两种作用。准噶尔盆地腹部地

12、块断裂较少，呈一整体状态，边界断层只能引起小幅度的变形，在这种挤压环境下边界断层的走滑分量对于内部的变形是起促进作用的。由实验结果可以看出，由纯挤压状态转变到扭压状态，走滑分量变大，对于内部模块变形的影响也起了变化，当南北向挤压时，其边界走滑分量很小，所以中央隆起屈从于挤压方向及边界形状，整体呈一弧形；而在北偏西30挤压时，可以看出模型中走滑特征明显出现，由于走滑作用对中间断块的牵引，中央隆起背斜走向已变成了倒“S”形，而其中的红车断裂带也在扭应力作用下出现了滑距；当偏西60时，可见中央隆起的形状较30时变化不大，只是在相同的位移量的情况下，其隆起的程度较大，也是中部较高，而到了两边走向变向时

13、开始降低，走滑分量的作用使得边界处出现了具扭压性质的次级断裂；可以预测，当走滑分量再加大时，隆起的形状不会再有大的变化，相反，由于挤压分量的减小，边界断层对于内部的影响也会变小，从而其影响度呈低-高-低的波状变化，其间应有一个角度是其影响度的转换点，但由于是挤压与走滑的双重作用，所以其不会是在中分点。由实验结果来看，当驱动力为北偏西60时所成构造特征与实际相似程度较高，其主要的构造特征如两边界挤压断层的走滑作用形成的倒“S”形的中央隆起、次级断裂构造性质与产状都与实际相符，在体现红车断裂所处的特殊位置上恰到好处，由于其处于挤压与走滑的转换部位，所以在整体的右旋环境中红车断裂出现了左旋的断距；不

14、相同的地方是实验中东南部的边界逆冲断层在实际中是没有的，它的出现是因为实验材料与边界的结合部位的突变的结果，而实际盆地中这里是没有明显边界的。实验结果能够说明其受力机制是合理的，由大地构造应力场来看，在侏罗纪时燕山运动造成盆地隆升，内部的活动西强东弱，在扎伊尔山的推挤下中部地块受到隆起的博格达山块的阻挡而变形，而其边缘断块所受阻力小，从而促成南北断层的走滑分量，形成扭压构造。实验证明对于本区构造的分析是正确的，在盆地的北部陆南滴水泉一线应有一条隐伏的具走滑性质的断裂，这样才能合理的解释这一地区内陆南断裂、滴水泉北断裂、石南3号断裂、夏盐1井南断裂等多条断裂组成，在平面上呈雁行式排列，剖面上发育

15、花状构造的生成机制；并且也只有在和盆地南缘的边界走滑断层的共同作用下，构成左阶右行式断裂组合，从而影响中部地块，形成近对称的倒“S”形隆起(图5)。在应变椭圆中分析，由于走滑分量不是很大，所以在边界主断裂带附近只出现了由于同向剪切破裂(南部)和里德尔剪切破裂(北部)形成的同向走滑断层及褶皱，而没有更次一级的构造产生。 而把应变椭圆放到中央断块中时考虑则可以看作是在外力作用下的非共轴递近剪切变形，只是其中部所受以挤压为主，而两端则走滑分量加大，而非均匀变形。图5 车-莫古隆起成因模式图通过实验结果及地质分析，可以得出以下认识：(1)走滑边界对于其内部的断块变形具有调整改造作用，其作用程度大小与其

16、和内部断块间的夹角有关，但并非成正比；(2)在准噶尔盆地北部沿陆南滴水泉一线存在一条隐伏的走滑断裂带，其与准南缘断裂带构成左阶右行式断裂组合；车莫古隆起应该是受盆地南北两侧的两条右旋压扭性走滑断裂带的夹持下斜向挤压而形成的；(3)古隆起发育时间主要在侏罗系三工河组开始至白垩系沉积前，其分布范围东达陆南凸起南缘，西部被红车断裂带右行走滑作用破坏，至车排子凸起西部，整体上为一倒“S”形。参考文献（1） 周建勋，漆家福，童亨茂盆地构造研究中的砂箱模拟实验方法北京：地震出版社，1999（2） 何登发，翟光明，况军等准噶尔盆地古隆起的分布与基本特征地质科学，2005， 40(2):248261（3） 何登发，陈新发，张义杰等准噶尔盆地油气富集规律石油学报，文章2004，25(3)：110（4） 陈书平，张一伟，汤良杰准噶尔晚石炭世二叠纪前陆盆地的演化石油大学学报(自然科学版)，2001，25(5):1115,（5） 陈新，卢华复，舒良树等准噶尔盆地构造演化分析新进展高校地质学报，2002，8(3):712.（6） 陈中红，查明，吴孔友等陆梁隆起白垩系底部不整合面特征与油气运聚新疆石油地质，2002，23(4):283285.（7） 周建勋，魏春光，朱战军基底收缩对挤压构