石油勘探构造分析教程

石油勘探构造分析教程第一章石油勘探中的构造样式石油地质学家们很久以来就认识到，地球上众多的含油气盆地以及盆地内不同级次、不同规模的构造、油气聚集带和油气圈闭，虽然形态、结构和聚油特点上千差万别，但是它们都不是孤立存在的，相互间往往有成因联系，空间分布上也是有规律可循的。为了在分章阐述各种油气聚集构造类型的基本特征和形成机制之前，对它们的区域构造控制因素和分布规律有一个总体的概念作者在本章将周中介绍T.P.Harding.和J.D.Lowell的构造样式的概念和构造样式的分类.由于这一分类把近代板块理论研究引入到实际的油气勘探领域,把盆地构造和盆地内油气圈闭的构造研究与板块构造的部位、性质和演化紧密地联系在一起，从而使油气聚集的构造分析，在认识上大大提高一步。因此，介绍这一分类，无论理论上或实践上又都是有价值的。第一节构造样式的概念和分类构造地质研究中，所研究的对象往往不是某一个个别的地质构造，而是一组有着一系列共同特点和规律的构造组合。这是因为任何一个特定的地质构造，如一条断层、一个背斜，只要仔细分析就会发现它们的几何形态、发育历史都有某些差异。但是，从大区域范围来看，这些局部构造往往在剖面形态、平面展布、排列、应力机制上相互间有着密切联系，形成特定的构造组合，即所谓构造样式（Structuralstyles）。变形条件相似的地区，其构造组合也类似。因此，构造样式就是同一期构造变形或同一应力作用下所产生的构造的总和。不同的构造样式伴生有不同的油气圈闭类型。按照这样的思路和比较大的构造学的方法，就可以在石油勘探新区资料较少的情况下，去认识和预测含油气区中可能出现的构造样式及有关的油气圈闭类型。这对指导油气勘探工作具有十分重要的实际意义。过去，地质学家们曾提出过几种不同的构造样式分类方案。但是这些分类没有明确考虑沉积盆地内的深层地下构造以及其伴生的油气圈闭。有些曾经一度流行的方案，如苏联的别洛乌索夫（1959）提出的以垂直涌动为基础的分类方案，只是一种以有限形变机制为依据的形态分类，因而是不够完善的，在石油勘探的应用上受到了限制，近年来，随着板块构造理论研究的深入，成功地把地壳的形变过程和岩石圈板块运动联系起来，形成了一个全球性的统一概念。这样，构造样式的分类就有了更全面、更深刻的依据。本书主要参考了T。P。Harding及J。D。Lowell(1979)提出的分类方案。该分类最大的优点是将板块构造的分析和油气勘探紧密结合，明确提出了各种构造样式在板块构造中主要发育部位以及鉴别准则，并阐述了影响构造样式形态和产状变化因素。因此，它是诸多分类中较好的一种方案。Harding的分类方案首先强调基底是否卷入，即沉积盖层的变形是否受基底构造的控制，把它作为分类的一级标志。据此，将构造分为基底卷入型和盖层滑脱型两大类。在此基础上，又根据形变的力学性质和应力传递方式进一步细分为八种基本构造样式。基底是一个相对的概念，使之不整合在某时期沉积盆地以下的地层。例如中、新生界盆地的基底，应为前中生界地层，包括古生界的沉积岩、岩浆岩以至更古老的变质岩，它的机械强度和岩层结构差异很大，对于石油勘探来说，基底卷入程度是很关键的。因为它不仅表明构造演化的机制，而且，还大致说明了盆地中油气圈闭所影响、所包括的沉积厚度。基底卷入性构造样式包括：扭性断层组合、压性断块和基底逆冲、张性断块和翘曲；盖层滑脱型构造样式有：滑脱逆冲-褶皱组合、滑脱正断层（包括“生长断层”）、盐底辟构造和泥底辟构造等。以上这些基本的构造样式是在板块构造的巨大格架上产生的，在某些情况下，也和特定的沉积史有关，但沉积史归根到底取决于板块运动，所以，大多数构造样式都优先出现在板块构造的特定部位。板块构造部位可分成板内和板块边缘两大类，后者又可分成汇聚边缘、离散边缘及转换边缘三类。基本构造样式的常见板块构造部位见表1-1。以上划分出的构造样式，具有明确的典型特征，可作为典型构造样式看待。但具体地区的实际的构造样式则可能是上述基本构造样式的过渡类型，或几种典型样式的混合型。Harding等认为，一个地区的构造样式经常由于当地岩层的变化（如岩石的可塑性、原始结构等方面的差异，所经历的构造事件，包括强度、延续时间和期次的不同）而有所不同。此外，还可能由于本质上不同的构造变动的叠加而进一步复杂化。所有这些原因，都使构造样式的识别变得相当困难。但是，只要熟悉以上基本类型，结合当地地震、地质资料，通过认真分析、对比，构造样式是可以鉴别的。鉴别构造样式的基本准则是局部构造的平面和剖面形态以及这些构造平面展布特征，特别是沿走向排列的重大差异。由于构造组合及其识别标志并不是一一对应的，尤其是鉴别工作往往要在早期资料不足的条件下进行所以相当困难。但构造样式确定的正确与否，之间关系到油气勘探方向的选择，这种鉴别工作是必不可少的。根据前人总结与实际经验，鉴别构造样式要特别注意以下几点：（1）、别关键性的构特征。如褶皱和断层的雁行式排列、正断层下降盘的逆牵引现象。（2）、构造在走向排列上局部的重大变化。（3）、注意总体的区域构造格局。T．P．Harding和J。D。Lowell列举了十种最常见的构造特征：（1）拖曳褶皱-----沉积岩受断层的拖曳形成的褶皱，显然，压性逆断层、张性逆断层、剪切平移断层的拖曳褶皱是有明显差别的。（2）披覆褶皱----由于下部坚硬岩层（常为基底断块）的存在，迫使上部沉积中形成褶皱，即所谓“强制褶皱”（Forcedfold）。这和我国石油地质界经常谈到的，在古地形隆起之上由于差异压实作用造成的背斜是不同的。（3）雁列构造----包括断裂和褶皱，它们是一系列相互平行的叠覆构造，本身相互平行，但与总体的构造形变走向斜交。（4）网格状构造----在区域范围内，平面上构造线组的相互交切，呈“锯齿状”或“之”字形。（5）不规则构造带----局部构造成群的集中分布，但空间排列、走向延伸没有规律。（6）平行构造带----相似的构造单元平行排列，有的地方构造间隔很近，平面上呈凹、凸相间的波状条带，并弯曲呈扇形地带（Saliant,与应力方向同向的突出部分）和凹港状地带（Reentrant,与应力方向相反的凹入部分）。（7）侧列式（Relay）构造带----不连续的叠覆构造单元，本身相互平行，于总体形变带走向也平行。（8）孤立型构造----呈孤立的、单独的形式存在，一般不和其他相似的构造排列在一起。（9）天窗是构造（Trap-door）----由两组断层相交形成的断块，夹持在两条断层之间断块为最高隆起部位。大体上相当于我们所说的墙角断块。（10）带状构造----不连续的狭长构造带，局部走向可能和一个地区的主要构造走向平行、斜交或垂直。上述构造特征实际上只是几个实例，并不能概括所有典型构造特征。地质力学中所提出的一系列构造形式（“入”字形、“多”字形以及旋转构造等）均属之。不同构造样式造成了不同类型的油气圈闭条件，例如，扭性构造组合主要的油气圈闭类型是雁列背斜，有的地方扭性断层本身亦能形成圈闭。压性与张性断裂型式通常具有多次重复出现的走向带，它们连结成锯齿形和“之”字形或其它网格型式，主要的圈闭类型是断层圈闭和断块边界上方的披覆褶皱。基底翘曲（穹隆、隆起等）大多数孤立的构造形态，通常为宽缓的褶皱圈闭，由于长期的继承性隆起而有利于油气的聚集。大部分滑脱型逆冲褶皱构造都呈弯曲的狭长构造带，并以紧密艰巨的波状条带形式重复出现。此时有效的圈闭位于轻微—中等.破坏的挤压背斜、逆冲断片的前沿等处。大多数滑脱正断层都是铲形断层，这些断层出现在沉积作用的尖灭带，故其走向与沉积作用的走向平行，其主要的油气圈闭类型是沿主断层下降盘分布的伴生的滚动背斜。盐岩构造和泥岩构造是由于浮力作用上升而形成的岩枕、岩丘、岩脊等，或者受构造力的作用而形成形态及其复杂地挤入构造（底辟构造）。最后还应指出，地层因素，如剥蚀、尖灭、超覆、不整合等都可能叠加在所有构造样式之上，使全比类型更加复杂、多样。第二节基底卷入型构造样式1、扭性断层组合扭性断层组合形成的主要构造环境是板块的转换边缘，但是离散边缘和汇聚边缘也是很重要的发育部位。在转换边缘上，岩石圈板块之间的擦边运动正好产生这种构造样式所需的力偶，在这种情况下，走向滑动通常沿整个平行断层组分布，或集中于一条单个的主扭断层上。当转换断层切过洋壳离散边缘时，可使扩张轴错断；当转换断层切过陆壳离散边缘时，就能造成具有不同沉积史的次级盆地，如沿西非和东格陵兰大陆架分布的盆的。主扭断层也可以和汇聚板块边缘近似平行发育，这是由于板块侵入方向偏斜造成的。这些断层都是纵向扭断层，而且均处于造山带或岩浆弧的轴部。主扭断层也可以和汇聚边缘斜交，此时叫做“斜向扭性断层”。这种断层多存在于造山带和前陆地区。其中许多断层的型式和位移方向都符合共轭剪切体系。当前陆地区扭动断层的位移较走滑断层和纵向断层为小，伴生构造分布也不很广泛。扭性断层在陆壳离散边缘和板块内地堑系统中发育的可能性较小，板块内部产生的机会最小。板块内扭动断层通常以单条形式出现，而且位移小，伴生的构造也少。与扭性断层伴生的构造比任何其它构造样式伴生的构造都多，而且这些构造对别的样式来说也是基本的构造要素。扭性构造组合同时可伴有压性和张性特征，据此可分成三亚类：（1）没有明显的压性与张性特征，比较单纯的扭性，称为走向扭动。（2）伴有以挤压为住的特征，叫做汇聚扭动。（3）伴有以拉张为主的特征，叫做离散扭动。以上三亚类取决于侧向运动块体的排列方式及其边界与区域板块的相对运动方向。因为扭性断层组合中构造的多样性，使这一样式很容易与其它构造样式相混，在没有直接的水平错断资料的地区，有下面两个特征可用来初步鉴别扭性断层：（1）平面上的雁行式排列特征；（2）构造局限在连续而狭窄的线形构造带内。扭断裂在剖面上的识别比较困难。今年来，随着花状构造在地震剖面中和地表被识别，对鉴别扭断层有极大的帮助。扭性断层三种亚类能构成多种类型的油气圈闭，其中最有利的显然是与雁列褶皱有关的圈闭，其次，像雁列正断块、逆冲断层下的地层截断部位和花状构造本身都是有效的圈闭。2、压性断块和基底逆冲断层这两类构造样式主要出现在汇聚板块边缘。压性断块分布主要限于前陆区，所以相当局限，而基底逆冲断层则可广泛发育在前陆区、造山带和海沟向陆一侧斜坡上（表1-1）。在前陆区，这二者似乎是渐变过渡的。在汇聚边缘有两种前陆区，弧后前陆区和边缘前陆区。前者位于岩浆火山弧和克拉通之间，常具有连接板块内部或克拉通的逆冲褶皱带（安底斯型或科迪勒拉型）。边缘前陆区是由于大陆碰撞而发展来的，位于岩浆火山弧与原先的海沟之间（碰撞型或喜马拉雅型），褶皱和逆冲断层是向着板块边缘或早期海沟方向的。压性断块是由于岩石圈板块向下俯冲造成的挤压力产生的，压性断块上的反向位移（逆断）是由于断块受到俯冲下去的岩石圈板片的浮力或实际与其接触所致。所以，深部板片的范围应该控制着前陆区构造的展布区域。地壳由于受热而变得脆弱也是形成压性断块的原因之一。.在讨论压性断块时，需要特别注意基底最顶部和沉积盖层的构造形态，因为油气圈闭就发育在其中。压性断块在这些层位上的边界断层面可以从近乎直立变到低角度的逆冲断层，特别是在构造起伏较大的地带尤为突出。近乎直立的断层面可以有逆断层或偶有正断层的片断。断块边界断层也可以有一些次一级的走向滑动分量。从剖面上看（图1-4），在较高的构造层位上，可以分出一个三重垂直分带现象，进一步显示出这一样式的断块形态。在接近基底顶部处是一个倾斜断块，中间部位是一个陡倾的拖曳褶皱，在较浅处未受侵蚀部位则发育一个平缓的披覆褶皱或翘起的单斜构造。在剖面上，断块像是旋转了的断片，其伴生的挠曲是不对称的，对称的挠曲很少见。从内部看，单个构造由简单到复杂，在挠曲断块边界一翼的下倾方向上可以看到平行构造轴的大型正断层，顶部的次级正断层，包括纵向、横向，在某些披覆挠曲上是很常见的。有些横向断层具有走滑分量，错断了翘曲轴，并多以高角度终止在断块边界上。他们也可以看成是切入基地的、捩列断层，使断层边界错开。在挤压变形区，区别断块作用与滑脱逆冲作用和