[科普中国]-同生构造盆地

简介

由于同生构造和生油凹陷的发育以及储集相带的分布与油气聚集和圈闭的形成有密切的关系，因而受到人们普遍的重视。当前世界上大油田中相当一部分和同生构造有直接的关系。一些巨大的油气聚集带往往本身就是一个二级的同期隆起带或生长断裂带。这些同期隆起和生长断裂在其生长过程中，不仅直接控制着生油凹陷的形成和转移、储集相带的分布，而且在褶皱隆起和同沉积断裂的相关部位形成一系列有利的油气圈闭，构成一个不同层系叠合连片，多种油藏类型组合的复式油气聚集带。因此，研究同生构造以及它的演化历史、对油气勘探有着很现实的意义。1

组合形式随着生长断层的持续活动以及沉积物的不断充填，断层下降盘逐渐形成了同沉积背斜（逆牵引褶皱）和同沉积鼻状构造（牵引褶皱）等褶曲型同生构造。另外，生长断层，尤其是铲式伸展正断层的下降盘还容易产生大量次级断层，这些次级断层有的与生长断层倾向相同，有的与生长断层倾向相反，它们将早期形成的褶曲地层横向切割，形成了同向“多”形、同向“Y”形、反向“Y”形及复合“Y”形的同生构造组合形式所以，同生构造主要表现为地层弯曲和错断2种发育模式的联合。

同生构造包括同沉积断裂和同沉积褶皱两种主要的类型。同沉积断裂又可以进一步分为同生盆地边界断裂和同生盆内断裂，前者常常是更高级别的断裂。

从形态上，同沉积褶皱又可划分为同沉积向斜和同沉积背斜。同沉积褶皱可以在盆地基底古隆起的背景上发育，以继承性背斜为主，多见于凹陷缓坡构造带和洼间等低隆起的顶部。在伸展背景下，同沉积褶皱常常受同生断裂控制而形成断裂伴生褶皱。断裂伴生褶皱类型有褶皱枢纽平行于断裂走向的纵向褶皱(longitudinalfolds)和与断层大角度相交或垂直于断层的横 向褶皱(transversefolds)。

同生构造与沉积作用密切关系，广泛分布于中、新生代沉积盆地中。我国东部的断陷盆地中的沉积断裂分布很广，数量很多，所有的一级断层和大部分的二、三级断层都具有同沉积性。盆内同沉积断裂的生长性可用生长系数来描述，如沾化凹陷和东营凹陷盆内的(二、三级)同沉积断层生长指数一般为 1.2～2.0，著名的尼日利亚三角洲油田为 1～2.5。1

发育机理同生构造发生在区域性拉张背景下。由于伸展断层的水平伸展和构造沉降，在上盘地层与断层的接触面上形成了不同特征的接触带，断面曲率小的部位形成闭合接触带，断面曲率大的部位形成空隙接触带。空隙接触带易使生长断层下降盘产生逆牵引挠曲，闭合接触带上则易产生正牵引构造；如果下降盘岩层脆性较大，则会在空隙带和闭合带上分别形成反向次级断层与同向次级断层。

随着生长断层的不断发育，沉积作用使下降盘沉积更多的沉积物。当沉积物充填到逆牵引挠曲造成的空间后，沉积物的重量G分别在挠曲面和断面上产生了p1和p2两个压力。其中，p1又可分解为水平方向上的力p1x和垂直方向上的力p1y(见图)。p1y起压实作用，而p1x则为一侧向压力，这一侧向压力与远离断面一端的限制作用形成一对局部挤压力，使逆牵引挠曲逐渐演化为同沉积背斜。1

影响因素岩石性质不同的岩性条件发育不同类型的同生构造。岩层塑性越大，越易形成逆牵引等褶曲构造;岩石脆性越大，越易形成同向或反向次级断层。泥岩塑性最大而脆性最低，砂砾岩脆性最大而塑性最低，砂泥岩则介于两者之间。据前人研究：砂、泥岩互层，且砂泥比为3.5∶6.5时，较易发育次级断层与褶曲的同生构造组合。根据陈书平对沾车地区滚动背斜的研究，在盆地边缘或控制性断层附近很少发现滚动背斜，是因为那里沉积物的粒度往往较粗，岩石脆性较大，而在坳陷或凹陷的斜坡地带，最容易形成滚动背斜，是因为斜坡带上沉积物粒度相对较细，主要为砂泥岩互层沉积。1

生长断层边断裂、边沉积的生长断层是同生构造发育的基础条件，同生构造的发育模式受控于生长断层各方面的性质特征。生长断层在发育过程中，沉积作用所导致的重力滑动和差异压实作用在一定程度上促进了断层的活动，使得生长断层的生长指数较高，如济阳坳陷生长断层的生长指数为1.2~2.0，相比于一般断层比较高。

1、断面形态

伸展型正断层的断面形态分为铲形、坡坪形和平面形3种类型。

当断面形态为铲形和坡坪形时，易引起层面反倾，形成同沉积背斜或反向次级断层，如沾车地区603地震测线剖面上，显示大1断层具有铲式下凹断面特征，其上盘T2反射界面发育滚动背斜构造(见图);而当断面形态为平面形时，则易形成牵引构造或同向次级断层。

2、断面倾角

断层面倾角越大，上盘岩层的旋转幅度越大。当断层面倾角为45°时，最有利于产生同沉积背斜，此时剪切应力达到最大值，岩石处于剪切应力与岩石破裂极限相平衡的状态，其水平分力和垂直分力接近相等，可使岩层向断层面回倾达到最大值[7]，断面倾角继续增大，至剪切应力大于岩石破裂极限，上盘岩层中沿应力集中的区域发生破裂，从而形成次级断层。

3、断层活动性

伸展断层的水平伸展运动一般都伴随盆地区域性的构造沉降。渤海湾盆地早第三纪的沉降就主要与伸展作用有关，地壳伸展引起盆地断块间差异升降运动导致沉积凹陷发生构造沉降，沉降量、沉降速率与伸展量和伸展速率大致呈线性相关。因此，同沉积断层的活动性表现为水平伸展与构造沉降，且两者的发生和发展同步。断层活动较弱时，上盘地层同生构造不发育，断层活动较强时，易发育同生构造，如沾车地区，伸展率较大、总滑距较大的生长断层下降盘发育滚动背斜构造。据钟延秋等人研究，济阳凹陷同沉积褶曲构造的褶曲幅度与主断裂的活动强度成正比。1

沉积作用同生构造的发育模式是断层活动与沉积作用共同控制的。生长断层的强烈活动，使下降盘的沉积速率远大于上升盘，因而在断面上沉积物大量堆积，沉积物受到的重力可分解为垂直断层面与平行断层面2个方向的分力Gp和Gt。如果Gt>Gp，并且断面倾斜超过了沉积物在其上保持稳定的最大角(稳定角)，沉积物就向下运动，形成重力滑塌，在最大可能处产生破裂。随着下降盘下陷，砂体大幅度沉积，上覆荷载愈来愈大，破裂会持续发育并成为同沉积断层的同向次级断层;并且随着砂体的推进，在此同沉积断层的前方同样也会产生新的断层，向湖盆中心方向的断层依次变新且节节下掉，最终形成同向次级断层组合的“多”字型同生构造。当沉积物源不充足时，沉积物堆积慢，断层上盘沿断层面下滑时，由于沉积物的堆积不足以弥补断层沉降速度，在断层上盘向下下降的拖力将使上盘地层下弯，形成同沉积背斜构造，如果地层脆性较高而未能塑性弯曲时，则形成反向次级断层。沉积速率越大，单层厚度越大，单层厚度越大越不容易形成褶皱，单层厚度越小越容易形成褶皱。因此，相对较小的沉积速率有利于形成地层褶曲型同生构造。2

油气成藏与同生构造有关的油藏类型，主要有低位扇体形成的岩性油藏、同沉积断裂封堵形成的断块油藏、滚动背斜油藏。同生构造的形成与发展，对于油气的生成、运移、聚集、储集、保存等都有着重要作用。

1、同沉积断层与烃源岩

同沉积断层的主要活动期一般与烃源岩沉积期相对应。通过研究济阳坳陷沙四上、沙三中下、沙一段等3套烃源岩的热成熟演化规律及其空间展布形态，表明：优质生油层的发育及分布，与各凹陷北部陡坡和南部缓坡同生构造的活动与分布有着良好的时空配置关系，这也是济阳坳陷沙河街组地层油气富集的主要原因。

2、同生构造与储集体

同生构造活动及其产生的构造古地貌制约着沉积体系的展布，继承性发育的同沉积断裂及其组合影响了裂陷期盆地可容纳空间的变化，从而控制着砂体的展布规律，如濮卫洼陷的形成与演化与其东西2侧控洼断裂带———东倾的卫东文东断裂带和西倾的濮城—陈营断裂带的发展演化密切相关，沙三中亚段沉积时期物源方向较多，这些物源一般具有继承性和间歇性特点，因此不同时期发育不同成因的砂体。洼陷东部以低位三角洲、水下河道砂和湖底扇沉积体系砂体为主，砂体较厚，但储集条件较差;洼陷西部及北部以滨浅湖砂坝沉积体系为主，砂体有重叠，又有交叉，储层孔隙度较高，西北部水下分流河道和滨浅湖砂坝相带，油气储集条件最好。

3、同生构造与构造圈闭

同沉积断层上盘的滚动背斜、鼻状构造等同沉积褶曲构造为油气聚集提供了良好的圈闭条件，如沾车地区的滚动背斜油气藏，东濮凹陷濮卫洼陷的鼻状构造油气藏等。滚动背斜发育在洼陷斜坡地带，与生油中心相邻，并与断层紧邻，当断层开启时可作为油气运移通道，当断层封闭时，则可增大滚动背斜的闭合度和闭合面积，在沾车地区，走滑正断层旁侧形成了多个滚动背斜型油气圈闭构造。

铲式同沉积断层在发育过程中形成的次级断层将早期形成的同沉积褶曲地层横向切割，形成了同向“Y”形、反向“Y”形及复合“Y”形的同生构造组合，这些次级断层的上、下盘地层中均发育有地层的褶曲变形，形成了多种类型的圈闭，如地垒、断鼻、反向屋脊断块等，这些圈闭的形成，为油气的聚集提供了良好的储集空间和圈闭环境，而且次级断层的产生释放了局部应力，使圈闭发育区成为应力低值区，成为油气运移聚集的指向区。1

4、同沉积断层及其次级断层与油气运聚

一般认为，生长断层在活动停歇期主要起封闭作用，在活动期主要起运移通道的作用。次级同沉积断层一般由应力集中的微裂隙发育而来，是应力释放的结果，因此形成了一定范围的低势区，是油气运移指向区，断层活动时易成为油气的垂向运移通道；但随着断层上盘的沉降，沉积砂体大量推进，使断层面上沉积荷载迅速增大，沉积物重力可分解为沿断面的下滑力和对断面的垂直压力，这种作用于断层面上的侧向压力在一定程度上抑制了油气在其中的运移，使之具有了较强的封闭性；另外，在断裂带发育的断层岩、剪切带或泥岩沾污带以及两盘有利的岩性对置，均使断层在静止状态时具较强封闭性。据洪宇等人的研究，东濮凹陷东倾断层的活动时期与油气运移期相当，断层向下延伸至生油洼陷之中，把烃源岩和储集层垂向串通起来，通过由垂向运移和侧向运移构成的阶梯状运移方式，使油气向构造高部位运移聚集。这些东倾断层平面上多呈弧形雁行式排列，其内侧圈闭丰富，断层停止活动后处于封闭状态，起到了遮挡油气的作用，易成为油气富集区。

反向次级断层由于距离同沉积断层断面较远，接受沉积较少，沉积物重力导致的侧向挤压作用较弱，但同样是应力的释放区，相对于同向次级断层二级反向断层更容易成为油气的运移通道，二级同沉积断层的次级反向断层则主要对油气的分布起调节作用。3