厚皮拉伸盐构造运动中上覆层构造影响因素分析 6页

第24卷　第5期石油学报Vol.24No.52003年9月ACTAPETROLEISINICASept.2003文章编号:0253O2697(2003)05O0026O06厚皮拉伸盐构造运动中上覆层构造影响因素分析122戈红星BrunoCVendevilleMartinPAJackson(11菲利普斯中国有限公司　北京　100027;21美国得克萨斯大学澳斯汀分校经济地质局　AustinTexas78713)摘要:理论分析表明,盐撤量与拉伸造成的空间之间的平衡是决定拆离滑脱形变完全与否的控制因素。当盐撤量大于同期形成的拉伸空间时,上覆层发生完全拆离滑脱形变;反之,则发生非完全拆离滑脱形变。分析模拟表明,盐层越厚、岩盐粘滞度越小及上覆前构造层越厚,盐撤量就越大,完全拆离滑脱形变过程持续得也越久;区域拉伸和基底断层位移速率越大及基底断层下降盘越长,完全拆离滑脱形变过程的持续时间就越短。关键词:厚皮拉伸;盐构造运动;上覆层构造;分析模拟;构造地质学中图分类号:TE11112文献标识码:AAnalyticalmodelingofcontrollingfactorsforoverburdenstructuresinthick-skinnedextensionalsalttectonics122GEHong-xingBrunoCVENDEVILLEMartinPAJACKSON(11PhillipsChinaInc.,Beijing100027,China;21BureauofEconomicGeology,TheUniversityofTexasatAustin,Austin,Texas78713,USA)Abstract:Overburdendeformationcanbefullyorpartiallydecoupledfrombasementfaultingthroughviscousflowofsaltduringthick-skinnedextensionalsalttectonics.Conceptualmodelingsuggeststhatwhetherdeformationisfullyorpartiallydecoupledislargelycontrolledbythebalancebetweentheratesofsaltflowandspacecreation.Whensaltflowsfastenoughtofilltheextensionalspacecreatedinbothbasementandcover,overburdendeformationisfullydecoupledfrombasementfaulting.Conversely,whenspaceiscreatedfasterthanitisfilledbysaltflow,thedeformationispartiallydecoupled.Analyticalmodelingindicatedthatsaltflowinsediment-starvedbasinwasmostlycontrolledbythethicknessofthesaltlayer,saltviscosity,andthicknessofoverburdensediments.Moreover,spacecreationwasmostlycon2trolledbyslipratealongthebasementfault(thusregionalextensionrate)andbythelengthofthesubsidingbasementhangingwall.Thicksaltlayer,lowsaltviscosity,slowextension,andashortbasementhangingwallallfavoreddecouplingoftheoverburdenfrombasement.Con2versely,thinsaltlayer,highsaltviscosity,rapidextensionandalongsubsidingbasementhangingwallcouldcausepartiallydecoupleddefor2mation.Synkinematicdepositionaffectedthethick-skinnedextensionalsalttectonicsmostlyduringpartiallydecoupleddeformation.Thickersedimentsabovethebasementofhangingwallcantriggersedimentarydifferentialloading,causingsalttoflowfromabovethebasementhangingwalltowardthebasementfootwallandenhancingforcedfoldingabovethebasementfault.Keywords:thick-skinnedextension;salttectonics;overburdenstructure;analyticalmodeling;structuralgeology　　厚皮拉伸构造运动使基底和盖层同时产生形变构烈拆离滑脱过程中,上覆层中发育正断层、盐磙及次动[6,7]造。基底通常发育由脆性形变造成的正断层;盖层中盐刺穿等拉伸构造,它们的形成及所处位置与基由于不同岩石力学性质的岩层组合而发育多种不同类底断层通常没有任何关系;而在拆离滑脱较弱时,上覆型的构造。当盖层均为脆性岩层时,基底断层一般向层中除上述构造外,经常还在基底断层附近形成强制[2]上延伸,在盖层中形成一条或数条同向或反向正断褶皱及盐背斜等构造。[1,2][3]层,有时也发育强制褶皱。如果基底与上覆脆油气勘探不仅要厘定上覆层圈闭构造的形态、属性层之间存在塑性岩盐层,上覆层构造的形态则较为性、发育时间及发育史,还要确定基底构造的存在以及[4,5]复杂,此时,基底断层通常消失于盐层内,上覆层上覆层与基底构造之间的关系等。如果生烃源在基底形变与基底断裂活动发生强烈或部分拆离滑脱。在强层中,由于盐层强烈的封堵特性,还应确定油气穿过盐作者简介:戈红星,男,1964年9月生,1985年毕业于南京大学地质系,1996年获美国得克萨斯大学(澳斯汀)地质系博士,现为菲利普斯中国有限公司高级开发地质师,主要从事盐构造地质学、构造物理模拟以及石油勘探和开发等方面的工作。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.\n第5期　　　　　　　　　　　戈红星等:厚皮拉伸盐构造运动中上覆层构造影响因素分析27层向上覆层中运移的时间。精确的构造重建以及尺度(c)]、盐层差异下沉面积Ads[图1(d)]以及上覆层拉[2,4,8～11]物理模拟表明,厚皮拉伸盐构造运动主要有伸面积Aoe[图1(e)]。在重力与上覆层压力作用下,以下几个控制因素:①盐层厚度;②岩盐粘滞度;③基底盐层变薄并从基底断层的下盘流向上盘。为保持面积断层位移速率(或区域拉伸速率);④同构造沉积作用。守衡,岩盐流动造成的盐撤面积(Asw+Ads)应等于由本文用简化的流体力学分析模拟,对影响厚皮拉拉伸所增加的面积之和,即:伸盐构造运动的主要因素进行初步探讨,以对物理模Asw+Ads=Ab+Ae+Aoe(1)拟的对比与补充。　　如果岩盐流动较快,并且完全充填由基底下沉和区域拉伸所形成的空间,尽管盐层在基底断层下盘之1　理想概念模型上变薄,在上盘之上变厚,但盐层表面基本保持水平[8～10]根据尺度物理模拟结果,建立了厚皮拉伸盐(Ads=0)。在此情况下,上覆层均匀下沉,表面保持水构造作用的运动学过程模型(图1)。为简单起见,模平,形变完全与基底断裂活动拆离[图1(e)]。因上覆型作以下假设:①研究对象为二维模型;②钢性基底断层与盐层之间不能存在任何空间,上覆层下沉所形成块不发生旋转及内部形变,断层完全沿其倾向滑动;③的面积Aos应等于盐撤面积(Asw+Ads),即:当上覆层与基底之间发生完全拆离滑脱时,上覆层整Aos=Asw+Ads=Ab+Ae+Aoe(2)体均匀下沉,不出现任何断裂与褶皱;④当上覆层与基　　因为Ads=0,所以有底发生非完全拆离滑脱形变时,上覆层在基底断裂附Aos=Asw=Ab+Ae+Aoe(3)近形成强制单斜褶皱构造;⑤岩盐为不可压缩的粘滞　　如果岩盐流动较慢,并且不能完全充填由基底上流体;⑥在形变过程中剖面的面积保持守衡,岩盐既不盘下掉和区域拉伸所形成的空间,尽管盐层仍然在基流入也不流出剖面,且不受溶蚀影响。底下盘之上变薄,在上盘之上增厚,但盐层表面不再保持水平,从而形成差异沉降空间Ads[图1(d)]。此时,上覆层形变与基底断裂发生局部藕合(非完全拆离滑脱),发育强制褶皱及拱顶地堑正断裂系[图1(f)]。如果正断裂向下延伸并切割上覆层的底部,就可能发[5,6,9,10]育次动及被动盐刺穿构造。在非完全拆离滑脱形变过程中,剖面面积也应守衡,即式(1)和式(2)成立。但因为Ads>0,所以Asw=(Ab+Ae+Aoe)-Ads<(Ab+Ae+Aoe)(4)　　以上分析表明,影响厚皮拉伸盐构造运动的根本因素为盐流的快慢与拉伸所产生的空间之间的平衡关系。2　模拟方法分析模拟的基本设置见图2。首先给出重力作用下由上覆层沉降所形成的盐撤面积(Asw)的定量分析图1　厚皮拉伸盐构造运动过程概念模型方法。该方法不考虑盐体本身的重量,在完全拆离滑Fig.1Schematicconceptualmodelsofthick-skinned脱条件下,下式描述了上覆层均匀下沉的速率[12,13]:extensionalsalttectonics32vos=[ρovghov(hsf)]/(ηL)(5)图1(a)为模型形变前的起始状态,由上覆层、盐其中　vos为上覆层下沉速率,m/s;ρov为上覆层密度,32层以及基底3个水平层组成。物理模拟和自然实例显kg/m;g为重力加速度,9181m/s;hov为上覆层厚度,示,基底断层通常消失于塑流盐层中,因此可以将上覆m;hsf为基底断层下盘之上的盐层的终厚度,m;η为层与基底的形变相对地独立起来。拉伸使基底断裂在岩盐粘滞度,Pa·s;L为模型长度,m。其上盘形成空间Ab[图1(b)]、盐层伸展面积Ae[图1盐层变薄速率或垂直盐撤速率为:©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.\n28　石　　油　　学　　报　　　　　　　　　　　　　2003年　第24卷vsw=dhsw/dt=d(hsi-hsf)/dt=-dhsf/dt(6)初的几十万年急剧增大,然后趋于平衡,表示盐层在构其中　vsw为盐撤速率,m/s;hsw为盐层在时间t(s)时造运动早期能提供较多的盐流量,而在后期提供的盐的盐撤厚度,m;hsi为盐层的起始厚度,m;hsf为基底断流量较少。基底下掉面积与断层的位移速率成正比,层下盘之上的盐层在时间t时的厚度,m。图2　分析模型设置剖面Fig.2Cross-sectionalconfigurationofanalyticalmodels因为盐层与上覆层之间不能存在空间,所以两者的下沉速率应该相等。从式(5)和式(6)得到:32-dhsf/dt=[ρovghov(hsf)]/(ηL)(7)　　对式(7)进行积分,并代入边界条件:t=0时hsf实曲线为盐撤面积(Asw),其上数字为盐层初始厚度;点直线为基底下掉面积(Ab),下掉速率分别为=hsi,得到①vb=0105mm/a;②vb=011mm/a;③vb=012mm/a;④vb=014mm/a;22-1/2hsf={[2ρovghov)/(ηL)]t+1/(hsi)}(8)⑤vb=016mm/a;⑥vb=018mm/a;⑦vb=110mm/a;⑧vb=1010mm/a;　　盐撤面积Asw则可从以下方程求得:图3　第一组模型的设置和模拟结果Asw=Lhsw=L(hsi-hsf)=L(hsi-Fig.3ConfigurationandanalyticalresultsofGroup1models22-1/2{[2ρovghov)/(ηL)]t+1/(hsi)})(9)位移速率越大,在某一时间段内所产生的面积也越大。　　假设基底断层面垂直,即图1中的Ae=0,Aoe=图3(b)中盐撤面积与基底下掉面积的交点代表了厚0,基底断裂形成的面积则为皮拉伸盐构造运动不同类型的转换时间。在交点的左Ab=L’vbt(10)侧,足够的盐流量及时充填加深的基底盆地(Asw≥其中　L’为基底下掉断块长度,m;vb为基底断层位Ab),从而造成上覆层形变与基底断裂的完全拆离滑移速率,m/s;t为形变所经历的时间,s。脱;在交点的右侧,盐流不再能够及时完全地充填基底对方程(3)和方程(4)及以上分析显示,当盐流及盆地(Asw