梨樹斷陷控陷斷層的動態活動特征

逄海明，李增玉

（中國石化東北油氣分公司勘探開發研究院，長春 130062）

梨樹斷陷是松遼盆地南部地層沉積最厚、發育時期最長，油氣最富集的一個斷陷。該斷陷發育斷陷層和坳陷層兩套層系，斷陷層自下而上發育：火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組，自泉頭組以后地層進入坳陷層沉積。桑樹臺斷層作為梨樹斷陷的控陷斷層，主要控制了斷陷層的沉積，在該斷層的作用下，梨樹斷陷形成了西斷東超的箕狀斷陷特征[1]。

構造形態上，桑樹臺斷層為在伸展背景下形成的正斷層，控制著梨樹斷陷的構造格架和地層發育，對構造和沉積體系的建立有著重要的意義。從拉張盆地的形成來看，其控盆斷層具有走向和位移不斷生長發展的動態過程。傳統對正斷層的研究大都針對斷層的橫切面，研究其幾何形態，主要有橫向斷距、縱向斷距及斷層的傾角、傾向等內容。其中斷層的位移和長度也存在一定的關系，以下主要從斷層的位移與長度變化關系探討桑樹臺斷層的動態活動特征。

1 正斷層的生長模式

圖1 斷層生長的兩種模式對比圖

正斷層的生長可以分為單一式生長和復合式生長，前者是斷層由初期的一條發育而成[圖 1（1）]；后者為斷層的發育由初期的幾條逐漸發育連接而成[圖 1（2）]。復合式生長斷層發育過程大致分為三個階段：第一個階段，斷層相互獨立生長，未發生拼接和疊合，在將發生拼合的部位總位移為零，斷層在各自走向上處于發育生長狀態，各斷層獨立控制著一個小的洼陷，位移—長度剖面呈現多個鐘狀特征。第二個階段，斷層開始發生相互作用，在靠近斷錯處，形成傳遞斜坡，即在具有相同傾向的兩條正斷層之間形成轉換帶，各獨立洼陷規模擴大，被傳遞斜坡分割，在疊覆處，位移—長度剖面呈現“M”狀，當多條斷層連接呈鋸齒狀特征。第三個階段，傳遞斜坡被破壞，連接部位伴生一系列調節小斷層，兩條斷層被新生成的轉換斷層連接起來，形成統一洼陷區，位移—長度剖面呈現似鐘狀特征，形成統一的斷層[2]。Peacock和Sanderson[6]將生長斷層的發育過程分為四個階段，認為在上述第二個階段之后，傳遞斜坡開始被連接斷層段的新生斷層破壞，之后斷層才發生完全拼接。

2 數據測量及研究方法

前人在研究斷層時已經發現位移(D)和長度(L) 具有一定的比例關系，主要有D∝L2[7、8]、D∝L1.5[9]、D∝L[10]等模式。其中D∝L模式適應于正常生長的單條斷層及硬連接結束后的斷層,與其它斷層沒有發生相互影響[3]。斷陷盆地的斷層一般被第四系覆蓋，研究其正斷層的位移（D）、長度（L）關系，主要結合垂直于斷層走向的多條地震測線來完成，從正斷層的一端到另一端，選取多條垂直斷層的地震測線（不同測線的間距已定，據此可以算出長度值），垂直于斷層的地震測線得到一系列位移值，再通過分析斷層的位移—長度剖面的幾何形態來進行研究。一般以斷層的長度（用測線號計量）為橫坐標，以斷層的位移為縱坐標，得出斷層的位移—長度關系曲線，它反映的是在斷層走向方向上斷層位移的變化特征。該研究方法比利用斷層橫剖面更能反映斷層的生長演化特征，斷層的橫剖面只反映了斷層某個部位的幾何形態，位移—長度法則是斷層活動特征的形象空間展示。

由于梨樹斷陷已完成了系統的地震資料解釋，斷層發育的立體特征已給予了充分揭示，系統選取沿斷層走向各點的位移值，以沿斷層走向各測線的測線號為橫坐標，以在地震剖面上經過時深轉換的測量斷層的傾斜斷距（水平斷距與垂直斷距的平方根）為縱坐標（圖2），傾斜斷距選向下為正，向上為負，正值表示正斷層斷距，負值表示存在反轉斷距。

位移—長度關系的研究適用于拉張盆地和擠壓盆地的研究中，長度和位移都可以計算和衡量，斷層的位移和長度在一定外力作用下按一定的規律變化，并且存在一定的比例關系。該方法不適用于走滑斷層。

在實際測量當中，實測了各斷點T5、T、T、T4、T3地震反射層上升盤與下降盤的垂直落差（△hi）、水平斷距（△di），并進而求取了各斷點的傾斜斷距（△Di）。

圖2 斷層位移－長度測量模式

T5地震反射層上升盤與下降盤的傾斜斷距：

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T4地震反射層上升盤與下降盤的傾斜斷距：

T3地震反射層上升盤與下降盤的傾斜斷距：

分別代表了火石嶺時期及以后各個地質階段斷距的累積，沙河子期及以后各個地質階段斷距的累積，營城期及以后各個地質階段斷距的累積，登婁庫期及以后各個地質階段斷距的累積，泉頭期及以后各個地質階段斷距的累積。

這樣火石嶺期、沙河子期、營城期、登婁庫期和坳陷期斷層在與走向垂直方向的位移量分別為：

火石嶺末期、營城組末期、登婁庫末期存在構造活動[1、4]，致使火石嶺組與沙河子組地層、營城組與登婁庫組地層及登婁庫與泉頭組地層存在不整合接觸，在計算位移量時，當上升盤和下降盤都存在剝蝕的情況下（假定剝蝕量相當），垂直位移量為同一反射層上升盤與下降盤的垂直位移差，剝蝕量在相減過程中被抵消。由于火石嶺期伴隨著火山活動，鉆井揭露主要以火山巖為主，因此火石嶺組算出的位移量不完全代表了斷層的活動量，這樣得出的火石嶺組的位移量誤差比較大，不能正確反映桑樹臺斷層在該時期的真實位移量，因此，研究中主要對沙河子、營城、登婁庫時期和坳陷期進行了分析。

3 控陷斷層的動態活動特征

依據地震剖面測量數據計算，得出了桑樹臺斷層各個地質時期位移—長度剖面（圖3）。

沙河子時期是桑樹臺斷層生長時期，組成桑樹臺斷層的南段、中段、北段三條斷層主體發生拼接，形成統一的斷層，沙河子時期桑樹臺斷層南段最大位移量在 LSLine900測線附近，約為1350m；中段最大位移量在 LSLine1000測線附近，約為 3590m；北段則位移量小于 200m，此時期北段對蘇家屯次洼的控制作用弱，主要形成了桑樹臺主洼和金山次洼兩個沉降中心。總體上分析沙河子時期桑樹臺斷層南、中、北三段繼承了火石嶺時期的形態繼續活動，北段該時期斷層活動量比較小，桑樹臺斷層該時期主要在桑樹臺主洼和金山次洼活動，證實該時期梨樹斷陷主體進入斷陷快速生長期。

圖3 桑樹臺斷層位移—長度關系圖

營城時期桑樹臺斷層繼續活動，除主體發生拼接外，各自在徑向上繼續生長，形成了整體控制梨樹斷陷、拼合部位有所調整的控盆斷層。其典型特征是在位移—長度關系圖上呈現“M”型。該時期桑樹臺斷層位移量最大在LSLine900、XDJLine300 和 XDJLine700測線附近，最大位移量分別為1330m、3960m和1080m（圖 5）。與沙河子時期相比，營城期桑樹臺斷層南段活動減弱，中段和北段加強，具有生長和活動強度北移的特征。這也造成了桑樹臺主洼營城組、沙河子組地層發育厚度大，金山次洼沙河子組、蘇家屯次洼營城組地層發育厚度大的特征。該時期蘇家屯次洼沉降中心開始形成。桑樹臺斷層在該時期的斷層位移量最大，也間接說明了營城期為梨樹斷陷斷陷快速發育期，營城期地層是梨樹斷陷發育最厚的地層之一。

登婁庫時期桑樹臺斷層活動開始減弱，隨著桑樹臺斷層的最終拼合，桑樹臺斷層在LSLine1100—XDJLine500測線斷層位移量相對較大，最大位移量約為2300m。該部位在桑樹臺斷層的控制下形成了新的統一沉降中心。登婁庫末期隨著左行走滑構造運動，皮家斷層發生左行位移，桑樹臺斷層北段與中段在發生拼接的部位被皮家斷層錯斷，桑樹臺主洼與蘇家屯次洼被重新分割，形成了兩個相對獨立的洼陷。

圖4 桑樹臺斷層斷陷期位移平面圖

坳陷期桑樹臺斷層活動趨于停止，最大位移量在LSLine1300測線附近，約為900m，該時期以地層沉降為主，區域沉降作用取代了斷層的控陷作用。

4 結論

結合桑樹臺斷層各個時期的活動特征，分析其動態演化過程，如圖6所示，總體上看桑樹臺斷層的控陷作用主要有幾個方面特征：

圖5 桑樹臺斷層南、中、北部地震剖面對比圖

1）從斷層活動位移量大小來看，斷陷發育期桑樹臺斷層在伸展作用下的發育比較快，營城期桑樹臺斷層的活動位移量最大，其次為沙河子時期，登婁庫時期為斷坳轉換期，斷層活動位移量減小，到坳陷期斷層的活動趨于停止，以整體的區域性沉降為主。

2）從斷層的發育情況來看，桑樹臺斷層為復合式生長斷層，早期為三段式發育特征，桑樹臺斷層南段、中段和北段早期獨立發育，到沙河子后期發生拼接形成統一的斷層，營城期斷裂生長和活動強度向北增強，使梨樹斷陷主體營城組沉積厚度最大，登婁庫末期在左行走滑應力的作用下，皮家斷層發生走滑，桑樹臺斷層沿著拼接部位發生錯斷。

3）在早期火山嶺—沙河子時期，桑樹臺斷層南段、中段控制下，形成了桑樹臺主洼和金山次洼兩個沉降—沉積中心，，到營城期隨著桑樹臺斷層北段活動加強，形成了蘇家屯次洼沉降中心。桑樹臺主洼和蘇家屯次洼這兩個洼陷早期為互相獨立的，到營城末期隨著桑樹臺斷層的拼合開始發生聯系，到登末又受到皮家斷層的走滑切割作用。

圖6 桑樹臺斷層不同時期動態演化特征圖

此外從斷層的控陷特征來看，在沙河子、營城期桑樹臺斷層位移量比較大，靠近斷層處的陡坡扇、水下扇體，以及東部斜坡部位的大型扇三角洲、辮狀河三角洲等沉積體系為油氣勘探的有利目標區域。斷層控制和影響著梨樹斷陷的地層格架和沉積物源體系的發育等。

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