A/λ法在褶皺演化分析中的應(yīng)用
——以川西坳陷為例

何建磊，楊映濤，卓俊馳

(1.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，四川成都 610041 2.中國(guó)石化西南油氣分公司地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610041)

我國(guó)的含油氣盆地以多旋回疊合盆地為主，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其構(gòu)造形成演化是油氣成烴、成藏耦合的關(guān)鍵[1-6]。川西坳陷陸相地層經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，盆內(nèi)構(gòu)造疊加與聯(lián)合十分普遍。對(duì)此，國(guó)內(nèi)學(xué)者在褶皺的幾何形態(tài)及構(gòu)造演化期次方面利用多種方法從多個(gè)角度開(kāi)展了研究：樂(lè)光禹系統(tǒng)地論述了疊加褶皺幾何形態(tài)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)和描述[7]；張忠義厘定了晚三疊世和晚侏羅世兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及褶皺變形，確定了縱彎作用是褶皺發(fā)育的機(jī)制，并將區(qū)內(nèi)疊加褶皺劃分為3類10種基本樣式[8]。這些研究成果對(duì)川西坳陷前期勘探具有重要的作用，但隨著勘探的深入，迫切需要解決褶皺形成的期次問(wèn)題。文中通過(guò)觀測(cè)自然界波的傳播特征，分析反映波的兩個(gè)重要參數(shù)——波幅(A)和波長(zhǎng)(λ)，以直立對(duì)稱褶皺、斜歪不對(duì)稱褶皺為模型，分析了A/λ在平面上的變化特征及多形變層縱向上的疊加特性，并將其應(yīng)用于川西坳陷東西向褶皺的演化期次分析，明確了東向西褶皺的演化特征。

1 A/λ法的基本模型

λ和A是重要的褶皺度量參數(shù)，度量在外力作用下褶皺起伏形變的大小，對(duì)稱褶皺和不對(duì)稱褶皺的橫截面波長(zhǎng)和波幅的度量如圖1所示，對(duì)稱褶皺的波長(zhǎng)等于兩個(gè)相同拐點(diǎn)的距離，波幅相當(dāng)于兩個(gè)包絡(luò)面之間垂直距離的一半；不對(duì)稱褶皺的波長(zhǎng)和波幅也可以利用該方法進(jìn)行度量。

圖1 褶皺的波幅和波長(zhǎng)示意圖

波幅及波長(zhǎng)的變化反映了巖石在外力作用下，吸收能量后所產(chǎn)生的形變。由近及遠(yuǎn)，能量逐漸減弱，則A1>A2>A3> …>An、λ1<λ2<λ3<…<λn，因此，A1/λ1>A2/λ2>…>An/λn≈0(圖2a)；相應(yīng)的各褶皺的A/λ逐步減小(圖2b)，單個(gè)褶皺軸跡上的A/λ值，沿著褶皺軸跡依次減小(圖2c)。

圖2 能量在傳播過(guò)程中的衰減模式

對(duì)于一套具有多個(gè)形變層的對(duì)稱協(xié)調(diào)褶皺來(lái)說(shuō)，在外力的擠壓作用下，地層在褶皺變形過(guò)程中表現(xiàn)為外弧伸長(zhǎng)和內(nèi)弧縮短的特點(diǎn)。在接近巖層中部，有一個(gè)既無(wú)伸長(zhǎng)又無(wú)縮短的無(wú)應(yīng)變面，這個(gè)無(wú)應(yīng)變面被稱為中和面[9]，中和面以上的形變層呈拉張性質(zhì)，中和面以下為擠壓性質(zhì)。以對(duì)稱的直立褶皺為例，假設(shè)該褶皺的形變層為黏度相同的地層疊置起來(lái)，層間無(wú)摩擦，上下仍為黏性無(wú)限介質(zhì)，褶皺翼角不變，則存在形變后翼長(zhǎng)變化或翼長(zhǎng)不變兩類關(guān)系。即：翼長(zhǎng)變化，上下形變層之間A/λ的關(guān)系為AL/λL=Az/λz=AJ/λJ，A/λ值縱向上呈一豎直線(圖3a)；翼長(zhǎng)不變，則AL/λL

圖3 協(xié)調(diào)褶皺的波A/λ模型

圖4 活動(dòng)形成的不協(xié)調(diào)褶皺的A/λ四種模式

2 川西坳陷構(gòu)造背景

川西坳陷位于四川盆地西部，其形成與演化受西部龍門山被動(dòng)逆沖推覆構(gòu)造帶及北部秦嶺造山帶活動(dòng)的控制，晚三疊世以來(lái)，四川盆地受周緣山系多期次構(gòu)造變形的影響，經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，自下而上由被動(dòng)大陸邊緣盆地、局限前陸盆地、成熟前陸盆地、構(gòu)造殘余盆地等多個(gè)原型盆地疊置而成，構(gòu)造演化極其復(fù)雜。

構(gòu)造演化的各個(gè)階段每一次造山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造帶都是相互聯(lián)系的，在空間上相互組合、排列。印支早中期，揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞，南秦嶺造山并向南推覆，北面米倉(cāng)山-大巴山造山帶方向的擠壓運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造帶多呈近東西向；印支晚期，揚(yáng)子板塊與平武地塊碰撞，龍門山北段開(kāi)始隆升逆沖，造山擠壓運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造帶多呈北東-南西向；印支晚期，古特提斯洋萎縮、并向南閉合，龍門山全面逆沖造山，至燕山晚期-喜馬拉雅早期，揚(yáng)子板塊向西俯沖，表現(xiàn)為龍門山全面被動(dòng)造山，造山擠壓運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造帶也多呈北東-南西向；喜馬拉雅晚期，新特提斯洋關(guān)閉，印度板塊與亞歐板塊碰撞，青藏高原隆升推覆，擠壓形成的構(gòu)造帶多呈近南北向。多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致川西坳陷總體呈現(xiàn)“三隆兩凹一坡”的構(gòu)造格局，即龍門山前斷褶帶、新場(chǎng)構(gòu)造帶、龍泉山構(gòu)造帶、成都凹陷、梓潼凹陷和中江斜坡帶(圖5)。

圖5 川西坳陷構(gòu)造綱要

3 應(yīng)用實(shí)例

豐谷褶皺位于新場(chǎng)構(gòu)造帶東部，回龍褶皺位于中江斜坡帶北部(圖6)，二者之間發(fā)育永太向斜構(gòu)造。川西坳陷陸相地層自下而上發(fā)育三疊系(須家河組須一段、須二段、須三段、須四段和須五段)、侏羅系(白田壩組、千佛崖組、下沙溪廟組、上沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組)、白堊系和第四系，總共發(fā)育須下盆(須三段及以下)、須上盆(須五段-須四段)和中淺層(蓬萊鎮(zhèn)組-白田壩組)三套形變層。

圖6 川西坳陷東側(cè)地區(qū)構(gòu)造綱要

豐谷褶皺為短軸狀、平緩-開(kāi)闊斜歪傾伏褶皺，軸面向北傾斜，褶皺的長(zhǎng)軸跡擺動(dòng)特征明顯，整體呈近東西向展布，延伸距離35.6 km，回龍褶皺類型與豐谷褶皺相類似，延伸距離34.0 km。A/λ參數(shù)分析表明：豐谷褶皺在Inline3 918、Inline4 018測(cè)線處能量最大(圖7a)，向東西兩側(cè)逐漸減小，須下盆A/λ東部明顯增大(圖7b)，具有不整合等不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，結(jié)合研究區(qū)應(yīng)力特征，認(rèn)為其受川中隆起的影響；回龍褶皺A/λ參數(shù)表明：該褶皺在Crossline2 084測(cè)線處能量最大，東西兩側(cè)逐漸減小，回龍褶皺的生成與豐谷褶皺類似，但其須上下盆A/λ值出現(xiàn)跳動(dòng)，表明該區(qū)層系受多方向應(yīng)力的影響；比較豐谷、回龍褶皺的A/λ值發(fā)現(xiàn)，豐谷褶皺的A/λ值在同等對(duì)應(yīng)位置大于回龍褶皺的A/λ值，結(jié)合幾何學(xué)上的軸面北傾斜，認(rèn)為影響褶皺形成的力源主要來(lái)自西北部或者北部(表1、表2、圖8、圖9)。

圖7 各形變層褶皺A/λ參數(shù)平面特征

表1 豐谷褶皺A/λ參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 回龍褶皺A/λ參數(shù)統(tǒng)計(jì)

沿褶皺軸跡的A/λ剖面，豐谷褶皺不同部位的A/λ值出現(xiàn)三處明顯的突變，表明該褶皺形成主要有四期：第一期形變發(fā)生于須三段沉積之后，從Inline4 118測(cè)線開(kāi)始向西端傳遞生長(zhǎng)；第二期形變發(fā)生于須五段沉積之后，傳遞的方向與第一期類似；第三期形變發(fā)生于白田壩組沉積之后，從Inline3 918測(cè)線開(kāi)始向兩端傳遞生長(zhǎng)，向西傳遞于Inline3 818測(cè)線處后不再生長(zhǎng)；第四期形變發(fā)生于蓬萊鎮(zhèn)組沉積之后，從Inline3 918測(cè)線開(kāi)始向兩端傳遞生長(zhǎng)，并保留至現(xiàn)今(圖10)。

圖10 豐谷褶皺不同部位A/λ參數(shù)剖面特征

沿褶皺軸跡的A/λ剖面，回龍褶皺不同部位的A/λ值出現(xiàn)兩處明顯的突變，表明該褶皺的形成主要有三期：第一期形變發(fā)生于須三段沉積之后，只在Crossline2 284測(cè)線附近生長(zhǎng)；第二期形變發(fā)生于須五段沉積之后；第三期形變發(fā)生于蓬萊鎮(zhèn)組沉積之后，皆由Crossline2 284測(cè)線開(kāi)始向兩端傳遞生長(zhǎng)，并保留至今(圖11)。

圖11 回龍褶皺不同部位A/λ參數(shù)特征

4 應(yīng)用效果

運(yùn)用A/λ法能夠有效直觀地反映回龍褶皺與豐谷褶皺不同位置的演化特征，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景認(rèn)為，這兩個(gè)褶皺主要受北部米倉(cāng)山-大巴山造山體系與西側(cè)龍門山造山體系雙重影響。印支早期，在下?lián)P子板塊、華北板塊碰撞的大背景下，米倉(cāng)山-大巴山向南擠壓，在四川盆地產(chǎn)生近南北向的擠壓應(yīng)力，形成了一系列近東西的構(gòu)造，回龍、豐谷褶皺帶在此時(shí)期形成雛形；印支中晚期，伴隨龍門山由北向南的依次推進(jìn)，豐谷、回龍褶皺帶持續(xù)褶曲，并改造原來(lái)的發(fā)育特征；燕山中期-喜馬拉雅早期，特提斯洋閉合，太平洋板塊擴(kuò)張，米倉(cāng)山-大巴山、龍門山等逆沖推覆，擠壓形變作用強(qiáng)烈，發(fā)生強(qiáng)烈褶皺形變，原有的東西向褶皺進(jìn)一步發(fā)展；喜馬拉雅晚期，改造作用相對(duì)較弱，構(gòu)造形態(tài)保存至今。

前人認(rèn)為新場(chǎng)構(gòu)造帶形成于印支期、發(fā)展于燕山期、定型于喜馬拉雅期[10-11]，A/λ法在構(gòu)造演化期次的分析結(jié)果與前人研究成果認(rèn)識(shí)一致，表明A/λ法在構(gòu)造演化期次分析中具有可行性；同時(shí)，前人研究認(rèn)為豐谷、回龍褶皺的主要油氣藏(侏羅系上、下沙溪廟組、三疊系須家河組)成藏期主要在燕山期和喜馬拉雅期[12]，A/λ法對(duì)豐谷、回龍褶皺演化分析的結(jié)果與油氣成藏具有較好的耦合關(guān)系，是油氣聚集的良好場(chǎng)所，這對(duì)川西坳陷的油氣勘探具有一定意義。

5 結(jié)論

(1)A/λ是分析褶皺生成、傳遞的重要參數(shù)。A/λ參數(shù)的變化反映應(yīng)力環(huán)境的遞變，平面上，A/λ隨著傳播距離的增加而減少；縱向上，協(xié)調(diào)褶皺各形變層之間A/λ值自上而下是逐漸增大或者維持相對(duì)不變，當(dāng)A/λ出現(xiàn)明顯的突變(出現(xiàn)多個(gè)突變的點(diǎn))就形成了不協(xié)調(diào)的褶皺，即該褶皺的形成受到了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。

(2)A/λ參數(shù)分析法有效直觀地反映了豐谷、回龍兩個(gè)褶皺不同時(shí)期的演化特征及受多方向應(yīng)力的影響，是印支期、燕山中期-喜馬拉雅早期兩個(gè)重要時(shí)期的產(chǎn)物；西北側(cè)的龍門山造山帶和北側(cè)的米倉(cāng)山-大巴山造山帶的逆沖推覆作用是褶皺形成的主要?jiǎng)恿Α?/p>