构造地质学生长断裂课件

,油气构造分析,2005,第一节生长断裂概念,1,概念,就是在沉积过程中长期发育，逐渐,“,生长,”,起来的断裂。右图说明生长断裂发育过程的模式图。,2,强调几点,在讨论生长断裂形成过程中，应注意以下几点：,1,生长断裂上升盘和下降盘是一个相对概念。事实上，大部分生长断裂发育过程中，两盘都在下降，都处于接受沉的状态，只不过上升盘沉降速度明显低于下降盘。,2,生长断裂发育过程中，沉积物是以牵引负荷方式搬运的，不会呈悬浮状态，因为悬浮状态搬运，沉积不可能造成上、下盘地层的厚度差。,3,今天水下发生的地震就是正在进行着的生长断裂活动。,第节生长断裂特征,(,),概述,1,与后生断裂区别,1,后生断层发生在沉积层形成之后，与沉积作用无关，而生长断层与沉积作用有关，且影响和控制着上下盘沉积物岩性和厚度；,2,发育时间长短不同,后生断层集中在短暂强烈构造活动期，同生断层则长期发育时间长；,3,断开的物理性质不同,后生断层大多表现刚性变形；同生断层常表现塑性变形。,2,地质历史上,1,同生断层的生长间断,同生断层有其主要发育期，且常兼备着同生和后生两重性质。,2,发育相带,生长断裂发育并不局限于某种沉积环境，不过主要发育于三角洲相。,3,发育时代,生长断裂最广泛最强烈发育时代是中一新生代，特别是始新,渐新,上新世。,（二）基本特征,1,断裂性质和平面分布特征,l,性质,从力学角度，主要为张性或张扭性断层；,从区域构造走向，走向和非走向生长断层。,区域构造走向与局部构造走向不一致,2,区域走向断层平面特征,(1),走向上呈弧形，或弧形雁列排列，或成一定型式的断裂系，弧形凹面指向下降盘；断裂系向盆地中心阶梯状下掉，沿着下降方向，断裂逐渐变新；,(2),主断层与分支断层有分叉、合并的现象，但总的走向与区域构造走向、沉积古海岸线一致。,指向盆内,下降盘地层明显增厚,利用下降盘与上升盘相应地层厚度的比值，来衡量断裂的活动强度，称生长指数,(GI),：,下降盘地层厚度,GI=,或,上升盘地层厚度,下降盘地层厚度一上升盘地层厚度,上升盘地层厚度,注意：,1,注意地层剥蚀，不能有剥蚀；,2,生长指数最大可达,5,10,，再大就不合理,SE,LL22,LL21,LL20,LL19,LL18,LL17,LL15,LL13,T2,T3,T5,T6,T8,辽东湾生长断裂,发育时间及发育强度,地层沉积后发育的断层,Depth,Throw,GI or EI,1,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,GI = Growth Index,EI = Expansion Index,同沉积断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,地层沉积后发育,+,同生拱顶断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,Pre-k,Syn-k,Package,Package,Pre-k,Syn-k,Package,Package,Post-,depositional,faulting,Syn-depositional,faulting,1,2,3,4,5,1, 2,3,4,5,6,6,7,8,7,8,9,10,9,10,地层沉积后发育的拱顶断层,Depth,Throw,GI or EI,1,HG060901.PPT SLP Page 6,2,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,6,地层沉积后发育,+,同沉积断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,Syn-k,Pre-k,Post-,depositional,faulting,Syn-depositional,faulting,Package,Package,Pre-k,Syn-k,Package,Package,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,6,7,8,7,8,GI or EI,1,2,Depth,Throw,Active Faulting,Inactive,Faulting,Active,Faulting,Active,Faulting,Inactive,Faulting,1,2,3,4,5,6,7,8,9,12,10,11,13,14,15,1,2,3,4,5,7,8,9,12,10,11,13,14,15,6,Growth Package,Non-,Growth,Package,Growth,Package,Growth,Package,Non-,Growth,Package,阶段性生长断层,断层下降盘牵引,Depth,Throw,GI or EI,1,2,3,9,8,7,6,5,4,3,2,1,9,8,7,6,5,4,3,2,1,Hangingwall drag,Hangingwall drag,断层下降盘逆牵引,Depth,Throw,GI or EI,1,2,3,9,8,7,6,5,4,3,2,1,9,8,7,6,5,4,3,2,1,Hangingwall,drag,Hangingwall,drag,泌阳凹陷,NW,向断裂生长指数图,辽东湾生长断裂生长特征,3,落差随深度增大而增大,理论上，如果生长断层在沉积过程中始终在活动，那么，断层上的任何一个标准层的落差都应等于上下盘该标志层以上全部地层的厚度差，即垂直断距,(,今落差,),；,古落差为同,层两盘地层厚度差。,4,断面弯曲，上陡下缓，凹面朝上生长断层普通具有的型式,犁式。,1,沉积物的压实。,2,异常孔隙流体压力，当断层伸到孔隙流体压力的的地层中，倾角变小，因其地层变软。,3,异常孔隙流体压力，造成垂直剖面上重力不稳，引起重力滑动。,边界基底生长断裂：,唐河,栗园断裂段：,强烈活动时期是核三,3-4,段沉积时期,反转期后构造层,同反转期构造层,伸展期构造层,唐河,栗园断裂,NWW,段,犁式（断坡型）,塑性体,5,沉积滑动构造,生长断裂活动期间，由于岩层尚未固结成岩，受到扰动而发生塑性变形，主要为塑性、半塑性滑塌构造、流动褶皱、砂岩脉、微型沉积间断和搅混构造等。,6,下层盘砂层层数增多、单层厚度增大,生长断层控制沉积的相当普遍,特征,；也是相当重要的特征。墨西哥东北部布尔格斯盆地是其典型代表。,盆地边界生长断层控制着砂岩的分布和厚度变化。无论从砂岩层数，还是从砂岩累计厚度来看，砂岩都紧靠在断层的一个狭窄带内，展布方向与断层走向平行。,8,上升盘掀斜断块和下降盘的,“,逆牵引,”,将在,“,生长断裂伴生物构造圈闭类型,”,一节中讲解。强调：上述特征是生长断层常见特征，但并不说同,条生长断层必须具备以上所有特征，而且不同的断层，其特征有所变化。也就是在实际应用中，不要生搬硬套，而且具体问题具体分析。,第节生长断裂成因、类型,（一）从基本动力来源角度，生长断裂有两种成因：,1,基底卷入型成因，强调构造运动引起的基底断裂活动对上覆沉积层的影响，即沉积盖层中的生长断层受基底断裂控制。,2,盖层滑动成因，即重力构造运动的观点，认为沉积盖层自身的重力及由此产生的重力滑动、沉积压实、异常孔隙流体压力和塑性流动是造成生长断裂的主要因素。,（二）基底断层对上覆盖层中生长断裂的控制,基底断层对盖层构造的影响是普遍存在的。对于大型生长断层来说这种机制较明确，但对于那些盖层极厚的沉积盆地中发育的生长断层，它和基底断层的关系往往不太明确需要具体深入分析，才能得出结论。,强调：重力滑脱当然重要，但重力滑动必须具备势能才能发生，这种势能是基底的作用造成的，然后才能发生重力滑动。也就是说不能把两者完全孤立起来。,（三）重力构造理论,(,盖层滑脱构造成因,),1,概述,重力构造类型,1,重力扩展：沉积岩体缓慢地以塑性状态重向垮落，同时向周围扩展：,2,重力滑动：沉积岩体沿下倾斜坡下滑；,3,底辟作用：地下密度倒转，从而引起重力上的重新调整。,2,重力构造理论,1,单斜挠褶带的重力滑塌,下降盘沉积物的质量不断增大，从而使断裂活动继续进行，其运动速度与沉积质量的增加成正比。,图,2,18,2,重力蠕动滑移,正断层的活动有垂直和水平两个位移分量，这两个位移分量必定同时受同一机理的控制。,实验装置,蠕动滑移过程中，滑动着的沉积物从稳定的沉积体分裂出来，形成边缘地堑。,质点运动轨迹,平面上，断裂出现的次序和自然界是很相似时，最早出现的是因边地堑断裂，以后才出现湾岸附近断层。,剖面上，在拉张过程中出现铲形断面，逆牵引背斜、反向断层和同向小断层。,差异压实作用,差异负荷,图,2,25,图,2,26,差异负荷作用引起的生长断裂,图,2,31 2,32,我国东部生长断裂的成因类型,1,、基底断裂控制型,濮阳凹陷结构剖面,2,、重力滑动型基底生长断裂,胜利油田,大港油田,3,、塑性岩层上拱型,冀中油田的琥珀营构造,第节生长断裂的相关褶皱,纵向褶皱,其枢纽平行或大致平行于断层走向，其观察的最佳位置是在垂直断层的剖面上。,1,牵引褶皱,常局限于紧靠断层面的区域。向斜形成于正断层的上盘；背斜见于下盘。断层侧向和上传播,(,断层生长的结果,),到断层端部的单斜挠曲部位时形成牵引褶皱。,正牵引构造,2.,逆牵引褶皱,与牵引褶皱相反，在上盘形成背斜，下盘形成向斜。随位移离开断层面距离增加而减小,(,弹性作用响应,),。其半径随位移而增加。如果断层的规模随时间而增加，其幅度和宽度相应增加。,3,与滑脱正断层有关的滚动褶皱,常见于被动大陆边缘有关和厚层沉积序列中。是由上凹断层,(,铲式,),运动所形成，是断层弯曲褶皱的拉张部分。下盘一般不会褶皱变形。变形机制：垂直简单剪切、倾斜简单剪切和挠曲滑动等。滚动褶皱和逆牵引褶皱的区别：,1,滚动褶皱见于与滑脱正断层有关的厚层沉积序列中；,2,逆牵引可见于上盘和下盘，而滚动褶皱常仅见于上盘。,(,二,),横向褶皱,横向褶皱的枢纽垂直或近垂直于断层走向，其最佳观察位置是在平行断层的剖面上，由位移沿走向变化而引起的。,1,与孤立正断层有关褶皱,在断层上盘，位移沿走向的变化形成一个向断层倾伏的宽广长条形向斜，下盘则为背斜。褶皱枢纽应在同一条直线上并位于最大位移区。向斜幅度常大于背斜的幅度，因为上盘位移通常大于下盘位移。,2,与分段断层体系有关的褶皱,分段断层体系常拥有多个位移最大区和最小区。上盘，向斜形成于局部位移最大区，常位于断层段中央或附近；褶皱,(,背斜,),形成于局部位移最小区，一般接近于断层段边界。向斜比背斜宽得多；背斜经常伴随有位于相互重叠和断层段之间的过度斜坡。下盘，背斜形成于位移最大区，常位于断层段中央或附近；向斜形成于局部位移最小区，带位于断层段边界上。横向褶皱的规模取决于活跃断层段的数目，断层系的演化阶段和断层段的几何特征。每类断层系演化发展，以及相关横向褶皱演化阶段及特征。,横向向斜 横向背斜,3,盆地规模横向褶皱的几个例子,1,爱达荷,紧密重叠断层体系,2,内华达,重叠反向断层系北美东部,相对简单。,第节,与生长断层有关的油气圈闭类型,（一）正断层下降盘的逆牵引或滚动褶皱,1,概念,紧靠断层下降盘出现的小型背斜。,2,特征,1,逆牵引背斜大多为小型、宽缓、不对称的短轴背斜。轴线与主断层线近于平行，陡翼靠近断层一侧；,2,深浅层构造高度点不符合，高点偏移轨迹与断面大体平行，背斜幅度下大上小；,3,沿生长断层下降盘呈串珠状分布；,4,逆牵引高点距断层线较近，一般在,0.5,1.5km,以内；,5,逆牵引背斜顶部发育复杂的地堑断裂系；,6,逆牵引出现弧形正断层的内侧下降盘上；,7,逆牵引部位砂层增多，单层厚度大，油气主要富集在高部位上。,3,实例,1,墨西哥湾岸盆地；,2,泥日尔三角州盆地；,3,黄骅坳陷；,4,松辽盆地。,黄骅坳陷港东构造,尼日尔三角洲逆牵引背斜,逆牵引成因,反向滑塌,差异压实作用,正断层上升盘的抬斜断块,1,运动形式,1,同向正断层,地层转动方向与断面倾向一致，因而加剧工沉降；,2,反向正断层,断块转动方向与断层的倾向相反，局部沉陷，但整体看，似乎没有沉降。,断层下掉方向和转动方向相同,断层下掉方向和转动方向相反,1,2.,类型,夹持在反向正断层之间的断块；,1,同生型,其断面与区域地层倾向相同同沉积反向下断层的活动，出现了断层之间的地层反向，在上升盘形成抬斜断块。,2,后生型,区域性单斜层或鼻状构造被反向断层切割，从而在反向正断层上升盘形成抬斜断块。,同生型,后生型,后生反向反断层切割形成,第节生长断裂的研究方法生长背斜的基本特征与油气聚集,一、,生长断裂的研究方法,生长指数分析,1,前提和假设,1,假定断裂在水下活动期间，沉积是及时地、完全补偿的，但是，受多种因素的影响，沉积补偿原理不是在任何地区、地层都适用，因此在确定上、下盘地层对比单位大小要适宜，不能过小。,2,生长断层上下盘不能有大的沉积间断。,3,必须进行准确的地层单位对比。,4,目前还没考虑沉积压实因素。,3,下降盘地层明显增厚,利用下降盘与上升盘相应地层厚度的比值，来衡量断裂的活动强度，称生长指数,(GI),：,下降盘地层厚度,GI=,或,上升盘地层厚度,下降盘地层厚度一上升盘地层厚度,上升盘地层厚度,注意：,1,注意地层剥蚀，不能有剥蚀；,2,生长指数最大可达,5,10,，再大就不合理,墨西哥湾,从图看出：断层开始发育时间；断层运动的最强烈时期；断层运动终止时期。,从图,2,67,，可看出生长断裂的活动是不规则的、突发性的。,三条断裂在漫长地质时期内都在活动，但最大活动时期不一致，向盆地中心，断裂最大活动期依次变新。胜利油田构造特征，逆牵引，地堑断裂系。长指数最大值和最大落差并不完全一致，从翼部向轴部断裂时代变新。,发育时间及发育强度,地层沉积后发育的断层,Depth,Throw,GI or EI,1,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,GI = Growth Index,EI = Expansion Index,同沉积断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,地层沉积后发育,+,同生拱顶断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,Pre-k,Syn-k,Package,Package,Pre-k,Syn-k,Package,Package,Post-,depositional,faulting,Syn-depositional,faulting,1,2,3,4,5,1, 2,3,4,5,6,6,7,8,7,8,9,10,9,10,地层沉积后发育的拱顶断层,Depth,Throw,GI or EI,1,HG060901.PPT SLP Page 6,2,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,6,地层沉积后发育,+,同沉积断层,Depth,Throw,GI or EI,1,2,Syn-k,Pre-k,Post-,depositional,faulting,Syn-depositional,faulting,Package,Package,Pre-k,Syn-k,Package,Package,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,6,7,8,7,8,GI or EI,1,2,Depth,Throw,Active Faulting,Inactive,Faulting,Active,Faulting,Active,Faulting,Inactive,Faulting,1,2,3,4,5,6,7,8,9,12,10,11,13,14,15,1,2,3,4,5,7,8,9,12,10,11,13,14,15,6,Growth Package,Non-,Growth,Package,Growth,Package,Growth,Package,Non-,Growth,Package,阶段性生长断层,断层下降盘牵引,Depth,Throw,GI or EI,1,2,3,9,8,7,6,5,4,3,2,1,9,8,7,6,5,4,3,2,1,Hangingwall drag,Hangingwall drag,断层下降盘逆牵引,Depth,Throw,GI or EI,1,2,3,9,8,7,6,5,4,3,2,1,9,8,7,6,5,4,3,2,1,Hangingwall,drag,Hangingwall,drag,泌阳凹陷,NW,向断裂生长指数图,辽东湾生长断裂生长特征,（二）落差,今落差：等于上下盘某层以上全部地层的厚度差，反映该层以上全部地层沉积过程中断裂活动的总和。,古落差：上下两盘对应层的厚度差，反映断层每个时期的活动程度。,张性结构要素,1,非旋转型张性断层结构要素的计算当地水平时，拉张量,(e),等于水平断距，地层缺失厚度,(s),等于落差，为断面倾角。已知断面和地层的平均夹角，计算地层的缺失厚度或拉张量的方法。,非旋转型张性断层，断距、倾角和拉张量的关系,非旋转型正断层在拉张量不同的条件下，地层缺失量和断层倾角或断层于层面平均夹角的关系,2,旋转型结构要素研究,平直断面正断层在沿着平直断面旋转拉伸过程中，断层和地层两者都旋转。此类断层拉张量计算方法，适用范围：单一的断层或地层倾斜角度不变的一组断层。断层倾角,、地层倾角,，拉张量,e,三者间的关系。,图,2,72,、,2,73,旋转型平面正断层断面倾角、地层倾角和拉张量的关系,铲形正断层断面弯曲的正断层，形成过程中本身并不旋转，但其下降盘地层旋转。如果铲形断层上发育一组断层面平直的旋转型同向断层时，那么大部分的拉张是靠平直的断层完成的。,下降盘地层沿铲形断层断面下滑时为了保持和断层接触，平行层面简单剪切可能造成下降盘地层的变形形态，地层必然要发生弯曲。,时代新的断块带着老的断块一转动的形式向前推移，形成叠瓦状铲形正断层，即猪背式构造,主干铲形正断层之上发育一组旋转型平直断层,叠瓦状铲形正断层活动期间断面产状变化,反向正断层旋转为逆断层,铲形断层滑脱深度的计算,依据逆牵引构造的规模推断断面的滑脱深度，对判断地下构造形态正确地进行地震剖面的地质解释是有用的。,A,B=C= hd,h-,水平断距,d-,滑脱深度,C,实际资料测量,(,四,),据地层长度平衡原理和断距编制铲形正断层剖面,1,原理,滚动背斜的任何一部分形态都反映这一部分的正下方铲形断层上的累计滑动量。,2,前提,假定下降盘上的滚动背斜为一弯滑褶皱；,滚动背斜地层厚度不变。,3,单一铲形正断层剖面的编制,1,首先计算出断层的水平断距,(a),，,2,由,A,点作垂线与区域倾向线,XY,相交于,B,。由,A,开始沿下降盘地层顶面画弧，弧长为,la,，得到点,C,。再由,C,作垂线与,XY,相交于,D,点，得到水平断距,BD,，长度为,lb,，自点,C,画弧长,lb,，得到点,E,。依此类推，直到画出的弧线与,XY,平行。,3,单一铲形正断层剖面的编制,3,将,BC,、,DE,、,，,LM,等点连接起来，得到,BC,、,DE,、,，,LM,等线段，这些线段代表断层的轨迹。然后将线段,BC,向下平行移动，使,B,点与,A,点重合，,，如此下去；最终得到,2,80A,中的断层剖面。,4,计算出滑脱深度,(2,80B),。,4.,具反向下断层的铲形主断层剖面的编制,计算出主断层本身的位移量；,次级断层所引起的位移必清除，即将标志层恢复成光滑、连续的曲线,AB,，而后将曲线,AB,平行于标志层的区域倾向主断层移动，直到,A,点与主断层相接触为止。此时,AB,的位置应是图,2,80B,中,AB,的位置，从而可计算出主断层的总位移量。,以下均为同前述作图法。,图,2,81,剖面构造的平衡恢复和平衡判断,根据构造复原模型，再塑不同地质时期的构造面貌。将恢复后的古地质构造图按一定地质顺序排列，则得联合构造演化剖面图。这种平衡恢复合理性的一个重要方面就是：在复原剖面上，一条断层要么呈面状或铲形，要么以阶梯状的轨迹向前上切地层,(,图,5-3a),，而不会反向弯曲，除非该断层的形成晚于变形的地层。例如，就一条发生过滑移的断层来说，图,5-3b,所示的断层轨迹显然是不可思议的，因此，相应的变形剖面由于几何学上的不合理而无法被采用。,邓州凹陷发育时间最早，白垩纪时伸展作用最强烈，沉降幅度最大，沉积厚度最大。,白垩纪末期，邓州凹陷反转褶皱最强，剥蚀量最大，达,900,米,古近纪，邓州凹陷一直处于抬升状态，未接受沉积，油气即使成熟运移，难以得到很好保存。,古近纪末期再次遭受强烈抬升剥蚀，剥蚀量达,800,米。,第节生长背斜的基本特征与油气聚集,3,特征,1,顶薄翼厚：若顶部长期处于相对上隆状态，按沉积补偿原理，顶部和翼部的沉积厚度差和厚度变化梯度，反映了背斜生长强度。,2,上陡下缓，垂向上构造顶部常有位移：水下不对称地形导致和不均衡剥蚀作用而致。深层构造幅度大于浅层的。,3,顶部岩性粗而翼部细：对一套岩性系，顶部岩层砂岩百分比高于翼部。,（,2,） 对呼图壁,-,西湖构造带而言，均为隐伏构造，该构造带大部分构造可分三层次。,浅表层构造类型为填平补齐的同沉积背斜,，中浅层（新生界）背斜构造类型特征：高泉为断层转折型构造，其余背斜构造为断层传播型褶皱，中深层（,E-K-J,）背斜构造的特点是，构造类型为断层转折型构造，其余背斜构造为断层传播型褶皱。深层、浅层构造高点基本不一致。构造幅度自东向西有降低之势。,生长背斜,生长背斜,三、生长背斜与油气聚集和关系,1,有利于形成良好的储集层。古隆起，一则对岩性的分布起控制，二则风浪的陶选。,2,古隆起上有长期发育的圈闭构造。,1,闭构造位于油气运移指向上，且常紧邻生油区。,4,古隆起的鞍部，砂岩呈舌状突起，往往顶部都变，于隆起背水一侧下倾尖灭，结合其它因素形成岩性油气藏。,5,有利于形成构造、岩性、地层不整合等类型的油气藏。,6,不利面因隆起易于暴露在水面，受剥蚀，使油气散失，如四川卢州地区。,