(壹)反轉構造概述
反轉構造(inversion?tectonics)是指在地史發展過程中,不同時期相反方向的構造應力作用在同壹個地質體上的聯合、疊加的構造形跡。因此,又稱盆地反轉(basin?inversion)、構造反轉(structural?inversion),它是繼伸展構造、走滑構造後,提出來的壹個新概念。反轉構造基本上可分為兩種類型,即正反轉構造和負反轉構造。正反轉構造:早期為拉張斷陷的正斷層;晚期轉為擠壓隆升的逆斷層,所形成的構造組合。負反轉構造,則相反。裂谷盆地發展到同裂谷期後期和後裂谷期時,由於盆地隆升、擠壓,常產生反轉構造。
反轉強度是根據零點的位移來判別的。零點是指拉張與擠壓的分界在斷層上的交點。正反轉時,未發生反轉的正斷層,零點位於斷陷期層序的頂面。當零點位於斷層上盤斷陷期層序之中,下盤斷陷期層序頂面時,屬輕微反轉;當零點位於上、下盤斷陷期層序之中時,屬中等反轉;當零點位於上盤斷陷期層序之中,下盤斷陷期層序底界時,屬強烈反轉;當零點位於上、下盤斷陷期層序底面時,則全部反轉(圖1-12)。負反轉時,未發生反轉的逆斷層,零點位於逆沖斷層上盤褶皺地層層序的頂面。當零點順原逆沖斷層下滑至原褶皺構造高點時,屬輕微負反轉;當零點下移,拉張、翹傾形成早期半地塹時,為中等負反轉;當零點移至原來受構造變動的地層層序底部時,為全部負反轉(圖1-13)。
近年來,運用反轉率、位移—距離曲線和生長指數進行反轉構造運動學分析。
反轉率是用來定量描述反轉構造的反轉程度的相對物理量。根據斷陷期層序中零點的位置,可以確定反轉構造中擠壓與拉張的相對量(圖1-14)。反轉率(Ri)定義為擠壓位移與拉張位移的比值,即
Ri= dc/dh
式中:dc——斷陷期層序擠壓部分的厚度,m;dh——斷陷期層序的厚度(平行於斷層),m。
圖1-12 正反轉構造演化序列模式圖
(據Cooper,1989)
圖1-13 負反轉構造演化模式圖
(據李丕龍等,2003,簡化)
圖1-14 斷陷期層序反轉率計算參數示意圖
該式還可以寫為:
Ri= 1 -de/dh
式中:de——斷陷期層序保留正斷層部分的厚度,m。
當Ri=0 時,即零點位於斷陷期層序的頂面,不存在擠壓性的反轉構造;當Ri=1時,即零點位於斷陷層期序的底面,則斷陷期層序已全部反轉。
(二)反轉構造的特征和成因
目前,在中國裂谷盆地中多見到正反轉,且反轉構造變形為輕微—強烈反轉。如二連盆地許多凹陷均可見到反轉構造現象:塔北凹陷EH-80地震測線,沿先存的張性斷層發生逆沖作用,產生反轉構造,使斷陷期層序高出區域高程;同時,在主斷層附近還產生了許多新的逆沖斷層;還可見到原來傾角較陡的張性斷層,發生反轉時,在原正斷層的基礎上產生壹條緩傾的逆沖斷層。根據斷層上盤零點位於斷陷期層序之中,下盤零點位於斷陷期層序的底界,屬強烈反轉變形(圖1-15)。又如二連盆地賽漢塔拉凹陷西南部的烏蘭反轉背斜。這個背斜是在賽漢塔拉組沈積之前形成的。構造幅度上大下小,軸部地層厚,翼部地層薄(圖1-16)。它與逆牽引背斜構造不同的是:背斜的軸向不與斷層的走向平行,且深淺層軸向壹致;地層分布頂厚翼薄等特點。根據斷層上盤零點位於斷陷層序之中,下盤零點位於斷陷層序的底界,屬強烈反轉變形。反轉構造的形成是由於同裂谷期後期和後裂谷期——坳陷期,盆地發育衰退,整體擡升擠壓所致。
圖1-15 二連盆地塔北凹陷EH80地震測線逆沖斷層剖面圖
(據王同和等,2003)
圖1-16 二連盆地賽漢塔拉凹陷ST82-813地震測線烏蘭反轉背斜剖面圖
(據王同和等,2003)
在海拉爾盆地烏爾遜凹陷蘇仁諾爾地區東北部三維地震404測線可見到正反轉構造形跡。在南屯組沈積時及南屯組沈積前,斷層兩側地層厚度是西厚東薄,表現為同沈積正斷層性質。在南屯組沈積後,發生構造反轉,表現為逆斷層性質。在斷層上盤形成正牽引背斜褶皺,卷入褶皺的地層為南屯組及以後地層,銅缽廟組地層不受影響;褶皺幅度上大下小。根據斷層上、下盤零點位於斷陷期層序之中,屬中等反轉變形。海拉爾盆地貝爾凹陷三維地震841測線上,可見正反轉構造形跡。在斷層兩側斷陷期的伊敏組、大磨拐河組、南屯組和銅缽廟組地層,東薄西厚,表現為正斷層性質,而青元崗組則相反,為東厚西薄,表現為逆斷層性質,並形成局部褶皺,褶皺卷入地層為伊敏組和青元崗組。根據斷層上盤零點位於斷陷期層序之中,下盤零點位於斷陷期層序的頂面,屬於輕微反轉變形。
(三)反轉構造與油氣關系
反轉構造與油氣關系較為密切。裂谷盆地反轉構造變形,壹般為輕微—強烈反轉,反轉構造規模比較小,主要發生在同裂谷期後至後裂谷期;主要分布在凹陷邊緣地區或凹陷中心淺層中。由於反轉構造活動形成的背斜、斷背斜或斷鼻等,為油氣聚集提供了有利場所,同時,由於斷層反轉活動,為油氣運移提供了通道,且淺層發育有圈閉,這樣為下生上儲油氣藏的形成創造了有利條件。尤其是位於生油窪槽中淺層反轉背斜構造對油氣聚集也十分有利,如二連盆地洪浩爾舒特凹陷海流特反轉背斜構造,找到了油藏。同時反轉構造活動對油氣成藏也有不利的壹面,由於反轉構造活動,擡升擠壓使生油層的成熟受到影響,有時沈積中心發生轉移,油氣豐度降低;反轉構造活動使構造更加復雜,使油氣保存條件變差。