志留系泥页岩滑脱层对大巴山前陆冲断带构造样式的影响——基于物理模拟研究

大巴山前陆冲断带处于秦岭造山带与四川盆地的过渡区,是四川盆地大中型油气藏探明储量的主要分布区,也是盆山耦合研究的典型区。该地区发育三套主要滑脱层,前人研究多以底层寒武系泥页岩和顶层上三叠统膏盐岩作为区域主控滑脱层,认为中间层志留系滑脱层使褶皱冲断带的构造样式复杂化,但是中间滑脱层对大巴山前陆冲断带的具体影响研究较少。本文通过物理模拟设计两组实验、四个模型,探讨了相同厚度的硅胶和玻璃微珠作为基底滑脱层时,中间滑脱层对于模型整体构造样式的影响,分析了其与基底及沉积盖层的相互作用。实验结果显示:①硅胶作基底滑脱层时,正向逆冲断层和反向逆冲断层数量相当,反冲断层多为自基底逆冲的断层。玻璃微珠作为基底滑脱层时,存在中间滑脱层的体系以正向逆冲断层为主,反冲断层多为浅部小型断层;②中间滑脱层的引入降低了整个体系的强度,使体系中构造变形更加复杂,模型中出现脱耦现象。中间滑脱层对前陆方向的变形起主导作用,促进了模型远端前陆方向的传播,垂向上沉积载荷的增大激活了中间滑脱层对挤压端构造样式的影响;③模拟表明,该地区志留系滑脱层使剖面出现脱耦,寒武系基底滑脱层为摩擦滑脱层,上三叠统之上发育较薄沉积盖层。

南大巴山冲断褶皱带区域构造大剖面的构建和结构分析

大巴山冲断带的结构复杂,在平面上城口-房县断裂将其分为北、南大巴山冲断褶皱带,北大巴山被认为是南秦岭造山带和扬子地块之间的拼合带,南大巴山代表了典型的前陆冲断褶皱带的特点。本文主要针对南大巴山冲断带进行构造解析。研究指出,南大巴山冲断带剖面上具有多层次和多期次滑脱变形的特点:浅层次的滑脱面为下三叠统嘉陵江组灰岩中的石膏层,卷入的层序为其后的中生界;深层次滑脱体系为沿着震旦系页岩和嘉陵江组膏盐层两个滑动面之间活动形成的冲断变形。完成了切过南大巴山不同构造部位的3条多资料约束的综合地质剖面,以此详细解析了冲断带深浅层次的冲断结构及分布规律,在平衡恢复的基础上,分析了该冲断带的几何结构和运动过程,确定了大巴山和川东两个不同构造单元的空间对接关系,提出南大巴山冲断带为一多层次、空间上强烈收缩的复杂薄皮冲断体系。

大巴山冲断带下寒武统页岩气构造保存单元划分及分区评价

大巴山冲断带下寒武统具有较好的页岩气发育物质基础,钻井显示了一定的资源潜力,但在强烈的构造作用下,构造保存条件具有复杂性和差异性,这也是影响该区下寒武统页岩气勘探的关键。采用野外地质调查、地球物理解释、分析测试等方法,将大巴山划分为5个页岩气构造保存单元,分别为南大巴山前缘褶皱单元(Ⅰ)、对冲断褶单元(Ⅱ)、叠瓦断夹片单元(Ⅲ)、北大巴山线状复式向斜—浅变质单元(Ⅳ)及穹窿状复式背斜—深变质单元(Ⅴ)。综合考虑大巴山抬升剥蚀作用、封盖条件、断裂发育、地层破碎程度、构造样式、变质作用与岩浆活动等构造因素对下寒武统页岩气保存的影响,对各构造保存单元进行分区评价,评价结果显示各构造保存单元保存指数分别为:Ⅰ:0.84;Ⅱ:0.72;Ⅲ:0.365;Ⅳ:0.54;Ⅴ:0.365。针对该区提出了圈闭保存型、断裂逸散型、散失残存型、散失破坏型等4种页岩气构造保存模式,其中,圈闭保存型比较有利于页岩气的富集与保存,主要表现在构造相对稳定宽缓的南大巴山前缘褶皱带,下寒武统埋深较浅的背斜构造是下一步页岩气勘探的有利方向。

大巴山前陆冲断带古水动力演化阶段及其对油气藏形成和保存的影响

针对传统古水动力阶段划分存在的问题,结合大巴山前陆冲断带特殊构造特征,以油气成藏组合为单元,将大巴山前陆冲断带古水动力演化阶段划分为沉积水动力阶段、渗入水动力阶段、构造作用水动力阶段和埋藏水动力阶段。其中下部油气成藏组合主要经历了1个沉积水动力阶段、4个渗入水动力阶段、4个埋藏水动力阶段和3个构造作用水动力阶段,中部油气成藏组合主要经历了1个沉积水动力阶段、3个渗入水动力阶段、2个埋藏水动力阶段和3个构造作用水动力阶段,而上部油气成藏组合主要经历了渗入水动力阶段。二叠纪至早白垩世的埋藏水动力阶段有利于下部油气成藏组合油气的生成和运聚成藏,但是构造作用水动力阶段,对油气藏的调整和改造作用影响很大,晚白垩世之后的渗入水动力阶段,导致下部成藏组合的油气藏进一步遭到调整和破坏。在晚三叠世末至晚白垩世的埋藏水动力和构造作用水动力阶段,中部成藏组合的原油发生大量裂解,同时形成了许多调整-改造型油气藏,晚白垩世之后的渗入水动力和构造作用水动力阶段,大巴山前陆坳陷带中部成藏组合的油气藏发生了大量的调整和改造作用,而大巴山前陆基底拆离构造带和前陆盖层滑脱构造带中部成藏组合的油气藏则主要表现为改造和破坏作用。

大巴山前陆冲断带构造样式和演化过程的数值模拟

由于大巴山地区处于独特的构造背景,拥有丰富的油气资源,正吸引人们开展日益深入的研究。本文通过有限差分方法,利用平面应变的二维弹塑性本构模型,对大巴山前陆冲断带开展了系列数值模拟研究。结果表明,前陆区拥有相对软弱的滑脱层(含膏盐岩的中下三叠统),是大巴山前陆冲断带主滑脱面由后陆向前陆逐渐抬升的主控因素。该滑脱层的分布以及同构造沉积的分布限定了主前缘逆冲断裂(镇巴断裂)的位置,通过该断裂,大巴山后陆的强烈缩短应变由深滑脱层(震旦系下部)向南传递至浅滑脱层(三叠系中下统)。镇巴断裂和城口断裂一起,它们的长期活动性,可能调节了大巴山一半以上的总缩短应变。同构造沉积发生后,前陆区浅层侏罗山式褶皱往前扩展的同时,后陆的先成断裂也继续活动并发生顺时针旋转,构成无序逆冲扩展序列。主要断层的逆冲扩展和经典背驮式不同,缩短应变主要由主断层下盘向后陆深部俯冲来实现。模拟结果和大巴山地质原型的近似程度,说明了利用有限差分软件对地质构造进行模拟的可行性。