构造应力场控制油气运聚与分布

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构造应力场类型:

构造应力场，可依地应力的空间、时间、力学性质及地质作用等进行分类和表征。按空间影响范围大小分为全球构造应力场、区域构造应力场、局部构造应力场;按地质历史时代分为古构造应力场和现今构造应力场;按力学性质分为挤压性应力场、张性应力场、张扭应力场、扭性应力场及压扭性应力场;按地质作用分为控矿应力场、控震应力场等。

(1)不同类型构造应力场控油作用不同

挤压性构造应力场，主要形成逆冲断裂带及背斜构造带，如天山纬向系南北挤压应力场产生了巨型天山山前东西断褶带和吐哈东西向沉降带，控制油气呈东西向展布。滴水泉区域东西向构造带控制滴水泉地区油气分布。

扭动构造应力场，形成多种扭动构造，如多字型构造、雁行构造、帚状构造、弧形构造、入字型构造、S形及反S形构造。准噶尔盆地广为发育的扭动构造体系控制成盆、成烃、成藏。西域系和准噶尔弧形构造为本区巨型扭动构造，它们复合、联合控制着扭动型北东向的玛纳斯坳陷和北西向的乌伦古坳陷，两坳陷生油岩系发育，成为生烃中心，尤以前者为富生烃中心，其四周正向构造带为油气有利聚集带，形成了许多重要油田。

风城张扭性帚状构造应力场，破坏了原生油藏，形成次生固体沥青矿。吐哈盆地丘1及丘2反S形构造应力场，导生了反S形油田。

(2)同一类型构造应力场多期作用的油区

有利于油气向同一方向(部位)运聚，同一地区在不同构造运动时期，可以卷入同一类型的构造型式，故此先后应力作用方式和方向相同，使相适构造形迹得以强化，驱动油气向同一方向(部位)运移、聚集，创造了储油构造多期充注并利于保存，成为富油构造带。

准噶尔盆地南缘纬向系山前断褶带，历经海西晚期，印支—燕山期和喜马拉雅期多次南北向挤压应力场作用，利于油气向南部东西断褶带运聚，构造稳定便于油气保存。

东部隆起梧桐窝子凹陷，多次强烈褶皱，不整合发育。不整合至少七次之多，即E/K/J/T/P2－3/P1/C/AnC，背斜、向斜内不整合面与地层同步褶皱。七次褶皱运动其轴向完全一致，反映构造应力场最大水平主应力方向先后(长期)一致，因此向斜间的背斜是十分有利的储油构造，推断梧桐窝子背斜极具含油前景。

(3)向斜和背斜局部应力场相反，背斜利于控油

油田发育着众多的向斜构造和背斜构造，这些构造是在水平主应力作用下形成的。因此，地壳中的向斜构造和背斜构造的轴向，代表了这些构造形成时期的最小水平主应力方向。但是，油层深度通常只有几千米，仅相当于实际岩石地壳的覆盖层。分布在背斜上的油层可能表现出向两翼滑下的趋势。因此，在背斜两翼，最大水平主应力方向可能表现为垂直于背斜轴向;背斜顶部，最大水平主应力方向则可能平行背斜轴向。向斜则恰好相反，向斜两翼的最大水平主应力方向平行向斜的轴向;向斜的槽部，最大水平主应力方向可能表现为垂直于向斜的轴向。如准噶尔盆地的火烧山油田，储油构造为近南北向背斜，东翼陡并有南北向逆冲断层，倾向西。在背斜的顶部，横切背斜的剖面显示出倾滑性质的断层迹线。最大水平主应力方向应平行背斜的轴向，为近南北向。在背斜的东翼横切背斜的剖面显示出逆冲性质的断层迹线，最大水平主应力方向应垂直于背斜的轴向，为东西向(刘建中等，1993)。

(4)不同断裂类型，对油气控制作用有别

逆冲、逆掩断层下盘应力高，上盘应力低，上盘利于聚油。正断层下盘应力低。上盘则有两种情况，其一断层倾向与上盘地层倾向同向者，近断层地段低应力，而远断层地段高应力;其二是断层倾向与上盘地层倾向相反者，则近断层地段高应力，远断层地段低应力。正断层低应力区利于富集油气。准噶尔油区和吐哈油区，油气多富集于低应力的断裂附近地区。

(5)现今构造应力场与油气关系

准噶尔—吐哈盆地现今构造应力场仍然处于活跃状态，研究、查明本区现今地应力场对油气勘查、油田开发工作有直接应用意义。准噶尔盆地现今构造应力场，有天山地区南北向挤压应力场，东部的NNW向的河西系可可托海活动断裂构造带最为明显，最为强烈。新疆天山地区、准噶尔盆地现今构造应力场总体上是近南北向挤压应力场，是大区域性构造应力场，油区内不同油田的局部应力场不尽一致，但总体上讲，现今最大水平主应力方向绝大多数垂直本区的断裂走向(图4.27～图4.29)。刘建中、张景和、岳乐平、吴诗平等人研究了不同油田现今地应力状态(表4.21)，讨论其与油气构造的关系，查明天然裂缝与人工裂缝分布特点，了解现今构造应力场特点，为制订油气勘探方案和油田开发方案提供直接的科学的有益数据资料，有利于提高勘探和开发效益。

图4.27 克拉玛依七区现今最大水平主应力方向图(据张景和等，2001)

表4.21 准噶尔－吐哈盆地现今地应力最大水平主应力方向

(据刘建中等，1993;张景和等，2001)

图4.28 克拉玛依风城油田现今最大水平主应力方向图(据张景和等，2001)

图4.29 鄯善油田现今最大水平主应力方向图(据张景和等，2001，有修改)

构造体系的简介

7.1.1 构造体系类型

塔里木盆地及周邻地区主要发育纬向系、西域系、河西系、帕米尔歹字型和青藏歹字型头部外围断褶带及南天山弧、和田弧等构造体系类型，同时在盆地覆盖区内还发育了许多低级别的扭动构造型式。其中主要的控盆构造是纬向系、西域系及帕米尔、青藏两个歹字型。上述构造体系的成生是在古生代以来南北向均匀挤压的构造应力场的背景中，经历多次构造运动的产物。

7.1.1.1 纬向构造体系

在全球构造中，纬向系是最基本的一种构造体系类型。每一个巨型东西复杂构造带自成体系，并出现在一定的纬度上，它的分布具有环球意义。塔里木盆地夹持于天山、昆仑山之间。天山、昆仑山东西带是属于巨型纬向系的一部分，与其相伴的塔里木属巨型沉降区。根据盆地的内部结构，划分出：中央复合东西隆起带、塔北坳陷区及塔南坳陷区三个一级构造单元。下面将中央隆起带及南北坳陷区中的二级构造单元作简要介绍：

（1）库车坳陷带

位于塔里木盆地北部，北为天山东西向隆起带，南接沙雅隆起，面积约3×104km2。它的前身是塔北台缘坳陷，呈东西向展布，是在华力西晚期之后形成的中新生代坳陷。中新生代地层发育齐全，其总厚可达1×104m。该坳陷发育3条弧形背斜构造带，背斜近轴部均发育在压性、扭压性断裂。这些背斜主体呈雁行状分布。

（2）沙雅古隆起带

北与库车坳陷相接，南到塔里木河附近，面积约3×104km2。它开始出现于加里东早期，加里东晚期到海西早期明显抬升，海西期末期定型。这个东西向展布的古生代隆起，除部分地区缺失中生界及古生界外，各时代地层发育较齐全。

（3）阿满古坳陷区

位于沙雅古隆起与中央复合东西隆起带之间，是一个古生代的平缓坳陷区（东西向），古生界发育良好，沉积厚8000～12000m，面积达12.47×104km2。包括阿瓦提坳陷、顺托果勒低隆起、满加尔坳陷、英吉苏坳陷和孔雀河斜坡5个二级构造单元。该坳陷区自中晚古生代开始，由于西域系的复合而出现北西向的隆坳格局。中新生代主体转化为塔北斜坡。

（4）盆地中央复合东西隆起带

航磁资料反映在盆地中部存在一条东西向的古老结晶杂岩构造带，西起乌拉根，东到金雁山，横贯全盆，其宽约40km，由前震旦纪正磁性变质岩及断裂组成。古地理形态特征呈东西向的水下隆起，对塔里木台地下古生界沉积有明显的控制作用。中新生代转化为陆内巨大隆起带，成为塔里木盆地南北山前坳陷带的分水岭。

（5）叶城古坳陷区

该坳陷北邻中央隆起带，南接铁克里克隆起，是加里东期以来长期发育的东西向沉降区，沉积了较厚的古生界，由于帕米尔歹字型的复合改造，坳陷内发育有2-3排北西西向展布的雁列式褶皱、断裂带。

7.1.1.2 西域构造体系

该体系是我国西北地区独特的一种古构造型式，分布广，规模大，分带性明显，主要由复式背斜和压性、压扭性断裂组成的隆起构造带，及与其相伴的沉降带（盆地）。在塔里木盆地及周邻地区主要发育三条一级隆起带，即库鲁克塔格隆起褶断带、巴楚—卡塔克隆起和公格尔隆起褶断带。塔东北坳陷区和塔西南坳陷区属于它的相伴沉降带。现将盆地内的二级构造带简述如下：

（1）阿瓦提、满加尔坳陷

北与沙雅隆起相接，南到中央隆起带，是古生代以来长期沉降的坳陷区。阿瓦提、满加尔坳陷是在阿满古坳陷区（东西向）的基础上，自志留纪开始，由于西域系的复合作用而分离，形成两个北西向坳陷（即阿瓦提坳陷和满加尔坳陷）。古生界发育齐全，是塔里木盆地重要的油气源区。

（2）巴楚—卡塔克隆起

位于盆地中部，原属于中央东西隆起带的一部分，形成于加里东中期，由于西域系的复合作用，使该隆起发生北西向偏移，并于海西期发生北西向断裂及玄武岩喷发，至今仍存在几个北西向的古生界残丘。本区古生界较全，北部缺失中生界和部分新生界。

（3）麦盖提斜坡

位于盆地的西南部，北邻巴楚隆起，呈北西向展布，原属于塔西南古坳陷的斜坡区。自晚古生代以来长期处于斜坡状态。上古生界发育较全。

（4）孔雀河斜坡

位于塔里木东北部，属于满加尔坳陷的斜坡区。海西晚期形成并控制中新生代沉积。

7.1.1.3 河西构造体系

该体系属于我国西部地区继西域系之后，成生于晚中生代—新生代的又一独特构造型式，它主要由北北西向、具极强穿切能力的高角度压扭性断裂构造带组成。在塔里木盆地它主要分布在西部及西北部地区，由北北西向断裂带及断陷槽地组成。表现为复合穿插和改造前中生代构造形迹的特点，如康苏—库孜贡苏断陷、普昌—色力布亚断裂带、喀拉玉尔滚断裂带等。

7.1.1.4 青藏歹字型头部外围断褶带

该断褶带属于青藏系（巨型构造体系）头部外围构造成分，显得有些散漫，在阿尔金地区主要表现为北东方向展布的压性、压扭性断裂及线状褶皱、断陷槽地、条带状侵入体或喷发岩等，形成独特而有规律的构造形迹组合。这一构造带在阿尔金山地区表现尤为强烈，穿切力强，具有左旋扭动之特点。它开始出现于海西晚期，由北东向断裂控制石炭—二叠纪沉积及火山岩分布。中新生代活动剧烈，喜马拉雅期定型。

7.1.1.5 帕米尔歹字型构造体系

该体系主体展布于自帕米尔高原到喜马拉雅山一带，包括三个旋回构造带，由一系列强烈褶断带、压性、压扭性断裂带及超基性、基性及中酸性岩体相伴产出。它的头部围绕帕米尔前寒武系变质岩块，形成弧度极大的顺时针旋扭构造，中部展布于喀喇昆仑山，被河西系重接、斜接复合，尾部环绕着藏北地块，形成了与头部旋扭方向相反而舒缓的褶断带，从头部到尾部总体构成一个巨大的、不对称的反S形。塔西南坳陷区就是它的头部外围坳褶带。该坳褶带古生代时其原型属于纬向系及西域系的构造成分。中新生代以来由于帕米尔歹字型的卷入，使其成为反S形的坳陷区。可进一步划分为喀什凹陷、莎车低隆起和叶城凹陷。

7.1.2 构造体系的基本特征

根据我们的初步研究，上述这些构造体系，在其成生、发展的过程中表现出如下5个特征：即阶段性、继承性、迁移性、差异性和转换性。

7.1.2.1 阶段性

每一构造体系的发生、发展乃至定型，都不是一次运动完成的，而是跟随着区域构造运动的发展具有明显的阶段性，如属于纬向构造体系的沙雅古隆起—库鲁克塔格隆起，震旦纪—中奥陶世为东西向沉降带，晚奥陶世开始有隆起显示，志留—泥盆纪这个东西向隆起带快速抬升并基本定型，石炭—二叠纪仍处于隆起状态，部分地区遭到剥蚀，中新生代沙雅隆起下沉大部分地区被覆盖。

又如西域构造体系，中奥陶世末在巴楚和塔中开始有北西向隆起显示，晚奥陶世—泥盆纪再次抬升，使高部位的上奥陶统—泥盆系遭到剥蚀；石炭纪塔中凸起基本停止活动，并被石炭系覆盖，但巴楚隆起却继续抬升，而且一直延续到喜马拉雅期。

7.1.2.2 继承性

塔里木盆地及周邻地区各类构造体系的形成、演化至少有两次继承性发展，而纬向系和西域系可能有四次继承、发展的过程，如中奥陶世末、志留纪末、泥盆纪末、石炭—二叠纪末等多期构造运动中，两类构造体系都有继承发展。

7.1.2.3 构造迁移性

各构造体系的演化都不是均一的，而在不同发展阶段构造活动具有迁移的特点，如西域系，早古生代期间沉降中心在塔东满加尔地区，但到晚古生代迁移到西部叶城地区。又如纬向系，三叠—侏罗纪，库车坳陷是主要沉降中心区，至新生代便迁移到喀什坳陷。

7.1.2.4 构造活动的差异性

如属纬向构造的沙雅—轮台断裂经历长期多次活动，断裂各段的活动强度、性质各有差异，对油气的控制作用不同。如轮台断裂东段抬升高，西段抬升低，造成上盘古生界—上元古界的分布，东老西新；中生界分布相反，西老东新，使中生界不同层位直接盖在古生界之上。

又如西域系成分的塔中1号断裂带，在地质历史发展的过程中，断裂北部与东部活动强度差异较大，北部的断距小，只有300～500m，而东部的断距竟达千米以上。

另外，组成各类扭动构造不同旋回层的断裂带，其活动强度也不相同，表现出明显的差异性。

7.1.2.5 构造的转换性

构造体系发展史上的挤压和拉张，抬升与沉降的转换是构造体系演化的另一个重要特征，如东西向构造带的沙雅古隆起在早古生代早期为沉降带，从志留、泥盆纪开始转换为隆起带。它北缘的亚南断裂，喜马拉雅期之前为南倾的压扭性断裂带，但自喜马拉雅期开始就转换为北倾的张性断裂带。

7.1.3 构造体系复合关系

塔里木盆地及周邻地区构造体系的复合关系，主要表现出如下几种形式：包容、重叠、交接等。

7.1.3.1 包容复合

一个构造体系范围内的地块或岩块中，往往存在另一个较完整的构造体系或另一构造体系的片段。如西昆仑山的公格尔隆起原属西域系的一级隆起带，现被帕米尔歹字型所包容。

7.1.3.2 重叠复合

这种复合现象，大部发生在大规模的上升或沉降的地区。已经形成的一个完整的构造体的一部分或全部。可以由于大面积隆起而部分或全部得到“加强”，也可以由于沉降而“减弱”。这种“加强”和“减弱”并不意味着原有构造的强弱，只是一种重叠作用所反映出来的表面现象。如原属于纬向系的沙雅古隆起，中新生代随着库车坳陷的沉降而被埋没。物探工作证明该古隆起依然存在。

7.1.3.3 反接复合

反接属于交接复合的一种形式。当两组构造带或压性的构造形迹相互交叉，而很少改变各自的面貌。如果两组构造带的交角大于45°以上时，便可称为反接复合。典型的例子出现在塔里木盆地西北缘，属于河西系北北西向的普昌—色力布亚断裂、皮恰克逊断裂、阿恰断裂等横断属于柯坪弧北东东向的柯坪断裂—沙井子断裂和巴楚隆起，极为引人注目。

中国著名地质学家李四光创建的地质力学中的构造地质术语。指许多不同形态、不同性质、不同等级和不同序次，但都有成生联系的各项构造要素组成的构造带，以及它们之间所夹岩块或地块组合而成的总体。发生在地壳各种岩层和岩体中的构造形迹，都不是孤立存在的，每项构造形迹都有和它相伴而生的一群构造形迹，它们互相间有联系，分布有规律。如同一走向的挤压褶皱带、冲断带，总有与其走向相垂直的张断裂，和与其走向斜交的两组扭断裂等一系列构造形迹伴生。它们在形成和发展过程中，有内在联系，即成生联系。这些具有成生联系的构造形迹群往往集聚成构造带。在构造带之间往往又夹有一些构造形迹相对微弱的地块或岩块。如果它们大体上是同一时期经过一次运动，或者按同一方式经过几次运动产生的，就可把它们当做一个统一的整体，称构造体系。地质力学就是通过对构造形迹的研究，用序次把它们联系起来，反映出共同本质的构造体系。对构造体系的鉴定有3个步骤，即野外工作、数理计算和模拟实验。构造体系的类型划为3类：①巨型纬向构造体系，在中国境内主要有阴山—天山构造带，秦岭—昆仑构造带和南岭构造带；②经向构造体系，有川滇南北向构造带（即横断山脉）；③扭动构造体系，根据作用力方式的不同，还分为直线扭动构造（多字型构造、山字型构造、棋盘格式构造、人字型构造），曲线扭动构造（帚状构造、涡轮状构造、莲花状构造或环状构造、S型和反S型构造、歹字型构造等）。此外，构造体系还有复合与联合的现象。复合归纳为：归并、交接（有重接、斜接、反接、截接）、包容和重叠等4类；联合构造体系常出现在不同方向构造带的联结部位，以边缘弧形构造出现。

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