梨树断陷控陷断层的动态活动特征

逄海明，李增玉

（中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，长春 130062）

梨树断陷是松辽盆地南部地层沉积最厚、发育时期最长，油气最富集的一个断陷。该断陷发育断陷层和坳陷层两套层系，断陷层自下而上发育：火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组，自泉头组以后地层进入坳陷层沉积。桑树台断层作为梨树断陷的控陷断层，主要控制了断陷层的沉积，在该断层的作用下，梨树断陷形成了西断东超的箕状断陷特征[1]。

构造形态上，桑树台断层为在伸展背景下形成的正断层，控制着梨树断陷的构造格架和地层发育，对构造和沉积体系的建立有着重要的意义。从拉张盆地的形成来看，其控盆断层具有走向和位移不断生长发展的动态过程。传统对正断层的研究大都针对断层的横切面，研究其几何形态，主要有横向断距、纵向断距及断层的倾角、倾向等内容。其中断层的位移和长度也存在一定的关系，以下主要从断层的位移与长度变化关系探讨桑树台断层的动态活动特征。

1 正断层的生长模式

图1 断层生长的两种模式对比图

正断层的生长可以分为单一式生长和复合式生长，前者是断层由初期的一条发育而成[图 1（1）]；后者为断层的发育由初期的几条逐渐发育连接而成[图 1（2）]。复合式生长断层发育过程大致分为三个阶段：第一个阶段，断层相互独立生长，未发生拼接和叠合，在将发生拼合的部位总位移为零，断层在各自走向上处于发育生长状态，各断层独立控制着一个小的洼陷，位移—长度剖面呈现多个钟状特征。第二个阶段，断层开始发生相互作用，在靠近断错处，形成传递斜坡，即在具有相同倾向的两条正断层之间形成转换带，各独立洼陷规模扩大，被传递斜坡分割，在叠覆处，位移—长度剖面呈现“M”状，当多条断层连接呈锯齿状特征。第三个阶段，传递斜坡被破坏，连接部位伴生一系列调节小断层，两条断层被新生成的转换断层连接起来，形成统一洼陷区，位移—长度剖面呈现似钟状特征，形成统一的断层[2]。Peacock和Sanderson[6]将生长断层的发育过程分为四个阶段，认为在上述第二个阶段之后，传递斜坡开始被连接断层段的新生断层破坏，之后断层才发生完全拼接。

2 数据测量及研究方法

前人在研究断层时已经发现位移(D)和长度(L) 具有一定的比例关系，主要有D∝L2[7、8]、D∝L1.5[9]、D∝L[10]等模式。其中D∝L模式适应于正常生长的单条断层及硬连接结束后的断层,与其它断层没有发生相互影响[3]。断陷盆地的断层一般被第四系覆盖，研究其正断层的位移（D）、长度（L）关系，主要结合垂直于断层走向的多条地震测线来完成，从正断层的一端到另一端，选取多条垂直断层的地震测线（不同测线的间距已定，据此可以算出长度值），垂直于断层的地震测线得到一系列位移值，再通过分析断层的位移—长度剖面的几何形态来进行研究。一般以断层的长度（用测线号计量）为横坐标，以断层的位移为纵坐标，得出断层的位移—长度关系曲线，它反映的是在断层走向方向上断层位移的变化特征。该研究方法比利用断层横剖面更能反映断层的生长演化特征，断层的横剖面只反映了断层某个部位的几何形态，位移—长度法则是断层活动特征的形象空间展示。

由于梨树断陷已完成了系统的地震资料解释，断层发育的立体特征已给予了充分揭示，系统选取沿断层走向各点的位移值，以沿断层走向各测线的测线号为横坐标，以在地震剖面上经过时深转换的测量断层的倾斜断距（水平断距与垂直断距的平方根）为纵坐标（图2），倾斜断距选向下为正，向上为负，正值表示正断层断距，负值表示存在反转断距。

位移—长度关系的研究适用于拉张盆地和挤压盆地的研究中，长度和位移都可以计算和衡量，断层的位移和长度在一定外力作用下按一定的规律变化，并且存在一定的比例关系。该方法不适用于走滑断层。

在实际测量当中，实测了各断点T5、T、T、T4、T3地震反射层上升盘与下降盘的垂直落差（△hi）、水平断距（△di），并进而求取了各断点的倾斜断距（△Di）。

图2 断层位移－长度测量模式

T5地震反射层上升盘与下降盘的倾斜断距：

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T4地震反射层上升盘与下降盘的倾斜断距：

T3地震反射层上升盘与下降盘的倾斜断距：

分别代表了火石岭时期及以后各个地质阶段断距的累积，沙河子期及以后各个地质阶段断距的累积，营城期及以后各个地质阶段断距的累积，登娄库期及以后各个地质阶段断距的累积，泉头期及以后各个地质阶段断距的累积。

这样火石岭期、沙河子期、营城期、登娄库期和坳陷期断层在与走向垂直方向的位移量分别为：

火石岭末期、营城组末期、登娄库末期存在构造活动[1、4]，致使火石岭组与沙河子组地层、营城组与登娄库组地层及登娄库与泉头组地层存在不整合接触，在计算位移量时，当上升盘和下降盘都存在剥蚀的情况下（假定剥蚀量相当），垂直位移量为同一反射层上升盘与下降盘的垂直位移差，剥蚀量在相减过程中被抵消。由于火石岭期伴随着火山活动，钻井揭露主要以火山岩为主，因此火石岭组算出的位移量不完全代表了断层的活动量，这样得出的火石岭组的位移量误差比较大，不能正确反映桑树台断层在该时期的真实位移量，因此，研究中主要对沙河子、营城、登娄库时期和坳陷期进行了分析。

3 控陷断层的动态活动特征

依据地震剖面测量数据计算，得出了桑树台断层各个地质时期位移—长度剖面（图3）。

沙河子时期是桑树台断层生长时期，组成桑树台断层的南段、中段、北段三条断层主体发生拼接，形成统一的断层，沙河子时期桑树台断层南段最大位移量在 LSLine900测线附近，约为1350m；中段最大位移量在 LSLine1000测线附近，约为 3590m；北段则位移量小于 200m，此时期北段对苏家屯次洼的控制作用弱，主要形成了桑树台主洼和金山次洼两个沉降中心。总体上分析沙河子时期桑树台断层南、中、北三段继承了火石岭时期的形态继续活动，北段该时期断层活动量比较小，桑树台断层该时期主要在桑树台主洼和金山次洼活动，证实该时期梨树断陷主体进入断陷快速生长期。

图3 桑树台断层位移—长度关系图

营城时期桑树台断层继续活动，除主体发生拼接外，各自在径向上继续生长，形成了整体控制梨树断陷、拼合部位有所调整的控盆断层。其典型特征是在位移—长度关系图上呈现“M”型。该时期桑树台断层位移量最大在LSLine900、XDJLine300 和 XDJLine700测线附近，最大位移量分别为1330m、3960m和1080m（图 5）。与沙河子时期相比，营城期桑树台断层南段活动减弱，中段和北段加强，具有生长和活动强度北移的特征。这也造成了桑树台主洼营城组、沙河子组地层发育厚度大，金山次洼沙河子组、苏家屯次洼营城组地层发育厚度大的特征。该时期苏家屯次洼沉降中心开始形成。桑树台断层在该时期的断层位移量最大，也间接说明了营城期为梨树断陷断陷快速发育期，营城期地层是梨树断陷发育最厚的地层之一。

登娄库时期桑树台断层活动开始减弱，随着桑树台断层的最终拼合，桑树台断层在LSLine1100—XDJLine500测线断层位移量相对较大，最大位移量约为2300m。该部位在桑树台断层的控制下形成了新的统一沉降中心。登娄库末期随着左行走滑构造运动，皮家断层发生左行位移，桑树台断层北段与中段在发生拼接的部位被皮家断层错断，桑树台主洼与苏家屯次洼被重新分割，形成了两个相对独立的洼陷。

图4 桑树台断层断陷期位移平面图

坳陷期桑树台断层活动趋于停止，最大位移量在LSLine1300测线附近，约为900m，该时期以地层沉降为主，区域沉降作用取代了断层的控陷作用。

4 结论

结合桑树台断层各个时期的活动特征，分析其动态演化过程，如图6所示，总体上看桑树台断层的控陷作用主要有几个方面特征：

图5 桑树台断层南、中、北部地震剖面对比图

1）从断层活动位移量大小来看，断陷发育期桑树台断层在伸展作用下的发育比较快，营城期桑树台断层的活动位移量最大，其次为沙河子时期，登娄库时期为断坳转换期，断层活动位移量减小，到坳陷期断层的活动趋于停止，以整体的区域性沉降为主。

2）从断层的发育情况来看，桑树台断层为复合式生长断层，早期为三段式发育特征，桑树台断层南段、中段和北段早期独立发育，到沙河子后期发生拼接形成统一的断层，营城期断裂生长和活动强度向北增强，使梨树断陷主体营城组沉积厚度最大，登娄库末期在左行走滑应力的作用下，皮家断层发生走滑，桑树台断层沿着拼接部位发生错断。

3）在早期火山岭—沙河子时期，桑树台断层南段、中段控制下，形成了桑树台主洼和金山次洼两个沉降—沉积中心，，到营城期随着桑树台断层北段活动加强，形成了苏家屯次洼沉降中心。桑树台主洼和苏家屯次洼这两个洼陷早期为互相独立的，到营城末期随着桑树台断层的拼合开始发生联系，到登末又受到皮家断层的走滑切割作用。

图6 桑树台断层不同时期动态演化特征图

此外从断层的控陷特征来看，在沙河子、营城期桑树台断层位移量比较大，靠近断层处的陡坡扇、水下扇体，以及东部斜坡部位的大型扇三角洲、辫状河三角洲等沉积体系为油气勘探的有利目标区域。断层控制和影响着梨树断陷的地层格架和沉积物源体系的发育等。

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