论复合型花状构造

贾红义，汤梦静

(胜利油田分公司 物探研究院，山东 东营 257022)

引 言

中、新生代以来，中国东部大型陆相断陷湖盆的形成演化大多与郯庐断裂带的大规模走滑-伸展作用有关[1-3]。湖盆内发育的伸展张性断裂在地震剖面上常以“地堑”式、“地垒”式、“Y”字型、“花状”等多种构造组合，为油气聚集提供了良好的构造圈闭条件，特别是“花状”构造圈闭更是油气聚储富集的理想场所。近年来针对花状构造的研究逐渐引起构造地质学家特别是油气勘探工作者的重视，已逐步纳入油气勘探开发课题的研究范畴。

走滑断裂沿断层面走向一盘相对于另一盘作水平运动，应力来自两侧剪切力作用，是由扭应力或剪应力引起地壳或岩石圈沿着某些构造边界或特定的构造带发生走滑变形的构造作用，表现方式有3种，即平行扭动、聚敛扭动(压扭)和离散扭动(张扭)。传统上认为，花状构造是指走滑断裂带的特征性构造，在剖面上表现出断层面自下而上成花状撒开，根据其结构和力学性质可分为正花状和负花状构造。走滑断裂平面上通常直线延伸，并水平错断基底；断裂线呈丝带状，走向在一定角度内变化。在组合上，走滑断裂由于次生断裂的存在，往往形成规模较大的断裂带，侧翼同期派生褶皱和断层呈雁行式展布[4]。

地震剖面上，花状构造通常表现为一条上缓下陡的主断裂和自下而上呈底部收敛、合并，向上花束状撒开的次级断裂组合。其中主断面陡直地插入基底，形成透入式的基底断裂。经典的花状构造包括正花状构造和负花状构造。正花状构造[5]表现为一条陡立的走滑断层和一组向上分叉撒开的背冲逆断层构成的花状组合，内部地层呈现背形或正向凸隆形，是压扭(剪)性走滑断层活动的产物，有逆断倾滑分量。正花状构造在常规地震剖面上表现为“挤压、逆断、背形”形态。负花状构造[6-9]是由主走滑断层与向上撒开的分支正断层构成的花状组合，内部地层呈现为向形或堑楔形，是离散性走滑断层活动的产物，有正断倾滑分量。负花状构造在地震剖面上表现为“拉张、正断、向形”形态。

似花状构造是指在区域挤压或者拉张背景下，并且同时伴有扭应力作用，形成扭张或扭压断裂构造。剖面上，构造形态与花状构造相类似，故此得名。在地质上，具备形成似花状断裂组合的主要动力学成因有张扭作用、深部物质底辟作用和压扭作用等，但未形成统一的认识。

中、新生代，渤海湾盆地历经印支期、燕山期、喜马拉雅期等多期次构造运动，产生了复杂多样的叠加改造型构造，如走滑-伸展构造[10]、扭张与张扭构造[11]、压扭构造[12]、反转构造[13-14]等。现存的构造是多期次构造演化并经时空改造变形叠加的结果，梳理、恢复各阶段的构造样式对认识盆地原型具有重要的实践意义。但是，目前国内外对复合构造样式的研究往往以现今剖面形态和平面组合来讨论某个地质时期的构造及其演化特征，引起勘探认识误判和地质实践的误导。以渤海湾盆地为例，内部发育的大型断裂在新生代的张性伸展活动均具有倾滑性质[15]。通常同一构造演化阶段，走滑和伸展应力共同作用，形成的构造样式常被命名为“扭张”、“张扭”、“走滑-伸展”等诸多种[16-19]，对其特征的描述多为平面上雁列式、羽列式或帚状组合，剖面上表现为多级“Y”字形或似花状构造。值得注意的是，这两种应力的作用在大小或方向上往往不同，走滑强-伸展弱和走滑弱-伸展强产生的构造变形应该存在着差异，又如不同演化阶段不同性质应力的叠加，先走滑-后伸展和先伸展-后走滑产生的构造样式也存在差异。但是，目前对这种不同应力叠加及其产生的构造变形差异性的研究较少[20-21]，多为静态的、定性的分析，缺少定量的、动态的研究和差异性的对比，进而给构造应力场的恢复、盆地内构造圈闭的判识与分类、构造对沉积的控制作用以及油气成藏等方面的研究带来了困难。

新生代，郯庐断裂带大规模的走滑-伸展作用导致相邻的济阳坳陷也伴生发育了多种张扭构造[22-24]。其中，构造最为复杂、断层活动尤为强烈、构造样式差异变化多样的惠民凹陷极具代表[25]，发育了典型的帚状构造、火山底辟构造、垒堑构造及其相关构造样式。在惠民凹陷中央隆起带广泛发育复合型花状构造，表现为在不同的构造作用期的同一区块，乃至不同区块的同一构造作用期，形成的具有复合性质的复合花状或似花状断裂构造。后期张扭作用对先形成的构造进行改造以致构造成型致使剖面上同一构造现象是两期乃至多期构造的叠加。最终后期或晚期的张扭作用在浅部盖层处形成由低序级正断层组合而成的似负花状构造，而深部形成基底卷入型垒块或背斜形构造，呈现下部“垒/隆”背形与上部“负花状”相互叠置的“复合花状”构造样式。对于该类型构造现象的地质特征、平面分布规律，至今还没有展开深入研究，对其成因更没有明确的认识，制约了勘探潜力的认识。为搞清楚似花状构造的成因及与断裂走滑活动的关系，作者就惠民凹陷新生代伸展活动形成的似花状构造展开研究，探讨其形成的深部地质作用及成因机制，以引起油气勘探及地质界的重视，此文仅供商榷。

1 区域地质概况

惠民凹陷位于渤海湾盆地济阳坳陷的西南部,历经中、新生代多旋回构造演化，最终定型于新近纪拗陷沉积期，是一个典型的陆相碎屑岩系沉积湖盆。大地构造背景上，惠民凹陷南抵鲁西隆起，北依埕宁隆起，位于隐伏的兰聊断裂带与郯庐断裂带之间，在其形成和发育演化过程中受制于上述四大构造单元多期次交错叠合作用的影响和制约。古近纪，惠民凹陷的伸展断陷活动极为强烈，内部沉积基底多幕次翘倾作用引起盖层变形，基底断裂切割改造诱发火成岩多期次的侵入和喷发；凹陷内部沉积沉降中心亦不断迁移变化；凹陷结构由孔店组-沙四段沉积期北部陵县-阳信断裂控制的北断南超大型半地堑单断湖盆向沙三段-东营组沉积期由夏口断裂带和临商断裂带控制的复合型双断湖盆演化[26-28]。惠民凹陷沉积充填的地层为孔店组、沙河街组和东营组陆相碎屑岩系地层；发育的构造基本形态以断裂及复杂断块为主[29](图1)。

图1 惠民凹陷第三系构造纲要图

整体上，惠民凹陷新生代内部的断裂体系多以伸展正断层为主，构造、断裂延伸方向以NE向为主，其次是近EW、NEE方向；伸展应力方向以NNW—SSE向为主。平面上，EW、NEE向断层、构造呈向西南端收敛、向北东端发散的帚状构造格局。断裂的平面组合形式有平行式、雁列式、羽列式、斜交式等多种类型，较为典型的为临邑帚状构造。断裂的剖面组合特征主要表现为阶梯状、地堑和地垒、“Y”字形及花状构造。从形成时代看，陵县-阳信断层、齐河断层及夏口断层发育较早，凹陷中部的断裂及构造则发育相对较晚，以临邑-商河-沙河断裂为代表，形成于沙四段沉积晚期，一直持续活动到新近纪。

2 复合型似花状构造

2.1 垒-背花状构造

临北断阶带地处惠民凹陷中央隆起带临邑断层东部撒开端，发育多组不同级别的断层。其中临邑控洼断裂深切基底，平面上主干断裂北西向凸出、北北东向延伸，与其末端发散的一组近东西向四级断裂构成马尾状、羽状或“卷心菜”状，整体呈向西收敛、向东撒开右行左阶的帚状断裂系。该带勘探面积约220 km2，是惠民凹陷油气富集聚集带，已在沙四段、沙三段、沙二段、馆陶组等9个层系发现油气藏，类型以构造、构造岩性油藏为主。

惠民凹陷断裂构造活动性质的变化及活动的幕式特点，决定了断层组合样式的多样性与多变性。在平面、剖面及空间组合上形态多样。盘河构造带断裂延展以NE向为主，而商河构造带断裂以近东西、北东东向为主，在两大构造结合的鞍部临北断阶带发育了一种特殊的构造样式——垒-背式花状构造(图2)。表1所示为该地震剖面层序界面地质年代信息。图2中，T4地震标准反射层对应于沙三上亚段底界面，该界面反射同相轴具有中一强振幅、中等连续反射特征。T6强振幅、中等连续强反射层为沙三中亚段底界面，T4、T6在本区均可连续追踪。

图2 惠民凹陷南北向L1线地震解释剖面图(测线位置见图1)

表1 惠民凹陷古近系地质年代表

在三维地震剖面上，临北地区各序级断层主要表现为“铲状”或“座椅状”，自南向北依次排列发育4组规模较大的南倾正断层。其中，F6断层作为分界断层，北侧的上升盘构成了中央隆起带，南侧的下降盘则对应了临南洼陷。剖面上，浅层断层大量发育，构造复杂。F2断层被浅层的花状构造限制和切割，在沙一段沉积时期即停止发育。F4、F6断层呈“座椅状”，且于断面椅座下方发育了北倾断层f1、f3，均切割了沙三中、下亚段及其下部地层。断层f1、f3分别被南倾断层F4、F6切割和限制，形成垒块状结构。而更为值得一提的是在F4断层北侧发育了伴生断层，同时在下倾端(南翼)出现了F3断层，其断面形态与F4断层形态、步调协同一致，显示其间活动的同步性。在F3断层面椅背处浅部发育了聚敛式花状构造，显示构造的迁移性。F6垒块上部紧贴断面椅背处亦发育了由束状向上、向外撒开的、离散型正离距的伸展断层所限定的花状构造,整体呈现为下部“垒块”结构，上部“花束状负向结构”的剖面组合样式，作者称之为下部垒块背驮上方负花状构造，简称垒背花状构造。

平面上，垒-背式花状构造位于盘河与商河构造结合的构造转换背景，发育于临邑帚状构造撒开端[30]，与宿安沟负向构造的发育密切相关。横向追溯垒背花状构造平面发育特征，发现在商河构造主体隆起构造部位，虽然下伏垒块构造发育，但紧贴主干断裂面的花状构造在浅层并不发育，即伴生断层欠发育。

2.2 隆-背式花状构造

现今盘河油田分布的地区，大部位于临邑断裂带上升盘的背斜构造带，属于典型的复杂断块构造区。盘河背斜构造带向东与临北断阶带衔接，发育了帚状断裂体系、棋盘式断裂体系，总体表现为被断层复杂化了的花式背斜带。该带孔店组-沙四段地层沉积厚度均呈现为由南向北、自东向西逐渐增大的态势，而其上发育的沙三段及以上沉积地层相对较薄，局部亦显示有剥蚀削减特征。受北东向和北西西向两组断层切割,盘河背斜南翼地层为断层切割，背斜北翼地层被南倾断层切割，形成了一系列的反向断块构造，构成了棋盘式复杂断块构造带。沿盘河背斜构造南北方向，作者解释了测线L2剖面(图3)。剖面上，主干断层和次级断层皆呈现为正断层，共同组合成向上撒开、向下收敛合并的似花状构造特征。但主干断层多呈犁形或铲形；花心部位断裂规模小而密集，断块十分破碎、构造极其复杂；而自花心部位向两侧，地层逐阶抬升，其产状呈向南、向北倾斜，表现出“多米诺”式阶梯延伸态势。形成的断块中间小而碎，向两侧规模渐次加大且显完整。纵观剖面可以发现，自T8′及以上地层，整体呈现为内敛向形的构造特征，表现为由上至下变窄的“楔形”。而自T8及其以下地层，整体呈现为向上背形的构造特征，即古近纪沉积基底表现为上隆态势。尤其是陵县基底拆离大断面与沉积基底同步上拱，只是在沙四段沉积时期被晚期新生PF2、PF3断层切割错断。地震剖面形态呈底隆上凹复合型构造特征，作者称之为“隆背花状构造”(图3)。

图3 惠民凹陷南北向L2线地震解释剖面图

垂直横切L2线的地震解释剖面L3线显示(图4)，孔店组-沙四段沉积地层表现为膝弯波状起伏，陵县基底滑脱面亦随之同步变化。图4中，剖面西部即靠近陵县凸起构造部位，基底滑脱面及上覆地层急剧抬升陡倾；而紧邻临邑大断裂的上升盘部位，地层产状则出现随断裂下降盘洼陷沉降区的地层同步下倾特征。聚焦剖面中部，地层自下而上整体呈向上隆起的背斜形态，隆起背斜的主轴中心处发育了切割古近纪地层直至基底的东倾断裂PF3，该断层断面表现为近于“座椅状”弯曲变形特征。具体特征为，PF3深部断面在T8界面以下，即断面在孔店组二段及其以下地层内直立陡倾近犁形切入基底；在T8界面以上，孔店组一段及以上地层内断面舒缓斜倾延伸直至浅部又渐变为陡倾形态。PF3断裂下降盘东翼地层破碎、断块小而复杂，且在古近纪地层内发育大量向上撒开并滑脱收敛、消亡于主枝断面的次级正断层，并与PF3基底断裂组成上部伸展、下部收敛的似花状构造。F3断裂西翼地层保存完整、断块相对稳定，发育的断层稀疏、数量较少、产状平缓、延伸距离则相对较长，断层断面体现为在顺地层躺滑的特征。

图4 惠民凹陷东西向L3线地震解释剖面图

总之，平面上盘河棋盘式构造部位和商河构造西翼的临北断阶带发育的复合型花状构造区域位置及构造背景不同，但均处于洼陷向中央隆起带过渡部位，断裂密集成带分布、应力释放较为集中，形成的构造形态具有异曲同工之处。剖面上，两带发育的复合型花状构造具有相似的几何学特征，均表现为主干断裂入基底，次级伴生断层发育、块断节次对称，共同组成向上撒开、向下收敛合并的负向花状构造；同时与深部正向垒块或背形上拱的沉积地层及基底组成复合型花状构造，即深部隆(垒)背形构造，浅层负花状构造形态(图3、图4)。

3 成因分析

上述两种复合型花状构造的几何要素、平面和剖面组合特征以及形态样式等空间上的差异性，与惠民凹陷不同阶段、不同性质动力学背景作用有关。区域上，惠民凹陷新生代主要受郯庐断裂的右旋走滑应力场的影响。同时惠民凹陷西翼兰聊断裂带整体呈NEE向左阶错列的正断层组合，其内部块体发生了顺时针旋转，反映仍为右旋组合，具张扭性力学性质。加之整个渤海湾盆地在岩石圈发生拆沉作用下，深部地幔对流上涌，形成垂直最大压应力、水平方向拉张伸展应力场[31]。右行兰聊断裂带和南部持续抬升的鲁西隆起的砥柱作用[32]及幕式活动的埕宁隆起组成多边应力场，共同控制了惠民凹陷形成及内部构造的差异性。在区域张扭应力场下，惠民凹陷产生不同方向、不同性质的断裂(构造带)，发育的中央背斜隆起带分割了阳信洼陷、滋镇洼陷和临南洼陷，且自西向东盘河构造、临邑北及商河构造带等不同构造单元具有不同的地质结构(包括物质充填结构和构造结构)。自沙三段沉积期始，凹陷中部活动强烈，发育了临南双断式洼陷和由NE走向的盘河构造带与NEE走向的商河构造带组成的中央隆起带。特别是临北地区，独有的断裂构造发育特点和其差异变化记录着惠民凹陷北部构造演化史信息，对其区域构造应力演化特征、成因机制的深入剖析，具有十分重要的意义。

为此，作者利用临邑北高密度地震采集资料选取南北向L2地震剖面，在地震标准反射层精细解释的基础上，通过全区大量钻、测井资料对比分析，制作了L2测线地质构造恢复平衡剖面(图5)。

图5 惠民凹陷西部L1线构造演化剖面图

孔店组沉积时期，沿L2地震测线发育了5组切割新生代沉积基底界面(Tr)的北掉断层，其中靠近北部陵县-阳信控凹边界断层的一组f6断层一直活动到新近纪，而规模相对较大的北掉断层自f5向f3方向则活动强度渐次减弱，其中f2、f4北掉断层仅活动至沙四段沉积时期便终止活动，由此可见，自北向南断层活动不断减弱。而在孔店组-沙四段沉积时期，南倾断层仅出现主干断层F2、F6，其中断层F2发育了北掉伴生断层，显示活动稍强于F6。对地层沉积厚度而言，孔店组-沙四段沉积时期地层北厚南薄，与断层活动性相匹配。沙三下亚段沉积时期，构造活动呈现为相对稳定期，断裂构造继承性发育，没有新发育断层。沙三中亚段沉积时期，F2、F6之间发育了F4、f1、F5新生断层，均呈现调节断层性质。随着构造演化的持续，到沙三上亚段沉积时期，在F4断层南翼发育了F3断层，且其活动性不断增强。沙二段沉积时期，全区基本维持了沙三上亚段沉积时期的断裂构造格局，仅局部活动性增强，表现在断层F4上升盘旁侧发育了伴生断层，同时F5断层下降盘一侧发育了北掉伴生断层。自沙一段沉积时期，构造运动趋于活跃，浅层断层大量发育，靠近断层F3、F6处均发育了由束状向上、向外撒开的由伸展正断层所限定的花状构造,且花状构造限制和制约了活动断层F2的发育。新近纪，本区断裂发育仍呈现持续活跃状态，有别于济阳坳陷其他凹陷。此外，图4还揭示，自沙三段沉积始，地层沉积厚度呈现为南厚北薄。显示，沙三段-新近纪沉积构造格局完全有别于孔店组-沙四段沉积期。

盘河背斜构造的主体部位广泛发育隆背花状构造。地震剖面揭示，陵县基底断层拆离面与沉积基底及上覆沉积地层均具上隆背斜形态。根据构造恢复，孔店组沉积时期，陵县断裂断面呈铲式特征，孔店组地层半地堑单断湖盆沉积；到沙四段沉积早期，沉积基底上隆，陵县—宁南断裂面及上覆地层出现背凸弯曲变形。沙四段沉积末期—古近纪末期，惠民中央隆起带形成并持续活动，陵县断裂面被多期次切割改造，断面下伏的潜山形态愈加明显，而上覆的沙四段及以上地层被多级次断裂切割改造，形成复杂断块组合特征。经过济阳运动和东营运动抬升，沙三段及以上地层受到剥蚀。

剖面上，隆背花状构造下部为孔店组—沙四段背斜构造，内部被断层复杂化，呈向下收敛、向上撒开的正断层组合形态。故此，该构造样式是底劈作用的结果，是在外力作用下，地壳深部塑性或流体物质会从深部向浅层底辟刺穿，并引起负载层褶皱变形。基底的上隆首先在深部形成底辟背形构造样式，进而导致浅部地层侧倾与滑移错断，形成似负花状构造。基底隆升与浅部花状构造形成于沙四段沉积晚期。由此可以认为，是同一应力作用的结果，是同一个构造体系在深浅不同部位的构造样式差异表现。

4 问题与讨论

(1)临商断裂帚状断裂带主要由临邑主干断裂及一系列受主走滑断裂影响形成的近东西向展布的三级、四级张性正断层组成。平面上展现为南西端收敛、向北东方向撒开的帚状，各次级分支断层之间呈东西向相互平行展布；剖面上，帚状分枝的次级断裂发育，整个帚状分支带表现为多级“Y”字型、似花状或阶梯状构造。临邑断裂剖面上断面主要表现为“铲状”或“座椅状”，该断层活动强烈，断距较大，大约在300～2 000 m之间，上下地层断距差异明显，馆陶组以下地层断距较大，馆陶组以上地层断距小。目前，大多数学者认为帚状构造体系是走滑作用的产物，现在的问题是，在临邑断裂的主走滑断裂上没有像样的花状构造发育，而在其上升盘的盘河背斜构造上发育了复合型花状构造。

(2)临邑断裂NEE向延伸的次级断层及其旁侧伴生断层，自南向北依次节节排列，组成了临北断阶带，在临北断阶带，凡是有深部垒块发育的主断裂上浅部均发育了花状构造，且其发育时期主要集中于沙一段到东营组地层沉积期。而在商河构造主体构造部位，深部亦同样发育垒块构造，而在浅部却鲜有开花型构造发育。即浅部花状构造的发育与古近纪晚期构造沉降密切相关。

(3)本文介绍的两种复合型花状构造是时间上历经多期构造运动，空间上深部构造和浅部相多期叠加的结果，与走滑作用没有直接的关系。因此，在判识地震剖面上形状像“花”或“半花”一样的构造是否与走滑断裂作用有关时，必须根据组成“花状”的断裂的平面分布(如雁列或瓣状)即断裂的空间几何特征来判断，不能将剖面上“花状”构造全归因于走滑作用，因为许多剖面上的“负花状”的构造是伸展拉张作用的伴生物。同样，底劈作用同样可形成花状构造，均与走滑作用完全无关。走滑断裂带断层形态复杂，平面上断断续续、时隐时现，剖面上忽直立状，忽陡坡状；性质变化大，经常是沿着断层走向，一段是压扭性的，一段是张扭性的，因此很难从一个实例研究中得出普遍性的结论，这就导致了走滑构造带的研究程度比较低。走滑断裂主要判识特征应包含：①发育基底卷入型构造；②主位移带在深部近直立；③断裂向上发散分叉和汇聚，低序级断裂大量发育。而走滑断裂两盘岩石特征包括：①基底类型有明显的差别；②在同一地层单元内地层厚度和岩相发生突变。实际工作中，还需进行剖面对比及剖面平衡恢复。此外，地球物理资料如重磁资料也是不可或缺的佐证。同时，地质露头及区域地质条件亦是有力的证据。

(4)实际地震资料由于深部成像精度不高，加之走滑作用引起断裂带内部强烈的剪切破碎，倾角陡，地层连续性差，地质构造反射信息不清或扭动性质不易判断，花状构造常与特殊地质现象混淆，解释存在某些误区。T.P Harding归纳并总结了容易混淆的构造现象，包括易与正花状构造混淆的有压性断块、缩短的地垒、脱顶箱状褶皱、三角形构造、岩侵褶皱、正向构造倒转、阶状逆断层、断裂背形等；易与负花状构造混淆的包括拉张断块、拉张地堑、脱顶正断层、断裂向斜、溶解塌陷、负向构造倒转等[33-34]，这就是鉴别走滑断层和花状构造的“陷阱”。因此，仅简单地根据断层的组合形态，容易造成误判。

5 结 论

(1)惠民凹陷中央隆起带的垒-背式花状构造发育于滋镇洼陷向临南洼陷转换过渡的构造部位。剖面上揭示早期北倾断层与晚期新生南倾断层均具盆倾断层特征，即断层面倾向指示洼陷沉降中心区。由于滋镇洼陷孔店组-沙四段沉积期强烈活动而后活动强度趋弱，而其南部的临南洼陷在沙三段沉积期继续发育并强烈活动，导致凹陷沉积沉降中心发生了迁移。新生的南倾断层切割并限制早期发育的北倾断层，最终南倾断层和北倾断层共同夹持形成了深部地垒块构造。东营组沉积期断陷活动再次加剧，次生断层大量发育，浅部发育花状构造，最终导致不同时期形成的不同构造样式在垂向的叠合。

(2)惠民凹陷中央隆起带隆-背式花状构造发育于临邑断裂带上升盘的盘河背斜的主体构造部位，应力可能来自地壳深部塑性或流体物质上涌，表现为基底隆升、中浅层断陷的底隆上凹构造叠覆的结构特征，可能是相同时期形成的不同构造样式在同一构造部位的叠合。

(3)在地质发展过程中，各种构造样式并不是一成不变的，而是相互转化的。现今的构造样式是不同时代、不同应力场作用的最终结果。各种构造样式在空间上相互利用、相互改造，共存于一个构造体系之中，进而形成了复杂的构造叠加关系。在一个剖面上，不同时期，由于区域应力场的改变造成早期先形成的构造因受到后期构造应力影响而发生性质的改变，常表现为复合构造。