南襄盆地南陽凹陷北部坡折帶類型及其古構(gòu)造意義

山坡折疊是地形學(xué)的概念，指地形坡度變化較大的古地理區(qū)域。它對同生斷層和沉積層序及相帶的發(fā)育有重要控制作用,既是盆地的主要沉積區(qū),又是油氣的主要成藏儲藏區(qū)?；顔螖嗍綌嘞菖璧卦谥袊鴸|部分布較為廣泛,箕狀凹陷坡折帶的深入研究對整個斷陷盆地的成藏規(guī)律分析有重要意義。南襄盆地南陽凹陷為一南深北淺的中新生代箕狀斷陷湖盆(圖1),面積3600km2,其形成受控于南部新野—唐河鏟狀邊界大斷裂。盆內(nèi)有東莊和牛三門2個生油次凹,蓋層最大厚度5500m以上,自下而上發(fā)育有下第三系玉皇頂—大倉房組、核桃園組、廖莊組、上第三系上寺組及第四系,其中核桃園組是該凹陷油氣勘探的主要目的層,其沉積厚度一般為2000～3000m。據(jù)構(gòu)造和沉積特征,可將凹陷分為南部斷坡帶、中部凹陷帶和北部斜坡帶。由于只經(jīng)歷了喜山期的一次構(gòu)造旋回作用,該凹陷構(gòu)造和沉積現(xiàn)象較少受其他地質(zhì)因素影響因而沒有復(fù)雜化,是研究箕狀斷陷坡折帶的理想范例。1不同構(gòu)造變形區(qū)的彎折演化箕狀斷陷盆地中,邊界鏟式大斷裂是斷陷盆地邊界斷層常見的幾何學(xué)形態(tài),這種斷層的滑動導(dǎo)致斷層上盤(緩坡帶)彎折變形,沉積斜坡坡度發(fā)生明顯變化,斷層上盤伸展斷彎褶皺發(fā)育,進(jìn)而形成彎折型坡折帶,簡稱彎折帶。理論計算及物理模擬研究表明,盆地內(nèi)部的變形與控盆主邊界斷層的幾何形態(tài)密切相關(guān)。圖2a表示一個切過先存地層并隨深度向下彎折變緩的正斷層。當(dāng)斷層上盤與下盤拉開時,如果是剛性體,則會在兩者之間形成一個空隙帶(圖2b),但巖層并非剛性體,會通過向下崩塌或塑性變形來充填這個空隙(圖2c),從而導(dǎo)致巖層變形。依據(jù)庫侖剪切破裂理論,上盤巖塊受重力作用將沿著傾斜角約為70°的庫侖破裂面滑移而充填這個空隙(圖2b)。在這一過程中,將發(fā)生沿庫侖剪切破裂面方向的變形,形成滾動背斜。變形區(qū)構(gòu)成了滾動背斜的前翼,并處于沿斷層彎折部位定位的活動軸面和不活動軸面之間。不活動軸面是代表變形前沿活動軸面分布的巖石的一個界面。在遞進(jìn)的斷層滑移過程中,活動軸面向離開不活動軸面的方向移動,從而,滾動變形區(qū)隨斷層位移增大而逐漸加寬(圖2d)。圖2e和2f表示斷層上盤同沉積地層中伸展斷彎的發(fā)育過程。同沉積地層變形區(qū)在一個由先存地層頂面、活動軸面和生長軸面限制的楔形生長區(qū)內(nèi),圖2e中的巖層1是最新沉積物,活動軸面和生長軸面在巖層1界面的交會點(diǎn)是正在進(jìn)入變形區(qū)的物質(zhì)。圖2f表示巖層2沉積時,進(jìn)入生長楔內(nèi)的巖層1已發(fā)生平行于活動軸面的變形。在斷陷盆地中,受鏟式斷層控制的伸展斷彎褶皺的前翼越向下,進(jìn)入變形區(qū)的巖層越寬,斷彎褶皺幅度越大;向上則逐漸變窄,以致消失,巖層為水平。在邊界斷層和沉積地層繼承發(fā)育的情形下(圖2g),上盤內(nèi)可以發(fā)育多個相應(yīng)的庫侖剪切變形帶,且傾向與邊界斷層的傾向相反。實際的控邊斷層往往表現(xiàn)為光滑的曲線,由此控制的伸展斷彎褶皺也表現(xiàn)為連續(xù)的彎曲,而非簡單的膝折。因此,由斷陷盆地控凹鏟形正斷層活動導(dǎo)致的活動軸面或非活動軸面的變化是彎折形成的主要原因。而鏟形正斷層的持續(xù)活動使沉降中心和沉積中心同步向控凹斷層一側(cè)移動,形成多個連續(xù)的斷層彎折。所以,彎折帶軸向在平面和剖面上都近似平行于邊界大斷裂。2折帶彎曲程度和沉積速率對斷層平面特征的影響南陽凹陷同沉積斷層主要沿坡折帶軸線區(qū)分布,其形成主要受坡折帶彎曲程度(主要影響斷層剖面特征)及沉積速率和相帶(主要影響斷層平面特征)的控制。坡折朝向深湖一側(cè)是同生長斷層發(fā)育的主要地方,朝向濱湖一側(cè)是后生反向正斷層產(chǎn)生的主要區(qū)域。2.1差異壓實作用的結(jié)果坡折帶單斜撓曲作用:使該區(qū)地層拉伸彎折,形成應(yīng)力集中帶,是同沉積斷層發(fā)生的主要誘因。另外,蓋層呈單斜撓曲,在樞紐帶上巖層的傾角與厚度有一突變,沉積物的荷重是控制生長斷層的另一主要因素。差異壓實作用:在推進(jìn)式三角洲的沉積巖系中,由于巖層的橫向非均質(zhì)性,受其上覆堆積物的重力作用時必然出現(xiàn)差異壓實。這是因為,砂巖與頁巖的壓實率不相等,他們的原始體積與壓實后的體積有一變化,砂泥兩者之間體積變化最大的地方,出現(xiàn)在巖系中巖性厚度變化最劇烈的位置上。差異壓實作用的結(jié)果,使巖層以褶皺變動的形式開始,以斷層破壞作用而告終。重力蠕動滑動:蠕動滑移開始有一個平衡階段,當(dāng)重力分量超過了巖石的內(nèi)聚力、滑動面的摩擦力和邊緣的摩擦力時,則開始沿層滑動。隨著沉降幅度的增大,坡折帶巖層的表面曲率相應(yīng)增大,使得水平分量增大,從而導(dǎo)致未固結(jié)的沉積物順傾向移動,水平位移的積累必然造成沉積物極大地蠕動而張裂,隨后的蠕動滑移是連續(xù)活動的。運(yùn)動幅度與地層斜率和沉積重量的增加成正比。2.2向湖推進(jìn)的同生斷層平面展布特征:平面上總體展布在與邊界斷裂近平行的坡折帶范圍內(nèi),軸向上生長斷層具有圍繞局部沉積中心發(fā)育的趨勢(圖1)。同沉積斷裂具有多種平面組合樣式,包括平行或雁行狀斷裂系、梳狀斷裂系、帚狀斷裂系以及斷裂調(diào)節(jié)帶等。沉積速度與沉降速度的比值增大,斷層間距變小,由于沉積速度大于盆地的沉降速度,三角洲迅速向前推進(jìn),新的沉積中心連續(xù)形成,促使生長斷層活動加劇。當(dāng)三角洲向湖推進(jìn)時,波浪狀的生長斷層由老而新向深湖推進(jìn),并與坡折帶平行伴生,從圖3上剖面坡折帶處發(fā)育的同生斷層可清晰地發(fā)現(xiàn)此規(guī)律。剖面特征:上陡下緩,70°～40°變化,向深處斷面逐漸變緩,并逐漸與泥質(zhì)巖層層面平行,最后斷層在層間或?qū)觾?nèi)發(fā)生滑動而消失,于是巖層的破裂變位被柔性變形所代替。剖面上發(fā)育具旋回性,中部斷距大,上下斷距小,可通過研究其生長指數(shù)(地層兩盤厚度的比值)來確認(rèn)。坡折帶地層原始曲率的增加使斷層斷距規(guī)模加大,從圖3a和3b南陽凹陷2張地震剖面(位置見圖1)對比可以看出,圖3a南掉同生斷層斷距規(guī)模較小,圖3b同生斷層斷距規(guī)模較大(核桃園地層沉積時的古地貌,圖3b坡折帶地層曲率要比圖3a的大,現(xiàn)今剖面對比不明顯是由凹陷消亡期抬升作用的差異性引起的,從2張剖面上后生斷層的發(fā)育程度及坡折帶上側(cè)核桃園地層沉積厚度的變化可以證明)。3彎折帶上中下游流域內(nèi)沉積旋回和變形補(bǔ)償作用南陽凹陷坡折帶控制著其沉積及沉積層序的形成(圖4),凹陷物源主要來自北部社旗凸起、師崗?fù)蛊鸷蛯捑彵辈勘┞秴^(qū)。低位期,坡折帶之上為暴露剝蝕、下切水道和沖積—濱岸平原沉積,坡折帶內(nèi)為低位扇和湖泊相沉積;高位期,坡折帶之上主要為辮狀三角洲平原或濱湖區(qū),之下為辮狀三角洲朵狀砂體或深湖—半深湖發(fā)育區(qū)。坡折帶上下沉積厚度發(fā)生突變。彎折帶以上一般坡度平緩,各層序厚度相對較薄,變化穩(wěn)定;彎折帶以下坡度突然加大,各層序厚度明顯增加,地層格架上呈緩坡向上散開的扇形。坡折帶向深凹內(nèi)的沉積旋回增多,低位、湖擴(kuò)展和高位體系域發(fā)育齊全,在碎屑體系到達(dá)的部位砂體層數(shù)和厚度明顯加大。彎折帶上的寬緩斜坡帶區(qū)沉積旋回明顯減少,有地層削蝕、超覆現(xiàn)象發(fā)生,僅發(fā)育湖擴(kuò)展或高位體系域,厚度相對穩(wěn)定且薄。坡折帶控制了低位體系域的發(fā)育范圍,同時還控制了湖擴(kuò)展體系域深湖和濱淺湖區(qū)及高位體系域軸向三角洲沉積區(qū)。低位期,低位體系域主要發(fā)育在彎折帶下的深凹內(nèi)或深凹的斜坡區(qū),形成低位扇或低位斜坡扇;在湖擴(kuò)展或高位時期,彎折帶則是從淺水區(qū)向較深水區(qū)過渡的突變界限,同時也是東西兩端軸向高位三角洲的擴(kuò)展邊界線,因此彎折帶往往是半地塹斷陷盆地沉積體系域分帶的界線。伴生同生斷層的形成在區(qū)域構(gòu)造背景上必定有一個總的沉降趨勢,斷層將伴以沉積補(bǔ)償。如果沉積區(qū)物源豐富,沉積補(bǔ)償速度與沉積速度基本一致,兩盤雖然仍在不斷變位,但其地形都通過沉積補(bǔ)償保持平衡,不至于發(fā)生顯著變化,巖相更不會發(fā)生變化,這時僅兩盤地層增厚。但,假若下降盤運(yùn)動速度明顯超過了沉積補(bǔ)償速度,則下降盤的地層厚度增長量將小于斷層的活動量,地形的平衡隨之破壞,于是下降盤將出現(xiàn)一個深水環(huán)境。在沉積分異的作用下,兩盤將相應(yīng)地出現(xiàn)巖相變化。4坡折帶內(nèi)油氣坡折帶是斷陷湖盆油氣藏形成的極有利地帶。坡折帶一般緊鄰生油中心,且位于油氣運(yùn)移的上傾方向,生長斷裂既是重要的油氣通道,又容易形成有利的斷層封閉;坡折帶是大型低位扇的有利發(fā)育部位和高位砂體的加厚帶,沿坡折帶走向的碎屑體系供給部位可找到加厚的砂巖儲集體;坡折帶一般控制著三角洲前緣相帶和斜坡扇體的分布,因此,砂體的成熟度、分選性及物性好,是油氣的有利儲集區(qū)。南陽凹陷的勘探開發(fā)結(jié)果證實,該區(qū)主要油氣田沿坡折帶軸線一帶分布,自西向東有:1)受東一號同生斷層控制的東莊滾動背斜油氣田,圈閉類型有滾動背斜、斷塊及巖性上傾尖滅,儲層巖性以粉砂為主;2)被一系列同生斷層和后生斷層復(fù)雜化的魏崗鼻狀構(gòu)造油氣田,圈閉類型有滾動背斜、斷鼻及斷層+巖性,儲層巖性以粉砂、細(xì)砂為主;3)張店鼻狀構(gòu)造油氣田,圈閉類型有斷鼻、斷層+巖性及巖性,儲層巖性以粉砂、細(xì)砂為主。以上已發(fā)現(xiàn)的油藏主要分布在高位進(jìn)積型三角洲前緣相帶,而對坡折帶內(nèi)的低位扇體及其上部的下切谷揭露較少,而地層不整合油藏尚未揭露。因此加強(qiáng)對坡折帶內(nèi)伸入牛三門和東莊次洼的低位扇的研究,及坡折帶上東莊、