前陸褶皺沖斷帶沖起構(gòu)造發(fā)育特征:基于砂箱構(gòu)造物理模擬實驗研究

萬元博，李智武，鄧　賓，劉樹根，趙高平，林　彤 ，黃　瑞

(成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 四川 成都　610059)

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前陸褶皺沖斷帶沖起構(gòu)造發(fā)育特征:基于砂箱構(gòu)造物理模擬實驗研究

萬元博，李智武，鄧賓，劉樹根，趙高平，林彤 ，黃瑞

(成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 四川 成都610059)

沖起構(gòu)造廣泛發(fā)育于擠壓逆沖構(gòu)造體系和走滑構(gòu)造體系，具有極其重要的油氣勘探價值，因而備受關(guān)注。砂箱模擬模型已經(jīng)被證明是強大的可視化工具，用來模擬不同巖層中復雜的構(gòu)造現(xiàn)象。基于相似初始砂箱構(gòu)造模型條件下不同擠壓速率(0.3 mm/s、0.1 mm/s、0.005 mm/s)變形過程，揭示出褶皺沖斷帶發(fā)育過程中的典型兩類沖起構(gòu)造：疊加沖起構(gòu)造和單一沖起構(gòu)造，它們對于褶皺沖斷帶演化過程及其油氣勘探具有明顯不同的重要性。砂箱物理模擬實驗揭示楔形體擴展變形序列對前陸褶皺沖斷帶沖起構(gòu)造發(fā)育類別具有重要控制作用，即褶皺沖斷帶前緣以前展式擴展變形為主，主要發(fā)育單一沖起構(gòu)造；后緣以后展式擴展變形為主,主要發(fā)育疊加沖起構(gòu)造。

砂箱實驗；沖斷楔形體；疊加沖起構(gòu)造；單一沖起構(gòu)造

0　引　言

沖起構(gòu)造(Pop-up structure)是板內(nèi)擠壓逆沖構(gòu)造帶和走滑斷層帶的重要組成部分，其特征是逆沖斷層與同時發(fā)育的反沖斷層所圍限的部位因強烈擠壓而形成隆起，主要表現(xiàn)為斷層切割巖層扭曲的背斜形式，廣泛發(fā)育于擠壓逆沖構(gòu)造體系和走滑構(gòu)造體系，具有極其重要的油氣勘探價值，因而備受關(guān)注[1-5]。單一沖起構(gòu)造(Simple pop-up structure)是指在褶皺沖斷帶發(fā)育的單個逆沖斷層與其同時形成的反沖斷層所構(gòu)成的隆起構(gòu)造，而疊加沖起構(gòu)造(Superimposed pop-up structure)是指褶皺沖斷帶發(fā)育相鄰的單一沖起構(gòu)造間新發(fā)育的逆沖斷層與先存發(fā)育的反沖斷層后疊加在一起構(gòu)成的更大的隆起構(gòu)造。

圖1　沖起構(gòu)造實驗模型(其中Tn為沖斷楔形體，α為楔頂角，H0為初始高度， Hf為最終楔高，θn為逆沖斷層傾角，θrn為反沖斷層傾角，βn為沖斷層間夾角，βsn為疊加沖起構(gòu)造夾角，Dn為逆沖斷層斷距，Drn為反沖斷層斷層)Fig.1　Model of pop-up structure showing the parameters measured in the analysis of the experiment

砂箱構(gòu)造物理模擬實驗研究和模擬自然界地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象變形特征，以揭示其成因機制和運動學過程，已經(jīng)被證明是強大的可視化工具，在國際上得到廣泛應用[5]。將砂箱構(gòu)造物理模型與數(shù)值模擬相結(jié)合運用到褶皺沖斷帶研究，從定性分析到定量化建立地質(zhì)模型，不僅促進地質(zhì)學發(fā)展，而且對油氣勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。造山帶砂箱物理模擬研究中廣泛發(fā)育沖起構(gòu)造。Richard等通過砂箱模擬實驗描述了走滑斷層帶的變形特征，探討了邊界條件對走滑斷層中沖起構(gòu)造發(fā)育演化的影響[6]。MCCLAY等通過砂箱模擬走滑斷層系統(tǒng)中擠壓位錯的模型，揭示了沖起構(gòu)造漸進演化的運動學特征[7]。SCHELLART等通過砂箱模擬了雙重基底走滑斷層的沖起構(gòu)造演化，運用3D掃描技術(shù)記錄實驗過程，探討了沖起構(gòu)造的地表隆起特征[8]。前人的研究成果中大多對擠壓縮進砂箱模型中沖起構(gòu)造的邊界條件、幾何學、運動學作了深度研究，而對前陸褶皺沖斷帶發(fā)育的沖起構(gòu)造發(fā)育樣式及其形成類別、生長機制則探討很少。因此，本文基于相似初始砂箱構(gòu)造模型條件下不同擠壓速率(0.3 mm/s、0.1 mm/s、0.005 mm/s)的變形過程，探討褶皺沖斷帶沖起構(gòu)造的發(fā)育演化過程，研究成果對于褶皺沖斷帶演化及其油氣勘探具有明顯不同的重要性。

1　砂箱模擬實驗方法

1.1實驗材料

實驗基礎(chǔ)材料采用純白色干燥石英砂顆粒(標志層采用紅色石英砂顆粒),力學性質(zhì)符合庫侖—摩爾破裂準則，內(nèi)聚力接近零,其被公認是模擬地殼淺層次構(gòu)造變形的理想相似材料[9-18]。石英砂經(jīng)篩分,粒徑為200～400 μm，內(nèi)摩擦角29°～31°,內(nèi)摩擦系數(shù)約為0.55。

1.2模型的相似性

實驗模型與自然界原型之間的相似性的確定，是通過模擬實驗來探討地質(zhì)問題的前提。物理模擬實驗的相似性主要是幾何學、運動學、動力學三方面的相似[19-22]。筆者的實驗中，所有采用的沖起構(gòu)造實驗模型及其幾何學參數(shù)如圖1所示。實驗的運動學相似，根據(jù)前人研究選取了兩類量級的擠壓速率進行實驗[7,23-25]。物理模型和原型的動力學相似表示為：

σ*=ρ*×g*×L*

式中：σ*表示模型和原型之間的應力比值；ρ*表示密度的比值；g*和L*分別表示重力加速度和長度的比值。實驗在正常重力場中進行，因此重力加速度的比值g*=1。實驗材料與實際演示的密度比值ρ*≈0.5，取長度比值L*=1×10-5(模型1 cm代表自然界1 km)，因此模型與原型的應力比值為5×10-16。

1.3模型的建立

本次實驗采用的砂箱規(guī)格為1 080 mm×340 mm×420 mm。設(shè)計了3組不同速率下單向擠壓模型，模型鋪設(shè)的水平砂層分三層，從下到上厚度分別為15 mm、10 mm、10 mm，中間以純紅色干燥石英砂作為標志層(圖2)。

圖2　實驗模型設(shè)置Fig.2　Setting up of the experimental model

1.4實驗過程

實驗在成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室構(gòu)造物理模擬實驗室進行。本次實驗是左端電缸不動，通過啟動右端電缸作水平單側(cè)向活動，對砂箱水平砂層施加擠壓變形，每次擠壓縮進至結(jié)束的位移量D=500 mm。實驗過程中定時照相記錄擠壓過程。每個實驗都進行兩次以上重復實驗，以避免物理模擬的偶然因素的不利影響并驗證實驗結(jié)果的可重復性。

2　實驗結(jié)果

實驗共設(shè)計3組不同速率下的單向擠壓變形，實驗數(shù)據(jù)見表1，實驗過程的圖像記錄及其沖起構(gòu)造樣式的解釋如以下圖件(圖3—圖9)所示,圖中水平砂層剖面上的紅色曲線為標志層。

2.1V1=0.3 mm/s的單側(cè)擠壓變形結(jié)果

擠壓作用開始后，水平砂層初始變形會出現(xiàn)一個不對稱的膝折帶。隨著右側(cè)擋板向左推移，靠近擋板一端會依次成對出現(xiàn)向剖面右側(cè)傾斜(與擠壓方向相反)的逆沖斷層和向剖面左側(cè)傾斜的反沖斷層(圖3(a))。模型演化早期，楔形體向前擴展，伴隨逆沖斷層生長的反沖斷層會發(fā)育多條反沖斷層并與之一起生長，楔頂角快速變小，快速達到穩(wěn)態(tài)高度80 mm(圖3(b))。繼續(xù)向前擠壓至縮短量S=500 mm過程中，楔形體具前展式變形且楔頂角穩(wěn)定范圍為7°～12°(圖4)，楔形體高度隨著擠壓位移量的增加，緩慢增長至105 mm；發(fā)育的逆沖斷層和其相應的反沖斷層的傾角變化都先減小后趨于穩(wěn)定，5條主要逆沖斷層的傾角的穩(wěn)定峰值區(qū)間為33°～43°，反沖斷層的穩(wěn)定峰值區(qū)間為47°～68°(圖4(e))；沖斷層間的夾角β為85°～102°(圖4(f))；逆沖斷層的斷距為34.1～64.9 mm，大于相應的反沖斷層斷距7.7～19.1 mm(圖4(b)和(c))。

最終模型的幾何形態(tài)在剖面上的顯示如圖3(g),在此速率下其構(gòu)造樣式主要表現(xiàn)為楔形體向前擴展，同時形成右傾的逆沖斷層和左傾的反沖斷層構(gòu)成的單一沖起構(gòu)造。楔形體的生長過程與沖起構(gòu)造的發(fā)育過程有著密不可分的關(guān)系。實驗結(jié)果顯示：成對發(fā)育的逆沖斷層和反沖斷層的傾角的逐漸減小、斷距增大直接導致單一沖起構(gòu)造的夾角和面積的增大；新形成的反沖斷層剪切先存的逆沖斷層導致其向上生長(隆起)，從而使得楔形體高度增加。

表1不同擠壓速率下實驗參數(shù)與結(jié)果

Table 1Summary of experimental parameters and results of experiment series with various velocity

沖斷楔形體參數(shù)V1=0.3mm/sV2=0.1mm/sV3=0.005mm/sTT1T2T3T4α/(°)23～719～724～6H0/mm353535Hf/mm105107112θ1/(°)30.43335θr1-1/(°)-53-66-61.5θr1-2/(°)-54-51-45β1/(°)96.596100D1/mm43.442.773.7Dr1-1/mm22.211.915.2Dr1-2/mm15.644.230.2θ2/(°)35.235.434.9θr2-1/(°)-37-66-50θr2-2/(°)-55-61-50.6β2/(°)89.895.695.1βs2/(°)-100-D2/mm34.17045.5Dr2-1/mm18.55.510.9Dr2-2/mm9.111.111.7θ3/(°)38.344.430θr3-1/(°)-53-60-50.2θr3-2/(°)-49--45.2β3/(°)92.785.699.8βs3/(°)102-108D3/mm64.918.717.8Dr3-1/mm19.17.324.8Dr3-2/mm17.6-13.4θ4/(°)39.131.138θr4-1/(°)-60-50-50.1θr4-2/(°)-62-44-β4/(°)80.998.881D4/mm31.654.615Dr4-1/mm7.79.37.8Dr4-2/mm8.218.8-

圖3　擠壓速率V1=0.3 mm/s下的單側(cè)向擠壓模型變形實驗結(jié)果Fig.3　Profiles showing the progressive evolution result of unilateral to extrusion at the extrusion speed of V1=0.3 mm/s

2.2V2=0.1 mm/s的單側(cè)擠壓變形結(jié)果

圖5　擠壓速率V2=0.1 mm/s下的單側(cè)向擠壓模型變形實驗結(jié)果Fig.5　Profiles showing the progressive evolution of unilateral to extrusion at the extrusion speed of V2=0.1 mm/s

圖6　擠壓速率V1=0.3 mm/s((a)、 (b))和V2=0.1 mm/s((c)、 (d))下的擠壓縮短量與斷距曲線對比Fig.6　Comparison of shortening vs thrust displacement at the extrusion speeds of V1 and V2

擠壓開始后，水平砂層初始變形同樣會出現(xiàn)一個不對稱的膝折帶。在T4形成之前，模型的演化早期與V1=0.3 mm/s的相似，楔形體具前展式褶皺沖斷變形，靠近擋板一端會依次成對出現(xiàn)向剖面右側(cè)傾斜的逆沖斷層和向剖面左側(cè)傾斜的反沖斷層(圖5(a))。伴隨逆沖斷層生長的反沖斷層會發(fā)育多條反沖斷層與之一起生長，楔頂角由最初的19°快速減小為6°(表1)，楔形體達到穩(wěn)態(tài)高度為77 mm(圖5(b))。當縮短量S=274 mm時，發(fā)育的Tr2開始反向剪切T1后，剖面上顯示T1上疊于T2并與之一起以背沖方式增生構(gòu)成一個更大的疊加沖起構(gòu)造(圖5(d)和(e))，從而導致楔高H和T2、Tr1的斷距增加(圖6(c)和(d))。 當縮短量S=364 mm時，T4發(fā)育穩(wěn)態(tài)，隨著擠壓的持續(xù)推移反沖斷層剪切T3導致T3內(nèi)部變形嚴重，剖面上顯示為T3與T4疊重后一起發(fā)育構(gòu)成另一個大的疊加沖起構(gòu)造(圖5(f)和(g))，這種變形方式也導致T4、Tr3的斷距增加(圖6(c)和(d))。繼續(xù)擠壓至縮短量S=500 mm時，砂體前緣向前擴展，形成新的沖斷層T5(圖5(h))。

整個擠壓過程與速率V1的相比，楔形體后緣內(nèi)部變形略有增強。然而不同的是，當擠壓縮短量S為274～336 mm(T3形成后T4之前)和縮短量S為364～458 mm(T4形成后T5之前)，在這兩個階段，楔形體沒有向前擴展形成新的沖斷層，而是在其后緣先存的逆沖斷層以對沖運動方式增生。楔頂角的穩(wěn)態(tài)范圍為9°～12°，楔形體達到臨界楔高后緩慢增長至結(jié)束時高度為107 mm；發(fā)育的逆沖斷層和其相應的反沖斷層的傾角變化都先減小后趨于穩(wěn)定，5條主要逆沖斷層的傾角的穩(wěn)定峰值區(qū)間為31.1°～44.4°，反沖斷層的穩(wěn)定峰值區(qū)間為44°～66°，沖斷層間的夾角β為85.6°～100°；逆沖斷層的斷距為18.7～70 mm，普遍大于相應的反沖斷層斷距5.5～44.2 mm(表1)。

2.3V3=0.005 mm/s的單側(cè)擠壓變形結(jié)果

擠壓作用開始后，隨著右側(cè)擋板推移，在縮短量S=226 mm之前，模型初始變形與V1的相似，楔形體具前展式褶皺沖斷變形且靠近擋板一端會依次成對出現(xiàn)向剖面右側(cè)傾斜(與擠壓方向相反)的逆沖斷層和向剖面左側(cè)傾斜的反沖斷層(圖7)。伴隨逆沖斷層生長的反沖斷層會發(fā)育多條反沖斷層并與之一起生長，楔頂角由最初的24°快速減小為10°，楔形體穩(wěn)態(tài)高度為83 mm(圖7(b))。繼續(xù)擠壓至縮短量S=258 mm處，在此推進過程中，楔形體沒有向前擴展而是在楔形體的后緣反沖斷層Tr2剪切先存逆沖斷層T1并以上疊方式增生，這種變形方式直接導致T2、Tr1的斷距增加，其增加幅度小于V2的結(jié)果(圖8(e)和(f))，進而使逆沖斷層T2和T1在剖面上呈疊加樣式(圖7(g))。當擠壓至縮短量S=374 mm時，新形成的逆沖斷層T4發(fā)育穩(wěn)態(tài)。繼續(xù)擠壓至縮短量S=448 mm時，楔形體同樣沒有向前擴展而是在沖斷帶后緣新發(fā)育的反沖斷層Tr4剪切先存T3并以疊重形式背沖增生，同樣導致T4、Tr3的斷距增加，斷距增加幅度明顯高于V2的結(jié)果(圖8(e)和(f))。當縮短量S=500 mm時，在左邊擋板附近快速發(fā)育新的沖斷層T5(圖7(h))。

整個擠壓過程與擠壓速率V1、V2的模型相比，楔形體內(nèi)部變形較V1、V2強。楔頂角的穩(wěn)態(tài)范圍為7.5°～11°，楔形體達到臨界楔高后緩慢增長至結(jié)束時高度為112 mm；發(fā)育的逆沖斷層和其相應的反沖斷層的傾角變化都先減小后趨于穩(wěn)定，5條主要逆沖斷層的傾角的穩(wěn)定峰值區(qū)間為30°～35°，反沖斷層的穩(wěn)定峰值區(qū)間為45°～61.5°，沖斷層間的夾角β為81°～100°；逆沖斷層的斷距為17.8～73.7 mm，普遍大于相應的反沖斷層斷距7.8～30.2 mm(表1)。

圖7　擠壓速率V3=0.005 mm/s下的單側(cè)向擠壓模型變形實驗結(jié)果Fig.7　Profiles showing the progressive evolution of unilateral to extrusion at the extrusion speed of V3=0.005 mm/s

2.4小結(jié)

實驗結(jié)果的分析可以得出：擠壓楔形體的擴展變形序列對沖起構(gòu)造發(fā)育起著重要的控制作用，同樣的沖起構(gòu)造的發(fā)育特征對楔形體變形起著重要的反饋作用(表2)；楔形體的楔頂角的變化主要穩(wěn)定在7°～13°之間；楔高的增長分為兩個階段，即快速增長至臨界楔形體高度以后進入穩(wěn)態(tài)低速增長期，在穩(wěn)定低速增長期，楔高的增大主要是后發(fā)育的反沖斷層錯切先存逆沖斷層造成的。同時也揭示出褶皺沖斷帶發(fā)育過程中的典型兩類沖起構(gòu)造：疊加沖起構(gòu)造和單一沖起構(gòu)造，它們對于褶皺沖斷帶的演化過程及其油氣勘探具有明顯不同的重要性(圖9)。一般而言，沖起構(gòu)造幾何樣式為成對發(fā)育的逆沖斷層和反沖斷層構(gòu)成，它們的傾角隨擠壓位移量增大逐漸減小最后達到穩(wěn)態(tài)的角度(其中逆沖斷層角度30°～44.4°，反沖斷層角度45°～68°),逆沖斷層和反沖斷層之間夾角主要為85°～102°且疊加沖起構(gòu)造的斷層夾角βs主要在100°～108°之間，單一沖起構(gòu)造的斷層夾角βn主要在80°～96.5°之間；沖起構(gòu)造的逆沖斷層活動距離Dn為17.8～73.7 mm，反沖斷層活動距離Drn為5.5～44.2 mm；疊加沖起構(gòu)造反沖斷層條數(shù)明顯多于單一沖起構(gòu)造反沖斷層條數(shù)。

3　討　論

3.1單一沖起構(gòu)造發(fā)育特征

圖8　擠壓速率V1=0.3 mm/s((a)、 (b))、V2=0.1 mm/s((c)、 (d))和V3=0.005 mm/s((e)、 (f))下的擠壓縮短量與斷距曲線對比Fig.8　Comparision of shortening vs thrust displacement at the extrusion speeds of V1,V2 and V3

基于相似初始砂箱構(gòu)造模型條件下不同擠壓速率(0.3 mm/s、0.1 mm/s、0.005 mm/s)下變形過程研究，得出單一沖起構(gòu)造發(fā)育特征具有高度的相似性。單一沖起構(gòu)造的幾何樣式簡單，主要是由發(fā)育的單個逆沖斷層與其同時形成的反沖斷層所構(gòu)成的隆起構(gòu)造且楔形體具有窄、厚的幾何特征。LOHRMAN等2003年研究了模擬材料性能上的匯聚砂箱楔形體的幾何學、運動學、動力學的影響[26]，揭示出單向匯聚楔形體具有典型的結(jié)構(gòu)和變形帶，即前緣變形帶、前緣疊瓦沖斷帶和內(nèi)部加積變形帶，本文實驗結(jié)果與之具有高度相似性。通過三組實驗結(jié)果可以得出單一沖起構(gòu)造主要發(fā)育于前緣變形帶，不同的是擠壓速率為0.3 mm/s時整個擠壓過程發(fā)育的主要是單一沖起構(gòu)造樣式且具前展式擴展變形序列，另外兩個擠壓速率0.1 mm/s、0.005 mm/s僅在前緣變形帶發(fā)育單一沖起構(gòu)造。

表2　各擠壓速率下沖斷楔形體擴展變形發(fā)育過程對比

注：砂箱實驗總長度為1 080 mm，縮短率均為范圍值(R+1%)。

圖9　單一沖起構(gòu)造和疊加沖起構(gòu)造特征對比Fig.9　Comparison of the structural characteristics between simple pop-up structure and superimposed pop-up structure

3.2疊加沖起構(gòu)造發(fā)育特征

圖10　沖起構(gòu)造實驗模型圖與克拉2氣田沖起構(gòu)造剖面(據(jù)TANG等[32])　　Fig.10　Characteristic comparison between pop-up structural profile of KL2 gas field and the experimental model ofpop-up structure

通過三組不同擠壓速率下的實驗結(jié)果分析得出，疊加沖起構(gòu)造幾何樣式復雜，主要表現(xiàn)為褶皺沖斷帶發(fā)育相鄰的單一沖起構(gòu)造間新發(fā)育的反沖斷層剪切先存發(fā)育的逆沖斷層后，疊加在一起以背沖運動方式增生，構(gòu)成更大的隆起構(gòu)造且楔形體顯示出寬、薄特征。疊加沖起構(gòu)造主要有上疊式和疊重式兩種方式，發(fā)育于內(nèi)部加積變形帶或前緣疊瓦沖斷帶(圖9(b))。值得指出的是：由上疊式形成的疊加沖起構(gòu)造發(fā)育于內(nèi)部加積帶，而疊重式形成的疊加沖起構(gòu)造主要發(fā)育于前緣疊瓦沖斷帶。不同速率下(0.1 mm/s、0.005 mm/s)相同縮短量下發(fā)育的疊加沖起構(gòu)造具有一定的差異性。擠壓速率為0.1 mm/s時主要發(fā)育上疊式疊加沖起構(gòu)造，而以疊重式形成的疊加沖起構(gòu)造發(fā)育可見雛形但未發(fā)育穩(wěn)態(tài)就會以前展式擴展變形發(fā)育單一沖起構(gòu)造；擠壓速率為0.005 mm/s時兩種方式形成的疊加沖起構(gòu)造均發(fā)育，但不同的是，由疊重式形成的疊加沖起構(gòu)造變形更強。無論是上疊式疊加還是疊重式疊加(圖9(b))，它們的這種變形方式造成其楔高H和逆沖斷層、反沖斷層的斷距增加，進一步導致構(gòu)成沖起構(gòu)造的面積增大，進而有利于大中型常規(guī)油氣藏聚集。GUTSCHER等1996年通過研究基底摩擦砂箱實驗，指出單向擠壓砂箱模型的楔形體變形傳播呈階段性和周期性[27]。本文模擬的疊加沖起構(gòu)造發(fā)育不僅具無序沖斷擴展變形序列，且其傳播方式具階段性和周期性(表2)，這種特性與GUTSCHER的研究結(jié)果非常吻合。MACLAY等研究模擬單、雙向匯聚楔形體的砂箱實驗，指出其模型生長分為早期快速擴展變形階段和后期低速穩(wěn)態(tài)擴展變形階段[5,28-29]。本文的實驗結(jié)果不僅符合他們得到的變形規(guī)律，而且這種楔形體擴展變形序列對前陸褶皺沖斷帶沖起構(gòu)造的發(fā)育類別具有重要控制作用。

3.3沖起構(gòu)造對油氣運聚意義

沖起構(gòu)造作為重要的構(gòu)造樣式廣泛發(fā)育于前陸褶皺沖斷帶,其發(fā)育特征對油氣聚集和運移、圈閉封閉性有著重要意義[30-31]。我國西部新疆克拉瑪依油田的克拉2(KL2)氣田位于克拉蘇斷層上盤發(fā)育的鹽構(gòu)造相關(guān)的典型沖起構(gòu)造[32](圖10)。地震剖面顯示主逆沖斷層F1與反沖斷層F4構(gòu)成沖起構(gòu)造。從幾何形態(tài)上分析克拉2氣田主要表現(xiàn)為上疊式疊加沖起構(gòu)造(圖10(a))，發(fā)育于前陸褶皺沖斷帶后緣。沖起構(gòu)造儲層為克拉2氣田優(yōu)質(zhì)儲層白堊系巴什基奇克組砂巖，上覆泥巖、膏鹽層為蓋層，下伏多套烴源巖,主要為侏羅系恰克馬克組湖相泥巖、陽霞組煤系地層及三疊系黃山街組湖相泥巖[33]。克拉2氣田沖起構(gòu)造內(nèi)儲層距離大中型烴源巖較近，而發(fā)育的逆沖斷層F1可作為有效通道連接烴源巖，利于油氣的運移與大量聚集。然而，單一沖起構(gòu)造主要發(fā)育于褶皺沖斷帶前緣，相對于大中型烴源巖距離較遠，不利于油氣大量聚集。因此，疊加沖起構(gòu)造的發(fā)育演化特征控制前陸褶皺沖斷帶油氣藏斷層圈閉的封閉性，對常規(guī)油氣藏的形成具有重要意義。

4　結(jié)　論

通過不同擠壓速率下單向擠壓砂箱模擬實驗結(jié)果分析以及探討沖起構(gòu)造的發(fā)育特征，得到以下幾點認識：

(1)基于相似初始砂箱構(gòu)造模型條件不同擠壓速率下的變形過程，揭示出褶皺沖斷帶發(fā)育過程中的兩類典型沖起構(gòu)造：單一沖起構(gòu)造和疊加沖起構(gòu)造，變形程度從高速(0.3 mm/s、0.1 mm/s)到低速(0.005 mm/s)逐漸增強。其中不同速率下單一沖起構(gòu)造特征具有相似性，而疊加沖起構(gòu)造的發(fā)育具明顯差異性，前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造樣式的演化主要受控于砂箱物理模擬實驗楔形體擴展變形序列，即前展式擴展變形序列和后展式無序沖斷變形序列。

(2)對于沖起構(gòu)造的形成與演化而言，單一沖起構(gòu)造樣式簡單，主要發(fā)育在褶皺沖斷帶前緣，表現(xiàn)為楔形體向前擴展，同時形成右傾的逆沖斷層和左傾的反沖斷層；疊加沖起構(gòu)造樣式復雜，主要發(fā)育在褶皺沖斷帶后緣的內(nèi)部加積帶或前緣疊瓦沖斷帶，表現(xiàn)為楔形體后緣相鄰沖起構(gòu)造間后發(fā)育的反沖斷層剪切先存逆沖斷層，并以背沖式或內(nèi)部疊加方式增生，且由多期次沖斷活動形成。

(3)沖起構(gòu)造對斷層油氣藏的油氣運移與聚集具有控制作用，其中疊加沖起構(gòu)造發(fā)育特征對前陸褶皺沖斷帶的演化具重要控制作用，其發(fā)育過程控制前陸褶皺沖斷帶油氣藏斷層圈閉的封閉性，從而對常規(guī)油氣藏具有重要意義。

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Pop-up Structure in Fold-and-thrust Belt and Its Implications:An Insight from Analogue Sandbox Models of Thrust Wedge

WAN Yuan-bo, LI Zhi-wu, DENG Bin, LIU Shu-gen, ZHAO Gao-ping, LIN Tong，HUANG Rui

(StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu，Sichuan610059,China)

Pop-up structure is widely developed in fold-and-thrust belt and strike-slip tectonic setting, and has been paid much attention for its great significance in petroleum exploration. Analogue sandbox modeling has proved to be a powerful visual tool for simulating such complex structures in various tectonic settings. This study conducted a series of sandbox modeling to unravel the difference in structural geometry of pop-up structure during the development of fold-and-thrust belt, based on the same initial condition with various shortening velocities (0.3 mm/s, 0.1 mm/s, 0.005 mm/s). From the modeling results, two types of pop-up structures, i.e. superimposed and simple pop-up structures, would be developed in thrust wedge depending on different shortening velocities. In particular, there is a significant difference between superimposed structure and simple pop-up structure. The wedge shows simple deformation styles characterized by simple pop-up structures and increasing deformation while propagating continuously towards foreland. The propagation way of analogue sandbox models of thrust wedge has a significant control on the types of pop-up structure. Forward-breaking propagation took place in the foreland, mainly developed from simple pop-up structure; back-breaking propagation occurs in hinderland, mainly developed from superimposed pop-up structure.

sandbox modeling；wedge thrust；superimposed pop-up structure；simple pop-up structure

2015-03-16；改回日期：2015-10-20；責任編輯：潘令枝。

國家自然科學基金項目(41402119，2014JQ0057，41472107)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2012CB214805)。

萬元博，男，碩士研究生，1988年出生，構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)，主要從事油氣構(gòu)造和盆地構(gòu)造分析研究。

Email：344361458@qq.com。

李智武，男，副教授，1976年出生，構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)，長期從事油氣地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)研究。

Email:lizhiwu06@cdut.edu.cn。

P542；P554

A

1000-8527(2016)01-0110-12