同生構造盆地

同生構造盆地，又稱同沉積構造盆地、生長構造盆地，是指主要發育在伸展型或走滑伸展型沉積體，表現為寬緩的褶皺和張性、張扭性斷層的一種盆地類型。

基本介紹

• 中文名：同生構造盆地
• 外文名：Synsedimentary tectonic basin
• 學科：沉積學
• 別稱：同沉積構造盆地
• 發育位置：伸展型或走滑伸展型
• 影響因素：岩石性質、生長斷層、沉積作用

簡介

由於同生構造和生油凹陷的發育以及儲集相帶的分布與油氣聚集和圈閉的形成有密切的關係，因而受到人們普遍的重視。當前世界上大油田中相當一部分和同生構造有直接的關係。一些巨大的油氣聚集帶往往本身就是一個二級的同期隆起帶或生長斷裂帶。這些同期隆起和生長斷裂在其生長過程中，不僅直接控制著生油凹陷的形成和轉移、儲集相帶的分布，而且在褶皺隆起和同沉積斷裂的相關部位形成一系列有利的油氣圈閉，構成一個不同層系疊合連片，多種油藏類型組合的複式油氣聚集帶。因此，研究同生構造以及它的演化歷史、對油氣勘探有著很現實的意義。

組合形式

隨著生長斷層的持續活動以及沉積物的不斷充填，斷層下降盤逐漸形成了同沉積背斜（逆牽引褶皺）和同沉積鼻狀構造（牽引褶皺）等褶曲型同生構造。另外，生長斷層，尤其是鏟式伸展正斷層的下降盤還容易產生大量次級斷層，這些次級斷層有的與生長斷層傾向相同，有的與生長斷層傾向相反，它們將早期形成的褶曲地層橫向切割，形成了同向“多”形、同向“Y”形、反向“Y”形及複合“Y”形的同生構造組合形式所以，同生構造主要表現為地層彎曲和錯斷2種發育模式的聯合。

同生構造包括同沉積斷裂和同沉積褶皺兩種主要的類型。同沉積斷裂又可以進一步分為同生盆地邊界斷裂和同生盆內斷裂，前者常常是更高級別的斷裂。

從形態上，同沉積褶皺又可劃分為同沉積向斜和同沉積背斜。同沉積褶皺可以在盆地基底古隆起的背景上發育，以繼承性背斜為主，多見於凹陷緩坡構造帶和窪間等低隆起的頂部。在伸展背景下，同沉積褶皺常常受同生斷裂控制而形成斷裂伴生褶皺。斷裂伴生褶皺類型有褶皺樞紐平行於斷裂走向的縱向褶皺(longitudinalfolds)和與斷層大角度相交或垂直於斷層的橫 向褶皺(transversefolds)。

同生構造與沉積作用密切關係，廣泛分布於中、新生代沉積盆地中。我國東部的斷陷盆地中的沉積斷裂分布很廣，數量很多，所有的一級斷層和大部分的二、三級斷層都具有同沉積性。盆內同沉積斷裂的生長性可用生長係數來描述，如霑化凹陷和東營凹陷盆內的(二、三級)同沉積斷層生長指數一般為 1.2～2.0，著名的奈及利亞三角洲油田為 1～2.5。

發育機理

同生構造發生在區域性拉張背景下。由於伸展斷層的水平伸展和構造沉降，在上盤地層與斷層的接觸面上形成了不同特徵的接觸帶，斷面曲率小的部位形成閉合接觸帶，斷面曲率大的部位形成空隙接觸帶。空隙接觸帶易使生長斷層下降盤產生逆牽引撓曲，閉合接觸帶上則易產生正牽引構造；如果下降盤岩層脆性較大，則會在空隙帶和閉合帶上分別形成反向次級斷層與同向次級斷層。

隨著生長斷層的不斷發育，沉積作用使下降盤沉積更多的沉積物。當沉積物充填到逆牽引撓曲造成的空間後，沉積物的重量G分別在撓曲面和斷面上產生了p1和p2兩個壓力。其中，p1又可分解為水平方向上的力p1x和垂直方向上的力p1y(見圖)。p1y起壓實作用，而p1x則為一側向壓力，這一側向壓力與遠離斷面一端的限制作用形成一對局部擠壓力，使逆牽引撓曲逐漸演化為同沉積背斜。

影響因素

岩石性質

不同的岩性條件發育不同類型的同生構造。岩層塑性越大，越易形成逆牽引等褶曲構造;岩石脆性越大，越易形成同向或反向次級斷層。泥岩塑性最大而脆性最低，砂礫岩脆性最大而塑性最低，砂泥岩則介於兩者之間。據前人研究：砂、泥岩互層，且砂泥比為3.5∶6.5時，較易發育次級斷層與褶曲的同生構造組合。根據陳書平對沾車地區滾動背斜的研究，在盆地邊緣或控制性斷層附近很少發現滾動背斜，是因為那裡沉積物的粒度往往較粗，岩石脆性較大，而在坳陷或凹陷的斜坡地帶，最容易形成滾動背斜，是因為斜坡帶上沉積物粒度相對較細，主要為砂泥岩互層沉積。

生長斷層

邊斷裂、邊沉積的生長斷層是同生構造發育的基礎條件，同生構造的發育模式受控於生長斷層各方面的性質特徵。生長斷層在發育過程中，沉積作用所導致的重力滑動和差異壓實作用在一定程度上促進了斷層的活動，使得生長斷層的生長指數較高，如濟陽坳陷生長斷層的生長指數為1.2~2.0，相比於一般斷層比較高。

1、斷面形態

伸展型正斷層的斷面形態分為鏟形、坡坪形和平面形3種類型。

當斷面形態為鏟形和坡坪形時，易引起層面反傾，形成同沉積背斜或反向次級斷層，如沾車地區603地震測線剖面上，顯示大1斷層具有鏟式下凹斷面特徵，其上盤T2反射界面發育滾動背斜構造(見圖);而當斷面形態為平面形時，則易形成牽引構造或同向次級斷層。

2、斷面傾角

斷層面傾角越大，上盤岩層的旋轉幅度越大。當斷層面傾角為45°時，最有利於產生同沉積背斜，此時剪下應力達到最大值，岩石處於剪下應力與岩石破裂極限相平衡的狀態，其水平分力和垂直分力接近相等，可使岩層向斷層面回傾達到最大值[7]，斷面傾角繼續增大，至剪下應力大於岩石破裂極限，上盤岩層中沿應力集中的區域發生破裂，從而形成次級斷層。

3、斷層活動性

伸展斷層的水平伸展運動一般都伴隨盆地區域性的構造沉降。渤海灣盆地早第三紀的沉降就主要與伸展作用有關，地殼伸展引起盆地斷塊間差異升降運動導致沉積凹陷發生構造沉降，沉降量、沉降速率與伸展量和伸展速率大致呈線性相關。因此，同沉積斷層的活動性表現為水平伸展與構造沉降，且兩者的發生和發展同步。斷層活動較弱時，上盤地層同生構造不發育，斷層活動較強時，易發育同生構造，如沾車地區，伸展率較大、總滑距較大的生長斷層下降盤發育滾動背斜構造。據鐘延秋等人研究，濟陽凹陷同沉積褶曲構造的褶曲幅度與主斷裂的活動強度成正比。

沉積作用

同生構造的發育模式是斷層活動與沉積作用共同控制的。生長斷層的強烈活動，使下降盤的沉積速率遠大於上升盤，因而在斷面上沉積物大量堆積，沉積物受到的重力可分解為垂直斷層面與平行斷層面2個方向的分力Gp和Gt。如果Gt>Gp，並且斷面傾斜超過了沉積物在其上保持穩定的最大角(穩定角)，沉積物就向下運動，形成重力滑塌，在最大可能處產生破裂。隨著下降盤下陷，砂體大幅度沉積，上覆荷載愈來愈大，破裂會持續發育並成為同沉積斷層的同向次級斷層;並且隨著砂體的推進，在此同沉積斷層的前方同樣也會產生新的斷層，向湖盆中心方向的斷層依次變新且節節下掉，最終形成同向次級斷層組合的“多”字型同生構造。當沉積物源不充足時，沉積物堆積慢，斷層上盤沿斷層面下滑時，由於沉積物的堆積不足以彌補斷層沉降速度，在斷層上盤向下下降的拖力將使上盤地層下彎，形成同沉積背斜構造，如果地層脆性較高而未能塑性彎曲時，則形成反向次級斷層。沉積速率越大，單層厚度越大，單層厚度越大越不容易形成褶皺，單層厚度越小越容易形成褶皺。因此，相對較小的沉積速率有利於形成地層褶曲型同生構造。

油氣成藏

與同生構造有關的油藏類型，主要有低位扇體形成的岩性油藏、同沉積斷裂封堵形成的斷塊油藏、滾動背斜油藏。同生構造的形成與發展，對於油氣的生成、運移、聚集、儲集、保存等都有著重要作用。

1、同沉積斷層與烴源岩

同沉積斷層的主要活動期一般與烴源岩沉積期相對應。通過研究濟陽坳陷沙四上、沙三中下、沙一段等3套烴源岩的熱成熟演化規律及其空間展布形態，表明：優質生油層的發育及分布，與各凹陷北部陡坡和南部緩坡同生構造的活動與分布有著良好的時空配置關係，這也是濟陽坳陷沙河街組地層油氣富集的主要原因。

2、同生構造與儲集體

同生構造活動及其產生的構造古地貌制約著沉積體系的展布，繼承性發育的同沉積斷裂及其組合影響了裂陷期盆地可容納空間的變化，從而控制著砂體的展布規律，如濮衛窪陷的形成與演化與其東西2側控窪斷裂帶———東傾的衛東文東斷裂帶和西傾的濮城—陳營斷裂帶的發展演化密切相關，沙三中亞段沉積時期物源方向較多，這些物源一般具有繼承性和間歇性特點，因此不同時期發育不同成因的砂體。窪陷東部以低位三角洲、水下河道砂和湖底扇沉積體系砂體為主，砂體較厚，但儲集條件較差;窪陷西部及北部以濱淺湖砂壩沉積體系為主，砂體有重疊，又有交叉，儲層孔隙度較高，西北部水下分流河道和濱淺湖砂壩相帶，油氣儲集條件最好。

3、同生構造與構造圈閉

同沉積斷層上盤的滾動背斜、鼻狀構造等同沉積褶曲構造為油氣聚集提供了良好的圈閉條件，如沾車地區的滾動背斜油氣藏，東濮凹陷濮衛窪陷的鼻狀構造油氣藏等。滾動背斜發育在窪陷斜坡地帶，與生油中心相鄰，並與斷層緊鄰，當斷層開啟時可作為油氣運移通道，當斷層封閉時，則可增大滾動背斜的閉合度和閉合面積，在沾車地區，走滑正斷層旁側形成了多個滾動背斜型油氣圈閉構造。

鏟式同沉積斷層在發育過程中形成的次級斷層將早期形成的同沉積褶曲地層橫向切割，形成了同向“Y”形、反向“Y”形及複合“Y”形的同生構造組合，這些次級斷層的上、下盤地層中均發育有地層的褶曲變形，形成了多種類型的圈閉，如地壘、斷鼻、反向屋脊斷塊等，這些圈閉的形成，為油氣的聚集提供了良好的儲集空間和圈閉環境，而且次級斷層的產生釋放了局部應力，使圈閉發育區成為應力低值區，成為油氣運移聚集的指向區。

4、同沉積斷層及其次級斷層與油氣運聚

一般認為，生長斷層在活動停歇期主要起封閉作用，在活動期主要起運移通道的作用。次級同沉積斷層一般由應力集中的微裂隙發育而來，是應力釋放的結果，因此形成了一定範圍的低勢區，是油氣運移指向區，斷層活動時易成為油氣的垂向運移通道；但隨著斷層上盤的沉降，沉積砂體大量推進，使斷層面上沉積荷載迅速增大，沉積物重力可分解為沿斷面的下滑力和對斷面的垂直壓力，這種作用於斷層面上的側向壓力在一定程度上抑制了油氣在其中的運移，使之具有了較強的封閉性；另外，在斷裂帶發育的斷層岩、剪下帶或泥岩沾污帶以及兩盤有利的岩性對置，均使斷層在靜止狀態時具較強封閉性。據洪宇等人的研究，東濮凹陷東傾斷層的活動時期與油氣運移期相當，斷層向下延伸至生油窪陷之中，把烴源岩和儲集層垂向串通起來，通過由垂向運移和側向運移構成的階梯狀運移方式，使油氣向構造高部位運移聚集。這些東傾斷層平面上多呈弧形雁行式排列，其內側圈閉豐富，斷層停止活動後處於封閉狀態，起到了遮擋油氣的作用，易成為油氣富集區。

反向次級斷層由於距離同沉積斷層斷面較遠，接受沉積較少，沉積物重力導致的側向擠壓作用較弱，但同樣是應力的釋放區，相對於同向次級斷層二級反向斷層更容易成為油氣的運移通道，二級同沉積斷層的次級反向斷層則主要對油氣的分布起調節作用。