石油地球物理勘探  2020, Vol. 55 Issue (5): 1121-1130  DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2020.05.020
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杨松岭, 谢结来. 缅甸切杜巴增生楔斜坡盆地构造特征及张性断裂成因探讨. 石油地球物理勘探, 2020, 55(5): 1121-1130. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2020.05.020.
YANG Songling, XIE Jielai. Structure characteristics and genetic mechanism of extensional faults in Cheduba accretionary wedge-slope basin, Myanmar. Oil Geophysical Prospecting, 2020, 55(5): 1121-1130. DOI: 10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2020.05.020.

本项研究受国家科技重大专项“海外重点盆地地球物理勘探关键技术攻关与应用”(2017ZX05032-003)资助

作者简介

杨松岭  高级工程师, 1971年生; 1994年获中国地质大学(北京)地质与地球物理复合专业学士学位; 现就职于中国海洋石油国际有限公司勘探开发技术研究院, 主要从事海外油气勘探的地质综合研究

杨松岭, 北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦A座808-2室中国海洋石油国际有限公司勘探开发技术研究院, 100028。Email:yangsl@cnooc.com.cn

文章历史

本文于2020年2月11日收到,最终修改稿于同年5月6日收到
缅甸切杜巴增生楔斜坡盆地构造特征及张性断裂成因探讨
杨松岭 , 谢结来     
① 中国海洋石油国际有限公司勘探开发技术研究院, 北京 100028;
② 东方地球物理公司中国石油学会物探专业委员会秘书处, 河北涿州 072751
摘要:近年来,增生楔斜坡盆地作为一种罕见的含油气盆地逐渐受到重视。这类盆地构造特征复杂,目前勘探及研究程度相对较低,复杂断裂体系的成因一直存在争议。缅甸切杜巴增生楔斜坡盆地地震、地质资料相对较多,为这类盆地构造特征及断裂成因的研究提供了基础。为此,结合区域地质背景,以“纵向分(构造)层,横向分(段)块”思路为指导,明确了断裂分期发育类型;重点探讨了与增生楔构造带走向近平行的张性断裂成因,解决了以往断裂发育类型与应力形成机制相矛盾的问题;在此基础上,提出了引张应力的正断裂发育新模式。研究认为:切杜巴增生楔斜坡盆地发育南—北向压性断裂、北东-南西向扭张性和北西—南东向张性断裂三种断裂。受印度板块洋壳向西缅微地块的斜向俯冲作用控制,垂直于海沟轴向的挤压应力形成了南—北向压性断裂,发育大规模逆冲活动;平行于海沟轴向的剪切应力具右行走滑作用,形成具有调节作用的北东—南西向张性或扭张性断裂;增生楔斜坡盆地前缘与后缘的挤压逆冲断裂活动时,水平运动分量的差异性诱发拉张应力,是形成北西—南东向张性断裂的原因。该成果可为其他增生楔斜坡盆地研究提供参考。
关键词缅甸    切杜巴    增生楔    斜坡盆地    构造特征    张性断裂    引张作用    
Structure characteristics and genetic mechanism of extensional faults in Cheduba accretionary wedge-slope basin, Myanmar
YANG Songling , XIE Jielai     
① Research Institute of Exploration & Development Technology, CNOOC International Ltd, Beijing 100028, China;
② SPG Secretariat of CPS, BGP, CNPC, Zhuozhou, Hebei 072751, China
Abstract: In recent years, as a kind of rare oil/gas-bearing basin, accretionary wedge-slope basins have been paid more and more attention to.At present, exploration and research on this kind of basin is relatively less, so its complex structural features, especially the genesis of the complex fault system, have been debating.There are a lot of seismic and geological data about the Cheduba accretionary wedge-slope basin, which provide a basis for study-ing the tectonic characteristics and fault genesis of the basin.Based on the regional geology and under the guidance of the idea of "vertical (tectonic) layers and lateral (segments) blocks", firstly the fault type is defined in different stages; then the genetic mechanism of the extensional faults that are nearly parallel to the orientation of the accretionary wedge structural belt is discussed.This solves the contradiction between geological understanding and stress.On this basis, a new induced extension model of normal fault development is proposed, and three group of faults with different properties are identified in the Cheduba accretionary wedge- slope basin: S-N compressional faults, NE-SW extensional-transregional faults and NW-SE extensional faults.Controlled by oblique subduction of the ocea-nic crust of the Indian plate to the West Myanmar microplate, the compressive stress field perpendicular to the trench formed S-N compressional faults, and resulted in large-scale thrust activities, the shear stress parallel to the trench formed regulatory NE-SW extensional or transregional faults under the regional right-lateral strike-slip effect and the extensional stress field induced by different horizontal motion components during the activities of the accretionary wedge compression thrust fault zone in the front and back edge of the slope basin resulted in NW-SE extensional faults.The findings of this study are references to other accretionary wedge-slope basins.
Keywords: accretionary wedge    slope basin    structure style    extension fault    induced extensional effect    
1 概况

发育于洋—陆板块汇聚边缘的俯冲增生楔带是构造最复杂、活动最强烈的地区之一。增生楔带之上发育的斜坡盆地(Slope Basin)是一种较为罕见的含油气盆地。根据2019年IHS能源数据库,增生楔斜坡盆地油气发现量仅占全球的0.06%。但是,增生楔斜坡盆地油气显示活跃,如缅甸兰里岛(Ramree Island)、切杜巴岛(Cheduba Island)和巴巴多斯的巴巴多斯岛(Barbados Island)等发育众多近地表的微—小型油气藏。近年来,在哥伦比亚加勒比海海域、特立尼达和多巴哥先后发现Kronos、Gorgon和Le Clerc等油气藏,该类型盆地的油气勘探逐渐得到重视。

增生楔斜坡盆地,是在增生楔俯冲杂岩“基底”之上,同构造褶皱间或序列冲断带向斜洼槽内发育的背驮型盆地,也称猪背盆地(Piggyback Basin)(图 1)[1-2]。增生楔斜坡盆地主要发育于洋壳俯冲的增生型边缘,如印尼巽他边缘、阿留申岛弧、日本南海海槽、小安德列斯的巴巴多斯增生楔带、智利边缘中南段和缅甸若开山前带等地区;而在非增生型边缘增生楔斜坡盆地不发育, 如汤加—克马德克海沟、马里亚纳海沟等[1, 3-4]

图 1 增生楔斜坡盆地类型及发育位置

依据盆地在海沟斜坡的发育位置,增生楔斜坡盆地可划分为下斜坡盆地、中斜坡盆地和上斜坡盆地三种类型[5](图 1)。

众多学者利用综合大洋钻探计划(IODP)等对板块汇聚边缘的俯冲增生楔带开展了大量研究[6],但对于增生楔斜坡盆地的研究程度比较低,成果较少。目前的研究主要集中在增生楔规模较大的哥伦比亚的加勒比海海域[7-9]、缅甸的若开海域[10-14]和小安德列斯巴巴多斯增生楔,以及秘鲁、智利的东太平洋海域[15]和日本的西太平洋海域[16]等,取得的主要认识如下。

(1) 在平面上,增生楔斜坡盆地呈窄条带状,宽度一般为10~15km[3, 5],最大可达50km以上。沉积厚度一般为1km,最大可达4km以上[4]。从下海沟斜坡(下斜坡盆地)到上海沟斜坡(上斜坡盆地),具有发育宽度逐渐增大、沉积厚度逐渐加大的趋势[3],多个小盆地逐渐合并为较大规模盆地[15],并最终卷入增生楔造山带中。整体上,增生楔斜坡盆地发育的规模与增生楔的规模呈正相关关系。

(2) 增生楔斜坡盆地一般呈不对称的箕状结构。由于增生楔逐渐向弧侧掀斜,因此从下海沟斜坡到上海沟斜坡,不对称掀斜程度逐渐增强[5, 15],地层产状掀斜程度由深层向浅层逐渐减弱,甚至最终被毯式地层覆盖[3]

(3) 增生楔斜坡弧侧边界有两种类型,一种是以高陡逆冲断层为边界,往往伴随重力滑塌作用[5];另一种是以正断裂或扭张性断裂为边界。Contardo等[15]在智利的弧前地区识别出一系列受正断裂控制的半地堑结构和不对称双断结构的增生楔斜坡盆地。

(4) 增生楔斜坡盆地发育近似平行于海沟走向的逆冲断裂、走滑断裂[16-17]、正断裂[15, 17-20]、反转断裂[15],近似垂直于海沟走向的走滑(横)断裂[17]、正断裂[18],以及重力滑塌构造和泥岩底劈构造[4, 19-20]等。

(5) 增生楔斜坡盆地主要发育于序列逆冲断裂冲断而形成的向斜洼槽。另外,还有两种特殊成因,一种是大型海山和无震海岭的俯冲在海底形成车辙(或滑槽)负地形[1-2];一种是平行于海沟走向的大型走滑断裂带发育而形成的洼地[16]

目前来看,增生楔斜坡盆地的研究仅限于构造表象的描述,而对盆地构造特征、断裂体系缺乏系统解剖。多走向、多应力性质共存的复杂断裂体系中各组断裂的成因、相互之间的关系尚不明确。特别是平行于海沟走向,既有逆冲断裂发育,也有正断裂发育,断裂形成的应力机制相互矛盾。虽然有学者将平行于海沟走向发育的正断裂归结为高陡斜坡区的重力作用[5],但是断裂产生的真正原因需要进一步探讨。

缅甸切杜巴增生楔斜坡盆地位于若开山脉中部切杜巴岛海域,处于印度板块与欧亚板块交会处的印缅增生楔带(图 2)。印缅增生楔带发育于典型的大型增生型边缘,宽度为90~300km,是目前全球发现的最大规模的增生楔带, 并且发育宽度超过50km的增生楔斜坡盆地,形态完整,是研究增生楔斜坡盆地的理想地区之一。同时, 切杜巴岛等岛屿有较为丰富的地表露头资料,并且海域具有钻井和二维地震资料,这些均为研究工作提供了宝贵的资料基础。

图 2 切杜巴增生楔斜坡盆地构造位置(上)和地质结构剖面(下)

本文以切杜巴增生楔斜坡盆地为主要研究对象,结合区域地质背景,以“纵向分(构造)层,横向分(段)块”思路为指导,通过地震剖面解释,明确断裂分期发育类型;重点研究与增生楔构造带走向近平行的张性断裂成因,解决以往断裂应力机制存在矛盾的问题;在此基础上,提出引张应力的正断裂发育新模式;并探讨增生楔斜坡盆地断裂体系与油气关系,以期为其他增生楔斜坡盆地构造研究和油气勘探提供参考。

2 区域地质背景

受控于印度板块的洋壳向欧亚板块中的西缅微地块俯冲作用[21-22],印缅增生楔带形成过程如下。

(1) 晚白垩世—始新世中期(90~44Ma), 印度板块从冈瓦纳大陆分离,向北部快速漂移,印度板块前端洋壳与欧亚板块边缘发生碰撞,形成西缅微地块边缘增生楔雏形。

(2) 始新世晚期—早中新世(44~21Ma), 印度板块前端陆壳与欧亚板块在喜马拉雅山脉中部发生陆陆碰撞造山,印支板块逃逸,西缅微地块发生顺时针旋转,由近垂直碰撞逐渐转变为斜交碰撞,随着板块间角度逐渐减小,印缅增生楔带大规模幕式隆升,推测该时期形成斜坡盆地雏形。

(3) 中中新世(21Ma)—现今, 喜马拉雅山脉快速隆升,印度板块与西缅微地块之间的角度进一步减小,板内以及板缘的走滑作用加强,最终形成现今的小角度斜向俯冲状态。目前俯冲方向为NNE向,运动速率为3.5厘米/年[23-24]。该阶段是增生楔斜坡盆地的快速发育阶段。

3 构造特征 3.1 结构特征

切杜巴增生楔斜坡盆地为上斜坡盆地类型,规模较大,宽度一般为10~50km,长度可达160km,未变形沉积地层最厚处超过4km。

受前缘逆冲带和切杜巴逆冲带夹持,切杜巴增生楔斜坡盆地可划分为前缘隆起、后缘隆起、南部坳陷、北部坳陷四个次级构造单元(图 3)。

图 3 切杜巴增生楔斜坡盆地构造单元划分

盆地呈北北西—南南东向展布,并被北东—南西向断裂切割,具有东西分条带、南北分(段)块的平面特征(图 3图 4)。

图 4 研究区构造纲要图 Ft为南—北向压性断裂;Fs为北东—南西向扭张性断裂;
Fn为北西—南东向张性断裂。背景为T3反射层等T0

盆地结构主要表现为东北侧边缘以断裂控制为主、西南侧边缘翘倾单斜—隆起特征,下部为受逆断裂和正断裂共同控制的复杂结构,上部主要为拗陷结构(图 5~图 7)。

图 5 BB′地震地质解释大剖面 T2~T5为地震反射层;Ft为南—北向压性断裂,Fs为北东—南西向扭张性断裂,Fn为北
西—南东向张性断裂,Fg为重力滑脱构造滑脱断裂。剖面位置见图 3图 4图 6~图 7

图 6 CC′地震地质解释大剖面

图 7 DD′地震地质解释大剖面
3.2 纵向分层特征

幕式多期次活动导致增生楔斜坡盆地纵向上发育多套构造层(多个不整合界面),如巽他海沟的增生楔斜坡盆地[5]。因此,本文首先以纵向分层思路为指导,分析切杜巴增生楔斜坡盆地的纵向分层构造特征。

纵向上,切杜巴增生楔斜坡盆地可划分为强烈褶皱变形的“基底”和弱变形沉积盖层。目前无钻井资料揭示“基底”与盖层之间界面(T5)的确切时代。切杜巴岛和兰里岛地表出露的上白垩统灰岩地层、始新统和渐新统碎屑岩地层发生了强烈的褶皱变形,表现为被多组断层复杂化的背斜、层内发育的大量变形褶皱,与中新统及其之上的以发育单斜或宽缓背斜等弱变形特征为主的地层形成强烈对比。因此,推测盆地的基底与盖层的时代界限为早中新世/渐新世,与西缅微地块大规模顺时针旋转的时间一致。推测盆地的沉积盖层为弱变形的中新统—更新统,H1井揭示了上中新统及其以上的未变形地层(图 5)。

沉积盖层可划分为中新统、上新统和更新统三套构造层(图 5~图 7),具体特征如下。

(1) 第一构造层(中新统)顶以T3为界,底部以不整合面T5为界。下伏“基底”地层以杂乱地震反射为主,反映了早期增生楔带地层较强烈的褶皱变形特征。

第一构造层覆盖在早期增生楔序列冲断带形成的起伏地层之上。Ft10与Fn11断裂之间、Ft11与Fn9断裂之间、Ft12与Fn7断裂之间为向海沟方向受逆冲断裂控制、向弧侧掀斜、向岛弧一侧受正断裂控制的小型半地堑,是早期多个小型增生楔斜坡盆地的雏形(图 6)。第一构造层内部构造样式多样,在后缘隆起高陡地形区还发育后缘拉张—前缘逆冲的重力滑脱构造(Fg断裂,图 5);南部坳陷发育大量共轭正断裂(Fn4及其附近断裂,图 5),大部分共轭断裂终止于构造层顶部的T3不整合面。

(2) 第二构造层(上新统)内部可见大型前积地震反射结构,指示了浅海—陆架斜坡—半深海沉积。在第一构造层断裂基础上继承性发育了一系列铲式正断裂(如Fn9、Fn11等断裂,图 6),部分断层终止于构造层顶部的不整合面T2;前缘隆起、后缘隆起发育层间阶梯状、规模较小的正断裂(Fn5和Fn3及其附近断裂,图 5)。

(3) 第三构造层(更新统)底界面为大型角度不整合面(T2)。T2之上发育巨型侵蚀沟谷(图 5~图 7),之下可见地层削截现象,前缘逆冲带的逆冲断裂多终止于此界面(图 5)。第三构造层内部发育少量的层间正断裂和继承性发育的正断裂,规模较小,总体以拗陷结构为主。内部可见大型前积地震反射结构,浅海—陆架斜坡—半深海相地层广泛分布在盆地及前缘增生楔之上,呈毯式覆盖特征(图 5),指示已进入水体较浅、分布较广的上斜坡盆地发育阶段。

综上所述,切杜巴增生楔斜坡盆地受三期构造运动影响,具幕式发育的特点。由早期多个小型增生楔斜坡盆地逐渐复合为一个统一的大型斜坡盆地。盆地总体表现为构造作用下垂直隆升、水体逐渐变浅,现今已进入上斜坡盆地演化阶段。

3.3 平面分段分块特征

与全球的增生楔斜坡盆地结构一样,受序列逆冲断裂的影响,切杜巴增生楔斜坡盆地呈窄长条型,内部向斜或背斜的构造轴向一般也与序列逆冲断裂的走向平行。因此,盆地内构造单元呈窄长条型展布、隆坳相间结构,具东西分带特征。由东向西,切杜巴增生楔斜坡盆地可以划分为后缘隆起、南(北)部坳陷和前缘隆起(图 5),彼此近乎平行展布(图 3)。

同时,切杜巴增生楔斜坡盆地与其他增生楔斜坡盆地相比,具有特殊性,即具南北分(段)块特征。切杜巴增生楔斜坡盆地内部发育大型的与海沟轴向(或序列逆冲断裂的走向)垂直的扭张或张性断裂,使盆地沿海沟轴向具有分块的特点。平面上主要表现为北东—南西向断裂对北西—南东向断裂的截断和限制作用,以及北西—南东轴向鼻状构造的终止作用(图 4)。在剖面上表现为陡立深切的北东—南西向断裂分割各块,各块之间构造的样式、断裂的规模及类型和地层的产状都有较大的变化或截然不同(图 7),如处于不同块内的BB′和CC′剖面,BB′剖面可见以共轭断裂、层间阶梯状断裂为主的发育特征(图 5),而CC′剖面可见铲式断层为主的发育特征(图 7)。因此,切杜巴增生楔斜坡盆地受Fs1、Fs2、Fs3、Fs4-1(Fs4-2)、Fs5-1(Fs5-2)等晚期断裂控制,可进一步分为6块,即A~F块(图 4图 7)。

综上所述,切杜巴增生楔斜坡盆地具分带(东西向,垂直海沟轴向)、分块(南北向,平行海沟轴向)特点。

3.4 断裂特征与构造样式

切杜巴增生楔斜坡盆地的东西分条带、南北分块特征主要受控于三组三种性质的断裂,分别为北—南向压性断裂、北东—南西向扭张性断裂和北西—南东向张性断裂(图 4)。详述如下。

(1) 北—南向压性断裂(Ft),主要发育于切杜巴增生楔斜坡盆地的东西两侧冲断带,以及盆地的下伏“基底”(渐新统、始新统)内。主要成因是洋壳向陆壳俯冲的过程中,受陆壳对洋壳地层的刮削作用而形成,主要表现为逐渐向大洋方向扩展的前展式逆冲断裂[1]。地震剖面上可见该类断裂断面上陡下缓,从海沟到岛弧逆冲断裂倾角由缓变陡(如Ft1~Ft5断裂,图 5图 6),底部收敛于洋壳俯冲顶部边界的统一滑脱面。可见少量向弧侧逆冲的反冲断裂(如Ft6断裂,图 5)。与该组断裂相关的构造样式有叠瓦冲断构造(图 5图 6)、断展褶皱(如Ft2、Ft3断裂浅部,图 5)等。需要说明的是,因地震资料品质问题,这些断裂是以概念性、模式化解释为主,未识别出增生楔带典型非序列性逆冲断裂的“八”字结构。

(2) 北东—南西向扭张性断裂(Fs),主要发育于切杜巴增生楔斜坡盆地的内部,受资料的限制未直接见到其在前缘冲断带内发育。但是,Nielsen等[23]利用高精度海底地形图,在研究区及其南部的俯冲增生带的前锋边缘,识别出一条大型的左行走滑断裂(图 2,Nantha断裂),以及一系列的北东—南西向的右行台阶式走滑断裂,表明该组断裂可能切穿增生楔带前缘一直延伸至海沟。该组断裂在平面上呈北东—南西向展布,在北西—南东方向上将盆地分割为多个块体(如Fs1~Fs5-2断裂,图 4);在剖面上可见断面陡直,切穿新、老地层,发育沿该断裂的大型侵蚀沟谷,活动性强,持续时间长(如Fs2、Fs3断裂,图 7)。与该组断裂相关的构造样式有单断断裂(如Fs1断裂,图 7)、似花状断裂(如Fs3断裂,图 7)、“Y”字形断裂(如Fs2、Fs4-2断裂,图 7)等。

(3) 北西—南东向张性断裂(Fn),发育于切杜巴增生楔斜坡盆地的内部,断裂规模相对较小,但密集发育。在平面上该组断裂呈近北西—南东向展布,其延展边界多受北东—南西向扭张性断裂限制,与其共同组成网格状(图 4)。在受北东—南西向扭张性断裂所限制的各块体之间,北西—南东向张性断裂的发育程度和样式既有共性,也有个性。共性是指地震剖面上多表现为层间断裂(如Fn3、Fn4及其附近断裂,图 5;Fn13断裂,图 6)和继承性发育的断裂(如Fn1、Fn2断裂,图 5;Fn7、Fn9断裂,图 6);纵向上可见三个发育期次,与三个构造层相对应,表现为一系列的断裂终止于第一构造层顶部和第二构造层顶部的不整合面(如Fn4和Fn3断裂等,图 5;Fn7、Fn10断裂等,图 6),反映了增生楔斜坡盆地幕式发育与活动的特点。个性是指各块体之间的构造特征与断裂样式快速变化,呈现不同面貌,如在BB′地震剖面(图 5)上,该组断裂多表现为与背斜相关的平行断裂构成的断阶(如Fn3、Fn2断裂)、共轭断裂(如Fn4断裂),及少量与重力作用相关的滑脱式断裂(如Fg断裂);在CC′地震剖面(图 6)上,该组断裂则多表现为铲式断裂(如Fn9、Fn10断裂)、“Y”字形或似花状断裂(如Fn7、Fn6断裂)。

增生楔是全球构造活动强度最高、构造变形最复杂的地区之一,除上述的主要的构造样式外,还广泛发育泥岩底劈构造(图 6),在切杜巴岛、兰里岛发育有较多现今仍在活动的泥火山(图 3)。

4 断裂成因探讨

增生楔斜坡盆地处于汇聚板块边缘,通常被认为盆地内与挤压应力相关的构造占主导地位。但是,切杜巴增生楔斜坡盆地却发育了大量与拉张应力相关的两组断裂,特别是与序列逆冲断裂走向近平行的张性断裂,这与区域的挤压应力机制相矛盾,探讨其产生的原因与应力来源,有助于理解增生楔带的复杂构造样式,指导构造研究工作。

复杂的断裂体系必然对应复杂的应力机制。俞红玉等[25]在东日本大地震的地震活动序列研究中,指出了与海沟走向平行的两类逆断层型地震、分别与海沟平行和垂直的两类正断层型地震以及走滑型地震五种震源机制。这五种类型与研究区或区域上的断裂体系具有对应性,反映了弧前增生楔应力场的相似性。下面根据区域构造背景、地层发育特征和构造变形特征,对切杜巴增生楔斜坡盆地应力场产生原因与构造响应探讨如下。

切杜巴增生楔斜坡盆地形成于中新世,从该时期开始,印度板块与西缅微地块之间为小角度斜向俯冲。当板块斜向俯冲时,会产生两种应力,即垂直于海沟轴向的挤压应力和平行于海沟轴向的剪切应力[2]

根据应变椭球理论(图 8),垂直于海沟轴向的挤压应力是增生楔形成的主应力,产生近东西向挤压,形成北—南向压性断裂,发育大规模逆冲,为增生楔主要的构造变形特征,在冲断带形成增生楔杂岩体。

图 8 板块边缘斜向俯冲区域应力应变椭球分析

平行于海沟轴向的剪切应力,产生平行于海沟轴向的右行走滑断裂和近乎垂直于海沟轴向的拉张断裂。

右行走滑断裂在缅甸广泛分布,如研究区北部的Kaladan断裂、增生楔与弧前盆地间的Kabaw断裂等(图 2)[26]。但具体到切杜巴增生楔斜坡盆地内部无明显表现,仅在邻近切杜巴逆冲带的后缘隆起东部边缘,发育的北西向正断裂在剖面上具有似花状特征,可能具有走滑性质(Fn6断裂,图 6)。对于切杜巴增生楔斜坡盆地,平行于海沟的右行走滑断裂更多地是起到控制盆地边界的作用。如在研究区东部的切杜巴逆冲带,发育北北西—南南东向的陡立断裂,并伴生泥底劈和泥火山(图 3),推测为控制盆地的边缘走滑断裂。

受右行走滑派生的北北西—南南东向拉张应力(图 8)是形成盆地内大量北东—南西向断裂的主要应力。该应力机制在现代地震的研究中也得到了证实[27]。在该应力基础上叠加的增生楔差异性推覆作用,形成了一系列具有横断裂性质的北东—南西向张性或扭张性断裂,对盆地起分割与调节作用。类似的构造样式实例在缅甸广泛发育,如弧前盆地——缅中盆地,受Kabaw断裂等走滑作用的影响,可见众多的北东向正断裂对北北西向逆断裂的交切现象[28-29]。全球其他地区研究实例也表明增生楔地区发育与增生楔构造带走向垂直的横断裂,如日本Nankai地区[17]和北美大陆西缘的Cascadia俯冲带[30],但其规模和发育密度都远不及本文研究区。与本文观点一致,众多研究者也认为其发育的诱因与板块斜向俯冲的走滑作用相关。

切杜巴增生楔斜坡盆地内形成北西—南东向张性断裂的拉张应力——北东—南西向拉张应力,与区域上形成增生楔的近东—西向挤压应力方向相似,但应力场性质截然不同。这与区域的应力场机制(图 8)存在矛盾,该组断裂如何产生?其应力来源如何?值得深入探讨。

研究区增生楔及其相关盆地内发育与增生楔构造带走向平行的正断裂的现象,在全球范围内不是孤立的,在日本[18, 31]、智利[15]、哥伦比亚[19-20]等国家增生楔发育地区均有类似的现象。对于这类正断裂产生的原因有以下几种推测。

(1) 陆架斜坡地形下的重力滑塌作用[15, 19-20]所致。在逆冲推覆构造区发育的大规模、平行于构造走向的正断裂多被认为是重力成因,如准噶尔盆地克拉玛依逆掩断裂带根部发育的正断裂,被认为是重力滑脱成因的“滑脱—冲断型”推覆构造诱发产生的[32]。Flinch等[19]认为北部哥伦比亚增生楔的正断裂以重力滑塌成因为主。

(2) 与洋脊或海山俯冲产生的热作用或上覆板块变形相关[15, 18, 31, 33]。Osozawa[31]认为洋脊俯冲导致四万十市(Shimanto)增生楔一系列的正断裂发育。

(3) 受控于发震带活动的周期性挤压—拉张作用。Dragert等[34]在板块边缘俯冲逆断裂型发震带研究中认为,如果逆冲断裂被闭锁带锁定,上盘陆壳会产生弹性变形,形成一个横向上的压缩和弯曲凸起的抬升。在一次大地震中,逆冲断裂闭锁带打开,上盘陆壳形成新的向海边缘的隆起和原弯曲隆起区的拉张、塌陷,从而形成周期性的挤压—拉张作用。

断裂构造样式表明,与海沟轴向平行的北西—南东向张性断裂具有多种成因,如在前缘隆起逆冲构造顶部发育拱张性质的正断裂(如Fn5及其附近断裂,图 5),局部发育重力滑脱成因的正断裂(如Fg断裂,图 5)。一般来说,大多数张性断裂以断阶状层间断裂(如Fn3及其附近断裂,图 5)、共轭正断裂(如Fn4及其附近断裂,图 5)或铲式断裂(如Fn9、Fn10、Fn11断裂,图 6)形式发育,不具有重力滑脱正断裂的上陡下缓、收敛于滑脱面的特点。以往研究中本区也未见洋脊俯冲的证据。那么,这些盆地内部北西—南东向层间正断裂、共轭正断裂或铲式断裂的形成机制和模式是什么?下面具体分析。

受发震带活动导致的周期性挤压—拉张幕式作用的启发,结合增生楔斜坡盆地的前端伸展、后缘回撤的形成机制[35],笔者认为该组断裂的拉张应力是由于盆地前缘与后缘挤压逆冲断裂活动时,水平运动分量的差异性诱发而产生的。据此,可以建立引张断裂发育新模式(图 9):①增生楔内冲断岩片之间因差异推覆而产生局部洼槽,接受沉积,形成增生楔斜坡盆地,并呈“背驮”特征。②增生型增生楔具有远离海沟冲断岩片逐渐变陡、冲断岩片向海(前端)扩展的特点[36]。随着逆冲断裂闭锁带打开和增生楔逆断裂的活动,增生楔斜坡盆地前端冲断带及其背驮的盆地地层向大洋方向发生扩展。增生楔斜坡盆地后端的冲断带逆断裂因其断面变陡、纵向活动分量变大而在重力作用下会逐渐失去活性[1],因而断裂活动规模相对于前端冲断带较小,特别是向大洋方向的水平运动分量(Dh)较小。因此,增生楔斜坡盆地前端向大洋方向的水平运动分量大于盆地后端,在盆地内盖层发生引张,形成正断裂。③在一次大的增生楔冲断、增生活动后,构造活动进入相对停滞期,新沉积旋回发育。随着增生—停滞的波动式发展,形成不同期次的引张正断裂(图 5图 6),并形成为断阶、断块和滚动背斜等构造样式。

图 9 北西—南东走向张性断裂引张成因模式 D表示冲断岩片位移方向和位移量,Dh表示冲断岩片水平方向位移量,Dv表示冲断岩片垂直方向位移量

综上所述,切杜巴增生楔斜坡盆地是挤压增生背景下的具有拉张性质的盆地。

5 断裂与油气聚集的关系

研究区断裂体系复杂、构造样式多变,对油气的聚集与捕获既有积极作用,也有不利方面。

(1) 积极作用。强烈的构造活动使逆冲断裂和垂直于逆冲断层走向的深切型扭张性断裂大量发育,沿断裂带热液强烈活动,既能起到催熟烃源岩的作用[1],也能起到沟通中新统、始新统砂岩储层与中新统、始新统烃源岩的作用,使该区油气显示非常活跃。切杜巴岛浅层(25~350ft)发现有数十个微小型轻质油藏,反映了现今仍然发生较大规模的油气生成与运聚。

(2) 不利因素。盆地模拟表明,研究区油气成藏期从中新世末持续至现今,三期构造形成的圈闭都可与之匹配聚集成藏。但受增生楔持续活动的影响,部分断裂现今仍处于活动状态并连通海底,如H1井附近的系列正断裂(Fn2附近的断裂,图 5)和局部北东向张扭断层(Fs3断裂,图 7),在起到油气输导的同时,也发生泄漏和破坏作用。受多期强烈构造运动的影响和复杂断裂体系的分割,切杜巴增生楔斜坡盆地发育众多圈闭,但类型复杂、破碎,多以断块圈闭为主,断鼻和断背斜圈闭较少。圈闭面积一般较小,平均为10km2,最大为21km2,因此这类盆地一般发育中小型油气田。

6 结论

总体来看,切杜巴增生楔斜坡盆地是一个由多个小型增生楔斜坡盆地联合、发展到上斜坡盆地阶段的大型增生楔斜坡盆地。

(1) 由于复杂的区域构造地质背景,切杜巴增生楔斜坡盆地具有纵向上构造分层,横向上东西分带、南北分块的特点,其中,不整合面分隔构造层,冲断带主断裂控带,张性或扭张性断裂分(段)块。

(2) 切杜巴增生楔斜坡盆地断裂非常发育,断裂特征复杂。发育三组三种性质断裂,其中,印度板块与西缅微地块之间斜向俯冲形成北东东向挤压应力和北北西向拉张应力,控制了切杜巴增生楔斜坡盆地北西—南东向压性断裂、北东—南西向扭张性断裂的发育。本文重点探讨了与区域挤压应力方向一致但应力性质不一致的北西—南东向张性断裂成因,即由增生楔斜坡盆地的前端与后端、冲断带挤压逆冲活动水平运动距离分量的差异作用,对上覆“背驮”地层诱发产生的引张作用而形成。据此,提出了增生楔斜坡盆地正断层发育的“引张”新模式。

(3) 切杜巴增生楔斜坡盆地发育时间长、规模大,在大型增生楔斜坡盆地中具有一定代表性。对该盆地的构造特征的描述与应力场的探讨,有助于理解大型增生楔斜坡盆地复杂断裂体系的组合样式和成因,可为全球其他含油气的增生楔斜坡盆地的研究工作起到一定的借鉴和参考作用。

(4) 目前对增生楔斜坡盆地研究相对较少,尚未有多个小增生楔斜坡盆地联合形成大型增生楔斜坡盆地的成因探讨,无法明确其发育是构造因素控制为主还是沉积因素控制为主,有待进一步开展研究。另外,增生楔斜坡盆地的较大规模油气发现是以生物气为主,在未来的油气勘探中需要进一步分析生物气形成的控制因素,同时应探讨斜坡区半深海—深海泥岩生油能力,以评价油的勘探潜力。

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