东濮凹陷断裂构造的复杂程度评价.pdf

第3 3 卷第5 期 2 0 0 4 年9 月 中国矿业大学学报 l o u t ’n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n ggl “ e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．5 S e p ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 5 0 6 0 0 0 4 东濮凹陷断裂构造的复杂程度评价 杨世刚1 ’2 1 ．．中国地质大学，湖北武汉4 3 0 0 7 ；2 。中原油田分公司油藏监测中心，河南濮阳4 5 7 0 0 1 摘要东濮凹陷经历了印支期、燕山期和喜马拉雅期多期不同性．质、不同方向的构造应力作用， 发育了N N E 或N E 向、N w 向、近N S 向和近E w 向等多组断裂构造，形成了不同的构造组合， 而现今所呈现的是多期构造形迹叠加的结果，表现出极为复杂的构造图像．凹陷中断裂网络复杂 程度的分形评价结果表明，分维的高值 大于1 ．5 条带总体上呈N E 向展布，与断裂的优势方向 是一- 致的，而且．主要_ 孟于研究区的中部． 关键词东濮凹陷；断裂构造；复杂程度；评价 中图分类号P5 4 文献标识码A E v a l u a t i o no fC o m p l e x i t yo fF a u l tS t r u c t u r e 、 i nD o n g p uD e p r e s s i o n Y A N GS h i g a n 9 1 ，2 1 。C h i n aU n i v e r ’s i t yo fG e o s c i e n s e s ，W u h a n ，H u b e i4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ；2 ．S u r v e i l l a n e eC e n t e ro f P e t r o l e u mP o o l ，Z h o n g y u a nO i l f i e l dC o m p a n y ，P e t r o C h i n a ，P u y a n g ，H e n a n4 57 0 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t D o n g p ud e p r ’e s s i o n u n d e r ’w e n t m u l t i p h a s e s t r ’u c t u i ’a ls t r e s sa c t i o n sd i f f e r ’e n ti n c h a r a c t e r i s t i c sa n dd i r 。e c t i o n sd u r i n gI n d o s i n i a n ，Y a n s h a n i a n ，a n dH i m a l a y a np e I ’i o d s ．M u l t i - g r ’o u p o l ‘f a u l t so fN N E o r N E ，N W ，n e a r 。N S ，a n dE Wd i r ’e c t i o n sw e t 。ed e v e l o p e da n dd i f f e l “ e n t s t i u c t u Ir a lc o m b i n a t i o n sw e t ef o r - m e di nt h ed e p r ’e s s i o n ．B e c a u s eo fs u p e r p o s i t i o no f s t r ’u c t u r ’a l f e a t m ’e so f m u l t i p h a s e s ，t h ep r 。e s e n ts t r u c t u i a li m a g eo ft h ed e p r 。e s s i o ni sv e t Yc o m p l i c a t e d ．T h e r e s u l to tf r a c t a le v a l u a t i o no fc o m p l e x i t yo ff a u l tn e t w o i ’ks h o w st h a th i g hv a l u e m o t ’et h a n1 ．5 b a n do ff r a c t a ld i m e n s i o nm a i n l yl o c a t e si nt h em i d d l ea r ’e ao ft h ed e p r ‘e s s i o na n de x t e n d st oN E d i r - e c t i o n 。w h i c hi sc o n s i s t e n tt ot h ea d v a n t a g ed i Ie c t i o no ft h e { a u l t s ． K e yw o r d s D o n g p ud e p r e s s i o n ；f a u l ts t r 。u c t u r e ；c o m p l e xd e g r 。e e ；e v a l u a t i o n 1地质概况 东濮凹陷位于河南、山东两省交界处的黄河两 岸，跨越濮阳、开封、新乡、菏泽、聊城，属于渤海湾 盆地临清坳陷南部的一个凹陷．凹陷呈N N E 走 向，北窄 1 4 ～1 6k m 南宽 6 5k m 呈琵琶形．东濮 凹陷是中国东部华北板块上一系列中新生代裂谷 盆地的一个小断陷，为华北新生代裂谷盆地的一部 分． 东濮凹陷经历了印支期、燕山期和喜马拉雅期 多期不同性质、不同方向的构造应力作用，形成了 不同的构造组合，而现今所呈现的是多期构造形迹 叠加的结果，表现出极为复杂的构造图像．尤其是 燕山期的构造演化，对盆地基底的形态和构造展布 起到了极为重要的控制作用．东濮凹陷在构造上表 现为中央隆起，两侧洼陷的构造格局，大体可以分 为7 个二级构造带，由东向西依次为东明集断阶 带，东部洼陷带，中央隆起带，西部洼陷带，孟居一 梁占构造带，胡状集断裂带和高平集斜坡带 图 1 ．构造带断裂的性质多表现为张性的正断层，但 收稿日期2 0 0 3 1 0 1 0 作者简介杨世刚 1 9 6 2 一 ，男，云南省昭通市人，中国地质大学博士生，从事油田开发地质等方面的研究 万方数据 第5 期杨世刚等东濮凹陷断裂构造的复杂程度评价6 0 1 具有多期活动的特点，使构造进⋯步复杂化为垒堑 相间、顺向屋脊断块、反向屋脊断块和逆牵引构造 等多种类型． 图1 东濮凹陷构造 2 断裂构造发育规律 东濮凹陷的周边均以断裂构造与其它构造单 元相分隔，凹陷内主要的断裂构造有N N E 或N E 向、N W 向、近N S 向和近E w 向等多组．其中以 N N E 和N W 向断裂构造对凹陷的现代构造格局 具有重要的控制作用，近N S 和近E W 断裂则对凹 陷基底构造格架的奠定产生深刻影响[ 1 ] ． 近N S 向断裂构造表现出复杂的构造变形，挤 压、剪切及拉张等构造变形特征在断裂带中均有发 育，根据断裂带特征分析，可以判断该组断裂经历 了早期的近E W 向的挤压应力作用、中期的左行 走滑构造变形及后期的张性变形．近E W 向的断 裂构造表现为强烈的挤压变形，构造透镜体和挤压 片理十分发育，透镜体长轴的定向排列显著．构造 透镜体的长短轴比为5 1 左右，指示了近N S 向 的挤压应力作用．在N S 向的挤压应力作用下，岩 层的脆性变形构造发育，多组节理相互交织． N N E 向断裂构造在凹陷内发育较为强烈，是 重要的断裂构造系，其中最重要的是兰聊断裂系． 兰聊断裂是东濮凹陷的东界，其构造演化及其结构 特征对东濮凹陷的油气具有重要的控制作用[ 2 。3 ] ． 该断裂为N N E 走向的巨型线型构造，与郯庐断裂 带相平行，与一系列的N w 向线型构造相交切，向 N 可延伸至秦皇岛．兰聊断裂在剖面上上陡下缓， 向深层具有顺层滑脱的构造特征．反映了断裂构造 多期活动的特点，即早期与郯庐断裂具有类似的左 行走滑特征，其后在区域伸展构造应力作用下，于 深部断层产状变缓，并发生顺层滑脱；后期又叠加 了右行挤压剪切变形． N w 向断裂主要有马陵断层、兰考一划丘断 层、高平集断层和毛岗断层等，其共同特征是以张 性变形为主，发育时。间较早，直接控制着中生界的 沉积；演化历史长，造成了断层两盘新生界沉积的 差异．作为平移边界主断裂 兰聊断裂 西侧的横向 断裂，下降盘断陷强烈，上升盘遭受剥蚀，使东濮凹 陷中中生界极不发育，仅在凹陷内部高平集断层的 断陷作用下，于断层的北盘发育了部分中生界．因 此，中生代时期，东濮凹陷是相对的隆起区，遭受剥 蚀，成为其南北两侧莘县凹陷和中牟凹陷的物源补 给区．这种构造格局～直可以延续到新生代． 东濮凹陷构造活动的长期性、多性性决定了凹 陷中构造组合的复杂性和分区性，在不同的区域构 造的复杂程度是不同的． 3 断裂网络复杂程度的分形特征 天然系统的分形已成为许多研究工作的主题， 尤其在岩石断裂领域极为活跃[ 4 ] ，并在煤矿断裂网 络的分维评价中得到较好的应用口书] ．在断裂构造 的研究中，人们早已认识到，断裂、节理及显微断裂 在几伺学、运动学和动力学特征上具有统计意义上 的自相似性．根据这种自相似性，人们借助显微断 裂分析来研究宏观断裂，借助于节理研究断裂，这 便是分形思想在断裂构造研究中的体现． 3 ．1断裂构造的分形结构 3 ．1 ．1断裂迹线及断裂面的分形结构 断裂迹线是指断裂面与地面或其它水平面的 交线．在以往的研究中往往把断裂迹线作为平滑的 曲线，但实际上，从不同的尺度来观察，断裂迹线均 表现为不规则的曲线，断裂面是不光滑的．如张性 断裂在各种尺度上均表现为锯齿状，说明断裂迹线 具有分形特征．断裂表面一般是粗糙不平且不规则 的，同样具有分形结构． 3 ．1 ．2 断裂网络的分形结构 断裂迹线在平面上排列，构成断裂网络．研究 表明，断裂网络是一种具有统计意义上的自相似性 万方数据 6 0 2中国矿业大学学报第3 3 卷 的系统．在研究工作中，常常需要给出断裂网络复 杂程度的评价指标，但以往采用的指标并不令人十 分满意，而分维指标则具有其它指标无法比拟的优 越性． 3 ．1 ．3 分维与断裂网络复杂程度 断裂网络复杂程度是指某一定块段被断裂切 割、破坏的程度．定量评价断裂网络复杂程度的关 键是合理确定评价指标．目前所采用的许多评价指 标仍存在许多亟待解决的问题，特别是1 多数指 标不能综合反映断裂网络的复杂变化；2 在确定 评价指标的过程中，有人为因素的干扰，指标的客 观性差；3 一些评价指标难以获取． 评价断裂构造复杂程度常用的指标有断裂密 度及断裂强度等，但在许多情况下，这些指标并不 能准确地反映断裂构造的实际复杂程度．而分维指 标则可克服这种缺点，不同复杂程度的断裂构造的 分维值是不相同的，因此，分维值能很好地反映断 裂构造的复杂程度，与直观感觉相符合，并能把这 种感觉定量化，它是定量评价断裂构造复杂程度的 一种有效而准确的指标． 3 ．1 ．4 断裂网络复杂程度评价 在东濮凹陷断裂网络分维值计算的基础上，把 各网格的分维值和断裂长度做成散点图 图2 ，可 以看出，散点基本上呈指数曲线分布，说明断裂长 度与分维值的关系非常密切，是影响分维值的主要 因素． g l ＼ 赵 邀 臻 鉴 图2 分维值与断裂长度的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nf i a c t a lv a l u e s a n dl e n g t ho ff a u l t s 把每个网格中求出的分维值以及各网格中心 点的坐标输入到数据文件中，采用克里格插值方 法，绘制出东濮凹陷断裂构造分维等值线图 图 3 ．从图3 中可以看出，分维的高值 大于1 ．5 条 带总体上呈N E 向展布，与断裂的优势方向是一致 的，而且主要位于研究区的中部 卫古一1 、明古一1 、 马2 1 连线附近 ．南部马2 1 井附近为区内的最高 值，分维值超过1 ．7 ．研究区的构造发育特征显示 该处的断裂非常发育，表现为断裂条数多，排列密 集，断裂交叉和分叉现象严重，与分维评价结果具 有较好的一致性． 从等值线线条的疏密情况看，分维值的变化基 本上较为均匀，较少有突变的情况．尤其是在庆古 1 、高1 、东古2 、长1 等井所围限的区域内，分维值 变化很小，说明该区域断裂发育相对均匀．但其东 北部分维值变化梯度较大，断裂表现为密集成带， 分布不均． 图3 断裂网络分维等值线图 F i g ．3 F 1 a c t a li s o l i n ed i a g r a mo ff a u l tn e t w o r k 4 结语 东濮凹陷内主要的断裂构造有N N E 或N E 向、N W 向、近N S 向和近E w 向等多组．其中以 N N E 和N w 向断裂构造对凹陷的现代构造格局 具有重要的控制作用，近N S 和近E w 断裂则对凹 陷基底构造格架的奠定产生深刻影响．不同期次、 不同方向和不同性质构造的相互叠加，构成了凹陷 内现今复杂的构造图像．断裂构造网络复杂程度的 分形研究，可以用定量指标反映不同区域的断裂发 育特征．研究表明，东濮凹陷中分维的高值 大于 1 ．5 条带总体上呈N E 向展布，与断裂的优势方向 是一致的，而且主要位于研究区的中部 卫古1 一明 吉1 一马2 1 连线附近 ．南部马2 1 井附近为区内的 最高值，分维值超过1 ．7 ．研究区的构造发育特征 显示该处的断裂非常发育，表现为断裂条数多，排 列密集，断裂交叉和分叉现象严重，与分维评价结 果具有较好的一致性．因此，分形在断裂构造研究 万方数据 第5 期杨世刚等东濮凹陷断裂构造的复杂程度评价 6 0 3 中具有重要意义，是断裂构造定量分析的重要方法 之一． 参考文献 [ 1 3Y a n gSG ．S t r u c t u r a lc h a i a c t e r i s t i c so tP a l e o z o i ca n d g e o l o g i c a l s i g n i f i c a n c eo f o i la n dg a so fD o n g p u d e p r e s s i o n [ J ] 。I o u r n a lo t C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g a n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，1 3 1 9 7 1 0 2 ． [ 2 3 张亚敏，吕延仓，徐林丽，等．东濮凹陷兰聊断裂带构 造演化与油气勘探[ T ] ．石油与天然气地质，2 0 0 0 ，2 1 1 5 7 6 0 ． Z h a n gYM ，L uYC ，X uLL ，e la 1 ．S t I ’u c t u r a l e v o l u t i o na n dh y d r o c a r ’b o ne x p l o r ’a t i o no fL a n l i a o { a u l t b e l ti nD o n g p ud e p r e s s i o n [ 1 3 ．．O i la n dG a sG e o l o g y ， 2 0 0 0 ，2 1 1 5 7 6 0 ． [ 3 ] 孙思敏，彭仕宓，汪新交．东濮凹陷兰聊断层的分段 特征及其石油地质意义[ J ] ．石油学报，2 0 0 3 ，2 4 4 2 6 3 0 ． S u nSM ，P e n gSM ，W a n gXW ．．S e g m e n t a t i o n c h a z ’a c t e r i s t i c so fL a n l i a of a u l ti nD o n g p uD e p z 。e s s i o n [ ．T ] ．．A C T AP e t r o l e iS i n i c a ，2 0 0 3 ，2 4 4 2 6 3 0 ．． [ 4 3 V e l d eB ，D u b i sTa n dB a d r iA ．F r a c t a la n a l y s i so f f r a c t u r ’e si nr o c k s t h eC a n t o i ’SD u s tm e t h o d [ T ] 。 T e c t o n o p h y s i c s ，1 9 9 1 ，1 7 9 3 4 3 4 5 - 3 5 2 ． [ 5 3 徐志斌，王继尧，张大顺，等．煤矿断裂网络的分维描 述[ J ] ．煤炭学报，1 9 9 6 ，2 1 4 3 5 8 3 6 3 ． X uZB ，W a n gTY ，Z h a n gDS ，e ta 1 ．F r a c t a l d i m e n s i o nd e s c r i p t i o no fc o m p l e x i t yo If a u l tn e t w o r k i nc o a lm i n e s ．I o u h a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，1 9 9 6 ， 2 1 4 3 5 8 3 6 3 ． [ 6 ] 徐志斌，谢和平，王继尧．分维一评价矿井断裂复杂 程度的综合性指标[ T ] ．．中国矿业大学学报，1 9 9 6 ，2 5 3 1 1 1 5 。 X uZB ，X i eHP ，W a n gTY ．F r a c t a ld i m e n s i o n - - a c o m p r e h e n s i v ei n d e xf o re v a l u a t i n gt h ec o m p l e x i t y d e g r e eo fm i n ef a u l tn e t w o r k [ T ] 一l o u t n a lo tC h i n a U n i v e r s i t yo fM i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ，2 5 3 1 ] ．】5 ． 责任编辑李成俊 万方数据