盐构造研究回顾

盐构造研究回顾

孙彦达，崔永刚

中国地质大学（北京），北京（100011）

E-mail：sunyanda315@

摘要：盐构造泛指在重力、浮力和区域应力等综合作用下，盐岩及其它密度低于上覆地层的物质形成的底辟构造，盐构造研究是当前世界含油气盆地构造研究热点问题之一。盐构造研究可分为三个阶段：初始阶段、流动阶段、脆性阶段；尽管对盐构造的形成还不尽了解，地质学家通过物理模拟和数字模拟来研究盐构造形成机制和影响因素；盐构造对油气藏的形成也有重要影响，形成样式各异的圈闭。今后要加强盐构造研究，开拓油气资源新领域。关键词：盐构造；研究阶段；模拟；油气藏；展望

1 研究意义

盐构造指在重力、浮力和区域应力等综合作用下，盐岩及其它密度低于上覆地层的物质形成的底辟构造[1]。盐构造具有油气、矿床和储存等综合利用的经济价值和长远的战略意义。

盐构造研究是当前世界含油气盆地构造研究热点问题之一，地壳中从寒武系至第四系都有不同程度的盐层发育，油气需求的不断增长刺激了对盐构造的研究。全球有150余个含盐盆地，大多数都含有丰度不同的油气资源。根据统计资料，在油、盐共生的盆地中，有46%的盆地的油气层产于盐系地层之下，41%的盆地的油气层产于盐系地层之上，13%的盆地的油气层产于盐系地层之间[2]。墨西哥湾、北海、波斯湾、北欧和非洲大陆缘盆地等盐构造的研究进展极大地丰富了构造地学理论[3]，表明盐构造研究对于油气勘探开发有广阔的应用前景。中国的渤海湾、塔里木、江汉、四川、羌塘等盆地广泛发育多期盐岩层和多种类型的盐构造。

2历史回顾

人类早在3000多年以前就开始开采盐，在波斯湾和红海的干旱地区，盐曾经是极昂贵的商品，被称之为“白金”。人们真正研究盐构造有100多年的历史，最初认识盐构造是从盐穹（salt dome）开始的，那不过是盐构造的接近地面的部分，随着地震和钻、测井技术的发展，人们对盐构造有了整体的认识，包括对源盐层、盐构造的类型、下伏基底和上覆岩层的认识。文献记载的有科学意义的发现是1856年Ville在安哥拉撒哈拉地图集中对一座盐山Ran el Melah的描述，不久第一个地下盐穹在美国路易斯安那被发现。研究盐构造的历程大体可分为三个阶段[4]：

2.1初始阶段(1856-1933)

该阶段产生了关于盐底辟的一般假说，这些假说由与火山活动和残留岛有关的怪异而错误的概念所主导，渐渐地，石油勘探资料限制了这些猜想。作为底辟形成机制的概念如下沉形成（downbuilding）和差异载荷（differential loading）被提出来。

盐构造的真正研究是围绕欧洲中部特别是喀尔巴阡山脉的几百座盐穹开始的，在这期间，Mrazec于1907年提出了底辟的概念，Pospny(1871)记录了盐穹的两个特征：①翼部地层的角度不整合；②盐穹内部有类型相似的褶皱。由于资料的缺乏，许多推测和假说从未因它们的稀奇古怪而被否定，最初非常流行的观点是盐穹由年轻海洋沉积物所包围的偏远的残

留盐岛，另一些人则认为盐穹的形成是由于局部褶皱或深成岩侵位所造成。

这一时期提出的盐底辟力学控制因素有：浮力、区域收缩、差异载荷、下沉形成。

2.2 流动阶段（1933-1989）

这阶段的观点主要认为是瑞利－泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor instability）导致了盐构造的产生，即拥有微小抗屈强度(yield strength)密度流的上覆岩层沉入低密度流的盐层，替换了它并向上流动。在这个阶段，强调对比密度、粘度，强调主波长，但是上覆岩层的强度和断层被忽略；尝试恢复重建工作，认识到上覆岩层底部盐的上涌；发现了成矿底辟的内部结构，了解了边缘沉降、龟被构造、底辟系列；阐明了干盐的流体定律；认识了发散边缘的收缩带和外源盐席；上个世纪70年代揭示了盐的外来岩体基本的驱动力，底辟内部有限应变，盐体内部热对流的可能性，发现了阻尼盐体、盐伞盖、蘑菇底辟的流动定律。

1934年，Nettleton通过对盐穹的流体力学的调查，设想当比例下降，盐和上覆盐层可以用两种忽略强度的粘性流体来表征，他还证明仅有重力可以产生类似底辟的形状，没有变形的源盐层环绕着沉降体。Nettleton的假说盛行了55年，他的模拟方法得到了广泛的应用，Ramberg把这种流动研究方法提到新的高度。流动假说之所以得到广泛的应用是由于它的简单，并注意到源盐层和底辟形状的渐进变化。

2.3 脆性阶段（1989-）

1989年脆性时代开始繁荣，这个时代最初源于1947年的一个发现：如果根太厚底辟就会停止上升，在砂箱试验和计算机对墨西哥湾底辟及其周围断层重建的激发下，脆性阶段一开始就产生以下成就：发现沿消失了的外源盐体、漂浮构造、浅层扩展和盐席分割体产生了区域拆离面和抽空面。在90年代早期提出了对于盐构造、盐坪和盐斜坡的剖面平衡准则；作为源于构造差异载荷、隐性的薄皮构造伸展的底辟触发的活性刺穿作用；沉积速率对被动底辟和喷出的外形的影响；上覆岩层的临界厚度对于活动底辟变化、断层分割的盐席、相对区域断层系统、沉降底辟、伸展龟背背斜和假龟背构造的重要性。

1989年后，盐构造开始被认为是一个有坚固的、脆性的和有断裂存在的上覆岩层的系统。Worrall和Snelson（1989）强调生长断层并不仅仅由重力滑动产生的向盆地方向的滑动沉陷，而是生长断层的伸展，是在区域范围的重力扩展期间由于流动的盐导致的上盘地层的扩张，伸展提供了横向的可容纳空间，盐的滑动和地层深处可移动的页岩产生垂向上的可容纳空间，

3 盐构造动力机制及模拟

尽管对盐构造的形成还不尽了解，地质学家还是通过各种方式来模拟盐构造形成机制和影响因素。经典的方法是忽略盐的上覆地层大部分断层影响，把盐的上覆盐层简化成单一粘性流体，这种情况下，浮力是唯一驱使盐底辟进入粘性层的动力。另一种理论则认为上覆地层是含有断层的脆性固体物质，浮力不足以驱动盐底辟进入脆性上覆地层，这是因为盐层与其上覆岩层的密度差导致应力差太小而不能是上覆岩层变形，于是就提出了很多触发和强化盐底辟的机制，如区域性的薄皮伸展（Vendeville 和 Jackson，1992； Weijermars等，1993；Daudre 和Cloetingh，1994）；重力滑动(Demercian 等，1993)；差异负载(Jackson 和Talbot ，1991；Davison等，1993)等。文献［5］认为区域沉积可以触发重力扩张，因此能够驱动盐构造形成。重力扩张不需要向海方向的基底斜坡，在大陆边缘停止热沉降后重力扩张就成为