裂陷盆地伸展构造分析-录井处讲课程秀申2014.5.12

文西-刘庄三维Inline700地震剖面
地震剖面上的共轭正断层组合
露头岩层中的共轭正断层组
共轭正断层组的形成和演化
同生共轭正断层组的形成和演化
露头岩石上的共轭正断层组
文西-刘庄三维Inline700地震剖面
地震剖面上的共轭正断层组合
共轭正断层组
共轭正断层组
多米诺式正断层组合
2、地堑与半地堑
4、伸展断陷族系 5、裂陷盆地内部断层
1、正断层
几何学、运动学类型
原始状态 σ3 σ3
非旋转平面式正断层
旋转平面式正断层
直移＋ 旋转
直移
正断层的尺度分类

基底卷入的正断层
– 断陷主边界正断层（位移一般大于1000米） – 次级正断层（位移一般小于1000米）

盖层滑脱的正断层
– 主要盖层正断层（位移大于100米） – 次级盖层正断层（位移10-100米） – 隐形盖层正断层（位移小于10米）
由西深东浅向南过渡为东
深西浅，反映黄河断层与
长垣断层之间的位移传递。
东濮凹陷断裂特征
南区南部兰聊断层同向分支断层增多，上盘断陷变浅，中央凸 起明显，而西部次凹以东深西浅的不对称地堑为基本特征。
东濮凹陷断裂特征
• 基底地层总体上呈NNE向 展布，但是南、中、北 三段的基底地层分布有 差异。 • 中下三叠统主要分布在 中北区，显示古近系沉 积前南部抬升更强烈， 剥蚀地层更厚。
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
北区拆离滑脱深度相对较浅，大致在8-10km滑脱
中区拆离断层深度加大，大致在10-12km
北部拆离断层形态
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
向南区过渡拆离断层形态变为坡坪式
东濮凹陷南区地震剖面及其构造解释图 91+97-250+马厂3D102+87-254.2测线


裂陷盆地基本结构类型 共轭非旋转平面式 正断层控制的复合 地堑 相向倾斜的两组正 断层控制的向心式 复合地堑 多米诺式正断层控 制的复合半地堑
铲式正断层控制的 复合半地堑
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
剖面模拟实验过程及结果
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
(柳屯－文北)构造演化剖面 • 沙四期开始发育平面式断层控制的
– 同生基底正断层
– 同生盖层滑脱正断层

后生正断层
– 后生基底正断层 – 压实正断层
正断层剖面组合



共轭状（相背倾斜、 相向倾斜、交叉） 平行状 斜列状（软连接） 铲式扇状（硬连接） 伸展双重构造
原始状态 σ
3
原始状态 σ3 σ3 σ3
铲式正断层
坡坪式正断层
铲式扇
正双重构造
地震剖面上的 平行的铲式正 断层组合
东营期
地堑构造
沙一期
• 沙三期兰聊断层演化为铲式正断层，
沙二期
主干基底断层控制的1个半地堑断
陷和一个地堑断陷
沙三期
• 沙二、一期开始发育盖层断层，反 向盖层正断层切割同向基底正断层
沙四期
• 东营组沉积期断层活动明显减弱
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
(高平集－葛岗集)构造演化剖面
• 沙四期为同向基底断层控制的复
文南地区
孟居地区
力学解析
物理模拟
多掌握一些构造模式
桥口地区
长垣断层
文西断层系
②马尾断阶： 两盘相对运 动，应变椭 球旋转，发 生剪破裂。
力学解析 物理模拟
多掌握一些构造模式
叠加位置不同+发育程度不同=构造样式差异
文西刘庄INL920
文南INL3270
桥口INL1560
敬请指正！
东濮凹陷构造复杂—断块破碎
东濮凹陷古近纪变换构造叠合图
堑 堑 垒
垒堑 垒
垒
堑 垒 垒
文留油气藏剖面图
多变动力条件、多期次断裂叠合、多方向断裂切 割、多变形介质影响等导致构造复杂、断块破碎，剖 面上呈复杂镜像关系，平面上呈多变转换关系。
文明寨地区过明372井地震剖面
东濮凹陷断裂特征
北区：兰聊断层产状 相对缓倾，上盘发育多 条同向基底断层，构成
坡坪式正断层控制 的复式半地堑系统
半地堑地震剖面
1、凹陷对比
盆地结构相似， 东濮断裂系统复杂
(1) (2) (4)
(2)黄骅坳陷中部构造剖面 (1)辽东湾凹陷中部构造剖面
(3)
东濮凹陷
(3)东濮凹陷中部构造剖面
(4)渤中坳陷－济阳坳陷中部构造剖面
1、凹陷对比
东濮凹陷地质剖面
东营：断来自百度文库深浅贯通；
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
• 北区浅层的产状相对平缓，向深 层的拆离滑脱深度约为9-12km。 • 中区浅层的产状相对陡倾，向深 层的拆离滑脱深度约为13-14km。 • 南区浅层的产状随走向有明显变 化，向深层则呈坡坪式延伸，对 应于东部次凹带的拆离深度约为 8-10km，西部次凹带的拆离滑脱 深度约为10-12km。
1
裂陷盆地伸展构造分析
程秀申
勘探开发科学研究院
二○一四年五月
裂陷盆地的伸展构造样式

正断层是裂陷盆地伸展构造的基本构造要素 地堑、半地堑是裂陷盆地的基本构造单元
裂陷盆地的基本结构单元的形态
地堑
地垒
不对称地堑
半地堑
半地垒
多米诺半地堑
断陷 断坪凸起 断坡凹陷
复杂半地堑
主要内容
1、正断层
2、地堑与半地堑 3、拆离断层和滑脱断层
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
１、位移变化具有分段性特征暗 示横向构造的存在。
２、小级别断层的位移对区域伸 展有一定影响
4、以半地堑为基本单元的伸展断陷族系

一条主边界正断层上盘下降即构成了一个半地堑断陷， 完整地堑也可以视为两个相向倾斜的主边界正断层形 成的半地堑叠加在一起而构成的
8
东濮凹陷构造复杂—大型构造发育
东西分带、南北分区、隆洼相间、大型构 造发育。
北区
中区
C’ 南区
东濮凹陷构造复杂—大型构造发育
构造格局表现为“两洼一隆一斜坡”，其中中 央隆起带发育濮城-卫城、文留、桥口、马厂等大 型正向构造，构造面积大（一般100-300km2 ），
隆起幅度大（隆起幅度最大3500m）。
东濮凹陷断裂特征
火山岩分布和盐岩分布也表现除南北差异
东濮凹陷断裂特征 • 盆地结构具有（不 对称）东西分带和 南北分区特征 • 盆地盖层上、下部 结构有一定差异， 反映控盆构造因素 有继承、又有变化。
东濮凹陷断裂特征
东濮凹陷断裂特征
正断层的活动方式分类

同生正断层（同沉积正断层、生长断层）
多米诺断层系统，向南
过渡到铲式正断层，总 体上保持东深西浅的基 本特征。
东濮凹陷断裂特征
中区：兰聊断层上陡下 缓，以铲式断层面为基 本特征，基底断层位移 变化强烈，盆地结构由
此而出现差异，但总体
上仍保持两凹一凸的基 本特征。
东濮凹陷断裂特征
南区：北部的盆地结构 与中区类似，呈过渡趋势。 西部次凹带内不对称地堑
东濮凹陷1209地震剖面
东濮凹陷332地震剖面
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
• 断层活动伸展速率具有期次性； • 沙三3-4期、沙二期的伸展速率较快，东营期明显减弱。
多掌握一些构造模式
主断层进一步活动，与派生的次级断层组成断层系（断块群）。
文留地区
①反向补偿： 断层上盘应 变椭球旋转， 发生张破裂。
伸展构造族系-3
5、裂陷盆地内部的断层

地堑、半地堑内部的断裂从形成机制、形成时代上看包 括两种类型：一类是与主边界断层同时形成、受同一动 力机制控制的断裂（辈分相同，“兄弟”关系 ）；另 一类是主边界断层的伸展位移诱导出的次级断裂构造 （辈分不同， “父子”关系）。 前者的产状往往与主边界断层相同或呈共轭关系，后者 则与主边界断层上盘的变形有关，出现在主边界断层上 盘特定的构造部位，在伸展变形中起调节作用。 一些与主边界断层同时形成的“兄弟”断裂，由于其位 移量相对较小在后期的构造演化过程中又受到主边界断 层位移的影响或控制，成为主边界断层的次级断裂

伸展断陷盆地的主边界断层的几何形态和运 动学特征与断陷盆地的结构及相关的构造组 合特点有密切关系
4种类型的正断层作为伸展断陷盆地或凹陷的 边界断层，构成了4种不同结构的断陷盆地的 剖面构造样式 单个断陷表现为地堑或半地堑结构


裂陷盆地基本结构类型 非旋转平面式正断 层控制的地堑—地 垒系统 多米诺式正断层控 制的半地堑系 铲式正断层控制的 半地堑系统
东营期
式半地堑系（南宽）
沙一期
• 沙三期兰聊断层演化为铲式正断
层，促使黄河断层位移加剧，形
沙二期
成两个半地堑（南宽加剧）
沙 三 期 沙四期
• 沙二、一段期长垣断层位移相对
增大，西部次凹沉降加深
• 东营组沉积期断层活动明显减弱
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
东濮凹陷构造演化具有阶段性、期次性和渐进性特征
在剖面上，主边界断层之间可以构成共轭组合形成地 堑—地垒族系，也可以构成平行组合形成多米诺式半 地堑族系


在平面上，主边界断层可以是平行延伸、斜列、侧列、 分叉、交截和交汇等多种型式，使伸展断陷族系的构 造样式复杂而丰富多彩。

铲式正断层上盘半地堑族系
伸展构造族系-1
伸展构造族系-2
背向倾斜半地堑组合
东濮：断层相互切割。
东营凹陷地质剖面
东营凹陷593.2-593.6剖面
东营凹陷635-637.1剖面
3、拆离断层和滑脱断层

所谓拆离断层（detachment fault）是地壳中的大型 低角度或近水平产状的断层，主要是指大型的低角度 断层，强调断层面上下变形的差异性
滑脱断层（decollement fault）沿着某一地层接触界 面、不整合面或软弱岩层底面发育 拆离断层不完全沿着这些受岩性控制的先存界面发育， 但是总体上也受岩层能干性的影响（Ramsay， 1987）。滑脱断层则没有尺度的概念，可以是小型的 层间断层，也可以是大型的沿不整合面发育的断层


穿过Sevier Desert的地震剖面和解释剖面
（上图据McDonald，1976；下图据Groshong,1990）
Line741-滑脱构造
Line871-
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
断裂系统分析：
1、NNE向主干基底断裂
带控制盆地结构。
2、兰聊主断层向深层产 状变缓与深层拆离断层衔 接，构成控盆断层。 3、不同尺度（级别）的 断层交织向深层受拆离断 层限制构成伸展连锁断层
系统。
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
• 物理模拟实验表明铲式、坡坪式主干正断层的伸展位移导致发生斜向简 单剪切变形，从而形成半地堑断陷，岩层面变形与主断层面形态相关。
东濮凹陷主干基底断层和拆离断层面变化导致盆地结构的南北差异
长治－濮阳－金乡地壳上地幔二维速度及其地壳结构解释