龙门山中段山前构造三角楔变形特征及迁移规律

The Characteristic and Evolution of Structural Wedges in the Central Longmen Mountains Front Belt

摘要: 龙门山位于青藏高原东缘与川西前陆盆地之间，其构造活动的复杂性、继承性和长期性使得龙门山山前油气勘探面临诸多挑战：山前地震资料信噪比低，构造圈闭落实差；冲断带内多期构造复合叠加，晚期构造对早期变形改造强烈；构造变形迁移规律复杂，这些都严重制约了龙门山山前勘探的进展。本文依据二、三维地震数据，钻、测井数据，遥感解译及地面地质调查数据，对重点剖面开展断层相关褶皱精细几何学分析，建立了龙门山中段山前构造新样式，并探讨其侧向变形迁移规律。龙门山中段山前带从北西向南东依次可以划分为三个构造变形特征带：北川–映秀断层上盘推覆构造变形带；通济场与关口断层之间的三角楔断块构造带；山前隐伏褶皱带。山前隐伏褶皱带又分为三排斜列构造：大邑背斜构造；彭州向斜构造；金马–鸭子河背斜构造，三排斜列的构造之间具有明显的构造侧向和前陆方向的迁移特征，控制各主要构造形成的断层之间存在明显的横向位移传递和转移；龙门山前构造样式和侧向迁移是多方向性物源的主控因素，把握其规律对山前带油气预测具有重要的指导意义。

Abstract: Longmenshan is located between the eastern margin of Qinghai-Tibet Plateau and the foreland basin of western Sichuan. The complexity, inheritance and long-term nature of tectonic activity make the exploration of gas and gas in front of Longmen Mountain face many challenges: low signal-to-noise ratio (SNR) of seismic data, poor reliability of structural traps, multi-stage deformation superposition, strong reworking of early deformation, complex characteristic of tectonic deformation and migration, which seriously restrict the progress of exploration in front of Longmen Mountain. Based on petroleum industry seismic data, drilling and logging data, remote sensing interpretation and ground geological survey data, this paper analyzes the geometry of faults and folds in key sections, establishes a new style of structure deformation in the middle section of Longmen Mountain, and discusses its lateral deformation and migration characteristic. The middle section of Longmen Mountain front can be divided into three structural deformation characteristic zones from north west to south east: the upper nappe plate west of Beichuan-Yingxiu fault, the triangular wedge fault structure zone between Tongji field and Guankou fault, and Hidden fold belt in front of mountain. The hidden fold belt is divided into three rows of oblique structures: Dayi anticline structure; Pengzhou syncline structure; Jinma-Yazihe River anticline structure. There are obvious lateral and foreland deformation migration characteristics between the three rows of oblique structures, which control the lateral displacement transfer between the faults. Longmen Mountain front structure style and lateral migration are the main control factors of multi-directional sedimentary source, and it is important to grasp its law for oil and gas exploration in the mountain front zone.

1. 引言

龙门山冲断褶皱带位于青藏高原东缘与川西前陆盆地之间，宽约40~50 km，长约500 km，是研究青藏高原、龙门山冲断带、川西前陆盆地三者之间耦合联动关系的关键领域，长期以来受到众多中外地质学家的关注 [1] - [10]。

同时，龙门山前油气资源丰富，上世纪70年代在龙门山褶皱冲断前缘北段发现的中坝气田迄今依然是龙门山前地区储量规模位居首位的气田，但紧接着在矿山梁、天井山依据地表圈闭勘探的失败，揭示了龙门山前构造的复杂性 [11] [12] [13]。鸭子河地区的油气勘探始于七十年代初，通过地震概查发现鸭子河地区地下有潜伏背斜存在。从1981年部署第一口普查井——L1井，到2009年先后上钻L2、L3等多口针对深层须家河的探井，均未取得实质性突破。仅有L4井在浅层沙溪庙组气层测试获得无阻流量18 × 10⁴ m³/d的高产工业气流，取得了该地区勘探工作的重大突破。近年来在龙门山中段L4井附近部署针对深层雷口坡组的L6井，取得了龙门山前中段深层勘探的重大突破，进一步预示了龙门山前良好的勘探前景 [11] [14] [15]。早期针对该层位在龙门山中段山前大圆包构造上L5井勘探的失败，揭示山前冲断褶皱带中油气构造圈闭形成及演化的复杂性。

目前，针对龙门山中段山前的几何学解释方案还存在较大争议，有的认为主要以叠瓦构造为主，也有认为是多重叠加构造楔模式 [16] [17] [18]。龙门山中段精细的构造几何学模型和构造的侧向迁移规律还有待进一步厘定。构造几何样式控制了圈闭的几何形态，构造发育演化迁移规律控制了沉积相的展布，本文以三维地震数据为基础，旨在通过精细的断层相关褶皱构造几何学分析，建立龙门山中段构造样式和变形演化迁移特征。

2. 典型剖面构造分析

1) 剖面A

剖面A位于金马–鸭子河构造带的金马局部高点位置，剖面北西端抵达彭灌杂岩体东侧(图1、图5)。剖面从北西到南东主要为四条断层所切割，依次为映秀–北川断层、通济场断层、关口断层、彭县断层。北川–映秀断层断面较陡，约65˚~75˚，断层上盘卷入变形地层为新元古彭灌杂岩体，断层下盘为三叠系 [19]。通济场断层断面向北西陡倾，断层上盘卷入变形地层为上三叠统马鞍塘组、小塘子组以及须家河二段，由于受到强烈的挤压变形，地表出露的地层近于直立；平面上，通济场断层紧邻北川–映秀断层，在都江堰位置处，二者距离最近，可能合并为同一条断层，向北东分叉撒开(图4、图5)。

Figure 1. Interpretation of seismic profile A. Location of the profile is shown on Figure 5

图1. 剖面A地震剖面解释方案(位置见图5)

关口断层是龙门山冲断带与川西平原之间的地形分界(图4)，断层以西地表高程起伏变化大，以山地为主，断层以东地表高程变化小，以平原为主，其性质和横向延续分段特征还存在争议 [20]。关口断层走向北东–南西，倾向北西，倾角60˚~70˚，前人认为关口断层可以延伸至整个龙门山北段，并依据江油市含增乡前缘断层上、下盘中三叠世地层厚度关系认为关口断层为一正反转断层 [20]。关口断层上盘卷入变形的须家河组三段、须家河组四段以及侏罗系地层向南东倾斜，可以划分为三个明显不同的倾角域，底部至少存在两条断层，并且其中一条断层倾向为向南方向，该断面在地震剖面上断面波特征比较清楚，位于须家河组三段底部。关口断层并非单一断层，而是由两条断层围限的断层三角构造楔 [21]，顶板断层沿须家河组泥岩或煤层滑脱并突破上部岩层，而三角楔体的底板断层位于中三叠世雷口坡组中，三角楔体的主体变形时间在须家河组末期，须家河组五段的厚度从南东向南西逐渐减薄直到尖灭，这受控于三角楔形断块楔入的抬升，侏罗纪变形持续，侏罗纪蓬镇期的变形特征尤为明显，在侏罗系蓬莱镇组发育生长地层，地层厚度向北西呈递减趋势，侏罗纪末–白垩纪中晚期，楔体底板断层突破楔体，形成高角度北西倾的关口断层(图2)。彭县断层向北西深部交汇于关口断层，三叠纪末期关口断层的活动，部分位移传递向南东转移到彭县断层之上，形成了金马背斜的雏形，此时金马背斜主要为断层传播褶皱，背斜隆升幅度不大；燕山期为金马背斜的主体形成时期，背斜南东翼被后期高角度断层切割。

Figure 2. Deformation model and sequence of Structural wedges of Guankou fault

图2. 关口断层构造三角楔演化模式

2) 剖面B

该剖面位于大邑背斜构造主体部位，剖面过L7井(图3)。剖面总体表现为一核部宽缓的断层转折褶皱，两翼倾角域向上逐渐收敛，具有典型的多期变形特征。背斜核部上、下变形不协调，早期构造变形轴面被晚期顺层滑移断层切割，形成上下两套构造变形层，上部顺层滑移断层发育于须家河五段泥岩层内。背斜前翼地表出露倾角为33˚，受此地层倾角突变影响，断层前翼浅层地震信噪比较低，反射比较杂乱，可能与浅层近道切除有关，但深层前翼地层倾角较为清楚，由此可以判定断坡角约为25˚左右，断层位移约为3公里左右。大邑背斜后翼形成了生长三角楔，轴面褶皱点位于侏罗系内部，大致相当于遂宁组内部，顶部终止于白垩系内部；迁移轴面直达地表，地表第四系也卷入变形。大邑背斜于燕山期初具雏形，白垩纪–第四纪持续变形，背斜主体形成与白垩系灌口组沉积之后。

Figure 3. Interpretation of seismic profile B. Location of the profile is shown on Figure 5

图3. 剖面B地震剖面解释方案(位置见图5)

3. 构造变形迁移规律

利用断层相关褶皱理论，结合野外观测，通过对大邑–大圆包三维地震资料和部分二维资料的精细几何学分析认为：龙门山中段山前从北西向南东依次可以划分为三个构造变形特征带：北川–映秀断层上盘叠瓦逆冲推覆构造变形带；通济场断层与关口断层之间的构造三角楔断块构造带；山前隐伏褶皱带。山前隐伏褶皱带又分为三排斜列构造：大邑背斜构造；彭州向斜构造；金马–鸭子河背斜构造(图4、图5)。构造变形时间和位移具有明显的构造侧向和前陆方向的迁移特征，关口断层活动于印支晚期，燕山期继承性活动，断层位移从北东向南西渐次减小，轴面分析表明最大位移6~8 km；彭县断层和大邑断层主要活动于燕山期，彭县断层的位移平面上表现为中间大，两端逐渐减小的特征，最大位移在L1井到L6井之间，最大水平位移为3~4 km (图5)。大邑背斜主体变形时间较彭县断层更晚，大邑断层位移则是从北东向南西渐次增大，这与背斜整体向北东倾伏的特征也是一致的。总体而言，印支期、燕山期和喜山期断层滑移位移在都江堰附近都表现为最小值，结合现今彭灌杂岩体可以看出，杂岩体出露范围也向南西减小，近期汶川地震科学探井揭示，彭灌杂岩下部存在多套重复的三叠系地层，断层带具有多期变形的特征，这些事实充分说明彭灌杂岩应该具有无根特性，彭灌杂岩对位移的阻挡、传递和分配起到了十分重要的作用 [19]。

龙门山中段大邑–大圆包地区构造的侧向迁移特征表明，通济场、关口断层印支晚期构造变形从北东向南西递减，必然造成除北西造山带以外，沿龙门山走向上，北东和南西也存在古地貌分异，因此在川西中段金马鸭子河地区存在须家河组三段异常厚度分布带 [22]。除受局部构造控制外，印支晚期须家河沉积物源主体应为北西、北东向，鸭子河与都江堰地区接受的物源应该以北东、南西向混源为主，同时构造平静期和构造主变形期物源特征也有所变化，在主构造变形期，受背斜隆升阻挡，局部物源应该以北西向为主。因此，细化构造期次和沉积相平面分布特征，有助于地震相的甄别和分析。

Figure 4. Pesudo-3D relationship of lateral deformation between Jinma-Yazihe anticline and triangle wedge

图4. 金马–鸭子河背斜与三角楔变形侧向变形关系

构造变形上，正是由于通济场断层与关口断层之间的构造三角楔断块构造带的调节和应力转换，确保了金马–鸭子河背斜构造带变形适中，背斜形态保存较为完整(图4)。北东侧较大一部分造山带传递形成的位移通过断层三角楔顶板断层向后陆方向传递，从而形成了分别向南西和北东两端倾伏的金马–鸭子河背斜构造，也是现今龙门山前雷口坡组勘探开发的主要对象。

Figure 5. 3D seismic time slice and displacement of structural deformation of each major phase. (a) 3D horizon time slice (0.92 s); (b) Interpretation of the time slice and displacement distribution of each major deformation phase

图5. 三维地震时间切片及各期次构造变形位移平面分布图。(a) 三维水平时间切片(0.92 s)；(b) 时间切片解释及变形位移平面分布规律

4. 结论

1) 龙门山中段山前北西到南东可以划分为三个特征变形带：北川–映秀断层上盘推覆构造带；白鹿场与关口断层之间为三角楔断块构造带；山前隐伏褶皱带。

2) 关口断层早期是由两条断层围限的三角构造楔体，顶板断层沿须家河组泥岩或煤层滑脱并突破上部岩层；三角楔体的底板断层位于中三叠统雷口坡组中，晚期发育高角度断层切断构造变形楔体。三角楔体的主体变形时间在须家河组末期，侏罗纪继承性变形。

3) 山前三排斜列的构造之间具有侧向和前陆方向的迁移特征，控制变形的断层之间存在明显的横向位移传递和转移；构造变形的侧向迁移是多方向性物源的主控因素。

基金项目

中石化重点科技项目：川西地区雷口坡组天然气富集规律研究(编号：P15101)。