分期异向分层伸展断裂系统叠加过程模拟研究—以渤海湾盆地南堡凹陷为例

Superimposed structure of multiphase extension from different orientation is the dominant deformation styles occure during the evolution of extensional basins resulting from stress changes.Ductile layers (mudstone and salt)between brittle layers is the main rock property factors to generate superimposed fault systems.Analogue modeling and descrete element method are effective techniques to simulate extensional faults in rift basins.Fault systems localising in Dongying Formation superimpsoed above fault systems developed in the Eocene Shahejie Formation in Nanpu sag of Bohai Bay Basin.On the base of fundamental simulation results,quantitative models of superimposed fault systems with or without decollements between two brittle layers will be built by the research.According to detailed interpretation of 3D seismic data of Nanpu sag,geometric and kinametic models for the Eocene Shahejie formation and Dongying formation will be established.Physical and numerical simulation will be carried out according to tectonic setting and basic modeling results in order to build visial dynamic models for Nanpu sag.Distribution charateristics of hydrocabon ,reservoir and caprock controlled by multiphase fault systems will be concluded,and then to analyse the genetic evolution of Bohai Bay basin in order to give the evidence to discuss the effect of stress field caused by subduction and collision of Pacific plate and Indian plate to Eurasia Plate.

分期异向伸展叠加构造是裂陷盆地演化过程中因应力场改变而导致的叠加变形现象；两期伸展断裂系统之间是否存在韧性滑脱层(泥岩层和膏岩层)是分层叠加变形的主控物质因素；构造物理模拟和离散元数值模拟技术是再现伸展断裂系统叠加过程的有效手段。渤海湾盆地南堡凹陷古近纪沙河街期断裂和东营期断裂组成典型的分期异向分层伸展叠加断裂系统。本项目拟通过多组分期异向伸展基础实验模拟研究，建立有无滑脱层分期伸展叠加断裂系统演化的定量化模型。通过对渤海湾盆地南堡凹陷三维地震资料精细解释，建立古近纪沙河街期、东营期伸展断裂几何学和运动学模型，应用基础模拟实验结果和南堡凹陷构造背景及边界条件开展物理模拟和数值模拟研究，建立南堡凹陷伸展叠加断裂系统三维动力学模型，分析不同期次断裂演化过程对生、储、盖组合的控制规律。进而分析渤海湾盆地成因机制，为深入探讨太平洋板块、印度板块向欧亚板块俯冲、碰撞产生的区域应力场效应提供依据。

分期异向分层伸展叠加变形是裂陷盆地演化过程中普遍存在的一种复杂而重要的构造现象，其对盆地内油气资源的运聚成藏过程具有重要的影响作用，构造物理模拟和数值模拟是再现多期伸展断裂系统叠加过程的有效手段。本项目在地震资料解释和断裂活动定量化研究基础上，结合物理模拟和数值模拟实验研究成果，认为南堡凹陷经历了沙河街期北西-南东向伸展、东营期-明化镇期近南北向伸展叠加变形过程，东营组底部泥岩是产生分层叠加变形的主控物质因素；进而建立了渤海湾盆地分期异向伸展叠加反时针旋转成因新模型。共轭式断层理论模型表明走向平行的共轭式断层在平面上不发育交叉点，其剖面上发育的倾向交叉点的连线构成一条水平直线，而走向非平行的共轭式断层在平面上发育交叉点，其剖面上发育的倾向交叉点的连线构成一条倾斜线。倾向交叉点距离基底地垒顶面的高度随着基底地垒顶面的宽度和基底地垒边界断层的倾角增加而增大。基底地垒顶面之上直接覆盖砂层时将产生标准的“X”型共轭式断层，其倾向交叉点之下砂层遭受不同程度的损失；基底地垒顶面之上直接覆盖滑脱层时产生的共轭式断层结构复杂，盖层地堑内部次级断层发育，地层产状发生明显旋转。当盖层内部夹有滑脱层时，地堑与地垒分层叠加，地堑内部次级断层发育，地层产状相背倾斜，构成低幅度的“背形负花状构造”。模拟结果证明南堡凹陷2号构造带内发育的走向平行的共轭式断层组合样式经历了沙河街期（Es）地垒发育、东营期（Ed）地堑发育、馆陶期（Ng）背形构造发育、明化镇期（Nm）“背形负花状构造”定型等四个阶段。南堡凹陷4号构造带浅层发育的“正走滑叠瓦扇”构造展布形态受3号、4号基底断层和沙北断层共同控制，是近南北向伸展产生的张扭走滑作用的结果，而非北西-南东向纯走滑作用所致。