多个先存构造条件下裂陷盆地断层的形成和演化研究——以辽河西部凹陷为例

Fault is the core of structure reaserch, but also the key of oil and gas exploration in rift basins. As pre-existing fabrics commenly existed in the basement, the structural deformation is on the basis of pre-existing fabrics in rift basins. While the fault distribution, formation and evolution with multiple pre-existing fabrics in rift basin have not been solved very well by existing theories and models of structural geology, such Anderson's model. In the project, with the integrated use of basin structural analysis, sandbox modeling, stress field simulations,and theoretical analysis with solid mechanics, and Liaohe Western Sag as a case, we study: the fault formation and evolution under multiple pre-existing weaknesses in rift basin and its quantitative relation to ① regional extension direction; ② the properties and assemblage of pre-existing fabrics; ③ different stage at progressive extensional deformation; ④the size and distribution of sedimentary bodies, etc major elements to control tectonic deformation; disclose the law of stress field evolution and fault formation and evolution with multiple pre-existing fabrics, and the nature of complicated fault system in rift basin. Eventually, a new faulting model with multiple pre-existing fabrics in rift basin will be proposed, which can be a theoretical model for correct fault interpretation, prediction, and evaluation in rift basin to serve for oil and gas exploration and development.

断层是裂陷盆地构造研究的核心，也是此类盆地油气勘探的关键。由于基底一般都或多或少地存在先存构造，故裂陷盆地多表现为先存构造基础上的伸展构造变形，而Anderson模式等已有的构造地质学理论和模式都未能很好地解决多个先存构造条件下断层的分布、形成和演化问题。本项目以渤海湾盆地辽河西部凹陷为例，综合运用盆地构造解析、砂箱模拟实验、应力场模拟和固体力学理论分析研究：多个先存构造条件下裂陷盆地断层的形成和演化与 ①区域伸展方向；②基底先存构造的方向、数量、性质和组合方式；③递进伸展变形过程的不同阶段（伸展量）；④沉积物的分布等裂陷盆地主要构造变形要素之间的定量关系；揭示多个先存构造条件下应力场演变、断层形成和演化的规律，以及裂陷盆地断裂系统复杂性的实质。最终建立多个先存构造条件下裂陷盆地的断层作用模式，为裂陷盆地断层的正确解释、预测和评价提供理论模式，为油气的滚动勘探和开发服务。

断层是裂陷盆地构造研究的核心，也是此类盆地油气勘探的关键。由于基底一般都或多或少地存在先存构造，故裂陷盆地多表现为先存构造基础上的伸展构造变形，而Anderson模式等已有的构造地质学理论和模式都未能很好地解决多个先存构造条件下断层的分布、形成和演化问题。.本项目以渤海湾盆地多个凹陷（包括辽河西部凹陷）为对象，综合运用盆地构造解析、砂箱模拟实验、应力场模拟和固体力学理论分析研究：多个先存构造条件下裂陷盆地断层的形成和演化与 ①区域伸展方向；②基底先存构造的方向、数量、性质和组合方式；③递进伸展变形过程的不同阶段（伸展量）；④沉积物的分布等裂陷盆地主要构造变形要素之间的定量关系，揭示裂陷盆地断裂系统复杂性的实质。.通过本项目的研究，在断层的基础理论研究领域取得重大突破，取得两大方面的原创性基础理论成果：1）广义断层模式的建立，和2）摩尔空间（Mohr space）理论-方法的提出。.广义断层模式把构造地质学的世纪经典理论Anderson断层模式，从①均匀介质扩展到有先存构造的非均匀介质；②Anderson应力状态（主应力直立或水平）扩展到任意应力状态；③应用库伦-摩尔准则到广义剪切破裂准则；④断层的瞬时活动趋势分析扩展到断裂系统的形成演化，使得断层作用的理论模型接近地质实际，具有广阔的应用前景，除了可以为裂陷盆地断层的正确解释、预测和评价提供可靠的理论模式，为油气的滚动勘探和开发服务外，还可以应用到与断层活动相关的各种地质作用的分析中，如滑坡体、地震、地基稳定等的预测分析预测中。摩尔空间（Mohr space）理论-方法的提出，把构造地质学力学分析的基本工具从二维空间（摩尔圆）扩展到三维（摩尔空间），使得构造地质学的应力分析更加符合实际。