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位于我国东北部的松辽盆地是我国最重要的含油气陆相沉积盆地,主要经历了裂谷期断陷(早白垩世早期)、后裂谷期坳陷(早白垩世晚期至晚白垩世)和构造反转(白垩纪末以来)三个阶段。后裂谷期的斜向拉伸不同于裂谷期的正向拉伸,应视为亚洲大陆东缘晚中生代构造转折的明显记录。基于对大庆油田三维高精度地震资料,本文系统地研究了松辽盆地中部后裂谷期断层的几何形态、运动学特征、形成机制及其构造动力学意义,取得以下的主要研究成果:
1、在松辽盆地长垣隆起中部,正断层走向自下而上具有逐渐向西偏移的演化趋势,基本上以下白垩统泉头组顶面地震反射层(T2;约98.9Ma)为界,主要的断层走向在其下为与盆地平行的NNE向,在其上为NNW向,二者约有60°的偏差。这种变化代表着原地最大水平压应力的同向变化,应反映出临近陆缘洋壳俯冲速度的变化。120Ma时伊泽纳崎板块朝欧亚大陆呈高角度、斜向俯冲消减,随后变为相对正向的俯冲,俯冲速率有所减小。由此意味着相对斜向俯冲而言,板块的正向俯冲将更为有效、长距离地向板内传递挤压应力。
2、松辽盆地长垣隆起中部断层伸展率测量表明:伸展率总体上自下而上呈单调递减,但是在后裂谷早期伸展率出现异常高值。这与裂谷盆地的伸展率一般自下而上呈单调递减是不一致的,意味着单纯的机械拉伸不能够解释这种反常现象。我们认为其主要原因是成岩过程中沉积物可能发生的体积收缩,造成体积收缩的可能机制包括生烃、伊利石化脱水和压实收缩,其中最主要的是压实收缩机制。与单纯体积收缩造成的走向杂乱无章的断层系相比,本区断层系明显具有一定的方向性,表明构造应力场的影响也不可忽视。
3、利用Poly3D模拟了松辽盆地中部后裂谷期的构造应力场。计算结果表明,深部(裂谷期)断层的存在会扰乱浅部(后裂谷期)应力场,这种扰动程度距离深部断层越近越明显,从而导致了浅层次级断层的走向变化和不均匀的密度分布。浅部次级断层的走向和分布与深部断层的形态和空间位置相关,它们在深部断层的端部、转折段及其附近变化较大。
4、利用Poly3D研究了在深部断层未加载位移和加载位移的两种情况下,深部断层对浅部断层发育的影响。在第一种情形下,对比在施加远场的不同方向水平拉伸和相同应变量下计算得到的浅部次级断层走向和密度与实际观察值,获得了T3、T2和T1反射层的最佳远场伸展方向分别为N80E、N70E和N60E。在第二种情形下,计算出的浅部次级断层走向和密度更好地与实际观察地相吻合,当施加的断层位移比例是40%时,吻合程度最好。这暗示出浅部次级断层的发育不仅受远场构造作用影响,而且还受深部断层独立活动的制约,两者的贡献分别为60%和40%。
5、松辽盆地后裂谷期斜向拉伸是在远场挤压和近场拉伸共同作用的产物。通过利用Flac软件对这种斜向拉伸机制研究,软流圈上涌到下地壳底部时计算得到的古地温与由松辽盆地后裂谷期古地热梯度(4.80℃/100m)估算的古地温相近。在远场挤压(应变速率取为3 mm/a)和上述近场热拉张的共同作用下,盆地内最大主应力近垂直,最小主应力方向与盆地走向成高角度斜交,大概是70°,满足斜向拉张的应力需要。这种斜向作用改变了相邻断层之间的力学状态,从而影响断层的生长或连接。