羅 強(qiáng)，何 宇，黃家強(qiáng)，張 靜，梁 霄，于 豪，楊榮軍，鄧 賓

(1.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；2.中國(guó)石油 塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 四川盆地研究中心，成都 610094)

基于幾何學(xué)—運(yùn)動(dòng)學(xué)相似性和“實(shí)驗(yàn)—實(shí)例”互證過(guò)程的砂箱構(gòu)造物理模型模擬，能夠最大限度地再現(xiàn)自然界地質(zhì)結(jié)構(gòu)中潛在的復(fù)雜性和不確定性，尤其是多邊界條件的物理模型，如：結(jié)構(gòu)機(jī)制層模型、應(yīng)力—應(yīng)變疊加模型和同構(gòu)造剝蝕—沉積模型等[1-2]。砂箱構(gòu)造物理模型模擬和斷層相關(guān)褶皺端元模型等方法相結(jié)合，已廣泛地應(yīng)用于沖斷褶皺帶—前陸盆地系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)—構(gòu)造特征研究，它們能夠有效解釋自然界沖斷帶—前陸盆地系統(tǒng)淺表構(gòu)造變形過(guò)程及其相關(guān)含油氣系統(tǒng)過(guò)程[3-5]。

揚(yáng)子板塊西緣晚三疊世以來(lái)形成的龍門(mén)山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)既是中國(guó)大陸西部中—新生代沖斷構(gòu)造和陸內(nèi)前陸盆地的典型代表，又是四川盆地天然氣勘探最重要的區(qū)塊之一。前陸盆地形成演化是四川盆地油氣基礎(chǔ)地質(zhì)研究的重要內(nèi)容[6-9]，從造山帶向前陸盆地的前展式擴(kuò)展變形特征與川西油氣聚集有緊密聯(lián)系[10]。但限于地層埋深大、鉆探難等復(fù)雜條件，川西油氣勘探成果主要集中于上三疊統(tǒng)須家河組和侏羅系等幾套淺層陸相儲(chǔ)集體中，如：中壩氣田和平落壩氣田。前陸盆地陸相地層天然氣探明儲(chǔ)量超過(guò)1.0×1012m3 [11]，近年川西北雙魚(yú)石地區(qū)深層下二疊統(tǒng)棲霞組(完鉆7口井、獲工業(yè)氣井5口、平均單井測(cè)試產(chǎn)量56.67×104m3/d)和泥盆系觀霧山組的突破[12]，揭示川西北段深層海相層系巨大的油氣勘探潛力。但當(dāng)前川西北段油氣勘探仍存在諸多問(wèn)題，如：多相態(tài)的油氣顯示特征與構(gòu)造分帶性、多期構(gòu)造演化與油氣保存條件、復(fù)雜構(gòu)造與圈閉落實(shí)等。

因此，本文基于構(gòu)造物理模型模擬手段，以川西北段造山帶—前陸盆地系統(tǒng)為研究目標(biāo)，模擬川西前陸盆地山前帶隱伏帶構(gòu)造形成演化過(guò)程，為川西北山前帶雙魚(yú)石地區(qū)古生界層系含油氣構(gòu)造模型解釋及其油氣成藏過(guò)程研究提供模型參考。

1 川西北段區(qū)域地質(zhì)特征

晚三疊世松潘—甘孜褶皺帶SE向逆沖推覆與川西前陸盆地形成了龍門(mén)山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)，導(dǎo)致龍門(mén)山?jīng)_斷帶自北西向南東發(fā)育4條主干斷裂：茂縣—汶川斷裂、北川—映秀斷裂、安縣—灌縣斷裂和廣元—大邑(隱伏)斷裂。通常以北川—映秀斷裂為界將龍門(mén)山?jīng)_斷帶劃分為龍門(mén)山后山帶和前山帶，將安縣—灌縣—馬角壩斷裂和廣元—大邑(隱伏)斷裂之間稱為前陸擴(kuò)展變形帶或山前帶。龍門(mén)山—川西前陸系統(tǒng)沿主干斷裂傾向由北西向南東具明顯構(gòu)造變形層次漸淺、變形強(qiáng)度減弱、卷入層位變新的趨勢(shì)，總體上呈從沖斷帶到前陸方向的擴(kuò)展分帶性特征；走向上基底性質(zhì)及展布、地層發(fā)育和活動(dòng)構(gòu)造等具差異性走向分帶性特征[13-15]。川西北段通常指川西北川—安縣一帶以北至廣元地區(qū)的龍門(mén)山—川西前陸盆地系統(tǒng)的北段(圖1)。

圖1 川西北地區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological map of northwestern Sichuan Basin

川西北段通常由涼水—南壩斷裂和馬角壩斷裂分為以具淺變質(zhì)特征的志留系—元古代層系后山帶(常簡(jiǎn)稱為轎子頂推覆體)和以古生界碳酸鹽巖層系為主的前山帶(常簡(jiǎn)稱為唐王寨推覆體)。川西北段山前隱伏斷層常被上覆侏羅系紅層覆蓋而斷續(xù)出露，分割前陸擴(kuò)展變形帶(山前帶)和前陸盆地；前者為寒武系—三疊系組成、發(fā)育強(qiáng)烈斷裂和褶皺體系，明顯區(qū)別于前陸盆地地區(qū)的近水平展布的侏羅系—白堊系陸相紅層。受控于龍門(mén)山—川西前陸盆地系統(tǒng)晚三疊世和新生代兩期NW向SE擴(kuò)展變形過(guò)程[16-17]，在山前帶—前陸盆地區(qū)形成沿NE—SW走向展布的沖斷褶皺構(gòu)造，如：礦山梁、天井山、青林口、中壩和雙魚(yú)石等構(gòu)造。由于前陸沖斷帶多期活動(dòng)性，沿山前帶不同層系出露瀝青(如：礦山梁、碾子壩等下寒武統(tǒng)和天井山泥盆系黑色瀝青)、液態(tài)油(如：天井山泥盆系、青林口侏羅系等油砂)和淺層凝析油—稠油(如：長(zhǎng)江溝飛仙關(guān)組原油、厚壩侏羅系稠油)等。

川西前陸北段乃至大部分四川盆地區(qū)，受加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)剝蝕作用導(dǎo)致區(qū)域泥盆系、石炭系和志留系總體上大量缺失，其余古生界—中生界層系在本地區(qū)出露較全，尤其是近期基于盆緣地表—盆內(nèi)地球物理資料聯(lián)合研究揭示出的川西早古生界拉張槽及其相關(guān)下寒武統(tǒng)巨厚深水沉積成因的筇竹寺組黑色泥巖層系[18]。早—中三疊世受控于碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積，川西地區(qū)沉積了巨厚的泥巖—膏鹽層系(即飛仙關(guān)組泥巖、嘉陵江—雷口坡組膏鹽層系)；隨后川西前陸盆地進(jìn)入陸相前陸盆地演化階段。受控于上述2套滑脫層系和沖斷帶前展式擴(kuò)展變形過(guò)程，川西前陸盆地發(fā)育復(fù)雜構(gòu)造樣式，如：隱伏堆垛背斜構(gòu)造/疊置背斜、疊瓦狀沖斷、斷層轉(zhuǎn)折/傳播褶皺和雙重構(gòu)造等，且存在深、淺部滑脫分割形成的不同構(gòu)造樣式。川西北雙魚(yú)石地區(qū)三維地震資料解釋，揭示出本地區(qū)具巨厚下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁(yè)巖層系和中—下三疊統(tǒng)膏鹽滑脫層系，構(gòu)造樣式上具有典型的前展式?jīng)_斷構(gòu)造與沖起構(gòu)造樣式，尤其古生界層系發(fā)育典型的反向沖斷層，它們與前展式?jīng)_斷層局部構(gòu)成斷層三角帶等。

2 砂箱物理模擬模型設(shè)置

砂箱物理模型基于相似性原理模擬沖斷褶皺帶—前陸盆地系統(tǒng)淺表構(gòu)造變形作用過(guò)程，即它們普遍被認(rèn)為遵循Mohr-Coulomb破裂準(zhǔn)則[19-21]。因此實(shí)驗(yàn)中采用石英砂建模，它們普遍具有中等磨圓、較好分選性，平均粒度和密度分別為0.2～0.4 mm和1.55 g/cm3，內(nèi)摩擦角和摩擦系數(shù)分別為29°～31° 和0.58[22-23]，且石英砂普遍具有近似線性的庫(kù)倫—摩爾破裂變形行為和近似為零的內(nèi)聚力值(20～100 Pa)，能夠有效模擬0～10 km淺表地殼構(gòu)造變形過(guò)程[24-26]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別使用玻璃珠和硅膠代表自然界泥巖(下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥巖、下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁(yè)巖)和膏鹽滑脫層系(中—下三疊統(tǒng)膏鹽層系)[27]。為了獲得合理的實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，需要遵循實(shí)驗(yàn)室模型和自然界實(shí)際構(gòu)造模型幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相似性[2, 24]。因此，需結(jié)合川西前陸地區(qū)實(shí)際地層展布特征和區(qū)域結(jié)構(gòu)—構(gòu)造特征設(shè)計(jì)具體物理模型垂向物質(zhì)比例系數(shù)和結(jié)構(gòu)邊界條件(圖2)。

本次共設(shè)計(jì)2組川西北段砂箱物理模型模擬實(shí)驗(yàn)，即(1)實(shí)際地層比例模型標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和(2)斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)模擬實(shí)驗(yàn)。地層比例模型實(shí)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，以川西北雙魚(yú)石地區(qū)平均地層厚度結(jié)構(gòu)為幾何學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，采用的幾何學(xué)比例系數(shù)為5×10-6，即砂箱模型中1 cm代表自然界中2 km厚度，模型底部、中部和上部分別加入1～2 mm、2～3 mm、3～4 mm和2～3 mm玻璃珠或硅膠代替垂向地層中滑脫層系。斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)中與標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)僅2個(gè)邊界條件不同，(1)基底加入4～5 mm厚度玻璃珠代替現(xiàn)今下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖層系和(2)基底厚度4～5 mm的樹(shù)脂面板代替現(xiàn)今下寒武統(tǒng)底部上超界面“陡坡帶”(為基底滑脫變形的應(yīng)變集中帶)，斷坡角為國(guó)際常用的45°[28-29]。實(shí)驗(yàn)都在成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展。均質(zhì)石英砂物質(zhì)通過(guò)勻速篩網(wǎng)自動(dòng)鋪設(shè)并分步驟間序加入玻璃珠和硅膠，形成長(zhǎng)寬高為850 mm×345 mm×39 mm砂體，且石英砂中鋪設(shè)約1 mm厚彩色石英砂作為標(biāo)志層以便于構(gòu)造變形過(guò)程監(jiān)測(cè)和量化對(duì)比等(圖2)。為減小砂箱物理模型中石英砂均質(zhì)體周圍玻璃隔板的邊界效應(yīng)，鋪設(shè)石英砂前使用有機(jī)去泡劑潤(rùn)滑模型周圍玻璃隔板。

重力條件下應(yīng)變比例系數(shù)能夠通過(guò)物理模型與自然界模型比例系數(shù)來(lái)表達(dá)，應(yīng)變比例系數(shù)σ*=ρ*L*g*, 其中ρ*、L*、g*分別為物理模型和自然模型的密度、長(zhǎng)度和重力加速度間比例系數(shù)，因此計(jì)算得到，σ*=6.6×10-6。若自然界巖石剪切強(qiáng)度為5～20 MPa，物理模型內(nèi)聚力強(qiáng)度約為20～100 Pa，它們普遍適用于正常重力條件下比例砂箱物理模型。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭胁捎脭D壓速率為0.003 mm/s，代表自然界中大致縮短速率為7.1 km/Myr，進(jìn)行模型模擬對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

表1 砂箱物理模型模擬實(shí)驗(yàn)比例系數(shù)特征Table 1 Scale coefficient for sandbox physical model of simulation experiments

系數(shù)。表中部分參數(shù)來(lái)源于文獻(xiàn)[23]，計(jì)算公式參考文獻(xiàn)[4]。

圖2 川西北段砂箱物理模型邊界條件示意Fig.2 Boundary conditions for sandbox model of northwestern Sichuan Basin

每組砂箱物理模型實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)砂箱裝置左側(cè)活動(dòng)擋板恒定速率擠壓砂箱物質(zhì)產(chǎn)生縮短變形。擠壓縮短變形過(guò)程中，使用同步數(shù)碼相機(jī)每間隔1.0 mm 縮短量記錄物質(zhì)變形過(guò)程，擠壓縮短完成后使用圖像編輯軟件每間隔5 mm縮短量量化測(cè)量楔形體幾何參數(shù)并進(jìn)行對(duì)比研究，如：楔高、楔長(zhǎng)、楔頂角等。

3 砂箱物理模型模擬結(jié)果

3.1 川西北段地層比例模型標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

伴隨持續(xù)擠壓縮短過(guò)程，砂箱物質(zhì)變形過(guò)程可以分為2個(gè)典型階段，即前展式擴(kuò)展變形階段和雙重構(gòu)造擴(kuò)展變形階段。前展式擴(kuò)展變形階段中，楔形體后緣擠壓縮短導(dǎo)致砂箱物質(zhì)淺部和深部發(fā)生一致的構(gòu)造變形，以從沖斷帶到前陸盆地的沖斷擴(kuò)展變形過(guò)程為主；楔形體楔高和楔長(zhǎng)伴隨砂箱物質(zhì)前緣新生斷層形成而快速生長(zhǎng)，且楔長(zhǎng)具有與新生斷層形成相一致的躍遷性和階段性(圖4)，每當(dāng)新生斷層形成后楔長(zhǎng)伴隨擠壓縮短具有逐漸減小的特征，與砂箱物質(zhì)明顯的平行層擠壓縮短變形特征相一致，如：當(dāng)縮短量為40 mm時(shí)形成新生T2逆斷層、楔長(zhǎng)從75 mm快速生長(zhǎng)至95 mm，隨后擠壓縮短過(guò)程中楔長(zhǎng)逐漸減小至約80mm(對(duì)應(yīng)縮短量約為65mm時(shí))。雙重構(gòu)造擴(kuò)展變形階段中，伴隨擠壓縮短砂箱物質(zhì)首先沿淺部滑脫層系發(fā)生前展式逆沖與擴(kuò)展變形，形成淺部滑脫逆沖斷層，隨后發(fā)生深部逆沖斷層及其相關(guān)斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)，形成典型的雙重構(gòu)造。由于砂箱物質(zhì)淺部和深部先后分別發(fā)生前展式擴(kuò)展過(guò)程，雖然本階段楔形體楔長(zhǎng)生長(zhǎng)仍然與淺部滑脫逆沖斷層新生具有一致性，呈現(xiàn)出階段性生長(zhǎng)過(guò)程，但其楔形體高度生長(zhǎng)速率明顯較早期階段緩慢(圖4)。

圖3 川西北段地層比例標(biāo)準(zhǔn)(a)和斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)(b)模型實(shí)驗(yàn)演化及其解釋①-⑨.擠壓縮短量逐漸增加導(dǎo)致造山帶楔形體物質(zhì)序次變形過(guò)程，⑨.模型擠壓結(jié)果構(gòu)造解釋圖。圖中沖斷層及其相關(guān)褶皺結(jié)構(gòu)按照形成演化序列標(biāo)注，等.淺部滑脫層系逆沖斷層，等.深部前展式逆斷層，深部反沖斷層Fig.3 Evolution and interpretation of standard scaled (a)and the pre-existingramp-flat structure(b)experiment of northwestern Sichuan Basin

圖4 川西北段砂箱物理模型模擬楔形體幾何學(xué)特征Fig.4 Geometric features of wedges in sandbox analogue experiments of northwestern Sichuan Basin

3.2 川西北段斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)模型模擬結(jié)果

與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M結(jié)果相似，斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)模型中楔形體高度生長(zhǎng)大致也分為早期快速生長(zhǎng)階段和晚期緩慢生長(zhǎng)階段，同時(shí)楔形體長(zhǎng)度(即楔長(zhǎng))伴隨楔形體前緣新生逆沖斷層形成呈現(xiàn)出階段性躍遷生長(zhǎng)特征(圖4)。至最終擠壓縮短量為300 mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型和斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)模型楔長(zhǎng)、楔形體高度和楔頂角等特征總體一致，揭示出斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)雖然導(dǎo)致砂箱物質(zhì)深部變形過(guò)程與構(gòu)造特征存在重要差別，但對(duì)楔形體淺表幾何學(xué)特征作用不明顯。

4 川西北前陸沖斷構(gòu)造特征及其物理模擬意義

4.1 分層式擴(kuò)展變形過(guò)程及其雙重構(gòu)造特征

沖斷褶皺帶擠壓變形過(guò)程中通常形成3種典型的擴(kuò)展變形過(guò)程模式(圖5)，即“背馱式”擴(kuò)展變形模式(或前展式擴(kuò)展變形模式)、后陸式擴(kuò)展變形模式和介于二者之間的無(wú)序沖斷擴(kuò)展變形模式[30]，常形成典型的疊瓦狀沖斷巖片。前展式擴(kuò)展變形模式強(qiáng)調(diào)受造山帶向盆地方向擠壓變形作用控制，新生斷層常發(fā)育于早期斷層下盤(pán)，成“背馱式”依次向前陸盆地沖斷擴(kuò)展，導(dǎo)致前陸盆地方向斷層形成活動(dòng)年齡變新。后陸式擴(kuò)展變形模式則與前者相反，強(qiáng)調(diào)新生斷層通常在早期斷層的上盤(pán)形成，逐漸向后陸地區(qū)沖斷擴(kuò)展、導(dǎo)致往盆地方向斷層年齡變老，常常發(fā)育在以重力擴(kuò)展成因?yàn)橹鞯臉?gòu)造變形地區(qū)[31]，它通常會(huì)導(dǎo)致基底主滑脫層及其前緣層系構(gòu)造變形停止；而無(wú)序沖斷擴(kuò)展變形過(guò)程則介于上述兩種端元之間，沒(méi)有明顯的擴(kuò)展變形活動(dòng)序列過(guò)程。

圖5 沖斷褶皺帶典型擴(kuò)展生長(zhǎng)變形過(guò)程模式Fig.5 Typical propagation process of fold and thrust belt

川西前陸盆地構(gòu)造物理模型中(即標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿嗥骸獢嗥陆Y(jié)構(gòu)模型中)，伴隨楔形體后緣持續(xù)擠壓縮短過(guò)程，前展式擴(kuò)展變形過(guò)程分別發(fā)生在基底滑脫層系和淺部滑脫層系，從而體現(xiàn)出分層式擴(kuò)展沖斷變形特征。在楔形體擠壓生長(zhǎng)后期(臨界楔后期)通常率先發(fā)生淺部滑脫層系的前展式滑脫擴(kuò)展沖斷變形(形成淺部疊瓦狀沖斷結(jié)構(gòu))，隨后再發(fā)生深部層系的前展式滑脫擴(kuò)展沖斷變形(圖5d)，從而在沖斷層前緣深部(如：山前隱伏斷層帶地區(qū)等)形成典型的雙重構(gòu)造，其前緣斷層普遍存在多期活動(dòng)特征，而明顯區(qū)別于上述3種擴(kuò)展變形模式及其相關(guān)疊瓦狀沖斷帶特征。結(jié)合川西北地區(qū)地震剖面結(jié)構(gòu)解析，也揭示出前陸盆地山前隱伏帶深層區(qū)域存在廣泛的雙重構(gòu)造，如：礦山梁雙重構(gòu)造、天井山雙重構(gòu)造等[9, 17, 32]，其頂?shù)装迥鏇_斷層應(yīng)分別沿中—下三疊統(tǒng)膏鹽層系和下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥巖層系滑脫。BONINI 通過(guò)多滑脫層系構(gòu)造物理模型模擬，強(qiáng)調(diào)受控于基底、上部滑脫層系和砂箱物質(zhì)間強(qiáng)度比及其厚度[33-34]，通常會(huì)形成(1)從沖斷帶到前陸盆地?cái)U(kuò)展傳播的雙重構(gòu)造和(2)被動(dòng)頂板沖斷雙重構(gòu)造樣式，而前陸盆地區(qū)同構(gòu)造沉積作用也進(jìn)一步加劇形成被動(dòng)頂板雙重構(gòu)造的趨勢(shì)。與之相似，NILFOUROUSHAN等[35]通過(guò)雙層滑脫屬性數(shù)字模型模擬實(shí)驗(yàn)中也得到相似的分層式擴(kuò)展變形演化過(guò)程及其相關(guān)雙重構(gòu)造，但他更強(qiáng)調(diào)物質(zhì)材料本身屬性(即內(nèi)聚力大小)對(duì)于多層滑脫模型與變形過(guò)程的控制作用。

分層式前陸擴(kuò)展變形模式及其形成演化過(guò)程也表明砂箱物質(zhì)和自然界實(shí)例中垂向空間格架上可能存在構(gòu)造變形強(qiáng)度、變形樣式和縮短變形量等差異。如：標(biāo)準(zhǔn)模型試驗(yàn)中縮短量為300 mm時(shí)其深部簡(jiǎn)單的雙重構(gòu)造與上覆層系滑脫沖斷變形(圖3a的⑨)，斷坪—斷坡構(gòu)造模型中縮短量為205 mm時(shí)，深部簡(jiǎn)單沖起構(gòu)造與上覆層系滑脫沖斷變形(圖3b的⑦)等。垂向空間變形特征差異性主要受控于淺部滑脫層系的順層滑脫作用，從而導(dǎo)致山前帶深部層系構(gòu)造變形明顯弱于淺部強(qiáng)構(gòu)造變形，因此具有更加有利的油氣保存條件。

4.2 川西北構(gòu)造帶新生代擴(kuò)展變形構(gòu)造特征

分層式前陸擴(kuò)展變形演化過(guò)程強(qiáng)調(diào)沖斷褶皺帶—前陸盆地中淺部滑脫沖斷變形過(guò)程明顯早于深部逆沖斷層構(gòu)造變形活動(dòng)過(guò)程，沖斷帶后緣持續(xù)擠壓過(guò)程導(dǎo)致深部層系發(fā)生前展式?jīng)_斷擴(kuò)展變形，形成典型深部斷坡結(jié)構(gòu)，最終連接順滑脫層的斷坪和淺部斷坡結(jié)構(gòu)，形成典型的雙重構(gòu)造；導(dǎo)致沖斷帶系統(tǒng)持續(xù)向前陸盆地?cái)U(kuò)展變形生長(zhǎng)，其砂箱物質(zhì)深部層系構(gòu)造樣式通常為楔形體前展式擴(kuò)展最晚期構(gòu)造變形過(guò)程中形成。晚三疊世以來(lái)，龍門(mén)山造山帶—川西前陸盆地系統(tǒng)在印支期、燕山期和新生代喜瑪拉雅期持續(xù)發(fā)生多期擠壓構(gòu)造變形，導(dǎo)致沖斷帶持續(xù)由NW向SE擴(kuò)展變形[7, 14, 36]。因此，川西前陸地區(qū)山前隱伏帶中—下三疊統(tǒng)滑脫層之下的古生界層系構(gòu)造樣式應(yīng)為龍門(mén)山?jīng)_斷帶晚期前展式擴(kuò)展變形過(guò)程中形成，結(jié)合龍門(mén)山地區(qū)新生代顯著的構(gòu)造縮短特征和現(xiàn)今強(qiáng)烈的地震活動(dòng)等[37]，我們認(rèn)為川西北雙魚(yú)石構(gòu)造帶深層古生界結(jié)構(gòu)樣式及其相關(guān)變形為晚期新生代構(gòu)造成因。

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿嗥骸獢嗥陆Y(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)對(duì)比，揭示出后者深部砂箱物質(zhì)受控于基底滑脫層和斷坡結(jié)構(gòu)的反向作用過(guò)程，從而形成典型的深部沖起構(gòu)造和相關(guān)沖斷層等(圖3b)。DENG 等[23]通過(guò)砂箱物理模型模擬，揭示出低速擠壓縮短變形過(guò)程及其相關(guān)典型的對(duì)稱性沖起構(gòu)造特征。同時(shí)NILFOUROUSHAN 等[35]也強(qiáng)調(diào)深部沖起結(jié)構(gòu)帶發(fā)育的位置及其規(guī)模受控于淺部滑脫層系與下伏層系間的脫耦作用，伴隨砂箱物質(zhì)屬性內(nèi)聚力減小，深部層系更加容易形成沖起構(gòu)造帶。川西前陸盆地早寒武世受控于興凱地裂運(yùn)動(dòng)，沉積了巨厚的下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥巖層系，它既是川西地區(qū)最優(yōu)質(zhì)的烴源巖之一，又是典型基底滑脫層系[18]。受控于龍門(mén)山?jīng)_斷帶向前陸盆地?cái)U(kuò)展變形過(guò)程，沿基底滑脫層系發(fā)生晚期滑脫擴(kuò)展變形過(guò)程，滑脫層系越厚、滑脫擴(kuò)展變形作用越強(qiáng)，其上覆地層卷入變形形成沖起構(gòu)造規(guī)模影響越顯著。對(duì)川西北前陸區(qū)的地震測(cè)線構(gòu)造解釋，揭示出在下伏包含巨厚筇竹寺組泥巖層系的區(qū)域普遍發(fā)育典型的沖起構(gòu)造(圖6)，且部分沖起構(gòu)造主斷層滑脫歸并于下伏基底滑脫面，它們充分表明區(qū)域晚期擴(kuò)展變形作用的重要性。值得一提的是，川西北雙魚(yú)石構(gòu)造沖斷前緣深部隱伏了綿陽(yáng)—長(zhǎng)寧拉張槽的東部邊界，現(xiàn)今的構(gòu)造解釋表明，拉張槽邊界(幾何形態(tài)可充當(dāng)基底斷坡)對(duì)上覆地層中—新生代以來(lái)的前展式擴(kuò)展變形有重要控制作用，主要體現(xiàn)在斷坡位置附近發(fā)育由NW向前展式逆沖斷層和SE向反沖斷層構(gòu)成的沖起構(gòu)造和構(gòu)造三角帶，不同于兩側(cè)僅發(fā)育單向的逆沖斷層，鉆獲高產(chǎn)工業(yè)氣流的ST1井和ST3井均鉆于該區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)(圖6)。

4.3 山前帶古生界深層油氣勘探潛力

圖6 川西北前陸區(qū)地震測(cè)線及其深部沖起結(jié)構(gòu)構(gòu)造解釋對(duì)比測(cè)線位置見(jiàn)圖1。Fig.6 Seismic lines of the foreland zone in northwestern Sichuan Basin and the interpretation of their thrust and pop-up structures

受龍門(mén)山造山帶新生代擴(kuò)展變形作用控制，川西北前陸盆地區(qū)古生界層系主體構(gòu)造形成期較晚，同時(shí)其上覆中—下三疊統(tǒng)膏鹽層系作為盆地區(qū)域蓋層具較好封蓋保存條件。因此，川西北前陸區(qū)深層古生界圈閉成藏的關(guān)鍵是能否有效捕獲和聚集油氣。由于川西地區(qū)生油氣層較多，如：陡山沱組黑色泥巖、筇竹寺組黑色泥巖等，我們認(rèn)為川西前陸區(qū)晚期形成的原地構(gòu)造系統(tǒng)具有較佳的油氣勘探前景；尤其是古生界層系中發(fā)育大量構(gòu)造圈閉，部分?jǐn)鄬幽軌虼瓜驕贤ǘ鄠€(gè)有效烴源巖層，具有形成大中型油氣聚集帶的天然優(yōu)勢(shì)條件。目前川西北雙魚(yú)石地區(qū)下二疊統(tǒng)棲霞組多口探井平均測(cè)試產(chǎn)量高達(dá)56.67×104m3/d，初步展示了川西前陸區(qū)原地系統(tǒng)古生界層系的良好勘探前景。

5 結(jié)論

(1)龍門(mén)山?jīng)_斷帶—川西前陸盆地系統(tǒng)砂箱構(gòu)造物理模型模擬揭示，伴隨持續(xù)擠壓縮短過(guò)程砂箱物質(zhì)變形可以大致分為前展式擴(kuò)展變形階段和雙重構(gòu)造擴(kuò)展變形兩階段。早期階段以砂箱物質(zhì)淺部和深部發(fā)生一致的前展式?jīng)_斷擴(kuò)展變形為主；晚期雙重構(gòu)造擴(kuò)展變形階段，首先沿淺部滑脫層系發(fā)生前展式擴(kuò)展變形與逆沖變形，形成淺部疊瓦狀滑脫逆沖斷層，隨后再發(fā)生深部逆沖斷層并發(fā)育相關(guān)斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)，最終形成深部隱伏雙重構(gòu)造，整體上表現(xiàn)為分層式擴(kuò)展變形特征。

(2)分層式擴(kuò)展變形模式揭示出龍門(mén)山川西前陸區(qū)原地系統(tǒng)隱伏構(gòu)造晚期新生代構(gòu)造擴(kuò)展變形成因機(jī)制及其相對(duì)較弱的構(gòu)造變形特征。深部物質(zhì)受控于基底滑脫和斷坪—斷坡結(jié)構(gòu)形成前陸盆地深部古生界層系沖起構(gòu)造和構(gòu)造三角帶，它們構(gòu)成了川西北深層古生界最有利的油氣圈閉，是目前川西北深層勘探的潛力區(qū)。