(一)变换(调节)构造带概述
裂谷盆地中的变换构造带(也有人称为传递带、调节带、转换带、横向带),早已被许多学者所注意和从事研究。变换构造带是为了保持区域伸展应变守恒而起调节作用的变形或位移的一种构造带。变换构造带可以由变换断层,也可以由与沿裂谷盆地走向平行的侧接断层,或者由控凹主断层的断距不均衡变化来实现。
(二)分类
根据变换带的成因,可将变换带分为四大类及若干小类:①横向变换断层有关的变换带;②一组纵向断层侧接(侧叠)有关的变换带;③控凹边界断层断距变化有关的变换带;④复合型变换带,即早期为与变换断层有关的变换带,晚期转化为与一组侧接断层有关的变换带,或者一条变换带在同一时期内由两种成因形成,即可以同时由变换断层及控凹主断层断距的变化而形成。
另外,变换带也可以按几何形态特征分类。依据大断层的相对倾向关系,可分为同向型和共轭型两种类型。共轭变换带又可以细分为会聚和离散两个亚类(图1-10)。
(三)分级
根据变换带控制的范围大小,将变换带分为不同的级别,一般可分为三级:
一级变换带:控制不同伸展构造体系的分区,它控制凹陷的形态、结构的变化和变形强弱程度以及沉积条件、烃源岩的发育程度和有机质类型。
图1-10 变换带分类图
(据Morlcy等,1990)
二级变换带:控制凹陷之间的形态、沉积发育和烃源岩的展布。
三级变换带:控制凹陷内洼槽的形态、沉积发育和烃源岩的展布。
现就冀中坳陷主要一、二级变换带的特征分述于后。
1.一级变换带
冀中坳陷的一级变换带主要有徐水—安新变换带和无极—衡水变换带。这两个一级变换带将冀中坳陷分为南、中、北三个伸展构造区(图1-11)。这三个区的凹陷形态结构、沉积发育、烃源层特征乃至油气性质都存在着明显的差异。
(1)徐水—安新变换带:是一条与北西西向的变换断层有关的变换带。该带西起满城,经徐水、安新至文安一带,呈北西西向至近东西向展布。由黑龙口断层、牛南断层、文安南断层等断续不连的变换断层以及淀北洼槽和莫州潜山等组成。
(2)无极—衡水变换带:是一条与衡水变换断层有关的变换带。该带西起新乐,经无极、深县至衡水一带,呈北西西向展布。由衡水、旧城北断层等以及无极—藁城凸起北部、深县凹陷和饶阳凹陷南部组成。它的南界为衡水断层,其走向北西西,倾向北北东,倾角55°左右,延长65km以上,基底断距达3000m以上。其北界为旧城北断层,走向北西西,倾向南南东,倾角50°左右,延长38km以上,基底断距350~500m;它们与献县断层一起控制着深县凹陷的发育,因而使其成为一个东宽西窄剪刀状沉降带,面积约620km2。
该带在孔店—沙四期,沉积的厚度主要受北北东向献县断层与北西西向衡水断层的控制,主要沉积中心呈北北东向,位于虎17井—强2井一带,厚达2400m,为一套河流相及含膏盐的湖相沉积;向北西西方向,沉积厚度减薄至800m左右。这表明,衡水断层的断距由东向西逐步减小,与束鹿凹陷为水下高地所隔,但此时该断层未延伸到晋州凹陷的北端,所以该凹陷为较封闭的微咸水湖沉积。
沙三—沙二期,献县断层和衡水断层继续活动,在前者下降盘沉积了厚达1200m,后者下降盘沉积了厚达900m,二者的差异逐步缩小,它说明衡水断层的活动强度相对加大。此时的沉积范围不但与束鹿凹陷相通,而且与晋州凹陷相连。衡水断层已向西延伸发展。同时,旧城北断层强烈活动,从而形成无极—衡水变换带的基本面貌。
图1-11 冀中坳陷变换带平面分布图
断裂:(1)宝坻断裂;(2)大兴断裂;(3)牛东断裂;(4)马西断裂;(5)河间断裂;(6)留路断裂;(7)献县断裂;(8)旧城北断裂;(9)衡水断裂;(11)宁晋断裂;(12)大尹北断裂;(13)河西务断裂
一级变换带:Ⅰ—徐水—安新变换带;Ⅱ—无极—衡水变换带;二级变换带:1—里兰变换带;2—八里庄—任南变换带;3—留路—大王庄—变换带;4—台家庄变换带;5—荆丘变换带;6—南柏舍—赵县变换带
凹陷或洼槽:①廊固凹陷;②武清凹陷;③霸州凹陷;④马西洼槽;⑤河间洼槽;⑥饶南洼槽;⑦⑧⑨束鹿凹陷北、中、南洼槽;⑩⑪晋州凹陷中北洼槽与南洼槽
沙一期,衡水断层东段和献县断层南段停止活动,取而代之的北东向虎北断层强烈活动,因而导致凹陷沉降中心向深县以西转移,沉积厚达700m。东营期大体继承了沙一期面貌,沉积厚达1000m以上的河流沼泽相沉积。
由此可见,受衡水断层和旧城北断层控制的无极—衡水变换带在孔店—沙四期,主要发育于衡水断层的东段,与饶阳凹陷相通,二者之间呈沉积过渡关系;与束鹿凹陷为水下高地相隔;沙三—沙二期,衡水断层向西延伸,与晋州凹陷相连,为水下高地相隔;沙一—东营期,衡水断层东段停止活动,西段活动减弱,旧城北断层亦随之减弱,从而导致变换带活动衰退。
2.二级变换带
二级变换带是控制凹陷内部洼槽的形态、沉积发育、烃源岩展布的构造带。它的形成可以是次一级断层或控凹边界断层断距的变化的结果或者两种因素联合作用的结果。现就冀中坳陷的实际情况,由北而南划分出6个有代表性的二级变换带。
(1)里兰变换带:位于霸州凹陷与武清凹陷之间。发育有里兰断层,走向北西西,倾向北北东,在其上升盘形成信安镇潜山,奥陶系顶面断距近1000m,古近纪持续活动,主要控制了沙四段、孔店组沉积,此后活动强度逐步减弱,向西延伸与牛东断层相交,向东延伸至天津一带,具有左旋剪切平移性质。该带将武清凹陷和霸州凹陷分隔。
(2)八里庄—任南北西向变换带:位于饶阳凹陷的北部。该带分隔马西洼槽和河间洼槽。在沙四期晚期已具雏形;在沙三期表现比较清楚,变换带沉积厚约600m,马西洼槽最大厚度为2000m,河间洼槽的最大厚度为1200m,可见它们之间的高差在600~1400m,明显地具有变换带性质;沙二期其高差已减少到100~200m;沙一—东营期已基本消失。
(3)留路—大王庄变换带:位于饶阳凹陷中部河间洼槽与饶南洼槽之间。该带发育了北西向五尺断层,倾向南西,延伸长度约47km,基岩断距300~2000m。断层活动时间早,结束时间也早。在前古近纪就开始活动,它控制基底地层的分布,断层下降盘为寒武系,上升盘为蓟县系雾迷山组,古近纪没有明显的活动,但由于地形上形成北西向的古梁子,分隔河间洼槽和饶南洼槽,控制了盖层的沉积,古近系各层系向古梁子上超覆。沙四段,古梁子厚300m,其北的河间洼槽最大厚度为1000m,而南侧的饶南洼槽最大厚度1100m,即古梁子与洼槽之间高差达700~800m。沙三期,古梁子形态依然存在,但其相对高差已减少到600m;沙二期,减少到100m左右。
(4)台家庄变换带:位于束鹿凹陷的中北部。它分割了束鹿凹陷的北洼槽和中洼槽。该变换带发育了一条以北掉的北西西向台家庄断层,根据晋古1-1井中钻遇C-P地层遭受较强烈的剥蚀来判断,该断层在古近纪前已经形成,古近纪沙三期强烈活动,在沙三段下部沉积了较厚的砾岩,且断层上、下盘厚度差最大可达500m左右;沙二—沙一期,两盘厚度差急剧减小;在东营期又有所加大,古近纪末停止活动。在断层上升盘发育了走向近东西向的潜山及其披覆背斜。从而将北洼槽与中洼槽分开,使其沉积条件发生变化。
(5)荆丘变换带:位于束鹿凹陷的中南部,它分隔了束鹿凹陷的中洼槽和南洼槽。它与台家庄变换带十分相似,由北西西向的断层及其伴生的构造组成,在断层的上升盘形成潜山及其披覆构造,为油气聚集提供了有利场所。
(6)南柏舍—赵县变换带:位于晋州凹陷的中部。以南柏舍—赵县古梁为界,将凹陷分为南北两部分,面积各约800km2,两部分之间的古梁子面积约100km2。在Tg反射层构造图上,可以清楚地看出在南柏舍一带存在一个北西向的鼻梁一直伸展到赵县城以北地区。在赵县城以南有一条北西向北升南降的正断层及其伴生的赵县鼻状构造,它们共同组成了南柏舍—赵县变换带。在该带以北,为咸水湖泊相沉积,发育了富含H2S的沙四段—孔店组烃源岩;以南则为半咸水—淡水湖泊相沉积,发育了不含H2S的沙四段—孔店组烃源岩。
该变换带的形成与东侧控凹边界断层——宁晋断层的断距在南柏舍变小,以及北西向古断层在孔店—沙四期重新活动有关。
(四)变换带的地质作用
(1)一级变换带使冀中坳陷南北分区:徐水—安新和无极—衡水一级变换带将冀中坳陷分为南、中、北三区,使各区在基底特征、凹陷结构、形成演化、沉积环境以及油气性质等方面都有明显的差异。
(2)二级变换带是凹陷内部洼槽与洼槽之间的主要分界:这一特点在中区和南区表现最为明显,如饶阳凹陷中的马西、河间和饶南洼槽被八里庄—任南和留路—大王庄变换带分开;南区束鹿凹陷的台家庄和荆丘二级变换带则是北、中、南洼槽的分界;晋州凹陷被南柏舍—赵县二级变换带分为南部不含H2S和北部沙四—孔一段烃源岩含H2S的生油洼槽。里兰二级变换带则把霸州凹陷(洼槽)与武清凹陷(洼槽)分开。
(3)变换带是油气运聚的重要指向:由于变换带是位于两个凹陷或洼槽之间的构造带,是两侧凹陷或洼槽中油气运移的指向,具有双向供油的特点;同时变换带由断层及其伴生构造、潜山组成,为油气聚集提供了有利场所,因此变换带是油气聚集的有利带。几乎所有的二级变换带上均发现了油气藏,如徐水—安新一级变换带上的莫州油田等,就是由霸州凹陷和饶阳凹陷烃源岩生成的油气向变换带上运移的结果。又如晋州凹陷中南柏—赵县变换带上的赵州桥油田;束鹿凹陷中台家庄变换带上的台家庄油田,荆丘变换带上的荆丘油田等。