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郯庐断裂带是虚构的?--- 用周向应力观点看破裂过程 精选

已有 4299 次阅读 2020-8-22 07:38 |系统分类:科研笔记| 郯庐断裂


从很多盆地构造图看,断裂是一个局部过程。最成熟的且统一认识的郯庐断裂却是个例外,长达几千公里,于是本文拟结合高精度地震勘探,看看究竟。

 

背景:新的资料,高精度的地震勘探,对我们传统的理论有一定挑战性,需要重新认识事物。虽然渤海湾盆地勘探很多年,但构造专家纵马驰骋,似乎懒得看油气勘探成果?而我以前“算”是搞油气的,常看构造图,发现,总有很多毛毛虫断裂,其特征是,如毛毛虫一样,断了一段,两头消失了,很多盆地的构造图,几乎全是,当时觉得怪异。现在想来,难道断裂是一个局部过程?


根据前几天的经验,我不敢轻易否定传统观点,更从未怀疑郯庐断裂不是完整的一条断裂。而最近,回忆加搜集似乎悟出,多数地质过程-至少断裂构造,均是一个局部过程,郯庐断裂,似乎是虚构的,不存在一条完整的长达几千公里的错断。为此,抛出这两天搜集的证据,供大家拍砖。

 

一、前言

按我们习惯的思维,郯庐断裂带是这样的(邓辉,2020, 郯庐断裂莱州湾段块体旋转效应及意义):

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图1 郯庐断裂莱州湾段构造格架(邓辉,2020

较完整的郯庐断裂带是这样的(吕丁友,2011:郯庐断裂带渤海段新生代构造特征及其与油气成藏关系研究)

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图2 郯庐断裂带渤海湾段

或者是这样的(王光增,2017博士论文“郯庐断裂渤海段走滑派生构造及其控藏作用”):

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图3 渤海海域主干断裂展布图

      下图C-C’剖面穿过渤东凸起,其西部的断裂被认为是郯庐断裂,如下图所示(王光增,2017)。

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图4a 郯庐断裂带渤海湾段

从剖面图看,郯庐断裂带西支及东支穿过渤东凸起,如下面剖面图红线范围内。

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 图4b 渤海海域郯庐断裂不同段剖面样式(剖面位置如前图)

一句话,在我们印象中,它是一组基本连续的,北东向的2-3条断裂。

但是,这两天从渤海湾盆地的高精度地震解释成果看,好象郯庐断裂这样的连续的、延伸距离很远的大断裂不存在。

 

二、郯庐断裂带的真实形状

郯庐断裂带的真实情况是什么?下图为渤中地区 T8 断裂级别划分图(张健,2015年硕士论文“渤中凹陷断裂体系及其对成藏的控制”,这里引用硕博论文是因为一般他们会引用油田给的构造图等常规图件,这样的图件在正式期刊论文中较少见到),图中中部和东部为郯庐断裂穿过的地方,但实际,这里的一级断裂(通天断裂)不连续,且方向不固定,这里不仅是二维地震,三维地震扫片很多遍了,精度很高,对断裂的刻画很精细,难从“误差”角度来否定它。

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图5a 渤海盆地构造图

上面的一级断裂(红色)和二级断裂(绿色)的定义如下面南南东剖面可以看出,一级和二级基本上为通天断裂。上图反映了T8,即最深一层构造的断裂组合图。

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图5b 渤海湾地区断裂构造样式

若将从基底到浅层各层的断裂叠合在一起,得到如下图所示的平面图,也看不出有一条规模大、有一定连续性的郯庐断裂穿过。

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图6 多层断裂叠合图

为了核实,查了一篇《石油与天然气地质》38(1)正式期刊论文(王冠民,2017,渤海湾盆地渤中凹陷油藏断裂特征及对成藏的控制作用),其断裂组合图相当精细,如下图所示,和前图图6基本一致。渤南低凸起一条东西向的断裂F1和被认为是郯庐断裂的F2均为通天断裂,但一些学者却将东西向的F1忽略,这是不是选择性失明?渤南低凸起南部大量这种东西向断裂,如图7b的剖面图中,F2,F3,F4均为近东西走向的断层,断距大,规模不小于南北向断层F2。F2被称为郯庐断裂的“西支”,但其延伸范围是有限的,即前述毛毛虫断层,和北部的渤东低凸起的郯庐断裂带的“西支”F5,有近20多公里的间隔,我们无论如何也不能将它们称为一条断层。

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图7a 渤海湾盆地断裂组合平面

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图7b 断裂样式剖面图(剖面位置见上图)

    渤南低凸南面的黄河口凹陷及莱北低凸起的构造图也类似。如下图图8所示(余宏忠,2009,黄河口凹陷新近系层序地层及构造对沉积充填的控制作用),从图中可以看出,莱北低凸起西边的断层被认为是郯庐断裂的西部走滑,它穿过了黄河口凹陷,但终止于渤南低凸起,和上图是一致的;而东段,按邓辉(2020)会连至渤东凸起的一条南北向断裂,但实际没有。该图其实也是经过了“概念化”的,即带着概念经过了一定加工。

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图8 黄河口凹陷构造图

再向南看看莱州湾洼陷。如下图所示,郯庐断裂带西支终止于潍北凸起、而东支则终止于鲁东隆起(杨波,2016,渤海莱州湾凹陷南部斜坡带构造特征及油气成藏规律),这两支被称为郯庐断裂的断裂幅度和东西走向的断层相近,也属于局部事件,虽然图经过了一定加工。


图9 莱洲湾洼陷断裂分布平面图

三、思辩还是推理

实际和想象不同,下面比较一下实际构造图和经过加工后的图。如下图所示,左侧为实际勘探成果(王冠民,2017),右侧为做适当推测(胡惟,2014,郯庐断裂带渤海段新构造活动方式与深部背景)。在渤东凸起与渤南凸起,无故增加了另一条垂直相交的张家口-蓬莱断裂F9?这一条也应是传说中的,在野外露头上证实了的,但在高精度地震下,怎么一点反映都没有?左图断层延伸范围小,几乎都是毛毛虫断裂,方向有北东向(F6,F3),南北向(F2,F5),东西向(F4,F1),北西向,根据表达观点的需要,可以做“适当”延长,删减、或创造?这样就能符合希望的观点。

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图10 实际构造图与经过修理后带一定观念的构造图对比

 

四、周向应力的观点

从上面分析,更进一步证明我思考的周向应力的观点(毛小平,2020,

周向应力在地壳运动中的作用),认为构造作用是局部性的,我们不需要去寻找额外的挤压构造的驱动力。此观点是受背斜构造和石拱桥系统受力的启发,将岩石圈当成覆盖于软流圈之上的三维球壳来看待。通过计算表明,在岩石圈内部,因重力而派生的环向挤压应力-周向应力-可以达到600-2000 Mpa,和实测地应力在数量级和特征上均是完全吻合的:1)均为挤压应力,全球以挤压应力为主;2)水平主压应力SHmax(即周向应力)大于自重应力,垂向应力SV小于自重应力;320 km深处周向应力估算可达660 MPa,和理想地球模型所计算的周向应力解析解(约907 MPa)基本一致。球壳状岩石圈和背斜构造、石拱桥类似具有拱形结构,可分担、支撑一部分上覆岩层的重量,减轻了对下伏地层的压力,增大了侧向挤压力,重力就部分地转化成了水平应力-沿圆周方向的周向应力。该应力是重力的派生力,不能主动驱动运动,但可在岩石圈薄弱带释放,不存在单独存在的独立于重力的构造力或碰撞力。岩石圈在球壳状态下因重力派生的周向应力在薄弱带被动释放,就产生了地壳的相对的运动。

除上面的断裂可以看出,几乎所有构造运动都是一种局部过程,甚至汶川地震。我们从汶川地震同震位移、近震地震波形分析认为,汶川地震并不是由于印度板块的长距离的碰撞,而是由于龙门山断裂带两侧的差异升降运动,导致岩石圈破裂,周向应力释放而产生,这是一个局部破裂过程。如下图所示,为汶川地震的同震破裂,其中,箭头起点为真正点位,箭头长度代表这个点的相对移动距离-同震位移,越长,移动距离越大,可以看得,这不是印度板块的推挤结果,而是龙门山断裂带发生的一个局部过程,和前述毛毛虫断裂是相似的。

 图9 汶川地震同震破裂强度平面图


(抱歉有点标题党) 




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