A/λ法在褶皺演化分析中的應用
——以川西坳陷為例

何建磊，楊映濤，卓俊馳

(1.中國石化西南油氣分公司勘探開發研究院，四川成都 610041 2.中國石化西南油氣分公司地質中心實驗室，四川成都 610041)

我國的含油氣盆地以多旋回疊合盆地為主，經歷了復雜的構造運動，其構造形成演化是油氣成烴、成藏耦合的關鍵[1-6]。川西坳陷陸相地層經歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動，盆內構造疊加與聯合十分普遍。對此，國內學者在褶皺的幾何形態及構造演化期次方面利用多種方法從多個角度開展了研究：樂光禹系統地論述了疊加褶皺幾何形態，并對其運動學特征進行了詳細觀測和描述[7]；張忠義厘定了晚三疊世和晚侏羅世兩期構造運動及褶皺變形，確定了縱彎作用是褶皺發育的機制，并將區內疊加褶皺劃分為3類10種基本樣式[8]。這些研究成果對川西坳陷前期勘探具有重要的作用，但隨著勘探的深入，迫切需要解決褶皺形成的期次問題。文中通過觀測自然界波的傳播特征，分析反映波的兩個重要參數——波幅(A)和波長(λ)，以直立對稱褶皺、斜歪不對稱褶皺為模型，分析了A/λ在平面上的變化特征及多形變層縱向上的疊加特性，并將其應用于川西坳陷東西向褶皺的演化期次分析，明確了東向西褶皺的演化特征。

1 A/λ法的基本模型

λ和A是重要的褶皺度量參數，度量在外力作用下褶皺起伏形變的大小，對稱褶皺和不對稱褶皺的橫截面波長和波幅的度量如圖1所示，對稱褶皺的波長等于兩個相同拐點的距離，波幅相當于兩個包絡面之間垂直距離的一半；不對稱褶皺的波長和波幅也可以利用該方法進行度量。

圖1 褶皺的波幅和波長示意圖

波幅及波長的變化反映了巖石在外力作用下，吸收能量后所產生的形變。由近及遠，能量逐漸減弱，則A1>A2>A3> …>An、λ1<λ2<λ3<…<λn，因此，A1/λ1>A2/λ2>…>An/λn≈0(圖2a)；相應的各褶皺的A/λ逐步減小(圖2b)，單個褶皺軸跡上的A/λ值，沿著褶皺軸跡依次減小(圖2c)。

圖2 能量在傳播過程中的衰減模式

對于一套具有多個形變層的對稱協調褶皺來說，在外力的擠壓作用下，地層在褶皺變形過程中表現為外弧伸長和內弧縮短的特點。在接近巖層中部，有一個既無伸長又無縮短的無應變面，這個無應變面被稱為中和面[9]，中和面以上的形變層呈拉張性質，中和面以下為擠壓性質。以對稱的直立褶皺為例，假設該褶皺的形變層為黏度相同的地層疊置起來，層間無摩擦，上下仍為黏性無限介質，褶皺翼角不變，則存在形變后翼長變化或翼長不變兩類關系。即：翼長變化，上下形變層之間A/λ的關系為AL/λL=Az/λz=AJ/λJ，A/λ值縱向上呈一豎直線(圖3a)；翼長不變，則AL/λL

圖3 協調褶皺的波A/λ模型

圖4 活動形成的不協調褶皺的A/λ四種模式

2 川西坳陷構造背景

川西坳陷位于四川盆地西部，其形成與演化受西部龍門山被動逆沖推覆構造帶及北部秦嶺造山帶活動的控制，晚三疊世以來，四川盆地受周緣山系多期次構造變形的影響，經歷了印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動，自下而上由被動大陸邊緣盆地、局限前陸盆地、成熟前陸盆地、構造殘余盆地等多個原型盆地疊置而成，構造演化極其復雜。

構造演化的各個階段每一次造山運動產生的構造帶都是相互聯系的，在空間上相互組合、排列。印支早中期，揚子板塊與華北板塊碰撞，南秦嶺造山并向南推覆，北面米倉山-大巴山造山帶方向的擠壓運動形成的構造帶多呈近東西向；印支晚期，揚子板塊與平武地塊碰撞，龍門山北段開始隆升逆沖，造山擠壓運動形成的構造帶多呈北東-南西向；印支晚期，古特提斯洋萎縮、并向南閉合，龍門山全面逆沖造山，至燕山晚期-喜馬拉雅早期，揚子板塊向西俯沖，表現為龍門山全面被動造山，造山擠壓運動形成的構造帶也多呈北東-南西向；喜馬拉雅晚期，新特提斯洋關閉，印度板塊與亞歐板塊碰撞，青藏高原隆升推覆，擠壓形成的構造帶多呈近南北向。多期的構造運動導致川西坳陷總體呈現“三隆兩凹一坡”的構造格局，即龍門山前斷褶帶、新場構造帶、龍泉山構造帶、成都凹陷、梓潼凹陷和中江斜坡帶(圖5)。

圖5 川西坳陷構造綱要

3 應用實例

豐谷褶皺位于新場構造帶東部，回龍褶皺位于中江斜坡帶北部(圖6)，二者之間發育永太向斜構造。川西坳陷陸相地層自下而上發育三疊系(須家河組須一段、須二段、須三段、須四段和須五段)、侏羅系(白田壩組、千佛崖組、下沙溪廟組、上沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮組)、白堊系和第四系，總共發育須下盆(須三段及以下)、須上盆(須五段-須四段)和中淺層(蓬萊鎮組-白田壩組)三套形變層。

圖6 川西坳陷東側地區構造綱要

豐谷褶皺為短軸狀、平緩-開闊斜歪傾伏褶皺，軸面向北傾斜，褶皺的長軸跡擺動特征明顯，整體呈近東西向展布，延伸距離35.6 km，回龍褶皺類型與豐谷褶皺相類似，延伸距離34.0 km。A/λ參數分析表明：豐谷褶皺在Inline3 918、Inline4 018測線處能量最大(圖7a)，向東西兩側逐漸減小，須下盆A/λ東部明顯增大(圖7b)，具有不整合等不協調現象，結合研究區應力特征，認為其受川中隆起的影響；回龍褶皺A/λ參數表明：該褶皺在Crossline2 084測線處能量最大，東西兩側逐漸減小，回龍褶皺的生成與豐谷褶皺類似，但其須上下盆A/λ值出現跳動，表明該區層系受多方向應力的影響；比較豐谷、回龍褶皺的A/λ值發現，豐谷褶皺的A/λ值在同等對應位置大于回龍褶皺的A/λ值，結合幾何學上的軸面北傾斜，認為影響褶皺形成的力源主要來自西北部或者北部(表1、表2、圖8、圖9)。

圖7 各形變層褶皺A/λ參數平面特征

表1 豐谷褶皺A/λ參數統計

表2 回龍褶皺A/λ參數統計

沿褶皺軸跡的A/λ剖面，豐谷褶皺不同部位的A/λ值出現三處明顯的突變，表明該褶皺形成主要有四期：第一期形變發生于須三段沉積之后，從Inline4 118測線開始向西端傳遞生長；第二期形變發生于須五段沉積之后，傳遞的方向與第一期類似；第三期形變發生于白田壩組沉積之后，從Inline3 918測線開始向兩端傳遞生長，向西傳遞于Inline3 818測線處后不再生長；第四期形變發生于蓬萊鎮組沉積之后，從Inline3 918測線開始向兩端傳遞生長，并保留至現今(圖10)。

圖10 豐谷褶皺不同部位A/λ參數剖面特征

沿褶皺軸跡的A/λ剖面，回龍褶皺不同部位的A/λ值出現兩處明顯的突變，表明該褶皺的形成主要有三期：第一期形變發生于須三段沉積之后，只在Crossline2 284測線附近生長；第二期形變發生于須五段沉積之后；第三期形變發生于蓬萊鎮組沉積之后，皆由Crossline2 284測線開始向兩端傳遞生長，并保留至今(圖11)。

圖11 回龍褶皺不同部位A/λ參數特征

4 應用效果

運用A/λ法能夠有效直觀地反映回龍褶皺與豐谷褶皺不同位置的演化特征，結合區域構造背景認為，這兩個褶皺主要受北部米倉山-大巴山造山體系與西側龍門山造山體系雙重影響。印支早期，在下揚子板塊、華北板塊碰撞的大背景下，米倉山-大巴山向南擠壓，在四川盆地產生近南北向的擠壓應力，形成了一系列近東西的構造，回龍、豐谷褶皺帶在此時期形成雛形；印支中晚期，伴隨龍門山由北向南的依次推進，豐谷、回龍褶皺帶持續褶曲，并改造原來的發育特征；燕山中期-喜馬拉雅早期，特提斯洋閉合，太平洋板塊擴張，米倉山-大巴山、龍門山等逆沖推覆，擠壓形變作用強烈，發生強烈褶皺形變，原有的東西向褶皺進一步發展；喜馬拉雅晚期，改造作用相對較弱，構造形態保存至今。

前人認為新場構造帶形成于印支期、發展于燕山期、定型于喜馬拉雅期[10-11]，A/λ法在構造演化期次的分析結果與前人研究成果認識一致，表明A/λ法在構造演化期次分析中具有可行性；同時，前人研究認為豐谷、回龍褶皺的主要油氣藏(侏羅系上、下沙溪廟組、三疊系須家河組)成藏期主要在燕山期和喜馬拉雅期[12]，A/λ法對豐谷、回龍褶皺演化分析的結果與油氣成藏具有較好的耦合關系，是油氣聚集的良好場所，這對川西坳陷的油氣勘探具有一定意義。

5 結論

(1)A/λ是分析褶皺生成、傳遞的重要參數。A/λ參數的變化反映應力環境的遞變，平面上，A/λ隨著傳播距離的增加而減少；縱向上，協調褶皺各形變層之間A/λ值自上而下是逐漸增大或者維持相對不變，當A/λ出現明顯的突變(出現多個突變的點)就形成了不協調的褶皺，即該褶皺的形成受到了多期構造運動的影響。

(2)A/λ參數分析法有效直觀地反映了豐谷、回龍兩個褶皺不同時期的演化特征及受多方向應力的影響，是印支期、燕山中期-喜馬拉雅早期兩個重要時期的產物；西北側的龍門山造山帶和北側的米倉山-大巴山造山帶的逆沖推覆作用是褶皺形成的主要動力。