董 方 吴孔友 崔立杰 李彦颖 周培兴 董文馨

(中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580)

0 引言

构造转换带是指一条主干断层沿走向过渡到另一条主干断层的构造变形带，具体表现为过渡部分以断层形成“硬连接”[1]或以凸起形成“软连接”[2]。在转换过程中，主断层之间位移量、应变量守恒。构造转换带的概念最早由Dahlstrom[3]在研究挤压背景形成的逆冲带时提出，两个主干逆冲断层首尾相连的部分即为构造转换带。随后，构造转换带的概念被广泛引用到走滑、伸展盆地研究中，相继提出不同的定义和分类，如“转换构造”[4]、“调节带”[5]、“转换带”[6]、“枢纽带”[7]、“传递断层”[5]、“变换构造”[8]等。20世纪70年代开始，对构造转换带的研究主要集中于构造转换带类型、特征、控藏机制等方面[9-11]。Faulds等[5]、Scott等[10]、Morley等[11]根据主控断层几何学特征，对构造转换带类型进行基础分类；陈发景[12]、漆家福[13]以主控断层构造变换方式等特征为基准，进一步细分构造转换带类型。研究表明：区域性构造转换带对盆地的发育、演化、后期改造、砂体展布以及油气运移、聚集、成藏等方面具有重要控制作用[5,14]；局部构造转换带控制小规模构造的样式和发育形态[15-18]。

北部湾盆地乌石凹陷东区构造背景复杂[19]，构造转换带识别难度较大，前人的研究文献较少，尤其对构造转换带类型、特征、定量刻画及形成机制的相关研究更少。为此，本文在前人研究基础上，从断裂的发育、演化入手，利用地震资料，采用距离—断距曲线、垂向埋深—断距曲线等定量统计方法，对乌石凹陷东区构造转换带进行识别和分类，总结识别标志及其特征，阐述构造转换带的分布规律、形成机制及与油气藏之间的关系，从而为系统研究该区构造转换带奠定基础。

1 地质背景

北部湾盆地位于南海北部，处于欧亚板块、印度板块和太平洋板块结合部，为典型新生代断陷盆地，呈NE—SW向。乌石凹陷位于北部湾盆地中部(图1a)，北接企西隆起，南邻流沙低凸起，平面上呈“S”型[20]，6号和7号断层分别控制北部和南部边界(图1b)。自中生代以来，乌石凹陷先后经历古近纪裂陷期和新近纪坳陷期。裂陷期从早到晚分为：古新世初始裂陷阶段，应力场主要为弱NW—SE向伸展；始新世强裂陷阶段，应力场主要为NNW—SSE向强伸展与弱走滑叠加；渐新世晚期裂陷阶段，应力场为SE向拉张伴随强走滑。乌石凹陷东区断裂形态、组合样式复杂，在哀牢山—红河断裂带走滑与南海拉张的区域应力场共同作用下，以NEE向断层(Ws229、Ws235)和近EW向断层(Ws211、Ws168、Ws161、Ws227、Ws225)为主体构成区域断裂构造格架(图1b、图1d)，自下而上发育古近系长流组、流沙港组El(分流三段El3、流二段El2、流一段El1)、涠洲组Ew(分涠三段Ew3、涠二段Ew2、涠一段Ew1)，新近系下洋组Nx、角尾组、灯楼角组、望楼港组及第四系(图1c)。

图1 乌石凹陷东区区域构造位置及构造纲要图

2 典型构造转换带识别

综合前人对构造转换带识别方法的研究成果[21-22]，基于最新地震资料，根据平面、剖面构造特征，结合断层距离—断距曲线、断层垂向埋深—断距曲线定量方法识别、表征构造转换带。

2.1 构造转换带定量识别方法

据断层平面分段生长的定量判别标准的相关方法[23]，以三维地震剖面为基础数据，进而依据埋深和断距之间的关系定量判别断层生长阶段，建立断层垂向分段生长的定量判别标准，并选取地震剖面上各层位垂直断距绘制断层垂向埋深—断距曲线。断层发育时，在剖面上孤立生长阶段的断层在浅层和深层出现断距低值点(下文简称低值点)，断距峰值(下文简称峰值)出现在中层，则低值点为断裂分段生长点，指示构造转换带位置。

等距读取地震剖面上的断层位移和断距，分别作为曲线的横、纵坐标绘制断层距离—断距曲线。低值点说明断裂活动较弱，是断层分段生长连接部位，指示构造转换带发育位置[24-25]。

结合垂向埋深—断距曲线、距离—断距曲线确定构造转换带发育时期和发育层位。

2.2 典型构造转换带定量识别结果

图2为乌石凹陷东区构造转换带类型及距离—断距曲线，图3为乌石凹陷东区构造转换带垂向埋深—断距曲线。由图可见：①强拉张环境下形成的断层Ws230、Ws235在Ew3～Ew1沉积期活动较强，表现为：断层Ws230在测线2100、2500处曲线出现低值点(图2a)，指示断层分段生长，即发育构造转换带；断层Ws230在垂向上分别在Ew3、Ew1曲线出现低值点(图3b)；断层Ws235在测线1700处曲线出现低值点(图2e)，并在Ew2出现一个低值区(图3a)，存在分段生长现象，为构造转换带的典型曲线趋势，随后向Ew3断距逐渐增加，达到峰值。②在走滑—伸展环境下活动较强的断层Ws221、Ws171、Ws175分别在测线750和950、测线1750和2000、测线4900和5500处曲线出现低值点(图2b～图2d)，表明上述位置为分段生长连接位置，指示存在构造转换带，但出现层位不尽相同(图3a～图3c)，即：断层Ws175在Ew3曲线达到峰值，在Ew2出现低值点；断层Ws221在Ew3出现曲线低值区，随后逐渐增大，分别在Ew2和El1达到峰值；断层Ws171在Ew2出现曲线低值区，在Ew1逐渐达到断距最大值。

基于构造转换带定义及相关分类标准[4-5，9-11]，综合上述定量分析，并结合构造转换带平面及地震剖面几何学特征(图2、图3)，在乌石凹陷东区共识别出几类构造转换带：①平行型(断层Ws230)；②叠覆型(断层Ws171)；③趋近型(断层Ws175)；④共线型(断层Ws235)；⑤转折端型(断层Ws221)。

图2 乌石凹陷东区构造转换带平面(左)、剖面(中)特征及距离—断距曲线(右)

图3 乌石凹陷东区构造转换带垂向埋深—断距曲线

3 典型构造转换带类型及特征

3.1 乌石凹陷东区典型构造转换带类型

在Morley等[11]的分类基础上，以运动学特征、几何学特征为标准，结合乌石凹陷东区构造应力背景，从断层位置关系、组合样式和断层性质着手，完善和细分构造转换带类型(图4)。

图4 构造转换带分类(同向型、对向型、背向型据文献[11]略有修改)

(1)以主干断层之间的倾向为首要分类标准，将构造转换带分为同向倾斜型、对向倾斜型和背向倾斜型三大类。

(2)以主断层之间的位置关系和受力机制为分类标准，将构造转换带分为平行型、叠覆型、趋近型、撕裂断层型、共线型和转折端型等6类。以主干断层之间的连接方式和断层生长阶段为依据，进一步分为“软连接”型和“硬连接”型。“软连接”型包括趋近型和覆叠型，“硬连接”型包括平行型和共线型。根据次级断层首尾端展布形态，转折端型分为扩张型和收敛型。扩张型主要在主干断层尾部发育，次级断层向外扩张，平面上呈马尾状；收敛型出现于主干断层转折端，调节断层向一侧收敛。

(3)按构造尺度为分类标准，分为一级、二级、三级及四级构造转换带。乌石凹陷东区内无一级构造转换带；同一构造背景下，相邻区段间变形、构造样式等特征存在差异的为二级构造转换带；三级构造转换带分布于各次级凹陷、洼槽之间；四级构造转换带分布于单个次级凹陷或斜坡内。

3.2 典型构造转换带特征

3.2.1 平行型

由两条或多条对向平行断层组成，断层间位移和形变通过连接断层或斜向凸起调节，主干断层之间位移量沿走向此消彼长。主干断层下降盘一侧常伴生小断层、背斜隆起等局部构造。

平行型出现于研究区中部，主干断层呈近EW向平行排列，连接断层出现于断层Ws230下降盘一侧，形成“硬连接”，与其伴生小断层及裂缝共同作用，将形变(断距或高差)由南侧断层传递至北侧断层(图2a左)。在地震剖面上，断层Ws230、Ws228之间反射层波组混乱，地层对向掉落、局部隆起而形成“地堑”，易发生位移传递和调节，主干断层与周围断层共同构成复“Y”字型，具扭张特征(图2a中)。

平行型附近是油气的有利聚集区。连接断层起侧向封堵油气的作用，由于连接断层周围裂缝发育，为油气向上优势运移与聚集提供了通道，构造转换带发育位置成为局部构造高点，油气向构造转换带两侧输导，在Ew3形成断层上盘遮挡圈闭。

3.2.2 叠覆型

由两条侧列展布的断层首尾部分叠置而成，通过横向凸起(背斜)或斜向断层调节和传递主干断层之间的位移、形变。研究区叠覆型出现较少，断层级序较低，对构造区带的控制能力较弱。

叠覆—背向型出现于研究区东北部边缘构造高点，近NE向的叠覆型主控断层呈NW向雁列展布，断层Ws171、Ws172的上升盘侧列展布、首尾部分叠置，发育规模较小，断层倾没端小幅度弯曲(图2b左)。在地震剖面上，断层Ws171与Ws172背向倾斜，断层生长终止于Ew2，两侧地层对向掉落，两断层共用一个上升盘，组成“地垒”，中间没有伴生小断层，为“软连接”(图2b中)。

断层Ws171附近为局部构造高点，由于张性主控断层侧向封堵能力相对较弱，地层错动不明显，难以形成有效的砂、泥地层对接，导致叠覆型周围油气分布较少。

3.2.3 趋近型

趋近型由两条或多条首尾互相靠近的断层组成，以转换斜坡或连接断层的形式调节和传递位移、形变。趋近型发育位置的地层往往被截切而发生阶梯状掉落，应变和位移沿地层倾翘方向有规律地传递。

研究区内典型的趋近—同向型由断层Ws175和Ws219组成，所处地势较高。平面上，主干断层呈NEE向伸展，倾没端发生弧形弯曲并相互靠近，属于“软连接”型(图2c左)。在地震剖面上，断层Ws219和Ws175南倾，形似阶梯，产状基本一致，发育规模相当，各条断层的下降盘依次向同一方向断落，所夹地层之间反射波组混乱，呈“似断似连”现象；断层Ws175和Ws219终止于Ew1底面，向下延伸至El2消失(图2c中)。

断层Ws175与Ws219为典型走滑环境下形成的主控断层，断层封闭性较好，构造转换带分隔出数个独立断块，断层Ws219发育于构造高部位，转换斜坡为优势油气运移通道，成藏期受主干断层遮挡，易在断层下盘聚集成藏。

3.2.4 共线型

共线型由一条断层发育而成，断层倾向沿走向发生变化，平面展布形态并未发生明显变化。断层以三种形式实现倾向变化：①倾向发生变化的过渡区域，断层以小尺度张开的形式连接，形如手指；②在相互作用区域形成撕裂断层；③地层发生剧烈的翘曲，并将相关应力传递到在周围岩体中。

沿构造转换带走向，地势由东向西逐渐降低。Ws235断层在中段一分为二，呈手指状张开，相互交错，随后断层合二为一(图2e左)。共线型在一条断层内部转移位移及形变，对于周围构造区带的控制、改造能力较弱。在地震剖面上(图2e中)，断层Ws235东、西两段为紧密结合的整体：①在EE′剖面上，断层Ws235北倾，与南侧断层组成“地垒”。②在FF′剖面上，a、b、c、d四条断层两两对向发育，组成“地垒”，两侧地层依次掉落。调节断层a与主断层倾向相同，调节断层b的规模较大，向西张开的调节断层d的规模大于调节断层c，断层a、c被断层d错开。③在GG′ 剖面上，主断层与南侧断层组成阶梯状样式，断层依次向南掉落。

断层Ws235由西至东，断层组合逐渐由“垒堑”组合样式过渡到阶梯状样式，表现为张扭作用下形成的统一断裂体系。因此，断层Ws235东、西两段应为一条断层，通过主断层中段手指状张开的四条调节断层控制、调节伸展形变。由于四条连接断层的相互作用，限制了调节断层的延伸、发散程度，在整体上始终保持单条断层的形态。

共线型受走滑、伸展叠合作用影响较大，内部反向调节断层主控油气输导，油气集中于断层Ws235西段的弧形弯曲处，东段无油气显示。

3.2.5 转折端型

转折端型由单条主断层控制，主断层弧形弯曲部位因构造应力作用产生数条调节断层，以调节主断层位移和形变。扩张型是指位于主干断层末端，数条调节断层极性相同，走向近平行，尾部向外撤开，首端均收敛于主干断层尾部的构造转换带。平面上常见的展布样式为马尾状，常见于张扭应力条件下发育的组合断层；剖面上一般为包心菜状，断距较小，内部断层密度较大，有助于调节主干断层断距和高差，并分散地层的底辟作用。收敛型由一条弯曲主断层及数条“帚”状次级断层收敛于主干断层弧顶弯曲处组合而成，调节主干断层的转折程度，有效分散了主干断层沿走向方向的位移。剖面上调节断层与主干断层高角度相交，体现了构造旋转作用的应力背景。

转折端型位于研究区南部，由主断层Ws221及三条近NE向调节断层组成，平面上呈马尾状展布，靠近7号边界断层(图2d左)。在边界断层上、下盘升降运动及NE向走滑作用的影响下，主断层Ws221下降盘一侧地层发生形变并形成Ws222、Ws223、Ws224三条走向近平行、倾向一致的呈雁列展布的调节断层，尾端向外发散，首端收敛于主断层转折端处，将主断层弧形弯曲部分的伸展位移、形变向外扩张，保持并逐渐调节主断层的弯曲程度，延续主断层沿走向断距逐渐变小的趋势；同时调节主断层北段NW向和东段NW向的断距和高差，达到应变守恒。在地震剖面上，调节断层与主断层斜交，均向南倾，地层依次向南掉落，沿垂向断距逐渐增长方向有规律地调节位移和形变(图2d中)。

调节断层剪切作用较弱，断层断距较小，断层封闭性较强，阻止了油气向局部构造高部位的横向运移，断层Ws221下降盘具封堵油气侧向运移的作用，易于富集油气。

4 构造转换带分布规律及形成机制

4.1 构造转换带发育规律

地层Ew3主要发育平行型、趋近型、叠覆型、共线型和转折端型构造转换带，构造转换带分布较广泛(图1b)。Nx主要发育平行型、叠覆型和转折端型构造转换带，构造转换带零星分布(图5)。地层由老到新，构造转换带分布体现了继承性和改造性，即构造转换带发育程度逐渐成熟、数量和种类逐渐减少。在同一构造转换带的不同层位(不同时期)，连接方式由“软连接”向“硬连接”转变，由深层至浅层连接断层数量明显增加。如：El构造转换带分布较少，Ew构造转换带较发育；Ew3“软连接”、“硬连接”均较常见，传递位移的数量和幅度较大；Ew1～Nx构造转换带较发育，以平行型为主(图5)，且多为“硬连接”。

图5 Nx(T60)现今构造纲要图

4.2 构造转换带空间分布规律

通过分析，总结了乌石凹陷东区构造转换带的分布规律。

(1)不同类型转换带分布位置不同。东、西部发育平行型、趋近型和叠覆型；中部断裂形态及组合样式较复杂，发育转折端型、共线型。

(2)构造转换带两侧构造样式、基底沉降存在明显差异，往往构成区域构造的平面分界线。如，以近NW向的断层Ws229和EW向断层Ws227为界，南侧断层走向主要为NEE、NE和SE向，北侧断层为NE或EW向(图1b)，南部构造样式复杂，北部断裂多为阶梯式或“Y”字型(图1d)。

(3)构造背景及边界控制条件决定了构造转换带类型。从时间角度讲，断层活动强度逐渐减弱的7号断层受拉张、剪切作用影响，周围发育平行型和转折端型；6号断层发育较晚，周围发育平行型和共线型；中部EW向断裂活动增加，多发育平行型、共线型；东部NE向断裂活动较多，发育叠覆型。

(4)连接断层与主干断层垂直或大角度斜交，或主干断层之间发育横向凸起或转换斜坡。剖面上，地层出现局部扭曲，常呈“垒堑”组合、花状构造、似花状构造、断阶等构造样式。

4.3 构造转换带成因

通过总结、归纳前人研究成果[1-5,7,26]，结合研究区各时期构造背景，在分析演化阶段的基础上，分别在时间和在空间上探讨构造转换带成因。

4.3.1 空间成因

(1)先存构造奠定了构造转换带的形成基础，差异性活动导致断裂体系的变化。

先存的断裂活动在很大程度上决定着后续断层发育的特征。El3～El2沉积期凹陷处于强拉张作用阶段，太平洋板块俯冲，引起地幔热流上涌并导致南海扩张[27]，NW—SE向伸展作用使NE向基底大断裂复活[28]，当主控断层走向与NE向基底大断层走向成一定角度相交时，基底大断层在侧向上起到一定程度的阻碍作用。随着断裂伸展方向的变化，断裂的位移和形变传递方式发生变化，从而控制构造转换带的形成、伸展位移及空间位置。同时派生出近NE向7号断层的主体雏形以及断层Ws225、Ws235。随后，由于印支板块挤出作用，区域伸展方向转变为近NNW—SSE向，近NEE向6号断层以及断层Ws161、Ws213形成，共同构成乌石凹陷东区构造格架(图6a)。

(2)构造应力的性质和方向决定了构造转换带类型。

El1～Ew3沉积期，由于印支板块碰撞作用，哀牢山—红河断裂带左旋走滑作用逐渐增强，地幔上涌形成的拉张作用依然较强，整体上表现为强拉张、弱左旋走滑叠合作用。在此背景下，形成了NEE向右旋走滑、NW向左旋走滑的张性共轭断裂体系(图6b)。此时基底断层显性活动仍然强烈，部分与之走向成一定角度相交的断层，位移生长受到阻碍，东部叠覆型主控断层Ws227形成，平行型主控断层分段生长，断层Ws229基本成型；南部转折端型主控断层Ws221主体初见规模。

(3)断层分段生长是转换带形成的直接原因。

由初始拉张作用时期至拗陷、裂陷时期，主控断层一般经历孤立生长、“软连接”以及连接断层发育的“硬连接”等阶段，断层叠覆位置或断层最大位移处易产生构造转换带。

4.3.2 时间成因

乌石凹陷在哀牢山—红河断裂带走滑活动、南海扩张与地幔上涌产生的拉张应力[29]的叠合作用下，形成了走滑和伸展并存的区域应力场，并且不同时期走滑作用和拉张作用的强弱存在差异，不同沉积期应力背景与应力强弱对构造转换带发育具有不同的控制作用。Ew2～Ew1沉积期，哀牢山—红河断裂带走滑作用不断增强，地幔上涌作用逐渐减弱，形成弱拉张与强剪切作用的叠合。在继承前期活动性的同时，NW向走滑断层分裂为一系列平行型构造转换带(图6c)，由于先存构造的影响，沿走向位移至断层Ws225即停止。南部断层Ws221在扭张应力下发育多条次级小断层；断层Ws235受挤压应力的影响，发生构造反转，形成共线型构造转换带。Nx沉积期至今，地幔上涌和板块扩张作用，导致乌石凹陷整体拗陷，形成一系列近EW向雁行排列的小断层(图6d)。

图6 乌石凹陷东区构造转换带演化模式

5 结论

(1)根据主干断层的运动学、几何学特征以及相互作用方式，将乌石凹陷东区构造转换带分为平行型(断层Ws230)、叠覆型(断层Ws171)、趋近型(断层Ws175)、转折端型(断层Ws221)和共线型(断层Ws235)5大类。

(2)典型的平行型主控断层级序较高，多以“硬连接”的形式调节、传递位移和形变，剖面上呈复“Y”字型。叠覆型在平面上互相平行，断层级序较低，对构造区带的控制较弱，剖面上表现为背斜形式的“软连接”。趋近型以转换斜坡的形式连接主干断层。共线型主断层中段呈手指状张开，东、西两段倾向相反，剖面上断层相互错动，构成“X”型。转折端型在平面上呈马尾状，调节断层向主控断层弯曲部位收敛，具调节主干断层弯曲程度及断距的作用。

(3)不同类型构造转换带受控于构造背景和边界控制条件，分布位置存在差异。平行型全区分布广泛，叠覆型、趋近型分布于研究区东北部，共线型分布于中北部，转折端型靠近7号断层。构造转换带具有分隔构造区带的作用，不同类型构造转换带的平面、剖面构造特征明显不同，不同沉积期构造转换带传递位移的方式和数量差异明显，如Ew3传递位移最大，至Nx逐渐减小。

(4)乌石凹陷东区断裂发育特征为伸展和拉张共同作用的结果，NE向基底断裂奠定了形成构造转换带的基础，在哀牢山—红河断裂带走滑、南海扩张、地幔上涌派生的拉张应力的共同作用下，断层分段生长是构造转换带形成的直接原因。