《Journal of Asian Earth Sciences》：Segmented growth and evolution of major bounding faults and its control on basin structures: insight from the Xujiaweizi Fault Depression, northern Songliao Basin, northeastern China
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基于3D地震数据，运用T-z图和回剥法，揭示徐家围子断陷多分段边界断层三阶段演化特征及其对沉积系统和烃源岩分布的控制作用。
作者：Keliang Lu, Yonghe Sun, Jijun Li
单位：中国石油大学（华东）深部油气重点实验室，山东省青岛市266580
摘要
多方向边界断层的生长从根本上控制了裂谷的演化过程。然而，目前还缺乏关于各断层段对当前地质结构演化影响的系统研究。基于三维地震数据，我们利用T-z图和反向剥离技术分析了这些多方向边界断层的形成时间和生长历史。通过这些分析，我们确定了主要边界断层的生长和演化对徐家窝子断陷现今构造形态的控制作用。研究结果表明，由Songxi断层（四个段）和Xuxi断层（五个段）组成的边界断层系统经历了三个不同的演化阶段：（1）孤立断层阶段：Songxi断层和Xuxi断层的相应段分别独立开始活动；（2）硬连接阶段：最初孤立的断层段向两侧扩展并相互连接，最终形成一个统一的断层系统；（3）连接发展阶段：边界断层主要沿其走向方向积累位移，而不再发生进一步的侧向扩展。此外，边界断层的演化还控制了盆地的源岩-沉积系统的分布。分段生长过程中形成的过渡带为沉积物提供了主要通道，而与分段相关的差异沉降则影响了沉积模式。地层和源岩主要分布在主要断层走向上。在断层活动强烈的区域，地层厚度较大；而在断层段边界处，地层厚度减小或完全缺失。本研究揭示了分段断层生长如何影响裂谷盆地的沉积系统和源岩形成。
引言
裂谷盆地的特征是大量正断层的发育。其中，边界断层大多属于基底参与型，并且通常表现出分段生长的特征，这是由于盆地多阶段构造演化的结果（Machette等，1991；Jackson等，2002；Su等，2011；Tian等，2015；Marín等，2018；Kairanov等，2019；Wang等，2020）。以往基于地下地震数据、数值模拟和露头的研究表明，边界断层通常由多个走向不同的孤立断层段组成，每个断层段具有独特的几何、运动学和动力学特性，包括其平面和剖面结构、位移分布及形成机制（Gawthorpe和Leeder，2000；Wang等，2020；Lou等，2022）。在后期的构造活动中，各个断层段开始向两侧扩展并通过软连接和硬连接相互结合，最终形成一个更大、结构更复杂的正断层（Schlische和Anders，1996；Walsh等，2002；Walsh等，2003；Fossen和Rotevatn，2016）。正断层的分段不仅反映了断层特性的内在差异，还表明了不同断层段上伸展和斜向伸展作用引起的局部应力场变化，从而对后续的构造-地层演化、沉积系统和烃类勘探产生了重要影响（Sun等，2013；Wang等，2020；Liu等，2022；Lou等，2022；Hu等，2024）。因此，深入研究主要边界断层的生长和演化对于理解盆地演化过程至关重要。Songxi断层和Xuxi断层位于松辽盆地的徐家窝子断陷中。这些断层是该断陷的边界断层，它们的多方向平面几何形态决定了现今的构造格局（图1c）。过去十年间，许多研究聚焦于徐家窝子断陷中主要边界断层的构造特征，为其几何形态和运动学提供了初步认识（Yu等，2010；Sun等，2012；Li等，2012；Xie等，2015；Long等，2018；Niu，2019）。然而，目前尚不清楚这些主要边界断层的起始时间和后续演化过程。此外，关于单个断层段的生长和演化对徐家窝子断陷中源岩和沉积系统分布影响的系统研究仍然不足。在本研究中，我们利用徐家窝子断陷的三维地震数据，探讨了边界断层的起始、分段、扩展和生长模式，以重建其演化历史。同时，我们将边界断层的几何特征、位移分布和反向剥离分析与该断陷中沉积系统和源岩的分布特征相结合，以确定边界断层段之间的运动学关系及其对沉积系统格局和源岩形成的控制作用。
区域构造
徐家窝子断陷位于松辽盆地的北部，这是一个形成于华北克拉通古生代基底上的中新生代含气裂谷（Li等，2021）（图1a）。松辽盆地是东亚最大的中新生代大陆沉积盆地之一。
数据库
本研究使用了2008年采集并于2022年重新处理的三维地震数据，覆盖了徐家窝子断陷6,114平方公里的区域（图1c）。地震数据由中石油大庆地球物理研究所提供。该三维地震数据为零相位数据，按照SEG规范显示为正极性。数据的主频范围为20–40赫兹，理论垂直分辨率为30至60米。
Songxi断层
Songxi断层呈东倾走向，地图长度超过84公里，包含四个独立段，形成于早白垩世（1.48–1.24亿年前）：SXF1段长约18.9公里，走向为NNE–SSW；SXF2段长约15.6公里，走向为NNW–SSE；SXF3段长约29.9公里，走向为NNW–SSE；SXF4段长约19.7公里，走向也为NNE–SSW（图1c）。这些断层段之间的连接点对应于裂谷地层厚度的最小值。沿Songxi断层上盘方向的地震剖面显示...边界断层的演化过程
Songxi断层和Xuxi断层的位置和方向决定了徐家窝子断陷的构造框架。这些断层的生长和连接过程影响了裂谷形成期间的地层厚度变化和沉积系统（Kairanov等，2019），以及盆地后期断层的发育（Wang等，2022a；Wang等，2022b）。因此，准确了解这些断层的生长和演化过程对于进一步分析盆地的地质演化至关重要。结论
通过结合详细的三维地震解释、位移分布分析和断层段生长历史的研究，本文阐明了徐家窝子断陷中大型多方向边界断层的演化过程及其对多阶段裂谷作用期间沉积相分布和源岩形成的影响。主要结论如下：
Songxi断层和Xuxi断层是徐家窝子断陷的边界断层，它们起源于基底岩层。未引用的参考文献
Wang等（2016）。
作者贡献声明
Keliang Lu：负责撰写初稿、软件开发、方法设计及数据采集。
Yonghe Sun：负责审稿与编辑、资源协调及项目资助申请。
Jijun Li：负责审稿与编辑以及研究概念的构建。
资助
国家自然科学基金（项目编号：42472190）；重庆市人才创新与创业领军人才项目（项目编号：0255-19230101042）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢大庆油田勘探开发研究院为研究提供所需材料以及给予的支持和帮助。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42472190）和重庆市人才创新与创业领军人才项目（项目编号：0255-19230101042）的资助。同时，我们也感谢两位匿名审稿人的宝贵意见和建议，这对我们的研究工作起到了重要作用。
