塔中隆起深層構(gòu)造樣式及其成因探討

王洪浩李江海孫唯童程雅琳

（1.“造山帶與地殼演化”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京　100871；2.北京大學(xué)石油與天然氣研究中心，北京　100871）

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塔中隆起深層構(gòu)造樣式及其成因探討

王洪浩1，2李江海1，2孫唯童1，2程雅琳1，2

（1.“造山帶與地殼演化”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871；2.北京大學(xué)石油與天然氣研究中心，北京100871）

摘要塔中隆起是研究塔里木盆地下古生界構(gòu)造樣式的良好窗口?；趯?duì)塔中隆起三維地震工區(qū)的精細(xì)解析，依據(jù)斷裂期次匹配關(guān)系及斷裂組合方式，可將塔中隆起三維地震工區(qū)分為3個(gè)構(gòu)造樣式區(qū)，即西部單沖推覆構(gòu)造區(qū)、中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)及東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)。塔中隆起三維地震工區(qū)在整體上具有西部構(gòu)造區(qū)變形弱，東部構(gòu)造變形強(qiáng)的特征。最西部的單沖推覆構(gòu)造區(qū)構(gòu)造樣式以簡(jiǎn)單的單沖推覆構(gòu)造為主，且推覆構(gòu)造主要集中在塔中I號(hào)斷裂帶，同時(shí)鹽下深部地層還保存有早期的正斷裂。中部的鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)構(gòu)造樣式以擠壓型鹽上蓋層滑脫為特征，且向東滑脫幅度明顯增大，鹽下深部早期正斷裂大多發(fā)生反轉(zhuǎn)。東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)發(fā)育大量的基底卷入型逆沖斷層，斷層多刺穿鹽層，且逆沖斷層多沿早期正斷裂發(fā)育。區(qū)域擠壓應(yīng)力的差異、膏鹽巖分布的差異及先存斷裂的影響是導(dǎo)致工區(qū)內(nèi)不同區(qū)域構(gòu)造特征差異的主要因素。

關(guān)鍵詞塔中隆起深層構(gòu)造樣式構(gòu)造區(qū)

修訂回稿日期：2016－01－09

0　引言

塔中隆起是塔里木盆地中央隆起上的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元［1-3］，自1983年開(kāi)始，本區(qū)開(kāi)始油氣勘探。近年來(lái)，隨著大面積三維地震不斷實(shí)施，塔中隆起下古生界碳酸鹽巖油氣勘探不斷取得突破，使塔中隆起成為塔里木盆地重要的油氣區(qū)［4-5］。塔中隆起構(gòu)造樣式復(fù)雜，多期構(gòu)造疊合形成復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，對(duì)于油氣圈閉的形成有著重要作用。前人在三維地震解釋的基礎(chǔ)上主要探討了塔中隆起的古構(gòu)造成因、構(gòu)造演化過(guò)程［6］，分析了塔中隆起斷裂系統(tǒng)的構(gòu)造樣式、分布與演化特征［7］，并探討了斷裂系統(tǒng)在中央隆起帶形成演化過(guò)程中的作用［8-9］及與海相碳酸鹽巖油氣分布的關(guān)系［10］。

但前期對(duì)本區(qū)構(gòu)造樣式的研究主要集中在奧陶系及上部地層，對(duì)于奧陶系以下深部構(gòu)造研究較少，且缺少深部構(gòu)造樣式的分段性及形成不同構(gòu)造樣式主控因素的研究。筆者通過(guò)三維地震資料精細(xì)解釋?zhuān)瑢?duì)塔中隆起深層構(gòu)造樣式進(jìn)行解析，并依據(jù)斷裂期次匹配關(guān)系及斷裂組合方式，對(duì)三維工區(qū)進(jìn)行分段性研究，并分析深部構(gòu)造差異的成因。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

塔中隆起位于塔里木盆地中央隆起帶中部，面積約為2.145×104km2，南部與塘古孜巴斯坳陷、北部與阿瓦提—滿加爾坳陷相鄰，東部與塔東低凸起、西部與巴楚凸起相接。塔中隆起形成于晚加里東—早海西期，隆起內(nèi)發(fā)育復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)（以NW和近EW向?yàn)橹鳎?，主要包括塔中Ⅰ?hào)斷裂帶、塔中10號(hào)斷裂帶、塔中Ⅱ號(hào)斷裂帶、塔中南緣斷裂帶、塔中8號(hào)斷裂帶、塔中3井?dāng)嗔褞Ш退?井?dāng)嗔褞У?，整體組成向NW發(fā)散、SE收斂的帚狀斷裂體系。志留紀(jì)—泥盆紀(jì)，本區(qū)還發(fā)育一組NE向具有走滑性質(zhì)的斷裂體系，切割了前期NW向斷裂（圖1）［10-12］。

圖1　塔里木盆地塔中隆起主要斷裂分布圖

新元古代—早古生代，塔中地區(qū)經(jīng)歷了從伸展到擠壓構(gòu)造背景的變化，其應(yīng)力變化主要受塔里木南緣板塊活動(dòng)的影響，具體可以劃分為3個(gè)階段：①南華紀(jì)—早奧陶世，塔里木陸塊從Rodinia超大陸中裂解［13］，塔里木南緣發(fā)育被動(dòng)大陸邊緣［14］，塔中地區(qū)受伸展應(yīng)力作用發(fā)育塔中北斜坡斷陷構(gòu)造；②中奧陶世—晚奧陶世，北昆侖洋的俯沖消減和阿爾金溝—弧—盆體系的消亡，導(dǎo)致本區(qū)由伸展體制轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓體制［15］，塔中前緣隆起開(kāi)始形成；③志留紀(jì)—晚泥盆世，擠壓作用持續(xù)進(jìn)行，塔中發(fā)育前陸沖斷與走滑構(gòu)造變形［6］524。此外，鉆井資料顯示塔中地區(qū)中—下寒武統(tǒng)發(fā)育一套膏鹽巖，但該套膏鹽巖在全區(qū)內(nèi)厚度普遍較小，導(dǎo)致鹽底辟構(gòu)造不發(fā)育，而是作為區(qū)域的滑脫層協(xié)調(diào)鹽上層和鹽下層變形，影響了構(gòu)造樣式分區(qū)和油氣分布特征。受控于塔中地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景，新元古代—早古生代斷裂系統(tǒng)基本可以劃分為3個(gè)期次［7］798：①南華紀(jì)—早奧陶世伸展斷裂發(fā)育期；②中奧陶世—晚奧陶世擠壓斷裂發(fā)育期；③志留紀(jì)走滑斷裂發(fā)育期。

塔中隆起構(gòu)造格局于奧陶紀(jì)末基本定型，后期雖經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，但其基本構(gòu)造格局沒(méi)有發(fā)生改變［9，16］。新近紀(jì)印度板塊和歐亞板塊碰撞產(chǎn)生的遠(yuǎn)程效應(yīng)對(duì)塔里木陸塊影響明顯，導(dǎo)致塔里木陸塊中央隆起帶（包括西部的巴楚隆起、中部的塔中隆起和東部的塔東隆起）進(jìn)入強(qiáng)烈差異沉降階段，但表現(xiàn)為西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。西部巴楚隆起快速隆升并發(fā)育大量喜山期的斷裂系統(tǒng)，而塔中、塔東隆起區(qū)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，以沉降為主，局部發(fā)育扭動(dòng)構(gòu)造，對(duì)構(gòu)造格局的影響甚微。

2　塔中隆起深層構(gòu)造樣式分區(qū)

塔中隆起深層構(gòu)造樣式復(fù)雜，可識(shí)別的構(gòu)造樣式有鏟式逆沖斷層和牽引背斜組合、生長(zhǎng)斷層、正反轉(zhuǎn)構(gòu)造、疊瓦狀逆沖斷裂和斷塊組合、對(duì)沖構(gòu)造、背沖構(gòu)造、鏟式逆沖斷層和反向調(diào)節(jié)斷層組合等［17］，且深部多期構(gòu)造疊合形成復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，在整體上具有“平面分區(qū)、縱向分層”的特征?！翱v向分層”是指塔中地區(qū)中—下寒武統(tǒng)膏鹽巖作為區(qū)域變形的滑脫層，基底與寒武系鹽上蓋層通常具有不同的構(gòu)造變形特征。“平面分區(qū)”是指依據(jù)斷裂期次匹配關(guān)系及斷裂組合方式，可將本區(qū)三維地震工區(qū)分為3個(gè)構(gòu)造樣式區(qū)，即西部單沖推覆構(gòu)造區(qū)、中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)及東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)（圖2、圖3）。從西向東，塔中隆起三維工區(qū)整體呈現(xiàn)出變形從弱到強(qiáng)的特征。

圖2　塔中隆起不同構(gòu)造區(qū)典型地震剖面解釋圖

圖3　塔中隆起斷裂模式分布圖

2.1西部單沖推覆構(gòu)造區(qū)

本區(qū)位于三維地震工區(qū)最西部，構(gòu)造樣式基本以單沖推覆構(gòu)造為主，同時(shí)鹽下深部地層可見(jiàn)早期未反轉(zhuǎn)的正斷裂（圖3A）。逆沖推覆構(gòu)造主要集中在東北部的塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶，鹽下基底卷入變形，剖面西南部基本未見(jiàn)推覆構(gòu)造。逆沖斷層上盤(pán)地層被擠壓形成背斜，下盤(pán)鹽下深部地層發(fā)育數(shù)條斷面北傾的基底正斷層。緊鄰逆沖斷裂發(fā)育一小斷陷，斷陷左側(cè)正斷層性質(zhì)已不大明顯，被逆沖斷裂削去部分地層。推測(cè)其成因，可能為后期受到擠壓，在斷陷左側(cè)斷層形成應(yīng)力集中點(diǎn)［18］，擠壓推覆方向與原正斷裂面傾向方向相同，由于擠壓強(qiáng)度大，原正斷裂面附近形成一系列小斷裂，使得正斷層被重新改造，正斷層被后期的壓性構(gòu)造曲折并截頂。而深部小斷陷內(nèi)地層也受到擠壓向下彎曲，形成如今的構(gòu)造樣式。

2.2中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)

本區(qū)位于三維地震工區(qū)的中部，構(gòu)造樣式以擠壓型鹽上蓋層滑脫為特征。按變形的強(qiáng)弱又可以分為中西部鹽上蓋層弱滑脫構(gòu)造區(qū)和中東部鹽上蓋層強(qiáng)滑脫構(gòu)造區(qū)。本區(qū)西部具有初步蓋層滑脫特征，越向東擠壓滑脫幅度明顯增大，直至過(guò)渡到東部基底沖斷區(qū)。

西段蓋層弱滑脫構(gòu)造區(qū)內(nèi)發(fā)育塔中10號(hào)及塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶，斷裂帶附近中寒武統(tǒng)—奧陶系地層在擠壓作用下沿膏鹽層滑脫逆沖，但逆沖幅度較小。此外本區(qū)還發(fā)育有大量的走滑花狀構(gòu)造，塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶以南地區(qū)以花狀構(gòu)造為主（圖3B1），主干斷裂切割晚奧陶世斷裂，直插入基底，向上一般截切于石炭系底部，主干斷裂兩側(cè)發(fā)育大量逆斷層，剖面上呈正花狀構(gòu)造。此外，本段中塔中Ⅰ號(hào)斷裂也表現(xiàn)出走滑性質(zhì)，剖面上近于直立，其羽狀斷裂為正斷層性質(zhì)，剖面上解釋為負(fù)花狀構(gòu)造。

東段蓋層強(qiáng)滑脫構(gòu)造區(qū)具有典型鹽上沖斷變形、膏鹽層塑性變形、鹽下褶皺變形的分層變形結(jié)構(gòu)（圖3B2）。鹽上地層沿膏鹽層頂面發(fā)生滑脫，并形成類(lèi)似于向南俯沖的疊瓦狀推覆構(gòu)造；膏鹽巖地層由于厚度較小，未出現(xiàn)明顯的底辟刺穿構(gòu)造，主要作為變形的滑脫層；鹽下基底先存正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，形成具有逆沖性質(zhì)反轉(zhuǎn)構(gòu)造。鹽上地層構(gòu)造變形強(qiáng)度總體上大于鹽下地層構(gòu)造變形強(qiáng)度。

2.3東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)

本區(qū)位于三維地震工區(qū)的東部，構(gòu)造樣式以大量的基底卷入型擠壓沖斷為特征。由于變形較強(qiáng)，逆沖斷裂多刺穿鹽巖層，且多沿鹽下早期正斷裂發(fā)育，具有繼承性的特征，故名繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)。本區(qū)由塔中Ⅰ號(hào)斷裂和塔中5號(hào)斷裂等一系列下穿至基底，上切至志留系的逆沖斷裂組成。塔中Ⅰ號(hào)斷裂上下兩盤(pán)錯(cuò)動(dòng)斷距大，通過(guò)一系列同向及反向斷層調(diào)節(jié)，斷層吸收擠壓沖斷位移。塔中5號(hào)斷裂在平面上表現(xiàn)為弧形斷裂（圖1），剖面上由兩條逆沖斷裂組成“Y”字型（圖3C）。

不同構(gòu)造區(qū)的構(gòu)造樣式直接控制本區(qū)的油氣分布。單沖推覆構(gòu)造區(qū)內(nèi)除塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶上盤(pán)發(fā)生褶皺變形外，其他地區(qū)地層變形微弱，不利于油氣聚集。中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)內(nèi)上寒武統(tǒng)—奧陶系沿膏鹽巖滑脫變形，抬升至淺層。尤其是中東部鹽上蓋層強(qiáng)滑脫構(gòu)造區(qū)中寒武統(tǒng)上覆地層以一系列斷層傳播褶皺吸收來(lái)自下部斷裂位移，并與不整合面上的志留系—泥盆系泥巖段形成儲(chǔ)蓋組合，成為油氣藏發(fā)育的有利部位，可作為滑脫層上部白云巖主要勘探區(qū)。東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)內(nèi)基底卷入型逆沖斷裂將塔中Ⅰ號(hào)斷裂南部膏鹽巖下伏地層抬升至淺層，這為勘探寒武系原生古油氣藏提供了有利條件［19］。

3　構(gòu)造樣式分區(qū)成因探討

塔中隆起三維地震工區(qū)整體上具有西部構(gòu)造區(qū)變形弱，東部變形強(qiáng)的特征。導(dǎo)致不同區(qū)域構(gòu)造特征差異的因素主要包括區(qū)域擠壓應(yīng)力的差異、膏鹽巖分布的差異及先存斷裂的影響等。各種因素共同作用，導(dǎo)致三維地震工區(qū)形成不同的構(gòu)造樣式分區(qū)。

3.1區(qū)域擠壓應(yīng)力差異

區(qū)域構(gòu)造背景的變化是影響本區(qū)構(gòu)造樣式的重要因素。震旦紀(jì)—早古生代塔里木盆地整體處于伸展背景，塔中地區(qū)發(fā)育一系列正斷裂。中奧陶世北昆侖洋的俯沖消減和阿爾金溝—弧—盆體系的消亡，在塔南地區(qū)形成了周緣前陸褶皺沖斷帶和塔南周緣前陸盆地，擠壓撓曲使塔中成為塔南前陸盆地向塔里木克拉通盆地過(guò)渡的前緣隆起［6］523。晚奧陶世西昆侖—阿爾金地體與塔里木板塊碰撞，盆地南緣處于持續(xù)收縮的擠壓構(gòu)造環(huán)境，塔中地區(qū)發(fā)育強(qiáng)烈的前陸沖斷與走滑構(gòu)造變形。

中奧陶世后南緣的擠壓應(yīng)力向北傳播，成為塔中地區(qū)構(gòu)造反轉(zhuǎn)的主要因素。但擠壓應(yīng)力傳播到塔中三維工區(qū)處，工區(qū)的不同區(qū)域所受的應(yīng)力存在差異。在工區(qū)西部的單沖推覆構(gòu)造區(qū)，來(lái)自東南方向的古沖斷構(gòu)造的前鋒帶終止于塔中南緣斷裂，鹽上滑脫沖斷構(gòu)造不發(fā)育，僅在塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶處發(fā)育高角度逆沖斷裂，部分來(lái)自東南方向的水平位移量轉(zhuǎn)化為西北走向的帚狀走滑斷裂，工區(qū)西部所受的擠壓應(yīng)力較小，僅在塔中Ⅰ號(hào)斷裂處發(fā)育高角度逆沖斷層，且逆沖斷層下盤(pán)鹽下深層正斷層未發(fā)生反轉(zhuǎn)。工區(qū)東部所受的擠壓應(yīng)力較大，發(fā)育鹽上蓋層滑脫構(gòu)造及大量基底卷入型逆沖斷層，且鹽下早期正斷裂大多發(fā)生反轉(zhuǎn)。

3.2中—下寒武統(tǒng)膏鹽差異分布

膏鹽巖作為區(qū)域變形的滑脫層，對(duì)區(qū)域變形構(gòu)造樣式有著重要影響。本區(qū)中—下寒武統(tǒng)膏鹽巖在本區(qū)內(nèi)并非均勻分布。在三維地震工區(qū)西部的單沖推覆構(gòu)造區(qū)，膏鹽巖層較薄，加之?dāng)D壓應(yīng)力較弱，滑脫構(gòu)造不明顯。工區(qū)中部的鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)內(nèi)膏鹽巖厚度向東逐步增厚，在中東部鹽上蓋層強(qiáng)滑脫構(gòu)造區(qū)處（圖3B2）達(dá)到最厚，鹽上蓋層滑脫構(gòu)造明顯，使本區(qū)具有典型鹽上沖斷變形、膏鹽層塑性變形、鹽下褶皺變形的分層變形結(jié)構(gòu)。到工區(qū)東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)，膏鹽巖厚度減薄，加之?dāng)D壓應(yīng)力增強(qiáng)，逆沖斷層多沿早期正斷層發(fā)育，并刺穿鹽巖層，形成復(fù)雜的基底卷入型逆沖斷裂。

3.3先存斷裂影響

塔中隆起早期發(fā)育先存正斷裂，中奧陶世以后，塔中地區(qū)主要受南緣擠壓應(yīng)力的影響，早期正斷裂成為擠壓應(yīng)力集中的部位，后期逆沖斷層多沿早期正斷層發(fā)育，形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造。若擠壓應(yīng)力較強(qiáng)，膏鹽巖層較薄，如工區(qū)東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)，反轉(zhuǎn)的逆沖斷層會(huì)刺穿鹽層，直接控制鹽上層的構(gòu)造樣式。因此，先存斷裂的分布和條數(shù)也是影響工區(qū)內(nèi)后期構(gòu)造樣式的重要因素。此外，膏鹽巖發(fā)生局部聚集增厚也主要受基底先存斷裂控制［20-22］，這與世界其他地區(qū)的鹽構(gòu)造發(fā)育特征也非常相似。

4　結(jié)論

1）依據(jù)斷裂期次匹配關(guān)系及斷裂組合方式，塔中隆起三維地震工區(qū)可分為3個(gè)構(gòu)造樣式區(qū)，即西部單沖推覆構(gòu)造區(qū)、中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)及東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)，其中中部鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)按照變形的強(qiáng)弱又可以分為中西部鹽上蓋層弱滑脫構(gòu)造區(qū)和中東部鹽上蓋層強(qiáng)滑脫構(gòu)造區(qū)。

2）塔中隆起三維地震工區(qū)在整體上具有西部構(gòu)造區(qū)變形弱，東部構(gòu)造變形強(qiáng)的特征。最西部的單沖推覆構(gòu)造區(qū)構(gòu)造樣式以簡(jiǎn)單的單沖推覆構(gòu)造為主，且推覆構(gòu)造主要集中在塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶，同時(shí)鹽下深部地層還保存有早期的正斷裂。中部的鹽上蓋層滑脫構(gòu)造區(qū)構(gòu)造樣式以擠壓型鹽上蓋層滑脫為特征，且向東滑脫幅度明顯增大，鹽下深部早期正斷裂大多發(fā)生反轉(zhuǎn)。東部繼承性沖斷構(gòu)造區(qū)發(fā)育大量的基底卷入型逆沖斷層，斷層多刺穿鹽層，且逆沖斷層多沿早期正斷裂發(fā)育。

3）導(dǎo)致塔中隆起三維地震工區(qū)不同區(qū)域構(gòu)造特征差異的因素主要包括區(qū)域擠壓應(yīng)力的差異、膏鹽巖分布的差異及先存斷裂的影響等。工區(qū)內(nèi)所受擠壓應(yīng)力大小的差異是導(dǎo)致西部構(gòu)造區(qū)變形弱，東部構(gòu)造區(qū)變形強(qiáng)的主要原因；膏鹽巖的厚度直接影響滑脫作用的強(qiáng)弱和垂向上的分層結(jié)構(gòu)；先存的早期正斷裂作為后期的應(yīng)力集中點(diǎn)，主要控制了后期反轉(zhuǎn)構(gòu)造的位置。

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（編輯：盧櫟羽）

作者簡(jiǎn)介：王洪浩（1989－），博士研究生，研究方向?yàn)榕璧胤治?，鹽構(gòu)造變形研究。E-mail：whhpeking@163.com。

doi：10.3969／j.issn.2095-1132.2016.01.007

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-1132（2016）01-0023-05