準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起構(gòu)造演化特征及其成因

胡秋媛，董大偉，趙　利，李　理，李　蕭，孔　雪

[1.中國(guó)石油大學(xué) 勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院，山東 東營(yíng) 257000；　2.中國(guó)石油大學(xué) 勝利學(xué)院 高等教育研究與評(píng)價(jià)中心，山東 東營(yíng) 257000；　3.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214122；4.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580]

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準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起構(gòu)造演化特征及其成因

胡秋媛1，董大偉2，趙利3，李理4，李蕭1，孔雪1

[1.中國(guó)石油大學(xué) 勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院，山東 東營(yíng) 257000；2.中國(guó)石油大學(xué) 勝利學(xué)院 高等教育研究與評(píng)價(jià)中心，山東 東營(yíng) 257000；3.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214122；4.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580]

準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起油氣資源豐富，其構(gòu)造演化特征比較獨(dú)特?；谲?chē)排子地區(qū)最新的勘探進(jìn)展，利用平衡剖面技術(shù)，對(duì)車(chē)排子凸起的基本構(gòu)造特征及活動(dòng)參數(shù)進(jìn)行定量研究，同時(shí)結(jié)合構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了研究區(qū)的構(gòu)造演化過(guò)程，在時(shí)間與空間上進(jìn)一步系統(tǒng)地探討了車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化特征及其成因。研究認(rèn)為，車(chē)排子凸起自晚石炭世已開(kāi)始發(fā)育，依次經(jīng)歷了強(qiáng)擠壓—弱擠壓—較弱擠壓—弱伸展的演化過(guò)程，可分為初始發(fā)育(C3—P)、持續(xù)隆升(T—J)、穩(wěn)定埋深(K—E)和局部伸展掀斜(N—Q)4個(gè)演化階段，其構(gòu)造演化主要受控于晚石炭世以來(lái)車(chē)排子凸起及鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的重大轉(zhuǎn)變。C3—P時(shí)期，受EW向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)控制，車(chē)排子凸起發(fā)生自西向東的“構(gòu)造逃逸擠壓”，凸起東側(cè)發(fā)育近SN向的紅車(chē)斷裂帶，并在凸起主體部位發(fā)育大量近SN向次級(jí)逆斷層；T—J時(shí)期，車(chē)排子凸起被置于擠壓逆沖楔頂部的NW-SE向擠壓應(yīng)力場(chǎng)中，持續(xù)發(fā)生隆升，先期逆斷層部分繼承性活動(dòng)；K—E時(shí)期，整體緩慢下沉，穩(wěn)定埋深；至N—Q時(shí)期，轉(zhuǎn)為NNE向的伸展應(yīng)力場(chǎng)，局部發(fā)生伸展掀斜，發(fā)育大量NWW向正斷層的同時(shí)，先期逆斷層部分發(fā)生構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)。受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制，區(qū)域構(gòu)造線則經(jīng)歷了由近SN向到NE-SW向，再到近EW向的重要轉(zhuǎn)變。

平衡剖面；斷層系統(tǒng)；構(gòu)造逃逸；構(gòu)造演化；車(chē)排子凸起；準(zhǔn)噶爾盆地

車(chē)排子凸起是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的一個(gè)重要構(gòu)造單元，斷層發(fā)育，保存了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的構(gòu)造格局，且油氣源條件優(yōu)越，成為盆地內(nèi)重要的油氣聚集區(qū)。迄今為止，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者已對(duì)車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化進(jìn)行過(guò)一系列針對(duì)性研究，認(rèn)為車(chē)排子凸起是車(chē)-莫古隆起的重要組成部分，其構(gòu)造演化開(kāi)始于早侏羅世，經(jīng)歷了初始發(fā)育階段(J1s)、逐漸隆升階段(J2x)、強(qiáng)烈隆升階段(J2t)、剝蝕改造階段(J3)、隱伏埋藏階段(K—E)和定位調(diào)整階段(N—Q)[1-5]，但對(duì)其在侏羅紀(jì)之前的構(gòu)造演化未作系統(tǒng)研究。作為準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)的重要構(gòu)造單元，這個(gè)“三角形凸起”既繼承了盆地的整體特征，又具有其自身的獨(dú)特性。筆者在充分利用近年來(lái)在車(chē)排子地區(qū)獲取的最新勘探資料，消化前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用平衡剖面技術(shù)，對(duì)車(chē)排子凸起的基本構(gòu)造特征及活動(dòng)參數(shù)進(jìn)行定量研究，并結(jié)合構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)恢復(fù)了研究區(qū)的構(gòu)造演化過(guò)程，進(jìn)一步探討其動(dòng)力學(xué)機(jī)制。兩種方法相互印證，從時(shí)間與空間上系統(tǒng)地研究了車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化特征及其成因，取得了新的認(rèn)識(shí)。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

車(chē)排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣南部，屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起的一部分。其北抵扎伊爾山與克—夏斷褶帶相鄰，南鄰四棵樹(shù)凹陷，東部以紅車(chē)斷裂帶為界與昌吉凹陷、中拐凸起相接，平面上構(gòu)成“倒三角”形態(tài)，面積約1.08×104km2(圖1)。車(chē)排子地區(qū)構(gòu)造線近南北向，在凸起內(nèi)部，自北向南隆升極不均衡，扎伊爾山前隆起處最高，向東南隆起幅度逐漸降低。

車(chē)排子凸起具有典型的西準(zhǔn)噶爾型地層，以廣泛分布島弧火山巖、花崗質(zhì)侵入巖、古生代蛇綠混雜巖和洋底沉積物為特征[6-8]。凸起的主體部位在石炭系基底上，自下而上發(fā)育下侏羅統(tǒng)(J1)、下白堊統(tǒng)吐谷魯群(K1tg)、古近系(E)、新近系(N)及第四系(Q)。其中，下侏羅統(tǒng)(J1)為灰褐色砂礫巖、灰色礫狀砂巖，在車(chē)排子凸起主體大面積缺失，僅分布在極少數(shù)地區(qū)及部分溝谷內(nèi)。下白堊統(tǒng)吐谷魯群(K1tg)為灰綠、棕紅色泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂—細(xì)砂巖不等厚互層，在車(chē)排子凸起東部廣泛發(fā)育。而古近系(E)在凸起北部大面積缺失，僅在車(chē)淺1-7、車(chē)淺1-8、車(chē)淺1-9和排606井鉆遇。新近系(N)則沉積較厚，自下而上發(fā)育沙灣組(N1s)、塔西河組(N1t)和獨(dú)山子組(N2d)，其中沙灣組在區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，東南部厚度可達(dá)400 m以上，向西北逐漸減薄直至尖滅，自下而上依次以褐灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰色細(xì)砂巖和灰色砂礫巖為主，塔西河組為紅色、灰色泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，均與下伏地層呈角度不整合接觸。

2　車(chē)排子凸起基本構(gòu)造特征

車(chē)排子凸起斷層較為發(fā)育，但無(wú)較大規(guī)模的斷層存在，延伸與斷距均較小。依據(jù)斷層規(guī)模，可將研究區(qū)內(nèi)斷層分為4個(gè)級(jí)別：一級(jí)斷層為紅車(chē)斷裂，呈NNE向延伸，是車(chē)排子凸起邊界斷層，斷距大；二級(jí)斷層沿NNE向延伸5～10 km，如F1和F2(圖1)，切穿整個(gè)層系，斷距25 m以下，為研究區(qū)內(nèi)主要的控藏?cái)鄬?；三?jí)斷層發(fā)育于石炭系，終止于侏羅系—白堊系，為NNE和NNW向延伸1～5 km的逆斷層；四級(jí)斷層為發(fā)育于新近系—第四系的正斷層，沿EW向延伸不到1 km，切穿層位各有不同，斷距在10 m左右?？傮w而言，車(chē)排子凸起可劃分出深、淺兩套斷層系統(tǒng)，且發(fā)育大量負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。

2.1深部斷層系統(tǒng)

深部斷層系統(tǒng)主要在海西晚期形成，為一系列逆沖及逆掩斷層，在車(chē)排子凸起主體部位，平面上沿NE和NW向展布，在研究區(qū)內(nèi)延伸相對(duì)較長(zhǎng)，常呈網(wǎng)格式或斜交式組合(圖2a，2b)，剖面上斷層傾角小，斷面多呈鏟式，自石炭系斷至白堊系底部，多為區(qū)內(nèi)的三級(jí)斷層(圖2c)。

2.2淺部斷層系統(tǒng)

淺部斷層系統(tǒng)形成較晚，在喜馬拉雅期形成，主要發(fā)育大量張性正斷層。淺部斷層系統(tǒng)規(guī)模較小，平面上沿NNE,NW和近EW向延伸，呈平行式或雁列式組合(圖2d,e)，剖面上斷層傾角大(65°～ 85°)，斷面一般呈板式、鏟式，小規(guī)模斷層以板式為主，主要發(fā)育在白堊系至新近系，常呈花狀構(gòu)造組合型式(圖2c，h)，多為區(qū)內(nèi)的四級(jí)斷層。

此外，由于部分壓性斷裂的構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)，使研究區(qū)內(nèi)發(fā)育大量負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。負(fù)反轉(zhuǎn)斷層為繼承性發(fā)育斷層，自石炭系一直斷至新近系，剖面上常表現(xiàn)出“上正下逆”的斷層特征(圖2f,g)。為進(jìn)一步明確負(fù)反轉(zhuǎn)斷層的特征及其沿走向的變化規(guī)律，通過(guò)截取大量垂直于斷層走向的地震剖面，詳細(xì)剖析了區(qū)內(nèi)兩條典型負(fù)反轉(zhuǎn)斷層F1和F2的剖面特征(圖3)。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1和F2為兩條繼承性斷層，均發(fā)生了先逆后正的構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)。其中，F(xiàn)1斷面整體呈上陡下緩，斷面形態(tài)沿走向發(fā)生變化，北部偏鏟式，南部偏板式，斷距呈上正下逆，各處斷距不一。F2斷面形態(tài)沿走向變化明顯，NE段偏鏟式，傾角上陡下緩，NNE段偏板式，傾角上下變化不大，各部位斷距均呈現(xiàn)出上正下逆，但中間大、兩頭小。由此初步推斷，研究區(qū)深、淺斷層系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中經(jīng)歷了由擠壓到伸展的構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)，但各處反轉(zhuǎn)程度不一，有些斷層反轉(zhuǎn)程度小，呈現(xiàn)“上正下逆”特征，有些反轉(zhuǎn)程度大，整體呈現(xiàn)為正斷層形態(tài)。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起構(gòu)造位置Fig.1　Regional tectonic locations of Chepaizi Uplift

圖2　車(chē)排子凸起斷層基本特征Fig.2　Basic characteristics of faults in Chepaizi Uplifta.網(wǎng)格式組合；b.斜交式組合；c.深部逆沖斷層與淺部張性正斷層(測(cè)線100313)；d.雁列式組合；e.平行式組合； f.負(fù)反轉(zhuǎn)斷層(測(cè)線101700中部)；g.負(fù)反轉(zhuǎn)斷層(測(cè)線101386)；h.淺層斷層系統(tǒng)

3　車(chē)排子凸起構(gòu)造演化特征

3.1車(chē)排子凸起活動(dòng)量分析

斷層的活動(dòng)特征可反映于研究區(qū)的伸展量與壓縮量。平衡剖面技術(shù)是研究斷層活動(dòng)特征的重要手段，其基本原則是地層層長(zhǎng)在變形過(guò)程中始終守恒。通過(guò)逐層回剝可以恢復(fù)各構(gòu)造演化階段的地質(zhì)剖面，以明確各時(shí)期區(qū)內(nèi)斷層的活動(dòng)與演化特征。

截取研究區(qū)內(nèi)典型東西向測(cè)線13753，經(jīng)地震追層、斷層解釋和時(shí)深轉(zhuǎn)換后，采用平衡剖面技術(shù)，得到其構(gòu)造平衡演化剖面(圖4)?；诖?，將研究區(qū)內(nèi)南北向和東西向各4條剖面(圖1)逐層回剝，統(tǒng)計(jì)出各

時(shí)期的伸展量，并繪制成柱狀圖(圖5)。圖中顯示，車(chē)排子凸起經(jīng)歷了強(qiáng)擠壓—弱擠壓—較弱擠壓—弱伸展的演化過(guò)程，且各剖面中壓縮量大于伸展量。二疊紀(jì)時(shí)，研究區(qū)剖面整體發(fā)生壓縮，且南部壓縮量大，表明此時(shí)期受強(qiáng)烈擠壓作用，構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈。三疊紀(jì)開(kāi)始，繼承了前期的區(qū)域擠壓作用，但強(qiáng)度明顯減弱，尤其是白堊紀(jì)—古近紀(jì)，構(gòu)造擠壓大幅度減弱。至新近紀(jì)—第四紀(jì)，由區(qū)域擠壓轉(zhuǎn)為區(qū)域伸展，且南北向伸展強(qiáng)度明顯大于東西向，但與前期的擠壓相比，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較弱。

3.2車(chē)排子凸起構(gòu)造演化階段劃分

前人一般認(rèn)為車(chē)排子凸起是車(chē)—莫古隆起的一部分，繼承了二疊紀(jì)的隆坳演化構(gòu)造格局，始發(fā)于早侏羅世[3-4,9]，此次筆者根據(jù)區(qū)域典型地震剖面的精細(xì)解釋成果，結(jié)合幾何學(xué)特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及構(gòu)造演化史剖面等綜合分析，對(duì)車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化取得了新認(rèn)識(shí)，認(rèn)為車(chē)排子凸自晚石炭世開(kāi)始發(fā)育，并將其構(gòu)造演化劃分為4個(gè)階段。

3.2.1初始發(fā)育階段(C3—P)

研究區(qū)近東西向地震剖面解釋結(jié)果顯示，車(chē)排子凸起向東部強(qiáng)烈擠壓并開(kāi)始隆升，構(gòu)造壓縮量大，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)紅車(chē)斷裂帶高角度逆沖，處于斷裂下降盤(pán)的昌吉凹陷沉積厚度超過(guò)8 km且強(qiáng)烈褶皺，西部四棵樹(shù)凹陷則無(wú)沉積(圖4d)。上述現(xiàn)象反映晚石炭世—二疊紀(jì)，車(chē)排子凸起已初見(jiàn)雛形。同時(shí)，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的年代學(xué)數(shù)據(jù)也為該演化階段提供了重要依據(jù)。盆地西北緣達(dá)爾布特帶中的鎂鐵-超鎂鐵巖被古生代后碰撞花崗巖切穿形成“釘合巖體”，鎂鐵-超鎂鐵巖帶332 Ma的年齡限定早石炭世西北緣有洋殼存在，花崗巖的定年結(jié)果(327 ～ 276 Ma)限定了其洋盆的閉合發(fā)生在晚石炭世[10]。巴音溝蛇綠巖是北天山地區(qū)晚古生代蛇綠巖帶的重要組成部分和典型代表，其形成時(shí)代為(344±3.4)Ma(輝長(zhǎng)巖)[11]，表明早石炭世準(zhǔn)噶爾盆地南緣有洋殼存在，多個(gè)花崗巖體侵入巴音溝蛇綠巖，其中規(guī)模最大的一個(gè)侵入體是四棵樹(shù)巖體，具有“釘合巖體”的構(gòu)造意義，花崗閃長(zhǎng)巖(316±3)Ma、二長(zhǎng)花崗巖(314.9±4.1)Ma和鉀長(zhǎng)花崗巖(311.5±3.9)Ma的鋯石U-Pb定年[12]表明，北天山的碰撞造山作用在316 ～ 311 Ma(二疊紀(jì)中期)結(jié)束，至晚二疊世一直處于后碰撞斷陷階段。由此判斷，晚石炭世之前車(chē)排子地區(qū)處于殘留洋階段，為島弧或地體，并沉積大量的火山物質(zhì)，晚石炭世—二疊紀(jì)車(chē)排子凸起初始發(fā)育。

圖3　車(chē)排子凸起典型負(fù)反轉(zhuǎn)斷層剖面特征Fig.3　Profile characteristics of typical negatively reversed faults in Chepaizi Uplift a,b,c. F1斷層沿走向的剖面變化；d,e,f. F2斷層沿走向的剖面變化

圖4　車(chē)排子地區(qū)13753測(cè)線構(gòu)造平衡剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.4　Structural balanced profile of 13753 line in Chepaizi Uplift(see Fig.1 for the locations)

圖5　車(chē)排子凸起典型剖面伸展量Fig.5　Extensional estimate of typical profiles in Chepaizi Uplifta.南北向剖面伸展量；b.東西向剖面伸展量

3.2.2持續(xù)隆升階段(T—J)

三疊紀(jì)時(shí)期，研究區(qū)繼承了晚二疊世的構(gòu)造特征，在強(qiáng)烈擠壓逆沖的基礎(chǔ)上，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度有所減弱，但隆升活動(dòng)持續(xù)進(jìn)行，使二疊紀(jì)末期的構(gòu)造格局進(jìn)一步強(qiáng)化。紅車(chē)斷裂此階段繼續(xù)逆沖活動(dòng)，并在其上升盤(pán)陸續(xù)出現(xiàn)新的逆沖斷層，進(jìn)而控制了車(chē)排子凸起的持續(xù)性隆升。從地層展布來(lái)看，昌吉凹陷內(nèi)三疊系—侏羅系穩(wěn)定分布，而車(chē)排子凸起僅在沖溝內(nèi)發(fā)育下侏羅統(tǒng)，指示車(chē)排子凸起在此階段持續(xù)隆升(圖4c)。

3.2.3穩(wěn)定埋深階段(K—E)

到白堊紀(jì)時(shí)，整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的時(shí)空演化具有典型相似性。受燕山運(yùn)動(dòng)晚期的影響，白堊紀(jì)時(shí)，整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地基本夷平，研究區(qū)緩慢而連續(xù)地接受沉積，白堊紀(jì)地層巖性、厚度穩(wěn)定，覆蓋了下伏各層系(圖4b)。至古近紀(jì)，研究區(qū)保持了整體緩慢下沉的趨勢(shì)[13]，構(gòu)造線繼承了前期的NE-SW向，僅巖性、厚度上略有差異。

3.2.4局部伸展掀斜階段(N—Q)

新近紀(jì)以來(lái)，受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，來(lái)自新特提斯構(gòu)造域的強(qiáng)大擠壓使北天山快速、大幅隆升，并向準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)沖斷，產(chǎn)生巨大的構(gòu)造載荷[14-16]。此背景下，盆地南緣發(fā)生撓曲-下沉，使車(chē)排子凸起處于北天山-四棵樹(shù)凹陷限定的再生前陸盆地斜坡上。受重力影響四棵樹(shù)凹陷下陷，而車(chē)排子凸起局部發(fā)生伸展掀斜。將車(chē)排子凸起典型剖面局部放大分析可知，二疊紀(jì)—古近紀(jì)，地層平均掀斜角度為2.7°，掀斜速率為9.82×10-3(°)/Ma；新近紀(jì)—第四紀(jì)，地層平均掀斜角度為1.7°，掀斜速率為7.14×10-2(°)/Ma，是前一階段的7.3倍(圖4a)。

4　車(chē)排子凸起成因探討

4.1車(chē)排子凸起構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)

為更好地證實(shí)車(chē)排子凸起構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)的演化過(guò)程，并深入探討其成因機(jī)制，筆者利用構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正演模擬。構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)是短時(shí)間、小規(guī)模內(nèi)再現(xiàn)自然界構(gòu)造變形過(guò)程的一種方法，遵循相似性原則[17-18]。如前所述，車(chē)排子凸起構(gòu)造演化的地質(zhì)要素包括：時(shí)間——晚石炭世至今；地點(diǎn)——車(chē)排子凸起；作用雙方——車(chē)排子凸起與昌吉凹陷；動(dòng)力來(lái)源——扎伊爾山和北天山相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的擠壓和伸展應(yīng)力場(chǎng)；演化過(guò)程——第一階段(C3—E)為不同速率的持續(xù)沖斷、隆升，第二階段(N—Q)為伸展、沉降。因此，本文依據(jù)動(dòng)力學(xué)相似性，結(jié)合研究區(qū)近東西向剖面A—A′(剖面位置見(jiàn)圖1)，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。時(shí)間及演化階段劃分——依據(jù)物理模擬儀器參數(shù)將實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)定為70 min，其中0～65 min模擬第一階段的擠壓構(gòu)造環(huán)境，65～70 min模擬第二階段的伸展構(gòu)造環(huán)境。地點(diǎn)及作用雙方——實(shí)驗(yàn)裝置左側(cè)鋪設(shè)20cm厚的石英砂以模擬車(chē)排子凸起，右側(cè)自下而上設(shè)置10cm厚的聚苯乙烯泡沫和10cm厚的石英砂以模擬昌吉凹陷(圖6a)。巖石圈流變特征研究表明，盆地區(qū)的地殼“上弱下強(qiáng)”，而隆起區(qū)或造山帶的地殼“上強(qiáng)下弱”[19]。故當(dāng)兩側(cè)砂體相互擠壓碰撞時(shí)，能完成相似度較好的第一階段擠壓過(guò)程，即車(chē)排子凸起向昌吉凹陷的沖斷作用。裝置底部鋪設(shè)彈性布帶，當(dāng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行至第二階段時(shí)，可用于帶動(dòng)左側(cè)砂體整體拉伸，以實(shí)現(xiàn)第二階段伸展過(guò)程，即車(chē)排子凸起的負(fù)反轉(zhuǎn)變形。

實(shí)驗(yàn)砂體的整體尺寸為120 cm(長(zhǎng))×30 cm(寬)×20 cm(高)，相似系數(shù)為4.3×10-6。為便于觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中砂體的構(gòu)造變形，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎命S色天然石英砂模擬地層，深色石英砂模擬地質(zhì)界線，石英砂粒度φ=0.3～0.4 mm，基底摩擦系數(shù)小于3。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，力源通過(guò)平流泵推動(dòng)擋板加以實(shí)現(xiàn)，其中，第一階段擋板推進(jìn)的速度依次為0.81 cm/min(0～17 min，相當(dāng)于地質(zhì)原型縮短位移率2.91 m/Ma)，0.35 cm/min(17～39 min，相當(dāng)于地質(zhì)原型縮短位移率1.20 m/Ma)，0.15 cm/min(39～65 min，相當(dāng)于地質(zhì)原型縮短位移率0.29 m/Ma)。第二階段擋板的后撤速度為0.59 cm/min(65～70 min，相當(dāng)于地質(zhì)原型伸展位移率0.43 m/Ma)。

實(shí)驗(yàn)歷時(shí)70 min，再現(xiàn)了晚石炭世以來(lái)(327 Ma至今)車(chē)排子地區(qū)的構(gòu)造演化過(guò)程，時(shí)間相似比為4.67 Ma/min(圖6b—f)。圖6b為初始狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至17 min時(shí)，對(duì)應(yīng)晚石炭世—二疊紀(jì)(327～248 Ma)，模型受擠壓作用發(fā)育第一條逆沖斷層①，傾向向西，傾角較陡(圖6c)。39 min時(shí)，即三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)(248～144 Ma)，斷層①西側(cè)開(kāi)始出現(xiàn)第二條逆沖斷層②，產(chǎn)狀與斷層①基本一致；同時(shí)，逆沖斷層西側(cè)地層發(fā)生大幅度強(qiáng)烈隆升，車(chē)排子凸起的雛形已初步顯現(xiàn)(圖6d)。實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行至65 min，對(duì)應(yīng)古近紀(jì)末(23 Ma)，剖面基本保持了前一階段的構(gòu)造特征(圖6e)。自65 min開(kāi)始，模型由雙向擠壓轉(zhuǎn)為雙向伸展，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至70 min，剖面西部發(fā)育一條正斷層③，斷層規(guī)模較小，傾向與斷層①、斷層②相反，同時(shí)斷層②開(kāi)始發(fā)生構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)，上部由逆斷距轉(zhuǎn)為正斷距，整體呈現(xiàn)“上正下逆”的構(gòu)造特征(圖6f)，突出再現(xiàn)了研究區(qū)沖斷—隆升后的構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)至此結(jié)束，模擬結(jié)果較好地再現(xiàn)了車(chē)排子凸起晚石炭世以來(lái)的構(gòu)造演化過(guò)程，斷層①,②,③的演化序列及特征(圖6b′—f′)與前述構(gòu)造演化分析結(jié)果(圖4)極為吻合，從而為研究區(qū)成因機(jī)制的探討提供了重要依據(jù)。

圖6　車(chē)排子凸起構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)Fig.6　Physical simulation of tectonics in Chepaizi Uplifta.實(shí)驗(yàn)條件示意圖；b—f.實(shí)驗(yàn)過(guò)程；b′—f′.實(shí)驗(yàn)解釋

4.2車(chē)排子凸起成因

依據(jù)前述的地震剖面解釋成果及構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合前人研究積累的資料，認(rèn)為車(chē)排子凸起的形成與晚石炭世以來(lái)研究區(qū)及其鄰區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的重大轉(zhuǎn)變有著密切的成生關(guān)系。

早石炭世末，哈薩克斯坦板塊與準(zhǔn)噶爾地體在準(zhǔn)西緣發(fā)生的陸—陸碰撞結(jié)束了洋-陸轉(zhuǎn)換的板塊構(gòu)造機(jī)制，標(biāo)志著陸內(nèi)演化階段的開(kāi)始。其塑造扎伊爾山的同時(shí)，不斷向南東擠壓推覆。至晚石炭世，準(zhǔn)噶爾南緣北天山-準(zhǔn)噶爾洋的閉合使北天山向北東推覆，受扎伊爾山與北天山的共同夾持，車(chē)排子地區(qū)發(fā)生自西向東的“構(gòu)造逃逸擠壓”(圖7a)，并在其東部塑造一系列逆沖推覆斷裂帶。至此，深層斷裂系統(tǒng)的雛形已基本形成，研究區(qū)構(gòu)造線近SN向延伸(圖7d)。加之西準(zhǔn)造山帶強(qiáng)烈褶皺擠壓的影響，車(chē)排子地區(qū)強(qiáng)烈隆升，并在昌吉凹陷形成前陸盆地。

受燕山運(yùn)動(dòng)中期的影響，至中侏羅世，車(chē)排子凸起及其鄰區(qū)均進(jìn)入壓扭應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境。究其成因，NWW向的北天山斷裂、烏倫古南-克拉美麗斷裂在這一時(shí)期發(fā)生右旋走滑活動(dòng)，并兼具擠壓性質(zhì)[2,20]，從而產(chǎn)生大型的右行壓扭應(yīng)力場(chǎng)。車(chē)排子凸起伴生的背斜軸向與紅車(chē)斷裂所成的銳夾角指示紅車(chē)斷裂具有典型的右旋走滑特征，控制車(chē)排子凸起不斷隆升。其東側(cè)鄰區(qū)內(nèi)一系列背斜軸向呈“S”型展布，與壓性結(jié)構(gòu)面一致(圖7b)。壓扭活動(dòng)中，研究區(qū)“屈服”于前期的基底凸起，以其為“砥柱”繼承性隆升發(fā)育。同時(shí)，受紅車(chē)斷裂右行壓扭活動(dòng)的影響，車(chē)排子凸起處于擠壓逆沖楔頂部，受NW-SE向擠壓，先期逆斷層有的繼承性持續(xù)發(fā)育(F1,F2)，有的則發(fā)育一段時(shí)間停止發(fā)育，成為盲沖斷層，地層從SE向NW發(fā)生沉積尖滅，區(qū)域構(gòu)造線由近SN向開(kāi)始向NE-SW向轉(zhuǎn)變(圖7e)。

白堊紀(jì)—古近紀(jì)，受燕山運(yùn)動(dòng)晚期的影響，研究區(qū)整體緩慢下沉，連續(xù)接受沉積，使白堊系—古近系巖性、厚度穩(wěn)定，覆蓋下伏各層系。進(jìn)入新近紀(jì)，受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，新特提斯構(gòu)造域的強(qiáng)烈擠壓使北天山NNE向強(qiáng)烈隆升逆沖，將研究區(qū)整體置于北天山-四棵樹(shù)凹陷前陸盆地的斜坡帶上。巨大的構(gòu)造負(fù)荷一方面使處于前緣的車(chē)排子凸起發(fā)生NNE向的局部伸展掀斜(圖7c)，同時(shí)誘發(fā)中-新生代地層中發(fā)育一系列NWW向正斷層，并使前期逆沖活動(dòng)的部分?jǐn)鄬影l(fā)生構(gòu)造負(fù)反轉(zhuǎn)(圖7f)。至此，淺層斷裂系統(tǒng)也發(fā)育完全，研究區(qū)內(nèi)深、淺兩套斷層系統(tǒng)及其間的負(fù)反轉(zhuǎn)斷層已清晰可見(jiàn)。

5　結(jié)論

1) 準(zhǔn)噶爾盆地車(chē)排子凸起自晚石炭世已開(kāi)始發(fā)育，依次經(jīng)歷了強(qiáng)擠壓—弱擠壓—較弱擠壓—弱伸展的演化過(guò)程，其構(gòu)造演化可劃分為初始發(fā)育(C3—P)、持續(xù)隆升(T—J)、穩(wěn)定埋深(K—E)和局部伸展掀斜(N—Q)4個(gè)階段。

2) 構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與車(chē)排子凸起的實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造間具有良好的相似性，再現(xiàn)了研究區(qū)晚石炭世以來(lái)的構(gòu)造演化及斷層發(fā)育過(guò)程。深部斷層系統(tǒng)在初始發(fā)育階段(C3—P)產(chǎn)生，多為逆斷層，且部分在持續(xù)隆升階段(T—J)繼承性活動(dòng)；淺部斷層系統(tǒng)則在局部伸展掀斜階段(N—Q)大量發(fā)育，多為小規(guī)模正斷層；同時(shí)先期逆斷層部分發(fā)生負(fù)反轉(zhuǎn)作用，發(fā)育一系列負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。

3) 車(chē)排子凸起的構(gòu)造演化與晚石炭世以來(lái)研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的重大轉(zhuǎn)變有著密切的成生關(guān)系。C3—P時(shí)期，車(chē)排子地區(qū)受控于近EW向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)，發(fā)生自西向東的“構(gòu)造逃逸擠壓”。T—J時(shí)期，受紅車(chē)斷裂右行壓扭的影響，車(chē)排子凸起被置于擠壓逆沖楔頂部的NW-SE向擠壓應(yīng)力場(chǎng)中，持續(xù)發(fā)生隆升。K—E時(shí)期，整體緩慢下沉，穩(wěn)定埋深。至N—Q時(shí)期，車(chē)排子凸起處于北天山-四棵樹(shù)凹陷前陸盆地的斜坡帶上，巨大的構(gòu)造負(fù)荷使其轉(zhuǎn)為NNE向的伸展應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境中，發(fā)生局部伸展掀斜。受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制，區(qū)域構(gòu)造線經(jīng)歷了由近SN向到NE-SW向,再到近EW向的重要轉(zhuǎn)變。

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(編輯董立)

Tectonic evolutionary characteristics and their causes of Chepaizi Uplift in Junggar Basin

Hu Qiuyuan1，Dong Dawei2，Zhao Li3,Li Li4，Li Xiao1，Kong Xue1

(1.DepartmentofOil&GasEngineering,ShengliCollegeofChinaUniversityofPetroleum,Dongying,Shandong257000,China;2.HigherEducationResearchandEvaluationCenter,ShengliCollegeofChinaUniversityofPetroleum,Dongying,Shandong257000,China;3.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214122,China;4.SchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum(EastChina),Qingdao,Shangdong266580,China)

Chepaizi Uplift in Junggar Basin is abundant in oil and gas resources and has unique tectonic evolution history.New understanding of the history was made possible recently with the latest exploration progress in the area.By combining balanced section technique with quantitative analyses of basic tectonic characteristics and activity parameters and physical structure modeling experiments,we discussed systematically in this paper the tectonic evolutionary characteristics and genesis from a spatial and temporal perspective.The result shows that the evolutionary history of the Uplift can be divided into four stages: the initial development stage (C3-P),continuously uplifting stage (T-J),stably burying stage (K-E) and local stretching tilting stage (N-Q),since it was initiated during Late Carboniferous and then went through successively strong-weak-weaker compression and a weak extension.The tectonic evolution was mainly controlled by major changes in the tectonic stress field in the Uplift and its adjacent areas since the Late Carboniferous.During the C3-P period,an eastward “escaping tectonic compression” developed in the Uplift under the control of the E-W compression stress field,leading to the development of the nearly SN-trending Hongche fault belt in the east of the Uplift and large amounts of SN-trending secondary reverse faults in the major part of the Uplift.During the T-J period,the Uplift was in the NW-SE compression stress field on the top of the thrust wedge,and went through continuous uplifting,leading to the inheritance activities of some early reserve faults.During the K-E period,the Uplift experienced integral and slow subsidence and got stably buried.And during the N-Q period,the stress field turned to be NNE-trending extensional stress field,leading to local stretching and tilting.Large amounts of NWW-trending normal faults were developed while some early reverse faults experienced negative structural inversion.Controlled by the tectonic stress field,the regional tectonic line had turned from near SN direction to NE-SW trend and then to EW direction.

balanced section,fault system，tectonic escape,tectonic evolution，Chepaizi Uplift，Junggar Basin

2016-03-02;

2016-06-06。

胡秋媛(1984—)，女，碩士、講師，地質(zhì)學(xué)。E-mail:huqiuyuan_1984@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40772132)；中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院春暉計(jì)劃項(xiàng)目(KY2015006);中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院重點(diǎn)科研計(jì)劃項(xiàng)目(KY2015013)。

0253-9985(2016)04-0556-09

10.11743/ogg20160412

TE121.2

A