塔里木盆地塘古巴斯坳陷瑪東構(gòu)造帶斷裂特征及成因探討

郭　穎, 湯良杰*, 余騰孝, 田亞杰, 岳　勇,陳　剛, 龍　禹

塔里木盆地塘古巴斯坳陷瑪東構(gòu)造帶斷裂特征及成因探討

郭穎1,2, 湯良杰1,2*, 余騰孝3, 田亞杰1,2, 岳勇3,陳剛1,2, 龍禹1,2

(1.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249; 2.中國石油大學(xué) 盆地與油藏研究中心,北京 102249; 3.中國石化 西北油田分公司, 新疆 烏魯木齊 830011)

塘古巴斯坳陷是塔里木盆地油氣勘探的重要接替區(qū), 初步研究顯示瑪東構(gòu)造帶具有良好的油氣遠(yuǎn)景, 但是構(gòu)造研究相對(duì)薄弱, 制約了下一步的油氣勘探。本文利用最新的鉆井和地震資料解釋成果, 對(duì)塘古巴斯坳陷瑪東構(gòu)造帶斷裂構(gòu)造的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了分析, 并探討了斷裂差異演化的成因機(jī)制。結(jié)果表明, 瑪東構(gòu)造帶縱向上以中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽巖為界, 形成鹽下基底卷入逆沖斷裂和鹽上蓋層滑脫逆沖斷裂兩套變形系統(tǒng); 橫向上從南向北, 劃分為3個(gè)構(gòu)造段, 且斷裂組合樣式逐漸復(fù)雜。構(gòu)造帶南段、中段和北段斷裂主要活動(dòng)期分別為志留紀(jì)–泥盆紀(jì)、中奧陶世末–二疊紀(jì)以及晚奧陶世中期–泥盆紀(jì), 斷裂活動(dòng)具有中段早、兩端晚以及中間延續(xù)時(shí)間長、兩端延續(xù)時(shí)間短的特征。不同構(gòu)造段地層縮短量和縮短率反映, 構(gòu)造帶北段在志留紀(jì)–泥盆紀(jì)縮短作用最強(qiáng), 構(gòu)造帶中段和南段則在晚奧陶世縮短作用最強(qiáng), 斷裂活動(dòng)性整體具有由北東往南西減弱的規(guī)律?，敄|構(gòu)造帶差異構(gòu)造變形受多重因素控制, 包括: 基底斷裂的控制作用、古隆起的隆升阻擋作用、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的疊加作用、鹽巖層系的調(diào)節(jié)作用和區(qū)域構(gòu)造的反轉(zhuǎn)作用。

塘古巴斯坳陷; 瑪東構(gòu)造帶; 斷裂構(gòu)造; 差異構(gòu)造活動(dòng); 構(gòu)造演化; 成因機(jī)制

0 引 言

瑪東構(gòu)造帶屬于塔里木盆地塘古巴斯坳陷西部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元, 因地理位置處于瑪扎塔格山東側(cè)而得名?？碧綄?shí)踐顯示, 2010年瑪東構(gòu)造帶之中的玉北 1斷裂帶獲得工業(yè)油流, 實(shí)現(xiàn)了塔西南坳陷奧陶系油氣勘探導(dǎo)向性突破; 后續(xù)鉆井不同程度的油氣顯示證實(shí), 瑪東構(gòu)造帶奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖具有良好的油氣成藏條件, 具備廣闊的勘探前景(丁文龍等, 2012; 斯尚華等, 2013; 喬桂林等, 2014)。

盆地構(gòu)造背景和沉積充填序列揭示, 塔里木盆地南部經(jīng)歷了多期不同性質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用, 發(fā)育多個(gè)主不整合界面, 形成復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)(Lin et al., 2012; 劉家鐸等, 2014; 張光亞等, 2015)。針對(duì)瑪東構(gòu)造帶及鄰區(qū)主不整合特征以及斷裂構(gòu)造特征, 前人曾做過相關(guān)研究工作(李曰俊等, 2008; 何碧竹等, 2011a, 2013; 楊勇等, 2014; 范小根等, 2015; 郭穎等, 2015)。一般認(rèn)為, 研究區(qū)發(fā)育中淺層蓋層滑脫與深層基底卷入斷裂, 主要經(jīng)歷了加里東中期、加里東晚期–海西早期與海西晚期3次變形過程, 逆沖構(gòu)造是基底構(gòu)造變形的關(guān)鍵(云金表等, 2013; 黃太柱, 2014; 李浩武等, 2014; 陳剛等, 2015)。但是受到研究資料的限制, 與瑪東構(gòu)造帶相關(guān)的許多問題還未進(jìn)行深入探討, 特別是斷裂構(gòu)造演化過程、成因機(jī)制以及與和田古隆起的關(guān)系等方面仍存在疑問。

本文主要利用最近幾年完成的三維地震資料和鉆井資料, 在系統(tǒng)分析研究區(qū)斷裂構(gòu)造幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的基礎(chǔ)上, 對(duì)瑪東構(gòu)造帶斷裂活動(dòng)差異性及其與和田古隆起的形成演化關(guān)系展開探討, 并對(duì)構(gòu)造帶成因機(jī)制提出了新的認(rèn)識(shí)。

1　地質(zhì)背景

塘古巴斯坳陷位于塔里木盆地南部, 北西與巴楚隆起相鄰, 北東與塔中隆起相連, 南西與麥蓋提斜坡相接, 南東則與阿爾金造山帶相鄰。坳陷內(nèi)部發(fā)育一系列NE-SW 走向, NW-SE方向上近平行排列的大型前陸褶皺沖斷帶(圖1)?，敄|構(gòu)造帶位于褶皺沖斷帶前鋒位置, 北起塔中隆起南緣, 西與瑪扎塔格斷裂帶毗鄰, 東至塘南臺(tái)地, 平面上延伸超過 220 km, 走向從南往北由 NNE逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹EE, 為一略向 NW 凸出的大型帚狀構(gòu)造帶(圖 1),剖面上主逆沖斷層斷面傾向 NW, 傾角上陡下緩,往深部歸并于中寒武統(tǒng)膏鹽層系。

研究區(qū)基底之上地層較為齊全, 發(fā)育古生界、三疊系和新生界, 缺失侏羅系和白堊系(劉家鐸等, 2014; 何碧竹等, 2015)。寒武系-中奧陶統(tǒng)為海相碳酸鹽巖沉積, 其中, 中寒武統(tǒng)發(fā)育較厚的含膏鹽巖層系, 為區(qū)域主滑脫層; 上奧陶統(tǒng)沉積期發(fā)生沉積相變, 塘古巴斯坳陷演化為混積陸棚相, 坳陷周邊隆起區(qū)為碳酸鹽臺(tái)地相。志留系–泥盆系沉積海相碎屑巖, 僅分布于瑪東構(gòu)造帶西北部。石炭系–二疊系全區(qū)連續(xù)分布, 為海陸交互相碳酸鹽巖和碎屑巖沉積。古生代之后, 塔里木盆地結(jié)束海相沉積, 三疊系為陸相碎屑巖沉積, 殘存于構(gòu)造帶北端; 新生界則總體轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴既珔^(qū)的巨厚河湖相沉積(圖2)。

圖1　瑪東構(gòu)造帶構(gòu)造綱要略圖Fig.1 Simplified structural map of the Madong structural belt

2　斷裂構(gòu)造幾何學(xué)特征

地震解釋結(jié)果顯示, 瑪東構(gòu)造帶受中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽巖的塑性流動(dòng)的影響, 形成鹽上和鹽下兩套變形系統(tǒng)。沿構(gòu)造帶走向, 自南向北斷裂帶沖起高度逐漸變大、斷裂構(gòu)造樣式逐漸復(fù)雜, 使構(gòu)造帶可以劃分為3個(gè)構(gòu)造段。

2.1構(gòu)造帶南段

構(gòu)造帶南段以A-A′剖面為代表, 主要發(fā)育4組SSW-NNE走向斷裂帶, 構(gòu)造樣式較為簡單。鹽下地層發(fā)育少量逆沖斷層, 斷層傾角70°～90°, 斷距主要體現(xiàn)在NWW傾向斷裂上, SEE傾向斷裂斷距較小。鹽上古生界逆沖斷裂帶, 為單條鏟式主沖斷裂或緊閉的“Y”字形斷裂組合樣式, 剖面上表現(xiàn)為由NWW往 SEE方向逆沖, 主斷面上陡下緩, 向上斷至石炭系底面, 向下終止于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽巖滑脫層。各斷裂帶不發(fā)育或者僅發(fā)育1條背沖斷裂, 構(gòu)成不對(duì)稱的背斜形態(tài)。整體上, 該構(gòu)造段鹽上斷裂控制的褶皺變形帶較窄, 指示具有一定的走滑分量(圖3a)。

2.2構(gòu)造帶中段

構(gòu)造帶中段以 B-B′剖面為代表, 近似等間距發(fā)育7組SW-NE走向斷裂帶, 斷裂帶排列較構(gòu)造帶南段緊密, 斷裂樣式相對(duì)復(fù)雜。各斷裂帶鹽下地層發(fā)育2～3條逆沖斷裂, 斷裂上盤抬升使地層向上拱起,在垂向上與鹽上斷裂有良好對(duì)應(yīng)關(guān)系。鹽上發(fā)育鏟式逆沖斷裂, 主斷裂由NW往SE方向逆沖, 斷面沿中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽層滑脫, 向上斷至石炭系底面不整合或者延入石炭系–二疊系。各斷裂帶發(fā)育2～3條主沖斷裂和 1～2條背沖斷裂, 使高陡的不對(duì)稱背斜潛山構(gòu)造復(fù)雜化, 其中玉東 3斷裂帶疊加后期NWW向逆沖作用, 具有顯著的雙向逆沖的特點(diǎn)。該構(gòu)造段鹽上劇烈的逆沖作用, 引起潛山構(gòu)造底部膏鹽層塑性流動(dòng)、增厚, 形成了明顯的鹽拱構(gòu)造(圖3b)。

圖2　瑪東構(gòu)造帶及鄰區(qū)構(gòu)造–地層層序組合Fig.2 Tecotono-stratigraphic sqeuences of the Madong structural belt and its adjacent areas

圖3　通過瑪東構(gòu)造帶地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Seismic profiles crossing the Madong structural belt (positions as shown in Fig.1)

2.3構(gòu)造帶北段

構(gòu)造帶北段以 C-C′剖面為代表, 發(fā)育 5組SWW-NEE走向斷裂帶, 斷裂帶排列更加緊密。鹽下逆沖斷裂多為NNW傾向, 斷面陡立, 向上切至膏鹽巖層或突破膏巖層終止于奧陶系內(nèi)部。鹽上斷裂自NNW往SSE方向逆沖, 構(gòu)成疊瓦狀逆沖構(gòu)造, 主逆沖斷裂斷面陡直, 向上斷至石炭系底面, 向下滑脫于中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽層。各斷裂帶一般發(fā)育1～2條主沖斷裂, 背沖斷裂不發(fā)育或者斷距小, 巨大的逆沖位移量造成地層高角度沖起、疊復(fù), 垂直斷距最大超過500 m。尤其是瑪東3、瑪東4和瑪東5斷裂帶鹽上和鹽下斷層垂向上交叉、重疊, 鹽下、鹽層和鹽上地層具有隨斷裂活動(dòng)一起卷入變形的特征, 構(gòu)成復(fù)雜的斷裂組合圖案(圖3c)。

此外, 構(gòu)造帶北段淺部地層中可見兩條 NWWSEE向延伸的逆沖斷裂, 斷面傾向 NEE, 在平面上與瑪東1、瑪東2和瑪東3斷裂帶近似直交, 但在剖面上斷裂僅切斷石炭系、二疊系和新生界, 向下終止于上奧陶統(tǒng), 與深層斷裂屬于不同的斷裂體系(圖4)。

3　斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

結(jié)合剖面上不整合結(jié)構(gòu)特征、斷裂斷穿層位、地層厚度、地層變形程度和斷距大小等特征, 利用平衡剖面恢復(fù)技術(shù)綜合分析, 確定瑪東構(gòu)造帶斷裂活動(dòng)時(shí)間和縮短率、縮短量。

圖4　玉東–瑪東構(gòu)造帶NW走向斷裂地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Seismic profiles crossing the Yudong and Madong structural belt (positons as shown in Fig.1)

3.1斷裂活動(dòng)時(shí)間

研究區(qū)鹽下斷裂具有以下特點(diǎn): 1)深部切入基底, 淺部一般斷入中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組, 但構(gòu)造帶北段個(gè)別斷裂可斷至上奧陶統(tǒng); 2)除中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組之外, 斷裂兩側(cè)地層厚度基本相等。因此, 推測(cè)斷裂活動(dòng)可能對(duì)阿瓦塔格組地層沉積具有控制作用, 鹽下斷裂最可能屬于中寒武世活化的前南華紀(jì)斷裂, 中奧陶世之后伴隨鹽上斷裂多期活動(dòng)(黃太柱, 2014; 陳剛等, 2015)。

鹽上地層沿構(gòu)造帶走向差異較大, 具有顯著的分段差異發(fā)育特征。構(gòu)造帶南段鹽上斷層頂部為上奧陶統(tǒng)頂面不整合(T70界面), 深層滑脫于中寒武統(tǒng)膏鹽巖層, 斷裂上盤上寒武統(tǒng)–奧陶系變形一致, 斷壘帶頂部地震同相軸呈削蝕特征, 上奧陶統(tǒng)具有不同程度的缺失, 說明斷裂活動(dòng)始于奧陶系沉積末。由于該區(qū)段志留系–泥盆系缺失, 石炭系直接不整合于奧陶系之上, 地震同相軸呈連續(xù)分布且與下伏地層不協(xié)調(diào), 反映斷裂活動(dòng)時(shí)間上限為石炭紀(jì)之前(圖3a)。

構(gòu)造帶中段剖面上, 上寒武統(tǒng)–中奧陶統(tǒng)受擠壓變形劇烈, 隨斷裂活動(dòng)卷入變形, 斷裂帶之間的洼陷內(nèi)上奧陶統(tǒng)向斷隆高部位超覆減薄, 指示斷裂構(gòu)造在中奧陶世沉積之后開始發(fā)育, 并控制上奧陶統(tǒng)沉積。石炭系不整合覆蓋在上奧陶統(tǒng)之上, 有微弱褶皺變形。研究區(qū)玉北7、玉北1、玉東2和玉東3斷裂帶頂部各發(fā)育一條逆沖斷層, 斷褶帶較深部明顯變窄, 以低幅度褶皺變形為主, 反映了斷裂在石炭紀(jì)–二疊紀(jì)壓扭性質(zhì)的繼承性活動(dòng)方式 (圖3b)。

構(gòu)造帶北段鹽上主要構(gòu)造變形層位于上寒武統(tǒng)–上奧陶統(tǒng)。地震同相軸顯示, 上奧陶統(tǒng)下段與其下伏地層變形協(xié)調(diào)一致, 已經(jīng)卷入斷裂構(gòu)造變形; 上奧陶統(tǒng)上段–泥盆系為同構(gòu)造沉積, 與上覆石炭系–二疊系不整合接觸, 反映該段斷裂活動(dòng)開始時(shí)間較玉北段稍晚, 可能在晚奧陶世中期開始活動(dòng), 志留紀(jì)持續(xù)變形, 石炭紀(jì)–二疊紀(jì)活動(dòng)停止。該構(gòu)造段淺部 NW 走向斷裂兩側(cè)石炭系–二疊系基本等厚展布,新生界則呈現(xiàn)上盤薄、下盤厚的特征, 是斷裂活動(dòng)于新生代的有力證據(jù)(圖3c、圖4)。

3.2縮短率與縮短量

采用鹽上、鹽下層分別復(fù)原然后合并的思路,以線長平衡原理為主, 并兼顧面積平衡的方法, 對(duì)圖3地震解釋剖面進(jìn)行構(gòu)造復(fù)原(圖5)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示, 瑪東構(gòu)造帶鹽上層和鹽下層縮短量和縮短率差異特征顯著, 兩者之間巨大的差異變形和縮短主要是通過鹽層塑性流動(dòng)變形進(jìn)行調(diào)節(jié)(Konstantinovskaya and Malavieille, 2011; 湯良杰等, 2012)。從整體變形時(shí)序上看, 瑪東構(gòu)造帶地層縮短作用主要發(fā)生在晚奧陶世–二疊紀(jì), 構(gòu)造帶北段在志留紀(jì)–泥盆紀(jì)縮短量最大, 地層縮短7.63 km; 構(gòu)造帶中段和南段在晚奧陶世縮短量最大, 分別縮短 5.55 km和 2.75 km,體現(xiàn)了構(gòu)造帶分段差異活動(dòng)特征。地層縮短量和縮短率同時(shí)也反映出各個(gè)構(gòu)造段變形程度的不同, 構(gòu)造帶北段構(gòu)造作用最強(qiáng), 地質(zhì)歷史時(shí)期鹽上地層縮短率達(dá) 37.68%, 相當(dāng)于剖面縮短了三分之一以上,鹽下地層縮短率也達(dá)到12.22%; 構(gòu)造帶中段雖然斷裂發(fā)育數(shù)量最多, 但是總體構(gòu)造強(qiáng)度不及構(gòu)造帶北段, 鹽上和鹽下縮短率分別為 26.2%和 8.8%; 構(gòu)造帶南段走滑分量大, 擠壓構(gòu)造變形最弱, 鹽上、鹽下地層縮短率最低, 只有16.02%和4.12%(表1)。

圖5　過瑪東構(gòu)造帶中段地震測(cè)線構(gòu)造演化示意圖(剖面位置見圖1之b-b′)Fig.5 Sketches showing tectonic evolution of the middle segment of the Madong structural belt (b-b′ in Fig.1)

4　斷裂構(gòu)造演化與成因探討

前文述及, 瑪東構(gòu)造帶具有多期活動(dòng)的特征(圖5), 其演化過程與變形機(jī)理受控于盆地周邊地球動(dòng)力學(xué)背景, 與盆內(nèi)和田古隆起構(gòu)造演化具有成因上的聯(lián)系。

表1　瑪東構(gòu)造帶縮短量及縮短率計(jì)算Table 1 Analytical results of the shorting strains and rates of the Madong structural belt

4.1基底斷裂形成期

塔里木地塊統(tǒng)一基底形成于新元古代晚期的塔里木構(gòu)造運(yùn)動(dòng), 在擠壓碰撞的應(yīng)力場(chǎng)作用下, 盆地內(nèi)部形成NE走向基底斷裂(楊鑫等, 2014)。震旦紀(jì),塔西南邊緣因裂谷肩部翹傾剝蝕, 形成大規(guī)模低凸型基底古隆起(和田古隆起基底演化階段)(何登發(fā)等, 2008; 高志前等, 2011), 古隆起頂部受張應(yīng)力作用發(fā)育NW 向張裂, 與NE走向基底斷裂相互切割。根據(jù)航磁、重力和地震資料解譯結(jié)果(徐鳴潔等, 2005; 何碧竹等, 2011b; 閆磊等, 2014), 瑪東構(gòu)造帶NE走向斷裂與基底斷裂發(fā)育位置在垂向上有良好的對(duì)應(yīng)性, NE走向基底斷裂為地層中應(yīng)力低勢(shì)區(qū), 控制了鹽上蓋層滑脫型斷裂發(fā)育的位置和規(guī)模(圖5)。

4.2中–晚奧陶世

中奧陶世末期, 祁連–阿爾金–北昆侖洋盆俯沖消減, 帶動(dòng)阿爾金地體與塔里木地體拼貼、對(duì)接, 塔里木盆地由被動(dòng)陸緣的伸展體制轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓的克拉通沉積盆地(Torsvik and Cocks, 2013; 張光亞等, 2015)。在強(qiáng)烈的收縮和擠壓構(gòu)造背景下, 盆地西南部發(fā)生臺(tái)盆分異(羅金海等, 2009; 許志琴等, 2011; Lin et al., 2012), “統(tǒng)一”的低凸型基底古隆起分化成隆升幅度較大的和田古隆起和孤立型塘南古隆起(臺(tái)地) (圖 6a)。相對(duì)剛性的和田古隆起受西昆侖碰撞推擠作用而隆升, 對(duì)塘南山前逆沖斷裂由盆地邊緣向盆地逆沖推覆產(chǎn)生阻擋作用, 再加上古隆起斜坡地形所產(chǎn)生的SE向重力滑動(dòng)作用, 在山前逆沖斷裂帶前端形成NE走向瑪東構(gòu)造帶(圖7a)。在此過程中, 瑪東構(gòu)造帶中段受到向SE的反作用力相對(duì)較強(qiáng),使得上寒武統(tǒng)–中奧陶統(tǒng)順膏鹽層滑脫, 斷裂形成于中奧陶統(tǒng)沉積之后; 構(gòu)造帶北段和南段分別向NEE和NNE偏轉(zhuǎn), 應(yīng)力強(qiáng)度在晚奧陶世晚期之后才到斷層破裂極限, 斷裂形成時(shí)間相對(duì)構(gòu)造帶中段較晚。另外, 在區(qū)域NW-SE向應(yīng)力場(chǎng)作用下, NW走向基底斷裂在志留紀(jì)–泥盆紀(jì)發(fā)生走滑, 向上切穿鹽上蓋層形成撕裂斷層(楊勇等, 2014), 將瑪東構(gòu)造帶切成 3段, 并調(diào)節(jié)了各構(gòu)造段之間水平位移量的差異。

4.3志留紀(jì)–泥盆紀(jì)

蛇綠巖(蛇綠混雜巖)與高壓–超高壓變質(zhì)巖同位素年齡揭示, 志留紀(jì)–泥盆紀(jì)盆地南緣洋盆大規(guī)模消減和閉合(Matte et al., 1996; Zhang et al., 2005; 許志琴等, 2011; 何碧竹等, 2013), 區(qū)域擠壓作用更加劇烈, 和田古隆起演化為大型邊緣隆起帶(Lin et al., 2009; 許志琴等, 2011)(圖6b)。來自西昆侖和阿爾金構(gòu)造應(yīng)力的不均衡疊加效應(yīng), 導(dǎo)致研究區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)整體轉(zhuǎn)變?yōu)?NNW-SSE向(李曰俊等, 2008; 何登發(fā)等, 2008; 何碧竹等, 2011b), 發(fā)育擠壓構(gòu)造和走滑構(gòu)造兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的構(gòu)造變形系統(tǒng)。

這一時(shí)期, 由于北祁連和北柴達(dá)木洋盆向北俯沖、碰撞以及塔里木地體的自身順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(許志琴等, 2006; 王洪浩等, 2013; 李江海等, 2015), 使位于板塊邊界的阿爾金斷裂呈左旋走滑, 并帶動(dòng)盆地內(nèi)部斷塊發(fā)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 塔中斷裂帶作為大型調(diào)節(jié)斷層帶, 產(chǎn)生較大的左旋走滑分量。因此, 距離塔中斷裂帶最近的瑪東構(gòu)造帶北段構(gòu)造樣式最為復(fù)雜, 發(fā)育基底卷入和蓋層滑脫雙重變形樣式, 整體地層縮短量也最大; 沿構(gòu)造帶走向往南, 西昆侖NE-SW 向擠壓作用對(duì)構(gòu)造帶的影響逐漸增強(qiáng), 走滑位移分量逐漸增大, 斷裂表現(xiàn)出明顯的壓扭性質(zhì),垂直于斷裂帶走向的地層縮短量逐漸減小(表1、圖7b、圖8)。

4.4二疊紀(jì)

二疊紀(jì), 古特提斯洋向中昆侖地體俯沖作用達(dá)到高潮, 巴楚隆起區(qū)的西北部受南天洋閉合及島弧碰撞的影響逐漸抬升, 形成 NW-SE走向低隆(呂海濤等, 2010)。盆地東南緣的古阿爾金斷裂作為一條區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶發(fā)生剪切造山作用(李曰俊等, 2008), 對(duì)盆地內(nèi)部構(gòu)造作用影響相對(duì)較弱。此時(shí), 瑪東斷裂帶僅中段還有局部斷裂持續(xù)活動(dòng), 表現(xiàn)為壓扭斷裂性質(zhì), 引起上泥盆統(tǒng)–二疊系呈弱褶皺變形特征, 地層縮短量和縮短率較之前也明顯減小(表1)。

圖6　瑪東構(gòu)造帶及鄰區(qū)前志留系頂面不整合古地質(zhì)圖(a)和仰視圖(b)(據(jù)湯良杰, 2015)Fig.6 Paleogeologic map (a) and upward view (b) of the top surface of the Pre-Silurian in the Madong structural belt and its adjacent areas

4.5中–新生代

中–新生代階段, 塔里木盆地構(gòu)造演化整體進(jìn)入強(qiáng)擠壓–弱伸展交替模式, 盆地南部甜水海–羌塘地體、拉薩地體和印度地體相繼向北俯沖、碰撞, 盆地南、北緣因造山帶加載發(fā)生強(qiáng)烈的撓曲沉降(湯良杰等, 2004; 劉家鐸等, 2014)。塔西南拖拽沉陷, 和田古隆起構(gòu)造特征逐漸消失, 巴楚斷隆作為阿瓦提–庫車前陸盆地和塔西南前陸盆地共同的前緣隆起抬升、剝蝕(何文淵等, 2000; 李曰俊等, 2008), 其南、北緣發(fā)育一系列呈NWW向或近EW向展布的逆沖斷裂帶?，敄|構(gòu)造帶淺部發(fā)育的NWW走向逆沖斷裂也與上述動(dòng)力學(xué)背景有關(guān), 可能是瑪扎塔格斷裂帶新生代活動(dòng)所伴生的調(diào)節(jié)斷層。

5　結(jié) 論

(1) 瑪東構(gòu)造帶縱向上具有分層性, 以中寒武統(tǒng)阿瓦塔格組膏鹽巖為界, 形成鹽下基底卷入逆沖斷裂和鹽上蓋層滑脫逆沖斷裂兩套變形系統(tǒng); 橫向上可劃分為南段、中段和北段 3個(gè)構(gòu)造段, 沿構(gòu)造帶走向自南向北, 斷裂組合樣式逐漸復(fù)雜, 斷裂沖起高度逐漸增大。

(2) 研究區(qū)斷裂活動(dòng)時(shí)限和強(qiáng)度具有差異性。構(gòu)造帶南段、中段和北段斷裂主要活動(dòng)期分別為志留紀(jì)–泥盆紀(jì)、中奧陶世末–二疊紀(jì)以及晚奧陶世中期–泥盆紀(jì), 反映瑪東構(gòu)造帶斷裂活動(dòng)具有中段早、兩端晚以及中間延續(xù)時(shí)間長、兩端延續(xù)時(shí)間短的特征。地層縮短量和縮短率反映, 構(gòu)造帶北段在志留紀(jì)–泥盆紀(jì)縮短作用最強(qiáng), 構(gòu)造帶中段和南段則在晚奧陶世縮短作用最強(qiáng), 斷裂構(gòu)造整體具有由北東往南西活動(dòng)性減弱的規(guī)律。

圖7　瑪東構(gòu)造帶形成機(jī)制示意圖(剖面位置見圖6)Fig.7 Sketch map showing the formation mechanism of the Madong structural belt (positions as shown in Fig.6)

圖8　瑪東構(gòu)造帶形成機(jī)制應(yīng)力分析Fig.8 Stress analysis about the formation mechanism of the Madong structural belt

(3) 瑪東構(gòu)造帶差異構(gòu)造變形受控于多重因素,基底先存斷裂決定了主控?cái)嗔押驼{(diào)節(jié)斷裂的發(fā)育位置和規(guī)模; 和田古隆起的隆升阻擋作用影響斷裂平面展布形態(tài)和斷裂活動(dòng)期次的差異; 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的疊加作用控制構(gòu)造帶斷裂樣式和變形強(qiáng)度; 鹽層塑性流動(dòng)變形調(diào)節(jié)構(gòu)造帶各區(qū)段不同演化階段的變形差異以及相互之間的分段差異性; 區(qū)域構(gòu)造的反轉(zhuǎn)作用形成淺部斷裂, 使斷裂構(gòu)造樣式復(fù)雜化。

致謝： 中石化西北油田分公司在基礎(chǔ)地質(zhì)資料方面給予了大力支持, 寫作過程中得到了山東科技大學(xué)倪金龍副教授和中國石油大學(xué)(北京)余一欣副教授的指導(dǎo)和鼓勵(lì), 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李曰俊研究員、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所何碧竹研究員在審稿過程中提出了寶貴的修改意見和建議,在此一并致以衷心的謝意。

陳剛, 湯良杰, 余騰孝, 龍禹, 岳勇, 郭穎, 張旭光, 謝欣彤. 2015. 塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂構(gòu)造變形及其控制因素. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào), 37(3): 42–53.

丁文龍, 漆立新, 云露, 余騰孝, 吳禮明, 曹自成, 游聲剛. 2012. 塔里木盆地巴楚–麥蓋提地區(qū)古構(gòu)造演化及其對(duì)奧陶系儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用. 巖石學(xué)報(bào), 28(8): 2542–2556.

范小根, 程曉敢, 陳漢林, 王聰, 王春陽. 2015. 塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)與沖斷帶變形特征. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 39(2): 241–249.

高志前, 樊太亮, 楊偉紅, 王鑫. 2011. 塔西南地區(qū)早古生界臺(tái)緣斜坡帶特征及分布. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 42(12): 3811–3817.

郭穎, 湯良杰, 岳勇, 陳剛, 龍禹, 謝欣彤. 2015. 旋回分析法在地層剝蝕量估算中的應(yīng)用——以塔里木盆地玉北地區(qū)東部中下奧陶統(tǒng)鷹山組為例. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 44(4): 721–729.

何碧竹, 焦存禮, 許志琴, 蔡智慧, 劉士林, 張英利. 2011a. 阿爾金–西昆侖加里東中晚期構(gòu)造作用在塔里木盆地塘古茲巴斯凹陷中的響應(yīng). 巖石學(xué)報(bào), 27(11): 3435–3448.

何碧竹, 焦存禮, 蔡志慧, 張淼, 高愛榮. 2011b. 塔里木盆地中部航磁異常帶新解譯. 中國地質(zhì), 38(4): 961–969.

何碧竹, 焦存禮, 許志琴, 蔡智慧, 劉士林, 張建新, 李海兵, 張淼. 2015. 塔里木盆地顯生宙古隆起的分布及遷移. 地學(xué)前緣, 22(3): 277–289.

何碧竹, 焦存禮, 許志琴, 劉士林, 蔡智慧, 李海兵, 張淼. 2013. 不整合結(jié)構(gòu)構(gòu)造與構(gòu)造古地理環(huán)境——以加里東中期青藏高原北緣及塔里木盆地為例. 巖石學(xué)報(bào), 29(6): 2184–2198.

何登發(fā), 周新源, 楊海軍, 管樹巍, 張朝軍. 2008. 塔里木盆地克拉通內(nèi)古隆起的成因機(jī)制與構(gòu)造類型. 地學(xué)前緣, 15(2): 207–221.

何文淵, 李江海, 錢祥麟, 張臣. 2000. 塔里木盆地巴楚斷隆中新生代的構(gòu)造演化. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 36(4): 539–546.

黃太柱. 2014. 塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)解析. 石油與天然氣地質(zhì), 35(1): 98–106.

李浩武, 王建君, 鄔光輝, 史玲玲, 汪斌, 胡湘瑜, 高力等. 2014. 塔里木盆地塘古孜巴斯坳陷西部中加里東期斷裂特征及形成機(jī)制. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 45(12): 4331–4341.

李江海, 周肖貝, 李維波, 王洪浩, 劉仲蘭, 張華添, 塔斯肯. 2015. 塔里木盆地及鄰區(qū)寒武紀(jì)–三疊紀(jì)構(gòu)造古地理格局的初步重建. 地質(zhì)論評(píng), 61(6): 1225–1234.

李曰俊, 吳根耀, 孟慶龍, 楊海軍, 韓劍發(fā), 李新生, 董立勝. 2008. 塔里木盆地中央地區(qū)的斷裂系統(tǒng): 幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)背景. 地質(zhì)科學(xué), 43(1): 82–118.

劉家鐸, 漆立新, 田景春, 李宗杰, 張小兵, 何建軍, 張翔, 孟萬斌, 趙錫奎, 李坤, 祝賀, 楊永劍, 吳永良. 2014. 塔里木盆地構(gòu)造演化與沉積格架. 北京: 科學(xué)出版社: 53–68.

羅金海, 雷剛林, 劉良, 肖中堯, 魏紅興, 車自成. 2009.阿爾金構(gòu)造帶對(duì)塔東南油氣地質(zhì)條件的制約. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 33(1): 76–85.

呂海濤, 張仲培, 邵志兵, 張根法 岳勇. 2010. 塔里木盆地巴楚–麥蓋提地區(qū)早古生代古隆起的演化及其勘探意義. 石油與天然氣地質(zhì), 31(1): 76–83.

喬桂林, 錢一雄, 曹自成, 岳勇, 張永東, 楊忠亮. 2014.塔里木盆地玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲(chǔ)層特征及巖溶模式. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 36(4): 416–421.

斯尚華, 陳紅漢, 譚先鋒, 李純?nèi)? 吳悠, 李楠. 2013. 塔里木盆地麥蓋提斜坡玉北地區(qū)奧陶系油氣輸導(dǎo)體系與成藏期. 地球科學(xué), 38(6): 1271–1280.

湯良杰. 2015. 玉北地區(qū)構(gòu)造演化與斷裂體系研究. 中國石油化工股份有限公司科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目成果報(bào)告.

湯良杰, 漆立新, 邱海峻, 云露, 李萌, 謝大慶, 楊勇, 萬桂梅. 2012. 塔里木盆地?cái)嗔褬?gòu)造分期差異活動(dòng)及其變形機(jī)理. 巖石學(xué)報(bào), 28(8): 2569–2583.

湯良杰, 張一偉, 金之鈞, 賈承造. 2004. 塔里木盆地、柴達(dá)木盆地的開合旋回. 地質(zhì)通報(bào), 23(3): 254–260.

王洪浩, 李江海, 楊靜懿, 周肖貝, 傅臣建, 李文山. 2013.塔里木陸塊新元古代–早古生代古板塊再造及漂移軌跡. 地球科學(xué)進(jìn)展, 28(6): 637–647.

徐鳴潔, 王良書, 鐘鍇, 胡德昭, 李華, 胡旭芝. 2005. 塔里木盆地重磁場(chǎng)特征與基底結(jié)構(gòu)分析. 高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 11(4): 585–592.

許志琴, 李思田, 張建新, 楊經(jīng)綏, 何碧竹, 李海兵, 林暢松, 蔡智慧. 2011. 塔里木地塊與古亞洲/特提斯構(gòu)造體系的對(duì)接. 巖石學(xué)報(bào), 27(1): 1–22.

許志琴, 楊經(jīng)綏, 李海兵, 張建新, 曾令森, 姜枚. 2006.青藏高原與大陸動(dòng)力學(xué)——地體拼合、碰撞造山及高原隆升的深部驅(qū)動(dòng)力. 中國地質(zhì), 33(2): 221–238.

閆磊, 李明, 潘文慶. 2014. 塔里木盆地二疊紀(jì)火成巖分布特征——基于高精度航磁資料. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 29(4): 1843–1848.

楊鑫, 徐旭輝, 錢一雄, 陳強(qiáng)璐, 儲(chǔ)成林, 姜海健. 2014.塔里木盆地基底組成的區(qū)域差異性探討. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 38(3): 544–556.

楊勇, 湯良杰, 余騰孝, 陳剛, 岳勇, 趙彬彬. 2014. 塔里木盆地玉北三維區(qū)撕裂斷層特征及形成機(jī)制. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 43(3): 442–447.

云金表, 周波, 王書榮. 2013. 塔里木盆地玉北1井背斜帶變形特征與形成機(jī)制. 石油與天然氣地質(zhì), 34(2): 215– 219.

張光亞, 劉偉, 張磊, 于炳松, 李洪輝, 張寶民, 王黎棟. 2015. 塔里木克拉通寒武紀(jì)–奧陶紀(jì)原型盆地、巖性古地理與油氣. 地學(xué)前緣, 22(3): 269–276.

Konstantinovskaya E and Malavieille J. 2011. Thrust wedges with décollement levels and syntectonic erosion: A view from analog models. Tectonophysics, 502: 336–350.

Lin C S, Yang H J, Liu J Y, Peng L, Cai Z Z, Yang X F and Yang Y H. 2009. Paleostructural geomorphology of the Paleozoic central uplift belt and its constraint on the development of depositional facies in the Tarim Basin. Science China: Earth Sciences, 52: 823–834.

Lin C S, Yang H J, Liu J Y, Rui Z F, Cai Z Z and Zhu Y F. 2012. Distribution and erosion of the Paleozoic tectonic unconformities in the Tarim Basin, Northwest China: Significance for the evolution of paleo-uplifts and tectonic geography during deformation. Journal of Asian Earth Sciences, 46: 1–19.

Matte P, Tapponnier P, Arnaud N, Bourjot L, Avouac J P, Vidal Ph, Liu Q, Pan Y S and Wang Y. 1996. Tectonics of Western Tibet, between the Tarim and the Indus. Earth and Planetary Science Letters, 142: 311–330.

Torsvik T H and Cocks L R M. 2013. Gondwana from top to base in space and time. Gondwana Research, 24(3-4): 999–1030.

Zhang J, Mattinson C G, Meng F C and Wan Y S. 2005. An Early Palaeozoic HP/HT granulite-garnet peridotite association in the south Altyn Tagh, NW China: P-T history and U-Pb geochronology. Journal of Metamorphic Geology, 23: 491–510.

Fault Features and Formation Mechanism of Madong Structural Belt in Tanggubasi Depression, Tarim Basin

GUO Ying1,2, TANG Liangjie1,2*, YU Tengxiao3, TIAN Yajie1,2, YUE Yong3, CHEN Gang1,2and LONG Yu1,2
(1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Basin & Reservoir Research Center, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. Northwest Oilfield Company, SINOPEC, Urumqi 830011, Xinjiang, China)

The Tanggubasi Depression is an important area for oil-gas exploration in the Tarim Basin. According to the preliminary research, there’s promising oil-gas prospect in the Madong structural belt. The geometry and kinematic characteristics of the fault structures of the Madong structural belt in the Tanggubasi Depression were analyzed based on the latest drilling and seismic data interpretation, and the formation mechanism of different fault evolution were discussed. The results demonstrated that it was bounded by gypsum-salt rocks of the Awatag Formation in the Middle Cambrian, with two vertical deformation systems: under-salt basement involved in thrust fracture and above-salt layer slipping from the thrust fracture. Two vertically distributed deformation systems can be recognized, which are divided by the evaporites rocks in the Middle Cambrian Awatag Formation, i.e., the thrust fracture and slip thrust fracture beneath and above the evaporates respectively. Three tectonic sections can be identified in the Madong structural belt laterally, displaying increasing complex fault combination from south to north. The south, middle and north sections of structural belt were mainly active in the Silurian-Devonian, the end of the Middle Ordovician-Permian and the late Middle Ordovician-Devonian. The structural belt is characterized by early but long duration activity in middle but late and short duration in two ends. It is demonstrated that the middle section of the structural belt was active earlier with long duration, whereas the ends of the belt were active later and only in a short period. The shorting strains and rates of different structural segments reflected that the strongest shorten of the north structural belt formed in Silurian-Devonian, and the strongest shorten of the middle and the south structural belt formed in the Late Ordovician, showing a gradually weaken inclination from north-east to south-west as a whole. The structural deformations of the Madong structural belt are controlled by factors including pre-existing basement faults, obstruction of palaeouplift, superposition effect of tectonic stress field, accomondation of the gypsum formation and regional tectonic structure inversion.

Tanggubasi Depression; Madong structural belt; fault structure; differential fault movement; structural evolution; formation mechanisms

TE121.2; P542

A

1001-1552(2016)04-0643-011

2015-06-14; 改回日期: 2015-12-09

項(xiàng)目資助: 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41572105, 41172125)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃 973項(xiàng)目(2012CB214804)、國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05002-003-001)和中國石油化工股份有限公司項(xiàng)目(P14131, P11086)聯(lián)合資助。

郭穎(1986–), 男, 在讀博士研究生, 地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: guoy9991@163.com

湯良杰(1957–), 男, 教授, 從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。Email: tanglj@cup.edu.cn