塔里木盆地巴楚隆起海米羅斯斷裂帶幾何學與運動學特征

張 永，何登發(fā)，劉長磊

[中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083]

海米羅斯斷裂帶位于巴楚隆起南緣中段，其東北側為古董山斷裂，東部為瑪扎塔格斷裂，西為色力布亞斷裂帶，其走向與色力布亞斷裂帶近似一致，均為北西-南東向，斷裂帶在平面上自西向東呈帚狀撒開。由巴楚隆起斷裂分布特征可以看出，海米羅斯斷裂帶斷裂發(fā)育較為復雜，存在有多期疊加特征，胡望水等人將其解釋為具有左旋扭動特征的壓扭斷裂帶[1]，趙巖、劉凡瑀等人認為海米羅斯斷裂帶深部為一條走滑-斜沖斷裂，表現(xiàn)出明顯的走滑特征，起構造變換作用[2-3]，鄭民等認為鳥山構造兼具蓋層滑脫、基底卷入及擠壓走滑構造樣式，并表現(xiàn)出分層變形特征[4]，楊勇等人也將其解釋為具有半花狀特征的構造[5]；楊海軍等人將海米羅斯斷裂解釋為深淺兩套斷裂系統(tǒng)組成的滑脫構造[6]，崔海峰等人則認為海米羅斯斷裂主要由主斷裂和其反沖斷裂組成，深部的逆沖斷層發(fā)育花狀構造，具有走滑性質[7]；高潔、張業(yè)倩、王瑩瑩、劉海濤等在將其解釋為發(fā)育蓋層滑脫和基底卷入式的構造樣式的基礎之上，對其進行了分段性劃分，將其分為西、東、中三段[8-11]。上述學者雖然對海米羅斯斷裂帶的幾何學特征進行了較為詳細的解釋及描述，然而鑒于地震資料品質問題，對于某些斷層的解釋存在不合理之處，且自麥蓋提斜坡至巴楚隆起，巴楚的隆升表現(xiàn)在基底性質的隆升作用，而前人對于該斷裂帶的解釋方案中，多未能給出造成該種隆升的原因。作為色力布亞斷裂帶和瑪扎塔格斷裂帶連接位置，巴楚隆起南界斷裂的走向在該位置處發(fā)生了一定的轉折，且在該處由瑪扎塔格斷裂向西北方向，斷裂由一支分裂為多支，前人研究中多將海米羅斯斷裂帶作為斷裂性質轉換部位，因此通過該斷裂帶幾何學、運動學特征的解析，可以探究南界斷裂應力條件及斷裂成因，進一步解釋克拉通內構造變形機制。本文以切過該斷裂帶的二維地震剖面為基礎，以斷層相關褶皺理論為指導，重新建立了海米羅斯斷裂帶構造模型，以斷裂帶斷層組合特征及斷裂帶平面走向特征為依據(jù)將斷裂帶重新分段；采用平衡剖面技術，結合前人研究成果及區(qū)域構造背景，總結了斷裂帶運動學特征。

1 區(qū)域地質背景

巴楚隆起位于塔里木盆地中央隆起帶西部，其北部為阿瓦提凹陷，西鄰柯坪斷隆，南為麥蓋提斜坡，東部以巴東斷裂作為塔中隆起與巴楚隆起的分界(圖1)。海米羅斯斷裂帶處于色力布亞斷裂帶和瑪扎塔格斷裂帶連接處，為巴楚隆起南界斷裂的中段組成部分，斷裂帶地層主要以基底、古生界和新生界為主，以斷裂帶為界，南部多缺失上奧陶統(tǒng)，斷裂帶北側地層也僅發(fā)育有上奧陶統(tǒng)桑塔木組，與麥蓋提斜坡和巴楚隆起主體部位共同缺失中生界。通過鉆井資料揭示，斷裂帶沉積蓋層主要由寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、古近系、新近系及第四系所組成(圖2)，其中寒武系、下奧陶統(tǒng)巖性多以灰?guī)r、白云巖為主，為臺地相、陸棚相環(huán)境下沉積而成，中寒武統(tǒng)可見有鹽巖發(fā)育，為蒸發(fā)臺地相下的產物[12-13]；志留系在巴楚地區(qū)為一套以紫紅色、灰白色、灰綠色砂巖夾泥巖為主的濱岸-潮坪沉積，斷裂帶多見下志留統(tǒng)[14]；泥盆系在巴楚地區(qū)僅發(fā)育東河塘組砂巖，為濱岸、陸棚沉積相下產物[15]，該組地層多見有良好油氣顯示[16]；石炭系沉積期時，特提斯洋張開和南天山洋的發(fā)育，形成了塔里木盆地的第二期海侵，石炭系在巴楚隆起之上發(fā)育齊全[17]，其巖性可見有砂巖、灰?guī)r等，為海平面頻繁升降導致物源變化而形成的產物[18]；下二疊統(tǒng)沉積時，塔里木盆地發(fā)生大規(guī)模海退，塔西南仍為開闊碳酸鹽巖臺地，但范圍僅到古董山一線[19]，下二疊統(tǒng)巖性在巴楚地區(qū)主要為砂泥巖，中二疊世晚期受到北天山洋俯沖影響，形成一套中酸性-中基性火山巖夾海相的灰?guī)r和碎屑巖，晚二疊世巴楚隆起受盆地周緣活動影響再次隆升[20]，部分地層遭受剝蝕，斷裂帶內該期主要以碎屑沉積為主；古近紀時，巴楚隆起形成了一套蒸發(fā)環(huán)境下的膏泥巖層，新近系主要以砂泥巖陸相沉積為主。鑒于鹽巖和膏巖的塑性較好，中寒武統(tǒng)和古近系兩套地層可作為滑脫層，對斷裂帶的構造樣式產生較大影響，也是造成斷裂帶分層變形構造樣式原因之一。

2 海米羅斯斷裂帶幾何學特征

本文中所研究的海米羅斯斷裂帶，主要包括了狹義上的海米羅斯斷裂、沙垅斷裂、鳥山斷裂等，斷裂帶整體在平面上自西向東呈帚狀撒開，西部收斂，縱向上表現(xiàn)出分層變形樣式，其斷裂可劃分為基底斷裂、古生界斷裂和新生界斷裂3層變形。在斷裂帶最西部主要以海米羅斯斷裂為主，至斷裂帶中東部，海米羅斯斷裂發(fā)生轉折處，發(fā)育有沙垅斷裂，而至最東部則又發(fā)育有鳥山斷裂。因此，可以根據(jù)斷裂的發(fā)育情況，將海米羅斯斷裂帶劃分為3段，西段主要為海米羅斯斷裂走向上發(fā)生轉折之前的部分，中段則主要以海米羅斯斷裂發(fā)生轉折之后的部分和沙垅斷裂為主，東段則主要以鳥山斷裂為主，也包含部分海米羅斯斷裂及沙垅斷裂，下對各段特征進行描述。

圖1 巴楚隆起海米羅斯斷裂分布及剖面位置Fig.1 Distribution of the Haimiluosi fault zone in the Bachu uplift and its profile locationa.巴楚隆起構造位置及斷裂分布 b.海米羅斯斷裂帶展布及剖面位置Faq.阿恰斷裂；Ftmxk.吐木休克斷裂；Fklsy.卡拉沙依斷裂；Fslby.色力布亞斷裂帶；Fmztg.瑪扎塔格斷裂；Fhml.海米羅斯斷裂帶；Fbd.巴東斷裂；Fgds.古董山斷裂Ⅰ.阿瓦提凹陷；Ⅱ.巴楚隆起；Ⅲ.麥蓋提斜坡；Ⅳ.柯坪斷隆

2.1 西段幾何學特征

剖面AA′切過了海米羅斯斷裂帶最西端(剖面位置見圖1)，通過羅斯1井層位標定及聯(lián)絡剖面層位投影可知該剖面自下而上發(fā)育前寒武系、寒武系至二疊系，古近系至第四系，地表由第四系所覆蓋，在斷裂帶可見有新近紀地層出露。由該剖面可見海米羅斯斷裂在該處整體表現(xiàn)為分層變形特征(圖3)，其變形可分為上、中、下3套變形系統(tǒng)；最上部為新生界變形，F(xiàn)1斷層以古近系膏巖層為滑脫層，斷層表現(xiàn)為南傾，斷面產狀表現(xiàn)為上陡下緩，向上部切穿地表，并導致新生界發(fā)生褶皺，形成小幅背斜構造，新近系阿圖什組、烏恰群在斷層逆沖作用下出露地表，在野外露頭中可見，此外由于新生界整體在古近系底滑脫層影響下發(fā)生的滑脫作用，形成了寬緩的滑脫褶皺；中部變形主要為F2和F3斷層的活動所導致，通過軸面分析可知，石炭系之上地層與下伏地層具有軸面不一致現(xiàn)象，因此可斷定其為不同斷層活動所致，通過軸面分析識別出F2和F3斷層的幾何形態(tài)，其中F2斷層滑脫至石炭系中，斷層向上部切穿二疊系，并終止于新生界底部，其活動導致上盤地層發(fā)生褶皺變形，形成相應背斜構造，由所追蹤識別層位可明顯區(qū)分出其與下伏奧陶系、寒武系產狀不一致。而通過對下伏寒武、奧陶系進行軸面分析、結合斷點可識別F3斷層產狀，其在深部滑脫至中寒武統(tǒng)鹽巖層中，向上部切穿中上寒武統(tǒng)至下二疊統(tǒng)，斷層向上運動過程中導致上覆上二疊統(tǒng)、古近系、新近系發(fā)生褶皺變形，在下二疊統(tǒng)中部終止；深部變形主要由斷層F4和F5所造成，寒武系之下地層中可識別出斷陷活動形成的地層結構，因此可推測早期該部位具有正斷層活動，后期在擠壓作用下，早期正斷層發(fā)生反轉，導致上覆寒武系產生變形，上盤地層在該斷層活動作用下發(fā)生整體抬升。

圖2 巴楚隆起海米羅斯斷裂帶地層綜合柱狀圖Fig.2 Composite stratigraphic column of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift

剖面BB′同樣為切過海米羅斯斷裂帶西段的地震剖面(剖面位置見圖1)，由巴探5井層位標定可知自下而上依次發(fā)育前寒武系、寒武系至二疊系、古近系至第四系，地表主要為第四系所覆蓋，斷裂帶仍可見有新近系出露。由該剖面可見，斷裂帶在該處仍表現(xiàn)為分層變形特征，仍由上、中、下3套變形系統(tǒng)組成，上部變形仍為由滑脫至古近系底部斷層F1所造成，與上一剖面相比，該斷層形態(tài)未發(fā)生明顯變化，仍表現(xiàn)為南傾的上陡下緩形態(tài)，在該剖面中新生界未在古近系底部滑脫層作用下產生明顯滑脫褶皺(圖4)；中部的古生界變形主要由F2和F3斷層所造成，兩斷層的活動未導致所切穿的地層發(fā)生明顯變形，僅導致地層發(fā)生顯著錯斷，斷層均表現(xiàn)為上陡下緩，斷層間距離向下部變窄，向下共同收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，與上一剖面相比，F(xiàn)3斷層仍為收斂至中寒武統(tǒng)的逆沖斷層，而F2斷層則不再滑脫至石炭紀地層中，由地層產狀可明顯看出，從寒武系至二疊系，其地層具較為一致產狀，因此可根據(jù)該現(xiàn)象判斷，F(xiàn)2斷層向深部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中；深部構造變形主要發(fā)生在寒武系之下地層中，其下部地層可更為清晰識別出斷陷地層結構特征，進而可識別出基底斷層F4，斷層早期表現(xiàn)為正斷層活動特征，后期發(fā)生反轉，上盤在斷層作用下向上部運動，造成寒武系相對南側抬升。

圖3 海米羅斯斷裂帶AA′地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Interpretation for the seismic profile AA′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

剖面CC′為切過海米羅斯斷裂帶西段最東部的剖面(剖面位置見圖1)，由羅南1井及臨井鉆井地震層位標定結果及聯(lián)絡剖面層位投影可知，該剖面地表為第四系所覆蓋，可見新近系露頭，由下至上可見有前寒武系、寒武系至二疊系、古近系至第四系，剖面南部缺失了上奧陶統(tǒng)，在斷裂帶北側可見上奧陶統(tǒng)向南減薄尖滅特征(圖5)。通過剖面層位追蹤及地層軸面識別，同樣可將該剖面劃分為上、中、下3套變形系統(tǒng)：最上部變形系統(tǒng)為新生界變形，斷層的活動導致地層形成背斜-向斜-背斜相間的構造形態(tài)，由軸面分析可知，該種構造形態(tài)的產生是由于地層沿古近系底部的滑脫作用所形成的，新生界沿滑脫面滑脫過程中，在前方發(fā)生突破，形成F1斷層，與上一剖面中的F1斷層相比，該剖面中F1斷層位移量較??；中部變形主要為古生界中發(fā)育的構造變形，該套地層中的構造變形同樣由F2和F3兩條斷層的活動所形成，地層在斷層活動作用下產生了明顯褶皺，斷層仍表現(xiàn)為南傾，斷層間距減小，斷層間所夾斷塊地層發(fā)生小幅度掀斜，兩斷層向上部切穿了新近系安居安組底，向下部收斂至中寒武統(tǒng)斷層所形成，基底地層中仍可識別出地層的斷陷結構特征，指示了早期斷層為正斷層，仍為后期擠壓作用下斷層發(fā)生反轉，上盤地層沿斷層向上逆沖作用下發(fā)生整體抬升。

由上述4條剖面可以看出，海米羅斯斷裂帶在西段主要以發(fā)育海米羅斯斷裂為主要特征，海米羅斯斷裂斷層F2和F3在剖面上均表現(xiàn)為南傾，兩斷層在上部近于平行，向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層的活動多導致地層發(fā)生錯斷，但未使其產生明顯變形，該段由西向東，斷層F2和F3之間間距逐漸減??；地表發(fā)育新生界斷層，同樣表現(xiàn)為南傾，斷層向上部突破地表，新生界構造變形除該斷層活動形成的背斜之外，還可見有滑脫褶皺；基底之中主要以F4斷層為主，斷層北傾，可識別出早期正斷層活動的斷陷地層結構。

2.2 中段幾何學特征

圖5 海米羅斯斷裂帶CC′地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.5 Interpretation for the seismic profile CC′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

剖面DD′為切過海米羅斯斷裂帶中段剖面(剖面位置見圖1)，由羅南1井地震層位標定及聯(lián)絡剖面層位投影可知，該剖面地表為第四系所覆蓋，自下而上可見有前寒武系、寒武系至奧陶系、志留系至二疊系、古近系至第四系，從平面上可見該剖面切過了海米羅斯斷裂及沙垅斷裂，剖面整體上仍表現(xiàn)為上、中、下3套構造變形系統(tǒng)(圖6)：最上部仍為新生界構造變形，沿古近系底滑脫的斷層分別在沙垅斷裂和海米羅斯斷裂淺層發(fā)生突破，斷層F1和F6斷面均表現(xiàn)為南傾，其中F1斷層相較F6產狀更陡，斷面表現(xiàn)為上陡下緩，其向上突破地表，并導致新近系部分出露，形成前翼較短后翼較長的背斜褶皺，表現(xiàn)為斷層傳播褶皺特征，而斷層F6產狀則相對較緩，斷層僅導致地層發(fā)生較小錯斷，在其作用下，仍形成了較為寬緩的背斜褶皺，褶皺表現(xiàn)為前翼短、后翼較長，斷層向上部突破至地表；中部變形主要由斷層F2,F3及F7的活動所形成，F(xiàn)2和F3斷層與剖面CC′中斷層樣式基本一致，均表現(xiàn)為南傾，向下部收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，與其不同的是，F(xiàn)2和F3斷層在該剖面中二者之間間距更近，斷層在奧陶系時就已經(jīng)合并成為同一條斷層，斷層的活動使地層在斷層上盤發(fā)生明顯的傾斜抬升；而F7斷層即沙垅斷裂的中部斷層，其斷層傾向與前述兩條斷層傾向相反，表現(xiàn)為北傾，斷面表現(xiàn)為上陡下緩，向下部收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層的活動導致上盤地層發(fā)生褶皺變形，形成寬緩背斜并形成了較大斷距；深部主要發(fā)育斷層F4和F8，兩斷層均為北傾，其中F8斷層的活動導致上部地層發(fā)生了褶皺變形，由軸面分析結果可看到，地層自寒武系至古近系發(fā)生了較為一致的變形；斷層F4向上切穿了寒武系底，向下部產狀減緩收斂于基底滑脫層中。

剖面EE′為切過海米羅斯斷裂帶中段的剖面(剖面位置見圖1)，該剖面在平面上切過了海米羅斯斷裂、沙垅斷裂及鳥山斷裂。該剖面地表為第四系所覆蓋，由羅南1井層位標定投影及聯(lián)絡測線層位投影可知自下而上發(fā)育有前寒武系、寒武系至二疊系、古近系至第四系，缺失上奧陶統(tǒng)(圖7)。與剖面DD′相比，該剖面同樣表現(xiàn)為分層變形特征，其仍可以劃分為上、中、下3套構造變形系統(tǒng)，分別為新生界構造變形、古生界構造變形及基底之中構造變形。

圖7 海米羅斯斷裂帶EE′地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.7 Interpretation for the seismic profile EE′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

新生界構造變形主要由斷層F1和F6的活動所形成，兩斷層形態(tài)與剖面DD′中所對應的斷層基本相同，其均以古近系底部為滑脫面，F(xiàn)1斷層產狀略陡，向上部斷穿了第四系，并出露地表，地層在斷層轉折處發(fā)生褶皺變形，形成了前翼短陡后翼長緩的背斜構造，F(xiàn)6斷層產狀則相對較緩，其向上仍斷穿第四系，斷層的活動導致地層形成了較為寬緩的背斜。通過軸面分析，可以看出在整體背斜的形態(tài)之下，仍發(fā)育有小幅的向斜，推測為地層沿古近系底面滑脫過程中形成滑脫褶皺，F(xiàn)6斷層的活動為在早期下伏斷層活動所形成的構造形態(tài)之上的再次改造。古生界構造變形主要由F2，F(xiàn)3，F(xiàn)7和F9斷層的活動所形成，其中斷層F2和F3仍表現(xiàn)為南傾，斷層向下部收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層之間所夾斷塊地層在斷層活動作用下向北側翹傾，F(xiàn)2斷層上盤的地層也在斷層活動作用下發(fā)生小幅度翹傾，與剖面DD′相同，F(xiàn)2斷層形成的斷距大于F3斷層所形成的斷距，兩斷層的活動均未使地層產生明顯的褶皺變形，推測斷層的活動可能具有剪切性質F7斷層斷面表現(xiàn)為北傾，與剖面DD′中F7斷層為同一條斷層，為沙垅斷裂古生界斷層向東部的延伸，在該剖面中形態(tài)及產狀均與上一剖面類似，向上部斷至上二疊統(tǒng)，向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層的活動在上盤形成了寬緩向斜及背斜褶皺，并使其相對下盤發(fā)生了一定幅度的抬升；該剖面中與剖面DD′中最大的區(qū)別是F9斷層的發(fā)育，F(xiàn)9斷層即為鳥山斷裂在該剖面中的形態(tài)，該斷層斷面南傾，向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，向上部切穿了新近系安居安組底，地層并未在斷層的活動下發(fā)生褶皺變形，與F2和F3斷層所造成地層錯斷的情況類似，其可能同樣具有剪切性質；基底之中變形主要由斷層F4的活動所造成，其斷面表現(xiàn)為北傾，斷層產狀較緩，基底之中可識別出地層斷陷結構特征，斷層早期活動具有正斷層活動性質，而后期在區(qū)域擠壓作用下，斷層發(fā)生反轉，上盤地層沿斷層向上運動，導致其上盤一側地層相對于南側下盤地層發(fā)生顯著抬升，斷層的活動不僅導致了地層的抬升，其早期及后期的活動同樣導致斷層端點上部地層發(fā)生小幅褶皺變形，而后期F7斷層則沿早期形成的褶皺向斜處發(fā)生突破，改造了早期形成的褶皺，形成現(xiàn)今形態(tài)。

海米羅斯斷裂帶中段以開始發(fā)育沙垅斷裂為特征，在該段中主要可見海米羅斯斷裂、沙垅斷裂及鳥山斷裂，該段中新生界構造形態(tài)與西段相比有較大差別，該段中新生界構造由F1和F6兩條斷層的活動所造成，中段各剖面中兩斷層產狀基本一致。F1產狀較陡、F6產狀較緩，斷層活動形成的背斜均表現(xiàn)為前翼短陡、后翼長緩，斷層向下收斂于古近系滑脫層中，褶皺變形僅由斷層活動造成，未見有滑脫褶皺。古生界斷層中的海米羅斯斷裂斷層F2和F3在該段仍為南傾，兩斷層的活動仍只導致地層發(fā)生了錯斷而未形成明顯褶皺，斷層向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中。剖面南側見有沙垅斷裂的古生界斷層F7發(fā)育，斷層表現(xiàn)為北傾，在該段各剖面中其產狀較為一致，向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層的活動導致上寒武統(tǒng)至二疊系發(fā)生了統(tǒng)一褶皺變形?；字袆t仍發(fā)育F4斷層，與西段相比，該段中F4斷層向上突破了寒武系底界，并導致上覆地層產生一定變形。

2.3 東段幾何學特征

剖面FF′切過了海米羅斯斷裂帶東段(剖面位置見圖1)，在平面上可見其切過了海米羅斯斷裂及鳥山斷裂。由與該剖面相交地震剖面投影可知，該剖面自下而上發(fā)育有前寒武系、寒武系至二疊系、古近系至第四系，古生界缺失上奧陶統(tǒng)，剖面整體仍可劃分為為3套構造變形系統(tǒng)，分別為新生界構造變形、古生界構造變形和基底之中構造變形(圖8)。

圖8 海米羅斯斷裂帶FF′地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.8 Interpretation for the seismic profile FF′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

由剖面可見，新生界以斷層F1為界，南側地層起伏較大，而北側則相對較為平緩，南側新生界的變形主要是由于地層沿古近系底部膏巖層的滑脫作用所形成，地層在沿滑脫層滑脫時在斷層F1處發(fā)生突破，F(xiàn)1斷層形態(tài)基本與前述剖面中一致，表現(xiàn)為南傾，斷面上陡下緩，向下部收斂至古近系滑脫層中，地層沿斷層逆沖至地表，而在斷層F1南側仍可見有多個背斜、向斜相間分布，為地層沿滑脫層滑脫時所形成。通過軸面分析可知，古近系底部也發(fā)生了變形，其與上覆地層的軸面一致，而與下伏地層不同，推測可能為古近系受到早期下伏構造運動影響而形成構造起伏，在后期構造活動作用下，古近系滑脫層之上地層沿滑脫層的滑動，導致新生界在早期基礎之上發(fā)生改造變形，形成兩翼基本對稱的背斜。由于構造運動發(fā)生同時新近系仍在沉積，可見其內部的生長地層。古生界的構造變形主要由斷層F3和F9的活動所形成，即海米羅斯斷裂的古生界斷裂和鳥山斷裂的古生界斷裂。海米羅斯斷裂的古生界斷裂在該剖面中由兩條變?yōu)橐粭l，斷層仍為南傾，向上部斷穿了古近系，向下部收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層的活動導致上盤地層接近斷層處向上翹傾，而下盤地層較平直，產狀基本無明顯變化。F9斷層產狀與剖面EE′中相比更為平緩，斷層為南傾，向上部斷至古近系底部，向下部仍收斂至中寒武統(tǒng)鹽巖層中。該斷層的活動可能是導致上覆新生界發(fā)生褶皺變形的原因之一，斷層在古生界中的活動仍只導致地層發(fā)生了錯斷，并未產生明顯褶皺變形。此外古生代地層在剖面最南部也可識別出明顯的向斜及背斜構造。軸面分析認為，該種向斜、背斜構造的形成是由于滑脫層中斷層的轉折作用所形成?；字腥钥梢娪性缙跀嘞萁Y構地層，斷層F4為早期基底之中正斷層后期發(fā)生反轉形成的現(xiàn)今形態(tài)，斷層向上部切穿寒武系底部，也使得上覆地層產生了一定變形，并導致上盤地層發(fā)生顯著抬升。

剖面GG′為切過海米羅斯斷裂帶最東部的剖面(剖面位置見圖1)，該剖面南部切過海米羅斯斷裂帶，北部則切過了瑪扎塔格斷裂帶，本文中僅截取剖面南部進行描述。由瑪南1井層位標定結果及聯(lián)絡剖面層位投影可知該剖面中自下而上發(fā)育有前寒武系、寒武系至二疊系、古近系至第四系，缺失上奧陶統(tǒng)，地表為第四系所覆蓋，在斷裂帶處由于斷層活動導致新近系出露地表(圖9)。剖面總體仍可劃分為3層變形，新生界變形為沿古近系滑脫的斷層F10的運動所造成，雖然該斷層與剖面FF′中新生界斷層形態(tài)類似，但二者并不屬于同一斷層，與其相比，新生界斷層F10位于鳥山斷裂的古生界斷層上部，斷層向下收斂于古近系滑脫層中，向上部逆沖至地表。斷層活動下，地層沿斷層的運動形成了前翼較短后翼較長的背斜褶皺，由于出露地表遭受剝蝕。圖9為結合淺表露頭地層，采用淺表地質剖面繪制方法所補出的褶皺剝蝕前完整形態(tài)，可見新生界在斷層作用下產生較大位移量，相對于下盤地層產生了顯著斷距。同時褶皺后翼也在地層整體滑動作用下，形成小幅褶皺,而新生界斷層下盤地層基本沒有產生明顯變形。古生界構造變形主要由鳥山斷裂的古生界斷層活動所形成，斷層仍為上陡下緩形態(tài)，斷面南傾，地層在斷層上部并未產生明顯褶皺變形，而在上盤斷層下部則形成了幅度較小膝折帶，斷層向上一直斷穿新近系安居安組底，向下收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，斷層在中寒武統(tǒng)滑脫層中的小幅轉折可能是形成上覆膝折帶的主要原因。最下部為基底之中斷層活動所形成的構造變形，可見寒武系底面雖未被斷層所錯斷，但卻產生了小幅變形，通過對基底地震同相軸識別，可見基底之中地層與上覆寒武系之間的不整合，同樣可見基底中發(fā)育的早期斷陷地層結構。

由上述兩條過海米羅斯斷裂帶東段剖面可知，海米羅斯斷裂帶在東段主要表現(xiàn)為如下特征，斷裂主要由鳥山斷裂及海米羅斯斷裂的東部末端組成，海米羅斯斷裂在該段斷裂逐漸消失，由原來的兩條近于平行斷層合并為一條斷層F3，至該段最東部剖面，該斷層消失，僅余鳥山斷裂的古生界斷層；在該段中南側的新生界斷層消失，而地層則表現(xiàn)為較大幅度的褶皺起伏，雖然在最東部剖面GG′中鳥山斷裂古生界斷層上部仍可見有一條新生界斷層F10發(fā)育，但其與中段中新生界斷層F6并非同一斷層，而為在該剖面處新生界突破而形成的新斷層，與F6相比，其斷面同為南傾，而斷面產狀更為平緩，斷層所造成的斷距較大，使新生界產生較大位移量。

2.4 三維幾何學特征

通過前文對海米羅斯斷裂帶幾何學特征的描述，可知海米羅斯斷裂帶在不同段斷層特征具有較大差別，僅在剖面上難以對斷層進行識別及組合，本文以地震解釋結果為基礎，在三維空間對斷層進行組合并建立了海米羅斯斷裂帶各斷面三維幾何形態(tài)，由斷裂帶各斷層面三維可清晰識別各斷層面相互之間疊置交切關系，并可更清晰識別出各斷層延伸特征。在對剖面的解釋中，易于將新生界斷層組合為兩條斷層，而從斷裂帶三維幾何學特征中可以看出，斷裂帶新生界斷層為3條斷層，F(xiàn)6和F10斷層走向近于平行，F(xiàn)1斷層與二者斜交，在垂向上F1斷層的西段與狹義上的海米羅斯斷裂帶的古生界斷層F2和F3西段垂向上疊置，在沙垅斷層F7西側開始發(fā)育的部位，F(xiàn)2和F3斷層同時發(fā)生轉折，走向由北西南東向轉為近東西向，與斷裂帶中段、東段的鳥山斷裂古生界斷層F9走向近于平行。而F1斷層走向向東部則未發(fā)生明顯變化，其下部古生界發(fā)育的沙垅斷層F7則與其走向近于平行。然而斷層F7則表現(xiàn)出與其它斷層傾向相反的特征。F6斷層走向與海米羅斯斷裂的古生界斷層F2和F3的東部走向近于一致，本文對于該斷層的解釋中認為該斷層向東一直延伸至瑪扎塔格斷裂帶中，由斷裂帶三維展布特征可見(圖10)。F6斷層斷面在其延伸方向上存在小幅起伏，在垂向上F6斷層與F2和F3斷層在垂向上疊置。而F10斷層在垂向上則與鳥山斷裂的古生界斷層部分F9在垂向上疊置，F(xiàn)10斷層延伸不遠即消失。

圖9 海米羅斯斷裂帶GG′地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.9 Interpretation for the seismic profile GG′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

綜合上述對斷裂帶內斷層幾何學特征描述，可以總結出海米羅斯斷裂帶內斷層主要有如下特征：①斷裂帶內斷層表現(xiàn)出分層變形特征，以古近系底和中寒武統(tǒng)底為分界，在新生界、古生界和基底之中發(fā)育不同特征斷層，導致地層產生差異變形；②走滑構造常具有一些特征性識別標志，如剖面上的花狀構造、海豚效應、絲帶效應、斷面產狀較陡等，平面上走滑斷裂帶多成線性延伸或帶狀展布，或者表現(xiàn)為帚狀特征等[21-22]，在深部通常表現(xiàn)為壓隆正花狀或平移平直狀，通常切割基底[23-25]。上述切過海米羅斯斷裂帶的數(shù)條剖面解釋中不難看出，海米羅斯斷裂帶的古生界斷裂F2、F3斷層在剖面上產狀均較陡，且沿斷裂走向，其產狀穩(wěn)定，在大部分剖面中，兩斷層的活動未導致地層的明顯褶皺變形，推測斷層兩盤的活動可能以走滑運動為主，垂向上逆沖活動次之，各剖面中兩斷層斷距的統(tǒng)計結果也表明，兩斷層的垂直斷距較小。平面上，海米羅斯斷裂帶的深部斷層F4呈線狀展布，走向穩(wěn)定，F(xiàn)4斷層東段之上平行于其走向形成了沙垅斷裂；而中部發(fā)育的斷層如F2，F(xiàn)3，F(xiàn)7和F9等斷層在平面上的延展組合組成了帚狀形態(tài)。

值得關注的是，海米羅斯斷裂帶的走向在羅斯1井附近發(fā)生了一定的轉折，對于造成斷層走向發(fā)生轉折的原因，本文認為在轉折點處也恰是剖面中F2和F3兩斷層之間間距開始減小的位置，同時平面上也可見斷裂在此處開始向東撒開，因此可以推測該處恰為應力轉換部位，在該部位以東斷層走向近東西而以西走向為北西南東向，斷層在早期開始發(fā)育時，兩個方向斷層并未發(fā)生連接，而是在后期不同方向應力作用下，斷層發(fā)育過程中發(fā)生連接，并通過走滑作用調節(jié)了不同方向的位移及應變。

3 運動學特征

3.1 剖面演化特征

通過上述地震剖面解釋結果，還原了海米羅斯斷裂帶中段演化過程(圖11)。上奧陶統(tǒng)沉積之前，在加里東早期張性應力條件下，基底發(fā)育有正斷層，加里東中晚期，塔里木盆地南側由拉張轉為擠壓，在擠壓應力下早期形成的正斷層發(fā)生反轉，斷層向上部突破寒武系底部，并斷穿了中寒武統(tǒng)，并使地層產生小幅背斜褶皺，此時地層在兩斷層作用下為低幅隆升，缺失了中、上志留統(tǒng)，而后穩(wěn)定沉積了晚泥盆世東河砂巖。

圖10 海米羅斯斷裂帶三維幾何特征Fig.10 Three-dimensional geometric features of Haimiluosi fault zone,Bachu uplifta.古近系底面及以古近系為滑脫面斷層;b.寒武系底及以中寒武統(tǒng)為滑脫面斷層;c. 以古近系底為滑脫面斷層面;d.以中寒武統(tǒng)為滑脫面斷層面及基底斷層面

圖11 海米羅斯斷裂帶EE′剖面演化過程Fig.11 Profile EE′ showing the evolutionary process of Haimiluosi fault zone,Bachu uplifta.上奧陶系沉積之前;b.石炭系沉積之前;c.上二疊統(tǒng)沉積之前;d.新近系安居安組沉積之前;e.新近系帕卡布拉克組組沉積前;f.新近系阿圖什組沉積前;g.第四系沉積前;h.現(xiàn)今

圖12 海米羅斯斷裂帶各地震剖面縮短量及縮短率統(tǒng)計Fig.12 Statistics showing the amount and rate of shortening on each seismic profile of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift

至石炭紀時，塔里木盆地南緣表現(xiàn)為拉張環(huán)境，因此在該處穩(wěn)定沉積了石炭紀及早二疊世的地層，至晚二疊世，古特提斯洋向中昆侖地體的俯沖達到高潮[18,26-28]，導致羌塘地體與塔里木碰撞，盆地南部轉為擠壓應力場，而塔里木盆地北緣南天山洋盆地萎縮，塔里木盆地南北均遭受擠壓，在擠壓應力條件下，形成了沿中寒武統(tǒng)底滑脫的斷層，并斷穿了下二疊統(tǒng)，同時在剖面北側產生了南傾新斷層，斷層向上突破并斷至地表，由于盆地在中生界早期時仍處于擠壓環(huán)境，斷層的活動導致地層持續(xù)隆升，導致中-上二疊統(tǒng)遭受部分剝蝕，并缺失了中生代沉積；至古近紀時，地層穩(wěn)定沉積，形成了一套蒸發(fā)環(huán)境下的膏巖層；始新世到漸新世時，印度-歐亞板塊發(fā)生碰撞，其產生的遠場效應作用于塔里木盆地南緣，導致巴楚隆起在整體隆升背景之上遭受強烈擠壓，產生了以古近系膏巖層為滑脫層的逆沖斷層，并使剖面南部地層在擠壓作用下產生了滑脫褶皺，地層沉積同時斷層發(fā)生運動，形成了新近系的生長地層；至上新世至第四紀時期，受到喜馬拉雅期運動的影響，早期形成的新生界斷層活化并繼續(xù)向上逆沖，而剖面北部地層在褶皺基礎上繼續(xù)遭受擠壓，產生突破形成新的斷層，斷層向上突破至地表，而古生界地層也在早期變形基礎之上，遭受擠壓形成了新斷層，形成現(xiàn)今形態(tài)。

3.2 剖面縮短量和縮短率

由近于垂直斷裂帶的各剖面縮短量統(tǒng)及縮短率計中(圖12)可以看出，新生界縮短量、下二疊統(tǒng)縮短量及寒武系縮短量顯著不同，表現(xiàn)出明顯的分層變形特征，整體上寒武系縮短量最小，其次是下二疊統(tǒng)和新生界縮短量，分別以中寒武統(tǒng)鹽巖層和古近系底膏巖層為分界，寒武系底的縮短量代表了前寒武紀地層的縮短，而下二疊統(tǒng)底的縮短代表了中寒武統(tǒng)之上、古近系之下的地層縮短量。沿斷層走向方向，自西向東，寒武系底部縮短量和縮短率呈現(xiàn)出減小的趨勢，其縮短率小于4%；下二疊統(tǒng)縮短量經(jīng)歷了減小后增大又減小的過程，在剖面DD′處縮短量達最小，而新生界縮短量也具有類似的變化特征，其在剖面EE′處達到最小，沿斷層走向向東其縮短量又顯著增大，在剖面GG′處達到最大并有繼續(xù)增大的趨勢，經(jīng)分析，導致新生界發(fā)生縮短變形的斷層在該剖面向東與瑪扎塔格斷裂帶的新生界斷層相連接，因此該斷裂帶的新生界部分斷層可能歸屬于瑪扎塔格斷裂帶，這也是導致新生界縮短量顯著增大的原因。下二疊統(tǒng)縮短率多在1.2%到4.04%之間，新生界縮短率最大可達11.85%。以上各層縮短量和縮短率之間的差異及變化表明，海米羅斯斷裂帶為分層變形，其新生界構造變形最為強烈，其次為古生界構造變形，前寒武紀地層也經(jīng)歷了構造變形，縮短率普遍較小，表明其所經(jīng)歷的擠壓構造活動較弱；新生界構造活動在斷裂帶中部較強，而向東過渡至瑪扎塔格斷裂帶處時，其構造活動顯著增強，而古生界和前寒武系所經(jīng)歷的構造活動在中段較弱。

4 結論

1) 根據(jù)組成斷裂帶的斷層及其走向，海米羅斯斷裂帶可劃分為西、中、東3段。西段主要為海米羅斯斷裂走向上發(fā)生轉折之前的部分，中段則主要以海米羅斯斷裂發(fā)生轉折之后的部分和沙垅斷裂為主，東段則主要以鳥山斷裂為主。

2) 海米羅斯斷裂帶整體表現(xiàn)為分層變性特征，以古近系底部膏巖層和中寒武統(tǒng)鹽巖層為滑脫層的分界面，劃分為新生界變形、古生界變形和基底變形。斷裂的剖面特征及平面展布形態(tài)說明了斷裂帶具有走滑特征。

3) 剖面中各層縮短量和縮短率的差異性也說明了海米羅斯斷裂具分層變形特征，新生界的縮短主要受到印支期及喜馬拉雅期構造運動的影響，而二疊系所代表的的古生界縮短和基底縮短則主要受到加里東中晚期及海西期構造運動的影響。

4) 海米羅斯斷裂帶的形成受到震旦紀張性活動影響，早期正斷層的活動在基底地層中形成了薄弱帶，受到加里東運動中晚期活動影響，早期正斷層反轉并使得地層發(fā)生低幅隆升，在該基礎之上受海西運動、印支運動及喜馬拉雅期運動影響下，形成現(xiàn)今構造形態(tài)。