躍進二號東負反轉走滑構造識別及成因

陳文萍，胡望水，王 琳，李 濤，李拉毛才旦，李相明

（1.長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100；2.青海油田勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌 736200；3.青海油田天然氣采油廠，青海格爾木 816000）

在地史發(fā)展過程中，不同時期、不同性質構造相互疊加的現(xiàn)象稱為構造反轉。反轉構造的形成與區(qū)域應力場的變化有關,如由伸展構造體系轉化為壓縮構造體系，反之亦然[1-3]。1981 年Glennie and Boegner 完整的提出了“反轉構造”的概念并將這一術語用于盆地構造分析中。自此，國內外開展了大量反轉構造研究[1-15]。但目前取得巨大進展的是正反轉構造，對負反轉構造研究較少，且存在著較大的爭議，Harding 認為構造反轉即為構造起伏在極性上的變化[5]；Cooper 等認為正反轉構造是在控制盆地的伸展斷層受到擠壓作用發(fā)生反向運動時產生的,負反轉構造是在先存的縮短構造體系發(fā)生伸展作用時產生的[6]。2000 年胡望水等認為反轉構造是指構造變形作用發(fā)生反向變化所產生的與前期構造性質相反的一種疊加構造，分為正、負反轉構造兩種類型[14]，但目前一些學者對于柴達木盆地的研究集中在其扭動性上，對于負反轉構造較少，負反轉構造特征及成因等尚待深入研究。目前一些地質學家認為包括柴達木盆地在內的中國西北地區(qū)各大沉積盆地均為壓（扭）性盆地而根本不同于中國東部的裂谷類伸展盆地[1，17]，并且大部分學者將其動力學機制歸因為印度板塊碰撞傳遞的“遠程應力”效應[8]。而1997 年楊明慧認為在新構造期柴達木盆地為非壓（扭）性盆地，恰恰相反而是盆地伸展作用[18]形成的伸展盆地。本文則認為柴達木盆地構造作用是存在反轉的，并非單純的壓扭或者伸展。

負反轉走滑構造即在先存的縮短走滑構造體系發(fā)生張扭作用時產生的構造。本文以柴達木盆地西部躍進二號東負反轉走滑構造為例，利用三維地震資料，詳細分析了躍進二號東負反轉走滑構造特征、規(guī)律，確定了負反轉構造期，在區(qū)域構造地質背景研究的基礎上，通過構造演化剖面分析，剖析躍進二號東構造發(fā)育歷史及成因機制。其意義在于研究結果對于油田深度開發(fā)和柴達木盆地區(qū)域構造研究，均有重要的指導作用。

1 區(qū)域構造背景

柴達木盆地新生代以來，印度板塊向北俯沖與歐亞大陸發(fā)生陸陸碰撞，青藏高原持續(xù)隆升并且不斷向北推擠，而柴達木盆地位于青藏高原的東北角，應力傳遞在其西北側受到塔里木板塊的阻擋，在東北側受到華北板塊的阻擋，因此該盆地處于整個青藏高原前緣構造應力的集中部位，構造活動十分強烈[12-33]。

喜山運動早期印度板塊與歐亞板塊發(fā)生的南北方向的水平擠壓，陸陸碰撞作用促使阿爾金山和祁連山的再次活動，同時西伯利亞板塊向南移阻擋印度板塊的向北擠壓，發(fā)育了北東東向的阿爾金斷裂和北西向或北西西向的北祁連北緣斷裂、中祁連斷裂，昆北斷裂、柴北緣斷裂等，它們均以右行走滑為主。喜山運動晚期，青藏高原的陸內俯沖進一步加劇，北東向的水平擠壓為主要的應力方向，阿爾金斷裂在此時表現(xiàn)出強烈的左行走滑，同時昆侖山、祁連山也開始向盆地逆沖推覆，盆地進入了擠壓反轉階段，原北西西向的右行走滑斷裂均轉變?yōu)橄虮被蛳蚰系哪鏇_兼左行走滑[21]。柴達木盆地分布著三個主要的走滑斷裂，西北緣主要的SW-NE 向的阿爾金走滑斷裂帶為主走滑斷裂帶，東西兩側則為NW-SEE 向展布的祁連壓扭走滑斷裂帶和NW-SSE 向展布的昆侖壓扭走滑斷裂帶（見圖1）。根據(jù)古地磁、遙感等地質資料也證實了周緣區(qū)域性走滑斷裂旋向的改變導致柴達木地塊前后出現(xiàn)逆時針和順時針旋轉[20]。所以新生代的柴達木盆地始終處于巨大的壓扭應力場中，這也就解釋了該盆地早期右行走滑，而后期轉變?yōu)樽笮凶呋呢摲崔D構造。

研究區(qū)主要發(fā)育的新生代地層有：路樂河組（E1+2）、下干柴溝組（E3）、下干柴溝組下段、下干柴溝組上段、上干柴溝組（N1）、下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組、七個泉組（Q1）、澀北組（Q2）、察爾汗組（Q3）。斷裂主要發(fā)生在局部背斜構造上，且正斷層走向與褶皺走向不一致，呈銳角相交，且部分切斷了背斜的軸線，斷裂貫穿第四紀地層，反映了該地區(qū)構造為后生負反轉構造，主要發(fā)育于第四紀沉積時期（見圖2、表1）。

圖1 柴達木盆地構造分區(qū)圖（據(jù)葛肖虹等2005）Fig.1 Tectonic zoning map of Qaidam basin（from Ge Xiaohong et al.2005）

圖2 柴西地區(qū)區(qū)域地質圖（據(jù)吳嬋2013）Fig.2 Regional geological map of western Qaidam（from Wu Chan 2013）

表1 柴達木盆地柴西地區(qū)新生代地層構造演化Tab.1 Tectonic and Cenozoic stratigraphic structural evolution in the western Qaidam

2 喜山早期右行走滑構造體系

2.1 剖面正花狀構造

在三維時間地震剖面上，E3次級斷層呈逆斷層，斷層斷面形狀近平直，上部略緩，靠近主走滑斷裂帶處傾角較陡，所有次級斷裂向下均收斂于主走滑斷裂上，構成正花狀構造（見圖3）。西部斷開層位為基底，中部斷開層位由E3向地層逐漸變新，東南部斷開層位最新，斷距同樣顯示由西部-中部-北部逐漸減小的特征，間接說明走滑作用由西部-中部-東南部逐漸減弱的特征。扭動構造變形帶上寬下窄，主走滑斷裂帶傾角較陡，上部緩，下部近直立，構成典型的正花狀構造特征。下干柴溝組地層變形具有很好的一致性，地層厚度一致，斷層縱向斷距不大，但是水平斷距較大（見圖4a），表明變形較強烈，為典型的壓扭作用形成的后生走滑構造。

2.2 平面雁列式斷層組合

2.3 右行走滑構造

應用Harding 的右行力偶走滑分析（見圖4），由圖4 可見斷裂帶構造走向與右行力偶產生的應變橢圓中構造走向一致，其中次級逆斷裂走向與應變橢圓中的擠壓作用下的逆斷裂走向一致，說明研究區(qū)早期（下干柴溝組）構造為右行壓扭作用的結果。

圖3 躍進二號東走滑構造地震地質解釋剖面圖Fig.3 Seismological interpretation profile of Yuejin No.2 east strike-slip structure

3 左行走滑構造樣式

張扭型負反轉構造是指壓扭斷層因受力方式改變?yōu)閺埮にa生的與扭動斷層小角度相交的反轉構造，它沿盆地內扭動斷裂帶展布。張扭負反轉構造發(fā)生在壓扭盆地的反轉期，即由前期擠壓或壓扭應力場轉變?yōu)閺埮鰰r期。

3.1 負花狀構造

剖面上，N1～Q1發(fā)育的多達15 條次級斷裂，斷層斷面產狀略呈凹面，上部陡，下部略緩，所有次級斷裂向下均收斂于主走滑斷裂上，構成負花狀構造（見圖5）。且左行張扭次級斷裂在N1～Q1基本均被錯斷，斷距顯示西部和東南部斷距較小，中部斷距較大的特征，說明左行張扭走滑作用主要發(fā)生在中部高點部位可見，其中在N1～Q1層段的逆斷層，繼承了早期的壓扭作用，在的次級正斷層，主要受晚期張扭作用控制。斷層組合為負花狀構造，為典型的張扭應力作用的產物。該區(qū)斷層呈典型的雁列式，驗證了時間剖面上花狀構造解釋的準確性，同時由于時間地震剖面上上干柴溝組～七個泉組地層厚度基本一致，即可確定其走滑構造為典型的后生走滑構造。

3.2 雁列式斷層組合

平面上，躍進二號東高點上N1～Q1其主走滑斷裂位于研究區(qū)北段至東南部，是躍進二號主控斷層，控制著整個區(qū)域構造格架。研究區(qū)西部-中部發(fā)育近東西走向次級斷裂，傾向有北傾和南傾兩種，組成地塹結構，還發(fā)育一條北北東走向的次級斷裂，傾向北西西向；東南部次級斷裂走向變?yōu)楸蔽?南東走向為主，傾向南西向（見圖6a）。都與主走滑斷裂呈小角度相交，雁列式展布，符合扭動構造的特征，其夾角指示本盤運動方向本盤向左運動，即主走滑斷裂西南側向南東方向運動。

圖4 K11右行走滑構造斷裂組合關系及右行應變橢圓分析Fig.4 （a）K11fault assemblage relationship and（b）right strain ellipse analysis of right-lateral strike-slip structures

圖5 躍進二號東走滑構造地震地質解釋剖面圖LINE1010Fig.5 Seismological interpretation profile of Yuejin No.2 east strike-slip structure

圖6 K31左行走滑構造斷裂組合關系及左行應變橢圓分析Fig.6 （a）K31fault assemblage relationship and（b）left-lateral strain ellipse analysis of left-lateral strike-slip structures

3.3 左行走滑構造

應用Harding 的左行力偶走滑分析（見圖6b）可見斷裂帶構造走向與左行力偶產生的應變橢圓中構造走向一致，其中次級正斷裂帶走向與應變橢圓中的伸展作用下的正斷裂走向一致，說明研究區(qū)晚期（Q1q 期后）構造為左行張扭作用的結果。通過研究區(qū)平、剖面結合，綜合分析，研究區(qū)后期構造是左行張扭負反轉作用的左行走滑構造。

3.4 走滑疊加構造樣式

躍進二號東構造下部層序E1+2～E3發(fā)育為壓扭作用，形成的正花狀構造樣式，其次級斷裂以逆斷層為主，主走滑斷裂西北走向為近東西向，構造高點發(fā)育在西北部，東西走向，向東南部北西-南東走向轉換的中部位置，為下E1+2～E3的構造高點，次級伴生逆斷裂以東西走向為主，東南部次級伴生斷裂走向與主走滑位移帶呈銳角相交。

4 負反轉走滑構造發(fā)育成因機制

4.1 躍進二號東構造負反轉走滑構造演化

盆地新生代以來整個柴達木盆地處于壓扭應力場中，盡管其主應力場的方向發(fā)生過變化但是柴達木盆地早期處于壓扭這一應力場始終沒有改，而躍進二號新生代中后期由壓扭轉變?yōu)閺埮ぃㄒ妶D7）。

4.1.1 右行壓扭作用階段 躍進二號地區(qū)新生代盆地由始新世路樂河組沉積時期開始受右行壓扭作用發(fā)育一系列的逆斷層，次級逆斷層與主走滑斷層組成正花狀構造（見圖7b）。

4.1.2 左行張扭負反轉階段 該地區(qū)在七個泉組沉積后受左行張扭作用發(fā)育一系列的次級正斷層，部分次級斷層繼承早期的逆斷層性質，早期次級逆斷層與次級正斷層疊加，共同構成了剖面上的花狀構造，且該地區(qū)地層破碎程度較高。七個泉組沉積末期基本定型（見圖7a）。

4.2 負反轉走滑構造形成的機制

對于負反轉構造的形成機制，可分為：（1）無斷層活動的褶皺機制；（2）由犁式或平面式逆轉活動控制下的斷展褶皺機制；（3）由走滑逆轉活動控制下的負反轉走滑機制。

三維空間構造特征綜合分析結果是，躍進二號東構造次級逆斷裂呈斜列式展布，且與主干斷裂帶呈斜交關系，表明躍進二號東構造早期后生構造是右行壓扭作用的結果。發(fā)育的走滑構造的應變橢圓分析表明，Q1q 末期其構造為右行壓扭作用的結果（見圖8a）。而獅子溝組、油砂山組、上干柴溝組發(fā)育的走滑構造（Q1q期后）為左行張扭作用而產生的（見圖8b），七個泉組沉積后柴達木盆地區(qū)域應力場發(fā)生變化，由壓扭應力場轉變?yōu)閺埮?。在這區(qū)域應力場作用的控制下，躍進二號東構造走滑構造在早期壓扭走滑構造之上疊加了張扭走滑構造。

圖7 躍進二號地區(qū)走滑構造演化圖Fig.7 Strike-slip tectonic evolution map of Yuejin No.2

從柴西地區(qū)地質圖可見，大部分的局部背斜構造上發(fā)育正斷層，且正斷層走向與褶皺走向不一致，呈銳角相交，且部分切斷了背斜的軸線，也反映了該地區(qū)構造為后生負反轉構造。

圖8 負反轉走滑構造形成機制圖Fig.8 Map showing the formation mechanism of the negative reverse strike-slip structure

5 結論

（1）下干柴溝組～路樂河組下構造層，三維地震剖面上為由次級逆斷層和主走滑斷裂帶組成的正花狀構造；平面上顯示為雁列式次級逆斷裂與主干斷裂呈低角度斜交的空間組合型式，為典型的右行壓扭走滑構造。

（2）上干柴溝組～獅子溝組上構造層，發(fā)育左行張扭走滑構造，三維地震剖面上顯示為由次級正斷層和主走滑斷裂帶組成的負花狀構造，平面上表現(xiàn)為呈雁列式次級正斷層與主干斷裂呈斜交的空間組合關系。

（3）七個泉組沉積末期，在強烈的區(qū)域壓扭應力場作用下，躍進二號東發(fā)生較強烈的右行壓扭運動，在下構造層產生壓扭構造；在七個泉組沉積期后，研究區(qū)疊加發(fā)育了負花狀走滑構造，推測為區(qū)域應力場變?yōu)閺埮龆a生的。這種應力場可能反映柴達木盆地此時經歷了一次張扭構造作用。因此，躍進二號東構造是由早期壓扭走滑構造作用與后期張扭走滑構造作用而產生的疊加走滑構造。