塔北隆起西段沙井子斷裂帶西北緣構(gòu)造特征解析

何 磊，何登發(fā)，孫方源

（1．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都 610081；2．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083）

塔北隆起位于庫(kù)車前陸沖斷帶與北部拗陷之間，同時(shí)具有海相和陸相油源，油氣成藏條件較好，來(lái)自于塔北隆起北部庫(kù)車坳陷的陸相油源與塔北隆起南部的海相油源相交匯，致使油氣向塔北隆起高部位運(yùn)移。經(jīng)過(guò)前人近幾十年來(lái)的不斷勘探，塔北隆起已先后發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)油氣藏，已經(jīng)成為塔里木盆地油氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。塔北隆起經(jīng)過(guò)多期構(gòu)造演化，西段構(gòu)造樣式演化特征對(duì)油氣勘探具有重要意義[1-4]。沙井子斷裂帶位于塔北隆起阿瓦提凹陷與溫宿凸起的邊界，作為阿瓦提凹陷與溫宿凸起的邊界斷裂，具有十分重要的地質(zhì)意義。鉆至該斷裂帶的沙南 1井、沙南2井均見一定的油氣顯示，雖然沒(méi)有形成工業(yè)油流，但兩口井的油氣顯示表明沙井子斷裂帶具有一定的勘探前景。斷裂是圈閉形成演化和油氣運(yùn)聚成藏的關(guān)鍵性控制因素之一[5-6]，自20世紀(jì)80年代對(duì)塔里木盆地大規(guī)?？碧介_發(fā)以來(lái)，一些學(xué)者對(duì)塔里木盆地?cái)嗔褬?gòu)造特征進(jìn)行了深入研究，對(duì)斷裂構(gòu)造樣式、組合類型、發(fā)育分布規(guī)律、斷裂構(gòu)造形成機(jī)制提出了新的認(rèn)識(shí)[7-10]，斷裂構(gòu)造研究對(duì)于油氣勘探具有十分重要的指導(dǎo)意義。

沙井子斷裂在地震剖面上表現(xiàn)為一條高角度基底卷入型走滑斷裂[11-12]，一些學(xué)者認(rèn)為沙井子斷裂是一條復(fù)雜的斷裂帶，并不是一條單一的斷層，對(duì)沙井子斷裂帶的形成演化時(shí)間也有不同認(rèn)識(shí)。塔北隆起具有多期次構(gòu)造疊加的特點(diǎn)，而不整合面可以指示一期構(gòu)造活動(dòng)，精確識(shí)別不整合面有助于確定斷裂成因機(jī)制，前人對(duì)這一方面的研究相對(duì)薄弱。

本次研究重點(diǎn)聚焦于沙井子斷裂帶的構(gòu)造及演化特征，在大量區(qū)域鉆井及二維地震資料基礎(chǔ)之上，結(jié)合區(qū)域不整合面，開展精細(xì)的構(gòu)造解釋與反演，分析沙井子斷裂帶北緣的構(gòu)造及演化特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

沙井子斷裂帶是塔里木盆地的一條重要的邊界斷裂帶，位于塔里木盆地西北緣，構(gòu)成阿瓦提凹陷與溫宿凸起的分界，也作為阿瓦提凹陷西北部的控凹邊界斷裂，在平面上大致呈北東-南西向，本次研究聚焦于沙井子斷裂帶西北緣（圖1）。

圖1 塔北隆起西段沙井子斷裂帶區(qū)域位置

沙井子斷裂帶內(nèi)震旦系至新生界地層均有發(fā)育，兩側(cè)地層發(fā)育也較為齊全，除中生界侏羅系外、古生界-新生界均有發(fā)育；沙井子斷裂帶核部地層剝蝕嚴(yán)重，古近系及第四系直接覆蓋在震旦系-寒武系之上。塔北隆起西段地區(qū)中寒武統(tǒng)及古近系發(fā)育兩套膏鹽巖層，影響了區(qū)域內(nèi)整體構(gòu)造樣式的發(fā)育。研究區(qū)共存在前震旦系頂界、志留系-上奧陶系底部、三疊系-古生界、新生界-白堊系、第四系-新近系等5個(gè)主要不整合面，因塔北隆起具有多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的特點(diǎn)，地層變形程度強(qiáng)烈，中生界-古生界不同層系之間接觸方式不同，不整合面的存在對(duì)于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有重要的指示意義。

2 沙井子斷裂帶西北緣構(gòu)造特征

通過(guò)對(duì)過(guò)沙井子斷裂帶西北緣的二維地震測(cè)線進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋，建立精細(xì)構(gòu)造變形模型，對(duì)研究區(qū)內(nèi)主要斷層進(jìn)行追蹤組合并命名，在剖面上識(shí)別出三條主要的大型斷層，即沙井子 1號(hào)斷層（Fsjz1）、沙井子2號(hào)斷層（Fsjz2）及沙井子3號(hào)斷層（Fsjz3），三條斷層呈銳角相交，近雁列式分布，表明沙井子斷裂帶具有走滑、扭動(dòng)的性質(zhì)。

2.1 沙井子斷裂帶構(gòu)造特征

研究區(qū)內(nèi)沙井子斷裂帶具有明顯的分段特征，不同地段之間斷裂構(gòu)造樣式有所差異。根據(jù)沙井子斷裂帶不同地段之間斷層構(gòu)造樣式間的差異，將沙井子斷裂帶自南向北分為南西段、中段以及北東段。

2.1.1 沙井子斷裂帶南西段構(gòu)造特征

測(cè)線01自南向北穿過(guò)溫宿凸起與烏什凹陷。南西段共發(fā)育兩大主干斷層，自南向北依次為Fsjz2及Fsjz1斷層，基底深部構(gòu)造楔的活動(dòng)造成中生界及古生界地層向北大幅抬升，F(xiàn)sjz2斷層切穿震旦系，向上斷至三疊系，將中生界及古生界輕微錯(cuò)斷，斷距不大。Fsjz1為一條高角度的基底卷入型斷層，斷層切穿基底，向上斷至吉迪克組（N1j），斷層上盤古生界、中生界地層大部分被剝蝕，造成新近系吉迪克組直接覆蓋在中生界-古生界之上。Fsjz1斷層具有三角剪切性質(zhì)，經(jīng)軸面分析，在其斷層斷點(diǎn)上方形成三角剪切區(qū)域，自南向北，新生界經(jīng)過(guò)三角剪切區(qū)域，地層逐漸減薄抬升。此現(xiàn)象表明：Fsjz1斷層后期對(duì)新生界起到一定的改造作用。N1j與下伏地層的角度不整合接觸，F(xiàn)sjz1斷層自下向上斷距不一，表明沙井子斷裂帶具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)（圖2）。

圖2 測(cè)線01地震剖面解釋模型

2.1.2 沙井子斷裂帶中段構(gòu)造特征

沙井子斷裂帶中段的測(cè)線02與南西段不同，構(gòu)造樣式發(fā)生改變，F(xiàn)sjz1、Fsjz2及Fsjz3斷層均發(fā)育。其中，F(xiàn)sjz3斷層滑脫消亡于中寒武統(tǒng)的膏鹽巖層內(nèi)，根據(jù)軸面分析可精確識(shí)別斷層形態(tài)，上盤為典型的斷層傳播褶皺，斷層上切至三疊系，白堊系與上覆古近系底界呈角度不整合接觸，表明上覆地層與下伏褶皺不屬于同一期次。Fsjz2斷層切穿震旦系，向上斷至二疊系，將中生界及古生界輕微錯(cuò)斷，斷層端點(diǎn)上方古生界厚度向北減薄，上覆新生界發(fā)生輕微旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)siz1斷層與測(cè)線01相比，無(wú)太大變化。新生界內(nèi)部發(fā)育正斷層，正斷層切穿吉迪克組，向上斷開第四系至近地表，但斷層斷距上下一致，無(wú)明顯變化，表明正斷層形成于第四系沉積末期（圖3）。

圖3 測(cè)線02地震剖面解釋模型

2.1.3 沙井子斷裂帶北東段構(gòu)造特征

測(cè)線 03地震剖面揭示了沙井子斷裂帶北東段的構(gòu)造特征，沙井子中段發(fā)育的Fsjz3斷層在此處已不發(fā)育，且剖面構(gòu)造樣式也發(fā)生一定改變。與中段測(cè)線02相比，淺層發(fā)育多條次級(jí)正斷層，剖面橫向上可分為南北兩套正斷層系統(tǒng)，正斷層呈近似花狀構(gòu)造（圖4），斷距上下基本一致，結(jié)合中段正斷層斷距特征，表明其形成于第四系沉積晚期。

圖4 測(cè)線03地震剖面解釋模型

沙井子斷裂帶西北緣斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，地層剝蝕嚴(yán)重，經(jīng)二維地震剖面揭示，沙井子斷裂帶西北緣主要由三條斷層即Fsjz1、Fsjz2、Fsjz3斷層組成。

Fsjz1斷層在地震剖面上表現(xiàn)為一條大型卷入式高角度逆沖斷層，切穿震旦系-新生界，其上盤的古生界-中生界大部分遭受剝蝕，斷距上下不一，向上斷距逐漸減小，這種斷距之間的差異表明Fsjz1斷層具多期活動(dòng)的特征。

Fsjz2斷層為一條高角度基底卷入式逆沖斷層，斷穿震旦系-二疊系，斷層規(guī)模較小，斷距上下一致且斷距不大，表明該斷層僅發(fā)生一期沖斷活動(dòng)，對(duì)深部地層形態(tài)起到一定調(diào)節(jié)改造作用。

Fsjz3斷層為一條滑脫消亡于中寒武統(tǒng)膏鹽層內(nèi)的逆沖斷層，只在沙井子斷裂中段發(fā)育，上盤為典型的斷層轉(zhuǎn)折褶皺，該斷層斷穿奧陶系-三疊系，對(duì)上覆地層形態(tài)影響不大。

沙井子斷裂帶中段及北東段淺層發(fā)育一系列正斷層，各地段之間正斷層發(fā)育規(guī)模均不同，自南西至北東段，正斷層發(fā)育從無(wú)至有，規(guī)模逐漸加大，表明沙井子斷裂帶淺層局部伸展拉張作用逐漸增強(qiáng)。淺層發(fā)育的正斷層系統(tǒng)對(duì)沙井子斷裂帶后期的調(diào)節(jié)改造十分重要。

沙井子斷裂帶深部地震波阻反射雜亂，表明構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜強(qiáng)烈；但古生界-新生界向北部大幅抬升，表明基底深部早期存在構(gòu)造楔，基底構(gòu)造楔的活動(dòng)導(dǎo)致上覆地層明顯抬升。在此基礎(chǔ)之上，沙井子斷裂帶主要受控于Fsjz1斷層的多期次逆沖活動(dòng)，經(jīng)過(guò)Fsjz2斷層、Fsjz3斷層及淺層后期正斷層的調(diào)節(jié)，形成現(xiàn)今復(fù)雜構(gòu)造形態(tài)。

2.2 關(guān)于三條斷層活動(dòng)期次的討論

沙井子斷裂帶在地震剖面上主要分為三條主干斷層，多個(gè)不整合面的存在表明沙井子斷裂帶經(jīng)歷多期構(gòu)造活動(dòng)。本文根據(jù)研究區(qū)地層厚度變化、不整合面分布特征及三條主干斷層切穿地層等因素來(lái)探討三條主干斷層的活動(dòng)期次。

Fsjz1斷層活動(dòng)期次：在各段二維地震剖面上均能識(shí)別N1j與下伏地層之間的不整合面，且Fsjz1斷層N1j斷距小于三疊系斷距，表明Fsjz1斷層不止發(fā)生一期沖斷活動(dòng)。三疊系底與下伏古生界呈角度不整合接觸，且Fsjz1斷層古生界斷距要大于三疊系斷距，這也充分說(shuō)明不是同一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成的，F(xiàn)sjz1斷層上盤志留系-二疊系全部遭受剝蝕，與下伏保留較完整的震旦系-中下奧陶系有著明顯不同，指示奧陶系沉積末期該斷層必然也存在一期沖斷活動(dòng)。上述不整合面分布特征及斷層斷距特征表明，F(xiàn)sjz1斷層活動(dòng)時(shí)期為奧陶系沉積末期、二疊系沉積末期及古近系沉積末期。

Fsjz2斷層活動(dòng)期次：二維地震測(cè)線揭示 Fsjz2斷層切穿二疊系，在二疊系內(nèi)部存在同相軸向北減薄的現(xiàn)象，此為生長(zhǎng)地層發(fā)育的標(biāo)志，且Fsjz2斷層切穿地層的斷距上下一致，表明Fsjz2斷層形成于二疊系沉積末期。由于后期持續(xù)擠壓應(yīng)力的增強(qiáng)，沙井子斷裂帶新生界-中生界受Fsjz2斷層的影響，地層形態(tài)均遭受不同程度的改造。

Fsjz3斷層活動(dòng)期次：Fsjz3為一條滑脫于中寒武統(tǒng)膏鹽巖層內(nèi)的斷層，其切穿地層的斷距上下一致。上盤為典型的斷層轉(zhuǎn)折褶皺，F(xiàn)sjz3斷層的沖斷活動(dòng)使上盤古生界-新生界均呈現(xiàn)背斜構(gòu)造形態(tài)。剖面揭示白堊系與上覆古近系底界為角度不整合接觸，受Fsjz3斷層活動(dòng)影響該斷層端點(diǎn)上方，新生界背斜形態(tài)較下伏古生界-中生界更寬緩，白堊系內(nèi)部同相軸兩側(cè)厚度較大且向背斜核部逐漸減薄，表明存在生長(zhǎng)地層，F(xiàn)sjz3斷層活動(dòng)時(shí)期為白堊系沉積末期。

3 沙井子斷裂帶構(gòu)造演化特征

據(jù)上文三條主干斷層活動(dòng)時(shí)期的分析，沙井子斷裂帶的構(gòu)造演化可分為如下階段（圖5）：

圖5 沙井子斷裂帶西北緣演化模式

震旦系沉積時(shí)期：全區(qū)無(wú)明顯的構(gòu)造活動(dòng)痕跡，屬于地層穩(wěn)定沉積的階段，此時(shí)地層起伏不大，形成了前震旦系頂界面這一在塔北地區(qū)形成年代最早、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、分布范圍最廣的區(qū)域不整合面。

寒武系沉積末期：基底沖斷楔發(fā)育并開始活動(dòng)，致使全區(qū)古生界向北開始逐漸抬升，震旦系-寒武系局部遭受剝蝕并逐漸尖滅，至此階段，溫宿凸起的雛形已經(jīng)形成。

奧陶系沉積末期：中昆侖地體與塔里木地體相碰撞，沙井子斷裂帶遭受擠壓，F(xiàn)sjz1斷層開始發(fā)生沖斷活動(dòng)，造成上盤奧陶系被剝蝕殆盡，F(xiàn)sjz1斷層下盤地層較完整穩(wěn)定，沒(méi)有明顯構(gòu)造活動(dòng)痕跡，層序較穩(wěn)定。

志留系-二疊系沉積階段：受到海西-印支運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈的擠壓應(yīng)力致使Fsjz1斷層再次發(fā)生沖斷，致使斷層上盤志留系-二疊系全部遭受剝蝕，兩期沖斷活動(dòng)致使寒武系暴露于地表。在此階段，F(xiàn)sjz2斷層開始發(fā)生沖斷活動(dòng)，向上斷至二疊系，造成古生界內(nèi)部層序輕微錯(cuò)斷，但對(duì)沙井子斷裂帶整體構(gòu)造形態(tài)沒(méi)有太大影響，只起到了一定調(diào)節(jié)改造作用。

白堊系沉積末期：由于燕山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈擠壓，中寒武統(tǒng)的膏鹽巖層發(fā)生塑性流動(dòng)，成為區(qū)域性的滑脫層，沿鹽層滑脫的 Fsjz3斷層開始發(fā)生沖斷活動(dòng)，造成中生界-古生界產(chǎn)生褶皺變形。

古近系沉積末期：燕山運(yùn)動(dòng)晚期Fsjz1地層發(fā)生第三次沖斷活動(dòng)，沖斷活動(dòng)導(dǎo)致 Fsjz1上盤的侏羅系、白堊系全部剝蝕殆盡。

庫(kù)車組（N1k）沉積末期：屬于地層沉積階段，隨著新近系逐漸沉積加厚，新生界向北經(jīng)Fsjz1斷層上方開始發(fā)生減薄旋轉(zhuǎn)，構(gòu)造活動(dòng)不明顯。

第四系沉積末期：此時(shí)為喜馬拉雅碰撞造山作用晚期，全區(qū)受來(lái)自于造山帶方向的強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力，沙井子斷裂帶發(fā)生一系列沖斷活動(dòng)，在大的擠壓背景下局部會(huì)形成小規(guī)模的伸展構(gòu)造，沙井子斷裂帶中段、北東段淺層發(fā)生拉張走滑作用，發(fā)育一系列正斷層，形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。

基于演化平衡剖面，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了各演化時(shí)期剖面地層的縮短率，結(jié)果表明剖面地層整體縮短率為37.00%，其中寒武系沉積末期縮短率為1.90%，奧陶系沉積末期縮短率為 5.80%，二疊系沉積末期縮短率為11.10%，古近系沉積末期縮短率為12.40%，庫(kù)車組沉積末期縮短率為11.70%，第四系沉積時(shí)期伸展率為5.90%。沙井子斷裂帶在二疊系沉積末期、古近系沉積末期及庫(kù)車組沉積末期變形最強(qiáng)，致使區(qū)域內(nèi)新生界-古生界大部分遭受剝蝕（圖6）。

圖6 沙井子斷裂帶西北緣各演化階段縮短率統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

（1）沙井子斷裂帶西北緣由三條斷層組成，斷裂活動(dòng)時(shí)間、剖面斷裂樣式各有不同，具有明顯的分段特征。

（2）Fszj1斷層在剖面上表現(xiàn)為一條高角度基底卷入式逆沖斷層，斷距上下不一，具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn)；Fsjz2斷層為一條高角度逆沖斷層，規(guī)模不大，調(diào)節(jié)深部地層形態(tài)；Fsjz3斷層僅在沙井子斷裂帶中段發(fā)育，剖面上滑脫消亡于中寒武統(tǒng)膏鹽層內(nèi)，上盤為典型的斷層轉(zhuǎn)折褶皺；淺層內(nèi)部發(fā)育一系列次級(jí)正斷層。

（3）沙井子斷裂帶受控于基底沖斷楔活動(dòng)，自寒武系沉積末期發(fā)育，經(jīng)歷奧陶系沉積末期、二疊系沉積末期、白堊系沉積末期、古近系及第四系沉積末期等多期構(gòu)造活動(dòng)影響，形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。