塔里木盆地北緣溫宿凸起壓扭隆升的證據(jù)

何光玉，趙永強(qiáng)，姚澤偉，3，鄭曉麗，肖思東，5，黃繼文，賈存善，周雨雙

(1.浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，杭州 310027；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；3.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 舟山 316000；4.東方地球物理公司，新疆 庫爾勒 841000；5.浙江國高能源科技有限公司，杭州 310023)

溫宿凸起位于塔里木盆地北緣，北與烏什凹陷以古木別茲構(gòu)造帶為界，南與阿瓦提凹陷以沙井子構(gòu)造帶為界，東與拜城凹陷以喀拉玉爾滾走滑斷裂為界，西與柯坪隆起相接，為一北東向展布的隱伏隆起，東西長約72 km，南北寬約68 km，面積約4 896 km2(圖1)。

溫宿凸起上主要發(fā)育古生界，缺失中生界和古近系。鉆井(阿1井)揭示，新近系厚約3 102.5 m，第四系厚約90 m，并在新近系之下鉆遇43.82 m厚的二疊系流紋巖；其下為石炭系—志留系碎屑巖及寒武系—奧陶系碳酸鹽巖[1]。

溫宿凸起曾與塔北隆起連為一體，處于長期繼承性的古隆起部位[1-3]。前人研究認(rèn)為：溫宿凸起北側(cè)的古木別茲斷裂帶包括深、淺2組不同方向的逆沖斷裂，斷裂帶兩側(cè)地層沉積特征差異很大[4]；而溫宿凸起南側(cè)的沙井子構(gòu)造帶存在3套斷裂系統(tǒng)，即深部楔狀沖斷構(gòu)造、淺部伸張構(gòu)造和沙井子走滑斷裂[5]。

這些認(rèn)識的一個共同點(diǎn)是：溫宿凸起主要是逆沖變形，局部存在走滑變形。這一認(rèn)識，既與地震剖面上背沖的2個方向斷層同等發(fā)育、具有對稱構(gòu)造的特征相矛盾，又與順斷層走向主干斷層的產(chǎn)狀多變、逆沖方向完全相反、具有“絲帶”效應(yīng)的特征相矛盾。

基于二維地震剖面的地質(zhì)分析，本文首次提出溫宿凸起以走滑構(gòu)造變形為主，逆沖構(gòu)造變形為輔。本文報道這一成果，以期能起到拋磚引玉的作用，并懇請同行批評指正。

1 地質(zhì)背景

寒武紀(jì)至中奧陶世，塔里木板塊處于穩(wěn)定克拉通盆地演化階段，接受了巨厚海相碳酸鹽巖沉積[6-7]；中奧陶世末，受加里東中期運(yùn)動[8]的影響，西北部地區(qū)抬升遭受剝蝕，東南部地區(qū)劇烈沉降，接受了巨厚的深海濁積巖沉積。

進(jìn)入志留紀(jì)，受加里東晚期運(yùn)動的影響，塔里木板塊南部抬升，缺失志留系；北部地區(qū)沉降，沉積了較大厚度的下—中志留統(tǒng)。晚志留世，擠壓作用增強(qiáng)，塔里木板塊抬升，大面積缺失沉積。早—中泥盆世末，受海西早期運(yùn)動的影響，包括溫宿凸起在內(nèi)的塔里木西北部發(fā)生抬升，地層遭受強(qiáng)烈剝蝕[9-11]，造成下石炭統(tǒng)角度不整合于志留系之上；同時，古木別茲深斷裂開始形成，并成為凸起北側(cè)邊界斷裂。

石炭紀(jì)開始，塔里木板塊整體沉降，沉積了一定厚度的石炭系和二疊系[12]。早二疊世末—晚二疊世，受海西晚期運(yùn)動影響，溫宿凸起再次抬升，并一直持續(xù)至古近紀(jì)，凸起上石炭系—二疊系遭受剝蝕，并幾乎缺失整個中生界與古近系[4，13]。

始新世末以來，印度板塊—西藏地塊碰撞引發(fā)的“遠(yuǎn)距離效應(yīng)”，使南天山復(fù)活并向南發(fā)生大規(guī)模的逆沖[14-17]，包括溫宿凸起在內(nèi)的山前地帶發(fā)育前陸坳陷；坳陷內(nèi)沉積了巨厚的中新統(tǒng)吉迪克組(N1j)與康村組(N1k)、上新統(tǒng)庫車組(N2k)、更新統(tǒng)西域組(Q1x)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置據(jù)齊英敏等[5]，2012，修改。Fig.1 Tectonic location of the study area

2 鉆井地層標(biāo)定與地震層位引層

本次研究，采用的是中石油塔里木油田的地震分層。該分層在烏什凹陷通過烏參1井引層，在溫宿凸起通過溫參1井和阿1井引層，在阿瓦提凹陷則通過沙南1井引層(圖1，2)。

根據(jù)溫參1井和阿1井鉆遇情況，溫宿凸起自下而上發(fā)育較薄的二疊系流紋巖，較厚的中新統(tǒng)吉迪克組和康村組，巨厚的上新統(tǒng)庫車組及厚度變化很大的第四系西域組，缺失中生界和古近系。由地震剖面可見，二疊系以下可能還發(fā)育一定厚度的震旦系、寒武系—奧陶系、志留系和石炭系。

而根據(jù)烏參1井鉆遇的情況，溫宿凸起北側(cè)的烏什凹陷發(fā)育的地層與庫車凹陷部分類似，自下而上發(fā)育三疊系、下白堊統(tǒng)、古近系，及與溫宿凸起近似的新近系及第四系，缺失侏羅系；從地震剖面來看，三疊系以下可能殘留有厚度不等的寒武系—奧陶系。

此外，根據(jù)沙南1井鉆遇的情況，溫宿凸起南側(cè)的阿瓦提凹陷發(fā)育地層較齊，自下而上，除了發(fā)育上述溫宿凸起的二疊系及烏什凹陷的中生界與新生界外，還發(fā)育寒武系—奧陶系碳酸鹽巖和志留系—石炭系碎屑巖，缺失泥盆系和侏羅系。

3 壓扭變形帶的證據(jù)

二維地震剖面分析表明，溫宿凸起走滑變形的證據(jù)主要有：(1)新生界構(gòu)造層之下，隱伏2個大型正花狀構(gòu)造；(2)形成花狀構(gòu)造的主干斷層(沙井子斷裂與古木別茲斷裂)順斷層走向產(chǎn)狀多變，且傾向完全相反；(3)凸起上的前中生界為古老的震旦系—寒武系，向南北兩側(cè)逆沖于烏什凹陷與阿瓦提凹陷的中—新生界之上。

圖2 塔里木盆地北緣溫宿凸起A-A’測線地震剖面剖面位置見圖1。F1.沙井子南斷裂；F2.沙井子斷裂；F3.沙井子北斷裂；F4.沙井子淺斷裂；F5.古木別茲南①號斷裂；F6.古木別茲南②號斷裂；F7-F10分別為古木別茲①、②、③、④號斷裂Fig.2 Seismic profile A-A’ of Wensu Uplift, northern Tarim Basin

3.1 兩個隱伏的大型正花狀構(gòu)造

眾所周知，走滑構(gòu)造變形的一個重要特征是剖面上的花狀構(gòu)造變形，其中，壓扭變形形成正花狀構(gòu)造，張扭變形形成負(fù)花狀構(gòu)造[18]。

二維地震分析表明，溫宿凸起具有明顯的壓扭構(gòu)造變形特征，在地震剖面上，主要表現(xiàn)為斷層向上撒開，向下收斂，且直插基底，2個大型正花狀構(gòu)造分別由南側(cè)的沙井子走滑斷裂帶和北側(cè)的古木別茲走滑斷裂帶所形成(圖2)。

由圖2可見，南側(cè)的大型花狀構(gòu)造主要由沙井子南斷裂、沙井子斷裂、沙井子北斷裂和沙井子淺斷裂等4條主要的壓扭斷裂組成，它們分別傾向南或北，相向傾斜，相背逆沖。因此，整體表現(xiàn)為斷層向上撒開，向下收斂，且直插基底的大型正花形構(gòu)造。斷層活動的結(jié)果，造成斷裂帶之間的下古生界和元古宇強(qiáng)烈沖斷、褶皺和抬升，上古生界遭受剝蝕、減薄直至缺失。

北側(cè)的大型花狀構(gòu)造主要由古木別茲南①、②號斷裂和古木別茲北①～④斷裂等6條主要的壓扭斷裂所組成，它們分別傾向南或北，相向傾斜，相背逆沖。因此，也整體表現(xiàn)為斷層向上撒開，向下收斂，且直插基底的大型正花形構(gòu)造。斷層活動的結(jié)果，造成斷裂帶之間的上、下古生界和元古界強(qiáng)烈沖斷、褶皺和抬升、剝蝕、減薄直至缺失。

3.2 順斷層走向主干斷層產(chǎn)狀多變、傾向相反

二維地震剖面分析表明，形成上述溫宿凸起大型花狀構(gòu)造的主干斷層(沙井子斷裂與古木別茲斷裂)在東段向南強(qiáng)烈逆掩，在西段則向北強(qiáng)烈逆掩，表明順斷層走向主干斷層的產(chǎn)狀陡變(圖2，3)。

圖2表明，在溫宿凸起的東段，形成花狀構(gòu)造的斷層主要向南逆掩，如沙井子南斷裂和沙井子斷裂、古木別茲南①號和②號斷裂。斷層活動的結(jié)果，造成花狀構(gòu)造南側(cè)古生界地層的產(chǎn)狀明顯比北側(cè)要陡，且南側(cè)斷層上盤的地層抬升得更高，時代也明顯比北側(cè)的要老。如沙井子斷裂上盤的震旦系與寒武系—奧陶系，古木別茲南②號斷裂上盤的前震旦系等。

然而，順斷層走向到溫宿凸起的西段，上述特征發(fā)生了明顯的改變，斷層活動主要表現(xiàn)為向北逆掩的特征。

圖3 塔里木盆地北緣溫宿凸起B(yǎng)-B’測線地震剖面剖面位置見圖1；斷裂名稱同圖2。Fig.3 Seismic profile B-B’ of Wensu Uplift, northern Tarim Basin

圖3表明，在溫宿凸起的西段，形成花狀構(gòu)造的斷層主要向北逆掩，如沙井子北斷裂和古木別茲北③號斷裂。斷層活動的結(jié)果，造成花狀構(gòu)造北側(cè)古生界地層的產(chǎn)狀明顯比南側(cè)要陡，且北側(cè)斷層上盤的地層抬升得更高，時代也明顯比南側(cè)的要老。如沙井子北斷裂上盤的前寒武系，古木別茲北③號斷裂上盤的前寒武系等。

上述主干斷層順走向的產(chǎn)狀陡變，顯然與逆沖斷層的發(fā)育特征不一致。這是因為，在逆沖斷層體系中，受同一應(yīng)力場的影響，斷層一般向同一方向逆沖，因而斷層的傾向基本相同。

3.3 老地層逆沖于新地層之上

凸起上的古老地層，向南北兩側(cè)逆沖于凹陷中的中—新生界之上。二維地震剖面分析表明，溫宿凸起的前中生界為古老的震旦系—寒武系，向南北兩側(cè)逆沖于烏什凹陷與阿瓦提凹陷的中—新生界之上(圖2，3)。

圖2表明，在溫宿凸起的東段，凸起南側(cè)的沙井子南斷裂和沙井子斷裂上盤的震旦系、寒武系、奧陶系和志留系等古老地層，向南逆沖于阿瓦提凹陷中的三疊系、白堊系、古近系和新近系吉迪克組等新地層之上。同時，凸起北側(cè)的古木別茲南①號和②號斷裂上盤的前震旦系古老地層，向北逆沖于烏什凹陷中的三疊系、白堊系、古近系和新近系吉迪克組等新地層之上。

圖3表明，在溫宿凸起西段也有類似情況。不同的是，西段抬升更高，斷層上盤地層更老。

4 壓扭變形的時間

二維地震剖面分析表明，上述壓扭構(gòu)造變形發(fā)生于加里東中期(晚奧陶世末)、加里東晚期(志留紀(jì)末)、海西早期(早—中泥盆世末)、海西晚期(晚二疊世)、印支—燕山期(三疊紀(jì)末期和晚白堊世)和喜馬拉雅期(古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì))。

4.1 加里東中期和晚期

溫宿凸起東段沙井子斷裂上盤的中—上奧陶統(tǒng)與上覆志留系呈角度不整合接觸(圖2)。同時，還可見沙井子北斷裂上盤的震旦系與前震旦系逆沖于下盤的中—上奧陶統(tǒng)之上，表明沙井子北斷裂在晚奧陶世末發(fā)生過強(qiáng)烈的向北的逆沖構(gòu)造活動。

溫宿凸起東段沙井子斷裂上盤的志留系與上覆石炭系呈角度不整合接觸(圖2)，志留系被上覆石炭系削蝕并很快尖滅，表明志留紀(jì)末該區(qū)發(fā)生過強(qiáng)烈的逆沖構(gòu)造活動。

4.2 海西早期和晚期

鉆探(阿1井)結(jié)果表明，溫宿凸起上缺失泥盆系，石炭系與下伏志留系之間呈角度不整合接觸。同時，在南側(cè)阿瓦提凹陷中，上泥盆統(tǒng)—石炭系向北(溫宿凸起)超覆沉積，厚度逐漸減薄(圖2)。由此推斷，溫宿凸起在海西早期發(fā)生過壓扭構(gòu)造變形，并造成溫宿凸起抬升。

海西晚期發(fā)生過構(gòu)造變形的證據(jù)主要是：在凸起南側(cè)的阿瓦提凹陷中，可見二疊系向北(溫宿凸起)超覆沉積，厚度也逐漸減薄(圖2)。這一認(rèn)識與前人是一致的[5]。

4.3 印支—燕山期

該期構(gòu)造變形的證據(jù)主要有二：一是在南側(cè)阿瓦提凹陷中可見三疊系、侏羅系與下白堊統(tǒng)向北(溫宿凸起)超覆沉積，地層厚度因此減??；二是南側(cè)阿瓦提凹陷中可見下白堊統(tǒng)與上覆古近系之間呈明顯的角度不整合接觸(圖2)。

4.4 喜馬拉雅期

溫宿凸起上缺失古近紀(jì)的沉積，但在南北兩側(cè)的烏什凹陷和阿瓦提凹陷均有一定厚度的沉積，且在阿瓦提凹陷還表現(xiàn)出了“向凹陷逐漸加厚”的生長地層特征(圖2)。同時，新近紀(jì)的地層也具有“南北兩側(cè)厚、凸起上薄”的生長地層特征。生長地層的存在表明，古近紀(jì)和新近紀(jì)溫宿凸起發(fā)生過強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升。

5 地質(zhì)意義

上述分析表明，自加里東中期開始，溫宿凸起一帶就存在近東西向的隆起帶。但是，這一隆起帶的成因，并非前人認(rèn)為的主要是因為逆沖變形—抬升形成的隆起帶，而是由于壓扭變形—抬升而形成的隆起帶。

眾所周知，逆沖構(gòu)造與走滑構(gòu)造的最大差異在于是否有“根”。因此，上部存在逆沖變形形成的隆起，并不代表深部基底也存在逆沖變形形成的隆起。但是，走滑構(gòu)造就不同，如果上部存在走滑變形形成的隆起帶，深部基底也一定存在走滑變形形成的隆起帶。因此，上述溫宿凸起加里東中期壓扭變形的厘定表明，塔里木北緣至少自加里東中期開始，就存在近東西向的基底構(gòu)造分異帶。

由于深部基底構(gòu)造往往影響和控制上部蓋層構(gòu)造，因此上述溫宿凸起加里東中期壓扭隆起帶的存在，也解釋了與印度板塊—西藏地塊碰撞“遠(yuǎn)距離效應(yīng)”[14]密切相關(guān)的南天山?jīng)_斷帶，向南為什么止步于溫宿凸起。

6 結(jié)論

(1)塔里木北緣溫宿凸起為一壓扭隆起帶。該壓扭隆起帶在剖面上主要由2個大型正花狀構(gòu)造組成，分別由南側(cè)的沙井子壓扭斷裂帶和北側(cè)的古木別茲壓扭斷裂帶所形成。

(2)上述壓扭構(gòu)造變形發(fā)生于加里東中期(晚奧陶世末)、加里東晚期(志留紀(jì)末)、海西早期(早—中泥盆世末)、海西晚期(晚二疊世)、印支—燕山期(三疊紀(jì)末期和晚白堊世)和喜馬拉雅期(古近紀(jì)、新近紀(jì)和第四紀(jì))。

(3)溫宿凸起壓扭變形帶的厘定表明，塔里木盆地北緣至少自加里東中期開始，就存在近東西向的基底構(gòu)造分異帶。