塔里木盆地巴楚隆起瑪扎塔格斷裂帶幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

張 永,鄭孟林,陳槚俊,鄧銘哲,田方磊,張偉康，李英強(qiáng)

[1.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083; 2.中國(guó)石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院， 北京 100083； 4.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無(wú)錫 214126]

作為組成巴楚隆起南界斷裂帶斷裂之一，瑪扎塔格斷裂帶由于和田河氣田的發(fā)現(xiàn)與投產(chǎn)[1]，關(guān)于斷裂帶幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)及其儲(chǔ)層、成藏的研究為學(xué)者們所關(guān)注。在前人的研究中，多將瑪扎塔格斷裂帶解釋為一條基底卷入型的斷裂構(gòu)造帶，由近乎平行的瑪扎塔格南斷裂和瑪扎塔格北斷裂構(gòu)成，在剖面上多將兩斷裂組成“Y”字形[2-6]，或由數(shù)條斷裂組成扭斷裂系，在剖面上表現(xiàn)為正花狀構(gòu)造[7-8]，也有學(xué)者將其解釋為基底卷入構(gòu)造型的共軛-非對(duì)稱(chēng)型膝褶帶[9]，或表現(xiàn)為剪切斷層彎曲褶皺樣式[10]。在對(duì)斷裂帶活動(dòng)期次的討論中，主要存在有兩種主要觀點(diǎn)，分別為將其劃分為中新世、上新世和第四紀(jì)的三期沖斷[3,11-15]，或者為早期正斷層后期發(fā)生反轉(zhuǎn)所形成[12]，并經(jīng)歷了加里東-海西期及喜馬拉雅期的改造的四期活動(dòng)的觀點(diǎn)[8]。雖然上述學(xué)者對(duì)瑪扎塔格斷裂帶進(jìn)行了詳細(xì)的構(gòu)造解釋及形成期次、時(shí)間厘定，但在對(duì)斷裂帶的解析中普遍缺乏定量解析，尤其是對(duì)于各期斷裂的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱缺乏關(guān)注，而瑪扎塔格斷裂帶作為巴楚隆起南界斷裂東段的一部分，斷裂帶最近一期的活動(dòng)在地表留下了完整清晰的痕跡，其活動(dòng)可能響應(yīng)于青藏高原的隆升活動(dòng)[16]，因此定量研究瑪扎塔格斷裂帶的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征不僅有利于間接探討巴楚隆起隆升速率、原因及時(shí)限，對(duì)于探究克拉通內(nèi)構(gòu)造變形對(duì)于青藏高原隆升活動(dòng)的響應(yīng)作用也具有重要意義。本文使用數(shù)條近垂直于瑪扎塔格斷裂帶走向的地震剖面，結(jié)合斷裂帶內(nèi)鉆井資料，以斷層相關(guān)褶皺理論為指導(dǎo)，通過(guò)精細(xì)定量構(gòu)造解釋?zhuān)R(shí)別了斷裂帶深部變形特征，并建立瑪扎塔格斷裂帶三維模型，探究了各期斷裂活動(dòng)強(qiáng)度特征，最終厘定了瑪扎塔格斷裂帶的活動(dòng)期次。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瑪扎塔格斷裂帶位于巴楚隆起西南側(cè)，走向北西西(圖1)，西與古董山構(gòu)造帶和海米羅斯斷裂帶相接，東止于瑪東構(gòu)造帶[17]，延伸長(zhǎng)度約110 km，斷裂帶地表為瑪扎塔格山，為該斷裂帶活動(dòng)所形成的地表露頭，主要出露古近系和新近系，斷裂帶其他部位主要為第四系所覆蓋，鉆井資料及地震層位追蹤資料顯示，瑪扎塔格斷裂帶以前寒武系為基底，整體缺失中生界，中寒武統(tǒng)發(fā)育局限環(huán)境下鹽巖層或膏鹽巖層，多缺失中、上奧陶統(tǒng)，下奧陶統(tǒng)以海相碳酸鹽巖為主，泥盆系僅見(jiàn)東河塘組，石炭系厚度較大，主要以海相碳酸鹽巖為主，二疊系可見(jiàn)有火山巖發(fā)育，古近系見(jiàn)蒸發(fā)環(huán)境下的膏巖層穩(wěn)定分布，新近系和第四系主要以碎屑巖為主。鑒于鹽巖及膏巖層的塑性較好，且兩套巖層在斷裂帶分布較為穩(wěn)定，可作為區(qū)域性滑脫層。

圖1 巴楚隆起瑪扎塔格斷裂帶分布特征及剖面位置Fig.1 Locations and distribution of the Mazartag fault zone and other fault zones in the Bachu Uplifta.塔里木盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?；b.巴楚隆起斷裂展布；c.瑪扎塔格斷列帶展布Ⅰ.阿瓦提凹陷；Ⅱ.巴楚隆起；Ⅲ.麥蓋提斜坡；Ⅳ.柯坪斷隆;Faq.阿恰斷裂；Ftmxk.吐木休克斷裂；Fklsy.卡拉沙依斷裂；Fgds.古董山斷裂；Fmztg.瑪扎塔格斷裂；Fhmls.海米羅斯斷裂帶；Fslby.色力布亞斷裂帶；Fbd.巴東斷裂

2 瑪扎塔格斷裂帶幾何學(xué)特征

瑪扎塔格斷裂帶在平面上走向近東西，平面上可見(jiàn)其主要由3條斷層組成，各斷層之間走向平行，由西至東斷裂帶走向整體未發(fā)生較大變化。斷裂帶內(nèi)有多口鉆井，多鉆至奧陶系，可為斷裂帶內(nèi)層位標(biāo)定提供準(zhǔn)確鉆井依據(jù)，瑪扎塔格斷裂帶南側(cè)還可見(jiàn)有鳥(niǎo)山斷裂?，斣駭嗔褞в卸鄺l二維地震剖面垂直其走向切過(guò)，本節(jié)選取6條剖面，結(jié)合局部地區(qū)的淺表剖面，由西向東描述斷裂帶在各剖面上幾何學(xué)特征。

2.1 剖面幾何學(xué)特征

剖面MZ05-116位于瑪扎塔格斷裂帶最西端，結(jié)合淺表，可推測(cè)淺層構(gòu)造樣式為向東逆沖的背斜構(gòu)造，上盤(pán)地層強(qiáng)烈隆升，遭受剝蝕夷平，斷層F1向深部產(chǎn)狀變緩收斂至古近系底滑脫層，淺層構(gòu)造整體表現(xiàn)為斷層轉(zhuǎn)折褶皺樣式，斷層向上突破至地表，后期遭受剝蝕，經(jīng)識(shí)別分析，可知斷層未發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)上盤(pán)地層截層角(θ)為4.7°，地層向斜翼間角半角(γ)為0.59°，根據(jù)斷層轉(zhuǎn)折褶皺幾何形態(tài)與下伏斷層定量關(guān)系[18]可推知，斷層轉(zhuǎn)折角(φ)為22°，上盤(pán)截層角(β)約為-5°，斷層滑移率介于1.0～1.1，新生界斷層滑移量約為1.7 km；古生界中可明顯識(shí)別出另一構(gòu)造，經(jīng)層位追蹤可見(jiàn)，背斜頂部二疊系僅余下統(tǒng)部分地層，上覆新近系，剖面更北側(cè)見(jiàn)阿圖什組削截古近系。根據(jù)軸面劃分結(jié)果可推測(cè)斷層古生界中斷層F2形態(tài)，斷層北傾，整體產(chǎn)狀較緩，主要斷開(kāi)古生界，上盤(pán)地層在斷層作用下發(fā)生褶皺變形，古生界構(gòu)造整體仍表現(xiàn)為斷層轉(zhuǎn)折褶皺樣式，斷層向上可能進(jìn)入古近系底部滑脫面，向下滑脫至中寒武統(tǒng)滑脫層中，向斜褶皺翼間角半角約為74.7°，斷層轉(zhuǎn)折角約為30°，斷層滑移量約為2.52 km，相較于淺層變形，古生界斷層滑移量更大，褶皺幅度也更大。同時(shí)，斷層F2下盤(pán)地層雖然也發(fā)生抬升變形，但其主要為更深部斷層作用所導(dǎo)致；寒武系之下地層中可見(jiàn)有更深層的構(gòu)造變形，通過(guò)寒武系的軸面劃分可識(shí)別出基底之中斷層F3表現(xiàn)為南傾斷層，斷層向上突破下寒武統(tǒng)底，并收斂至中寒武統(tǒng)滑脫層中，上盤(pán)地層向北逆沖過(guò)程中，發(fā)生褶皺變形，形成背斜褶皺，斷層F3向深部收斂于基底滑脫層中(圖2)。

圖2 瑪扎塔格斷裂帶MZ05-116地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.2 Seismic section MZ05-116 of the Mazhatage fault zone (see Fig.1 for the section location)

剖面OGS14-30為剖面MZ05-116東側(cè)剖面，斷裂帶北側(cè)可見(jiàn)有薄層志留系，向南逐漸減薄尖滅。該剖面中可明顯識(shí)別追蹤出斷裂帶內(nèi)地層大角度傾斜的產(chǎn)狀(圖3)，而新生界在斷裂帶兩側(cè)產(chǎn)狀具有明顯差異，在剖面南側(cè)表現(xiàn)為起伏較大、強(qiáng)烈褶皺變形特征，而在斷裂帶北側(cè)則產(chǎn)狀較為平緩，根據(jù)切層點(diǎn)及地層產(chǎn)狀變化，可識(shí)別出新生界斷層F1，與剖面MZ05-116相比，剖面南側(cè)新生界變形更為復(fù)雜，存在有多個(gè)向斜及背斜，在背向斜前方，斷層發(fā)生突破，褶皺頂部出露地表，后方多個(gè)起伏較小的背向斜的形成可能起因于新生界沿早期不平整的古生界滑脫層滑移過(guò)程中發(fā)生褶皺變形，新生界斷層向上出露地表，遭受剝蝕；古生界的同相軸可顯著識(shí)別出地層產(chǎn)狀的變化，借助Ma8井鉆井?dāng)?shù)據(jù)，可對(duì)斷裂帶內(nèi)地層進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，根據(jù)地層切層點(diǎn)可識(shí)別出斷層F2產(chǎn)狀，F(xiàn)2斷層向上部斷穿了古生界，并導(dǎo)致上盤(pán)發(fā)生強(qiáng)烈褶皺變形，上盤(pán)地層抬升變形后遭受風(fēng)化剝蝕，其所形成的背斜頂被夷平，新近系阿圖什組削截古近系、中、上二疊統(tǒng)及下二疊統(tǒng)，向下其產(chǎn)狀逐漸變緩收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，其向斜軸面翼間角半角約為72.56°，據(jù)公式計(jì)算斷層轉(zhuǎn)折角約為35°，斷層滑移量約為3.14 km；中寒武統(tǒng)滑脫層之下仍表現(xiàn)出一背斜，為基底之中斷層F3活動(dòng)結(jié)果，該斷層導(dǎo)致古生界多套地層變形，并向上突破下寒武統(tǒng)底界，斷至中寒武統(tǒng)底，位移傳遞到滑脫層中并將位移量沿滑脫層傳遞，基底斷層向下收斂于基底滑脫層中。

圖3 瑪扎塔格斷裂帶OGSZ14-30地震解釋剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.3 Seismic interpretation of section OGSZ14-30 of the Mazhatage fault zone (see Fig.1 for the section location)

剖面YL-NS13位于瑪扎塔格斷裂帶中部，空白地震剖面中可見(jiàn)斷裂帶內(nèi)地震反射品質(zhì)較差，斷列帶內(nèi)淺層明顯發(fā)育有一角度不整合面，斷裂帶兩側(cè)淺層地層產(chǎn)狀顯著不一致，通過(guò)切層點(diǎn)識(shí)別及新近系軸面可識(shí)別出新生界斷層F1，可見(jiàn)背斜褶皺頂部，褶皺幅度較低，與上一剖面中同一斷層相比，該剖面中斷層所造成的斷距較小，F(xiàn)1斷層向上產(chǎn)狀逐漸變陡，并向上出露地表，斷層向下產(chǎn)狀逐漸變緩收斂于古近系底部滑脫層中；根據(jù)新近系阿圖什組與下伏地層的削截關(guān)系及被削截后殘余地層的產(chǎn)狀，可以推斷斷裂帶內(nèi)地層形態(tài)為一較為緊閉的背斜，斷層F2的活動(dòng)使地層發(fā)生較大角度翹傾，背斜頂部的古近系及新近系部分地層也發(fā)生了褶皺變形，背斜頂部的古近系、上二疊統(tǒng)及部分下二疊統(tǒng)被削截，F(xiàn)2斷層表現(xiàn)為北傾，其向上逆沖至古近系底并為新生界沿古近系底斷層所截，向下部產(chǎn)狀逐漸變緩并收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，該斷層所形成褶皺翼間角半角約為76.3°，斷層轉(zhuǎn)折角為27.4°，滑移距約為2.4 km。通過(guò)對(duì)前寒武系中同相軸的識(shí)別，可推測(cè)前寒武系中斷層F3的形態(tài)，其仍為主要斷開(kāi)寒武系及前寒武系的斷層，斷層向下不收斂于基底滑脫層之中，向上部?jī)H斷開(kāi)了寒武系底，并導(dǎo)致寒武系之上的各地層發(fā)生小幅度抬升及褶皺，而后為斷層F2的活動(dòng)所改造，形成古生界的構(gòu)造樣式(圖4)。

圖4 瑪扎塔格斷裂帶YL-NS13地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.4 Seismic interpretation of section YL-NS13 of the Mazhatage fault zone (see Fig.1 for the section location)

剖面35ALL-ma位于瑪扎塔格斷裂帶中東部，泥盆系向南部逐漸減薄至尖滅，地震剖面中可見(jiàn)斷裂帶內(nèi)地震反射品質(zhì)較差，斷列帶內(nèi)淺層發(fā)育有角度不整合面，斷裂帶兩側(cè)淺層地層產(chǎn)狀顯著不一致(圖5)，通過(guò)切層點(diǎn)識(shí)別及新近系軸面可識(shí)別出新生界斷層F1，與上一剖面中同一斷層相比，該剖面中斷層所造成的斷距較小，F(xiàn)1斷層向上產(chǎn)狀逐漸變陡，并出露地表，向下產(chǎn)狀逐漸變緩收斂于古近系底滑脫層中，通過(guò)剖面解釋結(jié)果及角度關(guān)系可知，斷層F1所形成的向斜翼間角半角(γ)約為80°，斷層未發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)與上盤(pán)地層切層角(θ)約為12.5°，斷層轉(zhuǎn)折角(φ)約為18°，斷層轉(zhuǎn)折后與上盤(pán)地層夾角(β)約為78°，斷層滑移距約為2.61 km；斷層F2的活動(dòng)使背斜頂部的古近系及新近系部分地層也發(fā)生了褶皺變形，背斜頂部的古近系、上二疊統(tǒng)及部分下二疊統(tǒng)削截，F(xiàn)2斷層表現(xiàn)為北傾，其向上逆沖至古近系底并為新生界沿古近系底斷層所截，向下部產(chǎn)狀逐漸變緩并收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，該斷層翼間角半角(γ)約為82.1°，斷層轉(zhuǎn)折角(φ)約為18°，其滑移距約為5.38 km。斷層F2下盤(pán)地層仍存在有寒武系底界形態(tài)與上覆地層形態(tài)不一致的特征，通過(guò)對(duì)前寒武系中同相軸的識(shí)別，可推測(cè)前寒武系中斷層F3的形態(tài)，其仍為主要斷開(kāi)寒武系及前寒武系的斷層，斷層向下收斂于基底滑脫層之中，向上部?jī)H斷開(kāi)了寒武系底，并斷至中寒武統(tǒng)滑脫層中，并導(dǎo)致寒武系之上的各地層發(fā)生小幅度抬升及褶皺，而后為斷層F2的活動(dòng)所改造，形成古生界現(xiàn)今構(gòu)造樣式。

圖5 瑪扎塔格斷裂帶35ALL-ma地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.5 Seismic interpretation of section 35ALL-ma of the Mazartag fault zone (see Fig.1 for the section location)

剖面OGS14-40位于瑪扎塔格斷裂帶中東部，通過(guò)層位追蹤識(shí)別，結(jié)合淺表地質(zhì)剖面，可繪制出淺層地層變形樣式如圖6所示，其為斷層F1逆沖至地表所形成的構(gòu)造，斷層F1向上發(fā)生多次小幅轉(zhuǎn)折，與剖面35ALL-ma相比，該剖面中F1產(chǎn)狀更緩，且F1斷層在上部產(chǎn)生小幅分支斷層，該剖面中斷層出露地表的部分同樣遭受風(fēng)化剝蝕夷平，經(jīng)解釋計(jì)算可知該剖面中F1斷層所形成褶皺翼間角半角約為(γ)約為86°，斷層未發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)與上盤(pán)地層切層角(θ)約為16°，斷層轉(zhuǎn)折角(φ)約為10°，斷層轉(zhuǎn)折后與上盤(pán)地層夾角(β)約為-15°，斷層滑移距約為2.15 km；古生界的構(gòu)造樣式與上一剖面相比發(fā)生了一些變化，由地震剖面可見(jiàn)，斷裂帶北部地層產(chǎn)狀變緩，而斷裂帶南部地層相對(duì)有變陡的趨勢(shì)，古生界仍發(fā)育有北傾斷層F2，斷層導(dǎo)致上盤(pán)地層發(fā)生褶皺隆升，地層隆升幅度相較上一剖面較小，該斷層向下部收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層之中，在近褶皺向斜處，可見(jiàn)有斷層F4發(fā)育，斷層產(chǎn)狀較陡，從解釋結(jié)果上來(lái)看，斷層F4的斷距要大于F2的斷距，推測(cè)斷層F4可能為早期基底斷層向上的延伸部分，而后期為斷層F2所錯(cuò)斷；該剖面中仍可見(jiàn)由基底斷層F3活動(dòng)所導(dǎo)致的地層褶皺變形。

圖6 瑪扎塔格斷裂帶OGS14-40地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.6 Seismic interpretation of section OGS14-40 of the Mazartag fault zone (see Fig.1 for the section location)

剖面MZ98-222位于瑪扎塔格斷裂帶東部，該剖面南部過(guò)瑪北1井，由瑪北1井鉆井資料可知，剖面南部自上而下可見(jiàn)有第四系、新近系、二疊系、石炭系、下奧陶統(tǒng)等，而由與該剖面相交剖面的投影可知，剖面北部可見(jiàn)上奧陶統(tǒng)。該剖面中部明顯發(fā)育一背斜隆起，縱向上中部地層反射較為清晰，剖面淺部地層發(fā)育有新生界斷層F1，斷層以古近系底面為滑脫面，向上逆沖至地表，斷層的活動(dòng)使上盤(pán)地層發(fā)生翹傾，新生界整體出露地表，遭受剝蝕夷平，上盤(pán)僅殘余褶皺向斜部分。古生界所形成的背斜褶皺也存在有石炭系之上地層和下伏地層軸面不一致的現(xiàn)象，通過(guò)軸面識(shí)別可推測(cè)出斷層F2表現(xiàn)為北傾，其向下收斂于中寒武統(tǒng)滑脫層中，而整體產(chǎn)狀均較緩，向上部終止于石炭系底，斷層的活動(dòng)導(dǎo)致上覆地層形成前翼陡短、后翼長(zhǎng)緩的背斜褶皺，褶皺表現(xiàn)為斷層傳播褶皺樣式，褶皺后翼向斜翼間角半角約為84.8°，斷層轉(zhuǎn)折角約為10.4°，斷層滑移量約為3.62 km。新生界的沖斷在該斷層活動(dòng)形成的褶皺基礎(chǔ)之上沿古近系底部滑脫面滑動(dòng)而成，與上一剖面相比，該剖面中段裂活動(dòng)明顯減弱，且斷層F2未向上突破至古近系底部。寒武系及下伏地層的褶皺變形則是由于斷層F3的活動(dòng)，F(xiàn)3斷層主要發(fā)育在前寒武系中，其下部產(chǎn)狀漸緩收斂至基底滑脫層中，前寒武系中仍可見(jiàn)有斷層活動(dòng)所導(dǎo)致的地層傾斜(圖7)。

圖7 瑪扎塔格斷裂帶MZ98-222地震剖面(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.7 Seismic interpretation of section MZ98-222 of the Mazartag fault zone (see Fig.1 for the section location)

由上述6條地震剖面可以看出，瑪扎塔斷裂帶主要表現(xiàn)為分層變形特征，斷裂帶在整體上構(gòu)造樣式較為一致。各剖面差異主要反映在斷層活動(dòng)強(qiáng)度及其在地層中產(chǎn)狀(表1)。其中，新生界斷層F1由南向北逆沖，以古近系底面為滑脫層，導(dǎo)致上盤(pán)地層褶皺變形，形成背斜并逆沖至地表，組成背斜的地層主要為古近系、新近系及第四系，后期遭受剝蝕夷平，僅殘余背斜一部分或者完全被剝蝕，由西向東，斷層傾角經(jīng)歷陡—緩—陡—緩的過(guò)程，通過(guò)對(duì)各剖面F1斷層的滑移量對(duì)比來(lái)看，其在斷裂帶中部具有滑移量較大，向兩端滑移量較小的特點(diǎn)，滑移量為1.7～2.61 km，同時(shí)對(duì)其斷層轉(zhuǎn)折角進(jìn)行比較也不難發(fā)現(xiàn)其具有東部大(φ=22°)而向西部減小(φ=10°)的特征；古生界斷裂F2表現(xiàn)為由北向南逆沖，該斷層的活動(dòng)是瑪扎塔格斷裂帶古生界背斜的主要成因，上盤(pán)地層在斷層活動(dòng)作用下強(qiáng)烈隆升，并遭受剝蝕，在剖面上，通過(guò)對(duì)F2斷層滑移距的統(tǒng)計(jì)可知，F(xiàn)2斷層在剖面35ALL-ma中最大，向兩端僅具有減小的趨勢(shì)，其斷層轉(zhuǎn)折角同樣具有在西部較大、東部較小的特征。鹽下及基底地層傾斜翹升則是基底斷層的活動(dòng)所致，基底之中斷層表現(xiàn)為南傾，沿?cái)嗔褞в晌飨驏|，基底斷層F3的構(gòu)造樣式較為一致，在斷開(kāi)寒武系底界的同時(shí)，導(dǎo)致寒武系及奧陶至二疊系發(fā)生一系列翹傾及隆升，由剖面中各地層產(chǎn)狀可以推測(cè)，該斷層的活動(dòng)可能是多期的。綜上可知，瑪扎塔格斷裂帶整體表現(xiàn)為分層變形特征，斷層分別以古近系底、中寒武統(tǒng)底為界和基底滑脫面為滑脫層，古生界和新生界的構(gòu)造變形均受到基底斷層活動(dòng)的影響，斷裂在走向上產(chǎn)狀較為一致，分布穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)同一剖面中新生界構(gòu)造和古生界構(gòu)造的定量參數(shù)特征對(duì)比，可以看出，新生界斷層和古生界斷層所形成褶皺向斜的翼間角基本上都介于75°～86°，斷層活動(dòng)性越弱的剖面其向斜翼間角半角角度越小，符合活動(dòng)強(qiáng)度弱而褶皺趨于平緩的特征，總體而言，古生界構(gòu)造活動(dòng)普遍強(qiáng)于新生界構(gòu)造活動(dòng)，其活動(dòng)強(qiáng)度的差異也在側(cè)面證實(shí)了瑪扎塔格斷裂帶分層變形的特征。

表1 瑪扎塔格斷裂帶各剖面斷層定量幾何學(xué)特征統(tǒng)計(jì)(剖面位置見(jiàn)圖1)Table 1 Statistics of quantitative geometric characteristics of faults in various sections of the Mazartag fault zone (see Fig.1 for the section locations)

2.2 三維幾何學(xué)特征

上述剖面分別描述了瑪扎塔格斷裂帶在各處的幾何學(xué)特征，基于上述斷裂解釋方案，建立了瑪扎塔格斷裂帶的三維形態(tài)(圖8)，由其三維空間特征可看到瑪扎塔格斷裂帶新生界斷層、古生界斷層及基底斷層在垂向上的疊置樣式。新生界斷層整體上走向穩(wěn)定，沿走向上僅發(fā)生小幅轉(zhuǎn)折，其南側(cè)的鳥(niǎo)山斷裂的新生界斷層與其基本平行，延伸長(zhǎng)度較短，在鳥(niǎo)山斷裂發(fā)育的部位，也恰是瑪扎塔斷裂帶新生界斷層走向發(fā)生小幅轉(zhuǎn)折的部位，在過(guò)該處的地震剖面中也可見(jiàn)瑪扎塔格斷裂新生界斷層F1所形成的褶皺后翼發(fā)生了褶皺變形，而在其他位置處均未見(jiàn)該現(xiàn)象，據(jù)此可推測(cè)該處經(jīng)受了更強(qiáng)的擠壓應(yīng)力，不僅導(dǎo)致了鳥(niǎo)山斷裂的形成，也導(dǎo)致褶皺后翼發(fā)生褶皺變形，此外還可見(jiàn)斷層F1在沿?cái)鄬幼呦蛟谄淠┒讼蚰习l(fā)生小幅轉(zhuǎn)折，斷面逐漸變窄，表現(xiàn)出斷層逐漸消失的趨勢(shì)；古生界斷層及基底斷層在三維空間上表現(xiàn)為上下疊置，傾向相反，基底斷層收斂于基底滑脫層中，基底滑脫面在斷裂帶走向上表現(xiàn)為西低東高，基底斷面在走向上略有起伏，在斷裂帶中部略下凹，基底斷層在瑪扎塔格斷裂帶多表現(xiàn)為隱伏特征或僅略切穿寒武系底面，其隱伏特征在斷裂帶西部表現(xiàn)更為顯著；古生界斷裂在垂向上位于基底斷裂之上，其走向基本穩(wěn)定，斷層在鳥(niǎo)山斷裂發(fā)育處和斷裂帶東端發(fā)生小幅轉(zhuǎn)折，斷面在西部產(chǎn)狀陡，向東部產(chǎn)狀略微變緩，瑪扎塔格斷裂帶的三維特征中可見(jiàn)沿?cái)嗔褞?，寒武系底地層在基底作用下向上隆起變形。此外，在瑪扎塔格古生界斷層F2的局部位置可見(jiàn)有分支斷層F4發(fā)育，該斷層延伸長(zhǎng)度有限，與古生界主斷層在空間上表現(xiàn)為交切關(guān)系。

圖8 瑪扎塔格斷裂帶斷層三維形態(tài)Fig.8 3D morphology of the Mazartag fault zonea.新生界斷層及古近系底面；b.新生界斷層及鳥(niǎo)山斷裂新生界斷層;c.古生界斷層及寒武系底、基底;d.基底斷層及古生界斷層

3 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

以上述地震解釋結(jié)果為基礎(chǔ)，通過(guò)采用平衡剖面復(fù)原方法，對(duì)OGS14-40剖面進(jìn)行了構(gòu)造復(fù)原，復(fù)原結(jié)果如圖9所示?，斣駭嗔褞а莼譃槿缦聨讉€(gè)過(guò)程，寒武系沉積之前，在盆地張性應(yīng)力背景條件下[19-21]，在瑪扎塔格斷裂帶形成了早期的張性正斷層[22]，并導(dǎo)致斷層之上地層發(fā)生小幅度坳陷，至中晚奧陶世在北昆侖洋向中昆侖地體下的俯沖作用影響下[23-24]，塔里木盆地南部發(fā)生碰撞，盆地此時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)為擠壓環(huán)境，在上奧陶世沉積之前，早期形成的正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)，斷層上盤(pán)地層向上運(yùn)動(dòng)，斷開(kāi)了寒武系底部的部分地層，并使上覆地層在該斷層活動(dòng)作用下形成低幅隆起，中奧陶統(tǒng)在該期斷層的活動(dòng)作用下可能出露水面遭受剝蝕，導(dǎo)致斷裂帶內(nèi)中奧陶統(tǒng)大部缺失，也可見(jiàn)由于該斷層形成的低幅隆起，晚奧陶世沉積地層向隆起方向減薄尖滅；至志留紀(jì)，塔里木盆地南部仍處于擠壓環(huán)境，在該應(yīng)力條件下，中晚奧陶世形成的斷層繼續(xù)活動(dòng)，但其活動(dòng)強(qiáng)度較弱，但仍導(dǎo)致上覆地層持續(xù)隆升，并形成志留系向南部減薄尖滅的現(xiàn)象；泥盆到石炭紀(jì)，塔里木盆地南部表現(xiàn)為張性應(yīng)力環(huán)境，此時(shí)穩(wěn)定沉積了石炭紀(jì)地層，至晚二疊紀(jì)到三疊紀(jì)，古特提斯洋向中昆侖地體的俯沖達(dá)到高潮[25-27]，塔里木盆地南部再次遭受碰撞，該期碰撞較為強(qiáng)烈，導(dǎo)致斷裂帶南側(cè)地層強(qiáng)烈向巴楚楔入，形成了沿中寒武統(tǒng)滑脫層滑脫并由北向南逆沖的斷層，該斷層的活動(dòng)導(dǎo)致中寒武統(tǒng)至二疊系發(fā)生褶皺變形；古近系沉積后，塔里木盆地受印度-歐亞板塊的碰撞影響，南部遭受擠壓，在擠壓作用下，北傾斷層持續(xù)性活動(dòng)，并導(dǎo)致古近系褶皺變形；新近系阿圖什組沉積前，北傾斷層再次活化，并導(dǎo)致沉積的新近系安居安組和帕卡布拉克組地層發(fā)生褶皺變形，在沉積期間，早期斷層活動(dòng)所形成的褶皺變形出露地表遭受剝蝕夷平；至上新世到第四紀(jì)，青藏高原的隆升、中亞地區(qū)的強(qiáng)烈擠壓及一系列構(gòu)造事件導(dǎo)致塔西南重新處于擠壓環(huán)境，此前古近系沉積了一套膏巖層，在該期強(qiáng)烈擠壓作用下，古近系之上地層沿該膏巖層發(fā)生滑動(dòng)，發(fā)生突破形成由南向北逆沖的新生界斷層，新生界各地層在該斷層的活動(dòng)下向上強(qiáng)烈逆沖，出露地表形成地表的瑪扎塔格山，并遭受部分剝蝕，形成現(xiàn)今形態(tài)。

圖9 過(guò)瑪扎塔格斷裂帶OGS14-40剖面演化過(guò)程Fig.9 Evolution of section OGS14-40 across the Mazartag fault zone

4 討論

4.1 斷裂帶形成時(shí)間及期次及活動(dòng)強(qiáng)度

關(guān)于斷裂帶的活動(dòng)時(shí)間和期次的研究一直是斷裂構(gòu)造研究的重點(diǎn)，斷裂帶活動(dòng)時(shí)間和期次的確定是進(jìn)行斷裂成因分析的前提和基礎(chǔ)，同時(shí)斷裂的活動(dòng)也在很大程度上影響了油氣的垂向運(yùn)移。由上述所描述的瑪扎塔格斷裂帶幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征中可知，瑪扎塔格斷裂帶不僅在縱向上具有顯著分層變形特征，各構(gòu)造層斷裂的活動(dòng)也具有分期性。上文已述新生界斷層形成時(shí)間約為上新世至第四紀(jì)，通過(guò)斷裂幾何學(xué)特征的定量解析可知，其斷層滑移距為1.7～2.61 km，斷層的滑移量具有在中間較大，兩端較小的特征，其基本上代表了新生界斷層的活動(dòng)強(qiáng)度變化，同時(shí)斷層在不同部位的轉(zhuǎn)折角也略有差異，但均表現(xiàn)為低角度轉(zhuǎn)折特征；雖然新生界斷層所形成的的背斜褶皺大部分被剝蝕夷平，但從淺表剖面所補(bǔ)齊的褶皺形態(tài)中仍可見(jiàn)從新近系帕卡布拉克組開(kāi)始就表現(xiàn)為顯著的楔狀減薄的特征，基本可證明新生界斷層開(kāi)始活動(dòng)時(shí)間約為中新世中晚期。而古生界斷裂在新近紀(jì)早期發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，該期構(gòu)造活動(dòng)反映在斷裂帶南部古近系至新近系安居安組的結(jié)構(gòu)中，斷裂帶北側(cè)地層中可識(shí)別出多期不整合(圖10)。根據(jù)地層接觸關(guān)系可將其進(jìn)一步劃分為兩期，分別對(duì)應(yīng)于古新世末期和中新世末期，該斷層在古新世末期活動(dòng)強(qiáng)度極大，形成了規(guī)模較大的背斜褶皺，在上文中對(duì)于該褶皺的定量描述中可知，斷層的滑移距多在2.4 km以上，在斷裂帶中部可達(dá)5.15 km，斷層在上部地層中角度多為30°左右，但在部分剖面中如斷裂帶中部35ALL-ma剖面和斷裂帶東部MZ05-222剖面，斷層表現(xiàn)為低角度轉(zhuǎn)折特征，斷層的轉(zhuǎn)折角基本上控制了古生界褶皺形態(tài)，低角度轉(zhuǎn)折的斷層所形成的古生界褶皺較為寬緩；在古生界斷層形成并活動(dòng)之前，瑪扎塔格斷裂帶就具有背斜形態(tài)，上文的論述中證明，該背斜形態(tài)可能形成于志留紀(jì)沉積之前，并對(duì)應(yīng)于塔西南中晚奧陶世和田古隆起的形成過(guò)程[15]，該期構(gòu)造活動(dòng)主要為基底中斷層活動(dòng)的結(jié)果，最早可追溯至中晚奧陶世，斷層在后期的活動(dòng)或滑脫至中寒武統(tǒng)底，或突破中寒武統(tǒng)，并為后期斷層所改造。

圖10 扎塔格斷裂帶北側(cè)地層接觸關(guān)系特征(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.10 Unconformity contact features on the north side of the Mazartag fault zone (see Fig.1 for the section locations)a.剖面MZ98-222；b.剖面MZ98214

4.2 斷裂帶成因機(jī)制

在前人對(duì)于瑪扎塔格斷裂帶成因的討論中，基本上已經(jīng)將瑪扎塔格顯生宙以來(lái)的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于盆地周緣板塊的活動(dòng)，即中晚奧陶世塔里木與中昆侖地體碰撞[4,28-30]、古新世末期印度與歐亞板塊碰撞[30-32]?，斣駭嗔褞КF(xiàn)今石炭系埋深等值線圖[1]指示了在瑪扎塔格斷裂帶變形過(guò)程中最大主應(yīng)力的方向，基本上指示了其應(yīng)力來(lái)源為塔西南山前。然而，瑪扎塔格斷裂帶位處塔里木盆地腹地，其應(yīng)表現(xiàn)為克拉通內(nèi)部較穩(wěn)定的環(huán)境，雖然其具有產(chǎn)生斷裂的外部應(yīng)力條件，但斷裂在該處的產(chǎn)生必然有更深層的原因。從塔里木盆地的航磁異常及航磁化極異常圖以及接收函數(shù)成像圖[33-35]均可見(jiàn)瑪扎塔格斷裂帶表現(xiàn)出深部斷裂的特征，前人的研究中也基本認(rèn)同基底活動(dòng)斷層的存在[36]，上文中的論述也說(shuō)明了瑪扎塔格斷裂帶在中-晚奧陶世就表現(xiàn)出逆沖斷裂活動(dòng)的特征，且該期活動(dòng)對(duì)應(yīng)了基底斷層的活動(dòng)，前寒武紀(jì)塔里木盆地處于張性應(yīng)力背景下，盆地內(nèi)發(fā)育裂谷，瑪扎塔格斷裂帶基底斷層也可能為早期張性應(yīng)力條件下形成的正斷層在后期盆地周緣受擠壓應(yīng)力條件下發(fā)生反轉(zhuǎn)而形成的，在基底斷層活動(dòng)形成的低緩背斜基礎(chǔ)之上，受后期多期擠壓應(yīng)力影響，分別沿中寒武統(tǒng)底界面和古近系底形成了古生界和新生界斷裂。

4.3 斷裂幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征對(duì)油氣成藏的影響

隨著塔里木盆地勘探進(jìn)展和深入，塔里木盆地的勘探逐漸由淺層走向中深層，由“巖溶”走向“斷控”，順北油氣田的發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了以走滑斷裂控制的油氣成藏類(lèi)型的勘探和突破[37-43]。在對(duì)盆地內(nèi)逆沖斷裂的研究過(guò)程中，學(xué)者們也認(rèn)識(shí)到斷層活動(dòng)對(duì)于褶皺形成過(guò)程和樣式的控制，在對(duì)褶皺背向斜轉(zhuǎn)折端的認(rèn)識(shí)上，已有學(xué)者將其解釋為“膝褶帶”構(gòu)造，而非早期所認(rèn)識(shí)的斷層[44]，這意味著連續(xù)的膝褶地層可能更有利于油氣的保存甚至是聚集，目前已有學(xué)者指出膝褶帶生長(zhǎng)過(guò)程中有利于儲(chǔ)集空間的產(chǎn)生[45-46]，在對(duì)于膝褶帶的擴(kuò)容作用研究中，也有學(xué)者已總結(jié)出膝褶帶內(nèi)地層為擴(kuò)容或封堵的判別關(guān)系[9]。對(duì)于本文所研究的瑪扎塔格斷裂帶，其向斜翼間半角多為70°～90°，膝褶帶內(nèi)夾角β多大于α，對(duì)膝褶帶內(nèi)儲(chǔ)集空間的形成是有利的。目前在瑪扎塔格斷裂帶上已發(fā)現(xiàn)的油氣藏主要儲(chǔ)集層為奧陶系和石炭系，其成藏期次主要為加里東晚-海西早期，海西晚期和喜馬拉雅期等3個(gè)期次，恰對(duì)應(yīng)于斷裂帶的幾個(gè)主活動(dòng)期次。此外，和田河氣田其主要以喜馬拉雅期氣藏為主，對(duì)應(yīng)于早新生代斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)和有利的輸導(dǎo)背景，而晚新生代以古近系底面為滑脫層的逆沖構(gòu)造的形成，則是對(duì)下伏殘留構(gòu)造和已形成油氣藏的有利保存因素，鑒于巴楚隆起新近紀(jì)-第四紀(jì)強(qiáng)烈逆沖活動(dòng)，新生界的滑脫樣式的構(gòu)造利于后期油氣的保存。

5 結(jié)論

1) 瑪扎塔格斷裂帶在剖面上表現(xiàn)為新生界、古生界及基底的3套構(gòu)造變形，多滑脫層、多期構(gòu)造活動(dòng)、多應(yīng)力條件是形成斷裂帶分層變形的原因。

2) 瑪扎塔格斷裂帶總體構(gòu)造樣式在走向上基本一致，但斷層的傾角在走向上具有差異，斷層產(chǎn)狀和滑移量的差異是造成斷裂帶各剖面斷裂帶形態(tài)差異的原因，各構(gòu)造層中斷層滑移量的差異性也進(jìn)一步證明了斷裂分層變形特征。

3) 瑪扎塔格斷裂帶為震旦紀(jì)早期基底正斷層發(fā)生反轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上形成的構(gòu)造，基底斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn)后在晚奧陶世、志留紀(jì)持續(xù)活動(dòng)；古生界斷層在中、晚二疊世形成并強(qiáng)烈活動(dòng)，在古新世、中新世均再次活化并導(dǎo)致地層褶皺變形；新生界斷裂形成并活動(dòng)于上新世至第四紀(jì)，并導(dǎo)致新生界發(fā)生強(qiáng)烈逆沖變形。新生界逆沖滑脫構(gòu)造利于早期油氣藏的保存。