英雄嶺構造帶英西北帶鹽相關構造研究

李 祥, 熊業(yè)剛, 牛全兵, 朱 波, 歐榮生， 吳劍鋒

(1.中國石油 青海油田勘探開發(fā)研究院，敦煌 736202;2.中國石油 青海油田勘探事業(yè)部，敦煌 736202)

0 引言

1 地質(zhì)簡況

柴達木盆地隸屬于塔里木-中朝板塊，盆地的形成與演化主要受印度板塊向北楔入和阿爾金斷裂左型走滑控制，受長期擠壓及多類型基底影響，造成了湖盆中心遷移規(guī)律明顯和圈閉類型眾多的特點。英雄嶺構造帶位于柴達木盆地西部富油凹陷，地面以風蝕山地為主，溝壑縱橫，是晚喜山新構造運動形成的典型隆起帶。柴達木英西地區(qū)位于英雄嶺構造帶西北段，為喜山晚期隆起的典型反轉(zhuǎn)構造，油源條件優(yōu)越[8-9]。經(jīng)過多輪次的處理解釋攻關，在精細落實構造和斷裂特征基礎上，平面上將英西深層以①號、②號斷層劃分為南、中、北三個構造帶，筆者主要論述英西北帶的鹽相關構造(圖1)。

圖1 英西地區(qū)構造單元劃分

英雄嶺構造帶英西北帶主要發(fā)育中新生代地層，下第三系下干柴溝組上段地層是一套灰泥巖地層，地層中、上部發(fā)育有鹽巖層，鹽巖層的變形和流動制約了該區(qū)構造變形樣式。以鹽巖層為分界，可將研究區(qū)劃分為三個構造-地層層序：

1)鹽下層序。鉆井顯示主要為路樂河組、下干柴溝組下段、下干柴溝組上段(K17底-基巖頂)組成。下干柴溝組下段沉積早期發(fā)育分布較廣的淺棕紅色、棕褐色的砂礫巖和砂巖，為第三紀湖盆演化早期的沖積-河流以及三角洲沉積，晚期為淺灰至深灰色的三角洲前緣以及湖泊沉積，兩者之間為突變式的湖進。

2)鹽間層序。鉆井顯示主要為下干柴溝組上段(N1底-K17底)組成。巖性以含鹽地層為特征，塑性流動明顯。下干柴溝組上段沉積期是柴達木盆地湖盆最為發(fā)育的時期，這個時期英西位于古柴達木湖盆沉積中心。沉積早期相對湖平面開始上升，湖水面積擴大，陸源碎屑供給減少，有利于碳酸鹽以及硫酸鹽的廣泛沉積。沉積晚期相對湖平面開始下降，湖水面積快速萎縮，湖盆接受碎屑沉積增加[10]。在構造運動影響下，該區(qū)呈隆-洼相間的格局，加劇了湖盆水體的封閉，加之氣候總體趨向干旱，有利于水體咸化，易形成碳酸鹽巖-蒸發(fā)鹽沉積。

3)鹽上層序。鉆井顯示主要為上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組(N1底-地面)組成[11]。巖性以碎屑巖為主，不發(fā)育含鹽地層。受構造運動及下伏鹽巖地層影響，在滑脫斷層控制下，形成擠壓鹽滑脫褶皺構造。

2 鹽相關構造

通過鉆井、測井和地震資料剖面解釋，可以很好地解剖英雄嶺構造帶英西北帶鹽相關構造特征。研究表明，由于鹽巖具有較強的塑性流動特性，對其上覆的鹽上構造層和下伏的鹽下構造層的構造形態(tài)都能產(chǎn)生較大的影響。其能夠成為上覆層的應力滑脫面，也可作為下伏層的褶皺變形區(qū)，造就鹽上、鹽下地層差異變形、不協(xié)調(diào)變形的構造形態(tài)[12]。

2.1 鹽上構造樣式

鹽上層系中的脆性碎屑巖層在擠壓應力和下伏鹽層塑性流動共同作用下，發(fā)生變形而形成的各種構造樣式，稱為鹽上構造樣式。英西北帶鹽上構造主要包括逆掩斷層及其相關褶皺、逆掩推覆構造、背沖構造等。

過獅22井的主測線剖面(圖2)以淺綠色含鹽巖地層為界，表現(xiàn)出明顯的分層構造變形特征。鹽上構造層發(fā)育強烈逆掩推覆構造，上盤地層沿獅子溝斷面向西南方向發(fā)生大規(guī)模逆掩，鹽巖順獅子溝斷層面流動，上覆碎屑巖層發(fā)生形變，順獅子溝斷面形成寬緩低幅度背斜形態(tài)；下盤地層在獅子溝斷層逆掩牽引作用下，形成上傾單斜形態(tài)。在獅子溝斷層的東北部發(fā)育了反沖斷層F2，兩斷層傾向相對，之間所夾持地層增厚并向上沖起，發(fā)育背沖構造。鹽上構造層內(nèi)獅子溝斷層持續(xù)活動，其斷面滑脫距離遠、向下滑脫消亡于下伏鹽巖層內(nèi)，對鹽上構造層的獨立變形起控制作用。部分鹽巖在擠壓作用下沿獅子溝斷面向西南方向逆掩，發(fā)育鹽推覆構造，其塑性流變特性為上覆剛性地層的滑動減小了阻力，有利于大規(guī)模逆掩推覆構造的發(fā)育。

圖2 過獅22井地震地質(zhì)構造解釋(剖面位置圖1見A-A’)

2.2 鹽下構造樣式

地震資料顯示，在英西北帶鹽下層序中的地層也發(fā)生強烈變形，形成逆沖疊瓦構造、沖起構造、斷褶構造、背沖斷塊等。

過獅20井的主測線剖面(圖3)鹽下構造層內(nèi)發(fā)育多條逆沖斷層與反沖斷層，形成復雜的構造組合樣式。整體來看，鹽下構造層內(nèi)以逆沖斷層發(fā)育為主，反向調(diào)節(jié)逆沖斷層發(fā)育為輔，一系列逆沖斷層疊置發(fā)育，形成逆沖疊瓦構造組合樣式。鹽下構造層在剖面中部發(fā)生強烈構造變形，其內(nèi)所發(fā)育的多條逆沖斷層傾角相對較大，形成疊瓦狀逆掩斷層組合，其中②號斷層斷距最大，角度最高，為控制北帶構造發(fā)育的主逆沖斷層；斷層頂部斷距小于底部斷距，指示其活動具有繼承性；在②號斷層的西北側(cè)下盤發(fā)育F5、F6等一系列次級逆沖斷層，其發(fā)育時間在②號之后，符合前緣逆沖疊瓦扇的發(fā)育特征。由于研究區(qū)經(jīng)歷了較強烈的擠壓應力作用，容易形成反沖斷層，以此釋放多余應力，調(diào)節(jié)應變。在反沖斷層作用下，②號斷層與F13、F11、F10等斷層傾向相反，它們之間的地層受反向應力作用，地層抬升，發(fā)育沖起構造，形成局部高點。鹽下構造層整體變形與鹽上構造層相互獨立，其內(nèi)發(fā)育的各斷層向上消亡于下干柴溝組上段鹽巖層內(nèi)。

圖3 過獅20井地震地質(zhì)構造解釋(剖面位置圖1見B-B’)

2.3 鹽間構造樣式

鹽巖在鹽上與鹽下構造層的分層變形過程中起到塑性調(diào)節(jié)作用，并在區(qū)域性擠壓作用以及上、下剛性地層的聯(lián)合控制下，向高部位破裂區(qū)以及北東、南西兩側(cè)等低勢能區(qū)發(fā)生塑性流動，聚集增厚，并發(fā)育一系列鹽構造及鹽相關構造。通過井震結(jié)合，識別出英西北帶發(fā)育三套鹽巖層，自下而上將其命名為salt2層、salt3層和salt4層。對過獅20井剖面內(nèi)的鹽巖層橫向追蹤后(圖4)，識別出英西北帶的鹽相關構造，有鹽席、鹽推覆、鹽楔、鹽間斷褶、鹽背斜等。

圖4 過獅20井鹽巖展布范圍地震地質(zhì)構造解釋(剖面位置圖1見B-B’)

2.3.1 鹽席

鹽席是指鹽巖的寬度遠大于其厚度的外來鹽體，流動性小，能夠保持原始沉積層狀形態(tài)。

剖面內(nèi)salt2層具有典型的鹽席構造形態(tài)，該層系內(nèi)主要發(fā)育薄層鹽巖，單層厚度僅幾米至十幾米，結(jié)合本井以及周邊鄰近井的鉆井資料，鹽巖與石膏以薄互層形式發(fā)育，覆蓋于鹽下構造高部位之上，該處鹽下斷層高度發(fā)育，部分斷層穿切薄鹽層salt2向上生長，形成穿鹽斷層。

2.3.2 鹽推覆

鹽推覆構造是指軟弱鹽巖沿逆沖斷層面向上滑動，鹽間地層蠕動變形，覆蓋于下盤地層之上，表現(xiàn)為逆沖推覆特征。

剖面內(nèi)的salt4層發(fā)育典型的鹽推覆構造，鹽上斷層F1基本沿salt4底面滑脫，salt4整體隨鹽上構造層沿F1斷面向南逆沖推覆。由于salt4層參與了整個鹽上構造層的逆沖推覆活動，其為上覆剛性層提供了塑性滑脫底面，有利于其發(fā)生長距離大規(guī)模逆沖推覆。

2.3.3 鹽楔

鹽楔多出現(xiàn)在鹽體尖滅的地方，呈楔形抬升，在剖面上表現(xiàn)為不對稱形態(tài)，是在一邊受到強烈的擠壓，另一邊受到差異負載作用形成的[13]。

剖面內(nèi)的salt3層是該地區(qū)所發(fā)育三層鹽巖層里厚度最大的一套，其在南北兩端均以楔狀形態(tài)迅速減薄尖滅，構成典型鹽楔構造。繼續(xù)向南北兩側(cè)延伸的地層由塑性層變?yōu)榇嘈詫樱境实群癜l(fā)育，不再具有塑性流變特征。大多數(shù)鹽下斷層終止消亡于salt3內(nèi)，未對鹽上構造層的構造變形造成影響。

2.3.4 鹽間斷褶

鹽間斷褶為形成于鹽層內(nèi)部的沖斷構造以及斷層相關褶皺。

該區(qū)salt2和salt3層均覆蓋于鹽下強變形區(qū)之上，其間及其各自內(nèi)部的脆性地層受鹽下斷層影響，隨鹽下構造層發(fā)育相應的逆沖褶皺變形，形成一系列局部高點，具備勘探潛力。

2.3.5 鹽背斜

鹽背斜是指鹽蠕動過程中形成的背斜構造。鹽層在受力過程中，鹽間地層上隆，表現(xiàn)為背斜形態(tài)，剖面上顯示底平、頂拱的特征，形態(tài)對稱，上隆處鹽巖厚度較大，幅度較高[14]。

研究區(qū)內(nèi)的salt4鹽巖和獅子溝斷層組成了典型的鹽背斜構造，salt4在背斜頂部厚度達到最大，并帶動上覆地層發(fā)育背斜構造。

3 鹽相關構造演化過程

依據(jù)構造解釋成果，對斷面兩側(cè)地層厚度、單條斷層上下兩側(cè)斷距進行對比，結(jié)合區(qū)域構造研究成果及生長地層理論，借助平衡演化剖面，對英西新生代構造形成演化過程進行了探討。我們利用平衡剖面恢復技術研究工區(qū)構造演化，以剖面的一端作為固定點，另一端隨演化而變化，脆性地層遵循線長度守恒原則，塑性地層遵循面積守恒原則[15]。通過構造演化分析，英西的構造演化過程可劃分為以下三個主要期次。

3.1 弱擠壓沖斷變形期

在漸新世初期之前，研究區(qū)整體處于弱擠壓應力環(huán)境，鹽下的大型逆沖斷層在此期間已經(jīng)開始活動，但斷距較小，鹽下構造層整體未發(fā)生大規(guī)模構造形變(圖5)。

圖5 弱擠壓沖斷變形期過獅20井剖面構造演化過程

3.2 坳陷沉降期

在漸新世中晚期，研究區(qū)受到不斷增強的近南北向擠壓應力作用，先存逆沖斷裂繼續(xù)活動，上盤地層發(fā)育斷層傳播褶皺，同時在其逆沖前緣發(fā)育新生逆沖斷層，形成前緣逆沖疊瓦構造樣式(圖6)。在強烈的擠壓作用下，地層發(fā)生劇烈的撓曲變形，發(fā)生整體沉降，湖盆封閉，水體變深。在干旱環(huán)境下，湖體水分蒸發(fā)加快，加速水體咸化，鹽巖沉積加厚。從鉆井資料揭示來看，在漸新統(tǒng)內(nèi)發(fā)育有多套鹽巖，證實該坳陷在此時間段內(nèi)發(fā)生了多次大幅度沉降，形成了多期封閉湖盆。

圖6 坳陷沉降期過獅20井剖面構造演化過程

3.3 強擠壓逆沖褶皺期

在漸新世末期，印度板塊與亞洲板塊劇烈碰撞，所產(chǎn)生的應力傳導到英西地區(qū)，區(qū)內(nèi)受到強擠壓力作用，斷層發(fā)育，表現(xiàn)為劇烈構造活動。鹽上構造層在沉積過程中以鹽湖邊界為破裂點發(fā)生持續(xù)性逆沖，發(fā)育大規(guī)模逆掩推覆以及斷層相關褶皺(圖7)。鹽下構造層在強擠壓作用下，先存斷層繼續(xù)活動，發(fā)育大規(guī)模逆沖；逆沖構造帶前緣繼續(xù)發(fā)育新逆沖斷層，導致前緣逆沖疊瓦扇構造規(guī)模進一步擴大；該時期內(nèi)的強擠壓應力在該區(qū)域聚集，誘發(fā)了多條反向逆沖斷層的形成，以此吸收過大的縮短量，正沖、反沖斷層之間的地層受反向應力作用向上抬升，形成沖起構造。擠壓作用在新近系末期達到高峰，導致了整套地層的大幅度縮短以及鹽下構造層的進一步復雜化，直至形成現(xiàn)今的構造樣式。

圖7 強擠壓逆沖褶皺期過獅20井剖面構造演化過程

4 結(jié)論

1)英西北帶具備鹽上、鹽下分層變形的構造特征：鹽上發(fā)育大規(guī)模逆掩推覆構造；鹽下發(fā)育逆沖疊瓦構造和沖起構造的復雜變形組合；鹽巖層發(fā)育鹽席、鹽楔、鹽推覆、鹽間斷褶等鹽構造以及巖焊接、鹽斷背斜等鹽相關構造。

2)研究區(qū)在新生代經(jīng)歷了三個構造變形期：弱擠壓沖斷變形期、坳陷沉降期和強擠壓逆沖褶皺期。早期弱擠壓發(fā)育鹽下主干斷層；中期拗陷沉降發(fā)育多套鹽巖層；晚期強擠壓導致鹽下變形幅度增大以及構造形態(tài)復雜化，并發(fā)育鹽上大型逆掩推覆，形成現(xiàn)今構造形態(tài)。

3)研究區(qū)鹽間沖起構造變形區(qū)和鹽下逆沖疊瓦構造變形區(qū)經(jīng)歷了較強擠壓變形，地層經(jīng)擠壓改造較為破碎，構造縫更為發(fā)育，上覆鹽巖層厚度較大，是工區(qū)內(nèi)的有利油氣勘探區(qū)。