塔中隆起走滑斷裂分層變形機制研究的物理模擬實驗

彭梓俊，馮 磊，羅彩明，陳 石，宋興國，梁鑫鑫，周小蓉

(1.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京 102249；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

塔中隆起位于塔里木盆地中央隆起帶中部，是塔里木盆地油氣勘探的重點區(qū)塊之一。近年來，塔里木盆地中部發(fā)現(xiàn)了一系列奧陶系碳酸鹽巖走滑斷裂和斷控油氣藏，逐漸形成塔北隆起—塔中凸起連片的大油氣區(qū)，成為塔里木盆地重點油氣勘探領域之一[1-5]。近期，圍繞著走滑斷裂系統(tǒng)部署的井位也獲得許多重要的發(fā)現(xiàn)，中石化順北油田及塔中Ⅲ區(qū)均發(fā)現(xiàn)位于走滑斷裂帶附近的高產油氣田，其油藏主要受走滑斷裂的控制，針對走滑斷裂形成機制的研究對塔中油氣藏的開采具有十分重要的指導意義。前人對塔里木盆地塔中隆起的走滑斷裂特征、控儲控藏作用已有較多的研究，通過地震剖面上斷層切割地層關系、地層不整合界面和平面組合規(guī)律等的研究，大多數學者認為塔中隆起走滑斷裂在古生代形成，并且經歷兩期活動[1, 6-10]。關于塔中隆起的動力學成因，前人做了大量的工作，但是還沒有形成統(tǒng)一的看法，鄔光輝等認為塔北—塔中地區(qū)的走滑斷裂是在晚奧陶世來自東南方向強烈斜向擠壓作用形成的統(tǒng)一差異走滑系統(tǒng)[11- 12]，楊勇等認為塔中隆起走滑斷裂的演化過程經歷了兩個階段，中奧陶世末受塔里木盆地周緣的造山帶作用形成壓扭走滑斷裂。晚志留世—中泥盆世塔里木南緣仍處于擠壓環(huán)境，盆地西北緣南天山洋發(fā)育弧后盆地，來自西北的伸展應力作用于塔中地區(qū)，使塔中處于張扭應力環(huán)境，早期的走滑斷裂在這種區(qū)域應力作用下繼續(xù)活動并且發(fā)展為張扭變形[7, 9]。韓曉影[13]認為在晚奧陶世古昆侖洋俯沖形成的擠壓應力作用于塔中地區(qū)基底薄弱帶上形成北東向壓扭走滑斷裂，中志留—中泥盆世，在盆地東南緣阿爾金構造域的強烈活動下使早期走滑斷裂復活形成同沉積雁列正斷層。根據前人的研究可以看出塔里木盆地塔中隆起走滑斷裂的發(fā)育具有多期次的特點，通過對塔中隆起三維地震資料剖面和沿層相干屬性圖的研究以及前人資料的收集，可以發(fā)現(xiàn)塔中隆起走滑斷裂在垂向上具有明顯的分層性，因此，筆者為了探討垂向上地層性質變化和多期活動這兩個因素如何具體對走滑斷裂產生影響，基于塔中隆起斷裂帶的構造特征結合物理模擬實驗來對其分層變形機制進行研究，為塔中油氣勘探提供理論依據。

1 區(qū)域地質概況

1.1 區(qū)域構造背景

塔里木板塊的雛形是一個古生代小型陸殼板塊，在海西-燕山期與歐亞板塊碰撞拼接之后，才有了如今的面貌。塔里木板塊與歐亞板塊碰撞拼貼的過程十分復雜，時間也十分漫長。塔里木盆地與周緣兩大構造體系(阿爾泰和特提斯構造體系)的對接始于元古代阿爾泰洋盆和特提斯洋盆的關閉，終于新生代青藏高原的隆升，在此過程中，塔里木盆地周緣有著許多強烈的構造活動，形成了許多著名的造山帶，塔里木盆地的北部為天山造山帶，南部為西昆侖-阿爾金弧形造山帶，現(xiàn)今的塔里木盆地被復雜的環(huán)形造山帶環(huán)繞。而塔里木盆地在此過程中也發(fā)生了許多改變，塔里木板塊的很大一部分俯沖消減到了周緣的造山帶之下，現(xiàn)今塔里木盆地的面積遠小于原來的面積[14-16]。塔中地區(qū)發(fā)育于塔里木盆地滿加爾坳陷周緣[17-18](圖1)，是塔里木盆地內有利的油氣富集區(qū)，經過多年勘探已建成塔中古生界碳酸鹽巖富油氣區(qū)帶。塔中低凸起是目前塔里木盆地的主力探區(qū)之一，多種類型的油氣藏在垂向上復合疊置，橫向上連片成帶，共同構成了一個典型的復式油氣聚集區(qū)。研究區(qū)構造上位于塔里木盆地中央隆起帶中部，西臨巴楚凸起，東接古城低凸起，北部以斜坡形式連接北部坳陷，隆起最南邊與塘古坳陷相接，是早古生代開始發(fā)育的呈 NW-SE 展布的隆起帶，整體向東南收斂，面積約24 500 km2。

1.2 區(qū)域地層

塔中地區(qū)中—新生代地層發(fā)育齊全，厚度穩(wěn)定，為灰褐色—灰黃色泥巖、砂泥巖和砂礫等不均一互層。中生界主要發(fā)育三疊系和白堊系，缺失侏羅系，巖性以大套砂巖和泥巖為主。走滑斷裂發(fā)育的古生代地層自下而上有寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系[19]。塔中隆起奧陶系、志留系和泥盆系由北西向南東整體抬升，遭受到不同程度的剝蝕。寒武系與前寒武系之間為低角度不整合接觸，寒武系與下奧陶統(tǒng)之間為整合接觸，兩者沉積環(huán)境為開闊臺地相，寒武系巖性以灰色白云巖和膏鹽巖為主，厚度為1 600～2 000 m。下奧陶統(tǒng)主要沉積由灰?guī)r和白云巖構成的碳酸鹽巖，厚度為900～1 800 m；中、上奧陶統(tǒng)沉積環(huán)境也為開闊臺地相，厚度為0～2 300 m，隆起區(qū)以碳酸鹽巖為主。奧陶系在構造高部位剝蝕嚴重，與上覆志留系為不整合接觸。志留系與泥盆系是在濱淺海環(huán)境下沉積，巖性為陸源碎屑巖，志留系主要發(fā)育泥質粉砂巖、泥巖、雜砂巖和頁巖。泥盆系主要沉積細砂巖。志留系和泥盆系厚度為600～800 m，志留系與泥盆系在隆起的構造高點也遭受剝蝕，與石炭系之間為不整合接觸。塔中隆起石炭系分布廣泛，以濱?！逼喝侵蕹练e物為主，巖性由碎屑巖和碳酸鹽巖為主，厚度為400～1 200 m。二疊系與石炭系之間為假整合接觸，下二疊統(tǒng)發(fā)育碎屑巖和火山巖，厚度為200～800 m。上二疊統(tǒng)與下伏地層之間為平行不整合接觸，為一套濱湖相沉積的碎屑巖(表1)。

表1 塔中地區(qū)古生界地層簡表(據文獻[13])

2 塔中隆起走滑斷裂分層變形特征

通過對塔中隆起三維地震資料剖面和沿層相干屬性圖的研究以及前人資料的收集，發(fā)現(xiàn)塔中隆起走滑斷裂基本都在石炭系以下發(fā)育，部分在三疊紀仍然活動，塔中走滑斷裂非常直立地將寒武系到志留系斷穿，并且垂向上表現(xiàn)為三層結構(圖2)。在動力學上，塔中隆起斷裂并不是一次形成的，而是有著漫長而復雜的發(fā)育史，其斷裂發(fā)育具有明顯的分期性。

2.1 走滑斷裂幾何分層特征

塔中隆起的走滑斷裂斷面普遍為高陡直立，斷裂向上發(fā)育分支斷層，剖面上呈花狀構造，分支斷裂向下匯聚為一根主干斷裂。塔中隆起的幾何分層特征主要體現(xiàn)在剖面上的幾何形態(tài)差異，根據走滑斷裂在剖面上表現(xiàn)的性質和特點可以將走滑斷裂分為上中下三層，各層的幾何形態(tài)和力學機制都有差異(圖3) 。

中構造層為寒武系鹽上-奧陶系碳酸鹽巖構造層，頂界為TO3s界面，底界為T3界面，主要包括上寒武統(tǒng)、下奧陶統(tǒng)和中奧陶統(tǒng)地層，整個構造層基本由碳酸鹽巖組成，其中白云巖居多，碳酸鹽巖的頂面為TO3s界面。中構造層的走滑斷裂受碳酸鹽巖的巖性影響較大，一是中構造層的走滑斷裂平面樣式多以線狀為主，二是走滑斷裂受一間房組長時間暴露地表的影響，后期改造強烈。

上構造層為上奧陶統(tǒng)碎屑巖構造層，頂界為TS界面，底界為TO3s界面，主要包括上奧陶統(tǒng)地層，上構造層的主要特點是整個構造層主要由泥巖和砂巖組成。上構造層多為張扭應力下形成的負花狀“下掉”變形。上構造層的走滑斷裂受巖性的影響較大，具有雁列狀構造的走滑斷裂在此構造層較為多見。

2.2 走滑斷裂活動分期特征

塔中隆起走滑斷裂的多期性特征在剖面上的表現(xiàn)尤為明顯(圖4)，走滑斷裂在三個構造層的頂界(T1、TO3s和TS)附近通常會出現(xiàn)分支斷裂，形成花狀構造，分支斷裂通常都出現(xiàn)在T1、TO3s和TS界面附近。走滑斷裂在剖面的某一界面附近出現(xiàn)分支斷裂，通常意味著在這一界面附近走滑斷裂的能量得以釋放，也就意味著這一期次的走滑斷裂在這一界面終止發(fā)育。而在這一界面之上的走滑斷裂往往是后期形成的走滑斷裂。

早中寒武世：逆沖斷層與走滑斷層交互分布，逆沖斷層為NW向，走滑斷層為NE向，延伸較短，走滑斷層多沿逆沖斷層的走向變化部位分布，具有明顯的撕裂斷層特征。

中晚奧陶世：逆沖斷層主要集中于塔中隆起邊界，內部多為走滑斷層活動，主干走滑斷層的規(guī)模增強，古隆起內部持續(xù)活動逆沖斷層數量減少。

志留-泥盆紀：以走滑斷層為主，多表現(xiàn)為雁列式斷層特征，沿襲早期NE向走滑斷層，雁列構造主要發(fā)育在走滑斷裂的北端，逆沖斷裂在南端少量活動，指示斷裂發(fā)生左旋走滑運動。斷裂帶在不同時期的活動差異性體現(xiàn)了塔中走滑斷裂的活動分期特征。

3 構造物理模擬實驗

3.1 實驗原則

為了真實地再現(xiàn)塔中隆起走滑斷裂分層發(fā)育的過程，利用構造物理模擬實驗對研究區(qū)進行模擬。目前，構造物理模擬實驗遵循相似性原理，其相似指標主要包括時間相似、材料相似、模型尺寸相似、組合方式相似、邊界條件相似[20-22]。以相似條件為基礎，在單組實驗中將單因素變量固定分離，采用逐步逼近的方法和控制變量法進行多組實驗，將實驗結果進行對比，以此來提高實驗的準確度和可信度。

3.2 實驗相似條件及模型設計

實驗成功的關鍵是模型與地質體之間的相似性問題，因此本次實驗是建立在相似原理的基礎之上進行的[20, 23-24]。構造物理模擬實驗采用東北石油大學構造物理模擬國家重點實驗室的構造變形物理模擬綜合實驗三維平臺的實驗裝置。實驗區(qū)域長度沿北西向約為205 km，寬度約為72 km，建立長:寬為60 cm:40 cm的實驗模型，模型的相似系數為0.423×10-2。模擬地層的平均厚度約為2 773.6 m，實驗模型中地層厚度設置為3 cm，構造物理模擬實驗中地層厚度的相似系數為1.08×10-5。模型厚度縮小比例往往較低，以便于操作與觀察，模型厚度1 cm代表0.9 km地層厚度。

自然界的巖石按照流變學特征通?？梢苑譃榇嘈院晚g性巖石，脆性巖層的變形特征類似摩爾庫倫破裂特征，包括一些常見的沉積巖如灰?guī)r、砂巖等，而韌性巖層的變形特征接近牛頓流體的變形特征，如膏巖、鹽巖等。在具體的實驗過程中，采用松散石英砂模擬地殼淺層次脆性構造變形，基地模擬由剛性的鐵板模擬，在電機的工作下驅動基底兩塊不連續(xù)的剛性底板做剪切運動，帶動蓋層發(fā)生走滑作用。實驗的邊界條件：兩側采用的是自由邊界。

走滑斷層的多期活動性以及垂向地層分層性都會對走滑斷裂的剖面變形特征造成影響。環(huán)滿加爾凹陷地區(qū)走滑斷層受到周圍造山帶多期活動的影響，具有典型的多期活動性特征；中寒武世，研究區(qū)廣泛發(fā)育厚層膏鹽巖，造成垂向地層發(fā)育具有典型分層差異性。為了探究研究區(qū)走滑斷裂分層變形特征的發(fā)育過程以及形成機制，設計并完成了4組三維沙箱物理模擬實驗(表2)。實驗以兩塊2 cm×20 cm×60 cm鐵板作為基底(圖5)，模型雙側均可擠壓，剛性鐵板傳遞動力帶動上覆砂層發(fā)生位移；兩塊鐵板相向運動，模擬走滑斷層的相對滑動。垂向上鋪設石英砂和硅膠，用于模擬垂向巖層分層差異性；使用彩色石英砂作為標志層，區(qū)分各層變形特征；實驗模型如圖所示。在實驗結束后澆水后切片。

3.3 實驗過程及結果

3.3.1 分層多期剪切模型

本組實驗是垂向分層多期剪切模型，垂向上巖性差異分層，分為下部石英砂層、硅膠層以及上部石英砂層；走滑運動可分為三個階段，每一階段運動分別對應一個構造層的鋪設。實驗過程及結果如圖6所示。在第一階段剪切實驗的過程中，沿先存基底走滑斷裂部位砂層逐步發(fā)生上拱，發(fā)育主位移帶；當第一階段結束，走滑位移量為1.5 cm，我們可以觀察到沿著主位移帶發(fā)育R破裂以及P破裂，連接交錯形成菱形辮狀上拱斷塊，發(fā)育典型分段特征。在一階段剪切運動之后，鋪設1層0.5 cm厚的硅膠層，并進行第二階段剪切運動。隨著位移量的增加，在下部基底鐵板的牽引下，上部硅膠層緩慢發(fā)生剪切變形，當第二階段結束，上層走滑位移量為1.5 cm，下層走滑位移量為3 cm，標志圓發(fā)生明顯剪切形變，具有典型左旋走滑特征，沿基底預設斷層位置逐漸發(fā)育主位移帶；相較于第一階段，主位移帶變形強度減小，R與P破裂發(fā)育程度減弱，且平面樣式分段特征不明顯。第二階段結束后，在原有構造層基礎上繼續(xù)鋪設石英砂層，而后開始第三階段剪切實驗。隨著位移量的逐漸增加，標志圓被明顯剪切錯開，表現(xiàn)為左旋走滑特征；平面上主位移帶逐漸發(fā)育，且處于拉張應力狀態(tài)，砂層可見明顯下掉；平面上發(fā)育有一系列R破裂，與主位移帶小角度相交，尾端發(fā)育馬尾構造。實驗結束后，澆水切片。

選取了5個位置進行切片，切片結果和對應平面位置如圖6所示。實驗剖面切片結果表現(xiàn)為典型分層差異變形特征。沿主位移帶部分段，下部砂層表現(xiàn)為平移走滑特征，砂層剖面上產狀水平，斷層直立，無明顯變形特征(剖面1、2、3、5)；斷裂帶部分段下層砂層有明顯上拱變形特征，表現(xiàn)為正花狀構造，處于壓扭狀態(tài)(剖面4)。硅膠層表現(xiàn)出典型的流動變形特征，部分剖面上硅膠層受到擠壓發(fā)生增厚上拱(剖面2、3、4)，發(fā)育鹽丘構造；部分位置硅膠受剪切作用后，硅膠層發(fā)生減薄(剖面1)甚至破裂(剖面5)，發(fā)育鹽焊接構造。上部砂層沿主位移帶主要發(fā)育雙斷式地塹和負花狀構造，整體處于張扭環(huán)境。

3.3.2 分層單期剪切模型

本組實驗是垂向分層單期剪切模型，垂向上巖性差異分層，分為下部石英砂層、硅膠層以及上部石英砂層；走滑運動不分期，在石英砂層和硅膠層鋪設完后，按設計活動速率進行走滑運動。實驗過程及結果如圖7所示。

走滑階段初期，標志圓首先發(fā)生扭曲變形，表現(xiàn)為左旋走滑特征，表面砂體無明顯破裂發(fā)育。隨著走滑位移量的增加，一系列R破裂發(fā)育，平面上以右階雁列式排列，斷裂間逐漸發(fā)育P破裂并相互連接，共同構成主位移帶。主位移帶處于張扭環(huán)境，沿斷裂帶砂體發(fā)生明顯下掉，發(fā)育典型地塹構造。隨著位移量的增大，逐漸有T破裂與R’破裂發(fā)育，斷裂與主位移帶的夾角較大；T破裂與主位移帶夾角為45°，并延伸較長，尾端逐漸彎曲，具有牽引構造特征；R’破裂與主位移帶夾角近80°，斷裂筆直延伸，且沿斷裂發(fā)育典型地塹構造，上部砂層發(fā)生下掉。斷裂右側尾端砂層發(fā)生下掉，斷裂層撒開的馬尾狀分布，發(fā)育馬尾構造；斷裂左側砂體發(fā)生一定程度堆積，砂體發(fā)生上拱。實驗結束后，澆水切片。

選取6個位置進行切片，切片剖面結果與對應平面位置如圖7所示。

實驗剖面結果具有典型的分層變形特征。大部分剖面下部砂層基本不發(fā)生變形，斷層直立(剖面3、5和6)；部分剖面結果顯示，下部砂層發(fā)生弱擠壓變形(剖面4)，表現(xiàn)為正花狀構造；剖面1受上部硅膠層流動變形影響，下部砂層發(fā)生輕微下掉變形。硅膠層受到剪切作用，沿主位移帶主要表現(xiàn)為擠壓增厚(剖面2-6)，發(fā)育鹽丘構造，與下部砂層中發(fā)育的走滑斷裂共同組成正花狀構造。

剖面1較靠近斷裂尾端，受尾端馬尾構造的影響，硅膠層發(fā)生輕微下掉，并且上部走滑斷裂構造發(fā)育位置發(fā)生偏移。上部砂層均發(fā)生典型下掉，處于張扭環(huán)境，發(fā)育雙斷式地塹構造；部分剖面中，上部砂層中斷層繼承性發(fā)育于下部斷裂系統(tǒng)的分支，表現(xiàn)為正花狀構造。

3.3.3 單層分期剪切模型

本組實驗是垂向單層分期剪切模型，垂向上巖性無差異，均為白色石英砂，采用彩色石英砂作為層間標志層，分層鋪設，一共鋪設三次；走滑運動分期，一共分三個階段；每進行一次砂層鋪設，按設計活動速率進行走滑運動。實驗過程及結果如圖8所示。

在第一階段剪切實驗的過程中，隨著位移量的增大，砂層上部的標志層首先發(fā)生形變，逐漸表現(xiàn)為左旋走滑特征；隨后表層砂體逐漸發(fā)育R破裂，并且有P破裂以小角度發(fā)育于R破裂之間，共同組成菱形斷塊；R破裂雁列式排布，疊接區(qū)域處于壓扭應力狀態(tài)，砂層發(fā)生上拱，平面上表現(xiàn)出典型的分段性；隨后發(fā)育的Y破裂，將整個斷裂系統(tǒng)連接，共同構成了主位移帶。

第二階段剪切過程與第一階段相似，均發(fā)育有雁列式的R破裂，且R破裂間發(fā)育有P破裂，共同組成菱形上拱斷塊。相較于第一階段，第二階段R破裂之間砂體上拱幅度更大，褶皺隆起更明顯，且在主斷裂尾端有明顯的馬尾構造發(fā)育，砂層發(fā)生明顯下掉。第三階段實驗結果與前兩階段相似，平面上也表現(xiàn)為典型辮狀隆起結構，沿主位移帶表現(xiàn)出明顯分段性；較前兩階段，在斷裂尾端發(fā)散性分布的次級斷裂更多，馬尾構造更明顯，且頂部砂層下掉幅度更大。實驗結束后，澆水切片。

選取6個位置進行切片，切片剖面結果與對應平面位置如圖8所示。

不同位置斷裂發(fā)育情況差異大，部分剖面上發(fā)育典型分層差異變形特征。剖面4和剖面6表現(xiàn)為下部走滑直立走滑，砂層基本不變形，上部砂層上拱變形，整體上為典型正花狀構造特征。剖面5和剖面3表現(xiàn)為單一直立走滑斷層，基本不發(fā)育分支斷裂，上下砂層處于單一穩(wěn)定應力環(huán)境，基本不發(fā)生形變。剖面1與剖面2表現(xiàn)為典型分層差異變形特征，下部砂層處于局部張扭應力狀態(tài)，發(fā)生微弱下掉，發(fā)育負花狀構造；中間砂層基本未發(fā)生形變，屬于平移走滑；剖面1在上部砂層表現(xiàn)為微弱下掉，發(fā)育負花狀構造，而剖面2則表現(xiàn)為砂層上拱，發(fā)育正花狀構造；剖面分層差異變形特征受到斷裂平面分段變形的影響，差異應力變形段的垂向疊加造成了剖面分層差異變形的特點。

3.3.4 單層單期剪切模型

本組實驗是垂向單層單期剪切模型，垂向上巖性無差異，均為白色石英砂，采用彩色石英砂作為層間標志層，分層鋪設，一次性鋪設完成；走滑運動不分期，按設計活動速率進行一次走滑運動。實驗過程及結果如圖9所示。

隨著位移量的增大，位于砂層頂部的標志圓首先發(fā)生形變，表現(xiàn)為典型的左旋走滑變形特征。隨后R破裂逐漸發(fā)育，平面上表現(xiàn)為右階雁列式排布；R破裂表現(xiàn)為左旋右階，斷裂疊接區(qū)域處于擠壓應力狀態(tài)，砂層發(fā)生上拱形變；P破裂逐漸在R破裂間發(fā)育，與R破裂共同組成菱形斷塊，構成辮狀構造，造成平面斷裂分段性的發(fā)育。實驗后期走滑位移量的逐漸增大，Y破裂沿基底先存斷裂位置發(fā)育，溝通上部砂層斷裂系統(tǒng)，組成主位移帶。斷裂尾端隨著位移量的增大，逐漸向外發(fā)散的弧形次級斷裂，并上部砂層逐漸發(fā)生下掉，處于張扭應力環(huán)境，發(fā)育馬尾構造。實驗結束后，澆水切片。

選取5個位置進行切片，切片剖面結果與對應平面位置如圖9所示。

剖面切片表現(xiàn)為整體均一變形特征。剖面1靠近斷裂尾端，整體處于拉張應力環(huán)境，上部砂層發(fā)生明顯下掉，發(fā)育雙斷式地塹；斷裂下部直立，直插基底；剖面1整體上表現(xiàn)為典型的負花狀構造。剖面2-5變形特征具有相似性，均表現(xiàn)為上部砂層上拱形變，下部斷層直插基底，總體表現(xiàn)為正花狀構造；切片位置均位于平面上辮狀構造發(fā)育位置；剖面5的正花狀構造垂向隆升變形幅度較大，破碎帶寬度大。

3.3.5 實驗結果分析

通過對比各組實驗平面結果(圖10)，研究發(fā)現(xiàn)斷裂發(fā)育特征具有一定差異性和相似性，且與垂向分層和走滑分期相關。分層單期與分層多期模型的平面特征相似，主位移帶以下掉特征為主，R破裂呈雁列式分布，與主位移帶斜交，斷裂尾端馬尾構造發(fā)育明顯。單層單期與單層多期在平面上均發(fā)育典型辮狀構造，平面分段性明顯，R破裂雁列式分布，其間發(fā)育P破裂組成菱形斷塊；斷裂疊接區(qū)處于壓扭狀態(tài)，地層發(fā)生擠壓上拱變形。各組實驗平面結果表明，走滑斷裂的平面發(fā)育特征受垂向分層影響較大；塑性層流動性大，能干性弱，變形強度大，對上部能干層變形特征造成影響。

通過對比各組實驗剖面結果(圖11)，走滑斷裂分層變形特征與垂向分層和走滑多期活動有關；分層與分期都能造成走滑斷裂產生分層變形的特征。分層單期與分層分期剪切變形均表現(xiàn)出分層變形特征，但分層分期模型中分層差異變形特征更明顯；單層單期模型沒有分層差異變形特征，而單層分期模型剖面顯示典型的差異分層變形特點。將實驗剖面結果與實際地震剖面對比(圖11)，研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)走滑斷裂分層差異變形特征與分層分期走滑實驗斷裂特征相似，可以看出走滑斷裂在垂向上表現(xiàn)為三層結構，可以分為深、中、淺三層，每層斷裂在剖面特征上都有明顯差異，深層砂層表現(xiàn)為平移走滑特征，砂層剖面上產狀水平，斷層直立。中層砂層表現(xiàn)為正花狀構造，表明此時為壓扭環(huán)境。淺層砂層表現(xiàn)為負花狀構造，表明此時為張扭環(huán)境。實驗結果表明走滑斷裂的發(fā)育受地層垂向分層與多期構造活動的共同影響。

4 結 論

針對塔中隆起走滑斷裂分層變形機進行了大量的三維物理模擬研究，通過控制變量法設計了大量對比實驗，再現(xiàn)了走滑斷裂發(fā)育的整體過程以及分層垂向上地層性質變化(分層)和多期活動(分期)如何具體的造成走滑斷裂產生分層變形特征的過程，驗證了塔中隆起走滑斷裂分層變形機制。

(1)實驗結果顯示，走滑斷裂分層變形特征的形成主要與垂向上地層性質變化(分層)和多期活動(分期)有關，垂向分層與走滑分期都能造成走滑斷裂產生分層變形的特征。

(2)走滑斷裂的平面發(fā)育特征受垂向分層影響較大，垂向上各層的性質和厚度發(fā)生變化會對走滑斷裂的發(fā)育產生巨大影響。以單層不分期實驗組沒有分層差異變形特征為對照可以看出走滑斷裂多期活動會造成走滑斷層的分層差異特征。

(3)走滑斷裂物理模擬實驗為走滑斷裂形成機制研究提供了可借鑒的模式，為塔中乃至整個塔里木盆地的斷裂形成機制研究提供了有力的實際變形支持。