準(zhǔn)噶爾盆地石英灘凸起正反轉(zhuǎn)構(gòu)造及成因機(jī)制*

甄 宇 何登發(fā) 張奎華 于洪洲 殷樹錚

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院 北京 100083；2.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院 山東東營 257015）

盆地反轉(zhuǎn)（Basin Inversion）被定義為先存的伸展盆地結(jié)構(gòu)，隨著動力學(xué)體制的轉(zhuǎn)變經(jīng)歷擠壓變形（縮短）的現(xiàn)象（Buchanan and McClay，1992；Bonini et al.，2012；Jackson et al.，2013），是沉積盆地構(gòu)造演化的關(guān)鍵基礎(chǔ)過程之一。斷陷盆地的形成往往是基于巖石圈拉張減薄而成為構(gòu)造薄弱帶，進(jìn)而在后期的擠壓作用下容易發(fā)生沖斷變形和隆升剝蝕。反轉(zhuǎn)構(gòu)造的發(fā)育通常與油氣圈閉的形成關(guān)聯(lián)密切，但由于斷裂結(jié)構(gòu)、變形方式的復(fù)雜，反轉(zhuǎn)構(gòu)造的識別往往存在多解性，因此長期以來一直是石油地質(zhì)學(xué)家關(guān)注重點（Williams et al.，1989；Tari et al.，2020）。

準(zhǔn)噶爾盆地位于中亞造山帶南緣（圖1a），處于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊、華北板塊的交匯部位，是研究增生型造山帶的形成過程和機(jī)制的關(guān)鍵區(qū)域（?eng?r et al.，1993；Carroll et al.，1995；Xiao et al.，2004；Windley et al.，2007）。準(zhǔn)噶爾盆地是歷經(jīng)石炭紀(jì)—第四紀(jì)長期演化而形成的大型疊合盆地（何登發(fā)等，2018），盆地基底主要由古生代—石炭紀(jì)的多個島弧帶拼貼增生構(gòu)成。洋盆俯沖消亡、島弧拼貼和洋陸轉(zhuǎn)換的過程中（李滌等，2012；Yang et al.，2012；He et al.，2013；Li et al.，2015a，2015b），在準(zhǔn)噶爾盆地區(qū)域石炭紀(jì)發(fā)育多個斷陷盆地，而已有學(xué)者注意到洋盆關(guān)閉過程產(chǎn)生的弧—弧碰撞、弧—陸碰撞會在早期形成的構(gòu)造薄弱帶發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象（張磊，2020），然而對于反轉(zhuǎn)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)樣式和成因機(jī)制目前仍然存在爭議（何登發(fā)等，2018；張磊等，2019；Liang et al.，2020）。準(zhǔn)噶爾盆地北部陸梁隆起屬于石炭紀(jì)多島弧構(gòu)造帶的重要組成部分，其形成演化與卡拉麥里洋和額爾齊斯洋俯沖、閉合事件密切相關(guān)，長期以來被視為準(zhǔn)噶爾地體古構(gòu)造重建和大陸生長機(jī)制的重點研究區(qū)（Li et al.，2015a，2015b）。同時陸梁隆起作為東、西準(zhǔn)噶爾地體的過渡部位，在晚海西期以來經(jīng)歷了多期次構(gòu)造作用的疊加和改造，對于探討構(gòu)造演化與沉積充填、油氣聚集成藏等領(lǐng)域具有典型代表性（吳曉智等，2012）。

本文針對陸梁隆起北部石英灘凸起開展精細(xì)構(gòu)造建模，刻畫控制陸梁隆起構(gòu)造變形的主要斷裂結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上依據(jù)不整合面、生長地層約束構(gòu)造演化時空格架，正演、反演相結(jié)合建立構(gòu)造演化模式，在此基礎(chǔ)上討論石英灘凸起構(gòu)造反轉(zhuǎn)及多期次構(gòu)造疊加變形機(jī)制。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地位于中亞造山帶南部（圖1a），其周緣西側(cè)、東側(cè)、南側(cè)3 面被古生代的縫合線和褶皺帶所圍限（何登發(fā)等，2005）。盆地西北緣為達(dá)爾布特縫合帶及西準(zhǔn)噶爾地體，東北緣為卡拉麥里縫合帶及東準(zhǔn)噶爾地體，南緣為北天山縫合帶及北天山增生褶皺帶（圖1b）。準(zhǔn)噶爾盆地根據(jù)二疊系構(gòu)造特征劃分西部隆起、東部隆起、陸梁隆起、烏倫古坳陷、中央坳陷以及北天山山前沖斷帶等6 個一級構(gòu)造單元（何登發(fā)等，2018）。

石英灘凸起是位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起北部的二級構(gòu)造單元，其周緣被索索泉凹陷、烏夏斷裂帶、英西凹陷、三個泉凸起及滴北凸起等構(gòu)造單元所環(huán)繞，主體構(gòu)造走向近東西向。按照現(xiàn)今準(zhǔn)噶爾盆地二疊系構(gòu)造單元劃分方案，石英灘凸起以準(zhǔn)北2 井和英1 井為界，東、西兩段分別呈現(xiàn)向南西、南凸出的鼻狀隆起單元（圖1c）。

圖1 中亞造山帶大地構(gòu)造部位（a.據(jù)Jahn et al.，2004 修改）；準(zhǔn)噶爾盆地大地構(gòu)造位置（b）；準(zhǔn)噶爾盆地北部構(gòu)造單元（c）Fig.1 Geotectonic parts of the Central Asian Orogenic Belt（a.modified from Jahn et al.，2004）；the tectonic location of the Junggar Basin（b）；structural units in northern Junggar Basin（c）

石英灘凸起晚古生界—新生界的地層發(fā)育受多旋回構(gòu)造疊加影響，部分地層被剝蝕或未沉積。石炭系自下而上發(fā)育松喀爾蘇組（C1s）、雙井子組（C1-2s）以及巴塔瑪依內(nèi)山組（C2b），其中松喀爾蘇組和巴塔瑪依內(nèi)山組主要巖性為火山巖夾火山碎屑巖建造，雙井子組主要為海相火山碎屑巖夾沉積巖。二疊系主要分布在石英灘凸起南側(cè)，現(xiàn)今局部殘余風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）、下烏爾禾組（P2w），佳木河組（P1j）和上烏爾禾組（P3w）缺失。風(fēng)城組主要巖性為火山碎屑巖夾沉積巖，夏子街組、下烏爾禾組主要為湖泊沉積體系的碎屑巖。石英灘凸起現(xiàn)今殘余三疊系主要包括克拉瑪依組（T2k）和白堿灘組（T3b），發(fā)育湖泊沉積體系的砂巖、泥巖為主。中侏羅統(tǒng)發(fā)育相對完整，主要為湖泊—沼澤相沉積，整體缺失上侏羅統(tǒng)。下白堊統(tǒng)為河流—湖泊相的泥巖夾中—薄層砂巖，上白堊統(tǒng)為干旱炎熱氣候環(huán)境的紅層。古近系包括紫泥泉子組和安集海河組，以棕紅色泥巖、粉砂巖、灰黑色泥巖為主（圖2）。

圖2 石英灘凸起構(gòu)造—地層層序（D-D'）（剖面位置見圖1c）Fig.2 Shiyingtan Uplift structure-stratigraphic sequence（D-D'）（section location is shown in Fig.1c）

準(zhǔn)噶爾盆地早古生代—石炭紀(jì)經(jīng)歷了洋盆開啟、俯沖、閉合的多旋回伸展—聚斂旋回階段，這一時期準(zhǔn)噶爾地區(qū)的多島弧構(gòu)造帶在拼貼過程中發(fā)育了一系列弧相關(guān)伸展盆地（Xiao et al.，2004；Li et al.，2015a，2015b），早二疊世末期結(jié)束后碰撞伸展階段徹底完成拼貼。中二疊世—三疊紀(jì)受晚海西期運動和印支期運動，準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)入多期次坳陷—擠壓的前陸盆地演化階段，發(fā)育多個大型不整合面（陳中紅等，2003；李攀等，2020）。侏羅紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷早侏羅世弱伸展，中-晚侏羅世壓扭的構(gòu)造轉(zhuǎn)換背景（何登發(fā)等，2007；周路等，2007；朱明等，2021）。白堊紀(jì)—古近紀(jì)時期準(zhǔn)噶爾盆地腹部主體進(jìn)入克拉通內(nèi)坳陷階段，盆緣構(gòu)造帶受燕山期構(gòu)造運動影響局部有擠壓沖斷構(gòu)造現(xiàn)象。新近紀(jì)—第四紀(jì)受印度和歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，準(zhǔn)噶爾盆地南緣、北緣構(gòu)造帶擠壓沖斷活動強(qiáng)烈，但北部沖斷構(gòu)造終止于紅巖斷階帶，并未進(jìn)一步向南傳遞（Tang et al.，2015；文磊等，2019）。

2 研究方法

本文選取中國石油新疆油田、中國石化勝利油田近年來在陸梁隆起構(gòu)造帶的石英灘凸起—石西凹陷采集的4 條（SN 向3 條，EW 向1 條）高分辨率的地震反射資料開展精細(xì)構(gòu)造解析。區(qū)域上通過準(zhǔn)北2 井、英1 井等主要鉆井對石炭系—新生界進(jìn)行地層標(biāo)定。結(jié)合周緣構(gòu)造演化背景、區(qū)域不整合以及生長地層對構(gòu)造演化關(guān)鍵變革期進(jìn)行厘定，并劃分主要構(gòu)造層。在此基礎(chǔ)上，建立石英灘凸起構(gòu)造變形樣式，并通過Midland Valley 軟件的2D MOVE 功能模塊，基于地層層長守恒的原則對反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征明晰的地震測線構(gòu)造建模結(jié)果進(jìn)行先反演，后正演的構(gòu)造復(fù)原過程，從定量化的角度解析石英灘凸起反轉(zhuǎn)構(gòu)造的幾何學(xué)與運動學(xué)機(jī)制。

3 石英灘凸起地質(zhì)結(jié)構(gòu)

3.1 構(gòu)造層劃分

陸梁隆起構(gòu)造帶基底之上發(fā)育石炭系—新生界沉積蓋層，由于晚海西期以來多旋回構(gòu)造疊加作用，致使陸梁隆起多套地層遭受不同程度的剝蝕，形成了多套區(qū)域性的削截、超覆不整合面。根據(jù)現(xiàn)今石英灘凸起及鄰區(qū)構(gòu)造單元殘余地層分布以及區(qū)域性不整合特征，將石英灘凸起石炭系—新生界地層單元劃分為：石炭系、下-中二疊統(tǒng)、中-上三疊統(tǒng)、下-中侏羅統(tǒng)、白堊系—古近系5 套構(gòu)造層（圖2）。

（1）石炭系構(gòu)造層

石炭系構(gòu)造層包括松喀爾蘇組、雙井子組、巴塔瑪依內(nèi)山組在內(nèi)的火山巖夾碎屑沉積巖建造（圖2）。地震剖面中揭示的松喀爾蘇組展布主要為受伸展斷陷構(gòu)造控制的塊狀展布特征，斷層上盤地層厚度向遠(yuǎn)離斷層方向減薄，并伴隨有超覆和頂部削截不整合的現(xiàn)象。雙井子組和巴塔瑪依內(nèi)山組主要為火山碎屑巖建造，以凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)泥巖為主。由于石炭紀(jì)末期構(gòu)造擠壓作用，石英灘凸起雙井子組和巴塔瑪依內(nèi)山組大部分被剝蝕，導(dǎo)致松喀爾蘇組與三疊系呈不整合接觸。殘余的巴塔瑪依內(nèi)山組主要分布于英西凹陷，雙井子組分布特征以層狀展布為主，局部表現(xiàn)出受斷陷控制。

（2）下-中二疊統(tǒng)構(gòu)造層

現(xiàn)今殘余的下二疊統(tǒng)僅保存了風(fēng)城組，主要分布在英西凹陷，石英灘凸起及北部構(gòu)造單元顯示下二疊統(tǒng)大部分被剝蝕。中二疊統(tǒng)主要分布在英西凹陷，屬于繼承性的凹陷。并且由于受晚二疊世差異性構(gòu)造擠壓活動，殘余中二疊統(tǒng)自西向東減?。▓D2）。中-下二疊統(tǒng)內(nèi)部發(fā)育多套局部不整合，并且頂、底與三疊系和石炭系為區(qū)域性不整合。

（3）中-上三疊統(tǒng)構(gòu)造層

三疊系在石英灘凸起及鄰區(qū)主要以層狀展布，極少受到斷層明顯改造。區(qū)域上下三疊統(tǒng)普遍缺失，指示了中三疊統(tǒng)沉積之前區(qū)域處于整體構(gòu)造隆升環(huán)境。中三疊統(tǒng)主要展布在英西凹陷以及石英灘凸起西側(cè)，整體厚度較薄，并且向石英灘凸起超覆尖滅。上三疊統(tǒng)在陸梁隆起—烏倫古坳陷廣泛分布，但整體厚度較薄，與上覆侏羅系局部呈削截不整合接觸。

（4）下-中侏羅統(tǒng)構(gòu)造層

下-中侏羅統(tǒng)在區(qū)域上廣泛分布，顯示了較穩(wěn)定的構(gòu)造沉降—沉積背景，但地震剖面揭示了在英西凹陷和石英灘凸起中侏羅統(tǒng)存在同構(gòu)造生長地層，顯示了中侏羅世至晚侏羅世的擠壓構(gòu)造環(huán)境。由于上侏羅統(tǒng)的整體缺失導(dǎo)致中侏羅統(tǒng)與白堊系不整合接觸，削截不整合主要分布在石英灘凸起背斜翼部。

（5）白堊系—古近系構(gòu)造層

白堊系—古近系在陸梁隆起構(gòu)造帶整體沉積較厚，地震剖面揭示了侏羅系同構(gòu)造生長地層軸面延續(xù)到下白堊統(tǒng)底部，顯示了白堊紀(jì)早期燕山一幕、二幕的連續(xù)擠壓構(gòu)造活動。上白堊統(tǒng)沉積厚度較薄，石英灘凸起及鄰區(qū)構(gòu)造擠壓活動較弱，幾乎沒有明顯的擠壓褶皺變形，但局部有內(nèi)部超覆不整合。古近系沉積是在繼承白堊紀(jì)構(gòu)造格局基礎(chǔ)之上，沉積厚度較大，古近紀(jì)末期在區(qū)域上存在隆升作用，頂部有被剝蝕的現(xiàn)象。

3.2 反轉(zhuǎn)構(gòu)造識別

A-A'地震測線經(jīng)過石英灘凸起西段向南凸出的鼻狀隆起部位，在侏羅系構(gòu)造層之下刻畫了3 條產(chǎn)狀上陡下緩的反轉(zhuǎn)斷層（圖3），自南向北依次命名為石西斷層（Fsx）、石英灘凸起南斷層（Fssyt）以及石英灘凸起北斷層（Fnsyt）。

圖3 石英灘凸起A-A'地震剖面及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（剖面位置見圖1c）Fig.3 The A-A'seismic section and geological structure section of the Shiyingtan Uplift（section location is shown in Fig.1c）

Fsx 斷裂位于石西凹陷腹部，自基底向上切穿石炭系，終止于二疊系底界面。斷層整體向北傾伏，其斷層傾角約45°。斷層上盤沉積了相對較厚的松喀爾蘇組和雙井子組兩套同構(gòu)造沉積地層，在垂向上組成了“蛇頭”狀結(jié)構(gòu)樣式，依據(jù)同構(gòu)造沉積的生長超覆不整合約束了斷陷活動期主要在早石炭世。斷層上盤由于缺失巴塔瑪依內(nèi)山組，雙井子組與二疊系不整合接觸，指示了在晚石炭世Fsx 斷層的構(gòu)造反轉(zhuǎn)活動。石西凹陷下二疊統(tǒng)至中二疊統(tǒng)構(gòu)造層發(fā)育相對穩(wěn)定，呈現(xiàn)由北向南超覆減薄的特征。在二疊系內(nèi)部識別的生長地層表明盡管Fsx 斷層沒有切穿二疊系，但仍存在構(gòu)造活動，引起了褶皺變形。Fsx 斷層由石炭紀(jì)的控斷陷轉(zhuǎn)變?yōu)槎B紀(jì)的控凹斷層。二疊系次級凹陷北部石炭系內(nèi)部發(fā)育規(guī)模較小的南傾斷層，斷層頂部被Fssyt 斷層切割。斷層上盤石炭系同樣發(fā)育“蛇頭”結(jié)構(gòu)，并且在中-晚二疊世再次激活，控制了二疊系的生長地層發(fā)育。

石英灘凸起主體由北傾的Fssyt 斷層和南傾的Fnsyt 斷層控制邊界，斷層頂部端點終止于三疊系底界，凸起內(nèi)部地層主要由松喀爾蘇組和雙井子組構(gòu)成。Fssyt 斷層傾角達(dá)60°，是凸起南部邊界的主要斷層，斷層上盤松喀爾蘇組向背斜核部超覆減薄，頂部被三疊系削截，指示了晚三疊世之前正斷層被重新激活，并且強(qiáng)烈隆升。Fnsyt 斷層傾角約60°，與Fssyt 斷層構(gòu)成對稱的地塹結(jié)構(gòu)，斷層上盤發(fā)育松喀爾蘇組和雙井子組，并且兩套地層之間有明顯的削截不整合接觸特征，指示了早石炭世斷陷期后在早-晚石炭世之間過渡為坳陷的現(xiàn)象。Fnsyt 斷層頂部被北傾的斷層切割，斷層自基底向上切穿三疊系，根據(jù)褶皺變形和生長地層發(fā)育情況，判斷該斷層屬于活動于中-晚侏羅世的基底卷入式斷層傳播褶皺。

綜上所述，石英灘凸起西段主要斷裂主要發(fā)育在石炭系內(nèi)部，受控于石西斷層（Fsx）、石英灘凸起南斷層（Fssyt）以及石英灘凸起北斷層（Fnsyt）在早石炭世至晚石炭世的伸展構(gòu)造活動，形成非對稱地塹結(jié)構(gòu)。晚石炭世末期的構(gòu)造擠壓活動導(dǎo)致3 條主干斷裂普遍反轉(zhuǎn)，地層隆升剝蝕。中-晚二疊世，F(xiàn)sx 斷層演變?yōu)榭匕紨鄬?，而Fssyt 斷層在晚二疊世—中三疊世時期強(qiáng)烈構(gòu)造反轉(zhuǎn)，成為石英灘凸起與石西凹陷的邊界斷層。中-晚侏羅世區(qū)域構(gòu)造活動并未引起3 條主干斷裂的再次激活，而是通過在Fnsyt 斷層的構(gòu)造薄弱部位形成新的基底卷入斷層影響侏羅系構(gòu)造層變形。

B-B'地震測線經(jīng)過石英灘凸起兩個鼻狀隆起的過渡部位，通過準(zhǔn)北2 井及英1 井對地層進(jìn)行標(biāo)定追蹤。構(gòu)造解析結(jié)果約束了3 條主干斷裂：石西斷層（Fsx）、石英灘凸起南斷層（Fssyt）以及石英灘凸起北斷層（Fnsyt）的斷層結(jié)構(gòu)特征（圖4）。Fsx 斷層上盤石炭系保存相對較全，軸面分析顯示斷層伸展活動時期伴隨一定傾角的斜剪切作用，并在Fssyt 斷層下盤形成的滾動背斜。Fsx 斷層上方二疊系—三疊系存在多套地層的缺失，但地層并未明顯褶皺變形，因此在該部位上地層的缺失應(yīng)歸因于整體的隆升。Fssyt 斷層傾角接近70°，斷層上盤伴生兩條南傾的陡立調(diào)節(jié)斷層終止在松喀爾蘇組之下。Fssyt 斷層頂部終止于上三疊統(tǒng)底界，松喀爾蘇組與上三疊統(tǒng)以削截不整合接觸。盡管Fssyt 斷層并未進(jìn)一步向上切穿三疊系，但通過斷層端點的向斜轉(zhuǎn)折端向上延伸與背斜轉(zhuǎn)折端交匯與下白堊統(tǒng)底部，指示了斷層在中-晚侏羅世—早白堊世仍有構(gòu)造活動，產(chǎn)生的褶皺膝折帶寬度約1.8 km。

圖4 石英灘凸起B(yǎng)-B'地震剖面及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（剖面位置見圖1c）Fig.4 The B-B'seismic section and geological structure section of the Shiyingtan Uplift（section location is shown in Fig.1c）

石英灘凸起北部的Fnsyt斷層終止于松喀爾蘇組內(nèi)部，斷層上盤石炭系地層明顯加厚，顯示了早石炭世的強(qiáng)烈伸展構(gòu)造環(huán)境。值得注意的是，F(xiàn)nsyt 斷層現(xiàn)今仍舊顯示為正斷層的活動性質(zhì)，但斷層端點向淺部構(gòu)造層延伸結(jié)果表明了在中、晚侏羅世—早白堊世之間同樣存在斷層被激活的現(xiàn)象，形成了發(fā)育在侏羅系—白堊系內(nèi)部的生長地層現(xiàn)象。

石英灘凸起西—東段過渡部位石炭紀(jì)斷陷活動主要通過石西斷層（Fsx）、石英灘凸起南斷層（Fssyt）以及石英灘凸起北斷層（Fnsyt）的活動形成非對稱地塹結(jié)構(gòu)，但在中-晚二疊世、早-中三疊世以及中、晚侏羅世—早白堊世的構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)主要通過激活Fsyt 斷層來實現(xiàn)變形。相比之下，F(xiàn)sx 斷層和Fnsyt 斷層在晚期的構(gòu)造復(fù)活強(qiáng)度幾乎可以忽略不計。

石英灘凸起東段的C-C'地震測線顯示了石西凹陷北部—石英灘凸起的地質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖5）。石西凹陷北部保存完整的石炭系—中二疊統(tǒng)，松喀爾蘇組整體向南傾伏，厚度向北減薄，顯示出半地塹的結(jié)構(gòu)特征，指示了Fsx 斷層在石西凹陷東部構(gòu)造反轉(zhuǎn)程度較弱或并未反轉(zhuǎn)。石英灘凸起東段石炭系發(fā)育多排傾向相反的犁式斷層，控制了多個半地塹/地塹結(jié)構(gòu)。同構(gòu)造生長期沉積地層主要為松喀爾蘇組，指示了斷層伸展主要在早石炭世。雙井子組在多排斷層上盤地層厚度變化較小，指示了早-晚石炭世之間石英灘凸起西段以弱斷陷—坳陷作用為主。上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組—中三疊統(tǒng)的整體缺失，指示了區(qū)域上在晚三疊世之前經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升，但構(gòu)造解析結(jié)果顯示現(xiàn)今石炭系內(nèi)部識別的斷層仍然保存了正斷層的性質(zhì)，指示了區(qū)域構(gòu)造隆升可能并未引起正斷層的強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)，而是以整體的隆升作用為主。上三疊統(tǒng)—下白堊統(tǒng)構(gòu)造層發(fā)育多個低幅度褶皺，背斜高點逐漸向北抬升。根據(jù)向斜和背斜轉(zhuǎn)折端的生長軸面，顯示了上部構(gòu)造層發(fā)生褶皺的原因來自基底——石炭系斷層的構(gòu)造活動，由于位移量較小，背斜寬度較長，構(gòu)造起伏度較小。

圖5 石英灘凸起C-C'地震剖面及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（剖面位置見圖1c）Fig.5 The C-C'seismic section and geological structure section of the Shiyingtan Uplift（section location is shown in Fig.1c）

D-D'地震測線為經(jīng)過石英灘凸起南部的近東—西向聯(lián)絡(luò)測線，地震解析結(jié)果顯示半地塹/地塹結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在石炭系內(nèi)部，犁式斷裂結(jié)構(gòu)主體為向東傾伏（圖6）。石英灘凸起西段和中段石炭系斷層存在明顯的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而東段石炭系斷層仍然顯示為正斷層。東—西方向上石英灘凸起上三疊統(tǒng)—古近系顯示為統(tǒng)一的凹陷沉積，局部在中侏羅統(tǒng)—白堊系識別出生長地層的特征，對軸面的下延顯示受控于西段的兩條向東傾伏的石炭系斷層控制，盡管斷層端點分別終止于二疊系底界和三疊系底界。

圖6 石英灘凸起D-D'地震剖面及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面（剖面位置見圖1c）Fig.6 The D-D'seismic section and geological structure section of the Shiyingtan Uplift（section location is shown in Fig.1c）

4 構(gòu)造演化

過石英灘凸起東—西段過渡部位的南—北向B-B'測線構(gòu)造復(fù)原結(jié)果揭示了研究區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了早石炭世斷陷伸展期、早-晚石炭世之間弱斷陷—坳陷過渡期、晚石炭世伸展—擠壓轉(zhuǎn)換期、早二疊世弱伸展期、中二疊世—中三疊世擠壓以及中、晚侏羅世—早白堊世擠壓6 期重要構(gòu)造事件。這6 期關(guān)鍵構(gòu)造變革期引起的盆地動力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致先存的斷陷結(jié)構(gòu)在斷層的重新激活下被改造（圖7）。

圖7 石英灘凸起構(gòu)造演化剖面（B-B'）（剖面位置見圖1c）Fig.7 Structural evolution section of Shiyingtan Uplift（B-B'）（section location is shown in Fig.1c）

早石炭世在強(qiáng)烈伸展構(gòu)造背景下，石西凹陷—石英灘凸起形成多條傾向相反的犁式正斷層形成非對稱的半地塹/地塹結(jié)構(gòu)，其中北傾的Fsx 和Fssyt 斷層是控制地塹結(jié)構(gòu)的主要斷裂，北部南傾的Fnsyt 斷裂性質(zhì)偏向調(diào)節(jié)性質(zhì)，因此而形成石英灘凸起南、北兩側(cè)非對稱的結(jié)構(gòu)特征。

早-晚石炭世之間主要經(jīng)歷弱斷陷—坳陷階段的過渡時期，該時期準(zhǔn)噶爾盆地沉積的雙井子組主要為海相火山碎屑巖夾細(xì)粒沉積巖，顯示了構(gòu)造活動相對較弱。石英灘凸起南側(cè)的Fsx 和Fssyt斷層持續(xù)活動，而北側(cè)的Fnsst斷層基本處于靜止期，石西凹陷—石英灘凸起整體向南傾伏的趨勢加劇。

晚石炭世早期，即巴塔瑪依內(nèi)山組沉積早期，區(qū)域上整體由相對穩(wěn)定的坳陷背景向伸展背景過渡。但伸展作用的規(guī)模較小，并且由于在晚石炭世晚期經(jīng)歷了島弧—地體之間的碰撞拼合事件，大部分地區(qū)經(jīng)歷了第一期構(gòu)造反轉(zhuǎn)。Fssyt 斷層上盤由于構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用，形成“蛇頭”狀結(jié)構(gòu)。早二疊世沉積之前，石英灘凸起北部雙井子組—巴塔瑪依內(nèi)山組大部分由于構(gòu)造隆升作用被剝蝕，造成下石炭統(tǒng)與下二疊統(tǒng)的不整合接觸。

準(zhǔn)噶爾盆地西緣殘余下二疊統(tǒng)主要由火山巖、火山碎屑巖夾沉積巖構(gòu)成，顯示了早二疊世弱伸展的構(gòu)造背景。在早二疊世末期構(gòu)造擠壓環(huán)境下，F(xiàn)ssyt 斷層進(jìn)一步被激活，造成石英灘凸起下二疊統(tǒng)被剝蝕，而斷層下盤保存了相對完整的風(fēng)城組。中二疊世石英灘凸起及鄰區(qū)構(gòu)造單元以坳陷為主，晚二疊世區(qū)域構(gòu)造隆升事件導(dǎo)致石英灘凸起東段中二疊統(tǒng)—上二疊統(tǒng)被剝蝕，并且區(qū)域隆升事件可能延續(xù)至早三疊世末期。

中三疊世末期區(qū)域上局部發(fā)育一期構(gòu)造擠壓活動，F(xiàn)ssyt 斷層活動導(dǎo)致石英灘凸起上三疊統(tǒng)不整合覆蓋在下石炭統(tǒng)之上，而Fsx 斷層上盤保存了完整的中-上三疊統(tǒng)并且地層結(jié)構(gòu)沒有明顯的擠壓變形現(xiàn)象。晚三疊世—早侏羅世石英灘凸起及鄰區(qū)構(gòu)造單元進(jìn)入統(tǒng)一陸內(nèi)坳陷階段，地層結(jié)構(gòu)顯示略向北傾伏。

中侏羅世頭屯河組沉積末期，區(qū)域性擠壓構(gòu)造活動導(dǎo)致Fssyt 斷層以基底卷入式斷層傳播褶皺方式變形，石英灘凸起南翼形成南傾的褶皺膝折帶，生長地層軸面顯示構(gòu)造擠壓活動持續(xù)至早白堊世。早白堊世中-晚期石英灘凸起及鄰區(qū)進(jìn)入穩(wěn)定的前陸坳陷階段，深部斷裂沒有明顯的構(gòu)造活動記錄。

對B-B'地震測線的構(gòu)造復(fù)原結(jié)果顯示現(xiàn)今剖面長度36.88 km，復(fù)原至早石炭世伸展階段剖面長度達(dá)40.83 km，總縮短量約3.95 km，縮短率約9.67%，其中主要縮短量由Fssyt 斷層的重新激活引起上覆構(gòu)造層褶皺變形吸收。

5 成因機(jī)制討論

5.1 構(gòu)造反轉(zhuǎn)及多期疊加構(gòu)造變形控制因素

伸展型沉積盆地先存正斷層的選擇性重新激活的控制因素眾多，并且可能相互影響，這意味著識別參與該過程的因素可能十分復(fù)雜。反轉(zhuǎn)過程發(fā)育的構(gòu)造類型通常受到以下某一個因素或者幾個因素的組合：先存斷層的傾角和平面展布形態(tài)控制（Yassaghi and Madanipour，2008），先存斷層的構(gòu)造走向與后期擠壓方向差異（Dubois et al.，2002），斷層摩擦力的性質(zhì)（Sibson，1995），沉積地層的巖性、流變各向異性（Panien et al.，2005）以及構(gòu)造縮短的幅度。

石英灘凸起的構(gòu)造解析結(jié)果表明，石英灘凸起石炭系發(fā)育的3 個關(guān)鍵主要斷層中，裂陷期活動位移最大的Fsx 斷層后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)程度較弱，多期構(gòu)造擠壓主要引起Fssyt斷層的逆沖活動（圖7）。相關(guān)的離散元數(shù)值模擬實驗表明，先存斷層的產(chǎn)狀及其距離擠壓端的遠(yuǎn)近會影響先存斷層的反轉(zhuǎn)次序、反轉(zhuǎn)量（孫倩倩等，2022）。構(gòu)造解析結(jié)果顯示Fssyt 斷層傾角在60°～70°之間，遠(yuǎn)大于Fsx 斷層的45°～60°，并且更靠近盆緣沖斷帶，因此在構(gòu)造反轉(zhuǎn)過程中吸收了大部分?jǐn)D壓位移。在B-B'地震測線構(gòu)造平衡剖面復(fù)原的基礎(chǔ)上進(jìn)行對這3 個斷層（Fsx、Fssyt、Fnsyt）的先伸展后擠壓過程進(jìn)行正演模擬（圖8）。

圖8 石英灘凸起構(gòu)造正演模式（B-B'）（剖面位置見圖1c）Fig.8 Forward model of Shiyingtan Uplift（B-B'）（section location is shown in Fig.1c）

早石炭世初始階段設(shè)置Fsx 斷層為主要活動斷層，斷層結(jié)構(gòu)為上陡下緩的多階轉(zhuǎn)折，斷層運動方式以簡單剪切模式伸展，剪切角約60°，伴隨牽引構(gòu)造和滾動背斜形成。滾動背斜的膝折帶寬度約2 km，與構(gòu)造反演的結(jié)果相一致。Fnsyt 斷層以斷層平行流方式拉伸，由于斷距設(shè)置較小，對上盤地層的改造程度較弱。第一期伸展構(gòu)造作用基本還原了早石炭世發(fā)育的非對稱地塹結(jié)構(gòu)，但由于本次構(gòu)造模擬主要考慮主干斷裂的運動學(xué)機(jī)制，沒有考慮其他的次級斷層對地層形態(tài)的影響，在石英灘凸起核部的模擬相對簡化。

第二期模擬早-晚石炭世斷陷—坳陷轉(zhuǎn)換過渡期，F(xiàn)sx 斷層設(shè)置為不活動，保留了上盤的滾動背斜結(jié)構(gòu)。在Fsx 斷層右側(cè)設(shè)置兩次轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)的Fssyt 斷層進(jìn)行活動，斷層運動方式以簡單剪切模式伸展，剪切角約60°，斷層位移終點以模擬的同構(gòu)造沉積地層與雙井子組厚度一致時停止活動。模擬結(jié)果顯示在Fssyt 斷層上盤形成了多階轉(zhuǎn)折的膝折帶，同構(gòu)造沉積的雙井子組向北部超覆減薄，頂部被削截。Fsx 斷層與Fssyt 斷層構(gòu)成多米諾式斷層組合模式。

第三期模擬斷層初次反轉(zhuǎn)與晚石炭世末期擠壓活動對應(yīng)，根據(jù)構(gòu)造解析和反演結(jié)果揭示了晚石炭世石英灘凸起的構(gòu)造反轉(zhuǎn)主要是以Fssyt 斷層的重新激活，因此在模擬時控制Fsx 斷層和Fnsyt 斷層不活動。Fssyt 斷層的運動模式以斷層平行流移動，正演模擬結(jié)果與反演模擬結(jié)果相似，F(xiàn)ssyt 斷層上盤出現(xiàn)蛇頭狀結(jié)構(gòu)，屬于典型的反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式。同時由于Fssyt 斷層以斷層平行流運動，在背斜后翼產(chǎn)生了新的膝折帶，代表了斷層啟動端點到位移終止點。

第四期模擬以及第五期正演模擬主要揭示了早三疊世末期和中-晚侏羅世—早白堊世構(gòu)造擠壓背景下，F(xiàn)ssyt 斷層的持續(xù)逆沖活動發(fā)育生長地層的結(jié)果。正演模擬的生長地層與石英灘凸起前翼中侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)的實際識別的相一致，值得注意的是背斜后翼出現(xiàn)的生長地層在實際解釋中并未出現(xiàn)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能來自實際斷層的初始端點位于更深的部位，導(dǎo)致后翼的生長地層與Fnst 斷層上方的生長軸面重合，但由于地震資料的限制對于Fssyt 斷層向深部的延伸缺乏資料的約束。

5.2 多期構(gòu)造活動動力學(xué)背景

區(qū)域構(gòu)造演化動力學(xué)背景上，根據(jù)陸梁隆起地區(qū)的巖石學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明，陸梁隆起是早石炭世弧前和弧內(nèi)盆地發(fā)育的島弧盆地體系（Yang et al.，2012；Li et al.，2015b）。早石炭世早-中期，卡拉麥里洋俯沖回撤，在陸梁島弧上普遍發(fā)育早石炭世斷陷，F(xiàn)sx 斷層和Fssyt 斷層在這一構(gòu)造背景下初始活動。早-晚石炭世之交，島弧地體繼續(xù)拼貼匯聚，大洋板片俯沖回撤作用減弱，使得準(zhǔn)噶爾盆地及鄰區(qū)盆地進(jìn)入弱斷陷—坳陷階段。晚石炭世早-中期，額爾齊斯洋的南向俯沖板片發(fā)生后撤作用，并引起吉木乃—布爾津弧前盆地發(fā)生伸展變形，陸梁地區(qū)發(fā)育弧內(nèi)斷陷盆地。平面上晚石炭世斷陷方向由早石炭世的NW-SE 向轉(zhuǎn)變?yōu)镹WW-SEE（張磊，2020）。晚石炭世晚期，卡拉麥里洋閉合，莫索灣島弧與陸梁島弧拼合，北部地區(qū)地殼整體抬升剝蝕，盆地發(fā)生強(qiáng)烈擠壓，導(dǎo)致準(zhǔn)噶爾盆地大部分地區(qū)缺失巴塔瑪依內(nèi)山組和雙井子組。

石炭紀(jì)陸梁地區(qū)的弧前裂谷盆地向弧內(nèi)盆地裂谷背景是控制石炭紀(jì)伸展斷裂的主控因素，并且兩期構(gòu)造變形主應(yīng)力方向發(fā)生偏移，對于后期擠壓過程中斷層的選擇性活動可能有重要影響。本文厘定的后期擠壓過程主要包括晚石炭世末期、中-晚二疊世、早-中三疊世以及中-晚侏羅世—早白堊世，造成的地層總縮短量約4 km。構(gòu)造反演和正演模擬結(jié)果顯示，中-晚二疊世、早-中三疊世的構(gòu)造擠壓對石英灘地區(qū)主要斷裂的激活影響有限，地層的缺失主要受控于石英灘凸起處于構(gòu)造高部位接受整體剝蝕。中-晚侏羅世—早白堊世準(zhǔn)噶爾盆地周緣處于壓扭構(gòu)造背景（何登發(fā)等，2005；朱文等，2021），阿爾泰山山前發(fā)育額爾齊斯走滑斷層，北天山發(fā)育北天山走滑斷層，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育達(dá)爾布特走滑斷層，以上斷裂均為右旋走滑斷裂，準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)（朱明等，2021），石英灘凸起南北向地震測線以及東—西向地震測線均識別出這一期斷裂明顯激活，但斷陷反轉(zhuǎn)程度沿構(gòu)造走向差異較大?，F(xiàn)今在二維平面上分析控制斷層反轉(zhuǎn)的因素主要為流體壓力、斷層傾角、上覆地層沉積物的厚度和巖性，但由于陸梁隆起地區(qū)在石炭紀(jì)島弧拼貼過程到后期周緣壓扭過程經(jīng)歷了地體的旋轉(zhuǎn)，給予分析主要構(gòu)造變形期的應(yīng)力方向提出了挑戰(zhàn)，因此對于控制該區(qū)域的斷層反轉(zhuǎn)研究需要結(jié)合三維空間上對主要斷面進(jìn)行約束，在分析不同最大優(yōu)勢主應(yīng)力方向的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合建模和模擬。

6 結(jié) 論

本文針對陸梁隆起北部石英灘凸起開展精細(xì)構(gòu)造建模，依據(jù)不整合面、生長地層約束構(gòu)造演化時空格架，正演、反演相結(jié)合建立構(gòu)造演化模式，主要得出以下3 個結(jié)論：

（1） 石英灘凸起反轉(zhuǎn)構(gòu)造受控于3 條主要斷裂：石西斷裂（Fsx）、石英灘南斷裂（Fssyt）、石英灘北斷裂（Fnsyt），控制石西凹陷—石英灘凸起石炭系非對稱地塹結(jié)構(gòu)。

（2）石英灘凸起及鄰區(qū)構(gòu)造演化歷經(jīng)早石炭世斷陷伸展期、早-晚石炭世之間弱斷陷—坳陷過渡期、晚石炭世伸展—擠壓轉(zhuǎn)換期、早二疊世弱伸展期、中二疊世—中三疊世擠壓以及中-晚侏羅世—早白堊世擠壓6 期重要構(gòu)造事件，其中斷層反轉(zhuǎn)構(gòu)造活躍于晚石炭世末期和中-晚侏羅世—早白堊世。

（3）正、反演結(jié)果表明石西斷裂（Fsx）、石英灘南斷裂（Fssyt）控制石炭紀(jì)斷陷結(jié)構(gòu)，后期的改造作用主要激活了石英灘南斷裂（Fssyt），斷陷的發(fā)育與反轉(zhuǎn)構(gòu)造可能受控于多期次構(gòu)造變形中地體旋轉(zhuǎn)以及最大構(gòu)造主應(yīng)力的優(yōu)勢方向轉(zhuǎn)變背景下構(gòu)造的疊加。