塔里木盆地17號走滑斷裂帶北段差異變形與演化特征

王清華

(中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

走滑斷層作為主要的斷層類型之一，在自然界中廣泛發(fā)育。早期研究主要針對與大洋中脊、板塊邊界或拉分盆地相關的大型走滑斷層的變形活動和形成演化歷史等方面。這些走滑斷層普遍具有延伸長度大(幾百至幾千公里)、滑移距離大(幾十至幾百公里)、演化歷史復雜等特點，如美國的San Andreas斷層[1-3]，新西蘭的Alpine斷層[4]，土耳其North Anatolian斷層[5]，以及我國的郯廬斷裂帶[6-10]和阿爾金斷裂帶[11-12]等。近些年，隨著研究逐漸深入和高精度三維地震資料的獲取，在比較穩(wěn)定的克拉通盆地內(nèi)部也識別出了延伸可達上百公里的走滑斷裂，但這些走滑斷裂的滑移距離一般都較小，通常只有幾百米到幾千米，與大型走滑斷裂帶存在較明顯差異，這類走滑斷裂常被稱為板內(nèi)中小尺度走滑斷裂[13-16]。

近年來，在塔里木盆地臺盆區(qū)阿滿過渡帶的特深碳酸鹽巖領域獲得重大油氣勘探突破，揭示了該地區(qū)發(fā)育的克拉通內(nèi)中小滑移距走滑斷裂體系對奧陶系碳酸鹽巖具有明顯的“控儲、控藏、控富”作用[17-23]。作為近些年的研究熱點，眾多學者對塔里木盆地臺盆區(qū)中部的走滑斷裂帶開展了許多研究，認為該地區(qū)走滑斷裂的發(fā)育特征整體具有東西分區(qū)、南北分段、縱向分層、活動分期等特點[24-29]，但對于走滑斷裂分段、分期的具體劃分方案以及走滑斷裂的形成機制等都存在一定爭議，這也制約了針對該地區(qū)走滑斷裂帶的油氣勘探部署。

目前利用新三維地震資料在塔里木盆地阿滿過渡帶識別出的17號走滑斷裂帶(FI17走滑斷裂帶)是一條貫穿塔中隆起以及阿滿過渡帶的克拉通內(nèi)走滑斷裂帶(圖1)。與阿滿過渡帶內(nèi)其它走滑斷裂帶(如FI5和FI10走滑斷裂帶等)相比，17號走滑斷裂帶的研究程度還較低，針對該斷裂帶的展布特征、活動性及其控油氣作用等還未開展過相關研究工作。本文主要以富滿油田區(qū)塊內(nèi)的17號走滑斷裂帶北段為研究對象，通過三維地震資料精細解釋，解剖走滑斷裂帶剖面變形和平面展布特征，分析走滑斷裂帶形成演化歷史，旨在為深化認識阿滿過渡帶走滑斷裂體系成因機制及其控儲控藏作用分析提供科學依據(jù)。

圖1 塔里木盆地阿滿過渡帶及鄰區(qū)構造單元劃分和一間房組頂面主要斷裂分布(據(jù)文獻[27-28]修改)

1 地質概況

塔里木盆地位于我國西部地區(qū)，四周被天山、昆侖山和阿爾金山所圍限，盆地面積達56×104km2，是我國陸內(nèi)面積最大的含油氣疊合盆地[30]。阿滿過渡帶位于塔里木盆地北部坳陷中部，東接滿加爾凹陷，西臨阿瓦提凹陷，南、北分別與塔北隆起和塔中隆起相鄰(圖1)。富滿油田位于阿滿過渡帶東部，該區(qū)下古生界發(fā)育完整的生儲蓋組合，多期活動的NE向走滑斷裂帶為該地區(qū)油氣運移、聚集與富集提供了優(yōu)越的石油地質條件，沿走滑斷裂帶部署的多口探井均獲得高產(chǎn)油氣流[21，23]。

阿滿過渡帶及鄰區(qū)走滑斷裂發(fā)育特征存在一定差異，具有分區(qū)、分帶特征，可以劃分出多個走滑斷裂體系(圖1)。塔北隆起及周緣主要發(fā)育由NNE向和NNW向走滑斷裂組成的“X”形共軛走滑斷裂體系，兩組斷裂夾角為30°～40°；塔中隆起北坡地區(qū)主要發(fā)育NNE走向的近平行走滑斷裂體系，斷層走向約為NE30°，與塔中隆起NW向逆沖斷裂近垂直相交；阿滿過渡帶中部地區(qū)主要發(fā)育FI5、FI10等走滑斷裂帶，其中以FI5斷裂帶為界，東、西部走滑斷裂的走向具有明顯差異(圖1)。17號走滑斷裂帶(FI17走滑斷裂帶)位于FⅠ5走滑斷裂帶東側，是一條貫穿塔中隆起和阿滿過渡帶的大型走滑斷裂帶?；谀壳暗牡卣鹳Y料，17號走滑斷裂帶可識別長度已超過160 km，本文主要研究對象是位于富滿油田范圍內(nèi)的走滑斷裂帶北段(圖1)。

富滿油田目的層奧陶系主要發(fā)育鐵熱克阿瓦提組、桑塔木組、良里塔格組、吐木休克組、一間房組、鷹山組和蓬萊壩組，其中良里塔格組、一間房組、鷹山組和蓬萊壩組均具備發(fā)育優(yōu)質儲層的巖性基礎(圖2)。目前富滿地區(qū)勘探開發(fā)主要目的層系為下—中奧陶統(tǒng)一間房組和鷹山組上部的碳酸鹽巖，儲層類型以孔洞-裂縫型為主。

圖2 塔里木盆地富滿地區(qū)地層綜合柱狀圖(據(jù)文獻[28]修改)

2 斷裂帶分層差異變形特征

地震資料顯示，17號走滑斷裂帶在剖面上主要表現(xiàn)出單條直立、花狀構造等變形樣式，而且在不同層位內(nèi)的變形特征具有一定差異，表現(xiàn)出分層差異變形的特點(圖3)。根據(jù)地層巖性變化以及走滑斷裂帶變形樣式的差異，由下至上可依次劃分出寒武系鹽下構造層(TH2以下)、中寒武統(tǒng)膏鹽巖構造層(TH2—TH3)、上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖構造層(TH3—TO3t)和上奧陶統(tǒng)—石炭系碎屑巖構造層(TO3t—TP)等(圖2)。

圖3 阿滿過渡帶17號走滑斷裂帶北段剖面特征對比(剖面位置見圖1)

(1)寒武系鹽下構造層。

該構造層主要發(fā)育震旦系裂谷和下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖臺地，在富滿地區(qū)不同部位的構造變形存在一定差異。在研究區(qū)內(nèi)的17號走滑斷裂帶北部，基底地層發(fā)生明顯下凹，主要發(fā)育大型前寒武系凹陷(圖3(a)和(b))；斷裂帶中部的基底變形較弱，地層超覆于斜坡之上(圖3(c)和(d))；斷裂帶南部的基底地層產(chǎn)狀穩(wěn)定，地層變形較弱(圖3(e)和(f))，局部地區(qū)發(fā)育南華系—震旦系正斷層，與深部走滑斷層相連(圖3(f))。該構造層內(nèi)的17號走滑斷裂帶均表現(xiàn)為斷面直立，基本不發(fā)育分支斷裂，向下直插基底(圖3)。

(2)中寒武統(tǒng)膏鹽巖構造層。

該構造層主要發(fā)育中寒武統(tǒng)膏鹽巖層及相關構造變形，走滑斷裂帶變形強度整體呈現(xiàn)“南強北弱”的特點。17號走滑斷裂帶北部膏鹽層變形較弱，部分區(qū)域在斷層破碎帶范圍內(nèi)發(fā)生局部上拱，發(fā)育小型鹽枕構造(圖3(b))。斷裂帶中部和南部的鹽層發(fā)生比較強烈的流動變形，在剖面上呈顯著下掉，發(fā)育鹽撤構造(圖3(d))。該構造層內(nèi)的17號走滑斷裂帶依舊以斷面直立的單支走滑斷裂為主，局部地區(qū)斷裂活動較強，主斷面清晰，主干斷裂兩側分支斷裂較為發(fā)育，形成典型的負花狀構造(圖3(f))。

(3)上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖構造層。

在此構造層中，17號走滑斷裂帶活動性較強，主斷面清晰，斷面直立，斷溶體發(fā)育特征明顯，沿走滑斷裂帶發(fā)育一系列“串珠”狀結構。在斷裂的不同位置表現(xiàn)為地層顯著下掉(圖3(d))或上拱變形(圖3(e)和(f))，變形幅度最大可達110～150 m。剖面上多條分支斷裂與主走滑斷裂組合成典型正花狀或負花狀構造，表明走滑斷裂局部處于張扭或壓扭環(huán)境。部分斷層可向上切穿碳酸鹽巖頂面，與上部構造層的下切雁列式正斷層相接(圖3(d))。

(4)上奧陶統(tǒng)—石炭系碎屑巖構造層。

在此構造層中，斜向伸展作用使研究區(qū)內(nèi)的17號走滑斷裂帶發(fā)生局部張扭變形，形成大量雁列式正斷層，在剖面上斷層斷距較大，發(fā)育地塹、半地塹或復合地塹構造，且垂向上斷層為多層疊合發(fā)育，表明正斷層也具有多期次活動的特征(圖3(b)和(d))，但在斷裂帶的最北端正斷層不發(fā)育(圖3(a))。

3 斷裂帶平面展布特征

在平面上，17號走滑斷裂帶北段的走向發(fā)生變化，整體呈波浪形彎曲狀展布。研究區(qū)內(nèi)17號走滑斷裂帶走向自北向南由NNE向逐漸轉變?yōu)镹EE向(圖1)?；跀嗔褞ё呦蜃兓卣?，可將17號走滑斷裂帶北段進一步劃分出北亞段、中亞段和南亞段，其走向分別為NE13°、NE27°和NE51°。在不同地層界面上，17號走滑斷裂帶的平面展布特征也存在差異。在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面(TO3t)之下走滑斷裂主要呈線性延伸，而在上部志留系頂面(TS)表現(xiàn)出雁列式展布特征(圖4)。

圖4 17號走滑斷裂帶北段各層位平面相干切片及其斷裂解釋

在下寒武統(tǒng)底面(TH1)，17號走滑斷裂帶的主位移帶呈線性展布，北亞段斷層顯示較弱，中亞段和南亞段斷裂活動性較強，整體呈“多節(jié)斷續(xù)狀”不連續(xù)發(fā)育(圖4(a))。解釋結果表明，在下寒武統(tǒng)內(nèi)17號走滑斷裂帶并不是一條連續(xù)發(fā)育的斷裂，而是由多條小型斷裂連接而成，北亞段的單條斷裂延伸較長，而中亞段和南亞段的斷裂更加破碎，不同斷層段之間多呈左階疊接展布(圖4(b))。

在上寒武統(tǒng)底面(TH3)，17號走滑斷裂帶破碎帶寬度增大，展布形跡更為清晰，整體也呈線性展布，各亞段走向與下寒武統(tǒng)底界面基本保持一致(圖4(c))。解釋結果表明，走滑斷裂在北亞段的連續(xù)性較好，在中亞段和南亞段的主斷裂周緣發(fā)育小型次級斷裂，與主斷裂斜交或近平行展布(圖4(d))。

在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面(TO3t)，17號走滑斷裂帶特征清晰，呈現(xiàn)連續(xù)性較好的線性展布，但在中亞段和南亞段則具有較明顯的分段性(圖4(e))。解釋結果表明，17號走滑斷裂帶北亞段的完整性較強，單條斷裂延伸距離長。中亞段分段特征明顯，由南向北，依次發(fā)育軟連接段-線性段-軟連接段-線性段，軟連接段走滑斷裂呈左階疊覆和右階疊覆交替出現(xiàn)。南亞段沿破碎帶R、P破裂等派生構造發(fā)育，平面上多個辮狀構造相間分布，形似“糖葫蘆串”(圖4(f))。

在志留系底界面(TS)，17號走滑斷裂帶的主位移帶發(fā)育并不明顯，主要發(fā)育呈右階雁列式展布的NW—NNW向次級斷裂。雁列式斷裂帶的整體展布方向與深層走滑斷裂帶走向基本一致，而且單條雁列斷層的長度由南向北逐漸增大(圖4(g))。解釋結果表明，南亞段的雁列斷層具有“短而密”的分布特征。中亞段向北單條斷裂的延伸長度有所增加，但斷裂發(fā)育密度減小。北亞段的單條斷裂延伸長度較大，可達5～10 km，但繼續(xù)向北雁列式斷層便不再發(fā)育(圖4(h))。

對17號走滑斷裂帶各個亞段在中奧陶統(tǒng)頂界面和志留系底界面的延伸長度、最大變形幅度及最大破碎帶寬度等進行定量統(tǒng)計分析(表1)。在南亞段和中亞段，各層系的延伸長度較為接近，但在北亞段中奧陶統(tǒng)頂界面的延伸長度遠大于志留系底界面。斷裂帶最大變形幅度均位于中亞段，南亞段變形幅度最弱，且斷裂在中奧陶統(tǒng)的變形幅度整體大于志留系底界面的變形幅度。斷裂破碎帶寬度在各層系、各亞段之間變化較大。在各亞段中奧陶統(tǒng)底界面的破碎帶寬度均較小，最大值不超過2 km，但在志留系底界面的破碎帶寬度較大，且由南向北逐漸增大，這與志留系雁列式正斷層發(fā)育數(shù)量較多有關。

表1 17號走滑斷裂帶各亞段、層系發(fā)育特征對比

4 斷裂帶活動特征及演化過程

4.1 斷裂活動期次及強度

地震資料顯示，17號走滑斷裂帶北段的南亞段與中亞段在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面(TO3t界面)上發(fā)生左階疊接，而且在剖面上斷裂帶內(nèi)的地層發(fā)生比較明顯的下掉，表明斷裂疊接區(qū)處于張扭環(huán)境(圖5(a))。依據(jù)走滑斷層疊接方式以及疊接段應力場特點，可判斷出17號走滑斷裂在中奧陶世應該發(fā)生左旋走滑活動，并在晚奧陶世—石炭紀受斜拉作用影響，在碎屑巖構造層形成一系列呈右階雁列式展布的正斷層(圖5(b)和(c))。

圖5 17號走滑斷裂帶走滑斷裂旋向判別標志

通過對比分析17號走滑斷裂帶在不同地層界面上的變形幅度特征，可以發(fā)現(xiàn)它們既有差異性，同時也有一定關聯(lián)性。在志留系底界面(TS)，17號走滑斷裂帶內(nèi)的地層均發(fā)生比較明顯的下掉，而且下掉幅度從南向北逐漸減弱，至HD32井區(qū)附近，地層基本未發(fā)生變形(圖6(a))。在上奧陶統(tǒng)底界面(TO3t)，南亞段除MS4井區(qū)外，主要以地層上拱變形為主。而在南亞段與中亞段的過渡部位，斷裂發(fā)生疊接，疊接區(qū)內(nèi)的地層發(fā)生明顯下掉。繼續(xù)向北則交替出現(xiàn)地層的隆升和下掉現(xiàn)象，但地層整體變形幅度是持續(xù)減弱的(圖6(b))。17號走滑斷裂帶在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面(TO3t)和志留系底界面(TS)的變形幅度均表現(xiàn)為南強北弱，且深層中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面的變形幅度更大，指示上奧陶統(tǒng)—石炭系內(nèi)雁列式正斷層的變形強度可能受深層走滑斷裂的變形特征控制，上奧陶統(tǒng)—石炭系(TS)雁列式正斷層的活動強度與奧陶系灰?guī)r頂面(TO3t)變形幅度呈正相關。

圖6 17號走滑斷裂帶不同界面垂向變形幅度特征

4.2 斷裂演化過程

研究表明，阿滿過渡帶經(jīng)歷了多階段的構造演化活動。加里東早期(寒武紀—中奧陶世)，阿滿過渡帶處于克拉通內(nèi)弱伸展背景階段，經(jīng)歷了區(qū)域性穩(wěn)定構造沉降[27，31]。加里東中期(奧陶紀)，阿滿過渡帶處在克拉通隆起形成演化的整體擠壓階段，在加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世末)，阿滿過渡帶南北兩側的塔中隆起與塔北隆起已經(jīng)形成，擠壓狀態(tài)一直持續(xù)到加里東晚期—海西早期(志留紀—泥盆紀)。海西中—晚期(石炭紀—二疊紀)，隨著塔北隆起持續(xù)抬升，阿滿過渡帶也進一步發(fā)生抬升；印支期—燕山期(三疊紀—白堊紀)，阿滿過渡帶埋深持續(xù)增大，至喜馬拉雅期形成現(xiàn)今格局并定型[31-33]。

根據(jù)斷裂垂向分層差異變形特征、切穿層位差異、不整合面展布特征等因素，同時結合區(qū)域構造運動和應力場背景，將研究區(qū)內(nèi)17號走滑斷裂帶的形成演化過程劃分為早加里東期、中加里東期和晚加里東期—海西期等3個階段(圖7)。

圖7 塔里木盆地17號走滑斷裂帶演化模式

(1)早加里東期(走滑斷裂帶初始發(fā)育階段)。

新元古代晚期—寒武紀，塔里木板塊整體位于被動大陸邊緣環(huán)境[33-34]，阿滿過渡帶受伸展應力場控制，局部地區(qū)可見小型凹陷。中—晚寒武世，古阿爾金山與塔里木板塊發(fā)生早期碰撞，阿滿過渡帶由伸展環(huán)境轉為擠壓環(huán)境，并在早期伸展構造的基礎上，17號走滑斷裂帶雛形逐漸形成，并直插基底，在中—上寒武統(tǒng)內(nèi)形成少量分支斷層，并伴隨地層微幅度隆起或下掉；平面上走滑斷裂主要以分段、分節(jié)的形式斷續(xù)發(fā)育(圖7(a))。

(2)中加里東期(走滑斷裂帶發(fā)育成熟階段)。

加里東中期III幕，受西南側古昆侖洋閉合以及北部南天山洋逐漸剪刀式閉合的影響[35]，塔里木板塊處于強烈擠壓應力環(huán)境中，阿滿過渡帶的走滑斷裂在早加里東期基礎上繼承性發(fā)育，活動強烈。在中—下奧陶統(tǒng)內(nèi)發(fā)育較多分支斷裂，地層發(fā)生明顯隆起或下掉，形成典型的正花狀或負花狀構造樣式。在平面上走滑斷裂的連續(xù)性增強，單條斷層延伸長度增大，各斷層段之間相互疊覆，在不同部位形成馬尾狀段、線性段、辮狀段等(圖7(b))。

(3)晚加里東期—海西期(走滑斷裂帶發(fā)育衰退階段)。

晚加里東期—海西期，受東南部阿爾金洋閉合以及北部南天山洋閉合的影響，阿滿過渡帶的部分走滑斷裂在奧陶系碳酸鹽巖走滑斷裂體系的基礎上繼承性活動，走滑斷裂向上延伸至碎屑巖構造層內(nèi)；大多數(shù)走滑斷裂在該時期已停止活動，但控制著碎屑巖層內(nèi)新生斷層的發(fā)育位置，平面上沿深部走滑斷裂帶發(fā)育一系列與斷裂走向斜交的雁列式正斷層，剖面上發(fā)育多個小型地塹系統(tǒng)(圖7(c))。

5 結 論

(1)貫穿塔中隆起和阿滿過渡帶的17號走滑斷裂帶具有分層差異變形特征。寒武系鹽下構造層走滑斷裂斷面直立，直插基底；中寒武統(tǒng)膏鹽巖構造層發(fā)育少量分支斷裂，并伴隨著地層微幅度變形；上寒武統(tǒng)—中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖構造層斷裂活動強烈，地層變形幅度大，沿斷裂帶可見典型斷溶體“串珠”地震特征；上奧陶統(tǒng)—石炭系碎屑巖構造層內(nèi)則發(fā)育大量對傾正斷層，形成地塹等構造。

(2)基于斷裂帶走向變化，17號走滑斷裂帶可分為北亞段、中亞段和南亞段。在中奧陶統(tǒng)灰?guī)r頂面之下斷裂主要表現(xiàn)為線性延伸，北亞段單條斷裂延伸長，中亞段的分段疊接特征明顯，南亞段發(fā)育辮狀構造；斷裂在志留系頂面表現(xiàn)為雁列式展布特征，單條斷裂長度由北向南逐漸減小。

(3)17號走滑斷裂帶在中奧陶世發(fā)生左旋走滑活動，在晚奧陶世—石炭紀受斜拉作用形成一系列雁列式正斷層，活動強度均為北強南弱。17號走滑斷裂帶主要經(jīng)歷了早加里東期初始發(fā)育階段、中加里東期發(fā)育成熟階段以及晚加里東期—海西期發(fā)育衰退階段。