云金表，周 波，王書榮

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083)

1 構(gòu)造帶發(fā)育背景

玉北1井奧陶系石油勘探的突破，揭示了麥蓋提斜坡是塔里木盆地又一個(gè)具有勘探潛力的區(qū)域。玉北1井背斜帶屬于瑪東構(gòu)造帶的一部分，位于塘北構(gòu)造帶南段的西緣(圖1)?？傮w走向北東向，與其他背斜帶斜交。

地震剖面顯示，玉北地區(qū)明顯分為3個(gè)構(gòu)造層。古近系以下地層都卷入背斜構(gòu)造，下構(gòu)造層由寒武系－奧陶系構(gòu)成，中構(gòu)造層由石炭系－二疊系組成，上覆古近系－新近系未變形，但為區(qū)域南傾地層。上古生界對下覆地層具有明顯削截特點(diǎn)，玉北1井鉆探也證實(shí)中、上奧陶統(tǒng)－泥盆系缺失，不過在構(gòu)造帶兩側(cè)發(fā)育一套超覆不整合于中、下奧陶統(tǒng)之上的地層，背斜帶外側(cè)的玉北5井和玉北9井鉆遇上奧陶統(tǒng)良里塔格組。寒武系－奧陶系主要為海相碳酸鹽巖地層，其中中寒武統(tǒng)發(fā)育膏泥巖，由地震反射特征推測厚度為100～300 m之間。石炭系－二疊系也以海相碳酸鹽巖地層為主，其上部被古近系削截。區(qū)域性缺失三疊系－白堊系。古近系－新近系主要為陸相碎屑巖地層。在石炭系與古近系底部也發(fā)育厚度不大的膏鹽巖層。

圖1 玉北1井背斜帶區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of the Well Yubei 1 structural belt

2 構(gòu)造帶樣式及其變化

玉北1井背斜帶在區(qū)內(nèi)分為3段(圖1)。北段為主干斷層向東南傾斜控制的逆沖－走滑復(fù)合構(gòu)造帶;中段為主干斷層向北西傾斜控制的逆沖－走滑復(fù)合構(gòu)造帶;南段為花狀構(gòu)造帶［1－2］。

2.1 北段構(gòu)造樣式及其變化

構(gòu)造帶北段自北向南以花狀構(gòu)造為主，逐漸轉(zhuǎn)化為逆沖斷層轉(zhuǎn)折背斜為主。其中玉北1－2井以北，構(gòu)造帶中部構(gòu)造層主要表現(xiàn)為對稱膝褶型背斜，西陡東緩。下部構(gòu)造層西側(cè)為花狀構(gòu)造，東側(cè)為逆沖構(gòu)造。褶皺軸面分析也顯示中部構(gòu)造層地層傾角較小，下部構(gòu)造層地層傾角明顯增大。自北向南背斜規(guī)模越來越大，背斜上下部形態(tài)也明顯越來越不協(xié)調(diào)。西側(cè)上下為背形構(gòu)造，東側(cè)下部構(gòu)造層褶皺范圍明顯擴(kuò)大(圖2)，上部構(gòu)造層軸面傾角明顯小于下部。從上奧陶統(tǒng)、石炭系底部地層超覆明顯，顯示構(gòu)造帶具有二次疊加、干涉成因特點(diǎn)［3－9］。

圖2 玉北1井構(gòu)造帶北段地震剖面特征Fig.2 Seismic profile of the north part of the Well Yubei 1 structural belt

圖3 玉北1井構(gòu)造帶中段地震剖面特征Fig.3 Seismic profile of the middle part of the Well Yubei 1 structural belt

玉北1－2井及其以南構(gòu)造樣式與北部發(fā)生改變，花狀構(gòu)造東支斷層消失，取而代之逆沖斷層顯著增強(qiáng)。中部構(gòu)造層也由北段對稱背斜逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞫笘|緩的不對稱膝褶型背斜，上部背斜帶與下部逆沖－褶皺構(gòu)造形態(tài)相似，而且下構(gòu)造層構(gòu)造幅度明顯大于中構(gòu)造層。說明本帶是兩次以上構(gòu)造擠壓扭動(dòng)的產(chǎn)物。西側(cè)高陡走滑斷層仍然是整個(gè)構(gòu)造帶的邊界。在中、下寒武統(tǒng)及其基底反射表現(xiàn)最為顯著，斷層下部兩側(cè)反射顯著不同，西側(cè)地層近于平緩，東側(cè)與逆沖斷層之間形成雜亂反射區(qū)。由此推斷走滑斷層在構(gòu)造的發(fā)育過程中始終發(fā)揮著控制作用。

2.2 中段構(gòu)造樣式及其變化

構(gòu)造帶中段與北段正好相反，自北向南由逆沖斷層轉(zhuǎn)折背斜為主(圖3)，逐漸轉(zhuǎn)化為花狀構(gòu)造為主，與北段不同是主干走滑斷層與逆沖斷層向西北傾斜。其次，本段主干走滑斷層兩側(cè)中、下寒武統(tǒng)反射波組比北段更加明顯，充分顯示該段基底走滑作用顯著。

2.3 南段構(gòu)造樣式及其變化

背斜帶南段主要由下部高陡單斷層－上部褶皺組成，或下部由兩個(gè)相反傾向斷層組成的花狀構(gòu)造－上部背斜組成。剖面上下部只發(fā)育單條高陡單斷層，或簡單的“Y”字形斷裂組合(圖4)。斷層傾角一般大于70°，在下構(gòu)造層頂部多數(shù)表現(xiàn)為逆斷層，頂部的石炭系－二疊系為對稱性背斜。此類構(gòu)造樣式主干斷層普遍深切基底，斷層兩側(cè)中、下寒武統(tǒng)及其以下反射波組差異較大。斷層西側(cè)中、下寒武統(tǒng)一般為2強(qiáng)3弱反射波組特征，而東側(cè)則發(fā)育4強(qiáng)6弱的反射波組，地層厚度存在較大差異(推測200～400 m)。軸面分析表明，現(xiàn)今構(gòu)造帶中下部構(gòu)造層地層傾角幾乎一致，而且較窄。表明晚期構(gòu)造變形對構(gòu)造形成貢獻(xiàn)較大［10－15］。但構(gòu)造帶東側(cè)下部地層傾角明顯較大，而且上奧陶統(tǒng)楔形地層發(fā)育，顯示玉北1井背斜帶南段也是早期與晚期兩期構(gòu)造疊加的產(chǎn)物，但早期構(gòu)造幅度不大。

圖4 玉北1井構(gòu)造帶南段地震剖面特征Fig.4 Seismic profile of the south part of the Well Yubei 1 structural belt

綜合上述剖面特征及其沿構(gòu)造帶走向變形特征，玉北1井構(gòu)造帶有如下特征:

1)構(gòu)造帶始終由花狀構(gòu)造與逆沖構(gòu)造共同控制。其中扭動(dòng)構(gòu)造對中部構(gòu)造層背斜幅度的貢獻(xiàn)占有絕對優(yōu)勢，背斜帶受邊界高陡斷層控制。逆沖斷層則是下部構(gòu)造層形成的關(guān)鍵，故在逆沖斷層發(fā)育的玉北1—玉北1－2井之間是下部構(gòu)造層構(gòu)造規(guī)模最大的區(qū)域。

2)逆沖斷層始終發(fā)育于走滑斷層一側(cè)，后者形成了逆沖構(gòu)造終止的邊界。在二者的交匯部位下方，形成了丘形雜亂反射，逆沖斷層與其頂面一致。

3)玉北1井背斜帶整體為長寬比較大，背斜帶與區(qū)域地層之間傾角突變。而且控制構(gòu)造帶的主干斷層傾角在不同段明顯不同，甚至傾向相反。

3 構(gòu)造帶形成機(jī)制與演化過程

3.1 主要變形期的確定

從背斜帶卷入的地層及其區(qū)域地層層序發(fā)育特征分析，玉北1井背斜帶至少經(jīng)歷了中奧陶世中晚期和晚海西期兩次強(qiáng)烈的構(gòu)造事件。第一次強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成構(gòu)造帶基本輪廓及發(fā)育于和田河古隆起和古中央隆起與塘沽巴斯凹陷過渡區(qū)的瑪東－塘北構(gòu)造帶，為壓扭性構(gòu)造帶［16－17］。玉北1井背斜帶是該構(gòu)造帶成員之一。第二次強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是構(gòu)造帶變形的定型階段，也是中部構(gòu)造層構(gòu)造發(fā)育階段。

其次，實(shí)鉆證實(shí)背斜帶頂部缺失中、上奧陶統(tǒng)－泥盆系，而兩側(cè)都發(fā)育良里塔格組。由此表明本區(qū)也存在晚加里東運(yùn)動(dòng)。從塔中低凸起資料分析，本次構(gòu)造作用，力源來自東南，故背斜帶可能遭受了進(jìn)一步的擠壓改造和隆升剝蝕。

二疊系之上缺失了中生代全部地層，表明自古生代末到中生代時(shí)期，背斜帶始終處于隆起狀態(tài)。這一隆起事件的主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)應(yīng)發(fā)生于早二疊世末的晚海西期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。此時(shí)是天山洋和塔西南裂陷槽的關(guān)閉時(shí)間，也是盆地海、陸相轉(zhuǎn)化的時(shí)間。新生代以來隨著區(qū)域南北翹傾，背斜帶也隨之發(fā)生北部抬升。

由此可見，玉北1井構(gòu)造帶共經(jīng)歷了下構(gòu)造層構(gòu)造變形、中構(gòu)造層構(gòu)造變形疊加和晚期構(gòu)造差異升降3個(gè)發(fā)育階段。主要由中奧陶世中晚期、晚加里東期和海西晚期3次構(gòu)造變形所完成，中中奧陶世中晚期是構(gòu)造帶主要定型期。

3.2 構(gòu)造帶發(fā)育控制因素分析

由剖面及沿軸向構(gòu)造樣式分析，玉北1井背斜帶是一個(gè)走滑與蓋層滑脫逆沖斷層－褶皺復(fù)合構(gòu)造帶。形成這樣的構(gòu)造變形主要受基底結(jié)構(gòu)、變形軟弱層和區(qū)域受力背景3個(gè)因素的控制。

1)基底的制約

基底發(fā)育北東向的薄弱帶是本區(qū)形成北東向走滑斷裂的主要觸發(fā)因素之一［17－18］。據(jù)盆地航磁ΔTa異常平面等值線分布圖，可以看出塔西南坳陷東部北東向磁異常條帶十分明顯，反映基底存在東西分割、北東向延伸的塊體。塊體之間的薄弱帶為后期北東向走滑斷裂的形成奠定了基礎(chǔ)?，敄|構(gòu)造帶正好處于塔里木中央高磁帶南側(cè)塔西南磁異常區(qū)與塔南磁異常區(qū)的過渡部位，是基底結(jié)構(gòu)差異最大的區(qū)域。

2)變形軟弱層的作用

走滑斷層的彎曲，或早期膏泥巖的聚集，是形成逆沖斷層－褶皺構(gòu)造的關(guān)鍵因素［19］。前述地震反射特征表明，玉北1井背斜帶下構(gòu)造層構(gòu)造規(guī)模大的強(qiáng)變形區(qū)都與滑脫逆沖相關(guān)。而逆斷層則是沿中寒武統(tǒng)膏鹽層由構(gòu)造帶外側(cè)向高陡走滑斷層方向逆沖，二者交匯部位形成丘形雜亂反射的膏鹽巖聚集(圖2，圖3)，反映了該帶是在區(qū)域匯聚扭動(dòng)，走滑斷層在彎曲部位轉(zhuǎn)變成了側(cè)向擠壓作用，沿膏鹽巖層滑脫逆沖的特點(diǎn)。

3)區(qū)域應(yīng)力場的影響

應(yīng)力的傳遞方向、強(qiáng)度決定玉北1井構(gòu)造帶變形特征的最關(guān)鍵因素之一。由前述可知，本區(qū)至少經(jīng)歷了中、晚加里東、晚海西三期強(qiáng)烈變形，和一期向北大規(guī)模區(qū)域翹傾過程。由區(qū)域應(yīng)力場分析，中奧陶世中晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是一次導(dǎo)致區(qū)域格局發(fā)生重大轉(zhuǎn)變的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。它形成了塔西南－古中央隆起帶及其南北坳陷的盆地現(xiàn)今構(gòu)造格局，控制了上奧陶統(tǒng)沉積。本帶中、下奧陶統(tǒng)與上奧陶統(tǒng)間不整合是此次構(gòu)造變動(dòng)反應(yīng)。從變形強(qiáng)度分析，構(gòu)造作用力來自東南，形成了以塔西南－古中隆起及其兩側(cè)凹陷的格局。變形較強(qiáng)是塔中與塘北－瑪東構(gòu)造帶。本背斜帶處于瑪東構(gòu)造帶西側(cè)南段，故自南向北有走滑為主，到滑脫逆沖為主的變形特征［20］。晚奧陶世－志留紀(jì)是類似前陸盆地發(fā)育過程，構(gòu)造擠壓方向更偏向東南逆沖擠壓的趨勢更加顯著。本背斜帶與瑪東構(gòu)造帶整體走向斜交，故走滑分量應(yīng)該更大。晚海西期主要是天山洋、塔西南裂陷閉合對盆地區(qū)的影響，應(yīng)力場以南北擠壓為特征，因此玉北1背斜帶主要受扭動(dòng)應(yīng)力場的作用［20］。

3.3 構(gòu)造形成機(jī)制與發(fā)育過程

綜合背斜帶特征及其控制因素、形成發(fā)育階段，玉北1井背斜帶是在基底先存薄弱帶基礎(chǔ)上，在中晚加里東期和晚海西期兩個(gè)階段3次構(gòu)造扭動(dòng)擠壓疊加而成［21－24］。在中晚加里東時(shí)期，由于區(qū)域擠壓應(yīng)力來自東南方向，首先形成了區(qū)域順扭應(yīng)力場。同時(shí)由于存在中寒武統(tǒng)膏鹽巖層，基底扭動(dòng)在斷層發(fā)生彎曲區(qū)轉(zhuǎn)化為蓋層滑脫逆沖與側(cè)向擠壓作用，故形成了明顯的擠壓背斜構(gòu)造(圖5)。早期背斜為剪切－擠壓背斜，因此構(gòu)造頂部是高陡縫發(fā)育區(qū)，向深部裂縫產(chǎn)狀變緩，而且有層間滑動(dòng)，推斷背斜兩翼具有形成層間巖溶的條件(圖6)。

圖5 區(qū)域匯聚扭動(dòng)作用下基底走滑斷裂變形應(yīng)力與變形Fig.5 Stress and strain of the basement strike-slip fault in the converge-wrench system

圖6 玉北1構(gòu)造帶裂縫及巖溶儲層發(fā)育模式Fig.6 Development model of fractures and karst reservoirs in the Well Yubei 1 structural belt

晚奧陶世開始的晚加里東構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)一步向東偏轉(zhuǎn)，擠壓進(jìn)一步明顯。但由于應(yīng)力作用強(qiáng)度的減弱，僅僅表現(xiàn)在構(gòu)造帶的進(jìn)一步隆升，上奧陶統(tǒng)沉積由東向西超覆于背斜帶上，因此背斜帶上是中、晚加里東兩期不整合面的疊加。一直至早石炭世開始再次埋藏。

軸面分析表明，形成于晚海西期的背斜帶中構(gòu)造層，主要受控制構(gòu)造帶邊界的高陡走滑斷層的控制，背斜以近于對稱的膝褶型背斜為特征。由此表明晚海西期是在區(qū)域順扭應(yīng)力場作用下的基底斷裂進(jìn)一步走滑過程的產(chǎn)物。同時(shí)早期構(gòu)造形成了阻擋，造成了構(gòu)造帶局部構(gòu)造的上下疊加。

4 結(jié)論

1)玉北1井背斜帶是受區(qū)域順扭作用應(yīng)力場于中、晚加里東與海西晚期兩個(gè)階段3次構(gòu)造變形形成的產(chǎn)物?；妆∪鯉У陌l(fā)育與彎曲、區(qū)域方向的偏轉(zhuǎn)與中寒武統(tǒng)膏泥巖的存在，是造成走滑與逆沖交替發(fā)育的基礎(chǔ)。走滑構(gòu)造對中部構(gòu)造層背斜幅度的貢獻(xiàn)占有絕對優(yōu)勢，逆沖斷層則是下部構(gòu)造層變形的關(guān)鍵。

2)背斜卷入地層及其兩側(cè)地層接觸關(guān)系表明，石炭系與中、下奧陶統(tǒng)之間的不整合是中加里東、晚加里東期構(gòu)造變形疊加產(chǎn)物，構(gòu)造帶外則主要是中加里東不整合區(qū)。

3)由背斜帶解剖推斷:整個(gè)背斜帶加里東期的變形帶主要發(fā)育在北段，特別是玉北1井以北地區(qū);背斜帶后期改造集中在南段和背斜帶高陡斷層一側(cè);背斜深部收縮大，上部收縮小，顯示早期為簡單剪切斷層轉(zhuǎn)折褶皺，后期為簡單剪切斷層擴(kuò)展褶皺。

［1］夏義平，徐禮貴，劉萬輝，等.地震解釋及綜合研究中幾個(gè)問題的探討［J］.石油地球物理勘探，2005，40(增刊1):1 －5.Xia Yiping，Xu Ligui，Liu Wanghui，et al.Discussion of some problems between seismic interpretation and reasearch［J］.Oil Geophysical Prospecting，2005，40(S1):1 －5.

［2］何登發(fā)，楊庚，管樹巍，等.前陸盆地構(gòu)造建模的原理與基本方法［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32(3):7 －14.He Dengfa，Yang Geng，Guan Shuwei，et al.Principles and methodology of structural modeling in foreland basins［J］.Petroleum Exploration and Development，2005，32(3):7 － 14.

［3］Dahlstrom C D A.The upper detachment in concentric folding［J］.Bulletin of Canadian Petroleum Geology，1969，17:336 －344.

［4］Suppe J.Geometry and kinematics of fault-bend folding［J］.American Journal of Science，1983，283:684 －721.

［5］Jamison W R.Geometric analysis of fold development in over-thrust terranes［J］.Journal of Structural Geology，1989，9:207 －219.

［6］Suppe J，Medwedeff D.Geometry and kinematics of fault-propagation folding［J］.Eclogae Geologicae Helvetiae，1990，83:409 －454.

［7］Mitra S.Fault-propagation folds:geometry，kinematic evolution，and hydrocarbon traps［J］.AAPG Bulletin，1990，74:921 －945.

［8］Dahlstrom C D A.Geometric constraints derived from the law of conservation volumn and applied to evolutionary models for detachment folding［J］.AAPG Bulletin，1990，74:336 －344.

［9］Medwedeff D.Geometry and kinematics of an active，laterally propagating wedge thrust，Wheeler Ridge，California［C］∥Structural geology of fold and thrust belts.Baltimore:John Hopkins University Press，1992:3 －28.

［10］Shaw J H，Hook S C，Suppe J.Structural trend analysis by axial surface mapping［J］.AAPG Bulletin，1994，78(5):700 －721.

［11］Epard J L，Groshong R H.Kinematic model of detachment folding including limbrotation，fixed hinges and layer-parallel strain［J］.Tectonophysics，1995，247:85 －103.

［12］Poblet J，Mcclay K.Geometry and kinematics of single-layer detachment folds［J］.AAPG Bulletin，1996，80(7):1085 － 1109.

［13］Erslev E A.Trishear fault-propagation folding［J］.Geology，1997，19:617－620.

［14］Hardy S，F(xiàn)ord M.Numerical modeling of trishear fault propagation folding［J］.Tectonics，1997，16:841 －854.

［15］Allmendinger R W.Inverse and forward modeling of trishear faultpropagation folds［J］.Tectonics，1998，17:640 －656.

［16］Novoa E，Mount V，Suppe J.Map-view interference of mono-clinal folds［J］.Journal of Structural Geology，1998，20:339 －353.

［17］李曰俊，吳根耀，孟慶龍，等.塔里木盆地中央地區(qū)的斷裂系統(tǒng):幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)背景地質(zhì)科學(xué)［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43(1):82－118.Li Yuejun，Wu Genyao，Meng Qinglong，et al.Fault systems in central area of the Tarim Basin:geometry，kinematics and dynamic settings［J］.Chinese Journal of Geology，2008，43(1):82 －118.

［18］Finch E，Hardy S，Gawthorpe R.Discrete element modelling of contractional fault-propagation folding above rigid basement fault blocks［J］.Journal of Structural Geology，2003，25:515 －528.

［19］Shaw J H，Connors C，Suppe J.Seismic interpretation of contractional fault-related folds:an AAPG seismic atlas［M］.American Association of Petroleum Geologist’s Special Publication，2004:1 －270.

［20］Sylvester G.Strike-slip faults［J］.Geological Society of America Bulletin，1988，100:1666 －1703.

［21］管樹巍，楊海軍，韓劍發(fā)，等.塔中低凸起的構(gòu)造屬性和解釋方法［J］.石油與天然氣地質(zhì)［J］.2011，32(54):777 －785.Guan Shuwei，Yang Haijun，Han Jianfa，et al.Structural properties and interpretation methods of the Tazhong Low Salient［J］.Oil＆ Gas Geology，2011，32(54):777 －785.

［22］Shaw J H，Bilotti F，Brennan P.Patterns of imbricate thrusting［J］.Geological Society of America Bulletin，1999，111(7):1140 －1154.

［23］Wilkerson M S，Dicken C L.Quick-look techniques f or evaluating two-dimensional cross sections in detached contractional settings［J］.AAPG Bulletin，2001，85(10):1759 －1770.

［24］Johnson K M，Johnson A M.Mechanical analysis of the geometry of forced-folds［J］.Journal of Structural Geology，2002，24:401 －410.