黃太柱

(中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)解析

黃太柱

(中國石化 西北油田分公司，新疆 烏魯木齊 830011)

通過三維地震資料精細(xì)解釋、鉆井資料和地質(zhì)資料綜合對比分析，認(rèn)為塔里木盆地玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)主體表現(xiàn)為逆沖斷裂。斷裂主要在兩個層次發(fā)育：一是發(fā)育在基底，構(gòu)成基底斷裂帶或基底軟弱帶；二是發(fā)育在寒武系-奧陶系碳酸鹽巖中的斷裂帶。玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)由一系列呈北東東走向的斷裂帶組成，主要包括玉北7斷裂帶、玉北1斷裂帶、玉東1斷裂帶、玉東2斷裂帶、玉東3斷裂帶、玉東4斷裂帶等。單個斷裂帶往往由一條主斷裂及其伴生的一組次級斷裂組成。主斷裂斷面傾角上陡下緩，往深層在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中發(fā)生滑脫。主斷裂和次級斷裂常形成背沖型斷裂組合，在剖面上構(gòu)成“斷壘”形態(tài)。寒武系-奧陶系碳酸鹽巖斷裂帶主要形成于加里東中期，經(jīng)歷了加里東中期早幕(早奧陶世蓬萊壩期)、Ⅰ幕(早-中奧陶世鷹山期)和Ⅲ幕(晚奧陶世)3個幕次的活動，海西晚期斷裂活動非常微弱。斷裂帶具有明顯的分段變形特點，斷裂系統(tǒng)和主不整合共同制約垂向構(gòu)造分層。

逆沖作用；滑脫作用；斷裂系統(tǒng)；玉北地區(qū)；塔里木盆地

玉北地區(qū)位于塔里木盆地西南坳陷區(qū)麥蓋提斜坡東段(圖1)，中石化探區(qū)包括麥蓋提1、麥蓋提2和麥蓋提3三個油氣勘查區(qū)塊，勘探面積12 978 km2?？碧匠晒呀?jīng)證實，玉北地區(qū)具有較豐富的油氣資源，已經(jīng)找到了玉北1油田。但玉北地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造演化史長，構(gòu)造變形強烈，斷裂發(fā)育，存在多個主不整合，構(gòu)造變形對油氣成藏和富集的控制條件復(fù)雜，導(dǎo)致油氣賦存富集規(guī)律不清。文章主要討論麥蓋提1和麥蓋提2兩個油氣勘查區(qū)塊斷裂系統(tǒng)及差異性活動規(guī)律。

玉北地區(qū)主要發(fā)育古生界和新生界，缺失中生界(表1)。寒武系-奧陶系為海相碳酸鹽巖沉積，其中中-下寒武統(tǒng)發(fā)育一套鹽巖層系，為該區(qū)主滑脫層。志留系-泥盆系為海相碎屑巖沉積，遭受強烈剝蝕，殘留較少。石炭系-二疊系為海陸交互相碳酸鹽巖和碎屑巖沉積，發(fā)育較為齊全。新生界為陸相碎屑巖沉積。

圖1 玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)Fig.1 Sketch map of fault system in Yubei region

前人對麥蓋提斜坡構(gòu)造特征開展了大量研究工作，揭示了麥蓋提斜坡及鄰區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化過程[1-5]，指出麥蓋提斜坡及鄰區(qū)發(fā)育多期主不整合并探討了各期主不整合的特征[1-3,6]。解剖了麥蓋提斜坡與巴楚隆起的分界斷裂帶特征[7-8]，闡述了玉北地區(qū)斷裂構(gòu)造及變形特征[9-11]。關(guān)于玉北1井背斜帶，認(rèn)為受區(qū)域順扭作用應(yīng)力場，是加里東中、晚期與海西晚期兩個階段3次構(gòu)造變形的產(chǎn)物，提出走滑構(gòu)造對中部構(gòu)造層背斜幅度的貢獻(xiàn)占有絕對優(yōu)勢，逆沖斷層是下部構(gòu)造層變形的關(guān)鍵[12]。對于整個玉北地區(qū)斷裂構(gòu)造特征，認(rèn)為發(fā)育5期不同性質(zhì)的斷裂，即：加里東早期基底張性正斷裂、晚寒武世-早奧陶世基底卷入型走滑斷裂、加里東中-晚期蓋層滑脫型逆沖斷裂、海西晚期繼承性逆沖和走滑斷裂、喜馬拉雅中晚期擠壓逆沖斷裂[13]。進一步揭示了麥蓋提斜坡及鄰區(qū)構(gòu)造演化、構(gòu)造變形對油氣聚集成藏的控制作用[1-6,11-13]。

盡管前人對麥蓋提斜坡及鄰區(qū)的油氣地質(zhì)研究取得了進展，對玉北地區(qū)斷裂構(gòu)造特征研究也取得了新的認(rèn)識，但總體來看，該區(qū)研究程度還比較低，相關(guān)的構(gòu)造演化、構(gòu)造變形及其控油氣作用仍需要做進一步探討，如玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)主要特征、斷裂樣式、平面展布及分布規(guī)律等。本文試圖在三維地震資料精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，對玉北地區(qū)斷裂系統(tǒng)幾何學(xué)樣式及其發(fā)育分布做出新的分析。

1 斷裂系統(tǒng)幾何學(xué)特征

依據(jù)對玉北地區(qū)三維地震剖面解釋結(jié)果，玉北斷裂系統(tǒng)主要由6個呈NEE走向的逆沖斷裂帶組成，自NW往SE方向依次為玉北7斷裂帶、玉北1斷裂帶、玉東1斷裂帶、玉東2斷裂帶、玉東3斷裂帶、玉東4斷裂帶(圖1)，對其幾何學(xué)特征分析如下。

1.1 玉北7斷裂帶

從圖2可以看出，玉北7斷裂帶由發(fā)育在古生界的逆沖斷裂帶和深層基底斷裂帶組成?；讛嗔驯憩F(xiàn)為逆沖性質(zhì)，呈背沖式特征?；讛嗔阎系墓派缒鏇_斷裂帶，在剖面上表現(xiàn)為由NW往SE方向逆沖，斷裂呈鏟狀，上部傾角陡，往深層變緩，向下終止于中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系滑脫層中。斷裂帶由2～3條主沖斷層和1條反沖斷層組成，構(gòu)成不對稱的背沖形態(tài)。斷裂帶向上斷入二疊系，往深層在底部斷坪與斷坡拐點處，中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系明顯加厚。受玉北7斷裂帶控制的構(gòu)造形態(tài)具有斷裂傳播褶皺特征，背斜不對稱，NW翼較緩，SE翼較陡。斷裂帶夾持的構(gòu)造高部位與其兩側(cè)地層厚度有明顯差異：①蓬萊壩組(O1p)厚度NW一側(cè)厚，SE一側(cè)?。虎邡椛浇M(O1-2y)NW一側(cè)薄，SE一側(cè)厚；③斷裂帶夾持的高部位缺失上奧陶統(tǒng)，其兩側(cè)斷洼處發(fā)育上奧陶統(tǒng)；④斷裂帶上部石炭系-二疊系略具頂薄翼厚的特征，表明海西晚期斷裂帶仍有活動，控制地層厚度分布，但斷裂活動性明顯減弱。從斷裂發(fā)育程度和褶皺幅度變化來看，自中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系滑脫層之上，古生界-新生界皆受斷裂活動影響發(fā)生變形，但斷裂帶具有明顯斷距的層位主要出現(xiàn)在奧陶系，表明該斷裂帶在加里東中期活動強烈，加里東晚期-海西早期斷裂繼承性活動，海西晚期斷裂活動主要引起石炭-二疊系褶皺變形(圖2)。

表1玉北地區(qū)地層發(fā)育和構(gòu)造運動

Table1StratigraphyandtectonicmovementofYubeiregion

圖2 玉北7斷裂帶三維地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.2 Yubei No.7 fault zone interpreted on3-D seismic profile(see Fig.1 for the location)

1.2 玉北1斷裂帶

玉北1斷裂帶具有明顯的分段性，沿走向方向主

斷裂斷面傾向發(fā)生顯著變化，可以劃分為3段，分別為玉北1-2段、玉北1段和玉北1-1段(圖1，圖3)。

1) 玉北1-2段

該段基底發(fā)育背沖式斷裂，導(dǎo)致中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系聚集增厚。古生界表現(xiàn)為向NW方向逆沖的滑脫斷裂，斷面呈鏟狀形態(tài)，上部傾角較陡，往深層逐漸變緩，在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中發(fā)生滑脫并消失。在寒武系-奧陶系中，斷距可達(dá)數(shù)百米，與反沖斷裂一起構(gòu)成背沖型斷壘帶。斷裂向上斷至石炭系-二疊系，斷距變小，在晚古生代地層中形成斷層傳播褶皺。斷壘帶缺失上奧陶統(tǒng)，在斷裂帶兩側(cè)斷凹部位，發(fā)育恰爾巴克組(O3qr)和卻爾卻克組(O3q)。石炭系-二疊系具有頂薄翼厚的披覆構(gòu)造特征(圖3a)。

2) 玉北1段

該段基底仍發(fā)育背沖式斷裂，導(dǎo)致中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系受基底沖斷作用發(fā)生流動聚集。古生界主斷裂發(fā)生反向逆沖，表現(xiàn)為斷面往SE方向逆沖，斷面呈鏟狀形態(tài)，上陡下緩，向下滑脫并消失在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系滑脫層中。主沖斷層與反沖斷層在寒武-奧陶系斷距較大，構(gòu)成背沖型斷壘帶，形成斷塊或斷褶潛山。斷裂帶向上斷至石炭系-二疊系，斷距迅速變小，褶皺作用明顯，具有頂薄翼厚特征，形成潛山之上的披覆構(gòu)造(圖3b)。

3) 玉北1-1段

該段寒武系-奧陶系主斷裂帶往SE方向逆沖，斷面呈鏟狀形態(tài)，上陡下緩，向深層滑脫并消失在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中。與反沖斷層構(gòu)成背沖型斷壘帶，但斷壘帶變得很窄，表明該段斷層可能具有一定的走滑分量。該段石炭系-二疊系和新生界變形微弱，表明斷裂活動主要發(fā)生在加里東中期，海西晚期和喜馬拉雅期斷裂基本沒有活動(圖3c)。

圖3 玉北1斷裂帶三維地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3 Yubei No.1 fault zone interpreted on 3-D seismic profiles(see Fig.1 for the location)a.玉北1-2段；b.玉北1段；c.玉北1-1段

圖4 玉東1斷裂帶三維地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.4 Yudong No.1 fault zone interpreted on3-D seismic profile(see Fig.1 for the location)

1.3 玉東1斷裂帶

玉東1斷裂帶也是由基底斷裂帶和古生界斷裂帶組成，基底斷裂帶具有背沖形態(tài)(圖4)。古生界主斷裂帶在剖面上往SE方向逆沖，斷面呈鏟狀，上陡下緩，向深層在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中發(fā)生滑脫并消失。主逆沖斷裂與反沖斷裂組成背沖式斷壘帶，斷裂帶主要發(fā)育在寒武系-奧陶系中，控制寒武系-奧陶系斷層傳播褶皺的形成，使得斷壘帶成為碳酸鹽巖潛山。斷壘帶高部位與其兩側(cè)地層接觸關(guān)系有差異，在斷壘帶頂部石炭系巴楚組(C1b)直接不整合覆蓋在奧陶系鷹山組(O1-2y)之上，在兩側(cè)斷凹處奧陶系鷹山組(O1-2y)之上發(fā)育上奧陶統(tǒng)一間房組(O3y)、恰爾巴克組(O3qr)和卻爾卻克組(O3q)沉積，其上再被石炭系巴楚組(C1b)不整合覆蓋(圖4)。玉東1斷裂帶主要形成于加里東中期，在寒武系-奧陶系碳酸鹽巖地層中活動強烈，斷裂帶之上的石炭系-二疊系和新生界沒有斷開，褶皺變形也不明顯，表明斷裂帶后期活動微弱。

1.4 玉東2斷裂帶

圖5 玉東2斷裂帶三維地震解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.5 Yudong No.2 fault zone interpreted on3-D seismic profile(see Fig.1 for the location)

1.5 玉東3斷裂帶

玉東3斷裂帶具有明顯的分段性特征，由NE往SW可分為玉東3-1段、玉東3-2段、玉東3-3段。

1) 玉東3-1段

2) 玉東3-2段

該段古生界斷裂帶逆沖方向發(fā)生轉(zhuǎn)向，主斷裂帶表現(xiàn)為一組往SE方向逆沖的疊瓦斷裂帶，斷面呈鏟狀形態(tài)，上陡下緩，往深層進入寒武系-奧陶系鹽巖層系發(fā)生滑脫并消失。主斷裂帶與反沖斷裂組成背沖式斷背斜碳酸鹽巖潛山構(gòu)造，整個斷壘帶石炭系巴楚組(C1b)直接覆蓋在奧陶系鷹山組(O1-2y)之上。斷壘帶兩側(cè)斷凹部位，在巴楚組(C1b)和鷹山組(O1-2y)之間，還發(fā)育上奧陶統(tǒng)恰爾巴克組(O3qr)和卻爾卻克組(O3q)。地震剖面顯示石炭系-二疊系有微弱的褶皺變形，但新生界沒有卷入變形(圖6b)。

3) 玉東3-3段(走滑段)

該段斷裂走向發(fā)生明顯轉(zhuǎn)向，主斷面產(chǎn)狀變陡，近于直立，向下斷至基底，并伴生多條分支斷裂，顯示出正花狀構(gòu)造組合特征。主斷裂北側(cè)中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系聚集增厚，中-下奧陶統(tǒng)整體卷入變形，表現(xiàn)出一定程度的逆沖滑脫。石炭系-二疊系具有較微弱的褶皺變形，略具頂薄翼厚的披覆構(gòu)造形態(tài)(圖6c)。

1.6 玉東4斷裂帶

玉東4斷裂帶具有明顯的分段性，不同段在斷面傾向、逆沖方向、活動強度、變形樣式上差異顯著。

1) 玉東4-1段

2) 玉東4-2段(走滑段)

3) 玉東4-3段

該段斷裂帶走向再由近EW向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向，表現(xiàn)為基底走滑斷裂帶與寒武系-奧陶系沖斷帶的組合。基底走滑斷裂帶具正花狀構(gòu)造形態(tài)，往深層進入基底，往上花狀構(gòu)造頂部可斷入鷹山組(O1-2y)。寒武系-奧陶系沖斷帶主斷層往SE方向逆沖，斷面呈鏟狀，上陡下緩，往深層在中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中發(fā)生滑脫并消失。主斷層與反沖斷層構(gòu)成一個較窄的背沖型斷壘帶，形成寒武系-奧陶系碳酸鹽巖潛山，潛山頂部缺失上奧陶統(tǒng)，石炭系-二疊系不整合披覆在鷹山組(O1-2y)之上。斷壘帶兩側(cè)斷凹部位發(fā)育上奧陶統(tǒng)。石炭系-二疊系略具頂薄翼厚的披覆背斜特征，總體看海西晚期活動強度不大。新生界基本無變形，表明喜馬拉雅期構(gòu)造活動微弱(圖7c)。

圖7 玉東4斷裂帶三維地震解釋剖面(剖面位置見圖1 )Fig.7 Yudogn No.4 fault zone interpreted on 3-D seismic profiles(see Fig.1 for the location)a.玉東4-1段；b.玉東4-2段；c.玉東4-3段

2 斷裂系統(tǒng)活動和分布的規(guī)律性

2.1 斷裂系統(tǒng)活動期次和活動強度具有差異性

前人研究認(rèn)為玉北地區(qū)斷裂構(gòu)造具有多期活動的特征，同時認(rèn)為不同活動期斷裂具有不同的性質(zhì)[9,10]。根據(jù)上述對三維地震剖面的精細(xì)解釋，表明該區(qū)斷裂構(gòu)造主要有3個形成期，都以擠壓逆沖活動為主。

1) 基底斷裂形成期

該區(qū)基底斷裂帶主要形成于前南華紀(jì)末塔里木運動期(距今約850 Ma)，塔里木運動代表古塔里木板塊的一次聚合過程，標(biāo)志著塔里木盆地基底的最終形成。塔里木運動期形成的斷裂帶，都是以先存基底軟弱帶的形式出現(xiàn)，?？刂坪笃跀嗔褞Оl(fā)育的具體部位和規(guī)模。

2) 加里東中期斷裂形成期

3) 海西晚期斷裂調(diào)整期

總體看，玉北地區(qū)海西晚期斷裂活動微弱，僅在西北部玉北7和玉北1斷裂帶，沿先存主斷裂發(fā)生繼承性調(diào)整活動，斷裂往上斷入石炭系-二疊系，但斷距較小，導(dǎo)致石炭系-二疊系形成受斷裂控制的撓褶變形；玉東1、玉東2、玉東3和玉東4斷裂帶，在海西晚期活動性極其微弱，可能只影響到石炭系-二疊系低幅度披覆背斜的形成。

2.2 斷裂系統(tǒng)和主不整合共同控制垂向構(gòu)造分層

由于構(gòu)造活動具有顯著的分期性，斷裂構(gòu)造和主不整合發(fā)育，造成該區(qū)在垂向上構(gòu)造分層明顯，同時不同構(gòu)造層具有明顯的差異性。

1) 基底構(gòu)造層

該構(gòu)造層斷裂發(fā)育，斷裂主要出現(xiàn)在基底中，構(gòu)成先存基底軟弱帶，往上常斷入中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系中，是中-下寒武統(tǒng)鹽巖層系聚集增厚的觸發(fā)因素之一，也是寒武系-奧陶系斷裂構(gòu)造形成的主要控制機制，其形成和演化可能受控于構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用[14-16]。

2) 寒武系-奧陶系構(gòu)造層

3) 石炭系-二疊系披覆構(gòu)造層

4) 新生界穩(wěn)定構(gòu)造層

玉北地區(qū)新生界構(gòu)造層十分穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯的斷裂和褶皺變形，不整合覆蓋在石炭系-二疊系之上。

2.3 斷裂系統(tǒng)具有分段變形的特點

地震資料精細(xì)解釋結(jié)果表明，玉北地區(qū)玉北7、玉東1和玉東2斷裂帶分段變形特征不明顯，但玉北1、玉東3和玉東4斷裂帶具有明顯的分段變形特點。玉北1-2段和玉北1段之間、玉東3-1段和玉東3-2段之間的分段，主要受控于構(gòu)造的轉(zhuǎn)換作用或局部走滑活動[20-22]，主斷裂帶逆沖方向發(fā)生反向逆沖作用所致。玉東3、玉東4斷裂帶走滑段的發(fā)育，主要受控于斷裂帶不均勻逆沖推覆產(chǎn)生的“撕裂”作用，斷裂帶走向發(fā)生明顯轉(zhuǎn)向，斷裂帶變窄，斷面產(chǎn)狀陡立，形成花狀構(gòu)造(圖6c，圖7b)。

3 結(jié)論和討論

1) 玉北地區(qū)發(fā)育的斷裂樣式，主體表現(xiàn)為逆沖斷裂。斷裂主要在兩個層次發(fā)育：一是發(fā)育在基底，構(gòu)成基底斷裂帶或基底軟弱帶；二是發(fā)育在寒武-奧陶系碳酸鹽巖中的斷裂帶。這兩個層次的斷裂帶共同構(gòu)成玉北斷裂系統(tǒng)。玉北地區(qū)不發(fā)育區(qū)域性走滑斷裂帶，局部走滑斷裂是主斷裂帶不均勻逆沖推覆產(chǎn)生的“撕裂”作用的結(jié)果。

3) 該區(qū)斷裂系統(tǒng)和主不整合共同制約垂向構(gòu)造分層，自下而上可以劃分為基底構(gòu)造層、寒武系-奧陶系構(gòu)造層、石炭系-二疊系披覆構(gòu)造層和新生界穩(wěn)定構(gòu)造層。在斷裂帶平面分布上，玉北1、玉東3和玉東4斷裂帶具有明顯的分段變形特點，這種分段性一方面受控于構(gòu)造轉(zhuǎn)換作用，另一方面與局部走滑帶的形成有關(guān)。

4) 本文僅對玉北三維區(qū)斷裂系統(tǒng)變形樣式、斷裂形成時期及斷裂分布規(guī)律進行了初步探討。對該區(qū)斷裂構(gòu)造而言，還存在一系列需要深入討論的科學(xué)問題，如該區(qū)斷裂構(gòu)造形成和演化的控制機理，玉北三維區(qū)及相鄰地區(qū)斷裂構(gòu)造在變形樣式、活動期次和分布模式方面的差異性，斷裂活動在控制該區(qū)巖溶不整合、碳酸鹽巖縫洞型儲層及油氣聚集成藏方面所起的作用等等。這些問題的探討將有助于深化認(rèn)識克拉通內(nèi)盆地的構(gòu)造演化過程以及斷裂構(gòu)造與油氣聚集的關(guān)系[23-24]。

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(編輯 董 立)

AnalysisonthefaultsystemofYubeiregion,TarimBasin

Huang Taizhu

(NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC,Urumqi,Xinjiang830011,China)

Based on accurate 3-D seismic interpretation,comprehensive analysis of the drilling and geological data,it is indicated that the fault systems of the Yubei region in Tarim Basin are dominated by thrust faults.These thrust faults occur in two horizons.One is the basement where the thrusts consist basement fault zone(or basement weak zones).The other is the Cambrian-Ordovician carbonates where a thrust zone occurs.The Yubei fault system consists of a series of NEE-trending thrust zones including Yubei No.7,Yubei No.1,Yudong No.1,Yu-dong No.2,Yudong No.3 and Yudong No.4.Each single thrust belt is often composed of one main thrust and a set of associated secondary thrust faults.The fault plane of the main fault dips steeply at the upper part and flattens towards the deeper part,and detaches in the Mid-Lower Cambrian salt la-yers.The main thrust and its associated secondary back-thrusts commonly form pop-up fault assemblage showing “fault-horse” geometry on profile.These fault zones in the Cambrian-Ordovician carbonate rocks were mainly formed in the mid-Caledonian,experiencing movement of the early-epoch(the Early Ordovician Penglaiba stage),Ⅰ-epoch(the Mid-Early-Ordovician Yingshan stage),and Ⅲ-epoch(the Late-Ordovician)of the mid-Caledonian.The fault movement was very weak in the Hercynian.The fault zones are characterized by significant segmented deformation.The fault system and major unconformities jointly control the vertical structural layering.

thrusting,detachment,fault system,Yubei area,Tarim Basin

2013-11-04;

：2014-01-05。

黃太柱(1961—)，男，碩士、高級工程師，石油地質(zhì)。E-mail:htz41801@sina.com。

中國石油化工股份有限公司項目(P11084)。

0253-9985(2014)01-0098-09

10.11743/ogg20140112

TE121.2

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