謝會文, 尹宏偉, 唐雁剛, 汪　偉, 魏紅興, 吳珍云, 李　偉

(1.中國石油 塔里木油田公司 勘探開發(fā)研究院, 新疆 庫爾勒 841000; 2.南京大學 地球科學與工程學院,江蘇 南京 210046)

基于面積深度法對克拉蘇構(gòu)造帶中部鹽下構(gòu)造的研究

謝會文1, 尹宏偉2, 唐雁剛1, 汪偉2, 魏紅興1, 吳珍云2, 李偉1

(1.中國石油 塔里木油田公司 勘探開發(fā)研究院, 新疆 庫爾勒 841000; 2.南京大學 地球科學與工程學院,江蘇 南京 210046)

因具有豐富的油氣資源前景, 克拉蘇構(gòu)造帶鹽下構(gòu)造成為該地區(qū)研究的重心, 深層地震信息的模糊和復(fù)雜的鹽下構(gòu)造又使得研究工作困難重重。本文結(jié)合最新地震剖面, 將面積深度法應(yīng)用于大北-克深區(qū)域克拉蘇構(gòu)造帶鹽下層, 完善大北-克深鹽下層的構(gòu)造模式, 研究其構(gòu)造特征, 并得出以下結(jié)論: 1. 大北-克深地區(qū)鹽下層構(gòu)造分布以克拉蘇斷層為界線, 克拉蘇斷層以北主要發(fā)育基底卷入的高角度逆沖構(gòu)造, 斷層以南主要發(fā)育滑脫構(gòu)造; 2. 大北-克深鹽下滑脫構(gòu)造的區(qū)域滑脫面深度約10 km左右; 3. 從大北至克深, 鹽下滑脫構(gòu)造的區(qū)域縮短量呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢, 由11~14 km增加到16~21 km。

平衡與恢復(fù); 面積深度法; 克拉蘇構(gòu)造帶; 滑脫構(gòu)造; 滑脫深度

卷(Volume)39, 期(Number)6, 總(SUM)149

頁(Pages)1033~1040, 2015, 12(December, 2015)

0　引　言

大北-克深區(qū)域位于塔里木盆地北緣的庫車前陸盆地, 庫車前陸盆地位于塔里木盆地和天山造山帶的交接部位, 是以中-新生代沉積為主的多期疊合坳陷, 中生代沉積中含有成熟度適中、厚度大的腐殖型生油巖, 使得這一地區(qū)具有良好的油氣生成能力(劉志宏等, 1999)?？紫栋l(fā)育、連通性好的白堊系砂巖是大北-克深區(qū)域的主要儲層, 一系列的逆沖疊瓦狀構(gòu)造形成了這一地區(qū)適合油氣儲存的構(gòu)造圈閉, 巨厚的古近系膏鹽層限制了沖斷構(gòu)造的向上傳播, 有效地保護了儲層和油氣, 廣泛發(fā)育的斷裂系統(tǒng)為油氣的運移提供了良好通道(能源等, 2013)。綜上, 大北-克深區(qū)域“生儲蓋運移”系統(tǒng)都十分完善,具有巨大的油氣勘探前景(何登發(fā)等, 2009)。豐富的油氣資源前景使得庫車坳陷成為近年來國內(nèi)外眾多學者關(guān)注的研究熱點。然而深層地震信息的模糊和復(fù)雜的變形使得庫車坳陷鹽下構(gòu)造的研究困難重重。這一地區(qū)鹽下構(gòu)造的幾何學特征和動力學機制仍有很大的爭議。

1　研究背景

受新生代晚期南天山隆起的影響, 庫車坳陷形成了廣泛的沖斷構(gòu)造。由北向南主要分為5個構(gòu)造單元, 分別為北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、拜城凹陷、秋里塔格構(gòu)造帶、南部斜坡帶(能源等, 2012)。本文所研究的大北-克深區(qū)域位于克拉蘇構(gòu)造帶和拜城凹陷的北段, 主要出露中生界和新生界, 三疊系以下地層被剝蝕使得三疊系與下伏古生界或前古生界呈不整合接觸。受南天山隆起的影響, 大北-克深區(qū)域發(fā)生強烈的擠壓變形, 形成一系列沖斷構(gòu)造,但是由于巨厚的庫姆格列木膏鹽層的存在, 使得構(gòu)造變形形成了上下分層, 南北分段的現(xiàn)象, 鹽上、鹽下構(gòu)造變形特征變化明顯(湯良杰等, 2004, 2006)。鹽上層以鹽層為滑脫面, 形成較為寬緩的斷層相關(guān)褶皺; 鹽層發(fā)育鹽底辟、鹽丘、鹽焊接等構(gòu)造; 鹽下層變形較鹽上層強烈, 形成一系列緊密排布的逆沖疊瓦狀構(gòu)造, 部分存在基底卷入的變形, 從北向南,從高角度向低角度轉(zhuǎn)變(王月然等, 2009)。

克拉蘇鹽下構(gòu)造作為庫車坳陷構(gòu)造研究的重點和難點, 近年來, 眾多學者對其做了大量的研究,并取得重要進展(張仲培等, 2003; 雷剛林等, 2007;漆家福等, 2009, 2013; 管樹巍等, 2010; 汪新等, 2010; 尹宏偉等, 2011; 徐振平等, 2012; 李艷友和漆家福, 2013; 能源等, 2013; Wu et al., 2014; 王招明, 2014; 楊鑫等, 2014), 基本建立了克拉蘇構(gòu)造帶“分層滑脫, 垂向重疊”的收縮構(gòu)造模式, 并揭示了鹽下構(gòu)造東西向的差異構(gòu)造特征: 由西往東, 大北區(qū)塊主要發(fā)育基底卷入的逆沖構(gòu)造; 克深5區(qū)塊為構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域, 由基底卷入逆沖構(gòu)造向蓋層滑脫模式轉(zhuǎn)換; 克深1-2區(qū)塊表現(xiàn)為復(fù)合楔形疊瓦狀構(gòu)造,在構(gòu)造變形后緣發(fā)育由高角度逆沖斷層控制的基底卷入變形, 而南部的構(gòu)造變形前緣逐漸過渡為蓋層滑脫變形。這些構(gòu)造模式的提出對我們認識庫車鹽下構(gòu)造提供了重要的理論依據(jù)。然而由于鹽下地層埋深大、鹽層的干擾使得地震反射信號弱, 信息模糊, 而鹽下構(gòu)造又十分復(fù)雜, 因此克拉蘇鹽下構(gòu)造的模式仍存在不確定性。在本研究中, 我們結(jié)合最新的地震資料, 將面積深度法應(yīng)用于這一地區(qū), 進一步完善克拉蘇鹽下構(gòu)造變形模式, 為庫車坳陷鹽下構(gòu)造變形特征與變形機制提供新的證據(jù)。

圖1　 面積深度法示意圖(據(jù)Groshong, 2006)Fig.1　Area-depth technique terminology

2　面積深度法的原理和方法

面積深度法由Epard 和Groshong建立(Epard and Groshong, 1993; Groshong, 1994), 被廣泛應(yīng)用于檢驗構(gòu)造解釋的合理性, 預(yù)測滑脫面的深度及計算滑脫面的滑脫距離, 是根據(jù)淺層信息研究深部變形的有效方法(漆家福等, 2002; 劉玉萍等, 2008)。

面積深度法建立在面積守恒的基礎(chǔ)上, 如圖1所示, 當一個地區(qū)的巖層發(fā)生斷層、褶皺和層間滑動等構(gòu)造變形時, 局部巖層將被推擠并超出相應(yīng)的區(qū)域基準面, 這些超出部分的面積顯示為多余面積(圖1a), 或者一部分巖層將陷入基準面以下, 該部分面積則為丟失面積(圖1b)。

Epard and Groshong (1993)提出同一構(gòu)造變形中每一層多余或丟失面積同該層的深度以及區(qū)域位移量(D)相關(guān)(圖2)。底滑面以下的巖層保持著原始產(chǎn)狀,不產(chǎn)生變形, 從底滑面到地表, 變形程度逐漸加大,每個層面多余或丟失面積(S)與巖層深度(h)以及底滑面位移量(D)之間成線性關(guān)系(圖2): S = Dh + Sa, 其中, D為區(qū)域位移量, S為多余面積或者丟失面積, h 為所計算的層面同參考面之間的距離, Sa為面積深度擬合直線在面積軸上的截距。在實際應(yīng)用中, 通過測量得到多個層位的S, 將這些數(shù)據(jù)投到圖中, 擬合出一條直線, 如果這些點在S-h圖上投影基本呈一條直線,那么這個剖面內(nèi)部達到平衡, 解譯合理。直線與坐標軸h的交點值就是底滑面到參考面的深度, 直線斜率就是巖層整體在底滑面上的位移量D。

3　面積深度法在大北-克深地區(qū)的應(yīng)用

本文主要研究大北-克深地區(qū)鹽下層的構(gòu)造變形, 平行于基底斜坡設(shè)定參考面和層面, 對鹽下層的三疊系、侏羅系、白堊系三個地層做面積深度分析, 以克拉蘇斷層以南的擠壓變形區(qū)域為研究對象,分別測量三疊系、侏羅系、白堊系頂面的多余面積,利用CorelDraw作圖軟件, 對大北-克深地區(qū)做面積深度分析。

圖2　 單層滑脫的S-h關(guān)系示意圖(a. 剖面; b. 面積-深度關(guān)系)Fig.2　Excess-area balance at two levels where depth to detachment is unknown

共選取六條剖面, 分別為大北地區(qū)的line1、line2; 克深5地區(qū)的line3、line4; 克深8地區(qū)的line5、line6, 剖面位置如圖3所示。

3.1大北構(gòu)造段

大北三維區(qū)塊位于克拉蘇構(gòu)造帶的中西部, 是克拉蘇構(gòu)造帶刺穿型鹽構(gòu)造發(fā)育的代表性區(qū)段。從地面露頭、鉆井和地震剖面等資料來看, 北側(cè)發(fā)育吐孜瑪扎背斜, 南側(cè)為大宛齊背斜, 露頭上其東段克深區(qū)段地表發(fā)育的喀桑托開背斜和吐孜瑪扎背斜處于同一排構(gòu)造帶上。大北區(qū)塊選取了兩條代表性剖面: line1、line2。

圖3　大北-克深剖面位置圖(據(jù)塔里木油田內(nèi)部資料)Fig.3　Location of the profiles in the Dabei-Keshen Block

面積深度分析結(jié)果如圖4、5所示。對于line1, 我們得到的擬合直線為y=14.352x+13.145, R2=0.9855;擬合直線交x軸于x=-0.92, 表明滑脫面位置在參考面之下0.92 km處, 即地下9.92 km處, 剖面的區(qū)域縮短量為14.35 km。擬合度0.9855說明直線的擬合度很高, 構(gòu)造解釋合理。

圖4　大北line 1面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.4　Area-depth data of line 1 in the Dabei Block

圖5　大北line 2面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.5　Area-depth data of line 2 in the Dabei Block

對于line2, 我們得到的擬合直線為y=11.413x+ 10.101, R2=0.9931; 擬合直線交x軸于x=-0.89, 表明滑脫面位置在參考面之下0.89 km處, 計算得到實際位置在地下10.29 km處, 剖面的區(qū)域縮短量為11.41 km。直線擬合度0.9931說明構(gòu)造解釋合理。

3.2克深5構(gòu)造段

克深5區(qū)塊位置介于大北、克深8區(qū)塊之間, 構(gòu)造位置處于地表兩排線性背斜帶的過渡部位, 西側(cè)吐孜瑪扎背斜為NE走向, 東側(cè)庫姆格列木背斜為近EW走向。背斜的數(shù)量也發(fā)生明顯變化, 由西側(cè)地表單背斜逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|側(cè)的雙背斜構(gòu)造, 即西側(cè)的吐孜瑪扎背斜過渡為南部的喀桑托開和北部的庫姆格列木兩個地表線性背斜?？松?區(qū)塊我們選取了兩條代表性剖面line3、line4作面積深度分析。

面積深度分析結(jié)果如圖6、7所示。line3得到的擬合直線為y=12.459x+7.7922, R2=1, 擬合直線交x軸于x=-0.63, 表明滑脫面位置在參考面之下0.63 km處, 計算得到實際位置在地下深度為10.23 km處,整個構(gòu)造的縮短量為12.46 km, 直線擬合度1表明構(gòu)造解釋合理。

Line4得到的擬合直線為y=14.071x+3.8875,R2=1, 擬合直線交x軸于x=-0.28, 表明滑脫面位于參考面之下0.28 km處, 計算得到實際位置在地下深度為9.68 km處, 整個構(gòu)造的縮短量為14.07 km,直線的擬合度1表明構(gòu)造解釋合理。

圖6　克深5 line 3面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.6　Area-depth data of line 3 in the Keshen 5 Block

圖7　克深5 line 4面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.7　Area-depth data of line 4 in the Keshen 5 Block

3.3克深8構(gòu)造段

克深8三維區(qū)塊位于克拉蘇構(gòu)造帶與拜城凹陷中部, 為東西走向。北部新生界發(fā)育喀桑托開和庫姆格列木兩個走向為近EW向的背斜, 其中喀桑托開背斜貫穿整個區(qū)塊, 庫姆格列木背斜只見于區(qū)塊西部。兩背斜均為北翼被斷層沖斷的滑脫背斜, 兩翼地層陡傾。該區(qū)塊我們選取line5和line6剖面作面積深度分析。

面積分析結(jié)果如圖8、9所示。Line5得到的面積深度擬合直線為y=16.242x+3.8764, R2=0.9679, 擬合直線交x軸于x=-0.24, 表明滑脫面在參考面以下0.24 km處, 計算得到實際位置在地下深度為9.54 km處, 整個構(gòu)造的縮短量為16.24 km, 擬合度0.9679表明構(gòu)造解釋合理。

Line6得到的面積深度擬合直線為y=21.551x–1.0323, R2=0.9963, 擬合直線交x軸于x=0.048,表明滑脫面在參考面以上0.048 km處, 計算得到實際位置在地下深度為8.95 km處, 整個構(gòu)造的縮短量為21.55 km, 擬合度0.9963表明構(gòu)造解釋合理。

圖8　克深8 line 5面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.8　Area-depth data of line 5 in the Keshen 8 Block

圖9　克深8 line 6面積深度綜合數(shù)據(jù)圖Fig.9　Area-depth data of line 6 in the Keshen 8 Block

4　討　論

由于克拉蘇鹽下構(gòu)造帶是在斜坡基底上形成的楔形沉積帶, 鹽下沉積層在沉積過程中發(fā)生差異沉積而造成向北增厚的現(xiàn)象, 我們在對這一地區(qū)應(yīng)用面積深度法時所取參考面和各層面位置均平行于基底斜坡, 而實際層面初始位置可能略高于計算中所設(shè)定的層面, 造成計算中層面多余面積略偏大, 因此本文計算預(yù)測的結(jié)果是克拉蘇鹽下構(gòu)造帶區(qū)域收縮量的上限值?？死K鹽下構(gòu)造帶由沉積增厚導致的T-K各層面傾角變化較小, 約1°左右, 由此導致的區(qū)域收縮量計算誤差值約數(shù)百米, 滑脫面深度誤差約數(shù)十米。具體誤差數(shù)據(jù)取決于各沉積層頂?shù)酌鎶A角和沉積層層長的準確數(shù)據(jù), 這將是我們下一步探索的方向。

5　結(jié)　論

(1) 大北-克深地區(qū)六條剖面克拉蘇斷層以南變形區(qū)域面積深度數(shù)據(jù)擬合直線的擬合度非常高, 表明克拉蘇斷層以南的鹽下構(gòu)造面積是守恒的, 主要構(gòu)造變形為滑脫沖斷; 鹽下構(gòu)造分布以克拉蘇斷層為界線, 斷層以北主要發(fā)育基底卷入的高角度逆沖構(gòu)造; 斷裂以南主要發(fā)育滑脫構(gòu)造。

(2) 六條剖面面積深度分析得到的大北-克深區(qū)塊克拉蘇斷層以南區(qū)域滑脫面位置在深度10 km左右(8.95~10.3 km), 推測該滑脫層為三疊系與下伏基底之間不整合面。

(3) 大北構(gòu)造段的滑脫距離為14.35 km、11.41 km;克深5構(gòu)造段的滑脫距離為12.43 km、14.07 km; 克深8構(gòu)造段的滑脫距離為16.24 km、21.55 km, 自西向東克拉蘇構(gòu)造帶中部的區(qū)域滑脫距離呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。

致謝： 浙江大學汪新教授和另一名匿名審稿人對本文進行了認真而專業(yè)的審閱, 并提出具有啟發(fā)和指導意義的意見與建議, 在此致以真摯的感謝。

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Research on Subsalt Structure in the Central Kelasu Structure Belt Based on the Area-Depth Technique

XIE Huiwen1, YIN Hongwei2, TANG Yangang1, WANG Wei2, WEI Hongxing1, WU Zhenyun2and LI Wei1
(1. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, Xinjiang, China; 2. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China)

The subsalt structure of Kelasu in Kuqa, Tarim Basin has been the focus of researches for its huge potential oil and gas resources. However, due to the vague information of the deep seismic section and the complexity of the deformation, subsalt structure research has been a big challenge. In this research, the area-depth technique has been applied to the latest seismic profile interpretation of subsalt structure in the Dabei-Keshen Block of the Kelasu structure belt. Data from area-depth analysis are then used to investigate the deformation pattern and structural model of the subsalt structure. The results show that (1) the Kelasu fault is a tectonic boundary fault of the subsalt structure in the Dabei-Keshen Block, the structures north of the Kalesu fault are characterized by the basement involved high angle imbricate thrusting, whereas those south of the Kelasu fault are primarily detachment structures; (2) the depth of the regional detachment is about 10 km; (3) the displacement along the regional detachment tends to increase eastward, from 11-14 km in the Dabei Block to 16-21 km in the Keshen1-2 Block.

balancing and restoration; area-depth method; Kelasu structure belt; detachment structure; detachment depth

P542

A

1001-1552(2015)06-1033-008

10.16539/j.ddgzyckx.2015.06.005

2014-08-15; 改回日期: 2014-09-29

項目資助: 國家自然科學基金(40872134, 41272227)和國家油氣重大專項(2011ZX05029-001)聯(lián)合資助。

謝會文(1967–), 男, 教授級高級工程師, 礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)。Email: xiehw-tlm@petrochina.com.cn通信作者: 尹宏偉(1971–), 男, 博士, 教授, 主要從事構(gòu)造分析及模擬研究。Email: hwyin@nju.edu.cn