田 蜜，趙永強(qiáng)，羅 宇，馬玉春，周雨雙，張根法

(1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214126; 2.中國(guó)石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

塔東北草湖地區(qū)差異構(gòu)造變形特征與動(dòng)力學(xué)過(guò)程探討

田 蜜1，趙永強(qiáng)1，羅 宇1，馬玉春1，周雨雙1，張根法2

(1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇無(wú)錫 214126; 2.中國(guó)石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

草湖地區(qū)位于塔里木盆地東北部與庫(kù)魯克塔格隆起的結(jié)合部位，該區(qū)古生界—中生界地層保存比較齊全，較完整地記錄了塔里木盆地東北緣的構(gòu)造演化?；谧钚露S地震資料構(gòu)造解釋，利用斷層相關(guān)褶皺分析技術(shù)，對(duì)草湖地區(qū)構(gòu)造變形樣式、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了精細(xì)解析。研究表明，草湖地區(qū)斷裂變形具有“上下分層、南北分段、東西分帶”的特征，斷裂活動(dòng)總體上具有逆沖兼壓扭性質(zhì)，主要發(fā)育海西晚期、印支期、燕山中期3期構(gòu)造變形，均具有斷層相關(guān)褶皺的幾何學(xué)特征。在構(gòu)造變形分析的基礎(chǔ)上，選擇典型地震測(cè)線剖面，利用平衡剖面技術(shù)，恢復(fù)了草湖地區(qū)的構(gòu)造演化歷史，即加里東晚期—海西早期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，奠定了研究區(qū)及周緣的隆凹格局，主要形成了阿克庫(kù)勒凸起、草湖凹陷、尉犁鼻凸;海西晚期，發(fā)育逆沖滑脫斷層;印支期、燕山期繼承性的壓扭走滑下，最終形成該區(qū)的構(gòu)造格局。

構(gòu)造變形;構(gòu)造演化;斷層相關(guān)褶皺;平衡剖面恢復(fù);草湖凹陷;塔里木盆地

塔里木盆地東北部草湖地區(qū)地層發(fā)育相對(duì)較全，構(gòu)造變形復(fù)雜多樣，是開展構(gòu)造解析、盆山耦合關(guān)系研究的理想場(chǎng)所，也是塔里木盆地油氣勘探的探索區(qū)域。目前該地區(qū)已有鉆井10余口，在三疊系、泥盆系東河塘砂巖、志留系及寒武系等多個(gè)層系中獲得了較好的油氣顯示，顯示本區(qū)具有較好的勘探前景。

前人在草湖地區(qū)地震、鉆井等資料分析的基礎(chǔ)上，開展了地層沉積、烴源演化、油氣成藏等方面的研究工作［1－4］，構(gòu)造研究主要體現(xiàn)在對(duì)構(gòu)造單元?jiǎng)澐帧^(qū)域隆升、形成演化方面的研究［5－7］，研究程度較低。前人對(duì)斷裂構(gòu)造的研究，僅限于對(duì)巴里英斷裂、普惠斷裂2條邊界斷裂構(gòu)造樣式和活動(dòng)期次的初步分析;早期油氣勘探中，受限于地球物理資料品質(zhì)，雖然識(shí)別出了草湖凹陷南部至滿加爾坳陷北部的NE－SW向斷裂帶，但是在斷裂的縱、橫向展布，幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征以及活動(dòng)期次上都缺乏細(xì)致的分析刻畫。

本文針對(duì)草湖地區(qū)新采集的地震資料，開展了精細(xì)構(gòu)造解析工作，著重對(duì)NE－SW向斷裂構(gòu)造帶進(jìn)行了斷層相關(guān)褶皺分析，提出草湖地區(qū)構(gòu)造變形期次，恢復(fù)了研究區(qū)構(gòu)造演化歷史，對(duì)深入開展草湖凹陷及鄰區(qū)構(gòu)造圈閉落實(shí)評(píng)價(jià)、油氣成藏與斷裂疏導(dǎo)等研究有重要意義，為地層缺失嚴(yán)重的塔東北及周緣地區(qū)構(gòu)造演化歷史分析提供了參考。

1 地質(zhì)概況

草湖地區(qū)位于塔里木盆地與庫(kù)魯克塔格隆起的結(jié)合部位，主要包括沙雅隆起的次級(jí)構(gòu)造單元草湖凹陷以及滿加爾坳陷的西北緣(圖1)，構(gòu)造位置上北鄰庫(kù)爾勒鼻凸，西接阿克庫(kù)勒凸起，東倚孔雀河斜坡，呈喇叭形向南展布，逐漸過(guò)渡至滿加爾坳陷。研究區(qū)地層發(fā)育相對(duì)較齊全，整體缺失二疊系，西部殘留上泥盆統(tǒng)東河塘組。古生界、中生界各套地層也有不同程度的剝蝕(圖2)，存在5個(gè)主要的角度不整合面:上奧陶統(tǒng)頂面不整合()，志留系頂面不整合()，石炭系頂面不整合()，三疊系頂面不整合()，侏羅系頂面不整合()。巴里英斷裂(F1)、普惠斷裂(F2)是草湖凹陷與庫(kù)爾勒鼻凸的邊界斷裂，呈NW－SE向展布，斷面北傾，上陡下緩，切割了古生界—中生界的地層。研究區(qū)內(nèi)的斷裂主要有滿1井?dāng)嗔?F3)、滿2井?dāng)嗔?F4)、滿2井東斷裂(F5)以及普惠1井?dāng)嗔?F6)，呈NE－SW向展布，斷面傾向SE或NW，主要切割下古生界上部—中生界中、下部的地層。

2 草湖地區(qū)構(gòu)造變形分析

圖1 塔里木盆地草湖地區(qū)基于奧陶系頂面仰視地層的構(gòu)造綱要、柱狀圖及構(gòu)造剖面Fig.1 Tectonic division，profile and stratigraphic column of the Caohu area in Tarim Basin in upward view point of Ordovician top surface

草湖地區(qū)主要表現(xiàn)為沉積—構(gòu)造凹陷形態(tài)，斷裂發(fā)育整體較弱，最新的二維地震資料解釋成果顯示，斷裂發(fā)育主要有上下分層、東西分帶、南北分段的特征。

2.1 上下分層

研究區(qū)自下而上，大致可以劃分出4套構(gòu)造變形層(圖1):第1套是下古生界構(gòu)造層中發(fā)育的大型褶皺和小型斷層;第2套是切穿下古生界上部至上古生界(S－C)的逆沖滑脫變形;第3套是中生界(T－J)壓扭變形;第4套為披覆的弱變形或未變形的上構(gòu)造層(K－Q)主體。

草湖凹陷南部—滿加爾坳陷的地震剖面顯示，下古生界整體為大的復(fù)向斜形態(tài)。下古生界下部發(fā)育一套逆沖斷層，走向NEE－SWW，斷面主體傾向NNW，斷距較小。構(gòu)造樣式上，主要發(fā)育平行的數(shù)條逆沖斷裂構(gòu)造和背沖構(gòu)造。斷層下切至前南華系基底(Td面以下)，向上切穿面(中—下奧陶統(tǒng)頂面)，少數(shù)斷層延伸至面附近。從 TDB08－N415－9地震剖面上可以識(shí)別出發(fā)育的是一組斷面北傾的正斷層，面層拉平后的形態(tài)表明，該正斷層控制了中—下奧陶統(tǒng)的沉積。上述構(gòu)造變形反映了震旦系至中—下奧陶統(tǒng)內(nèi)發(fā)育了2期斷裂構(gòu)造，即早期的正斷層和后期反轉(zhuǎn)的逆沖斷層。

從地震剖面上可以看出，在志留—侏羅系內(nèi)發(fā)育了草湖凹陷內(nèi)相對(duì)強(qiáng)烈的斷裂構(gòu)造變形。剖面形態(tài)上，主要表現(xiàn)為斷層滑脫形成的斷彎褶皺和后期壓扭走滑形成的花狀構(gòu)造(圖1)。

三疊系—侏羅系地層在志留—石炭系構(gòu)造變形的基礎(chǔ)上，發(fā)育了壓扭走滑的花狀構(gòu)造，斷層面陡立，斷距較小。三疊系地層在石炭系頂部減薄，往兩側(cè)底部可見(jiàn)往東、北的超覆，頂部可見(jiàn)明顯的削蝕。而斷層發(fā)育的侏羅系地層表現(xiàn)為低幅的褶皺變形，與下伏地層褶皺變形強(qiáng)度存在顯著差異。

白堊系及上覆地層披覆于上述構(gòu)造之上，構(gòu)造變形弱。

2.2 南北分段

滿2井東斷裂帶(F5)和滿2井?dāng)嗔褞?F4)為草湖地區(qū)志留系—侏羅系地層中2條延伸較遠(yuǎn)、構(gòu)造變形相對(duì)較強(qiáng)的斷裂帶。地震剖面精細(xì)解析表明，斷裂帶的構(gòu)造變形具有分段性和多期性(圖2)。

圖2 塔里木盆地草湖地區(qū)主要斷裂及平面分段特征Fig.2 Main faults and segment characteristics in Caohu area，Tarim Basin

圖3 塔里木盆地草湖地區(qū)滿2井東斷裂帶(F5)分段特征Fig.3 Segment characteristics of fault belt F5to the east of well Man2，Caohu area，Tarim Basin

圖4 塔里木盆地草湖地區(qū)滿2井?dāng)嗔褞?F4)分段特征剖面位置見(jiàn)圖2。Fig.4 Segment characteristics of fault belt F4close to well Man2，Caohu area，Tarim Basin

滿2井東斷裂(F5)自南向北可以分為逆沖—走滑段、逆沖段(圖2)。從地震剖面對(duì)比可以看出(圖3)，南部B－B'剖面段早期為順層逆沖滑脫的斷彎褶皺構(gòu)造;斷層繼而逆沖—走滑切穿三疊系后形成斷背斜，斷裂帶內(nèi)三疊系地層遭受強(qiáng)烈剝蝕;后期斷裂走滑活動(dòng)，上切至面(侏羅系頂面)，形成半花狀構(gòu)造;中部C－C'剖面段上，斷彎褶皺構(gòu)造寬度變窄，變形幅度減小;而北部D－D'剖面段上僅表現(xiàn)為斷彎褶皺構(gòu)造，侏羅系未卷入變形。由此可見(jiàn)，滿2井東斷裂帶上分段明顯，且由南向北，構(gòu)造變形逐漸減弱。

類似地，滿2井?dāng)嗔?F4)自南向北發(fā)育可分為3段:逆沖—走滑段、走滑段和疊瓦逆沖段(圖2，4)。中部走滑段，即F－F'剖面段明顯為正花狀構(gòu)造，斷面整體陡立，自面向上，傾角相對(duì)變緩，褶皺變形加強(qiáng)，侏羅系變形微弱或未卷入變形。向北G－G'剖面段則過(guò)渡表現(xiàn)為2條斷層疊瓦逆沖，構(gòu)造變形增強(qiáng)(圖4)。

2.3 東西分帶

從橫切上述構(gòu)造帶的地震剖面可以看出，滿2井東斷裂構(gòu)造帶構(gòu)造變形相對(duì)最強(qiáng)，滿1井?dāng)嗔褞ё冃蜗鄬?duì)最弱(圖5)，表現(xiàn)出東強(qiáng)西弱的變形特征。剖面對(duì)比可見(jiàn)，CH2013－548EW測(cè)線J－J'剖面中，滿2井東斷裂構(gòu)造變形強(qiáng)度大，滿2井?dāng)嗔寻l(fā)育變形規(guī)模小。

CH2013－556EW測(cè)線I－I'剖面中，滿2井?dāng)嗔褬?gòu)造變形幅度增大，滿2井東斷裂變形則相應(yīng)減弱(圖5)。在CH2013－568EW測(cè)線H－H'剖面中則顯示更明顯，當(dāng)4條斷裂發(fā)育時(shí)，整體構(gòu)造變形強(qiáng)度減弱，均未向上切穿侏羅系;滿2井東斷裂僅表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)，不再兼具壓扭走滑性質(zhì)，對(duì)應(yīng)的，滿2井?dāng)嗔褎t由逆沖—走滑的半花狀構(gòu)造形態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)4列構(gòu)造的花狀構(gòu)造。

綜上所述，東西方向上，整體東強(qiáng)西弱，4列斷裂構(gòu)造具有“此消彼長(zhǎng)、此強(qiáng)彼弱”的特征，與各斷裂帶的南北分段性特征吻合。

3 草湖地區(qū)斷裂活動(dòng)期次

綜合上述斷裂構(gòu)造解析，根據(jù)卷入變形地層以及構(gòu)造變形強(qiáng)度差異分析可以得出，草湖凹陷內(nèi)部斷裂活動(dòng)有5期:加里東早期正斷層，加里東中期Ⅰ幕反轉(zhuǎn)的逆沖斷層，海西晚期順志留系底部泥巖滑脫的逆沖斷層，印支期、燕山中期壓扭—走滑斷層(圖6)。加里東期早期—中期斷裂主要發(fā)育于面以下，早期為正斷層，加里東中期Ⅰ幕反轉(zhuǎn)為逆沖斷層;上切至面附近的、反映加里東中期Ⅲ幕運(yùn)動(dòng)的斷裂發(fā)育特征不明顯。

加里東晚期—海西早期，區(qū)內(nèi)受NW－SE向擠壓，志留系及以下地層發(fā)生了大規(guī)模褶皺變形，草湖凹陷形成，主要形成于中—晚奧陶世末及以后的志留—泥盆紀(jì)時(shí)期，斷裂不發(fā)育。

圖5 塔里木盆地草湖地區(qū)斷裂帶構(gòu)造變形差異對(duì)比Fig.5 Comparison of deformation characteristics of fault belts in Caohu area，Tarim Basin

圖6 塔里木盆地草湖地區(qū)不同期次構(gòu)造變形解析Fig.6 Interpretation of tectonic deformation during different stages，Caohu area，Tarim Basin

三疊系超覆于海西晚期構(gòu)造之上，印支期斷裂繼承性活動(dòng)，破壞了海西晚期斷彎褶皺形態(tài)，三疊系頂部遭受剝蝕，具明顯的削蝕特征。

燕山中期運(yùn)動(dòng)中，斷裂仍為繼承性發(fā)育改造，表現(xiàn)為半花狀—花狀扭動(dòng)構(gòu)造。

4 動(dòng)力學(xué)過(guò)程與構(gòu)造演化時(shí)序探討

從A－A'地震剖面和演化剖面來(lái)看(圖1，7)，草湖凹陷在加里東中期開始顯現(xiàn)雛形(圖7a，b)，加里東晚期形成(圖7c，d)，經(jīng)歷了海西晚期、印支期、燕山期的斷裂活動(dòng)的改造(圖7e，k)。

圖7 基于地震測(cè)線(A－A’)利用平衡剖面技術(shù)恢復(fù)的塔里木盆地草湖地區(qū)構(gòu)造演化史Fig.7 Structure evolution history in Caohu area，Tarim Basin，reconstructed using an equilibrium profile technique of the section A－A'

晚奧陶世時(shí)期，受西昆侖造山作用影響，草湖凹陷、阿克庫(kù)勒凸起可能已顯現(xiàn)雛形(圖7b)。在現(xiàn)今草湖凹陷西部的上奧陶統(tǒng)中發(fā)育有楔狀沉積體，從楔狀體的沉積特征可以判斷物源來(lái)自NW方向。

志留紀(jì)時(shí)期，草湖地區(qū)沉積了巨厚的濱淺海相碎屑巖，現(xiàn)今殘厚最大可達(dá)3 500 m。志留紀(jì)末—早泥盆世，受南阿爾金—柴北緣陸殼深俯沖［8－10］以及南天山洋“剪刀式”關(guān)閉［11－14］的擠壓作用影響，草湖凹陷、阿克庫(kù)勒凸起、尉犁鼻凸基本形成(圖7d)。該時(shí)期區(qū)內(nèi)遭受強(qiáng)烈的隆升剝蝕，阿克庫(kù)勒凸起、尉犁鼻凸上志留系剝蝕殆盡，奧陶系上部也遭受了不同程度的剝蝕，上泥盆統(tǒng)僅在草湖凹陷的西部少量沉積。

早石炭世是大規(guī)模海侵活動(dòng)的開始，草湖凹陷內(nèi)表現(xiàn)為由西向東的超覆沉積，止于尉犁鼻凸以西地區(qū)，尉犁鼻凸以東的孔雀河斜坡地區(qū)整體處于隆升高部位(圖7e)。晚石炭世之后，受南天山洋、北天山洋關(guān)閉以及塔里木盆地與伊犁—中天山地塊弧陸碰撞后的陸內(nèi)演化作用［12－13］，區(qū)內(nèi)再次受到強(qiáng)烈擠壓隆升，二疊系沉積缺失，石炭系頂部遭受剝蝕。草湖凹陷受阿克庫(kù)勒凸起和尉犁鼻凸擠壓，發(fā)生蓋層滑脫變形，形成了沿志留系底部泥巖滑脫的北東向斷裂帶(圖1，7f)。在海西晚期，尉犁鼻凸處于研究區(qū)隆升最高的部位。

三疊紀(jì)時(shí)期，整體地勢(shì)延續(xù)了東高西低的格局，三疊系底部向東超覆于石炭系之上，止于尉犁鼻凸西部(圖7g)。印支運(yùn)動(dòng)使得草湖凹陷內(nèi)北東向斷裂復(fù)活，兼具走滑性質(zhì)(圖7h)。

侏羅—白堊紀(jì)時(shí)期，天山及塔東北庫(kù)魯克塔格周緣發(fā)育了多期構(gòu)造抬升剝蝕作用［15－18］，草湖地區(qū)古構(gòu)造面貌及構(gòu)造變形也相應(yīng)地接受了改造。侏羅系沉積期，草湖地區(qū)古構(gòu)造面貌反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為西高東低，尉犁鼻凸地區(qū)沉積了較厚的侏羅系地層(圖7i)。侏羅紀(jì)末，燕山中期運(yùn)動(dòng)使得北東向斷裂壓扭走滑，發(fā)育高陡的反沖斷層，表現(xiàn)為半花狀樣式(圖7j)。白堊系沉積時(shí)期，草湖地區(qū)古構(gòu)造面貌再次反轉(zhuǎn)，東高西低，構(gòu)造變形幾乎不發(fā)育(圖7k)。燕山晚期運(yùn)動(dòng)對(duì)研究區(qū)影響相對(duì)較弱。

古近紀(jì)以來(lái)，該地區(qū)基本延續(xù)了白堊紀(jì)時(shí)期的古構(gòu)造面貌，構(gòu)造變形幾乎不發(fā)育(圖7l)。

5 結(jié)論

(1)草湖地區(qū)構(gòu)造變形具有上下分層、南北分段、東西分帶的特征。下古生界發(fā)育大型褶皺變形和反轉(zhuǎn)斷層;志留系—石炭系主要發(fā)育逆沖滑脫變形;三疊—侏羅系地層中發(fā)育繼承性壓扭—走滑構(gòu)造。志留系—侏羅系地層中的斷裂，不同構(gòu)造段，斷裂性質(zhì)與變形樣式顯著差異;4列斷裂帶具有此消彼長(zhǎng)、此強(qiáng)彼弱的分帶特征。

(2)草湖地區(qū)經(jīng)歷了自加里東期至燕山期的多期次構(gòu)造變形。加里東晚期—海西早期以褶皺變形為主，阿克庫(kù)勒凸起、草湖凹陷以及尉犁鼻凸基本形成。海西晚期，該區(qū)沿志留系底部泥巖發(fā)生逆沖滑脫變形，形成了草湖地區(qū)NE－SW向的4列斷層相關(guān)構(gòu)造。印支期—燕山期以壓扭—走滑變形為主，形成了典型的花狀。燕山期末，草湖地區(qū)最終定型。

致謝:本文成文過(guò)程中，得到了中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院錢一雄、云金表教授的幫助和指導(dǎo)，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所施煒研究員提供了寶貴的修改意見(jiàn)，在此表示衷心感謝!

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(編輯 黃 娟)

Differential tectonic deformation and dynamic processes in Caohu area，northeastern Tarim Basin

Tian Mi1，Zhao Yongqiang1，Luo Yu1，Ma Yuchun1，Zhou Yushuang1，Zhang Genfa2
(1.Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi，Jiangsu 214126，China; 2.SINOPEC Northwest Oilfield Company，Urumqi，Xinjiang 830011，China)

The Caohu area located in the northeastern Tarim Basin closed against the Kuluktag Lift.Paleozoic and Mesozoic strata were preserved very well，which recorded the tectonic evolution of the northeastern Tarim Basin.Based on the interpretation of the latest 2D seismic data and the theory of fault-related folding，this paper analyzed the geometrical and kinetic features of deformations in the Caohu area.Faulting deformations in the Caohu area have the characteristics of vertical stratification，S－N segmentation，and E－W zonation.Thrusts and thrust-strike slip faults were dominant.Tectonic deformation took place mainly in the late Hercynian，Indosinian and middle Yanshanian，and had the geometrical features of fault-related folds.Structural evolution history was recovered using an equilibrium profile technique.The late Caledonian to early Hercynian movements controlled the main upwarped and downwarped structural framework in the Caohu area，developing the Akekule Arch，Caohu Sag and Yuli Nose Arch.Thrust detachment faults developed during the late Hercynian，and experienced two phases of thrust-strike slip reform in the Indosinian and Yanshanian epochs，resulting in the present tectonic pattern of the study area.

structural deformation;structural evolution;fault-related fold;equilibrium profile reconstruction; Caohu Sag;Tarim Basin

TE12<1.2 class="emphasis_bold">1.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1.2

A

1001－6112(2016)06－0765－07

10.11781/sysydz201606765

2015－11－12;

2016－08－11。

田蜜(1984—)，男，碩士，工程師，從事含油氣盆地構(gòu)造變形分析及演化研究。E-mail:tianmi.syky@sinopec.com。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局重大計(jì)劃項(xiàng)目(12120115001801－01)和中國(guó)石化西北油田分公司科研項(xiàng)目(KY2014－S－017－05)資助。