呂海濤，張哨楠，馬慶佑

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500； 2.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

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塔里木盆地中北部斷裂體系劃分及形成機(jī)制探討

呂海濤1,2，張哨楠1，馬慶佑2

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500； 2.中國石化 西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

基于地震地質(zhì)解釋，刻畫了塔里木盆地中北部斷裂體系的平、剖面特征，分析了不同斷裂體系的結(jié)構(gòu)模式、形成機(jī)制及演化歷史。結(jié)果表明，該區(qū)分為4個(gè)斷裂體系：(1)托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系，下古生界主要發(fā)育NNE、NNW向“X”型共軛剪切破裂及“1”字形直立構(gòu)造、正花狀構(gòu)造，而中新生界多表現(xiàn)為NNE向雁列式張性正斷裂及負(fù)花狀、塹壘構(gòu)造；(2)塔中NW向逆沖斷裂體系，以近NW向基底卷入式或滑脫式逆沖斷裂為主，發(fā)育“y”字形構(gòu)造；(3)順托NE向走滑斷裂體系，奧陶系及以下層系表現(xiàn)為近NE向左旋走滑及“1”字形直立、正花狀構(gòu)造，而志留-泥盆系主要發(fā)育近NE向雁列式張性正斷裂及負(fù)花狀、塹壘構(gòu)造；(4)塔河鹽下“T”型斷裂體系，下古生界層系由近EW向逆沖斷裂與近SN、NNE向走滑斷裂組成，中新生界層系主要發(fā)育NEE向、近SN向雁列式張性正斷裂組。斷裂體系的研究明確了研究區(qū)壓扭走滑和張扭走滑作用的疊加改造過程，認(rèn)為主要受控于盆緣古洋盆5期的消減閉合及碰撞造山作用。結(jié)合研究區(qū)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景分析，將該區(qū)斷裂體系的演化過程劃分為中晚奧陶世的強(qiáng)擠壓弱走滑期、晚志留—中泥盆世的強(qiáng)擠壓強(qiáng)走滑期、晚石炭—早中二疊世的強(qiáng)拉張弱走滑期、晚二疊世—三疊紀(jì)的強(qiáng)擠壓弱走滑期和侏羅紀(jì)—新近紀(jì)的弱擠壓弱走滑期。

走滑斷裂；斷裂體系；形成機(jī)制；構(gòu)造演化；塔里木盆地中北部

塔里木盆地中北部地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了塔中、塔河、輪古、哈拉哈塘等一批大中型油氣田[1-5]，近期又在躍進(jìn)、富源、順北、順托、順南等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批油氣(藏)田[6-7]，基本指明了該區(qū)整體連片富含油氣的格局，是下一步獲得規(guī)模油氣(藏)田的勘探熱點(diǎn)地區(qū)。塔北、塔中等地區(qū)多年的油氣勘探開發(fā)成果表明，斷裂對(duì)該地區(qū)的油氣成藏與富集起到極為重要的控制作用[8-14]，進(jìn)一步梳理斷裂體系的發(fā)育演化特征，對(duì)明確該地區(qū)的構(gòu)造演化過程、斷裂控儲(chǔ)控藏作用等有著重要意義。

受塔里木盆地周緣昆侖、阿爾金、天山三大古洋盆消減閉合、碰撞造山等構(gòu)造活動(dòng)遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響，造就了盆地中北部地區(qū)斷裂體系的多樣性和復(fù)雜性。前人對(duì)塔北、塔中等地區(qū)斷裂構(gòu)造特征進(jìn)行過大量研究[8-14]，明確了該地區(qū)斷裂發(fā)育具有逆沖擠壓和扭動(dòng)走滑作用的復(fù)合效應(yīng)，斷裂形成演化具有多期性、斷裂發(fā)育具有繼承性與區(qū)段性的特點(diǎn)。然而，隨著勘探的持續(xù)深入，不僅需要詳細(xì)解剖斷裂的靜態(tài)要素及特征，更迫切需要從斷裂立體形態(tài)、相互關(guān)系、演化史研究的基礎(chǔ)上，來深化對(duì)盆地中北部地區(qū)斷裂體系特征、形成機(jī)制及演化歷史的研究，從而更準(zhǔn)確地把握該地區(qū)的斷裂發(fā)育規(guī)律及斷裂控儲(chǔ)控藏作用，為勘探部署提供決策依據(jù)。本文基于大量二維、三維資料的地震地質(zhì)解釋，結(jié)合最新的區(qū)域地質(zhì)資料和研究成果，通過對(duì)塔里木盆地中北部斷裂體系特征差異性的研究，劃分了該地區(qū)的斷裂體系，同時(shí)探討了不同斷裂體系的形成機(jī)制及演化歷史，旨在為該地區(qū)下步油氣的高效勘探提供參考和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地中北部主要橫跨沙雅隆起、順托果勒低隆、滿加爾坳陷、卡塔克隆起、古城墟隆起5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。該區(qū)大致經(jīng)歷了4個(gè)構(gòu)造演化階段：加里東中期逆沖斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)與隆坳格局雛形形成階段、加里東晚—早海西期走滑斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)與古隆起鼎盛發(fā)育階段、晚海西—印支期走滑斷裂繼承活動(dòng)與古隆起調(diào)整階段和燕山—喜馬拉雅期雁列式張扭斷裂發(fā)育與古隆起定型階段[14]。該區(qū)奧陶系地層發(fā)育齊全[9]，自下而上為下統(tǒng)蓬萊壩組，中—下統(tǒng)鷹山組，中統(tǒng)一間房組，上統(tǒng)恰爾巴克組、良里塔格組和桑塔木組，但受加里東中期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，大部分地區(qū)中下奧陶統(tǒng)與上奧陶統(tǒng)頂部遭受了不同程度的剝蝕。同時(shí)受海西期—燕山期多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，部分地區(qū)上古生界—中新生界地層遭受不同程度的剝蝕，主要缺失下志留統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)、上石炭統(tǒng)小海子組、上二疊統(tǒng)沙井子組、上三疊統(tǒng)和侏羅系等。目前該區(qū)勘探開發(fā)主要目的層為奧陶系一間房組和鷹山組上部碳酸鹽巖，以溶蝕孔洞型、裂縫型和孔洞—裂縫型儲(chǔ)層為主，主要受控于加里東—海西期巖溶作用、走滑斷裂的構(gòu)造破裂作用及多期的熱液改造作用。

圖1 塔里木盆地中北部構(gòu)造單元及主干斷裂分布Fig.1 Tectonic units and main fault distribution in the central and northern Tarim Basin

2 斷裂體系劃分及其特征

2.1 主干斷裂發(fā)育特征

斷裂體系一般指某一地質(zhì)時(shí)期及應(yīng)力狀態(tài)下形成的一組斷裂，有一條或兩條以上的主干斷裂，它們控制或影響著體系內(nèi)其他次級(jí)斷裂的發(fā)育[15]。塔里木盆地中北部經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，發(fā)育了數(shù)百條不同期次、不同規(guī)模和級(jí)別的斷裂，筆者根據(jù)斷裂帶規(guī)模、多期活動(dòng)性、基底變形強(qiáng)度、斷裂帶破碎程度、對(duì)沉積控制作用等方面，厘定出該區(qū)主要發(fā)育Ⅰ-Ⅲ級(jí)的主干斷裂近30條，它們對(duì)研究本區(qū)的斷裂體系十分關(guān)鍵。其中Ⅰ級(jí)斷裂控制著盆地內(nèi)一級(jí)隆坳構(gòu)造單元的邊界，Ⅱ級(jí)斷裂控制著一級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)部大中型構(gòu)造帶的形成和分布，Ⅲ級(jí)斷裂控制著局部構(gòu)造帶或規(guī)模較大的巖溶縫洞帶的形成和展布，往往是發(fā)現(xiàn)規(guī)模油氣藏的有利區(qū)帶。

其中，輪臺(tái)斷裂平面上呈近NEE向展布、剖面上呈上陡下緩的鏟狀形態(tài)[16]，加里東中晚期—海西期在近SN向擠壓應(yīng)力下劇烈活動(dòng)、抬升剝蝕形成典型的古潛山構(gòu)造，燕山—喜馬拉雅期在左旋張扭應(yīng)力下發(fā)生走滑和負(fù)反轉(zhuǎn)，輪臺(tái)斷裂對(duì)鄰區(qū)阿克庫勒凸起、哈拉哈塘凹陷等地區(qū)走滑斷裂的形成演化具有重要控制作用。塔中Ⅰ號(hào)斷裂、塔中南緣斷裂在平面上呈NWW向展布、剖面上呈基底卷入式鏟狀(圖2)，兩條斷裂帶在加里東中期NE-SW向擠壓應(yīng)力下作為邊界斷裂，夾持著卡塔克隆起形成對(duì)沖構(gòu)造[8]，加里東晚—海西期始終控制著卡塔克復(fù)式背斜的調(diào)整和定型，同時(shí)兩條斷裂帶活動(dòng)強(qiáng)度自西向東持續(xù)增強(qiáng)，在右旋壓扭應(yīng)力下逐漸向東部收斂合并呈剪刀狀。塔中Ⅱ號(hào)斷裂、塔中10號(hào)斷裂為卡塔克隆起內(nèi)部的Ⅱ級(jí)斷裂，構(gòu)造樣式為蓋層滑脫型逆沖斷裂，向下消失在中寒武統(tǒng)膏鹽巖中，向上斷層層位不等，通過加里東晚—燕山期的幕式隆升來補(bǔ)償卡塔克隆起后期調(diào)整的縮短變形量。托普39井區(qū)等5組“X”型共軛走滑斷裂、順北1號(hào)等15排近NE向的走滑斷裂為盆地中北部的Ⅲ級(jí)斷裂，這些走滑斷裂雖然垂向斷距較小，但其溝通下寒武統(tǒng)油源[11]，勘探意義重大，所以是本文重點(diǎn)研究的斷裂體系。

圖2 塔里木盆地塔中NW向逆沖斷裂體系地震剖面結(jié)構(gòu)特征剖面位置見圖1A-A’。Fig.2 Seismic profile showing the characteristics of the NW trending thrust fault system in the central Tarim Basin

2.2 斷裂體系結(jié)構(gòu)特征

本文對(duì)研究區(qū)豐富的二、三維地震資料進(jìn)行了精細(xì)的斷裂解釋，在此基礎(chǔ)上繪制了不同時(shí)期的斷裂體系圖(圖3)。根據(jù)對(duì)斷裂構(gòu)造樣式、演化過程及形成機(jī)制的差異性分析，將盆地中北部初步劃分為4個(gè)斷裂體系，分別是托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)、塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)、順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)及塔河鹽下“T”型斷裂體系(Ⅰ4)，以利于厘定各斷裂體系的展布及演化規(guī)律。此外，順北22號(hào)斷裂帶以西，包括英買力低凸起、阿瓦提北部等地區(qū)，以發(fā)育NNW向和SN向走滑斷裂、NEE向逆沖斷裂為主，應(yīng)該屬于另外一個(gè)斷裂體系，但由于資料及研究程度限制，不作為本文研究的重點(diǎn)。

2.2.1 托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)

托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系主要分布在塔河油田的托普臺(tái)、哈拉哈塘油田等地區(qū)(圖3a)，平面呈NNE與NNW走向共軛，相互切割，組成了棋盤格狀的走滑斷裂體系[14]，向北延伸到輪臺(tái)斷裂終止，向南延伸到順北1號(hào)斷裂后逐漸減弱，初步劃分出沙88井區(qū)、托普39井區(qū)、熱普8井區(qū)、躍進(jìn)2井區(qū)、金躍2井區(qū)共5組主干走滑斷裂，每一組主干斷裂內(nèi)部還發(fā)育次級(jí)的“X”型共軛走滑斷裂(圖3a，4a)?！癤”型共軛走滑斷裂體系主要發(fā)育在古生界層系中，而中新生界層系則演變成多排NNE向排列、右旋左階的雁列式張扭性正斷裂組(圖3d,4a′)，與下伏古生界“X”型共軛的NNE向走滑斷裂具有繼承性，上下層系構(gòu)造樣式的差異，主要因?yàn)樯舷聦酉邓艿臉?gòu)造應(yīng)力場(chǎng)背景不同，導(dǎo)致斷裂的變形機(jī)制不同造成的。

圖3 塔里木盆地中北部主要構(gòu)造層系斷裂體系平面分布Fig.3 Fault system map of main structural layers in the central and northern Tarim Basin

圖4 塔里木盆地不同深度相干切片揭示的斷裂體系平面特征Fig.4 Planar characteristics of fault systems revealed by coherence slices of the Tarim Basin

地震剖面顯示(圖5a,b)，縱向上呈“四層樓式”的結(jié)構(gòu)模式(圖5d)，中下寒武統(tǒng)—基底以“1”字形直立狀的“花根”結(jié)構(gòu)為主，上寒武統(tǒng)—奧陶系以“y”字形或“樹枝”形壓扭隆升的“正花狀”結(jié)構(gòu)為主，志留—二疊系以張扭拉分沉降的“負(fù)花狀”結(jié)構(gòu)為主，三疊—第三系以塹—壘結(jié)構(gòu)或階梯式正斷層的“花上開花”結(jié)構(gòu)為主。這種縱向結(jié)構(gòu)和斷裂變形樣式的差異，主要受不同時(shí)期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)背景的差異，和縱向上巖石成分、結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的巖層能干性(剛性層、軟弱層)差異的影響。根據(jù)該斷裂體系斷穿層位及變形特征分析，加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世)形成雛形(圖3a)，以“X”型共軛的壓扭性推擠隆升樣式為主；加里東晚—海西早期為主要活動(dòng)期，海西晚—印支期為繼承性活動(dòng)期，以“X”型或NNE向較發(fā)育的張扭性拉分沉降樣式為主(圖3b，c)；燕山—喜馬拉雅期開始重新活動(dòng)，以NNE向右旋左階的雁列式張扭性正斷層組為主(圖3d)。

2.2.2 塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)

塔中NW向逆沖斷裂體系主要分布在卡塔克隆起區(qū)[8]，平面整體呈近NW向展布(圖3a)，向東南收斂呈NWW—近EW走向，由邊界斷裂塔中Ⅰ號(hào)斷裂、塔中南緣斷裂及內(nèi)部次級(jí)斷裂如塔中Ⅱ號(hào)、塔中10號(hào)等斷裂組成，次級(jí)斷裂大量發(fā)育，與主干斷裂方向基本一致。地震剖面顯示(圖2)，塔中Ⅰ號(hào)斷裂、塔中南緣斷裂剖面上呈基底卷入式鏟狀，上盤發(fā)育反沖斷層，形成沖起構(gòu)造，控制著卡塔克隆起形成一個(gè)巨型的復(fù)式背斜。塔中Ⅱ號(hào)斷裂、塔中10號(hào)斷裂為蓋層滑脫型逆沖斷裂，向下消失在中寒武統(tǒng)膏鹽巖中，鹽下地層整體表現(xiàn)為背斜形態(tài)，向上斷穿上古生界甚至中新生界地層。由于斷層逆沖發(fā)育斷層相關(guān)褶皺，構(gòu)成“y”字形構(gòu)造樣式，斷背斜構(gòu)造形態(tài)較發(fā)育。

根據(jù)該斷裂體系斷穿層位及變形特征分析，加里東中期Ⅰ幕(中奧陶世)為主要形成期，夾持著卡塔克隆起整體抬升，使其中下奧陶統(tǒng)地層遭受了不同程度剝蝕[8]；加里東晚—海西早期除了塔中Ⅱ號(hào)、塔中10號(hào)斷裂仍強(qiáng)烈活動(dòng)外(圖3b)，其余斷裂活動(dòng)減弱或已經(jīng)停止活動(dòng)；海西晚期—喜馬拉雅期，只有塔中Ⅱ號(hào)斷裂繼承性活動(dòng)，但整體已經(jīng)不連續(xù)(圖3c，d)。

圖5 塔里木盆地走滑斷裂體系地震剖面特征及縱向結(jié)構(gòu)模式圖a,b,c剖面位置見圖1。Fig.5 Seismic profile characteristics and vertical structural model of the strike-slip fault systems in the Tarim Basin

2.2.3 順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)

順托NE向走滑斷裂體系主要發(fā)育在順托果勒低隆，卡塔克隆起及古城墟隆起局部發(fā)育，向南西橫切塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)，向北東延伸到滿加爾坳陷逐漸消亡。該斷裂體系平面上下古生界層系呈多排近NE向展布(圖3a，4b)，少量次級(jí)斷裂呈NEE向斜交，目前初步識(shí)別出了15條NE向走滑斷裂帶，而上古生界層系呈NE向左旋右階的雁列式張扭性正斷裂組(圖4b′)，中新生界發(fā)育程度較弱，不太容易識(shí)別其特征。

地震剖面顯示(圖5c)，該斷裂體系縱向結(jié)構(gòu)與托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)具有一定的相似性(圖5d)，基底—中下寒武統(tǒng)表現(xiàn)為“1”字形的“花根”結(jié)構(gòu)，主斷面高陡直立，斷面傾向多變，具有絲帶效應(yīng)；上寒武統(tǒng)—奧陶系呈“y”字形或“樹枝”形壓扭隆升的“正花狀”結(jié)構(gòu)。由于斷裂停止活動(dòng)的時(shí)間差異，東南部地區(qū)的斷裂向上大部分消失在上志留統(tǒng)—中下泥盆統(tǒng)地層中，而西北部地區(qū)的斷裂向上大部分?jǐn)嘀炼B系—三疊系地層，表現(xiàn)為“y”字形、反“y”字形或“樹枝”形拉分沉降的“負(fù)花狀”結(jié)構(gòu)。該斷裂體系在加里東中期Ⅲ幕(晚奧陶世)形成雛形(圖3a)，以壓扭性推擠隆升樣式為主；加里東晚—海西早期為主要形成期(圖3b)，表現(xiàn)在上志留統(tǒng)—中下泥盆統(tǒng)地層中同沉積加厚明顯[9]，為張扭性拉分沉降樣式為主；海西晚期—印支期斷裂活動(dòng)開始減弱(圖3c)，除了西北部主干斷裂繼承性活動(dòng)外，東南部斷裂顯著減少。

2.2.4 塔河鹽下“T”型斷裂體系(Ⅰ4)

塔河鹽下“T”型斷裂體系主要發(fā)育在阿克庫勒凸起東部的塔河鹽下地區(qū)，北部呈近EW向的逆沖斷裂為主，南部以近SN向、NNE向的走滑斷裂為主，平面組合近似“T”型。北部呈近EW向的2條逆沖斷裂(桑塔木北斷裂和桑塔木南斷裂)剖面呈“y”字形鏟式逆沖斷裂，向下斷穿寒武系，向上斷至三疊系，分析主要在加里東晚—海西早期形成(圖3b)，海西晚期—印支期繼承性活動(dòng)(圖3c)。

南部近SN、NNE向的走滑斷裂主要發(fā)育在石炭系以下地層，陡直向下斷穿寒武系，向上斷至石炭系鹽體，主要表現(xiàn)為壓扭性質(zhì)的正花狀構(gòu)造樣式；中新生界則主要發(fā)育NEE向左旋右階、近SN向右旋左階的雁列式張扭性正斷層組，剖面上表現(xiàn)為塹—壘結(jié)構(gòu)或階梯式正斷層。受石炭系鹽體這種塑性軟弱層厚度較大的影響(最大厚度238 m)，中新生界地層主要發(fā)生被動(dòng)變形，導(dǎo)致石炭系鹽體上下層系斷裂活動(dòng)繼承性差，上下基本不貫穿。

3 斷裂體系演化及形成機(jī)制探討

塔里木盆地周緣古洋盆消減閉合、碰撞造山等活動(dòng)的差異，造就了環(huán)滿西緣不同時(shí)期應(yīng)力場(chǎng)大小和方向的轉(zhuǎn)換，形成了該區(qū)多套復(fù)雜的斷裂體系。

3.1 中晚奧陶世(強(qiáng)擠壓弱走滑階段)

盆地西南緣中昆侖地區(qū)廣泛出現(xiàn)423～517 Ma左右的中酸性巖漿巖[17]，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育加里東中期Ⅰ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的不整合面，推測(cè)中奧陶世末古昆侖洋向中昆侖地塊俯沖消減達(dá)到高峰，由此產(chǎn)生的近NE向擠壓應(yīng)力遠(yuǎn)程傳遞到盆地內(nèi)部，形成由多排NW向逆沖斷裂帶組成的塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)。南阿爾金S型花崗巖代表了柴達(dá)木與南阿爾金陸陸碰撞造山年齡，其鋯石U-Pb年齡為(462±2) Ma[18]，表明中奧陶世開始，盆地東南部受南阿爾金洋閉合及碰撞造山，產(chǎn)生了近SN向的區(qū)域擠壓作用力，斜向作用于盆內(nèi)近NE向的基底薄弱帶上產(chǎn)生了走滑分量，形成了順托NE向的左旋壓扭走滑斷裂體系(Ⅰ3)；中上奧陶統(tǒng)發(fā)育的分支斷裂通常呈背沖發(fā)散的斷壘構(gòu)造，表現(xiàn)為壓扭應(yīng)力場(chǎng)中形成的正花狀構(gòu)造樣式。順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)可能屬于簡(jiǎn)單剪切的變形機(jī)制，表現(xiàn)特征是沿剪切主應(yīng)力方向NE向破裂，具有一定的旋轉(zhuǎn)量，誘導(dǎo)出次級(jí)NEE向的P剪切破裂。

北天山洋盆自中寒武世開始向中天山地體下俯沖，持續(xù)到中奧陶世末關(guān)閉[19]，因此塔里木盆地北部可能受到由N向S的擠壓應(yīng)力，同時(shí)與南阿爾金造山作用由S向N的遠(yuǎn)程擠壓應(yīng)力疊合，形成了近SN向的區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng)，這與塔北隆起奧陶系地層剝蝕線呈近EW向展布相吻合。哈拉哈塘凹陷、阿克庫勒凸起中西部塊體受到近SN向擠壓后塊體不易滑動(dòng)，而發(fā)育平面呈近NNE、NNW向展布的托普臺(tái)“X”型共軛走滑斷裂體系(Ⅰ1)，這可能屬于純剪切的變形機(jī)制，表現(xiàn)特征是非旋轉(zhuǎn)應(yīng)變，共軛剪切破裂成對(duì)出現(xiàn)，發(fā)育數(shù)量與級(jí)別相似，最大主應(yīng)力方向平分銳角夾角。

3.2 晚志留世—中泥盆世(強(qiáng)擠壓強(qiáng)走滑階段)

晚志留世末中昆侖地體與塔里木板塊碰撞，產(chǎn)生的近NE向強(qiáng)烈擠壓作用力使塔西南古隆起發(fā)育到鼎盛期，地層剝蝕嚴(yán)重，而擠壓作用力遠(yuǎn)程傳遞到卡塔克隆起已經(jīng)減弱而不占優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致塔中Ⅱ號(hào)等少量斷裂帶繼承性活動(dòng)外，其余大部分?jǐn)嗔褞б淹Ｖ够蛭⑷趸顒?dòng)，塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)已完全定型；盆地東南緣北阿爾金弧后洋盆的消減時(shí)間為440～420 Ma左右[20-22]，消亡年齡約為420～400 Ma[20-22]，表明晚奧陶世—中志留世末，阿爾金方向的作用力加強(qiáng)，致使盆內(nèi)東南部地區(qū)大面積晚泥盆世前的地層被剝蝕，在塘古巴斯坳陷等地區(qū)產(chǎn)生大規(guī)模的弧形沖斷帶，此時(shí)順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ2)處于強(qiáng)烈活動(dòng)期，發(fā)育的壓扭性破碎帶最發(fā)育，對(duì)中下奧陶統(tǒng)儲(chǔ)層發(fā)育起明顯控制作用。晚志留世—中泥盆世，阿爾金碰撞造山后處于應(yīng)力松弛階段，在區(qū)域伸展剪切背景下，順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ2)由早期的壓扭走滑轉(zhuǎn)為張扭走滑，斷裂帶內(nèi)部上志留統(tǒng)—中下泥盆統(tǒng)地層具有明顯加厚的同沉積作用[11]，形成了剖面負(fù)花狀、平面雁列式張扭性正斷裂展布的構(gòu)造樣式。

晚志留世開始，南天山洋盆中段開始向塔里木板塊俯沖消減、閉合[23]，塔北隆起區(qū)域SN向擠壓應(yīng)力場(chǎng)得到加強(qiáng)，托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)繼承性活動(dòng)，早期發(fā)育的“X”型共軛走滑斷裂活動(dòng)加劇，分支或次級(jí)斷裂增多，斷裂破碎帶規(guī)模增大，同時(shí)剖面上表現(xiàn)為正花狀構(gòu)造頂端分叉、發(fā)散的斷裂組合樣式，表明此時(shí)仍然以壓扭應(yīng)力場(chǎng)為主。塔河鹽下地區(qū)受南天山洋盆東段閉合后碰撞造山的擠壓作用影響，形成了近EW向的逆沖斷裂，與中晚奧陶世形成的近SN、NNE向走滑斷裂組成了近似“T”型斷裂體系(Ⅰ4)。

3.3 晚石炭世—早中二疊世(強(qiáng)拉張弱走滑階段)

從晚石炭世開始，塔里木盆地中北部處于西昆侖、阿爾金造山后的應(yīng)力松弛階段，而南天山地區(qū)此時(shí)也處于短暫拉張階段，所以形成區(qū)域性的拉張應(yīng)力場(chǎng)[17]，早中二疊世大面積火山巖呈裂隙式噴發(fā)，巖漿由基底沿?cái)嗔严蛑邢露B統(tǒng)淺層噴發(fā)，對(duì)二疊系內(nèi)部的斷裂形態(tài)起復(fù)雜化作用，往往在剖面不太容易識(shí)別；同時(shí)在英買力地區(qū)由于大規(guī)模巖漿上涌，形成巨大的馬納火成巖體，對(duì)周圍地層造成強(qiáng)烈側(cè)向擠壓作用，形成弧形逆沖斷裂，對(duì)侵入體周緣的托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)起推擠改造作用。

3.4 晚二疊世—三疊紀(jì)(強(qiáng)擠壓弱走滑階段)

南天山洋西段陸陸碰撞造山發(fā)生在299～250 Ma左右[17]，晚二疊世—三疊紀(jì)，塔里木盆地的斷裂活動(dòng)總體由盆地南部向北部遷移，英買力地區(qū)整體逆沖斷裂活動(dòng)強(qiáng)度較大，沿中寒武統(tǒng)鹽巖之下滑脫，托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)、順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ2)的西部地區(qū)繼承性活動(dòng)，而塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ3)、順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ2)的東部地區(qū)活動(dòng)較微弱，斷裂形跡已很難辨識(shí)。同時(shí)，受鹽體厚度大、南天山東段閉合較早因素的影響，塔河鹽下“T”型斷裂體系(Ⅰ4)此時(shí)期活動(dòng)也較微弱。

3.5 侏羅紀(jì)—新近紀(jì)(弱擠壓弱走滑階段)

三疊紀(jì)末南天山造山作用基本結(jié)束[24]，塔北地區(qū)從侏羅紀(jì)開始處于南天山碰撞造山后應(yīng)力松弛階段，發(fā)生區(qū)域性的構(gòu)造伸展作用[25]，塔北地區(qū)整體仍處于NNW向的張扭應(yīng)力場(chǎng)中，托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)沿早期NEE向走滑斷裂帶發(fā)生繼承性的左旋張扭走滑，平面上組成多排NEE向左旋右階的雁列式張扭性正斷層帶，剖面組合形態(tài)則是小型塹—壘構(gòu)造或階梯狀正斷層束。而在燕山晚期—喜馬拉雅早期，由于喜馬拉雅碰撞造山作用引起塔里木塊體逃逸并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)[25]，塔北地區(qū)整體仍處于NWW向的張扭應(yīng)力場(chǎng)中，形成NNE向右旋左階的雁列式張扭性正斷層組。塔河鹽下“T”型斷裂體系(Ⅰ4)此時(shí)期也處于張扭性簡(jiǎn)單剪切的應(yīng)力場(chǎng)中，同樣也發(fā)育NEE向左旋右階、近SN向右旋左階的雁列式張扭性正斷層組。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)塔里木盆地中北部斷裂的空間結(jié)構(gòu)及形成演化特征，初步劃分為4個(gè)斷裂體系：托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)、塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)、順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)和塔河鹽下“T”型斷裂體系(Ⅰ4)。

(2)托普臺(tái)“X”形平面上由下古生界的“X”形共軛展布向中新生界的雁列式展布轉(zhuǎn)換，剖面上則發(fā)育“四層樓”式的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，即基底—中下寒武統(tǒng)為直立走滑、上寒武統(tǒng)—奧陶系為壓扭隆升的“正花狀”、志留系—二疊系為張扭沉降的“負(fù)花狀”、中新生界為塹—壘結(jié)構(gòu)或階梯式正斷層的“花上花狀”構(gòu)造樣式，體現(xiàn)了壓扭和張扭走滑作用的疊加復(fù)合性。順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)結(jié)構(gòu)特征具有相似性，但中新生界斷裂活動(dòng)較弱，雁列式正斷層樣式不易識(shí)別。

(3)塔中NW向逆沖斷裂體系(Ⅰ2)主要受控于加里東中期—海西早期古昆侖洋閉合及西昆侖碰撞造山的擠壓作用；順托NE向走滑斷裂體系(Ⅰ3)在加里東中期主要受控于南北阿爾金洋閉合、碰撞造山的壓扭剪切作用，而在海西早期主要受控于南北阿爾金造山后應(yīng)力松弛、伸展背景下的張扭剪切作用；托普臺(tái)“X”型走滑斷裂體系(Ⅰ1)在加里東中期—海西晚期主要受控于南北阿爾金洋閉合、南北天山洋閉合及南天山碰撞造山后的壓扭剪切作用，在印支期—燕山中期主要受控于南天山碰撞造山后應(yīng)力松弛、伸展背景下的張扭剪切作用，而在燕山晚期—喜馬拉雅早期主要受控于喜馬拉雅碰撞造山引起塔里木塊體逃逸并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的張扭剪切作用。

(4)結(jié)合斷裂發(fā)育特征及活動(dòng)強(qiáng)度，可將盆地中北部斷裂體系的演化過程劃分為5個(gè)階段：中晚奧陶世的強(qiáng)擠壓弱走滑、晚志留—中泥盆世的強(qiáng)擠壓強(qiáng)走滑、晚石炭—早中二疊世的強(qiáng)拉張弱走滑、晚二疊世—三疊紀(jì)的強(qiáng)擠壓弱走滑和侏羅紀(jì)—新近紀(jì)的弱擠壓弱走滑。

[1] 周新源,王招明,楊海軍,等.中國海相油氣田勘探實(shí)例之五：塔中奧陶系大型凝析氣田的勘探和發(fā)現(xiàn)[J].海相油氣地質(zhì),2006,11(1):45-51.

Zhou Xinyuan,Wang Zhaoming,Yang Haijun,et al.Cases of discovery and exploration of marine fields in China (Part 5):Tazhong Ordovician condensate field in Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2006,11(1):45-51.

[2] 翟曉先.塔里木盆地塔河特大型油氣田勘探實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2011,33(4):323-331.

Zhai Xiaoxian.Exploration practice and experience of Tahe giant oil-and-gas field,Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2011,33(4):323-331.

[3] 金曉輝,閆相賓,李鐵軍,等.塔里木盆地油氣勘探實(shí)踐與發(fā)現(xiàn)規(guī)律探討[J].石油與天然氣地質(zhì),2008,29(1):45-52.

Jin Xiaohui,Yan Xiangbin,Li Tiejun,et al.A discussion on gas and oil exploration activities and discovery patterns in the Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2008,29(1):45-52.

[4] 呂海濤,顧憶,丁勇,等.塔里木盆地西南部皮山北新1井白堊系油氣成因[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(1):84-90.

Lü Haitao,Gu Yi,Ding Yong,et al.Cretaceous petroleum origin in well PSBX1 in the southwestern Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(1):84-90.

[5] 韓杰,洪濤,朱永峰,等.輪古油田奧陶系潛山洞穴型儲(chǔ)層發(fā)育特征及油氣分布控制因素[J].油氣地質(zhì)與采收率,2016,23(5)：1-8.

Han Jie,Hong Tao,Zhu Yongfeng,et al. Characteristics of Ordovician buried-hill cave reservoir and controlling factors of petro-leum distribution of Lungu oilfield[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2016,23(5):1-8.

[6] 漆立新.塔里木盆地順托果勒隆起奧陶系碳酸鹽巖超深層油氣突破及其意義[J].中國石油勘探,2016,21(3):38-51.

Qi Lixin.Oil and gas breakthrough in ultra-deep Ordovician carbonate formations in Shuntuoguole uplift,Tarim Basin[J].China Petroleum Exploration,2016,21(3):38-51.

[7] 云露,曹自成.塔里木盆地順南地區(qū)奧陶系油氣富集與勘探潛力[J].石油與天然氣地質(zhì),2014,35(6):788-797.

Yun Lu,Cao Zicheng.Hydrocarbon enrichment pattern and exploration potential of the Ordovician in Shunnan area, Tarim Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(6):788-797.

[8] 鄔光輝,楊海軍,屈泰來,等.塔里木盆地塔中隆起斷裂系統(tǒng)特征及其對(duì)海相碳酸鹽巖油氣的控制作用[J].巖石學(xué)報(bào),2012,28(3):793-805.

Wu Guanghui,Yang Haijun,Qu Tailai,et al.The fault system chara-cteristics and its controlling roles on marine carbonate hydrocarbon in the central uplift,Tarim Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(3):793-805.

[9] 黃太柱.塔里木盆地塔中北坡構(gòu)造解析與油氣勘探方向[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2014,36(3):257-267.

Huang Taizhu.Structural interpretation and petroleum exploration targets in northern slope of middle Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2014,36(3):257-267.

[10] 田鵬,馬慶佑,呂海濤.塔里木盆地北部躍參區(qū)塊走滑斷裂對(duì)油氣成藏的控制[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(2):156-161.

Tian Peng,Ma Qingyou,Lü Haitao.Strike-slip faults and their controls on hydrocarbon reservoirs in the Yuecan block of the Northern Tarim Uplift,Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(2):156-161.

[11] 馬慶佑,沙旭光,李玉蘭,等.塔中順托果勒區(qū)塊走滑斷裂特征及控油作用[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2012,34(2):120-124.

Ma Qingyou,Sha Xuguang,Li Yulan,et al.Characteristics of strike-slip fault and its controlling on oil in Shuntuoguole region,middle Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2012,34(2):120-124.

[12] 何娟,王毅,劉士林,等.塔里木盆地西南坳陷東部構(gòu)造特征及對(duì)油氣成藏的控制[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(3):326-332.

He Juan,Wang Yi,Liu Shilin,et al.Characteristics of fault structure and its control on hydrocarbon accumulation in the eastern part of southwestern Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(3):326-332.

[13] 史政,徐征遙.塔里木盆地麥蓋提斜坡構(gòu)造樣式分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(3):333-339.

Shi Zheng,Xun Zhengyao.Structural pattern of the Maigaiti Slope in the Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(3):333-339.

[14] 孫東,楊麗莎,王宏斌,等.塔里木盆地哈拉哈塘地區(qū)走滑斷裂體系對(duì)奧陶系海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層的控制作用[J].天然氣地球科學(xué),2015,26(S1):80-87.

Sun Dong,Yang Lisha,Wang Hongbin,et al.strike-slip fault system in Halahatang area of Tarim Basin and its control on reservoirs of Ordovician marine carbonate rock[J].Natural Gas Geoscience,2015,26(S1):80-87.

[15] 王婧韞,宋慧利,王正斌,等.東濮凹陷斷裂體系及其意義[J].石油地球物理勘探,2004,39(6):724-729.

Wang Jingyun,Song Huili,Wang Zhengbin,et al.Rift system of Dongpu Sag and its meaning[J].Oil Geophysical Prospecting,2004,39(6):724-729.

[16] 何海泉,康志宏.沙雅—輪臺(tái)斷裂與油氣[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),1992,14(1):40-45.

He Haiquan,Kang Zhihong.The relationship between the Shaya-Luntai faulting system and oil/gas occurrence[J].Petroleum Geology & Experiment,1992,14(1):40-45.

[17] 賈承造.塔里木盆地板塊構(gòu)造與大陸動(dòng)力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

Jia Chengzao.Plate tectonics and continental dynamics,Tarim Basin[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2004.

[18] 曹玉亭,劉良,王超,等.阿爾金南緣塔特勒克布拉克花崗巖的地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb定年及Hf同位素組成[J].巖石學(xué)報(bào),2010,26(1):3259-3271.

Cao Yuting,Liu Liang,Wang Chao,et al.Geochemical, zircon U-Pb dating and Hf isotope compositions studies for Tatelekebulake granite in South Altyn Tagh[J].Acta Petrologica Sinica,2010,26(1):3259-3271.

[19] 陳哲夫,梁云海.新疆天山地質(zhì)構(gòu)造幾個(gè)問題的探討[J].新疆地質(zhì),1985,3(2):1-13.

Chen Zhefu,Liang Yunhai.Research on several problems of structural geology in Tianshan,Xinjiang[J].Xinjiang Geology,1985,3(2):1-13.

[20] 許志琴,李思田,張建新,等.塔里木地塊與古亞洲/特提斯構(gòu)造體系的對(duì)接[J].巖石學(xué)報(bào),2011,27(1):1-22.

Xu Zhiqin,Li Sitian,Zhang Jianxin,et al.Paleo-Asian and Tethyan tectonic systems with docking the Tarim block [J].Acta Petrolo-gica Sinica,2011,27(1):1-22.

[21] 楊子江.新疆阿爾金紅柳溝—帶早古生代地質(zhì)構(gòu)造演化研究[D].北京:中國地質(zhì)科學(xué)院,2012.

Yang Zijiang.Early Palaeozoic tectonic evolution in Hongliugou,Altyn,Xinjiang[D].Beijing:Chinese Academy of Geologecal Sciences,2012.

[22] 康磊,劉良,曹玉亭,等.北阿爾金構(gòu)造帶紅柳溝鉀長花崗巖地球化學(xué)特征、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和Hf同位素組成[J].地質(zhì)通報(bào),2011,30(7):1066-1076.

Kang Lei,Liu Liang,Cao Yuting,et al.Geochemistry,zircon LA-ICP-MS U-Pb ages and Hf isotopes of Hongliugou moyite from north Altyn Tagh tectonic belt[J].Geological Bulletin of China,2011,30(7):1066-1076.

[23] 張斌,陳文,喻順,等.南天山洋古生代期間俯沖作用過程探討[J].巖石學(xué)報(bào),2014,30(8):2351-2362.

Zhang Bin,Chen Wen,Yu Shun,et al.Subduction process of South Tianshan Ocean during Paleozoic[J].Acta Petrologica Sinica,2014,30(8):2351-2362.

[24] 楊莉,陳文,張斌,等.新疆額爾賓山花崗巖侵位年齡和成因及其對(duì)南天山洋閉合時(shí)代的限定[J].地質(zhì)通報(bào),2016,35(1):152-166.

Yang Li,Chen Wen,Zhang Bin,et al.Ages and geochemistry of the Erbeng granite in southern Tianshan orogenic belt,Xinjiang:New constraints on the tectonic evolution of the southern Tianshan Ocean[J].Geological Bulletin of China,2016,35(1):152-166.

[25] 趙巖,李曰俊,孫龍德,等.塔里木盆地塔北隆起中—新生界伸展構(gòu)造及其成因探討[J].巖石學(xué)報(bào),2012,28(8):2557-2568.

Zhao Yan,Li Yuejun,Sun Longde,et al.Mesozoic-Cenozoic extensional structure in North Uplift of Tarim Basin and its genetic discussion[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(8):2557-2568.

(編輯 徐文明)

Classification and formation mechanism of fault systems in the central and northern Tarim Basin

Lü Haitao1,2, Zhang Shaonan1, Ma Qingyou2

(1.SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China; 2.ExplorationandProductionResearchInstituteofSINOPECNorthwestOilfieldBranchCompany,Urumqi,Xinjiang830011,China)

This paper described the horizontal and vertical characteristics of fault systems in the central and northern Tarim Basin, and analyzed the structural model, formation mechanism and evolution history of the fault systems based on extensive 2D/3D seismic data. Four series of fault systems were preliminarily classified. (1) The “X”-type strike-slip fault system (Ⅰ1) in the Tuoputai area is composed of nearly NNE, NNW trending “X”-style conjugate shear fractures and “1”-style vertical structures and positive flower structures in the Lower Paleozoic strata, and are composed of NNE trending en-echelon extension fractures and negative flower structures and graben-horst structures in the Mesozoic and Cenozoic strata. (2) The NW trending thrust fault system (Ⅰ2) in the central Tarim area is composed of nearly NW trending basement-involved and cover-slipping thrust faults and “Y”-style structures. (3) The NE trending strike-slip fault system (Ⅰ3) in the Shuntuo area is composed of nearly NE trending left-lateral strike-slip faults and “1”-style vertical structures and positive flower structures in the Ordovician and lower strata, and is composed of ENE trending en-echelon extensional fractures and negative flower structures and graben-horst structures in the Silurian-Devonian strata. (4) The “T”-type fault system (Ⅰ4) in the Tahe subsalt area is composed of nearly EW trending thrust faults and nearly NS, NNE trending strike-slip faults in the Lower Paleozoic strata, and is composed of NNE,nearly SN trending en-echelon extensional fractures in the Mesozoic and Cenozoic strata. The study of fault system illustrated the superimposition and transformation between extensional strike-slip and transtensional strike-slip, and considered that it was mainly controlled by five stages of subduction and collision orogeny in the paleo oceanic basin on the basin margin. Combined with the dynamic evolution mechanism of the study area, the evolution stage of the central and northern Tarim Basin was divided into the strong compression-weak strike-slip period (the Middle-Late Ordovician), the strong compression-strong strike-slip period (the Late Silurian-Middle Devonian), the strong extension-weak strike-slip period (the Late Carboniferous-Early-Mid Permian), the strong compression-weak strike-slip period (the Late Permian-Triassic), the weak compression-weak strike-slip period (the Jurassic-Neogene).

strike-slip fault; fault system; formation mechanism; tectonic evolution; central and northern Tarim Basin

1001-6112(2017)04-0444-09

10.11781/sysydz201704444

2017-02-28；

2017-05-31。

呂海濤 (1977—)，男，博士研究生，高級(jí)工程師，從事油氣勘探部署研究與管理工作。 E-mail：lvht.xbsj@sinopec.com。

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973計(jì)劃”項(xiàng)目(2012CB214800)和國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05005-004)資助。

TE121.2

A