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        塔里木盆地雅克拉斷凸斷裂差異變形特征及其控制因素

        2018-03-21 05:51:36湯良杰刁新東謝大慶
        石油與天然氣地質(zhì) 2018年1期
        關鍵詞:變形

        楊 勇,湯良杰,刁新東,謝大慶

        [1.中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)力學研究所,北京 100081; 2.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249;3.中國石油大學(北京) 盆地與油藏研究中心,北京 102249; 4.中國石化 西北油田分公司,新疆 烏魯木齊 830001]

        雅克拉斷凸夾持在亞南斷裂和輪臺斷裂之間,是塔里木盆地北部一個重要的油氣富集區(qū),目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了牙哈、輪臺、雅克拉和大澇壩等一系列的油氣田。雅克拉斷凸的形成演化經(jīng)歷了加里東、海西、印支-燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動的影響,形成了復雜的斷裂系統(tǒng)。目前,對雅克拉斷凸斷裂的研究主要集中在中新生代張扭性斷裂上[1-8],針對雅克拉斷凸整體的斷裂發(fā)育、分布及其差異變形的研究尚未得到充分重視。但是,雅克拉斷凸斷裂構(gòu)造不僅控制了奧陶系碳酸鹽巖儲層的發(fā)育[9-14]、中新生界碎屑巖圈閉的形成[6,15],其構(gòu)造演化和構(gòu)造變形等也對油氣成藏起到了制約作用[6,16-17],所以充分了解其斷裂構(gòu)造發(fā)育、分布及其差異變形特征對認識該區(qū)油氣富集規(guī)律具有重要意義。

        本文基于斷裂構(gòu)造解析方法,在三維地震資料精細解釋的基礎上,揭示了雅克拉斷凸斷裂分層、分期差異變形特征及其控制因素。

        1 區(qū)域地質(zhì)概況

        雅克拉斷凸位于塔里木盆地北部,斷凸北以亞南斷裂與庫車前陸盆地隔開,南以輪臺斷裂與阿克庫勒凸起和哈拉哈塘凹陷相鄰,西接沙西凸起,東鄰草湖凹陷,呈近東西向窄條狀展布(圖1)。由于緊鄰滿加爾坳陷和庫車坳陷等塔里木盆地內(nèi)重要的生烴坳陷,雅克拉斷凸的油氣資源及其豐富[18-19],自1984 年沙參在海相碳酸鹽巖中取得重大油氣突破以來,已發(fā)現(xiàn)多個大、中型油氣田[6,12-16,20]。

        鉆井與露頭剖面揭示,受晚古生代以來多期構(gòu)造的影響,雅克拉斷凸處于構(gòu)造高部位,古生界幾乎被剝蝕殆盡,其南側(cè)古生界發(fā)育較完整(圖2)。印支期—燕山期中生界由南北兩側(cè)向斷凸高部位超覆沉積,至白堊系舒善河組沉積時斷凸被全部覆蓋(圖3—圖5)。新生代以來,雅克拉斷凸逐漸沉降,其上覆蓋巨厚的前陸碎屑沉積。雅克拉斷凸及其周緣地區(qū)發(fā)育中-下寒武統(tǒng)膏鹽巖、石炭系膏鹽巖、中生界厚層泥巖、古近系庫姆格列木組和新近系吉迪克組等多套滑脫層,對該區(qū)的構(gòu)造變形起到了重要的控制作用。

        2 斷裂構(gòu)造分層差異特征及其控制因素

        三維地震資料的解釋結(jié)果顯示,雅克拉斷凸的斷裂構(gòu)造在垂向上具有明顯的分層發(fā)育特征,在古生界構(gòu)造層、中生界—新近系吉迪克組(N1j)、新近系康村組(N1k)—第四系斷裂性質(zhì)、發(fā)育位置、剖面形態(tài)都具有明顯的差異(圖3—圖5)。

        2.1 古生界構(gòu)造層斷裂特征

        古生界構(gòu)造層是雅克拉斷凸斷裂構(gòu)造發(fā)育、變形最強烈的主構(gòu)造層。該構(gòu)造層內(nèi)發(fā)育輪臺斷裂和亞南斷裂等大型逆沖斷裂及相伴生的一系列次級逆沖斷裂,這些斷裂自基底向上斷至前中生界頂面,斷面呈現(xiàn)為上陡下緩的“鏟式”。其中輪臺斷裂和亞南斷裂活動強度最大,最大斷距可達3 000 m,導致兩者之間夾持的斷凸之上古生界幾乎被完全剝蝕(圖3,圖4),僅僅在雅克拉斷凸西段殘留有少量的下古生界碳酸鹽巖(圖5)。

        圖3 雅克拉斷凸東段三維地震剖面Fig.3 3-D seismic profiles of the eastern Yakela fault-salienta.原始三維地震剖面;b.經(jīng)解釋的三維地震剖面(剖面位置見圖1,地層符號說明見圖2。)

        2.2 中生界—新近系吉迪克組(N1 j)構(gòu)造層斷裂特征

        該構(gòu)造層內(nèi)發(fā)育一系列的張扭性正斷層。在地震剖面上可以看出,這些正斷層集中發(fā)育在雅克拉斷凸頂部,斷距較小,僅為數(shù)十米到一百多米,控制了吉迪克組(N1j)和康村組(N1k)的沉積(圖3—圖5)。張扭性斷裂數(shù)量多,延伸距離短,多條順向階狀斷層及反向斷層組合在一起形成了復雜的網(wǎng)狀地塹系統(tǒng)。絕大多數(shù)斷裂向下斷開中生界底面,向上斷入新近系吉迪克組(N1j),僅輪臺斷裂上方發(fā)育的張扭性斷層斷入了康村組(N1k)和庫車組(N2k)。這些正斷層大多沿古生代逆沖斷裂走向分布,具有明顯的雁行式展布的特征,沿NEE向逆沖斷裂展布的正斷層具有“右階”排列的特點,沿NE向逆沖斷裂展布的正斷層具有“左階”排列的特點(圖1)。

        2.3 新近系康村組(N1k)—第四系構(gòu)造層斷裂特征

        總的來看,該構(gòu)造層內(nèi)斷裂構(gòu)造變形較弱,僅在雅克拉斷凸北側(cè)發(fā)育一些滑脫型逆沖斷層,主斷裂沿吉迪克組(N1j)膏鹽巖層滑脫,同時在主斷裂上方發(fā)育反向次級斷裂,這些次級斷裂向下終止與主斷裂,向上斷入第四系,并造成第四系發(fā)生微弱的褶皺變形(圖3,圖4)。

        圖4 雅克拉斷凸中段三維地震剖面Fig.4 3-D seismic profiles of the central Yakela fault-salienta.原始三維地震剖面;b.經(jīng)解釋的三維地震剖面(剖面位置見圖1,地層符號說明見圖2。)

        塔里木盆地北部發(fā)育中-下寒武統(tǒng)膏鹽巖[21-23]、石炭系膏鹽巖[23]、中生界厚層泥巖[24]、古近系庫姆格列木組[24-25]和新近系吉迪克組膏鹽巖等多套滑脫層。根據(jù)雅克拉斷凸斷裂的分層發(fā)育特征,白堊系厚層泥巖和新近系吉迪克組(N1j)膏鹽巖兩套區(qū)域滑脫層是造成該區(qū)斷裂分層發(fā)育的重要因素。沿古生界逆沖斷層的左旋扭動是造成中生界-新近系吉迪克組(N1j)內(nèi)部張扭性斷層發(fā)育的重要原因,因為白堊系厚層泥巖的存在,上覆地層才沒有被直接改造,而是受到了左旋應力的間接影響,形成了一系列雁列式展布的張扭性正斷層。而后,在南天山褶皺沖斷帶向盆地內(nèi)強烈逆沖推覆的時候,由于吉迪克組(N1j)膏鹽巖的存在,在雅克拉斷凸北側(cè)形成了一系列在膏鹽巖層中滑脫的逆沖斷層,鹽上層序的斷裂和褶皺變形吸收了擠壓位移量,導致這期構(gòu)造變形幾乎沒有影響到鹽下的張扭性構(gòu)造。

        圖5 雅克拉斷凸西段三維地震剖面Fig.5 3-D seismic profiles of the western Yakela fault-salienta.原始三維地震剖面;b.經(jīng)解釋的三維地震剖面(剖面位置見圖1,地層符號說明見圖2。)

        3 斷裂構(gòu)造分期差異特征及其成因

        根據(jù)地震剖面上斷裂斷開層位和控制地層沉積等特征,可以確定雅克拉地區(qū)發(fā)育4期斷裂構(gòu)造:①晚古生代逆沖斷裂,在地震剖面上表現(xiàn)為向下斷入基底,向上斷至前中生界頂面,控制古生界分布;②中生代逆沖斷層,在地震剖面上表現(xiàn)為晚古生代逆沖斷層的復活,控制了斷裂兩盤白堊系厚度的差異,在研究區(qū)最典型的實例就是輪臺斷裂,另外也存在有少量斷入并影響三疊系的逆沖斷層;③新近紀早期張扭性斷裂,錯斷白堊系—新近系吉迪克組(N1j)、康村組(N1k),并控制了吉迪克組(N1j)、康村組(N2k)沉積;④新近紀晚期—第四紀滑脫型逆沖斷裂,主斷裂近水平發(fā)育,并在吉迪克組(N1j)膏鹽巖層中滑脫,伴生的反向斷層切入第四系。

        3.1 晚古生代逆沖斷層成因

        塔里木盆地古生代的構(gòu)造變形主要受周緣洋盆俯沖閉合及隨后的板塊碰撞等構(gòu)造事件的控制。從早奧陶世末期開始,盆地南緣的北昆侖洋和阿爾金洋開始俯沖并最終于早志留世末關閉,中昆侖、阿爾金等地體先后與塔里木地塊發(fā)生碰撞。受此產(chǎn)生的由南向北的擠壓應力的控制,塔北地區(qū)發(fā)生褶皺隆升、剝蝕,并一直持續(xù)到中泥盆世[26]。由于雅克拉斷凸及其周緣地區(qū)整體缺失上奧陶統(tǒng)—中泥盆統(tǒng),導致無法判斷雅克拉斷凸早古生代斷裂構(gòu)造發(fā)育程度,但是根據(jù)上奧陶統(tǒng)剝蝕強度和志留系-中泥盆統(tǒng)超覆沉積等特點判斷塔北隆起早古生代活動很強,因此處于隆起核部的雅克拉斷凸斷裂構(gòu)造已初具規(guī)模。從晚泥盆世開始,塔北隆起逐漸沉降,并被上泥盆統(tǒng)—石炭系逐漸覆蓋。二疊紀晚期,塔里木盆地北緣的南天山洋盆最終閉合,伊犁-中天山地體與塔里木地塊北緣發(fā)生碰撞,由此產(chǎn)生的由北向南的擠壓應力是雅克拉斷凸及周緣逆沖斷裂系復活并發(fā)生強烈活動的動力來源[27-28]。強烈的擠壓應力導致雅克拉斷凸早古生代已經(jīng)初具雛形的逆沖斷裂發(fā)生復活并強烈活動,兩側(cè)的輪臺斷裂和亞南斷裂形成了數(shù)千米的斷距,造成斷凸上古生界幾乎被剝蝕殆盡,與此同時在斷凸兩側(cè)也形成了一系列的次級逆沖斷層(圖6a)。

        3.2 中生代逆沖斷層復活成因

        晚三疊世,羌塘地塊與古亞洲大陸南緣的碰撞事件之后,塔里木盆地進入了構(gòu)造平靜期,雖然也發(fā)生了幾次小規(guī)模的伸展聚斂旋回,但是整體以區(qū)域弱伸展環(huán)境為主。由于全盆地的準平原化作用,雅克拉斷凸逐漸沉降,三疊系、侏羅系開始由南北兩側(cè)向斷凸高部位超覆沉積,至白堊系舒善河組沉積時斷凸被全部覆蓋(圖6b)。整個中生代,雅克拉斷凸的斷裂活動進入調(diào)整期,僅有輪臺斷裂在早白堊世晚期—晚白堊世發(fā)生了復活[28],活動較弱,僅僅造成了上盤白堊系厚度比下盤薄200~300 m(圖3,圖4)。輪臺斷裂的復活與歐亞大陸南緣(例如江孜島弧)的碰撞有關[29],也正是這一期構(gòu)造事件造成了上白堊統(tǒng)在塔里木盆地普遍缺失。

        圖6 雅克拉斷凸斷裂分期差異活動模式Fig.6 Model of multi-phase differential fault activities in Yakela fault-salienta.晚古生代末;b.中生代晚期;c.新近紀早期;d.現(xiàn)今

        3.3 新近紀早期張扭斷層成因

        古近系晚期,印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠程效應逐漸影響到塔里木盆地。塔里木盆地內(nèi)古近系與新近系之間的不整合代表了遠程效應到達塔里木盆地的時間。從中新世早期開始,帕米爾突刺向北楔入的進程逐漸影響到塔里木盆地北緣,受帕米爾突刺斜向推擠的影響,塔里木盆地北緣的NE向或近東西向展布的斷裂發(fā)生明顯的左旋走滑。

        在雅克拉斷凸兩側(cè),先存的輪臺和亞南斷裂也發(fā)生了明顯的左旋走滑,勢必將造成上覆的地層內(nèi)部也發(fā)生相應的構(gòu)造變形。由于中生界厚層泥巖的存在,基底走滑斷裂并沒有直接向上延伸,走滑變形分量通過厚層泥巖向上傳遞,在中生界—新近系吉迪克組內(nèi)形成了一系列的雁列式正斷層(圖6c)。

        3.4 新近紀晚期滑脫型逆沖斷層成因

        新近紀晚期,天山褶皺帶強烈隆升并向塔里木盆地內(nèi)部逆沖推覆,受由此產(chǎn)生的擠壓應力的影響,南天山山前及庫車坳陷變形強烈,庫車前陸區(qū)形成了一系列向南逆沖、向北傾的逆沖斷裂;至庫車組沉積晚期,擠壓沖斷變形向南傳遞至沙雅隆起,強烈的擠壓作用導致雅克拉斷凸北側(cè)形成了在新近系吉迪克組(N1j)膏鹽巖層中滑脫的逆沖斷層,主斷裂上方發(fā)育反向次級斷裂,這些次級斷裂向下終止于主斷裂,向斷入第四系,并造成第四系發(fā)生微弱的褶皺變形(圖6d)。由于鹽上層序的斷裂和褶皺變形吸收了擠壓位移量,導致這期構(gòu)造變形幾乎沒有影響到鹽下的張扭性斷層,使其得以保存下來。

        4 結(jié)論

        1) 受控于白堊系厚層泥巖和新近系吉迪克組膏鹽巖,雅克拉斷裂構(gòu)造的發(fā)育具有明顯的分層性:古生界內(nèi)部主要發(fā)育基底卷入型逆沖斷層,斷裂規(guī)模大,控制了雅克拉斷凸的基本構(gòu)造格局;中生界-新近系康村組內(nèi)部發(fā)育一系列的張扭性正斷層,數(shù)量多,平面上沿逆沖斷裂走向呈雁列式密集分布;新近系康村組-第四系發(fā)育在新近系吉迪克組膏鹽巖層中滑脫的逆沖斷層。

        2) 雅克拉斷凸的斷裂活動具有明顯的分期性,在雅克拉斷凸識別出4期斷裂,分別是晚古生代逆沖斷層、晚中生代逆沖斷層、新近紀早期張扭斷層和新近紀晚期滑脫型逆沖斷層。

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