構(gòu)造變形期次對(duì)確定構(gòu)造演化史有著重要的意義，目前確定構(gòu)造變形期次的方法主要有兩類，一是根據(jù)構(gòu)造特征與構(gòu)造變形痕跡進(jìn)行分析，包括宏觀與顯微構(gòu)造變形標(biāo)志，以及 40Ar/39Ar法和熱釋光法構(gòu)造年齡數(shù)據(jù)等；二是根據(jù)動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行分析，包括通過應(yīng)變求取主應(yīng)力方向進(jìn)行分析，動(dòng)力成因?qū)W分析和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力分析等[1-5]。這些方法都需要大量的野外地質(zhì)資料，但受到野外環(huán)境影響和人工測繪的不準(zhǔn)確出現(xiàn)較大誤差，對(duì)分析結(jié)果有一定的影響。劉棟梁等學(xué)者通過地層縮短分析構(gòu)造變形期次，地層縮短依賴平衡剖面的結(jié)果，繪制平衡剖面受剖面線方向限制，要求選擇的最佳剖面應(yīng)當(dāng)平行于最大構(gòu)造運(yùn)移方向[6-15]。斷層活動(dòng)也可以反映構(gòu)造變形活動(dòng)，但僅代表該斷層所在位置的構(gòu)造活動(dòng)。綜上所述，為了準(zhǔn)確分析構(gòu)造變形，確定構(gòu)造演化史，筆者提出通過地層縮短與斷層活動(dòng)共同確定一個(gè)地區(qū)的構(gòu)造變形期次。

1 研究區(qū)概況

吐哈盆地位于哈薩克斯坦板塊的東南部，處在哈薩克斯坦、西伯利亞和塔里木板塊的拼貼交匯地帶，其演化發(fā)展與上述三大板塊的作用息息相關(guān)。大河沿地區(qū)夾持在北東-南西向展布的喀拉烏成山、托克遜凹陷和近東西向展布的博格達(dá)山之間。根據(jù)地層沉積和構(gòu)造特征，將研究區(qū)分為兩凸兩凹（圖1），即布爾加凸起、卡拉圖凸起、托克遜凹陷和科牙依凹陷。研究區(qū)是吐哈盆地構(gòu)造最為復(fù)雜的地區(qū)，受力復(fù)雜，斷褶構(gòu)造極其發(fā)育，殘缺地層多，主要發(fā)育新近系、古近系、中下侏羅統(tǒng)、中上三疊統(tǒng)、中下二疊統(tǒng)和石炭系地層[17-18]。

2 研究區(qū)構(gòu)造演化特征

制作平衡剖面是了解構(gòu)造演化的重要手段，同時(shí)可以推斷斷層形成時(shí)期、地層沉積情況和各時(shí)期地層縮短情況等；一條測線的平衡剖面可以反映該測線所在位置構(gòu)造演化情況，綜合研究區(qū)內(nèi)主要測線的演化剖面，可以分析整個(gè)研究區(qū)的構(gòu)造演化史。下文以SN654測線為例進(jìn)行分析。

三疊系沉積前，上二疊統(tǒng)僅在以南部沉積為主，向北逐漸變薄，此時(shí)斷層僅發(fā)育于南部，布爾加2號(hào)斷層及其兩條伴生斷層形成（圖2）。侏羅系沉積前，斷層幾乎全部形成，托克遜凹陷持續(xù)沉積，而布爾加凸起抬升，導(dǎo)致上三疊統(tǒng)剝蝕。古近系沉積前的情況與三疊紀(jì)的沉積情況十分相似。古近紀(jì)的沉積平穩(wěn)而均勻，布爾加2號(hào)斷層短暫停止活動(dòng)后，在古近系地層中發(fā)生走滑，繼續(xù)活動(dòng)。新近紀(jì)到第四紀(jì)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要集中在北部，桃樹園3號(hào)斷層北部活動(dòng)劇烈，受到強(qiáng)烈的推擠力，形成卡拉圖凸起，新近系與第四系的地層遭受剝蝕。

圖1 大河沿地區(qū)構(gòu)造單元

圖2 大河沿研究區(qū)SN654演化剖面

2.1 斷層活動(dòng)分析

斷層活動(dòng)分析有生長指數(shù)法、古落差法、斷層活動(dòng)速率法、滑距法和斷層位移-長度關(guān)系分析法等?？紤]到研究區(qū)位于西部受擠壓應(yīng)力地區(qū)，且剝蝕較為嚴(yán)重，故采用古落差法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

由演化剖面中每期的斷層上下盤古厚度（包括剝蝕厚度）可以得到斷層的古落差，每一時(shí)期的古落差即為該時(shí)期的斷層活動(dòng)量，由斷層活動(dòng)量比時(shí)間跨度即為斷層活動(dòng)速率。由于研究區(qū)內(nèi)全部缺失P1、T1、J3和K地層，將二疊紀(jì)到第四紀(jì)分為以下五個(gè)時(shí)間段：P2-T1，T2-3，J-K，E，N-Q。SN654測線主要經(jīng)過兩條大斷層：布爾加2號(hào)斷層與桃樹園3號(hào)斷層。

2.1.1 布爾加2號(hào)斷層

斷層位于研究區(qū)東南部，是布爾加凸起和托克遜凹陷的邊界斷層，北西-北東走向，傾向北東-北西，主斷層延伸長度超過33 km，最大斷距超過2 300 m，傾角大于50°。該斷層南邊還有兩條性質(zhì)相同的伴生斷層。

該斷層為晚海西期以來多期活動(dòng)的斷層，形成于二疊紀(jì)，一直到新近紀(jì)都有活動(dòng)。斷層在二疊紀(jì)開始活動(dòng)，此時(shí)延伸較小，在東部未延伸到 SN654測線的位置，三疊紀(jì)活動(dòng)平穩(wěn)，到侏羅紀(jì)以后活動(dòng)相對(duì)減弱，新近紀(jì)活動(dòng)迅速增強(qiáng)，最大活動(dòng)量達(dá)到900 m，活動(dòng)速率最大到39.13 m/Ma，且斷層西部比東部活動(dòng)劇烈（圖3，表1）。

圖3 布爾加2號(hào)斷層各期垂向活動(dòng)量

表1 布爾加2號(hào)斷層活動(dòng)速率 m/Ma

2.1.2 桃樹園3號(hào)斷層

斷層位于研究區(qū)北部，樹1井鉆遇，是卡拉圖凸起與布爾加凸起的邊界，由東、西兩段斷層共同組成。西部分支為主要部分，延伸長度達(dá)34 km，走向北東-南東-北東，傾向北西-北東-北西；東部分支相對(duì)較小，延伸9 km，走向南東，傾向北東。最大斷距超過1 300 m，傾角大于60°。

該斷層自印支期以來長期活動(dòng)，形成于三疊紀(jì)，活動(dòng)穩(wěn)定且活動(dòng)量小，平均活動(dòng)量在100 m左右。斷層?xùn)|部分支比西部分支活動(dòng)普遍劇烈，尤其在新近紀(jì)斷層活動(dòng)量達(dá)到900 m，活動(dòng)速率最大達(dá)39.13 m/Ma（圖 4，表 2）。

圖4 桃樹園3號(hào)斷層各期垂向活動(dòng)量

表2 桃樹園3號(hào)斷層各時(shí)期活動(dòng)速率 m/Ma

斷層活動(dòng)在一定程度上代表構(gòu)造活動(dòng)，結(jié)合研究區(qū)其余斷層活動(dòng)情況可以看出，新近紀(jì)北部構(gòu)造變形最為劇烈。從圖3和表1來看，三疊紀(jì)，布爾加2號(hào)斷層古落差大，活動(dòng)速率也較大，這是由于布爾加2號(hào)斷層是科牙依凹陷與布爾加凸起的邊界，凹陷內(nèi)接受沉積、凸起上未沉積所導(dǎo)致，所以不能單獨(dú)有斷層活動(dòng)決定變形強(qiáng)弱，實(shí)際上三疊紀(jì)變形相對(duì)較弱。

2.2 斷層縮短率的計(jì)算

通過平衡剖面恢復(fù)可以得到各演化階段剖面的構(gòu)造形態(tài)和長度。根據(jù)剖面的長度數(shù)據(jù)可計(jì)算出各階段的線應(yīng)變，再根據(jù)地層時(shí)代得出應(yīng)變速率數(shù)據(jù)?？s短率為某時(shí)期剖面的縮短量與總縮短量的比值；縮短速率為某時(shí)期剖面的縮短量與對(duì)應(yīng)的時(shí)間跨度的比值。以大河沿研究區(qū)SN654測線為例，具體計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 大河沿研究區(qū)SN654測線各時(shí)期剖面縮短數(shù)據(jù)

SN654測線現(xiàn)今剖面長度為45 km，晚二疊紀(jì)以來剖面的總縮短量為13 km，總縮短率為22.4%。從計(jì)算結(jié)果中可以看出，剖面縮短最大且最快的時(shí)期主要為新近紀(jì)-第四紀(jì)，最大縮短率為46%，縮短量為6 km，縮短速率達(dá)26.09 cm/ka；其次為中晚三疊世；剖面縮短最小、最慢的時(shí)期為古近紀(jì)，縮短率僅為4%，縮短量為0.5 km，縮短速率僅為1.19 cm/ka。

結(jié)合研究區(qū)其他測線的縮短率可以看出，新近紀(jì)構(gòu)造變形最為劇烈，且東西向剖面總縮短率比南北向剖面縮短率小，平均僅為 21.4%，可以看出研究區(qū)主應(yīng)力方向?yàn)槟媳毕驍D壓應(yīng)力。

3 斷層活動(dòng)與地層縮短確定構(gòu)造演化

總體來說，研究區(qū)整體受晚喜山運(yùn)動(dòng)的影響最劇烈，即新近紀(jì)到第四紀(jì)活動(dòng)最劇烈，其次是三疊紀(jì)的印支運(yùn)動(dòng)，受擠壓應(yīng)力相對(duì)較弱的時(shí)期為侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)和古近紀(jì)。

從斷層活動(dòng)性分析來看，斷層活動(dòng)最劇烈的時(shí)期為新近紀(jì)-第四紀(jì)。布爾加2號(hào)斷層侏羅紀(jì)活動(dòng)也較為劇烈，這是由于布爾加2號(hào)斷層是布爾加凸起與托克遜凹陷的邊界斷層，這一時(shí)期布爾加凸起繼續(xù)抬升，托克遜凹陷繼續(xù)接受沉積導(dǎo)致古落差大，而從縮短速率則不能得出侏羅紀(jì)斷層活動(dòng)劇烈。因此，單純考慮斷層活動(dòng)性不能判斷整個(gè)區(qū)域的構(gòu)造變形期次，卻對(duì)局部分析很有利。

從地層縮短率可以看出，新近紀(jì)-第四紀(jì)地層活動(dòng)最為劇烈，但單從縮短速率考慮無法細(xì)致地描述局部活動(dòng)，不利于后期評(píng)價(jià)油氣圈閉和確定井位。故兩種手段結(jié)合可以取長補(bǔ)短，綜合地描述構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

4 構(gòu)造變形對(duì)凹凸構(gòu)造格局的影響

研究區(qū)的現(xiàn)今構(gòu)造格局于晚海西期形成雛形，經(jīng)印支期發(fā)展，又經(jīng)過燕山期與喜山期的局部改造最終定型。

4.1 科牙依凹陷

科牙依凹陷位于研究區(qū)西部，晚海西期受南北向擠壓應(yīng)力的作用形成雛形。北部受科牙依5號(hào)和6號(hào)斷層共同作用的影響，斷層上盤抬升剝蝕。南部受科牙依4號(hào)斷層控制，與布爾加凸起相鄰，其斷層上盤為布爾加凸起，下盤為科牙依的殘存凹陷，殘留了二疊系到古近系相對(duì)較全的沉積地層，中晚燕山期地層超缺，構(gòu)造變形相對(duì)平穩(wěn)。

4.2 托克遜凹陷

托克遜凹陷位于研究區(qū)東南部，該凹陷在研究區(qū)的部分較小，主要受布爾加2號(hào)斷層控制，自海西期形成雛形，自二疊紀(jì)開始一直接受沉積，沉積地層較完整。古近紀(jì)布爾加2號(hào)斷層停止活動(dòng)，新近紀(jì)布爾加2號(hào)斷層再次活動(dòng)，沿古近系地層發(fā)生滑脫。

4.3 布爾加凸起

布爾加凸起在研究區(qū)占很大面積，桃樹園3號(hào)斷層是布爾加凸起的北部邊界，布爾加2號(hào)與科牙依4號(hào)斷層分別為其東南邊界和西南邊界，且分割托克遜凹陷和科牙依凹陷。該凸起東南與托克遜凹陷斷層接觸，西北向科牙依凹陷斜坡過渡。布爾加凸起一直處于構(gòu)造高位，大部分地區(qū)缺失二疊系和中生界，古近系直接不整合于石炭系之上；僅在晚印支期和早燕山期沉積了中三疊統(tǒng)和下侏羅統(tǒng)，一直到燕山運(yùn)動(dòng)末期。隨著布爾加2號(hào)與桃樹園3號(hào)斷層活動(dòng)減弱，該凸起在北部沉積了新生界地層；而在凸起西南部，科牙依4號(hào)斷層活動(dòng)一直較強(qiáng)，斷層上盤即布爾加凸起西南部一直隆起剝蝕，最終石炭系出露到地表。

4.4 卡拉圖凸起

卡拉圖凸起位于研究區(qū)北部，北鄰博格達(dá)山，屬于現(xiàn)今山前帶。該凸起在中二疊世與布爾加凸起復(fù)合在一起，晚二疊世又表現(xiàn)為東北方向傾沒的斜坡，這種格局延續(xù)到早侏羅世，中侏羅世西山窯組沉積期才抹平，成為臺(tái)北凹陷的西延部分，中晚燕山期又成為布爾加凸起的北半部，第三紀(jì)與托克遜、臺(tái)北凹陷合為一體；晚喜山期伴隨著博格達(dá)山的逆沖復(fù)活，形成高陡斷褶帶。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)主要構(gòu)造變形期次為二疊紀(jì)到新近紀(jì)。二疊紀(jì)開始變形，新近紀(jì)構(gòu)造變形最強(qiáng)，古近紀(jì)幾乎無變形。

（2）晚海西運(yùn)動(dòng)主要體現(xiàn)了“南弱北強(qiáng)”的特點(diǎn)，科牙依凹陷與托克遜凹陷自二疊紀(jì)形成并接受沉積；印支運(yùn)動(dòng)繼承了“南弱北強(qiáng)”的特點(diǎn)，布爾加凸起強(qiáng)烈抬升；燕山運(yùn)動(dòng)在本區(qū)構(gòu)造變形較弱；晚喜山運(yùn)動(dòng)是大河沿研究區(qū)最為重要的一次擠壓褶皺作用，卡拉圖凸起形成。

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