謝會文, 汪 偉, 徐振平, 尹宏偉, 羅浩渝, 楊庚兄, 章學(xué)歧, 段云江

庫車坳陷中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶三維構(gòu)造模型及成因機制分析

謝會文1, 汪 偉2*, 徐振平1, 尹宏偉2, 羅浩渝1, 楊庚兄2, 章學(xué)歧1, 段云江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(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 南京 210046)

分段變形是褶皺沖斷帶的典型特征之一, 揭示分段變形構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的變形特征與成因機制是深入解析褶皺沖斷帶變形機制的關(guān)鍵。通過典型剖面解析和三維構(gòu)造模型, 對庫車坳陷東、西段構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域的中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶進(jìn)行系統(tǒng)的分析。中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶具有垂向分層變形的特征, 鹽上層構(gòu)造差異表現(xiàn)為構(gòu)造變形傳播的距離向東減小, 導(dǎo)致鹽上層秋里塔格背斜走向角度的改變。鹽下層構(gòu)造差異位于鹽下沖斷變形構(gòu)造的前緣, 自西向東, 鹽上和鹽下分層變形減弱, 構(gòu)造樣式由鹽上層滑脫變形和鹽下層等距離逆沖構(gòu)造向鹽上和鹽下層一體楔體逆沖轉(zhuǎn)變。中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶鹽下層變形前緣的構(gòu)造樣式差異主要通過雁行排列的斷層來調(diào)節(jié), 庫姆格列木群膏鹽層和吉迪克組膏鹽層在該區(qū)域的轉(zhuǎn)換是控制構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的重要因素。同時差異變形的傳播范圍在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶前緣形成壓扭應(yīng)力環(huán)境, 使得雁行次級斷裂走向為北東向。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)部雁行排列的次級斷裂形成的圈閉與克拉蘇構(gòu)造帶鹽下圈閉的儲蓋組合模式類似, 是有利的油氣富集區(qū)域。但是有限的分布范圍和壓扭的應(yīng)力環(huán)境是該區(qū)域油氣勘探面臨的挑戰(zhàn)。

庫車坳陷; 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶; 鹽構(gòu)造; 三維構(gòu)造分析; 雁行斷層

0 引 言

褶皺沖斷帶構(gòu)造特征與變形機制一直以來都是構(gòu)造變形研究的熱點問題。在褶皺沖斷帶構(gòu)造變形中, 構(gòu)造樣式常沿走向發(fā)生變化(Davis and Engelder, 1985; Higgins et al., 2007)。導(dǎo)致構(gòu)造樣式沿走向變化的因素很多, 例如滑脫層性質(zhì)、沉積相差異、同構(gòu)造沉積和剝蝕等(Cotton and Koyi, 2000; Reiter et al., 2011; Wang et al., 2013, 2015, 2016; Zhou et al., 2016)。對褶皺沖斷帶分段變形機制的研究對于深化褶皺沖斷帶構(gòu)造特征與變形機制理論具有重要的意義。

庫車坳陷位于塔里木盆地北緣, 受新生代歐亞板塊碰撞遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響, 形成了多排褶皺沖斷構(gòu)造(Molnar and Tapponnier, 1975; Yin et al., 1998)。受區(qū)域滑脫層性質(zhì)和分布差異、古隆起等因素的影響, 庫車前陸褶皺沖斷體系具有東西分段的變形特征, 東、西段的構(gòu)造樣式和變形傳播距離等差異顯著(湯良杰等, 2006; 李曰俊等, 2008; Neng et al., 2018), 分段差異演化的成因機制一直以來都是庫車前陸褶皺沖段帶構(gòu)造研究的熱點問題?；谝巴獾刭|(zhì)調(diào)查和地震資料, 前人對庫車坳陷東、西段的構(gòu)造樣式進(jìn)行了精細(xì)的解析, 建立了庫車坳陷東、西段典型的構(gòu)造模型(Li et al., 2012; 李艷友和漆家福, 2013; 李維波等, 2017; 滕學(xué)清等, 2017; 楊克基等, 2018; 張瑋等, 2019)。其中庫車坳陷西段主要構(gòu)造特征為鹽上層發(fā)育滑脫褶皺, 鹽下層發(fā)育逆沖疊瓦構(gòu)造, 鹽上層構(gòu)造變形傳播范圍大于鹽下層(汪新等, 2010)。東段構(gòu)造特征為鹽上層發(fā)育滑脫褶皺變形, 鹽下層發(fā)育由東秋斷裂控制的斷層轉(zhuǎn)折褶皺構(gòu)造, 鹽上和鹽下層變形前緣的位置一致(圖1)?；跇?gòu)造解析, 學(xué)者們普遍認(rèn)為膏鹽層性質(zhì)的差異和先存斷裂是影響庫車坳陷東、西段差異變形的重要因素(湯良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; 漆家福等, 2009)。但是, 上述研究主要側(cè)重于庫車坳陷東、西段典型剖面的構(gòu)造樣式對比和分析, 對于庫車坳陷中這兩種構(gòu)造樣式轉(zhuǎn)換機制仍缺乏細(xì)致的研究, 其構(gòu)造轉(zhuǎn)換模型仍不明確。此外, 庫車坳陷西段淺部滑脫層是古近系庫姆格列木群膏鹽層, 東段淺部滑脫層是新近系組膏鹽層, 這兩套淺部滑脫層的差異對構(gòu)造樣式轉(zhuǎn)換的影響也有待進(jìn)一步分析。

庫車坳陷油氣資源豐富, 是我國重要油氣勘探區(qū)域。廣泛發(fā)育的褶皺沖斷構(gòu)造和豐富的油氣資源使得該區(qū)域成為將構(gòu)造變形研究和油氣勘探相結(jié)合的熱點區(qū)域。隨著庫車坳陷油氣勘探的不斷進(jìn)行和對庫車褶皺沖斷帶構(gòu)造認(rèn)識的不斷深入, 庫車坳陷東、西構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域成為庫車前陸褶皺沖斷帶油氣勘探的潛力區(qū)域。2018年在該區(qū)域鉆探的中秋1井取得突破, 顯示構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶區(qū)域油氣勘探潛力巨大(杜金虎等, 2019; 李劍等, 2020), 但是由于構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域構(gòu)造變形復(fù)雜, 對其變形機制缺乏認(rèn)識, 導(dǎo)致該區(qū)域油氣勘探仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

綜上, 對庫車坳陷東、西段構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域開展精細(xì)研究, 剖析其構(gòu)造特征與變形機制, 不僅可以深化庫車前陸褶皺沖斷體系的認(rèn)識, 也可以進(jìn)一步擴大該區(qū)油氣勘探思路。本文以庫車坳陷東、西段構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)的中秋構(gòu)造帶為研究對象, 通過典型剖面解析, 分析構(gòu)造樣式沿走向的變化特征, 通過連續(xù)分布的三維地震剖面, 建立研究區(qū)三維構(gòu)造模型, 刻畫斷裂沿走向的傳播機制, 分析中秋構(gòu)造帶的構(gòu)造轉(zhuǎn)換特征和成因機制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

庫車坳陷可以分為北部構(gòu)造帶、克拉蘇構(gòu)造帶、秋里塔格構(gòu)造帶、烏什凹陷、拜城凹陷、陽霞凹陷和南部斜坡帶7個次級構(gòu)造單元(圖1)。其中克拉蘇構(gòu)造帶和秋里塔格構(gòu)造帶擠壓變形強烈, 發(fā)育復(fù)雜褶皺與沖斷構(gòu)造。庫車坳陷卷入新生代構(gòu)造變形的地層主要是中生界和新生界, 其中中生界主要發(fā)育陸相砂泥巖組合; 新生界下部發(fā)育膏鹽層沉積, 上部主要為砂礫巖、砂巖和泥巖(湯良杰等, 2006; 汪新等, 2010; 唐鵬程等, 2015)。在沉積層序中發(fā)育的三套軟弱層, 分別是新近系吉迪克組膏鹽層、古近系庫姆格列木群膏鹽層和侏羅系煤層, 其中吉迪克組膏鹽層主要分布在庫車前陸褶皺沖斷帶東段, 庫姆格列木群膏鹽層主要分布在西段, 侏羅系煤層在東西段均廣泛分布(圖1a), 這些軟弱層對庫車前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造變形具有重要的控制作用。

吉迪克組膏鹽層和庫姆格列木群膏鹽層不僅分布范圍存在差異, 其性質(zhì)也不相同。地震剖面顯示庫姆格列木群膏鹽層流動性較強, 在庫車坳陷西段形成了大宛齊、吐孜瑪扎、南秋里塔格和北秋里塔格四個規(guī)模較大的鹽背斜, 鹽背斜沿走向延伸可達(dá)近百公里。庫車坳陷東段吉迪克組膏鹽層流動性較弱, 主要在東秋背斜區(qū)域形成鹽背斜構(gòu)造。本次研究選取庫車坳陷東、西段鉆遇鹽背斜的克深5井和東秋8井巖性圖, 對兩套膏鹽層的差異進(jìn)行對比。克深5井鉆井資料顯示, 庫車坳陷西段的庫姆格列木群膏鹽層主要以鹽巖層為主, 純度高, 厚度可達(dá)3 km; 東秋8井中吉迪克組膏鹽層厚度約為1.5 km, 純鹽層厚度在200～400 m之間, 中間夾有石膏層、砂巖層和頁巖層(圖2)。新生界中膏鹽層是控制庫車前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造演化的淺部滑脫層, 庫姆格列木群和吉迪克組膏鹽層性質(zhì)和空間分布的差異, 對庫車前陸褶皺沖斷帶沿走向的分段變形具有重要的影響。

2 中秋構(gòu)造帶構(gòu)造特征

中秋構(gòu)造帶位于庫車坳陷東、西段轉(zhuǎn)換區(qū)域。地表構(gòu)造分布特征顯示, 構(gòu)造前緣的秋里塔格構(gòu)造帶變形傳播距離在研究區(qū)快速向北遷移, 與克拉蘇構(gòu)造帶在此交匯, 構(gòu)造樣式復(fù)雜(圖3)。其中克拉蘇構(gòu)造帶發(fā)育的喀桑托開背斜向東逐漸尖滅, 秋里塔格構(gòu)造帶內(nèi)部發(fā)育的南秋里塔格背斜和東秋背斜在此交匯。此外, 雙層滑脫和分層變形是庫車坳陷典型的構(gòu)造特征, 中秋構(gòu)造帶位于庫車前陸褶皺沖斷帶西段庫姆格列木群膏鹽層和東段吉迪克組膏鹽層的交匯區(qū)域, 雙層膏鹽層的存在進(jìn)一步增加該區(qū)域的構(gòu)造復(fù)雜性。為了分析中秋構(gòu)造帶的構(gòu)造樣式沿走向的變化特征, 我們在研究區(qū)西部、中部和東部選取三條三維地震剖面來分析其構(gòu)造特征。

圖2 庫車坳陷西段庫姆格列木群膏鹽層和東段吉迪克組膏鹽層鉆井巖性(井位置見圖1a)

圖3 庫車坳陷中秋構(gòu)造帶地質(zhì)圖

2.1 西部典型剖面A

西部典型剖面A由克深三維區(qū)和中秋三維區(qū)資料拼接而成(圖4), 自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(圖3)。構(gòu)造剖面解析顯示, 受到膏鹽層的影響, 構(gòu)造變形具有明顯的垂向分層特征。剖面中兩套膏鹽層均有沉積, 但是分布位置存在差異。庫姆格列木群膏鹽層在南、北部連續(xù)分布, 分隔鹽上和鹽下層變形, 其中鹽上層發(fā)育滑脫褶皺變形, 鹽下層主要發(fā)育以三疊系底界為滑脫層、古近系為頂板的沖斷疊瓦構(gòu)造變形; 吉迪克組膏鹽層僅發(fā)育在剖面南部區(qū)域, 向北地層發(fā)生相變, 成為碎屑巖沉積(圖4)。

鹽上層滑脫褶皺變形主要發(fā)育在克拉蘇構(gòu)造帶和秋里塔格構(gòu)造帶, 兩者之間以寬緩的拜城凹陷相連接。拜城凹陷在庫車坳陷西段中部區(qū)域南北向?qū)挾茸畲? 向東逐漸變窄。西部剖面中的鹽下層構(gòu)造特征與庫車前陸褶皺沖斷帶西段典型剖面相似, 但鹽上層構(gòu)造特征仍存在差異。吉迪克組膏鹽層使得新生代滑脫構(gòu)造在北側(cè)沿古近系滑脫, 向南逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾陆祷? 吉迪克組膏鹽層之上發(fā)育逆沖構(gòu)造, 南部地層沿膏鹽層逆沖至北部地層之上形成秋里塔格山。兩套膏鹽層中間有近1 km厚的沉積地層, 成為鹽間夾層, 發(fā)育斷層或揉皺變形。

2.2 中部典型剖面B

中部剖面B自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(圖3), 主要發(fā)育有兩套膏鹽層, 分別是西段的庫姆格列木群膏鹽層和東段的吉迪克組膏鹽層。庫姆格列木群膏鹽層向南厚度明顯減薄, 并在秋里塔格構(gòu)造帶逐漸發(fā)生相變, 膏鹽層消失(圖5)。吉迪克組膏鹽層只局限在東秋背斜下方, 其秋里塔格構(gòu)造帶向北也逐漸發(fā)生相變。受到膏鹽層分布差異的影響, 在剖面北部, 鹽上地層組合主要沿庫姆格列木群膏鹽層進(jìn)行滑脫, 形成一排沖斷構(gòu)造; 在剖面南部, 鹽上地層組合主要沿吉迪克組膏鹽層滑脫, 形成一排反沖構(gòu)造。鹽下構(gòu)造變形主要受到深部滑脫層控制, 在北部發(fā)育由一系列逆沖斷層組成的疊瓦構(gòu)造變形。隨著變形向南傳播, 構(gòu)造樣式發(fā)生變化, 與西段剖面中鹽下層等距離逆沖構(gòu)造不同, 在拜城凹陷下方鹽下層形成微弱的褶皺變形帶, 在南秋里塔格背斜鹽下層形成一排沖斷構(gòu)造。

N2k～Q. 庫車組和第四紀(jì); N1-2k. 康村組; N1j. 吉迪克組; E2-3s. 蘇維依組; E1-2KM. 庫姆格列木群; J2～K. 中侏羅統(tǒng)和白堊系; T～J2. 三疊系和中侏羅統(tǒng); PreMz. 前中生界。

2.3 東部典型剖面C

東部剖面C自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和東秋背斜(圖3)。剖面中仍然存在兩套膏鹽層, 北側(cè)主要為庫姆格列木群膏鹽層, 南側(cè)為吉迪克組膏鹽層。相比其西側(cè)的剖面A和B, 剖面C中庫姆格列木群膏鹽層的厚度進(jìn)一步減薄, 并且中部的地層反射連續(xù)清晰, 表明庫姆格列木群開始向泥頁巖沉積轉(zhuǎn)變, 導(dǎo)致研究區(qū)北部靠近擠壓端有部分區(qū)域鹽層沉積缺失(圖6)。膏鹽層上覆地層構(gòu)造樣式, 在剖面北側(cè)沿庫姆格列木群膏鹽層滑動, 在剖面南側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂峡私M膏鹽層滑動(圖6)。在東秋背斜處, 鹽上背斜核部破裂發(fā)育斷層, 南部地層逆沖到北部地層之上; 在喀桑托開背斜處, 北部地層則在背斜核部沿著斷層逆沖到南部地層之上。鹽下層構(gòu)造北部主要發(fā)育一系列以三疊系底界為滑脫層的逆沖斷層, 前緣的滑脫構(gòu)造帶主要發(fā)育大型斷背斜構(gòu)造, 斷背斜下方的東秋斷裂斷距大, 并向東斷距持續(xù)增大, 形成斷層轉(zhuǎn)折褶皺(徐振平等, 2016)。

2.4 構(gòu)造沿走向的展布特征

上述典型剖面分析顯示, 研究區(qū)鹽上層構(gòu)造樣式沿走向差異較小, 但是鹽下層構(gòu)造樣式沿走向差異明顯。研究區(qū)鹽上層構(gòu)造主要由北側(cè)的喀桑托開背斜與南側(cè)的南秋里塔格背斜和東秋背斜組成, 在兩者之間形成拜城凹陷。其中喀桑托開背斜是沿庫姆格列木群膏鹽層滑脫的北傾逆沖構(gòu)造, 南秋里塔格背斜和東秋背斜均是沿吉迪克組膏鹽層滑脫的南傾反沖構(gòu)造。在研究區(qū)西側(cè)雙層膏鹽層發(fā)育區(qū)域, 鹽間泥頁巖夾層發(fā)育揉皺和沖斷構(gòu)造(圖4)。依據(jù)構(gòu)造特征變化, 鹽下構(gòu)造層可以分為北緣的疊瓦構(gòu)造帶和擠壓前緣的滑脫構(gòu)造帶(圖7)。疊瓦構(gòu)造帶主要以發(fā)育在喀桑托開背斜下方的緊密排列的逆沖斷層為主要特征; 滑脫構(gòu)造帶主要以鹽下構(gòu)造層中發(fā)育單個或數(shù)個間隔較遠(yuǎn)的逆沖構(gòu)造為主要特征。三條剖面中疊瓦構(gòu)造帶內(nèi)構(gòu)造樣式一致, 均發(fā)育由數(shù)條逆沖斷層組成的疊瓦楔體構(gòu)造, 構(gòu)造抬升明顯, 喀桑托開背斜核部受到剝蝕。鹽下構(gòu)造層前緣的滑脫構(gòu)造帶則表現(xiàn)出明顯的構(gòu)造差異性。西部剖面A中滑脫構(gòu)造帶主要由兩條等距離傳播的逆沖斷層組成, 斷層之間的距離約為12 km(圖7a)。在中部剖面B中, 鹽下層滑脫構(gòu)造帶只發(fā)育一條位于擠壓前緣的逆沖斷裂, 距疊瓦構(gòu)造帶約17 km, 在逆沖斷裂和疊瓦構(gòu)造帶之間形成一些褶皺變形(圖7b)。在東部剖面C中, 鹽下層主要發(fā)育大型楔體構(gòu)造, 由深部的逆沖斷裂(東秋斷裂)和淺部的反沖斷裂組成, 東秋斷裂距疊瓦構(gòu)造帶之間的距離增大到20 km (圖7c)。此外, 鹽上和鹽下層構(gòu)造分層變形沿走向也存在變化, 在疊瓦構(gòu)造帶變形區(qū), 鹽上和鹽下層分層變形明顯; 在滑脫變形區(qū), 鹽上和鹽下層分層變形自西向東逐漸減弱, 拜城凹陷下方鹽下層的構(gòu)造樣式由西部剖面中的逆沖構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)橹胁康鸟薨欁冃? 再向東部轉(zhuǎn)變?yōu)橛缮畈磕鏇_斷層和淺部反沖斷層組成的楔體構(gòu)造。

圖5 研究區(qū)中部地震剖面B(a)及其解析圖(b)(橫縱等比例尺, 位置見圖3, 地層符號說明同圖4)

圖6 研究區(qū)東部地震剖面C(a)及其解析圖(b)(橫縱等比例尺, 位置見圖3, 地層符號說明同圖4)

圖7 典型剖面構(gòu)造樣式對比解析(橫縱等比例尺, 地層符號說明同圖4)

上述構(gòu)造樣式解析也呈現(xiàn)了克拉蘇構(gòu)造帶與秋里塔格構(gòu)造帶的關(guān)系。前人研究中, 克拉蘇構(gòu)造帶范圍通常是依據(jù)鹽下逆沖構(gòu)造帶的展布區(qū)域來定義, 而秋里塔格構(gòu)造帶范圍是依據(jù)鹽上層最前緣的一排背斜構(gòu)造的展布區(qū)域來定義。在庫車坳陷西段由于厚層膏鹽的滑脫作用, 鹽上層構(gòu)造變形傳播范圍大于鹽下逆沖構(gòu)造, 因此自北向南可以分為克拉蘇構(gòu)造帶、拜城凹陷和秋里塔格構(gòu)造帶。而自西向東, 庫姆格里木群膏鹽層厚度逐漸減薄, 沉積范圍變窄, 并逐漸過渡到吉迪克組膏鹽層, 導(dǎo)致鹽上和鹽下構(gòu)造分層變形減弱, 鹽上秋里塔格構(gòu)造帶位置逐漸北移和克拉蘇構(gòu)造帶重合。

綜上, 中秋構(gòu)造帶是庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶與秋里塔格構(gòu)造帶開始重合的區(qū)域, 鹽下層構(gòu)造變形與庫車坳陷西段克拉蘇鹽下層構(gòu)造相連, 鹽上層構(gòu)造連接了庫車坳陷西段遠(yuǎn)距離傳播的南秋里塔格背斜和東段近距離傳播的東秋背斜。構(gòu)造帶內(nèi)靠近擠壓端的構(gòu)造樣式沿走向一致, 主要差異位于鹽下層擠壓變形前緣, 表現(xiàn)為等距離滑脫沖斷構(gòu)造向斷層轉(zhuǎn)折褶皺的轉(zhuǎn)變。為了進(jìn)一步精細(xì)解析鹽下層擠壓前緣構(gòu)造特征沿走向的差異及其演化機制, 我們通過6條連續(xù)分布的三維地震剖面, 來構(gòu)建鹽下層擠壓變形前緣逆沖滑脫構(gòu)造帶的三維模型。

3 庫車坳陷中秋構(gòu)造帶構(gòu)造特征與成因機制

3.1 中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶三維結(jié)構(gòu)分析

本次研究選取6條中秋1三維區(qū)地震剖面進(jìn)行構(gòu)造沿走向差異特征分析(圖8)。通過6條剖面對比分析, 追蹤斷層沿走向的延伸, 建立中秋構(gòu)造帶的三維構(gòu)造模型, 討論構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造特征與成因機制(圖9)。

剖面顯示, 鹽上層構(gòu)造樣式在6條剖面中保持一致, 都發(fā)育以膏鹽層為滑脫層的反沖構(gòu)造, 南部地層沿斷層反沖到北部地層之上; 但是自西向東, 鹽上層構(gòu)造中反沖斷層及相關(guān)背斜的發(fā)育位置逐漸向北移動, 表明構(gòu)造變形傳播范圍自西向東逐漸變窄。同時構(gòu)造走向自西向東也存在變化, 剖面1～5中, 鹽上層構(gòu)造走向與東西向的夾角是29°, 在剖面5～6之間增大至44°, 然后向東又逐漸減小至近東西向。膏鹽層沿走向的差異主要表現(xiàn)為膏鹽層沉積層位和沉積范圍。在研究區(qū)西部剖面1中, 膏鹽層主要沉積在古近系庫姆格列木群, 該膏鹽層也是鹽上層變形的主要滑脫層, 同時吉迪克組膏鹽層在剖面1最南端也有部分沉積, 使得秋里塔格構(gòu)造帶并不是簡單的沿庫姆格列木群膏鹽層滑脫, 還有沿吉迪克組膏鹽層滑脫, 兩套膏鹽層之間的蘇維依組和鹽間的泥頁巖層形成揉皺變形。沿著走向向東, 庫姆格列木群膏鹽層厚度逐漸減薄, 而吉迪克組膏鹽層厚度則持續(xù)增大, 剖面6中顯示庫姆格列木群膏鹽層完全消失。此外, 兩套膏鹽層的沉積范圍沿走向也存在差異, 庫姆格列木群膏鹽層主要沉積在研究區(qū)西北部, 而吉迪克組膏鹽層沉積在研究區(qū)東南部, 兩者在研究區(qū)構(gòu)造變形前緣交匯融合, 在研究區(qū)北部則存在鹽層缺失區(qū)域(圖8)。

圖8 連續(xù)剖面分布位置圖

圖9 庫車坳陷中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶三維地質(zhì)模型

相比于鹽上層構(gòu)造變形, 中秋構(gòu)造帶鹽下層構(gòu)造樣式更加復(fù)雜。上述典型地震剖面的解析表明, 鹽下層構(gòu)造樣式自西向東沿走向由薄皮逆沖斷層向大型斷層轉(zhuǎn)折褶皺轉(zhuǎn)變, 同時構(gòu)造變形的范圍也逐漸變窄。本次研究針對鹽下層構(gòu)造進(jìn)行了精細(xì)的解析, 識別出三條主要斷層: F1、F2和F3。其中斷層F3(即東秋斷裂)是控制庫車坳陷東部構(gòu)造的重要斷層, 在庫車坳陷東段, 東秋斷裂作為主要斷坡, 形成典型的斷層轉(zhuǎn)折褶皺的構(gòu)造樣式。斷裂F2發(fā)育于東秋斷裂(F3)的前緣, 是控制整個中秋1構(gòu)造的薄皮逆沖斷層。斷裂F1發(fā)育于斷裂F2的前緣,是鹽下層構(gòu)造最前緣的一排構(gòu)造。這三條斷裂呈雁行排列的展布特征, F3斷裂是剖面6中最前緣的斷裂, 向西斷裂活動性減弱, 并在前緣形成斷裂F2(剖面5); 在剖面3中F3斷裂消失, 主要由F2斷裂和褶皺變形來吸收縮短量; 在剖面2中, F2斷裂前緣形成新的斷裂F1, 向西F2斷裂活動減弱, 在剖面1中消失。上述三條斷裂向深部都并入到三疊系的底部滑脫層。斷裂系統(tǒng)分析表明, 庫車坳陷東、西段差異構(gòu)造在中秋構(gòu)造帶的轉(zhuǎn)換是通過三條雁列斷層來調(diào)節(jié), 屬于軟連接模式, 而不是通過走滑斷裂調(diào)節(jié)的硬連接模式。

3.2 中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶成因機制分析

構(gòu)造樣式沿走向變化是褶皺沖斷帶的常見特征, 影響構(gòu)造樣式變化的因素很多, 主要包括先存構(gòu)造差異、滑脫層差異和地層性質(zhì)差異等。對影響庫車坳陷東、西段差異構(gòu)造演化的成因機制, 前人已經(jīng)做了很多探討, 并認(rèn)為受到基底古隆起、膏鹽層性質(zhì)和分布的差異等因素影響(湯良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; Neng et al., 2018; Pla et al., 2019)。庫車坳陷西段鹽下層變形傳播距離大于東段; 同時西段鹽下層主要發(fā)育逆沖疊瓦構(gòu)造, 東段鹽下層發(fā)育大型斷層轉(zhuǎn)折褶皺, 這兩種差異構(gòu)造樣式是形成中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的直接原因。

由于褶皺沖斷帶中地層組合等因素的差異, 導(dǎo)致構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶也具有多種構(gòu)造樣式, 例如三角帶構(gòu)造(Sanderson and Spratt, 1992)或淺層走滑斷裂和斷坡調(diào)節(jié)模型(Qayyum et al., 2015; Zhang et al., 2019)。中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶由于膏鹽層的存在, 其構(gòu)造模式更為復(fù)雜, 在垂向上表現(xiàn)出分層變形的特征, 鹽上層構(gòu)造變形差異表現(xiàn)為變形傳播范圍的變化, 轉(zhuǎn)換模型主要為構(gòu)造走向角度的變化; 鹽下層構(gòu)造差異則表現(xiàn)為構(gòu)造樣式和變形傳播距離的變化, 轉(zhuǎn)換模型為雁行排列。前人針對庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深5區(qū)域的三維構(gòu)造分析, 提出鹽層對構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征具有重要的影響, 鹽層的存在雖然會解耦鹽上和鹽下層的構(gòu)造樣式, 但是不會影響鹽上和鹽下層構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的位置, 即鹽上和鹽下層構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的位置是重合的(Wang et al., 2020)。本文中三維模型也證實這種觀點, 即鹽上層變形前緣背斜構(gòu)造發(fā)育的位置和鹽下層斷裂前緣的位置具有很好的對應(yīng)性, 鹽上層背斜走向轉(zhuǎn)變的位置正是鹽下層斷裂過渡區(qū)域, 表明研究區(qū)鹽上和鹽下層構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶位置具有一致性。

中秋構(gòu)造帶鹽下層北側(cè)構(gòu)造樣式一致, 發(fā)育以三疊系底部為滑脫層的逆沖疊瓦構(gòu)造變形, 主要差異位于鹽下層構(gòu)造變形的前緣, 自西向東由多條低角度逆沖斷層向一條高角度逆沖斷層轉(zhuǎn)換, 同時構(gòu)造變形傳播范圍也逐漸減小。基于三維構(gòu)造模型, 可以將中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶分為兩個次級轉(zhuǎn)換帶, 第一個轉(zhuǎn)換帶位于剖面2附近, 是斷層F1向F2過渡的區(qū)域; 第二個轉(zhuǎn)換帶位于剖面5附近, 是斷層F2向F3過渡的區(qū)域。地震剖面解析顯示, 次級轉(zhuǎn)換帶位置與鹽層性質(zhì)轉(zhuǎn)換的位置一致。剖面2位于庫姆格列木群膏鹽層厚度減薄和范圍縮小的區(qū)域, 秋里塔格背斜下方滑脫層由庫姆格列木群膏鹽層向吉迪克組膏鹽層轉(zhuǎn)變。同時膏鹽層厚度減薄, 使得鹽上和鹽下層分層變形現(xiàn)象減弱, 拜城凹陷鹽下層構(gòu)造樣式由滑脫沖斷向褶皺變形轉(zhuǎn)變。剖面5位于庫姆格列木群膏鹽層消失的邊界區(qū)域, 吉迪克組膏鹽層主要發(fā)育于東秋背斜下盤區(qū)域, 東秋背斜上盤缺乏鹽層沉積, 構(gòu)造樣式由鹽上和鹽下層分層變形轉(zhuǎn)變?yōu)楹衿ばw構(gòu)造。同時三維模型顯示膏鹽層沉積范圍與變形傳播的范圍一致, 自西向東, 膏鹽層沉積前緣位置不斷北移, 鹽下構(gòu)造變形前緣逐漸北移, 但是前緣隆起的位置在研究區(qū)并沒有明顯的改變。因此, 我們認(rèn)為淺部滑脫層性質(zhì)和分布, 即膏鹽層沉積范圍和性質(zhì)的變化, 是控制構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶的主要因素。

3.3 構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶對油氣的影響

庫車坳陷油氣資源富集, 但是近年來勘探實踐表明, 不同構(gòu)造帶之間勘探成果差異巨大。在庫車坳陷西段的克拉蘇構(gòu)造帶, 鹽下白堊系是主要勘探目的層, 膏鹽層封蓋的鹽下疊瓦構(gòu)造是有利勘探圈閉類型(王招明, 2014; 王招明等, 2016); 在庫車坳陷東段區(qū)域, 迪那構(gòu)造帶的油氣勘探主要在古近系中取得成功, 大型斷層轉(zhuǎn)折褶皺的背斜區(qū)是主要勘探圈閉類型。因此, 理清構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征和變形機制對于該區(qū)域的油氣勘探具有重要的意義。

通過三維構(gòu)造模型解析發(fā)現(xiàn), 中秋1構(gòu)造整體構(gòu)造樣式較為特殊, 中秋1構(gòu)造屬于庫車坳陷東、西段差異構(gòu)造演化在構(gòu)造轉(zhuǎn)換區(qū)域形成的一排獨特的構(gòu)造(圖9)。中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要受到庫姆格列木群膏鹽滑脫層分布的控制, 通過雁列斷層調(diào)節(jié)東、西段變形傳播和構(gòu)造樣式的差異, 避免了淺層走滑斷裂的形成, 有利于該區(qū)域油氣成藏的保護(hù)。同時控制中秋1構(gòu)造的斷裂F2是構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)部的調(diào)節(jié)斷層, 并沒有切穿上覆膏鹽層, 白堊系砂巖層和古近系膏鹽層形成良好的儲蓋組合, 成藏模式與克拉蘇構(gòu)造帶類似。但是中秋構(gòu)造帶應(yīng)力環(huán)境與克拉蘇構(gòu)造帶存在差異, 克拉蘇構(gòu)造帶處于正向擠壓環(huán)境, 而中秋構(gòu)造帶處于壓扭環(huán)境中, 這種環(huán)境不利于圈閉構(gòu)造沿走向的穩(wěn)定性。同時由于斷裂F2是次一級調(diào)節(jié)斷層, 其沿走向的延伸范圍較窄。上述不利因素為該區(qū)域油氣勘探帶來一定的挑戰(zhàn)。

4 結(jié) 論

中秋構(gòu)造帶是庫車坳陷東、西段差異演化形成的構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶, 也是克拉蘇鹽下逆沖構(gòu)造帶前緣與秋里塔格鹽上褶皺構(gòu)造帶開始重合的區(qū)域。構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造特征表現(xiàn)為, 鹽上和鹽下層分層變形, 鹽上層構(gòu)造樣式一致, 但是構(gòu)造變形傳播的距離向東減小, 導(dǎo)致鹽上秋里塔格背斜走向的角度發(fā)生變化, 鹽上層構(gòu)造走向自西向東由與東西向夾角29°, 增大至44°, 然后又逐漸減小至近東西向。鹽下層構(gòu)造沿著變形傳播方向可以分為疊瓦構(gòu)造變形區(qū)和逆沖滑脫變形區(qū), 疊瓦構(gòu)造帶內(nèi)樣式一致, 鹽上層發(fā)育滑脫逆沖構(gòu)造, 鹽下層發(fā)育疊瓦構(gòu)造楔, 差異演化主要形成在鹽下層構(gòu)造變形前緣的逆沖構(gòu)造帶, 自西向東, 鹽上和鹽下層分層變形減弱, 構(gòu)造樣式由鹽上層滑脫變形和鹽下層等距離逆沖變形向鹽上和鹽下層一體楔體逆沖變形轉(zhuǎn)變。

庫車坳陷中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶主要通過雁行排列斷層來調(diào)節(jié)鹽下層西段等距離逆沖構(gòu)造向東段斷層轉(zhuǎn)折褶皺的轉(zhuǎn)變。淺部滑脫層的分布和性質(zhì), 即庫姆格列木群膏鹽層和吉迪克組膏鹽層在該區(qū)域的轉(zhuǎn)換, 是控制構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶模型的重要因素。中秋構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶東部東秋背斜上盤吉迪克組成層性好, 淺部滑脫層缺失, 分層變形不發(fā)育, 沿東秋斷裂形成大型構(gòu)造楔; 而其西部庫姆格列木群膏鹽層以純鹽為主, 分層變形發(fā)育, 鹽下卷入變形地層薄, 形成多排薄皮逆沖構(gòu)造, 鹽上層變形呈跳躍式傳播到秋里塔格構(gòu)造帶。同時由于研究區(qū)鹽下層構(gòu)造中西部變形傳播距離大于東部, 在構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)形成壓扭應(yīng)力環(huán)境, 使雁行次級斷裂走向為北東向。

中秋1構(gòu)造受構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)壓扭環(huán)境下形成的次級雁行斷裂控制, 其儲蓋組合模式與克拉蘇構(gòu)造帶類似, 是有利的油氣富集區(qū)域。不利因素是其斷裂性質(zhì)和應(yīng)力環(huán)境, 即中秋1構(gòu)造的控制斷裂是壓扭環(huán)境下形成次級調(diào)節(jié)斷裂, 其分布僅局限于構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶內(nèi)部; 其次壓扭的應(yīng)力環(huán)境會導(dǎo)致中秋1構(gòu)造沿走向并不穩(wěn)定, 其內(nèi)部可能存在多個構(gòu)造高點, 給該區(qū)域油氣勘探帶來一定的挑戰(zhàn)。

致謝:感謝兩位匿名審稿人對本文進(jìn)行了專業(yè)而細(xì)致的審閱, 并提出了具有指導(dǎo)意義的意見和建議, 這對本文的完善具有非常重要的意義, 同時對我們未來的研究工作也具有指導(dǎo)作用。

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Structural Model and Deformation Mechanism of the Zhongqiu Transfer Zone in Kuqa Depression

XIE Huiwen1, WANG Wei2*, XU Zhenping1, YIN Hongwei2, LUO Haoyu1, YANG Gengxiong2, ZHANG Xueqi1, DUAN Yunjiang1

(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, Xinjiang, China; 2. School of Earth Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China)

Revealing the structural model and deformation mechanism of the transfer zone is critical for understanding the evolution of fold and thrust belt. Typical transfer zones commonly have varied structural styles along strikes. The Zhongqiu transfer zone of the Kuqa Depression has been analyzed systematically, and the 3D geometry of the transfer zone is built. The decoupling deformation above and below the salt layer exists in the Zhongqiu transfer zone. The propagation distance of deformation in the suprasalt units decreases from west to east, causing the direction rotation of the suprasalt structural strike. The changing structural style along the strike of the subsalt units occurs in the frontier of the deformation zone. Structures above and below the salt layer are apparent different in the western zone, with the suprasalt structure composed of detachment folds while the subsalt structure composed of equidistant thin-skinned thrust faults. Only one wedge structure was formed in the eastern zone which is composed of a deep thrust fault and shallow back-thrust fault. The transfer zone is associated with en echelon faults to accommodate the different structural styles along the strike, which is controlled by the distribution and efficiency of the shallow detachment. The increasing distance of deformation propagation from east to west forms a shear stress field in the transfer zone, causing the NE trending of the en echelon faults. The traps formed by the en echelon faults are favorable hydrocarbon accumulation zone, which have reservoir and caprocks similar to those of the Kelasu structure zone. In addition, the limited range and shear stress of the en echelon faults in the transfer zone should be taken into consideration in the hydrocarbon exploration.

Kuqa Depression; transfer zone; salt tectonic; 3D structural model; en echelon fault

2021-01-14;

2021-03-15

國家自然科學(xué)基金項目(41572187、41272227、41927802)、國家油氣重大專項(2017ZX005008001)和中國博士后科學(xué)基金項目(2020M671432)聯(lián)合資助。

謝會文(1967–), 男, 高級工程師, 主要從事油氣勘探研究工作。E-mail: xiehw-tlm@petrochina.com.cn

汪偉(1992–), 男, 博士, 主要從事盆地構(gòu)造變形機制與模擬工作。E-mail: wangwei09@outlook.com

P542

A

1001-1552(2022)05-0898-013

10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.004