塔里木盆地雅克拉斷凸走滑作用及其形成機理

羅小龍，湯良杰，謝大慶，邱海峻，蔣華山，楊 勇，陳緒云，張宇航

(1.長江大學地球科學學院，湖北武漢430100;2.中國石油大學盆地與油藏研究中心，北京102249;3.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249;4.中國石化西北分公司，新疆烏魯木齊830011;5.國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京100034)

受天山和昆侖山造山運動影響［1］，塔里木盆地在加里東中－晚期和海西晚期整體處于擠壓環(huán)境中，雅克拉斷凸也不例外，如亞南、輪臺斷裂都是因擠壓形成的逆沖斷層。對于雅克拉斷凸在中、新生界擠壓背景下出現(xiàn)明顯的正斷層，前人做過不少研究。有學者認為在擠壓隆升的后期因高部位產(chǎn)生張應力而形成正斷層，并稱其為負反轉(zhuǎn)構造［2－7］，有學者認為是擠壓應力與該地區(qū)的走向不一致產(chǎn)生扭張應力而導致正斷層的形成［8－12］。一些學者對反轉(zhuǎn)構造觀點持懷疑態(tài)度，認為只是小型逆沖、擠壓背斜伴生正斷層［13］。有部分學者認為該地區(qū)存在“負花狀”構造［11，14］和雁列式斷層［8，10］等走滑構造特征，但都沒有進行深入、全面的研究。目前對研究區(qū)中、新生界關于走滑作用的認識還存在一些問題:①是否發(fā)生過走滑作用;②走滑相關構造有多大規(guī)模，表現(xiàn)出哪些具體特征;③走滑作用是如何形成的。本文通過對雅克拉斷凸三維地震反射剖面進行解釋，發(fā)現(xiàn)了該地區(qū)中－新生代存在走滑構造特征，根據(jù)斷層與不整合的關系劃分了走滑作用期次，另外還分析了走滑作用的形成機理。

1 地質(zhì)概況

雅克拉斷凸位于塔里木盆地北部，西起沙西凸起，東至草湖凹陷，北以亞南斷裂與庫車前陸盆地隔開，南接哈拉哈塘凹陷和阿克庫勒凸起，是東北坳陷區(qū)沙雅隆起的一個次級構造單元，近東西走向，長約300 km，南北寬約30～110 km的狹長區(qū)塊(圖1)。雅克拉斷凸是塔里木盆地含油氣極為豐富的地區(qū)，本身雖不含烴源巖，但具有雙向油氣來源［15－16］，自1984年沙參2井取得海相古生界重大突破以來，目前已發(fā)現(xiàn)多個含有油氣組合及大、中型油氣田［5，11］。亞南和輪臺斷裂在加里東中－晚期和海西晚期擠壓作用下形成基底卷入型逆沖斷層，是雅克拉斷凸的主控斷裂。該地區(qū)構造演化階段主要經(jīng)歷了加里東期緩慢、穩(wěn)定隆升，海西－印支期大幅度抬升并遭受強烈剝蝕，燕山中－晚期至喜馬拉雅早期處于伸展環(huán)境，其后穩(wěn)定發(fā)展至喜馬拉雅晚期定型(圖2，圖3)。研究區(qū)域包括雅克拉斷凸及其南北邊界的鄰近地區(qū)。

圖1 雅克拉斷凸地理位置Fig.1 Geographical position of the Yakela faulted salient，Tarim Basin

圖2 雅克拉斷凸巴什基奇克組頂界斷裂系統(tǒng)Fig.2 Fault system on top of the Bashijiqike Formation in the Yakela faulted salient，Tarim Basin

圖3 雅克拉斷凸分段地質(zhì)演化剖面(測線位置見圖2)Fig.3 Geologic evolution of different sections in the Yakela faulted salient，Tarim Basin(see Fig.2 for the location)

2 走滑作用表現(xiàn)形式

地震資料解釋表明，有多種證據(jù)顯示雅克拉斷凸在中－新生代發(fā)生過走滑作用。

2.1 平面特征

雅克拉斷凸內(nèi)的亞南斷裂與輪臺斷裂在平面上皆呈線性延伸，亞南斷裂呈北東東走向，延伸長度約300 km，輪臺斷裂主體亦呈北東東走向，輪臺縣以東呈近東西走向，延伸長度約200 km(圖1)。

研究區(qū)走滑作用使得沿亞南斷裂與輪臺斷裂附近區(qū)域發(fā)生破裂，破裂表現(xiàn)為與主位移帶呈一定角度的、延伸不長的雁列式斷層系，為研究該斷層系特征，根據(jù)其不同位置的雁列軸方向變化，將其劃分為8個組進行分析(表1;圖2)。

走滑帶Fs1雁列軸與主位移帶(與基底主控斷裂走向一致)夾角約為22°(圖4a)，利用走滑應變橢圓對其進行構造解析可知(圖2)，此斷層為左旋扭動產(chǎn)生的張破裂系，表現(xiàn)為左階式雁列正斷層系。Fs2雁列軸與主位移帶夾角約為24°(圖4b)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的張破裂，表現(xiàn)為左階式雁列正斷層系。Fs3雁列軸與主位移帶夾角約為33°(圖4c)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的張破裂，表現(xiàn)為左階式雁列正斷層系。Fs4雁列軸與主位移帶夾角約為19°(圖4d)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的張破裂，表現(xiàn)為左階式雁列正斷層系。Fs5雁列軸與主位移帶夾角約為32°(圖4e)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的張破裂，表現(xiàn)為右階式雁列正斷層系。Fs6雁列軸與主位移帶夾角約為6°(圖4f)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的同向剪切破裂，表現(xiàn)為右階式雁列正斷層系。Fs7雁列軸與主位移帶夾角約為34°(圖4g)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的張破裂，表現(xiàn)為右階式雁列正斷層系。Fs8雁列軸與主位移帶夾角約為13°(圖4h)，表明此斷層系是左旋扭動產(chǎn)生的同向剪切破裂，表現(xiàn)為右階式雁列正斷層系(圖2)。

表1 雅克拉斷凸各走滑斷層系統(tǒng)要素Table 1 Key fault elements of each strike-slip system in the Yakela Faulted salient，Tarim Basin

2.2 剖面特征

2.2.1 花狀構造

研究區(qū)亞南斷裂中段下部斷面陡立、直插基底，上部分支斷層向上撒開，形成下窄上寬的像花朵一樣的破裂帶，因亞南斷裂早期為基底卷入的大型逆斷層，盡管經(jīng)過后期走滑作用改造，但K1kp/An(K1kp)不整合面之下仍然為逆斷層，而上部則為呈花狀撒開的正斷層，最終該處斷裂形成了下逆上正的特殊的負花狀構造(圖5)。

2.2.2 海豚效應與絲帶效應

圖4 雅克拉斷凸主走滑斷裂系統(tǒng)斷層走向玫瑰花圖Fig.4 Fault strike rose maps of the main strike-slip systems in the Yakela Faulted salient，Tarim Basin

圖5 雅克拉斷凸中部構造剖面圖(測線位置見圖2)Fig.5 Interpreted seismic line showing the strike-slip structures of the middle part in the Yakela Faulted salient，Tarim Basin(see Fig.2 for the location)

圖6 雅克拉斷凸走滑作用產(chǎn)生的絲帶效應(測線位置見圖2)Fig.6 Dolphin effect of strike-slip in the Yakela Faulted salient，Tarim Basin(see Fig.2 for the location)

在走滑斷層走向不同位置，斷層上升盤與下降盤交替呈現(xiàn)，即不同位置剖面上會表現(xiàn)出正、逆斷層的差異，稱為海豚效應和絲帶效應［17－18］。雅克拉斷凸走滑斷層呈彎曲軌跡，形態(tài)復雜，在彎曲斷層的不同位置，斷層面與斷層走向必然存在差異，導致彎曲處主應力性質(zhì)發(fā)生變化，一些部位出現(xiàn)擠壓應力，而另一些部位則表現(xiàn)出拉張應力，進一步導致在相應的剖面上出現(xiàn)逆斷層與正斷層，總體上看，同一條斷層兩盤起伏不同步形成了海豚效應，不同位置的剖面上正、逆斷層的交替呈現(xiàn)又形成了絲帶效應(圖6)。雅克拉斷凸亞南斷裂在剖面B—B'處發(fā)育正斷層，白堊系與古近系整體微向下彎曲，而在剖面E—E'處則發(fā)育逆斷層，白堊系與古近系明顯向上隆起，整條斷層上、下盤并非固定不變，而是呈交替變化，海豚效應明顯。

綜上所述，雅克拉斷凸邊界斷裂附近，以白堊系與古近系為主的地層內(nèi)發(fā)育走滑作用相關的斷層系，亞南斷裂附近的斷層系皆為張破裂所形成，呈左階式雁列排列，輪臺斷裂附近的斷層系為張破裂和同向剪切破裂所致，呈右階式雁列排列;剖面上，亞南斷裂中、東部及附近區(qū)域發(fā)育負花狀構造，并可見海豚效應與絲帶效應，其余地方這些特征不明顯，上述分析表明研究區(qū)確實在中－新生代發(fā)生過走滑作用，但規(guī)模不大，且北面走滑作用比南面強。

3 走滑作用時間

研究區(qū)走滑斷層系多數(shù)斷層上切至古近系上部，少數(shù)斷層切穿古近系達到新近系下部，下切至白堊系底部，但皆沒有切穿白堊系，表明走滑作用應晚于侏羅紀，而早于第四紀;斷層上、下盤厚度從白堊系至古近系大致相等，在新近系中的部分斷層上、下盤厚度也基本相同，表明走滑作用主要時期為古近紀末期(圖3，圖5)。另據(jù)前人關于塔里木盆地構造運動的研究結(jié)果表明，侏羅紀－古新世為弱伸展運動階段，晚古近紀－第四紀為擠壓運動階段［19－21］。綜合上述分析，走滑作用可能始于燕山晚期運動，喜馬拉雅早期運動走滑作用表現(xiàn)為由弱至強再至弱的過程，喜馬拉雅晚期運動走滑作用完全停止。

4 走滑作用形成機理

圖7 雅克拉斷凸地層走滑構造成因示意圖(據(jù)文獻［12］修改)Fig.7 Sketch map for origin mechanism of strike-slip structure of strata in the Yakela Faulted salient，Tarim Basin(modified according to literature［12］)

從加里東中期塔里木盆地處于擠壓環(huán)境下開始，雅克拉斷凸緩慢隆升，至海西晚期因劇烈構造運動導致雅克拉斷凸大幅度抬升并遭受強烈剝蝕，只在斷凸兩翼剩余少數(shù)早古生代地層，至此斷凸形成，其走向為北東東向。燕山中－晚期至喜馬拉雅早期，因造山和板塊運動［22］，塔里木盆地繼續(xù)遭受南北向擠壓［1］，由于雅克拉斷凸先存基底斷裂為北東東走向，南北向擠壓應力分解為北東東向的走滑剪切應力和垂直于該方向的擠壓應力(圖7)，走滑剪切應力作用在基底斷裂上導致斷裂帶及其附近區(qū)域產(chǎn)生左旋扭應力場［23］;另外，造山運動的結(jié)果在天山山前形成庫車前陸盆地［24－25］，而雅克拉斷凸處于該前陸盆地的撓曲部位［8，10，26］，隆起表面彎曲產(chǎn)生張應力(圖7a)，圖3 中的正斷層及B'—B、C'—C剖面內(nèi)的亞南斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn)皆體現(xiàn)出此張應力的作用，該應力方向與雅克拉斷凸的走向垂直，張應力方向為北北西向，其南北方向的分應力被該方向擠壓應力消減掉，而東西向的分應力成為拉張主應力方向，正是這個方向的張應力與上述扭應力合成左旋張扭應力，其結(jié)果使雅克拉斷凸在燕山中－晚期至喜馬拉雅早期發(fā)生走滑作用，而走滑作用導致在以白堊系和古近系為主的地層中形成了斷層系(圖7b)。

5 結(jié)論

1)雅克拉斷凸主走滑斷裂在平面上呈線性延伸，發(fā)生走滑作用是左旋張扭應力所致。走滑作用導致研究區(qū)西部發(fā)育同向剪切破裂，表現(xiàn)為與主位移帶夾角較小的、延伸不長的正斷層系，沿亞南斷裂呈左階式雁列排列;中、東部北面發(fā)育張破裂，表現(xiàn)為與主位移帶夾角較大的、延伸不長的正斷層系，沿亞南斷裂呈左階式雁列排列;中、東部南面發(fā)育張破裂與同向剪切破裂，所表現(xiàn)出的正斷層系沿輪臺斷裂呈右階式雁列排列。剖面上存在負花狀構造樣式，還可見海豚效應與絲帶效應。走滑作用有一定的規(guī)模，其強度北面比南面大。

2)雅克拉斷凸走滑作用可能始于燕山晚期運動，主要作用時期為喜馬拉雅早期運動，喜馬拉雅晚期運動走滑作用完全停止。

3)雅克拉斷凸基底斷裂走向為北東東向，當該地區(qū)燕山中、晚期－喜馬拉雅早期再次遭受南北向擠壓時，先存基底斷裂走向與擠壓應力存在一個夾角導致左旋扭應力形成;同時雅克拉斷凸地區(qū)處于庫車前陸盆地的前緣隆起上，因撓曲作用在該部位產(chǎn)生北北西向引張力，兩力合成左旋張扭應力，導致發(fā)生走滑作用及發(fā)育與之相關的伸展構造。

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