塔里木盆地玛扎塔格弧形构造及斜向逆冲

杨 庚

(中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

0 引 言

始新世以来，印度板块与欧亚板块的碰撞远程效应及持续挤压作用导致亚洲大陆特别是中亚地区发生强烈的陆内变形[1-2]，西昆仑山前发生大规模逆冲推覆构造[3]，塔里木盆地内部也发生强烈构造变形，主要表现在巴楚隆起两侧及内部[4-5]。NW向巴楚隆起发育寒武系—二叠系稳定地台型沉积岩系和新生界陆相碎屑岩地层，南部以色力布亚—玛扎塔格构造带为界，与麦盖提斜坡相邻[6-10]。从区域构造角度来看，塔里木盆地西南部到巴楚地区从南向北由西昆仑逆冲带、塔西南前陆盆地、麦盖提斜坡、巴楚隆起等大构造单元组成[图1(a)]。巴楚隆起属于塔里木陆块的一部分，具有前震旦系结晶基底，其上缺失大部分上古生界—中生界地层，第四系直接覆盖于已变形的古生界之上。作为塔西南前陆盆地的前缘隆起[11]，巴楚隆起自北向南发育吐木休克、卡拉沙依、古董山—玛扎塔格断裂构造带，其两侧边缘构造样式被解释为基底卷入的逆冲构造[12-14]，杨明慧等提出巴楚隆起两侧发育有走滑断层[15]。

图件根据钻井和地震资料绘制；图(b)中奥陶系顶面构造高点引自文献[10]，有所修改图1 塔里木盆地西部区域构造简图和巴楚隆起玛扎塔格背斜及其逆冲断层构造Fig.1 Simplified Tectonic Map of the Western Tarim Basin and the Mazatage Anticline and Its Thrust Fault in Bachu Uplift

地面分布的玛扎塔格山又称红白山，南侧为红山，北侧为白山，东西延伸超过100 km，南北宽数千米。古近系主要呈断续线状分布于玛扎塔格中段与东段北麓及东北麓，新近系和更新统以带状分布于玛扎塔格南部和西南部。地表及影像平面图上，玛扎塔格地区表现为一系列新生界向南倾的单斜层[16]。玛扎塔格地区古新统下部是一套厚约100 m的石膏层夹紫红色泥岩。玛扎塔格地区沿古近系底部的膏盐层发育一条沿麦盖提斜坡向巴楚隆起冲断的逆断层[12]，该断层逆冲于玛扎塔格南断层之上，将古近系冲出地表，构成玛扎塔格山。从区域构造地质研究来看，该出露逆冲断层应该属于西昆仑逆冲带的前缘构造[17]。对玛扎塔格构造带，前人做过很多工作，主要集中在以下几个方面：一是从沉积学和地层学角度研究，但并未涉及构造变形特征；二是应用地球物理资料等研究玛扎塔格构造带的深部构造变形特征，提出玛扎塔格构造带是一条基底卷入型的断裂构造带，由近于平行的玛扎塔格南断裂和玛扎塔格北断裂构成[7,12]；三是从油气地质特征进行研究[6,18-23]；四是从地貌学[24]、古地磁方面研究[25]，提出玛扎塔格构造带是滑脱褶皱背斜带[26]。

上述研究一致认为玛扎塔格山是浅层以古近系底部膏盐层为主滑脱面的滑脱冲断构造造成的。浅层构造不是本文讨论对象。由于和田河气田的探井主要集中在玛扎塔格背斜核部，钻井深度相对较浅，背斜核部及近核部南北两翼地震反射波组杂乱，从而对该构造样式的认识及形成时间出现争议，并存在以下问题未解决：①玛扎塔格构造带呈向北突出的弧形，其弧形构造成因机制是什么？②玛扎塔格构造核部局部构造高点呈雁行式排列，是否表明存在走滑构造？③玛扎塔格构造东西构造样式出现明显差别，且在对玛扎塔格构造平衡剖面恢复中发现不同时代地层缩短明显不一致。为了解决以上问题，本文在文献[26]的研究基础上，用弧形构造观点，应用斜向剪切断层弯曲褶皱理论对该构造进行进一步研究，得出了一系列新的认识。

图件引自文献[27]图2 和田河气田石炭系生物碎屑灰岩顶面埋深构造图Fig.2 Structural Map of Top Surface of Carboniferous Bioclastic Limestone in Hetianhe Gas Field

1 地质背景

玛扎塔格背斜构造为和田河气田主要储集构造，属于典型背斜型油气藏。储集层为奥陶系和石炭系灰岩地层，地表主要被第四系所覆盖，地面海拔平均为1 000 m。地震剖面和钻井揭示出该背斜构造带呈近EW—NW向延伸(图2)，南北宽约5 km，东西长约90 km。玛扎塔格构造上探明的和田河气田由5个碳酸盐岩气藏组成，玛2、玛4和玛8构造为石炭系生物碎屑灰岩气藏，玛8和玛4构造为奥陶系潜山气藏。已完钻的10口井(9口探井及1口玛4-H1开发井)探明和田河气田天然气地质储量达700×103m3[27]。由于钻探气田的探井主要集中在背斜核部，钻井深度相对较浅，而且背斜核部及南北两翼地震反射波组杂乱，从而导致对该区构造样式的解释观点不一致。钻井资料清楚地指出玛扎塔格构造带自上而下发育的地层有新近系、下二叠统、石炭系和奥陶系，缺失中生界、上二叠统、泥盆系和志留系。早古生代沉积为一套稳定的台地相碳酸盐岩、含磷硅质岩、细碎屑岩。上石炭统—下二叠统以碳酸盐岩为主，且都发育生物碎屑灰岩；二叠系为火山岩-碎屑岩建造，上二叠统碎屑岩为磨拉石建造。中生界地层和部分古近系地层基本上缺失；新近系的厚度也远远小于两侧的西南坳陷和阿瓦提凹陷，整个隆起被第四系地层不整合覆盖。玛扎塔格构造带发育中下寒武统滑脱层和古近系滑脱层。中下寒武统滑脱层由下膏盐岩段下寒武统吾松格尔组和上膏盐岩段中寒武统阿瓦塔格组组成[28]。下寒武统吾松格尔组主要为蒸发台地沉积，岩性为膏岩、膏盐岩、膏质云岩、云岩、泥质云岩、云质泥岩，略呈不等厚互层；中寒武统阿瓦塔格组主要为蒸发台地沉积，岩性为膏质云岩、云质膏岩、膏岩，夹紫红色泥质云岩、含膏云岩、云质泥岩、燧石团块云岩，厚逾100 m。古近系滑脱层发育在阿尔塔什组，其岩性为白色、灰白色厚层块状或中厚层晶粒和硬石膏，常夹浅灰白色及灰白色白云岩，棕红色及灰绿色泥岩、膏泥岩，厚数十米至数百米[29]。

2 主挤压应力方向

玛扎塔格背斜构造在平面展布上呈向北凸起的弧形构造。从玛8井到玛7井为近NEE向延伸，在玛7井—玛4井之间为近EW向延伸，在玛4井以东该构造又转变为近NW向[图1(b)]，如考虑到古董山逆冲断层，整体上该构造中深层构造走向为大S型展布。沿古近系底部的膏盐层发育的并沿麦盖提斜坡向巴楚隆起冲断的浅层逆冲逆断层基本上为弧形展布，本文重点研究中深层构造。按弧形构造平面展布特征，该构造可分NE向延伸西段、近EW向延伸中段和近NW向延伸东段。钻井资料表明和田河气田自西往东分西部井区和东部井区[19]，分别对应于弧形构造西段和中段，而且弧形中段(西部井区)构造高点比弧形西段(东部井区)构造高点相对高100～300 m。

N2a为上新统阿图什组；N1p为中新统帕克布拉克组；N1a为中新统安居安组;图件展示了玛扎塔格走滑断层构造特征图3 F—F′未解释剖面和解释剖面Fig.3 Un-interpretation and Interpretation of Seismic Line F-F′

根据周新源等的和田河气田石炭系碎屑岩顶面构造图(图2)，可以看出玛扎塔格构造存在多个背斜局部高点，这些局部背斜构造长轴的走向之间呈斜向排列，反映存在走滑作用，从侧面佐证了斜向逆冲构造的存在。自西往东，玛8号西、玛8号、玛3号、玛2号高点及相关探井组成西部井区，玛5号和玛4号高点及相关探井组成东部井区，而且西部井区构造高点比东部井区构造高点相对高100～300 m[19]。玛扎塔格褶皱是断层相关作用造成的弧形构造，其断层最小主挤压应力方向一般垂直弧顶走向[30]，即垂直外切线。根据和田河气田石炭系碎屑岩顶面构造图等高线确定出褶皱长轴走向或轴面(图2)。从图2可以看出：玛扎塔格弧形构造中段弧形部位石炭系碎屑岩顶面构造图等高线上最高点的连线(即外切线)在平面上与最小主挤压应力方向垂直(夹角为90°)，说明褶皱形成无走滑作用影响；弧形构造西段石炭系碎屑岩层面构造图等高线上最高点的连线与最小主挤压应力方向是斜交关系，分别测量出从西向东夹角为65°、70°、70°、85°、80°；弧形构造东段石炭系碎屑岩层面构造图等高线上最高点的连线与最小主挤压应力方向是斜交关系，夹角约为85°，向东夹角减少，说明褶皱与断层形成过程受走滑作用影响。形成逆冲作用的最小主挤压应力方向与断层走向之间夹角越小，说明走滑分量越大时，与断层相关褶皱高点走向倾斜程度越大。

同样，沿背斜高点拼接的地震剖面F—F′也基本平行断层走向，在此剖面可得出玛扎塔格多个褶皱层面高点的弯曲点连线[图3(a)]。一般来说，断层相关褶皱理论显示出玛扎塔格弧形构造西段和东段的多个褶皱层面高点弯曲点连线均发生倾斜，说明应力分布不均匀，存在斜向逆冲构造；而弧形构造中段褶皱层面最大弯曲点连线基本直立，说明应力较为均匀，为正向逆冲断层相关褶皱。走滑分量越大，多个褶皱层面最大弯曲点连线倾斜幅度越大。弧形构造西段从西往东，轴面倾斜程度逐渐减小，走滑分量也在逐渐减小。按照等高线区分块体，可以看出玛扎塔格弧形构造从东向西分出玛402块体、玛5—玛4块体、玛7西块体、玛2块体、玛3块体、玛8块体等。其中玛402块体与玛5—玛4块体之间为走滑断层接触，为弧形构造东段与弧顶中部分界线，符合弧形构造简化运动学基本模型[31]中的模型4(差异缩短造成的块体旋转)或模型5(次生弧叠加有晚期走滑作用)；玛5—玛4块体与玛7西块体为弧形构造西段与中段，二者之间无断层，块体背斜长轴方向不一致，其等高线存在扭曲现象，可能指示块体之间有旋转，符合弧形构造简化运动学基本模型[31]中的模型4。

3 分段分界构造特征

玛扎塔格弧形构造之间东西分段，在不同段之间构造样式有差异，在横向地震剖面可清楚地显示出这些构造特征。如从东向西的横向地震剖面F—F′的联络测线是由NE向和NW向两条测线拼接而成，这些测线基本上沿玛扎塔格背斜高点展布。西部地震测线剖面走向为近NWW向，而东部地震测线剖面走向为NW向。从图3可以看出，弧形构造西部背斜高点最浅，向弧形构造中部和东部逐渐加深。每个构造高点之间鞍部地震反射连续性有时较差，构造顶部被新近纪不整合面所覆盖。图3显示鞍部存在多条倾角较陡断层，在垂直构造走向的横向地震测线并未显示出断层存在。由于这些断层并未造成地震反射波组明显错段，解释其为次级走滑断层。由于该区没有三维地震资料，推测这些走滑断层向下延伸到古董山逆冲断层。弧形构造中部有部分上二叠统地层下部未被剥蚀，说明当时弧形构造西部隆起最高，受挤压最为强烈。玛扎塔格南断层在玛3井—玛2井附近表现为侧向断坡(Lateral Ramp)性质[32]，在弧形构造西部与古董山断层相交汇合成一条断层。

地震解释研究表明，玛4井以西的玛扎塔格构造样式主要为逆冲断层向南逆冲和盐滑脱褶皱，以东的玛扎塔格构造样式主要为向北逆冲的逆冲断层，从另一方面说明了在玛4井附近存在导致构造样式发生突变的横向构造。从地震剖面上看，玛4井东侧附近及周围的地震反射波组在垂直方向有明显错段，说明存在走滑断层。该断层分割弧形构造中部和东部，尤其是弧形构造东部发育的构造样式明显不同于弧形构造西部和中部，而且下古生界地层也存在横向不连续性(图4)。横穿玛扎塔格构造带的EW向地震剖面F—F′(图3)清楚显示出横向连续的地震反射同相轴在玛4井东侧附近断续发育，在浅部0～1.5 s之间，地震反射波组凹向深部方向最为明显，导致石炭系—二叠系地层和中新统、第四系地层地震反射波组不连续和局部上下错位。玛4井东几百米处发育一条近SN向的走滑断层——玛扎塔格走滑断层(图5)，其他横向地震剖面展示出类似的反射特征；而且横向地震剖面MZ98-L2d在双程反射时间1.5 s之下，该走滑断层造成玛4井东西两侧的震旦系、寒武系—奥陶系地层底部地震反射波组和正断层、逆冲断层横向不连续性更为明显(图3)，说明该走滑断层形成时间至少晚于玛扎塔格正断层形成时间，后期又发生了多次活动。和田河气田向东延伸截止在玛扎塔格走滑断层上，受走滑构造影响，玛4井附近奥陶系发育较为密集且边缘平直的裂缝[27]。钻井资料表明和田河气田自西往东分西部井区和东部井区[19]，分别对应于弧形构造西段和中段。

上述地震测线南2 km的近EW向地震剖面E—E′的联络测线也显示出玛4井东存在走滑构造及分支走滑断层迹象(图4)。该地震测线走向与玛扎塔格构造呈斜向交切关系，但垂直玛4井走滑构造走向；由于远离构造轴部，该走滑花状构造特征更为明显。图4也显示出玛扎塔格南逆冲断层在玛7井西表现为侧向断坡，向西交汇到古董山逆冲断层。而且该地震剖面基本平行于玛扎塔格弧形构造中部和东部。该地震剖面显示出，弧形构造中部的玛扎塔格背斜西北翼的地震反射波组从水平波组逐渐转变倾斜波组，波组连续性较好(图4)，未表现出波组错断迹象，说明该构造北翼不存在逆冲断层。其他SN向地震剖面显示的玛扎塔格背斜北翼地震反射波组杂乱，认为是背斜构造北翼地层倾角较陡造成的，不是断层作用结果。该认识对解释横向地震剖面有较大帮助。

图件展示了玛扎塔格走滑断层及花状构造样式图4 E—E′未解释剖面和解释剖面Fig.4 Un-interpretation and Interpretation of Seismic Line E-E′

图件展示了古近纪到更新世生长地层图5 A—A′未解释剖面、解释剖面及无逆冲断层的滑脱背斜剖面Fig.5 Un-interpretation, Interpretation and the Detached Anticline Restored by Removing Thrust Faults of Seismic Line A-A′

4 西段构造特征

玛扎塔格构造为滑脱褶皱，在弧形构造最西段滑脱褶皱变形强度最大，构造变形幅度大，向东构造活动逐渐减弱，地层变形幅度相应变小[26]。尤其是弧形构造中西段，背斜核部地层构造高点向东逐渐加深。背斜构造西北翼地层地震反射波组较陡倾，而背斜东南翼构造变形幅度相对较小，地层连续性相对较好。

地震剖面A—A′的测线[图5(a)]位于玛扎塔格主构造西段玛3高点，过该测线有玛3和玛10两口探井。玛3井位于玛扎塔格滑脱背斜核部，底部地层为上奥陶统(井深1 688 m)；玛10井位于该背斜南翼，井底为上奥陶统良里塔格组(井深4 200 m)。玛3井位于背斜核部，为一套较平缓的地震反射波组，从上到下钻遇了第四系、新近系、下二叠统、石炭系、奥陶系。玛扎塔格背斜近核部两翼地层的地震反射波组杂乱，说明地层倾角较陡。玛10井的倾角测井玛扎塔格背斜南翼地层倾向南，倾角在45°～60°之间，倾向南。地震反射波组显示玛10井南侧的地层倾角相对平缓。玛扎塔格背斜南翼在相对较陡地层和相对较平缓地层之间存在一条逆冲断层，依照中国石油塔里木油田分公司的解释，命名为玛南逆冲断层(图5)。周新源等也在玛扎塔格背斜南翼解释出一条逆冲断层，并命名为玛扎塔格南逆冲断层，从平面展布上该断层与古董山逆冲断层相平行[33]。根据二维地震测网追踪成果，地震解释中古董山逆冲断层发育在背斜核部，并造成核部两侧平缓地层之间发生垂向错断，存在走滑分量；从浅部到深部，该逆冲断层倾角由陡变缓，大于背斜北翼地层倾角，符合剪切断层弯曲褶皱(Shear Fault-bent Fold)理论[34]。剪切断层弯曲褶皱为一种非常特殊的断坡背斜，反映非弯曲滑移(Non-flexural)变形。与经典断层弯曲褶皱相比，其典型构造样式表现为背斜前翼短、后翼长，油气后翼地层倾角小于断层倾角。断层上盘地层叠加有扭曲变形，或者称之为剪切变形。剪切变形通常发生在相对弱滑脱层层间，如页岩或蒸发岩上，或者滑脱层发生平行层剪切，实际上滑脱层底部无断层存在，也可导致与地层平行的滑脱层增厚，即纯剪切变形。剪切断层转折褶皱除了断层滑移，还发生了岩层的剪切变形，平行剪切(简单剪切)发生在软性的页岩和膏泥岩层；剪切也可以发生在整个上盘岩层。

周新源等将玛扎塔格背斜北翼地震反射波组杂乱处解释为一条逆冲断层——玛扎塔格北断层，向北逆冲[33]。本文认为背斜北翼地震反射波组杂乱是北翼地层倾角较陡造成的，不是断层作用结果。具体证据有：一是EW向地震联络测线显示背斜北翼存在向北倾斜的地震反射波组(图4)，不存在逆冲断层；二是SN向多条地震剖面均显示出背斜北翼连续存在，不存在向北逆冲断层造成地震反射波组错段；三是该背斜北翼发育有中新统和上新统生长地层，生长地层反射特征支持下伏存在向南逆冲的逆断层。根据断层相关褶皱理论，如果褶皱轴面恒定，随着褶皱生长，生长前地层的褶皱倾角逐渐加大，而相对较老的生长地层倾角要大于新的生长地层倾角，这种生长地层倾角反映的是褶皱翼部旋转[35]。而玛扎塔格构造生长地层倾角是褶皱翼部旋转造成的，不管沉积速率小于或者大于隆升速率，均是如此，据此推测玛扎塔格背斜为滑脱褶皱。在地震剖面解释中，玛扎塔格构造西北翼地层厚度变化较大，其原因除了剥蚀作用，还有地层层间发生的剪切作用(图3、4)；较为明显的是EW向地震剖面(图4)所示的玛扎塔格弧形构造西段，滑脱褶皱北翼。该地震剖面斜交于构造走向，显示出玛扎塔格背斜西北翼石炭系—二叠系地震反射波组局部增厚或减薄现象，说明地层内发生揉皱，地层间可能存在层间剪切现象(图6)。由于该处构造位置为玛扎塔格背斜西北翼，下伏发育古董山逆冲断层和玛扎塔格南逆冲断层，所以这两条逆冲断层具有走滑分量，为斜向挤压冲断构造。

玛扎塔格背斜构造北翼地层之下无断层存在，背斜北翼地层之间存在局部地层增厚或减薄，说明存在斜向逆冲，有走滑作用图6 E—E′ 未解释剖面和解释剖面局部放大Fig.6 Un-interpretation and Interpretation of the Partial Enlarged Seismic Line E-E′

断层上盘逆冲方向与断层走向垂直或近于垂直的称为正向逆冲构造；断层上盘逆冲方向与断层走向斜交的称为斜向逆冲构造。正向逆冲断层的走滑分量基本为0，而斜向逆冲断层存在程度不等的走滑分量，更易伴生复杂的剪切旋转构造[36]。钻井资料证实，该区石炭系—二叠系地层和寒武系—奥陶系地层均为碳酸盐岩地层，中寒武统地层的岩性主要为泥岩、膏泥岩，为相对软弱的滑脱面。如果存在剪切作用，极易发生剪切断层弯曲褶皱[35]，也可导致上盘地层之间发生层间剪切作用。

对SN向地震解释剖面[图4(b)]进行去断层恢复，到无逆冲断层发育的滑脱褶皱剖面[图4(c)]。部分复原剖面和原剖面相比，可计算出奥陶系—寒武系地层缩短3.04 km，石炭系—二叠系地层缩短2.25 km，上、下两套地层缩短不一致。按照剪切断层相关褶皱理论[34-35]，该剖面复原结果类似于简单剪切断层弯曲褶皱(Simple Shear-bent Folding)，实际上是走滑剪切分量导致的，属于斜向逆冲构造。

5 弧顶构造特征

位于弧形构造中部与西部分界线上，SN向地震剖面B—B′(图7)上有一口探井(玛7井)钻在玛扎塔格背斜核部，即和田河气田中部。玛7井钻遇第四系、下二叠统、石炭系、奥陶系，缺失新近系和上二叠统。图7显示出玛扎塔格滑脱背斜构造南翼相对狭窄、北翼相对较宽、核部平缓的特点。地震解释结果表明：古董山逆冲断层造成背斜核部平缓地层逆冲在背斜南翼陡倾地层之上，断层倾角较陡；玛扎塔格南逆冲断层造成背斜南翼陡倾地层向南逆冲在背斜南翼相对缓倾地层之上(图7)。如果把变形剖面恢复到无逆冲断层，只存在滑脱背斜，可以计算出古生代地层从中寒武统到石炭系—二叠系地层缩短量基本一致，大约3.68 km。这说明逆冲断层上盘地层构造变形属于逆冲整体变形，不存在侧向地层流动，地层之间不存在层间剪切作用，基本无走滑分量，玛扎塔格南逆冲断层和古董山逆冲断层均为正向逆冲断层，即纯挤压构造。

6 东段构造特征

弧顶构造东段(即玛4井以东)，玛扎塔格背斜构造样式不是滑脱褶皱，背斜北翼地层倾角较陡，相对较窄，南翼地层则相对宽缓，本文把该背斜解释为一剪切断层弯曲褶皱样式(图8)，背斜下伏的逆冲断层向北扩展。典型地震剖面C—C′清楚地显示出：背斜南翼浅层发育沿古近系膏岩滑脱、向北逆冲的逆冲断层；玛扎塔格北逆冲断层向北逆冲，断层倾角小于地层倾角，符合剪切断层弯曲褶皱[34]模式；玛扎塔格背斜被古近系地层不整合覆盖，古近系地层厚度表现为顶薄翼厚生长地层特征；背斜南、北两翼之下的基底面层埋深相差不大，未发育错断基底的正断层；在背斜北翼发现地震反射波组垂直方向上有错断，存在走滑断层。

图件展示了古近纪到更新世生长地层图7 B—B′未解释剖面、解释剖面及无逆冲断层的滑脱背斜剖面Fig.7 Un-interpretation, Interpretation and the Detached Anticline Restored by Removing Thrust Faults of Seismic Line B-B′

图件展示了玛扎塔格北具走滑分量的逆冲断层、走滑断层及生长断层图8 C—C′未解释剖面和解释剖面及无逆冲断层的复原剖面Fig.8 Un-interpretation, Interpretation and the Profile Restored by Removing Thrust Faults of Seismic Line C-C′

地震测线以东的其他SN向地震剖面则显示出该背斜幅度向东逐渐降低，背斜倾伏，玛扎塔格北逆冲断层断距减小，SN向构造缩短量也相应减小。根据恢复的平衡剖面，可计算出各个层系(古生界)地层顶面缩短量，下二叠统底、上二叠统底、石炭系底、中上奥陶统底、上寒武统和下奥陶统底、中下寒武统底缩短量分别为2.97、3.36、3.70、5.79、3.93、0.49 km。这些缩短量的差异说明玛扎塔格北逆冲断层具有走滑分量，逆冲断层形成的褶皱类似于简单剪切断层弯曲褶皱。缩短量应当包括逆冲断层造成的挤压缩短和走滑断层造成的缩短，当然也包括剖面走向并不垂直于构造走向造成的误差。

7 讨 论

逆冲褶皱构造带中平面上发育独特的弧形构造展布特征，从20世纪初就吸引大批地质学家对其进行研究[30,37-44]，并涌现多个术语，如凸起(Salients)、凹形(Recesses)、弧形(Arcs)、马蹄形山系(Oroclines)、褶皱束(Virgations)、弧形雕饰(Festoons)、弯曲(Bends)、山字形(Oroflexes)和构造结(Syntaxes)等，用来描述造山带及其前陆变形带的弧形弯曲[30]，一般称为造山带弧形构造，为了论述方便，简称为弧形构造。弧形构造常表现为沿造山带构造线走向或者地貌形态的弧形弯转，其规模可以从数十千米到数百千米。弧形构造广泛发育于世界各地，如帕米尔巨型弧形构造带[45]。李四光于1929年提出山字形构造体系概念，认为其是一种扭动构造，使用前弧、反射弧、脊柱、砥柱和马蹄形地盾等术语描述不同部位的构造特征，并运用地质力学原理中横梁弯曲解释其力学机制。随着板块理论的提出，前人将古地磁[46-47]、构造解析[43,47-48]、沉积记录[49-51]、物理和数值模拟[52-53]等成功应用于弧形构造的研究。巨型规模的弧形构造一般为陆内挤压构造最为显著和复杂的地区，也是现今陆-陆碰撞变形最为强烈的地区，对其研究是揭示陆内造山动力学的关键所在。弧形造山带前缘及其前陆有巨大的油气资源，其形成演化与油气运聚有着密切的关系。如有些沉积盆地中的油气可能在弧形构造的弧顶附近聚集，弧顶前锋与盆地沉积中心重合，意味着烃源岩和储层厚度、规模可能发育较好，而弧顶存在拉伸作用，裂隙和节理发育，有利油气运移进入逆冲褶皱带内的圈闭[44]，对其研究具有重要的经济意义。

Yonkee等根据构造变形动力学和弧形构造发育时间,把弧形构造分为原生弧、递进弧和次生弧[31]。原生弧(Primary Arcs)变形前初始形态即为弧形，在变形历史中弧度未变且未发生旋转，逆冲断层位移恒定不变[图9(a)]，或者位移呈放射状[图9(b)]；递进弧(Progressive Arcs)随着变形，弧形构造的弯曲弧度在逐渐增加，在变形过程中两翼围绕垂直轴旋转，递进弧有两类模型，一种是弧形两侧位移方向相背离，位移方向呈弧状[图9(c)]，另一种是弧形两侧差异缩短，位移方向平行[图9(d)]；次生弧(Secondary Orocline)由最初线性构造发展而成，在随后的变形中有走滑剪切作用[图9(e)]或者横弯曲作用的改造[图9(f)]。每个模型都预测由古地磁矢量(p/P)记录从初始状态(p)到最终状态(P)的垂直轴旋转方式变化，构造走向趋势从初始状态(s)到最终状态(S)的演变(s/S)，平行位移方向(l/L)从初始状态(l)到最终状态(L)的缩短改变，断层滑移角(θ)趋势方向演变。旋转模型4中差异缩短有撕裂断层、走滑剪切或者局部块体旋转等3种方式。弧形构造模型中包括在已有变形组构叠加有新变形旋转或者应变，也说明了逆冲作用不同的动力学演变。

塔里木盆地巴楚隆起玛扎塔格构造中深层构造总体走向呈向北凸起的弧形构造。玛8井—玛7井为近NEE向延伸，玛7井—玛4井为近EW向延伸，在玛4井以东该构造又转变为近NW向。从目前研究结果来看，玛扎塔格弧形构造中段挤压作用强烈，未发现走滑特征；弧形构造西段发现和田河气田多个构造高点平面分布呈雁行式排列，而且地震剖面显示褶皱西北翼地层厚度局部增厚，沿逆冲断层面发育剪切断层弯曲褶皱，说明背斜构造存在走滑作用；弧形构造东段地震资料清楚地显示出褶皱东南翼地层倾角要小于下伏逆冲断层面的倾角，表现为典型剪切断层弯曲褶皱[图8(b)]。Marshak根据沿弧形构造走向发生旋转的情况把薄皮弧分为旋转弧(Rotational Curve)和非旋转弧(Nonrotational Curve)[30]。按照Marshak弧形构造分类[30]，玛扎塔格弧形构造应属于旋转弧形构造类型。旋转弧的形成是由于曾经是平直走向的滑脱褶皱构造[图10(a)]在晚期遭受横弯曲褶皱作用，因此，弧形构造会发生沿垂直轴的旋转。而非旋转弧的初始形成时期是沿着弧形迹线发育的，不会出现沿垂直轴旋转。

玛扎塔格弧形构造可归属于弧形两侧差异缩短的递进弧[31]。恢复断层的平衡剖面研究成果显示出，玛扎塔格弧形构造中西段恢复的早期构造仍为宽缓滑脱褶皱，而东段晚期则恢复到缓坡沉积样式，滑脱褶皱样式隆起幅度很低，不如中西段那么明显，说明弧形两侧的差异缩短。根据生长地层轴面变化情况(图5～7)，构造变形可划分为古近纪、中新世和上新世3期。平衡剖面恢复则给出玛扎塔格背斜构造两期构造运动的结果，也符合玛扎塔格弧形构造是两期变形结果。如果考虑到沿着古近纪膏岩逆冲玛扎塔格逆冲断层掩覆到更新世地层沉积之上，则至少为3期构造变形。由于弧形构造两侧存在剪切作用，所以SN向剖面上无法判定有多少膏岩被剪切到其他地段，使用面积平衡方法研究滑脱面深度就会存在一定的误差，这需要做进一步三维平衡研究工作。

图件引自文献[31]图9 弧形构造简化运动学基本模型Fig.9 Simplified Kinematic Basic Models for Arc Structure

构造走向随着变形发育而逐渐变化；变形后该弧形构造在中、东段之间发育有走滑构造图10 玛扎塔格旋转弧形构造形成简化模式Fig.10 Idealized Model of the Geometry of the Mazatage Rotational Arc

玛扎塔格弧形构造曾经是平直构造发展而成，如早期形成的逆冲构造在随后的变形中叠加上走滑剪切作用[图9(e)]或者横弯曲作用的改造[图9(e)、(f)]造成次生弧形构造[31]，晚期卷入变形的新沉积物就会发生旋转。Dupont-Nivet等对玛扎塔格最东端、和田河西岸的中生界乌恰群剖面进行了古地磁研究，发现该地区磁偏角有顺时针垂直轴旋转，是局部的变形作用所致[25]，而采样区位于弧形构造东段，虽然该构造也发育沿古近系膏岩逆冲玛扎塔格弧形逆冲断层，但弧形构造剪切作用方向是一致的，可能这两者共同作用导致弧形构造东段构造的磁偏角发生了15.3°±6.7°的顺时针旋转。这一认识也符合本文提出的弧形构造展布规律及特点。Sun等根据磁性地层限定出旋转地层时代为2.6～10.0 Ma[54]，正好在中新世晚期到更新世时期，位于生长地层发育中晚期。实际上玛扎塔格弧形构造也可以归属于递进弧，但本文倾向于次生弧，因为古近纪以来，玛扎塔格弧形构造总体处于昆仑逆冲带北缘的塔西南前陆盆地之上，古地貌和沉积厚度趋势基本近于EW向。在持续的挤压作用下，逐渐发育中的弧形构造不同段之间可能由于缩短量差异导致发育撕裂断层(Tear Faulting)、走滑剪切或者局部块体旋转，如玛扎塔格弧形构造西部造成局部块体周围等高线的揉动(图2)。

从和田河气田石炭系生物碎屑灰岩顶面构造图(图2)可观察到，弧形构造中段内侧玛4走滑断层以西发育局部褶皱构造，被认为是弧形构造内(南)侧受到近EW向的挤压导致的。玛扎塔格弧形构造外(北)侧发育平行弧形构造走向的伸展作用，发育4个局部构造，其构造走向与弧形构造走向基本近垂直，地震解释也在弧形构造中部和西部发现陡倾的正断层。玛扎塔格弧形构造横向变化更多是滑脱褶皱的滑脱面深度变化引起的[30]，弧形构造的中段滑脱面深度要大于东、西两段(图5、7)，实际上弧形构造的东段基本不发育滑脱褶皱，而是顺时针走滑作用导致褶皱南翼发生旋转，类似于简单剪切断层弯曲褶皱(图8)。综上所述，用弧形构造观点能解释玛扎塔格复杂构造展布规律。

8 结 语

(1)塔里木盆地玛扎塔格弧形构造属于旋转弧形构造，为曾经平直滑脱褶皱带逐渐弯曲而成。弧形构造最大主挤压应力方向与弧形构造东、西两段斜交。

(2)弧形构造中段和东段分界构造是玛4井附近发育的近SN向撕裂断层——玛4井东走滑断层。弧形构造西段和中段分界由于局部块体旋转形成玛7井西侧向断坡构造。

(3)弧形构造西段玛扎塔格构造是由滑脱褶皱和背斜北翼具有逆时针走滑分量作用形成的斜向逆冲构造组成，类似于剪切断层相关褶皱。从东向西，随着走滑分量逐渐增加，最大主挤压应力方向与断层走向夹角从80°减小到60°，即走滑分量越大，倾斜程度越大。西段存在局部多个高点，也反映斜向挤压导致局部块体调整。

(4)无逆冲断层的部分恢复剖面显示，弧形构造中部位移较为均衡，古生界地层从上到下缩短量基本一致，说明构造基本上为纯挤压作用形成的滑脱褶皱。在弧形构造中段,弧形构造滑移方向垂直弧顶。

(5)玛扎塔格弧形构造东段背斜是由顺时针走滑分量作用形成的斜向逆冲构造(类似于简单剪切断层弯曲褶皱)组成。

(6)无逆冲断层的部分恢复剖面给出弧形构造西段滑脱褶皱的北翼寒武系—奥陶系地层缩短量大于石炭系—二叠系地层缩短量，说明滑脱褶皱的北翼存在斜向剪切作用，其形成的构造可与混合剪切断层弯曲褶皱类比；而弧形构造东段的部分恢复剖面表明中下寒武统—中上奥陶统地层缩短量增加很快，而石炭系—二叠系地层缩短量逐渐减少，说明该构造存在斜向剪切作用，其形成的褶皱类似于简单剪切断层弯曲褶皱。研究指出，玛扎塔格弧形构造属于旋转弧形构造类型，即早期平直构造被晚期挤压导致逐渐弯曲形成的弧形构造，这与剖面上观察到的生长地层得到变形时间认识完全一致。