塔里木盆地巴楚隆起海米罗斯断裂带几何学与运动学特征

2018-09-17何登发刘长磊

石油与天然气地质 2018年5期

张永，何登发，刘长磊

[中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083]

海米罗斯断裂带位于巴楚隆起南缘中段，其东北侧为古董山断裂，东部为玛扎塔格断裂，西为色力布亚断裂带，其走向与色力布亚断裂带近似一致，均为北西-南东向，断裂带在平面上自西向东呈帚状撒开。由巴楚隆起断裂分布特征可以看出，海米罗斯断裂带断裂发育较为复杂，存在有多期叠加特征，胡望水等人将其解释为具有左旋扭动特征的压扭断裂带[1]，赵岩、刘凡瑀等人认为海米罗斯断裂带深部为一条走滑-斜冲断裂，表现出明显的走滑特征，起构造变换作用[2-3]，郑民等认为鸟山构造兼具盖层滑脱、基底卷入及挤压走滑构造样式，并表现出分层变形特征[4]，杨勇等人也将其解释为具有半花状特征的构造[5]；杨海军等人将海米罗斯断裂解释为深浅两套断裂系统组成的滑脱构造[6]，崔海峰等人则认为海米罗斯断裂主要由主断裂和其反冲断裂组成，深部的逆冲断层发育花状构造，具有走滑性质[7]；高洁、张业倩、王莹莹、刘海涛等在将其解释为发育盖层滑脱和基底卷入式的构造样式的基础之上，对其进行了分段性划分，将其分为西、东、中三段[8-11]。上述学者虽然对海米罗斯断裂带的几何学特征进行了较为详细的解释及描述，然而鉴于地震资料品质问题，对于某些断层的解释存在不合理之处，且自麦盖提斜坡至巴楚隆起，巴楚的隆升表现在基底性质的隆升作用，而前人对于该断裂带的解释方案中，多未能给出造成该种隆升的原因。作为色力布亚断裂带和玛扎塔格断裂带连接位置，巴楚隆起南界断裂的走向在该位置处发生了一定的转折，且在该处由玛扎塔格断裂向西北方向，断裂由一支分裂为多支，前人研究中多将海米罗斯断裂带作为断裂性质转换部位，因此通过该断裂带几何学、运动学特征的解析，可以探究南界断裂应力条件及断裂成因，进一步解释克拉通内构造变形机制。本文以切过该断裂带的二维地震剖面为基础，以断层相关褶皱理论为指导，重新建立了海米罗斯断裂带构造模型，以断裂带断层组合特征及断裂带平面走向特征为依据将断裂带重新分段；采用平衡剖面技术，结合前人研究成果及区域构造背景，总结了断裂带运动学特征。

1 区域地质背景

巴楚隆起位于塔里木盆地中央隆起带西部，其北部为阿瓦提凹陷，西邻柯坪断隆，南为麦盖提斜坡，东部以巴东断裂作为塔中隆起与巴楚隆起的分界(图1)。海米罗斯断裂带处于色力布亚断裂带和玛扎塔格断裂带连接处，为巴楚隆起南界断裂的中段组成部分，断裂带地层主要以基底、古生界和新生界为主，以断裂带为界，南部多缺失上奥陶统，断裂带北侧地层也仅发育有上奥陶统桑塔木组，与麦盖提斜坡和巴楚隆起主体部位共同缺失中生界。通过钻井资料揭示，断裂带沉积盖层主要由寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、古近系、新近系及第四系所组成(图2)，其中寒武系、下奥陶统岩性多以灰岩、白云岩为主，为台地相、陆棚相环境下沉积而成，中寒武统可见有盐岩发育，为蒸发台地相下的产物[12-13]；志留系在巴楚地区为一套以紫红色、灰白色、灰绿色砂岩夹泥岩为主的滨岸-潮坪沉积，断裂带多见下志留统[14]；泥盆系在巴楚地区仅发育东河塘组砂岩，为滨岸、陆棚沉积相下产物[15]，该组地层多见有良好油气显示[16]；石炭系沉积期时，特提斯洋张开和南天山洋的发育，形成了塔里木盆地的第二期海侵，石炭系在巴楚隆起之上发育齐全[17]，其岩性可见有砂岩、灰岩等，为海平面频繁升降导致物源变化而形成的产物[18]；下二叠统沉积时，塔里木盆地发生大规模海退，塔西南仍为开阔碳酸盐岩台地，但范围仅到古董山一线[19]，下二叠统岩性在巴楚地区主要为砂泥岩，中二叠世晚期受到北天山洋俯冲影响，形成一套中酸性-中基性火山岩夹海相的灰岩和碎屑岩，晚二叠世巴楚隆起受盆地周缘活动影响再次隆升[20]，部分地层遭受剥蚀，断裂带内该期主要以碎屑沉积为主；古近纪时，巴楚隆起形成了一套蒸发环境下的膏泥岩层，新近系主要以砂泥岩陆相沉积为主。鉴于盐岩和膏岩的塑性较好，中寒武统和古近系两套地层可作为滑脱层，对断裂带的构造样式产生较大影响，也是造成断裂带分层变形构造样式原因之一。

2 海米罗斯断裂带几何学特征

本文中所研究的海米罗斯断裂带，主要包括了狭义上的海米罗斯断裂、沙垅断裂、鸟山断裂等，断裂带整体在平面上自西向东呈帚状撒开，西部收敛，纵向上表现出分层变形样式，其断裂可划分为基底断裂、古生界断裂和新生界断裂3层变形。在断裂带最西部主要以海米罗斯断裂为主，至断裂带中东部，海米罗斯断裂发生转折处，发育有沙垅断裂，而至最东部则又发育有鸟山断裂。因此，可以根据断裂的发育情况，将海米罗斯断裂带划分为3段，西段主要为海米罗斯断裂走向上发生转折之前的部分，中段则主要以海米罗斯断裂发生转折之后的部分和沙垅断裂为主，东段则主要以鸟山断裂为主，也包含部分海米罗斯断裂及沙垅断裂，下对各段特征进行描述。

图1 巴楚隆起海米罗斯断裂分布及剖面位置Fig.1 Distribution of the Haimiluosi fault zone in the Bachu uplift and its profile locationa.巴楚隆起构造位置及断裂分布 b.海米罗斯断裂带展布及剖面位置Faq.阿恰断裂；Ftmxk.吐木休克断裂；Fklsy.卡拉沙依断裂；Fslby.色力布亚断裂带；Fmztg.玛扎塔格断裂；Fhml.海米罗斯断裂带；Fbd.巴东断裂；Fgds.古董山断裂Ⅰ.阿瓦提凹陷；Ⅱ.巴楚隆起；Ⅲ.麦盖提斜坡；Ⅳ.柯坪断隆

2.1 西段几何学特征

剖面AA′切过了海米罗斯断裂带最西端(剖面位置见图1)，通过罗斯1井层位标定及联络剖面层位投影可知该剖面自下而上发育前寒武系、寒武系至二叠系，古近系至第四系，地表由第四系所覆盖，在断裂带可见有新近纪地层出露。由该剖面可见海米罗斯断裂在该处整体表现为分层变形特征(图3)，其变形可分为上、中、下3套变形系统；最上部为新生界变形，F1断层以古近系膏岩层为滑脱层，断层表现为南倾，断面产状表现为上陡下缓，向上部切穿地表，并导致新生界发生褶皱，形成小幅背斜构造，新近系阿图什组、乌恰群在断层逆冲作用下出露地表，在野外露头中可见，此外由于新生界整体在古近系底滑脱层影响下发生的滑脱作用，形成了宽缓的滑脱褶皱；中部变形主要为F2和F3断层的活动所导致，通过轴面分析可知，石炭系之上地层与下伏地层具有轴面不一致现象，因此可断定其为不同断层活动所致，通过轴面分析识别出F2和F3断层的几何形态，其中F2断层滑脱至石炭系中，断层向上部切穿二叠系，并终止于新生界底部，其活动导致上盘地层发生褶皱变形，形成相应背斜构造，由所追踪识别层位可明显区分出其与下伏奥陶系、寒武系产状不一致。而通过对下伏寒武、奥陶系进行轴面分析、结合断点可识别F3断层产状，其在深部滑脱至中寒武统盐岩层中，向上部切穿中上寒武统至下二叠统，断层向上运动过程中导致上覆上二叠统、古近系、新近系发生褶皱变形，在下二叠统中部终止；深部变形主要由断层F4和F5所造成，寒武系之下地层中可识别出断陷活动形成的地层结构，因此可推测早期该部位具有正断层活动，后期在挤压作用下，早期正断层发生反转，导致上覆寒武系产生变形，上盘地层在该断层活动作用下发生整体抬升。

图2 巴楚隆起海米罗斯断裂带地层综合柱状图Fig.2 Composite stratigraphic column of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift

剖面BB′同样为切过海米罗斯断裂带西段的地震剖面(剖面位置见图1)，由巴探5井层位标定可知自下而上依次发育前寒武系、寒武系至二叠系、古近系至第四系，地表主要为第四系所覆盖，断裂带仍可见有新近系出露。由该剖面可见，断裂带在该处仍表现为分层变形特征，仍由上、中、下3套变形系统组成，上部变形仍为由滑脱至古近系底部断层F1所造成，与上一剖面相比，该断层形态未发生明显变化，仍表现为南倾的上陡下缓形态，在该剖面中新生界未在古近系底部滑脱层作用下产生明显滑脱褶皱(图4)；中部的古生界变形主要由F2和F3断层所造成，两断层的活动未导致所切穿的地层发生明显变形，仅导致地层发生显著错断，断层均表现为上陡下缓，断层间距离向下部变窄，向下共同收敛至中寒武统滑脱层中，与上一剖面相比，F3断层仍为收敛至中寒武统的逆冲断层，而F2断层则不再滑脱至石炭纪地层中，由地层产状可明显看出，从寒武系至二叠系，其地层具较为一致产状，因此可根据该现象判断，F2断层向深部收敛至中寒武统滑脱层中；深部构造变形主要发生在寒武系之下地层中，其下部地层可更为清晰识别出断陷地层结构特征，进而可识别出基底断层F4，断层早期表现为正断层活动特征，后期发生反转，上盘在断层作用下向上部运动，造成寒武系相对南侧抬升。

图3 海米罗斯断裂带AA′地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.3 Interpretation for the seismic profile AA′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

剖面CC′为切过海米罗斯断裂带西段最东部的剖面(剖面位置见图1)，由罗南1井及临井钻井地震层位标定结果及联络剖面层位投影可知，该剖面地表为第四系所覆盖，可见新近系露头，由下至上可见有前寒武系、寒武系至二叠系、古近系至第四系，剖面南部缺失了上奥陶统，在断裂带北侧可见上奥陶统向南减薄尖灭特征(图5)。通过剖面层位追踪及地层轴面识别，同样可将该剖面划分为上、中、下3套变形系统：最上部变形系统为新生界变形，断层的活动导致地层形成背斜-向斜-背斜相间的构造形态，由轴面分析可知，该种构造形态的产生是由于地层沿古近系底部的滑脱作用所形成的，新生界沿滑脱面滑脱过程中，在前方发生突破，形成F1断层，与上一剖面中的F1断层相比，该剖面中F1断层位移量较小；中部变形主要为古生界中发育的构造变形，该套地层中的构造变形同样由F2和F3两条断层的活动所形成，地层在断层活动作用下产生了明显褶皱，断层仍表现为南倾，断层间距减小，断层间所夹断块地层发生小幅度掀斜，两断层向上部切穿了新近系安居安组底，向下部收敛至中寒武统断层所形成，基底地层中仍可识别出地层的断陷结构特征，指示了早期断层为正断层，仍为后期挤压作用下断层发生反转，上盘地层沿断层向上逆冲作用下发生整体抬升。

由上述4条剖面可以看出，海米罗斯断裂带在西段主要以发育海米罗斯断裂为主要特征，海米罗斯断裂断层F2和F3在剖面上均表现为南倾，两断层在上部近于平行，向下部收敛至中寒武统滑脱层中，断层的活动多导致地层发生错断，但未使其产生明显变形，该段由西向东，断层F2和F3之间间距逐渐减小；地表发育新生界断层，同样表现为南倾，断层向上部突破地表，新生界构造变形除该断层活动形成的背斜之外，还可见有滑脱褶皱；基底之中主要以F4断层为主，断层北倾，可识别出早期正断层活动的断陷地层结构。

2.2 中段几何学特征

图5 海米罗斯断裂带CC′地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.5 Interpretation for the seismic profile CC′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

剖面DD′为切过海米罗斯断裂带中段剖面(剖面位置见图1)，由罗南1井地震层位标定及联络剖面层位投影可知，该剖面地表为第四系所覆盖，自下而上可见有前寒武系、寒武系至奥陶系、志留系至二叠系、古近系至第四系，从平面上可见该剖面切过了海米罗斯断裂及沙垅断裂，剖面整体上仍表现为上、中、下3套构造变形系统(图6)：最上部仍为新生界构造变形，沿古近系底滑脱的断层分别在沙垅断裂和海米罗斯断裂浅层发生突破，断层F1和F6断面均表现为南倾，其中F1断层相较F6产状更陡，断面表现为上陡下缓，其向上突破地表，并导致新近系部分出露，形成前翼较短后翼较长的背斜褶皱，表现为断层传播褶皱特征，而断层F6产状则相对较缓，断层仅导致地层发生较小错断，在其作用下，仍形成了较为宽缓的背斜褶皱，褶皱表现为前翼短、后翼较长，断层向上部突破至地表；中部变形主要由断层F2,F3及F7的活动所形成，F2和F3断层与剖面CC′中断层样式基本一致，均表现为南倾，向下部收敛于中寒武统滑脱层中，与其不同的是，F2和F3断层在该剖面中二者之间间距更近，断层在奥陶系时就已经合并成为同一条断层，断层的活动使地层在断层上盘发生明显的倾斜抬升；而F7断层即沙垅断裂的中部断层，其断层倾向与前述两条断层倾向相反，表现为北倾，断面表现为上陡下缓，向下部收敛于中寒武统滑脱层中，断层的活动导致上盘地层发生褶皱变形，形成宽缓背斜并形成了较大断距；深部主要发育断层F4和F8，两断层均为北倾，其中F8断层的活动导致上部地层发生了褶皱变形，由轴面分析结果可看到，地层自寒武系至古近系发生了较为一致的变形；断层F4向上切穿了寒武系底，向下部产状减缓收敛于基底滑脱层中。

剖面EE′为切过海米罗斯断裂带中段的剖面(剖面位置见图1)，该剖面在平面上切过了海米罗斯断裂、沙垅断裂及鸟山断裂。该剖面地表为第四系所覆盖，由罗南1井层位标定投影及联络测线层位投影可知自下而上发育有前寒武系、寒武系至二叠系、古近系至第四系，缺失上奥陶统(图7)。与剖面DD′相比，该剖面同样表现为分层变形特征，其仍可以划分为上、中、下3套构造变形系统，分别为新生界构造变形、古生界构造变形及基底之中构造变形。

图7 海米罗斯断裂带EE′地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.7 Interpretation for the seismic profile EE′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

新生界构造变形主要由断层F1和F6的活动所形成，两断层形态与剖面DD′中所对应的断层基本相同，其均以古近系底部为滑脱面，F1断层产状略陡，向上部断穿了第四系，并出露地表，地层在断层转折处发生褶皱变形，形成了前翼短陡后翼长缓的背斜构造，F6断层产状则相对较缓，其向上仍断穿第四系，断层的活动导致地层形成了较为宽缓的背斜。通过轴面分析，可以看出在整体背斜的形态之下，仍发育有小幅的向斜，推测为地层沿古近系底面滑脱过程中形成滑脱褶皱，F6断层的活动为在早期下伏断层活动所形成的构造形态之上的再次改造。古生界构造变形主要由F2，F3，F7和F9断层的活动所形成，其中断层F2和F3仍表现为南倾，断层向下部收敛于中寒武统滑脱层中，断层之间所夹断块地层在断层活动作用下向北侧翘倾，F2断层上盘的地层也在断层活动作用下发生小幅度翘倾，与剖面DD′相同，F2断层形成的断距大于F3断层所形成的断距，两断层的活动均未使地层产生明显的褶皱变形，推测断层的活动可能具有剪切性质F7断层断面表现为北倾，与剖面DD′中F7断层为同一条断层，为沙垅断裂古生界断层向东部的延伸，在该剖面中形态及产状均与上一剖面类似，向上部断至上二叠统，向下部收敛至中寒武统滑脱层中，断层的活动在上盘形成了宽缓向斜及背斜褶皱，并使其相对下盘发生了一定幅度的抬升；该剖面中与剖面DD′中最大的区别是F9断层的发育，F9断层即为鸟山断裂在该剖面中的形态，该断层断面南倾，向下部收敛至中寒武统滑脱层中，向上部切穿了新近系安居安组底，地层并未在断层的活动下发生褶皱变形，与F2和F3断层所造成地层错断的情况类似，其可能同样具有剪切性质；基底之中变形主要由断层F4的活动所造成，其断面表现为北倾，断层产状较缓，基底之中可识别出地层断陷结构特征，断层早期活动具有正断层活动性质，而后期在区域挤压作用下，断层发生反转，上盘地层沿断层向上运动，导致其上盘一侧地层相对于南侧下盘地层发生显著抬升，断层的活动不仅导致了地层的抬升，其早期及后期的活动同样导致断层端点上部地层发生小幅褶皱变形，而后期F7断层则沿早期形成的褶皱向斜处发生突破，改造了早期形成的褶皱，形成现今形态。

海米罗斯断裂带中段以开始发育沙垅断裂为特征，在该段中主要可见海米罗斯断裂、沙垅断裂及鸟山断裂，该段中新生界构造形态与西段相比有较大差别，该段中新生界构造由F1和F6两条断层的活动所造成，中段各剖面中两断层产状基本一致。F1产状较陡、F6产状较缓，断层活动形成的背斜均表现为前翼短陡、后翼长缓，断层向下收敛于古近系滑脱层中，褶皱变形仅由断层活动造成，未见有滑脱褶皱。古生界断层中的海米罗斯断裂断层F2和F3在该段仍为南倾，两断层的活动仍只导致地层发生了错断而未形成明显褶皱，断层向下部收敛至中寒武统滑脱层中。剖面南侧见有沙垅断裂的古生界断层F7发育，断层表现为北倾，在该段各剖面中其产状较为一致，向下部收敛至中寒武统滑脱层中，断层的活动导致上寒武统至二叠系发生了统一褶皱变形。基底之中则仍发育F4断层，与西段相比，该段中F4断层向上突破了寒武系底界，并导致上覆地层产生一定变形。

2.3 东段几何学特征

剖面FF′切过了海米罗斯断裂带东段(剖面位置见图1)，在平面上可见其切过了海米罗斯断裂及鸟山断裂。由与该剖面相交地震剖面投影可知，该剖面自下而上发育有前寒武系、寒武系至二叠系、古近系至第四系，古生界缺失上奥陶统，剖面整体仍可划分为为3套构造变形系统，分别为新生界构造变形、古生界构造变形和基底之中构造变形(图8)。

图8 海米罗斯断裂带FF′地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.8 Interpretation for the seismic profile FF′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

由剖面可见，新生界以断层F1为界，南侧地层起伏较大，而北侧则相对较为平缓，南侧新生界的变形主要是由于地层沿古近系底部膏岩层的滑脱作用所形成，地层在沿滑脱层滑脱时在断层F1处发生突破，F1断层形态基本与前述剖面中一致，表现为南倾，断面上陡下缓，向下部收敛至古近系滑脱层中，地层沿断层逆冲至地表，而在断层F1南侧仍可见有多个背斜、向斜相间分布，为地层沿滑脱层滑脱时所形成。通过轴面分析可知，古近系底部也发生了变形，其与上覆地层的轴面一致，而与下伏地层不同，推测可能为古近系受到早期下伏构造运动影响而形成构造起伏，在后期构造活动作用下，古近系滑脱层之上地层沿滑脱层的滑动，导致新生界在早期基础之上发生改造变形，形成两翼基本对称的背斜。由于构造运动发生同时新近系仍在沉积，可见其内部的生长地层。古生界的构造变形主要由断层F3和F9的活动所形成，即海米罗斯断裂的古生界断裂和鸟山断裂的古生界断裂。海米罗斯断裂的古生界断裂在该剖面中由两条变为一条，断层仍为南倾，向上部断穿了古近系，向下部收敛至中寒武统滑脱层中，断层的活动导致上盘地层接近断层处向上翘倾，而下盘地层较平直，产状基本无明显变化。F9断层产状与剖面EE′中相比更为平缓，断层为南倾，向上部断至古近系底部，向下部仍收敛至中寒武统盐岩层中。该断层的活动可能是导致上覆新生界发生褶皱变形的原因之一，断层在古生界中的活动仍只导致地层发生了错断，并未产生明显褶皱变形。此外古生代地层在剖面最南部也可识别出明显的向斜及背斜构造。轴面分析认为，该种向斜、背斜构造的形成是由于滑脱层中断层的转折作用所形成。基底之中仍可见有早期断陷结构地层，断层F4为早期基底之中正断层后期发生反转形成的现今形态，断层向上部切穿寒武系底部，也使得上覆地层产生了一定变形，并导致上盘地层发生显著抬升。

剖面GG′为切过海米罗斯断裂带最东部的剖面(剖面位置见图1)，该剖面南部切过海米罗斯断裂带，北部则切过了玛扎塔格断裂带，本文中仅截取剖面南部进行描述。由玛南1井层位标定结果及联络剖面层位投影可知该剖面中自下而上发育有前寒武系、寒武系至二叠系、古近系至第四系，缺失上奥陶统，地表为第四系所覆盖，在断裂带处由于断层活动导致新近系出露地表(图9)。剖面总体仍可划分为3层变形，新生界变形为沿古近系滑脱的断层F10的运动所造成，虽然该断层与剖面FF′中新生界断层形态类似，但二者并不属于同一断层，与其相比，新生界断层F10位于鸟山断裂的古生界断层上部，断层向下收敛于古近系滑脱层中，向上部逆冲至地表。断层活动下，地层沿断层的运动形成了前翼较短后翼较长的背斜褶皱，由于出露地表遭受剥蚀。图9为结合浅表露头地层，采用浅表地质剖面绘制方法所补出的褶皱剥蚀前完整形态，可见新生界在断层作用下产生较大位移量，相对于下盘地层产生了显著断距。同时褶皱后翼也在地层整体滑动作用下，形成小幅褶皱,而新生界断层下盘地层基本没有产生明显变形。古生界构造变形主要由鸟山断裂的古生界断层活动所形成，断层仍为上陡下缓形态，断面南倾，地层在断层上部并未产生明显褶皱变形，而在上盘断层下部则形成了幅度较小膝折带，断层向上一直断穿新近系安居安组底，向下收敛至中寒武统滑脱层中，断层在中寒武统滑脱层中的小幅转折可能是形成上覆膝折带的主要原因。最下部为基底之中断层活动所形成的构造变形，可见寒武系底面虽未被断层所错断，但却产生了小幅变形，通过对基底地震同相轴识别，可见基底之中地层与上覆寒武系之间的不整合，同样可见基底中发育的早期断陷地层结构。

由上述两条过海米罗斯断裂带东段剖面可知，海米罗斯断裂带在东段主要表现为如下特征，断裂主要由鸟山断裂及海米罗斯断裂的东部末端组成，海米罗斯断裂在该段断裂逐渐消失，由原来的两条近于平行断层合并为一条断层F3，至该段最东部剖面，该断层消失，仅余鸟山断裂的古生界断层；在该段中南侧的新生界断层消失，而地层则表现为较大幅度的褶皱起伏，虽然在最东部剖面GG′中鸟山断裂古生界断层上部仍可见有一条新生界断层F10发育，但其与中段中新生界断层F6并非同一断层，而为在该剖面处新生界突破而形成的新断层，与F6相比，其断面同为南倾，而断面产状更为平缓，断层所造成的断距较大，使新生界产生较大位移量。

2.4 三维几何学特征

通过前文对海米罗斯断裂带几何学特征的描述，可知海米罗斯断裂带在不同段断层特征具有较大差别，仅在剖面上难以对断层进行识别及组合，本文以地震解释结果为基础，在三维空间对断层进行组合并建立了海米罗斯断裂带各断面三维几何形态，由断裂带各断层面三维可清晰识别各断层面相互之间叠置交切关系，并可更清晰识别出各断层延伸特征。在对剖面的解释中，易于将新生界断层组合为两条断层，而从断裂带三维几何学特征中可以看出，断裂带新生界断层为3条断层，F6和F10断层走向近于平行，F1断层与二者斜交，在垂向上F1断层的西段与狭义上的海米罗斯断裂带的古生界断层F2和F3西段垂向上叠置，在沙垅断层F7西侧开始发育的部位，F2和F3断层同时发生转折，走向由北西南东向转为近东西向，与断裂带中段、东段的鸟山断裂古生界断层F9走向近于平行。而F1断层走向向东部则未发生明显变化，其下部古生界发育的沙垅断层F7则与其走向近于平行。然而断层F7则表现出与其它断层倾向相反的特征。F6断层走向与海米罗斯断裂的古生界断层F2和F3的东部走向近于一致，本文对于该断层的解释中认为该断层向东一直延伸至玛扎塔格断裂带中，由断裂带三维展布特征可见(图10)。F6断层断面在其延伸方向上存在小幅起伏，在垂向上F6断层与F2和F3断层在垂向上叠置。而F10断层在垂向上则与鸟山断裂的古生界断层部分F9在垂向上叠置，F10断层延伸不远即消失。

图9 海米罗斯断裂带GG′地震解释剖面(剖面位置见图1)Fig.9 Interpretation for the seismic profile GG′ of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift(see Fig.1 for the profile location)

综合上述对断裂带内断层几何学特征描述，可以总结出海米罗斯断裂带内断层主要有如下特征：①断裂带内断层表现出分层变形特征，以古近系底和中寒武统底为分界，在新生界、古生界和基底之中发育不同特征断层，导致地层产生差异变形；②走滑构造常具有一些特征性识别标志，如剖面上的花状构造、海豚效应、丝带效应、断面产状较陡等，平面上走滑断裂带多成线性延伸或带状展布，或者表现为帚状特征等[21-22]，在深部通常表现为压隆正花状或平移平直状，通常切割基底[23-25]。上述切过海米罗斯断裂带的数条剖面解释中不难看出，海米罗斯断裂带的古生界断裂F2、F3断层在剖面上产状均较陡，且沿断裂走向，其产状稳定，在大部分剖面中，两断层的活动未导致地层的明显褶皱变形，推测断层两盘的活动可能以走滑运动为主，垂向上逆冲活动次之，各剖面中两断层断距的统计结果也表明，两断层的垂直断距较小。平面上，海米罗斯断裂带的深部断层F4呈线状展布，走向稳定，F4断层东段之上平行于其走向形成了沙垅断裂；而中部发育的断层如F2，F3，F7和F9等断层在平面上的延展组合组成了帚状形态。

值得关注的是，海米罗斯断裂带的走向在罗斯1井附近发生了一定的转折，对于造成断层走向发生转折的原因，本文认为在转折点处也恰是剖面中F2和F3两断层之间间距开始减小的位置，同时平面上也可见断裂在此处开始向东撒开，因此可以推测该处恰为应力转换部位，在该部位以东断层走向近东西而以西走向为北西南东向，断层在早期开始发育时，两个方向断层并未发生连接，而是在后期不同方向应力作用下，断层发育过程中发生连接，并通过走滑作用调节了不同方向的位移及应变。

3 运动学特征

3.1 剖面演化特征

通过上述地震剖面解释结果，还原了海米罗斯断裂带中段演化过程(图11)。上奥陶统沉积之前，在加里东早期张性应力条件下，基底发育有正断层，加里东中晚期，塔里木盆地南侧由拉张转为挤压，在挤压应力下早期形成的正断层发生反转，断层向上部突破寒武系底部，并断穿了中寒武统，并使地层产生小幅背斜褶皱，此时地层在两断层作用下为低幅隆升，缺失了中、上志留统，而后稳定沉积了晚泥盆世东河砂岩。

图10 海米罗斯断裂带三维几何特征Fig.10 Three-dimensional geometric features of Haimiluosi fault zone,Bachu uplifta.古近系底面及以古近系为滑脱面断层;b.寒武系底及以中寒武统为滑脱面断层;c. 以古近系底为滑脱面断层面;d.以中寒武统为滑脱面断层面及基底断层面

图11 海米罗斯断裂带EE′剖面演化过程Fig.11 Profile EE′ showing the evolutionary process of Haimiluosi fault zone,Bachu uplifta.上奥陶系沉积之前;b.石炭系沉积之前;c.上二叠统沉积之前;d.新近系安居安组沉积之前;e.新近系帕卡布拉克组组沉积前;f.新近系阿图什组沉积前;g.第四系沉积前;h.现今

图12 海米罗斯断裂带各地震剖面缩短量及缩短率统计Fig.12 Statistics showing the amount and rate of shortening on each seismic profile of Haimiluosi fault zone,Bachu uplift

至石炭纪时，塔里木盆地南缘表现为拉张环境，因此在该处稳定沉积了石炭纪及早二叠世的地层，至晚二叠世，古特提斯洋向中昆仑地体的俯冲达到高潮[18,26-28]，导致羌塘地体与塔里木碰撞，盆地南部转为挤压应力场，而塔里木盆地北缘南天山洋盆地萎缩，塔里木盆地南北均遭受挤压，在挤压应力条件下，形成了沿中寒武统底滑脱的断层，并断穿了下二叠统，同时在剖面北侧产生了南倾新断层，断层向上突破并断至地表，由于盆地在中生界早期时仍处于挤压环境，断层的活动导致地层持续隆升，导致中-上二叠统遭受部分剥蚀，并缺失了中生代沉积；至古近纪时，地层稳定沉积，形成了一套蒸发环境下的膏岩层；始新世到渐新世时，印度-欧亚板块发生碰撞，其产生的远场效应作用于塔里木盆地南缘，导致巴楚隆起在整体隆升背景之上遭受强烈挤压，产生了以古近系膏岩层为滑脱层的逆冲断层，并使剖面南部地层在挤压作用下产生了滑脱褶皱，地层沉积同时断层发生运动，形成了新近系的生长地层；至上新世至第四纪时期，受到喜马拉雅期运动的影响，早期形成的新生界断层活化并继续向上逆冲，而剖面北部地层在褶皱基础上继续遭受挤压，产生突破形成新的断层，断层向上突破至地表，而古生界地层也在早期变形基础之上，遭受挤压形成了新断层，形成现今形态。

3.2 剖面缩短量和缩短率

由近于垂直断裂带的各剖面缩短量统及缩短率计中(图12)可以看出，新生界缩短量、下二叠统缩短量及寒武系缩短量显著不同，表现出明显的分层变形特征，整体上寒武系缩短量最小，其次是下二叠统和新生界缩短量，分别以中寒武统盐岩层和古近系底膏岩层为分界，寒武系底的缩短量代表了前寒武纪地层的缩短，而下二叠统底的缩短代表了中寒武统之上、古近系之下的地层缩短量。沿断层走向方向，自西向东，寒武系底部缩短量和缩短率呈现出减小的趋势，其缩短率小于4%；下二叠统缩短量经历了减小后增大又减小的过程，在剖面DD′处缩短量达最小，而新生界缩短量也具有类似的变化特征，其在剖面EE′处达到最小，沿断层走向向东其缩短量又显著增大，在剖面GG′处达到最大并有继续增大的趋势，经分析，导致新生界发生缩短变形的断层在该剖面向东与玛扎塔格断裂带的新生界断层相连接，因此该断裂带的新生界部分断层可能归属于玛扎塔格断裂带，这也是导致新生界缩短量显著增大的原因。下二叠统缩短率多在1.2%到4.04%之间，新生界缩短率最大可达11.85%。以上各层缩短量和缩短率之间的差异及变化表明，海米罗斯断裂带为分层变形，其新生界构造变形最为强烈，其次为古生界构造变形，前寒武纪地层也经历了构造变形，缩短率普遍较小，表明其所经历的挤压构造活动较弱；新生界构造活动在断裂带中部较强，而向东过渡至玛扎塔格断裂带处时，其构造活动显著增强，而古生界和前寒武系所经历的构造活动在中段较弱。