叠合盆地内部小尺度走滑断裂幕式活动特征及期次判别——以塔里木盆地顺北地区为例

黄 诚

(中国石油化工股份有限公司 西北油田分公司，乌鲁木齐 830011)

走滑断裂是走向滑动断裂的简称，其标志性特点是位移向量大致平行于断裂走向。地质学家对走滑断裂的认识始于美国、日本和新西兰等地区的大(或超大)尺度走滑断裂，断裂延伸几百到上千千米，向下贯穿整个地壳，断裂累积位移量多达数百千米，具有破坏性的大型地震多沿此类走滑断裂发生[1]。根据走滑断裂活动特征、构造背景等因素的差异，已被记录和研究的走滑断裂可划分为5种类型：(1)洋壳转换断裂；(2)大陆板块边界走滑断裂；(3)陆—陆碰撞或弧—陆碰撞背景下形成的弧形走滑断裂；(4)斜插俯冲背景下形成的弧前边界走滑断裂；(5)克拉通内或板内走滑断裂。其中，克拉通内走滑断裂普遍发育于各类构造—沉积盆地，是含油气盆地内部重要的油气源断裂，一直以来都是石油地质工作者研究的重点对象[2-22]。

对于叠合盆地而言，先存断裂作为克拉通内的应变承接带，在多期构造运动中通常会因板内应力集中而多期活动，并发生递进走滑运动。走滑断裂在斜压或斜拉应力背景下，普遍形成聚敛或拉伸型直立走滑构造，在断裂延伸方向呈现明显的横向分段性特征，在垂向不同构造层的分层构造变形过程中，形成各自独立的走滑伴生构造，构成完整的垂向构造序列。本文以叠合盆地构造演化和分层构造变形为指导原则，通过对叠合盆地不同构造层走滑伴生构造的几何学和运动学特征解析，形成了基于地震资料的普适性走滑断裂活动期次判别方法系列，对叠合盆地内部走滑断裂活动期次判定与形成演化研究具有理论和实践意义。

1 研究区概况

近年来，中国石化针对塔里木盆地顺北地区板内小尺度走滑断裂油气勘探已进入油气田产能建设阶段[2-3,23]，使得对叠合盆地内走滑断裂的认识从二维的面结构上升至三维空间的地质体概念，走滑断裂多期活动与油气运聚、富集关系的系统研究成为热点。前人[4-6]通过盆缘构造动力学背景分析，提出该区走滑断裂具有多期活动特点，并厘定了演化过程。从高产井与走滑断裂的匹配性统计中，认识到走滑断裂是油气运移、富聚的有利构造单元[7-8]。从断裂与纵向复式聚集油气藏关系的研究中，发现油气源断裂与储层组成的运聚体系具有流体分布的有序性[9-10]。随着研究的逐渐深入，逐渐意识到含油气走滑构造带的油气聚集差异与断裂的多期活动和差异演化有着紧密的内在联系[11]。因此，叠合盆地内小尺度走滑断裂幕式活动特征及期次判别研究在勘探实践和理论上均具有重要意义。

顺北地区位于塔里木盆地塔中—塔北2大古隆起之间的构造向斜区(图1)，具有大陆地壳基底，显生宙以来一直稳定沉降，保存了最完整的叠合型盆地地层序列[3，12-14]。塔里木板块在克拉通成盆阶段共经历4期重大构造变革，控制了小尺度直立走滑断裂体系的幕式活动机制与差异形成演化过程，是开展叠合盆地内走滑断裂活动期次判定研究的典型地区[4-11，15,24]。

2 构造层划分

塔里木盆地是大型复合叠加盆地，由稳定克拉通盆地、被动陆缘盆地和前陆盆地叠加形成。加里东早—中期为稳定克拉通盆地阶段，发育大型碳酸盐岩克拉通台地；加里东中期Ⅰ幕，塔里木板块受西昆仑弧陆碰撞影响，发生克拉通挠曲变形，塔里木板块内部形成东西横亘、南北相间的隆坳格局；加里东中期Ⅲ幕，受北昆仑洋关闭和天山洋伸展影响，塔里木板块进入被动陆缘盆地阶段，自盆地南缘由南向北发生强烈隆升。海西早期，南天山洋向中天山微陆块碰撞造山，沙雅隆起和中央隆起带强烈隆升剥蚀；海西晚期，北天山洋向中天山岛弧俯冲消减，南昆仑洋向中昆仑岛弧俯冲消减，并入欧亚板块南缘，结束被动陆缘盆地阶段。进入中新生代，塔里木板块经历盆—山构造演化，整体进入前陆盆地阶段。

图1 塔里木盆地顺北地区构造单元划分及断裂分布

图2 塔里木盆地顺北地区构造层划分及断裂特征

3 走滑断裂垂向构造序列

研究区走滑断裂在平面上主要呈NE30°～50°、NW10°～20°走向线形展布[2，4-6]，部分斜列走滑断层在幕式活动下发生主滑移断层叠接或焊接，形成大型弧线型走滑断裂带。走滑断裂带长度在50～150 km之间，地震资料显示垂向发育深度超过10 km，累计滑移距离普遍在0.5～2 km。走滑断裂在空间上呈现“直立走滑、断入基底、多期活动、小尺度滑移”特点。在走滑运动由深部向浅层传递过程中，构造变形由深部向浅层传递，引起上覆盖层的剪切变形，即在同期近地表构造层形成特有的伴生构造样式，并经历后期构造运动的叠加改造，最终构成一个完整的垂向构造序列(图2)。

4 走滑断裂幕式活动期次判别方法

对于幕式活动形成的小滑移距走滑断裂，活动期次厘定存在很大难度。传统地下正/逆断裂活动期次判定方法多是利用断穿地层时代、断层生长指数、断层生长速率及断层牵引褶皱的变形特征等方式进行判断[25-27]。鉴于走滑断层的独特性，倾向断层常用的期次判别方法无法简单套用。实际上，从成熟期走滑断裂带的垂向理论结构模式中，可以寻得幕式走滑断裂活动期次判别的核心要素，即分层走滑构造或垂向构造序列。走滑断裂带在幕式演化过程中，主滑移断层向上覆构造层传递应力，受地层厚度、岩石物理性质及摩擦强度控制，不同构造层的岩层破裂、扩展方式在幕式活动中会存在明显差异，进而影响不同构造层的构造变形分解，形成独立的新生构造样式。因此，围绕“分层构造变形分解”，开展走滑断裂带几何学和运动学特征解析，是厘定小尺度幕式走滑断裂期次判定的关键。

4.1 基于几何学特征(垂向构造序列)的期次判定方法

走滑断裂带在不同构造幕的会聚(或拉伸)应力场中，会在同期近地表构造层形成特有的伴生构造样式，最终构成一个完整的垂向构造序列。常见伴生构造样式包括：花状构造、马尾构造、雁列构造和羽状背斜带等。如果将各构造层特有的走滑伴生构造作为同期走滑断裂活动的地质记录信息，即可从现今地下地质结构中逐期恢复走滑断裂幕式活动过程，进而判定断裂活动期次。

4.1.1 雁列构造样式判别法

以研究区为例，走滑断裂在多个构造层发育雁列构造，呈现明显垂向构造序列。理论上，雁列构造形成的力学机理、展布方式与深部主走滑带在不同应力背景下的活动关系紧密。在纯剪和张剪应力背景下，雁列正断层走向与深部走滑断层走向的夹角不同；同处于张剪应力背景下，区域主压(或拉伸)应力方向不同，雁列正断层走向也会不同(图3a)。因此，单个构造层出现雁列构造，表明同期发生走滑运动；多个构造层均出现产状各异的雁列构造，则表明走滑断裂存在多期活动。

此外，由于走滑断层多为递进走滑运动，主滑移断层向上覆构造层传递应力也呈现递进演变特点。因此，雁列正断层一般为同生断层，可利用正断层生长指数辅助判定期次和活动强度。

图3 基于走滑断裂垂向构造序列和运动学特征解析的期次判别方法

4.1.2 复合花状构造样式判别法

4.1.3 反转构造样式判别法

反转构造为区域(或局部)应力场变化的产物，是记录多期构造活动的典型构造样式，常见于倾向断层及相关的伸展(收缩)构造样式。对于小尺度走滑断层而言，不同构造幕的会聚(或拉伸)应力场会造成断层倾移性质的反转，产生的复合构造变形与倾向断层及相关的伸展(收缩)构造具有可类比性，可以作为走滑断层多期活动的判定依据。在走滑断裂多期活动过程中，常见的伴生构造样式[28]，如花状构造、羽状构造、雁列构造会叠加改造或继承性活动，甚至发生断层性质反转(图3c)。以雁列正断层为例，在多期活动过程中，当区域(或局部)应力场发生反转时，会形成正反转断层，断层性质发生改变，向浅层转变为微幅逆冲断层及相关褶皱构造。通过对浅层逆冲断层及相关褶皱构造的解析，可以判定走滑断裂活动期次。

4.2 基于运动学特征的期次判定方法

走滑断裂的标志性特点是位移向量大致平行于断裂走向。在走滑断裂幕式滑移过程中，常会出现水平滑移方向改变和错断构造—沉积地质体的现象。这2种现象实际上体现了走滑断裂运动学特征的核心内容，即滑移方向和滑移距离。善加利用，即可作为走滑断裂活动期次判定的重要依据。

4.2.1 滑移方向反转判别法

4.2.2 构造—沉积地质体与走滑断层交切关系判别法

一般情况下，大型叠合盆地在其地质演化史中均会形成非常重要、易于观测的构造变形和沉积响应，它们是重要的地质记录。通过观测走滑断层与其呈现的空间交切关系，可以有效判定断裂活动期次，利用走滑断裂断穿地层时代来判定断裂活动时期便是其中最具代表性的判定方法。同样以研究区为例，简单阐述几种常见构造—沉积地质体在走滑断裂期次判定中的应用。

(2)倾向断层与走滑断层的交切关系。倾向断层活动期次的判定方法较成熟，判定难度也不大。通过观测走滑断层与不同产状倾向断层的交切关系，可以约束或直接判定走滑断层活动期。以塔中地区卡塔克古隆起为例，隆起上发育众多平行排列的NE30°走滑断层，走滑断裂错断NW向延伸的不同序级逆冲推覆构造(或逆冲断层)，部分走滑断层甚至错断卡塔克古隆起中央主垒带(f2)。通过对隆起上不同序级NW向逆冲推覆构造(或逆冲断层)的活动期次判定，可以推断与之呈交切关系的走滑断层活动期次。如图1所示，F12、F13、F14走滑断裂错断f3、f4、f5逆冲断层和中央主垒带(f2)，3条走滑断裂之间的次级走滑断层仅错断f3、f4、f5逆冲断层，终止于中央主垒带，不同序级的走滑断裂之间也呈现明显的交切关系。f4、f5逆冲断层和中央主垒带的构造定型时期不同(图5)，借助逆冲推覆构造的定型期可以判定不同序级走滑断层的活动期次。

图4 走滑断层错断地层角度不整合构造判定期次

图5 塔里木盆地卡塔克隆起东部三维工区断裂特征

图6 走滑断层错断侵入岩判定期次

此外，研究区上奥陶统广泛发育辉绿岩脉[34]，走滑断裂呈现明显错断辉绿岩脉现象(图6)。通过对辉绿岩脉LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定[34]，判断辉绿岩脉形成于晚二叠世火山岩喷发事件，据此亦可判定走滑断裂在海西晚期仍有活动。

5 结论

(1)在叠合盆地形成阶段，小尺度走滑断裂扮演着协调叠合盆地内部差异收缩变形和旋转应变的角色。一般情况下，走滑断裂的幕式形成演化过程与叠合盆地形成演化的重要构造变革期匹配。不同构造变革期的古应力场一直在发生变化，走滑断裂作为构造损伤带，其幕式应变承接方式也并非一成不变。在不同构造幕的会聚(或拉伸)应力场中，会在同期近地表构造层形成特有的伴生构造样式，最终构成一个完整的垂向构造序列。如果将各构造层特有的走滑伴生构造作为同期走滑断裂活动的地质记录信息，便可将走滑断裂的幕式活动过程从现今地下地质结构中逐期恢复，还原走滑断裂的形成演化过程，进而判定走滑断裂活动期次。因此，沉积盖层的构造层划分和垂向构造序列描述是厘定走滑断裂幕式活动特征和期次判定的重要切入点。

(2)走滑断裂的标志性特点是位移向量大致平行于断裂走向，其运动学特征的核心内容包括滑移方向和滑移距离。在幕式滑移过程中，常会出现水平滑移方向改变和错断构造—沉积地质体的现象。通过判定走滑断裂在不同构造时期的滑移方向、不同时期形成的构造—沉积地质体与走滑断裂的交切关系，也可以为期次判定提供帮助。