塔河地区断裂构造样式及其演化

2022-05-16吴家安董百会唐大卿刘永立

复杂油气藏 2022年1期

吴家安，董百会，唐大卿，3，刘永立

（1.中石化经纬有限公司西南测控公司，四川成都 610000；2.中国地质大学（武汉）资源学院石油地质系湖北武汉 430074；3.构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉，430074；4.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011）

塔河地区主体位于塔里木盆地北部阿克库勒凸起，包括顺托果勒隆起的北部、哈拉哈塘凹陷东部及草湖凹陷西部，北部为雅克拉—轮台断凸（图1）。塔里木盆地经历了多个构造演化阶段，导致盆地断裂构造样式丰富多样［1-5］，不同的断裂构造样式对油气的运移成藏及碳酸盐岩岩溶的发育起到不同程度的作用［6-10］。本文综合典型地震剖面解释，在前人的研究基础上阐明研究区断裂构造样式的类型、分布和演化，为本区下一步油气勘探提供理论参考。

图1 塔河地区构造位置

1 区域地质概况

1.1 地层特征

阿克库勒凸起是由前震旦系变质岩基底上发育的古凸起。发育震旦系至泥盆系海相沉积、石炭系至二叠系海陆交互相沉积、三叠系至第四系陆相沉积［11-12］。钻井揭示，凸起主体部位及南部斜坡区发育奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系中统、三叠系、下侏罗统、白垩系、第三系、第四系。受海西期和燕山早期构造运动影响，全区缺失下二叠统、上二叠统及中、上侏罗统地层，大部分地区缺失上奥陶统、志留—泥盆系、上石炭统，中—下奥陶统也遭受不同程度剥蚀。

1.2 构造特征

塔里木盆地在震旦纪以来的地质演化历史中，先后经历了加里东期、海西期、印支—燕山期及喜马拉雅期等多次构造运动，对该区构造样式的发育起到控制作用，发育多个构造变革不整合面（图2）。其中震旦系底面（地震反射界面T100）、志留系底面（T70）、上泥盆统底面（T60）、三叠系底面（T50）、侏罗系底面（T46）、白垩系底面（T40）及第三系底面（T30）为一级构造层序界面。此外，寒武系底面（T90）、中下寒武统顶面（T81）、寒武系顶面（T80）、下奥陶统蓬莱坝组顶面（T78）、中下奥陶统鹰山组内部界面（T76）、中奥陶统顶面（T74）、渐新统顶面（T22）也是盆内发育的重要不整合面。上述不整合是区域性构造运动的产物，显示出塔里木盆地经历了多期次的构造运动，对塔河地区构造演化和油气成藏具有重要作用。

图2 塔里木盆地主要不整合面与构造演化阶段（据文献［13］修改）

1.2.1 加里东期

加里东期，构造运动多期次幕式发展，在古构造隆起、凸起区尤为明显，活动期与平静期交互出现。加里东早期，塔里木克拉通随原古泛大陆的解体，处于离散型构造环境，塔里木古老台地长期稳定处于构造沉降。加里东中期构造运动形成大型隆起、以造陆作用为主。加里东中期第一幕的构造变形相对较强，该期构造运动致使阿克库勒凸起乃至沙雅隆起初具雏型，并导致研究区大量“X”型共轭剪切断裂的发育。中奥陶世末期，由于洋壳的消减，由前期的被动大陆边缘转变为活动型大陆边缘，构造环境开始由离散型向聚敛型转化。加里东中期三幕构造运动再度活跃，盆地发生挤压挠曲拗陷，发育陆源碎屑沉积。加里东中期幕式构造运动所造成的区域抬升与古隆起区地层暴露对奥陶系碳酸盐岩早期岩溶作用具有重要意义。

1.2.2 海西期

海西早期，南天山洋壳俯冲基本结束，由此转变为过渡壳俯冲阶段，塔里木南缘由被动陆缘转变为活动型陆缘，海西早期运动使阿克库勒地区乃至塔里木克拉通发生强烈构造变形、区域性抬升剥蚀。海西晚期，大地构造环境发生根本性改变。南天山过渡壳岩石圈板块俯冲结束，南天山残余海盆自东而西剪式关闭，塔里木克拉通区岩石圈深部构造活跃，火山作用强烈，下二叠统凝灰岩、玄武岩广泛发育。前期形成的近SN 向断裂表现为张性或张扭性，但随后的隆升剥蚀，大气水渗滤作用造成了塔里木盆地油气的严重散失。该期构造变形所形成的各种构造对后期油气成藏具有重要意义。

1.2.3 印支—燕山期

印支期，南天山开始转变为陆内造山，褶皱-冲断作用形成巨型构造负载。同时，西昆仑表现为俯冲造山聚敛环境，塔里木盆地南北受挤。三叠纪末，羌塘陆块与塔里木发生陆-陆碰撞，印支运动在盆内表现为褶皱、断裂及抬升剥蚀，孔雀河斜坡尤为强烈。燕山早期运动在塔里木盆内表现相应较弱，特提斯构造域继续表现为聚敛环境，冈底斯陆块与羌塘陆块拼贴造山，构造变形强度弱，仅在孔雀河斜坡有较明显的褶皱。燕山晚期，特提斯构造域的喜马拉雅构造带处于洋壳俯冲造山阶段，并持续到早第三纪。

1.2.4 喜马拉雅期

喜马拉雅早期，阿克库勒凸起早期北高南低的构造面貌已开始发生根本改变。喜马拉雅晚期，印度陆块发生陆-陆碰撞，造成特提斯域最为强烈的一次挤压作用。这一大规模陆-陆碰撞事件所产生的远端挤压效应波及到整个塔里木克拉通及其周缘构造区，表现为天山与昆仑山的强烈褶皱-冲断作用，造山带快速掘起，褶皱-冲断作用的加载使盆地所处的岩石圈快速、大幅度挠曲沉降。

到了周一，他们又坐同一班车去总部。她过关时，竟然发现他站在前面不远处等她。他看到她微微一笑，竟带着些少年才有的羞涩感觉。他说：感觉和你好久不见。

2 断裂构造样式及其形成演化

构造样式是指同一期构造运动或在同一应力环境下所产生的构造变形组合，它们应具有相似或相同的构造特征和变形机理。构造样式分析包括几何学、运动学、动力学和时间4 大要素。此外，构造的形成具有一定时限，因此，构造样式不仅具有分区性，而且具有分期性，现今的构造样式既可能是某一特定地质时期构造运动的产物，也可能是多期构造运动叠加改造的产物。

塔里木盆地在经历多个构造演化阶段和多期伸展（张扭）-挤压（压扭）构造旋回后，形成了现今丰富的断裂构造样式，并对盆地次级构造带的构造特征及演化、盆地沉积沉降特征及油气运聚成藏等产生重要控制作用。在研究区东缘发育近SN 向走滑（扭动）断裂，东部发育近EW 向展布的压性断裂体系，中西部发育“X”型剪切断裂体系和中新生界发育的NE 向及NNE 向雁列式张扭断裂体系。主干走滑断裂为NNE 向和NNW 向，断距普遍较小，在深层T76界面附近还发育NNW 向、NNE 向和近EW 向3组次级走滑断裂［14］。

从断裂断穿位置、断层与地层的接触关系及变形样式分析，第一期张性或张扭性正断作用发生在加里东初期，受周缘古天山洋、古昆仑洋和阿尔金洋拉张裂解的影响，塔河地区整体处于伸展环境，以正断层为主，主要表现为断阶式、单断式和“Y”字形断裂构造样式，主要分布于阿克库勒突起早期形成的NNE 和NNW 断裂上。第二期张性或张扭性正断作用发生在中新生代，昆仑构造域在喀喇昆仑一带发生的俯冲作用，引起弧后伸展，在塔河地区沿着早期发育的大型走滑断裂带形成平面上呈雁列展布的伸展断层，主要表现为“Y”字形、地垒式和单断式伸展构造样式，主要分布于TP10GX井北部。

加里东中期，受西昆仑洋闭合作用影响，塔河地区受到来自南侧西昆仑造山带的挤压应力，形成一系列逆冲、挤压褶皱和隆起等。之后随着来自盆地南侧西昆仑造山带的挤压应力的逐渐衰减，塔河地区构造变形明显减弱，发育了简单剪切作用下形成的一系列近平行的NE 向走滑断裂带，形成塔河地区典型构造样式，表现为大尺度的走滑断裂、雁列构造、正（负）花状构造、海豚效应、丝带效应，并对岩溶的发育与分布、油气运聚成藏等产生关键控制作用。海西早期，由于西昆仑及阿尔金洋的关闭，塔里木盆地处于NW—SE 方向的强烈挤压应力场中。研究区除了加里东中期的许多主干走滑断裂继续活动外，由NW—SE 向挤压应力场所产生的逆断层及NNE、NE 向剪切断层也相当发育。早二叠世末期，南天山过渡壳岩石圈板块俯冲结束，在塔河油田的主体区S85井—S70井连线附近，由于两组方向褶皱的叠加产生密集的断裂和裂缝，加上极端发育的岩溶作用，两者关联作用下形成溶塌断层。塔北隆起作为塔里木盆地重要的正向次级构造单元，其形成演化显然受控于盆地的构造演化大背景及相应的区域动力背景［15-18］。

在充分考虑塔里木盆地的区域构造背景和应力场特征的条件下，又根据研究区断裂构造的力学性质和变形特征，将本区的断裂构造样式划分为三大类，即伸展构造样式、挤压构造样式和走滑构造样式，塔河地区构造样式分布具有东西分带、上下分层的特点。

2.1 伸展构造样式

塔河地区伸展构造样式并非传统的正向拉伸或拱张作用下的伸展，而是带有扭动特征的斜向伸展所形成，从其区域构造形态来看，伸展构造样式主要分布于研究区的深层和浅层，即T90地震反射界面附近和中新生界，形成上、下两套伸展或张扭断裂系统（表1）。深层伸展构造样式几乎分布全区，但断裂的活动强度较弱，是加里东早期塔里木盆地遭受斜向弱伸展作用的结果，该期形成的部分断裂在后期继承性活动并成为“X”形走滑断裂体系的重要组成部分［19-20］；浅层伸展构造样式主要分布于主干走滑断裂带，特别是NE 向的主干走滑断裂带，此外在东部地区的北侧也发育了一条规模较大的雁列式走滑断裂带，其发育位置正好位于加里东中期Ⅰ幕构造运动所形成的构造坡折带的转折部位。

表1 研究区主要的伸展构造样式

加里东早期，塔里木盆地处于克拉通台地离散（张裂）大陆边缘阶段，受周缘古天山洋、古昆仑洋和阿尔金洋拉张裂解的影响，塔里木地块整体处于伸展环境，以正断层活动为主，断裂走向主要为NW向，少量为NE 向、NNW 向和SN 向。正断层主要分布在塔北隆起、中央隆起、满加尔边缘、塘古巴斯地区。塔河地区该期正断层比较发育，地震剖面上表现为断裂活动强度（断距）及规模较小、断裂产状较陡，研究区内的该期断裂多数在后期构造运动中没有继承性活动，只有少量位于晚期剪切断裂发育路径上的断裂后期才发生继承性活动，地震剖面上表现为断裂下部形态呈铲式，往上断裂产状变陡，整条断裂的剖面形态与直立的剪切断裂具有显著差异。

早侏罗世时期，塔里木盆地处于陆内坳陷阶段，昆仑构造域在喀喇昆仑一带发生的俯冲作用，引起弧后伸展并导致海相侏罗系的发育。在此区域伸展背景下，盆地与相邻造山带结合部分作为盆-山演化系统的边界和端元，为构造软弱带和敏感变形带，易发生拉张形成断陷湖盆。由于地势西高东低，盆地局限于库车、塔东北、塔东南和塔西南地区。

在上述区域伸展应力背景下，塔北地区发育了一系列弱伸展断裂，该类断裂的分布特征有两个规律:一是沿早期发育的大型走滑断裂带分布，平面上呈雁列展布，与下部直立的走滑断裂形成鲜明对比，该类断裂是主干走滑断裂带在该时期微弱活动并向上进行应力传递的结果，部分活动强度大的主干走滑断裂带所在地区上下两套断裂相互贯通，而多数地区因石炭系膏泥岩段对应力的吸收作用而未贯通；二是在研究区东部的构造转折带发育一条规模较大的NEE 向伸展断裂体系，该断裂带与走滑断裂无关，为区域弱伸展应力作用下构造转折端产生局部松弛应力作用的结果。

2.2 挤压构造样式

挤压构造的动力学背景为板块与板块碰撞形成造山带，在造山带一侧或造山带内部形成挤压型盆地，这些盆地在挤压应力作用下，形成各种样式的挤压构造。受南天山过渡壳岩石圈板块俯冲作用发育了类型丰富的挤压构造样式，研究区挤压构造样式主要发育于研究区中东部，具体断裂构造样式包括平板式逆冲、铲式逆冲、反铲式逆冲、叠瓦状逆冲、逆冲滑脱、背冲、对冲等类型（表2）。其中平板式逆冲表现为逆冲断层成平直式，该类构造样式主要发育于T90界面附近和T60—T50界面；铲式逆冲、反铲式逆冲、叠瓦状逆冲、背冲及对冲构造在托普台地区比较发育，特别是在T90界面附近，在研究区东北部发育有少量大型反铲式逆冲构造；逆冲滑脱构造主要发育于研究区中部的S88井附近。

表2 研究区主要的收缩构造样式

加里东中期，塔里木盆地大体上处于周缘前陆盆地阶段，受西昆仑洋闭合作用影响，塔里木盆地中央构造带及其以东地区受到来自南侧的挤压作用。中奥陶世末，即加里东中期Ⅰ幕，塔里木盆地处于南北向挤压构造应力场作用下，且应力场具有南强北弱的特征，导致盆地南北盆缘构造变形强烈，形成一系列逆冲、挤压褶皱和隆起等，从而造成麦盖提斜坡以南地区逐渐抬升、和田古隆起出现，塔中地区断层相关褶皱大量发育。随着来自盆地南侧的挤压应力向北的逐渐衰减，塔中北坡构造变形明显减弱，发育了简单剪切作用下形成的一系列近平行的NE 向走滑断裂带，成为塔中北坡典型构造样式并对该区岩溶发育与分布、油气运聚成藏等产生关键控制作用。而塔中北坡以北的塔北地区，来自盆地南缘的挤压应力进一步减弱并与来自盆地北部的挤压应力达到均衡，从而在塔北地区形成双向对称的共轴挤压应力场，其共轴线大致位于现今的塔中隆起—顺托果勒斜坡—哈拉哈塘坳陷一带，呈近SN向。

早二叠世末期，塔里木盆地处于克拉通内拗陷阶段，南天山过渡壳岩石圈板块俯冲结束，塔里木板块与中天山、哈萨克斯坦板块发生拼贴，塔里木克拉通内发生广泛的褶皱作用、断裂作用、火山作用及区域抬升剥蚀。塔北隆起西部、哈拉哈塘凹陷和隆起南坡的断裂构造，继承了加里东晚期—海西早期的活动特征。塔北隆起区以冲断和褶皱变形为主要特征，但不同构造部位，变形特征存在差异，阿克库勒地区发育典型的背冲断块，同时在其南缘和哈拉哈塘地区发育盐拱构造。在阿克库木断裂带及其以南地区形成典型的东西向背冲构造和大型挤压褶皱，褶皱强烈变形段顶面为T50区域不整合，后期在印支、燕山构造运动作用下有轻微的继承性褶皱变形。

晚三叠世，随着南侧碰撞事件的发生，挤压作用达到高潮。晚二叠世—三叠纪是古特提斯洋消亡的重要阶段，是塔里木盆地及邻区整体处于挤压环境的时期，也是塔里木盆地沉积范围较小的一个时期。

2.3 走滑构造样式

走滑作用是由扭应力或剪应力引起地壳或岩石圈沿着某些构造边界或特定的构造带发生走滑变形的构造作用。走滑作用有三种方式，即平行扭动（纯走滑）、聚敛扭动（走滑挤压）和离散扭动（走滑伸展）（表3）。

表3 研究区主要的走滑构造样式

塔里木盆地塔河地区走滑断裂系统具有多期继承性发育的特征，塔河地区左行走滑断裂主要是在加里东中期剪应力环境下形成的带有压扭性质的断层，即使是同一条走滑断裂，在不同段不同时期表现出的走滑类型也有差别，揭示出区域应力场发生转变后在断裂构造样式方面的分期差异性。走滑和扭动构造是地壳水平运动的重要表现形式，也是塔河地区最主要的断裂构造类型，研究区走滑构造的典型特征包括大尺度的走滑断裂、雁列构造、正（负）花状构造、海豚效应、丝带效应等。

走滑构造样式是塔河地区最典型和最重要的构造样式，该地区走滑构造样式十分发育且主要分布于研究区中西部地区，本区的走滑构造样式类型丰富，包括纯走滑、走滑伸展、走滑挤压和走滑反转构造样式。其中走滑伸展构造样式比较单一，主要表现为两条倾向相反的高角度正断层向下收敛为一条断层，即形成向下收敛的窄地堑；而走滑挤压构造则可细分为正花状、烟囱状、斜列式等。反转构造是一种特殊的叠加构造，其形成演化经历了两个或多个独立而相反的变形阶段，前期构造面貌不同程度地被后期相反的构造面貌抵消、取代或复杂化。研究区走滑反转特征比较典型和普遍，宏观上主要表现为早期（加里东中期）压扭活动、后期（二叠纪早期）张扭活动、晚期（燕山期—喜山早期）继承性张扭活动等特征（图3）。