库车坳陷中秋构造转换带三维构造模型及成因机制分析

谢会文, 汪 伟, 徐振平, 尹宏伟, 罗浩渝, 杨庚兄, 章学歧, 段云江

库车坳陷中秋构造转换带三维构造模型及成因机制分析

谢会文1, 汪 伟2*, 徐振平1, 尹宏伟2, 罗浩渝1, 杨庚兄2, 章学歧1, 段云江1

(1. 中国石油 塔里木油田公司 勘探开发研究院, 新疆 库尔勒 841000; 2. 南京大学 地球科学与工程学院, 江苏 南京 210046)

分段变形是褶皱冲断带的典型特征之一, 揭示分段变形构造转换带的变形特征与成因机制是深入解析褶皱冲断带变形机制的关键。通过典型剖面解析和三维构造模型, 对库车坳陷东、西段构造转换区域的中秋构造转换带进行系统的分析。中秋构造转换带具有垂向分层变形的特征, 盐上层构造差异表现为构造变形传播的距离向东减小, 导致盐上层秋里塔格背斜走向角度的改变。盐下层构造差异位于盐下冲断变形构造的前缘, 自西向东, 盐上和盐下分层变形减弱, 构造样式由盐上层滑脱变形和盐下层等距离逆冲构造向盐上和盐下层一体楔体逆冲转变。中秋构造转换带盐下层变形前缘的构造样式差异主要通过雁行排列的断层来调节, 库姆格列木群膏盐层和吉迪克组膏盐层在该区域的转换是控制构造转换带的重要因素。同时差异变形的传播范围在构造转换带前缘形成压扭应力环境, 使得雁行次级断裂走向为北东向。构造转换带内部雁行排列的次级断裂形成的圈闭与克拉苏构造带盐下圈闭的储盖组合模式类似, 是有利的油气富集区域。但是有限的分布范围和压扭的应力环境是该区域油气勘探面临的挑战。

库车坳陷; 构造转换带; 盐构造; 三维构造分析; 雁行断层

0 引 言

褶皱冲断带构造特征与变形机制一直以来都是构造变形研究的热点问题。在褶皱冲断带构造变形中, 构造样式常沿走向发生变化(Davis and Engelder, 1985; Higgins et al., 2007)。导致构造样式沿走向变化的因素很多, 例如滑脱层性质、沉积相差异、同构造沉积和剥蚀等(Cotton and Koyi, 2000; Reiter et al., 2011; Wang et al., 2013, 2015, 2016; Zhou et al., 2016)。对褶皱冲断带分段变形机制的研究对于深化褶皱冲断带构造特征与变形机制理论具有重要的意义。

库车坳陷位于塔里木盆地北缘, 受新生代欧亚板块碰撞远程效应的影响, 形成了多排褶皱冲断构造(Molnar and Tapponnier, 1975; Yin et al., 1998)。受区域滑脱层性质和分布差异、古隆起等因素的影响, 库车前陆褶皱冲断体系具有东西分段的变形特征, 东、西段的构造样式和变形传播距离等差异显著(汤良杰等, 2006; 李曰俊等, 2008; Neng et al., 2018), 分段差异演化的成因机制一直以来都是库车前陆褶皱冲段带构造研究的热点问题。基于野外地质调查和地震资料, 前人对库车坳陷东、西段的构造样式进行了精细的解析, 建立了库车坳陷东、西段典型的构造模型(Li et al., 2012; 李艳友和漆家福, 2013; 李维波等, 2017; 滕学清等, 2017; 杨克基等, 2018; 张玮等, 2019)。其中库车坳陷西段主要构造特征为盐上层发育滑脱褶皱, 盐下层发育逆冲叠瓦构造, 盐上层构造变形传播范围大于盐下层(汪新等, 2010)。东段构造特征为盐上层发育滑脱褶皱变形, 盐下层发育由东秋断裂控制的断层转折褶皱构造, 盐上和盐下层变形前缘的位置一致(图1)。基于构造解析, 学者们普遍认为膏盐层性质的差异和先存断裂是影响库车坳陷东、西段差异变形的重要因素(汤良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; 漆家福等, 2009)。但是, 上述研究主要侧重于库车坳陷东、西段典型剖面的构造样式对比和分析, 对于库车坳陷中这两种构造样式转换机制仍缺乏细致的研究, 其构造转换模型仍不明确。此外, 库车坳陷西段浅部滑脱层是古近系库姆格列木群膏盐层, 东段浅部滑脱层是新近系组膏盐层, 这两套浅部滑脱层的差异对构造样式转换的影响也有待进一步分析。

库车坳陷油气资源丰富, 是我国重要油气勘探区域。广泛发育的褶皱冲断构造和丰富的油气资源使得该区域成为将构造变形研究和油气勘探相结合的热点区域。随着库车坳陷油气勘探的不断进行和对库车褶皱冲断带构造认识的不断深入, 库车坳陷东、西构造转换区域成为库车前陆褶皱冲断带油气勘探的潜力区域。2018年在该区域钻探的中秋1井取得突破, 显示构造转换带区域油气勘探潜力巨大(杜金虎等, 2019; 李剑等, 2020), 但是由于构造转换区域构造变形复杂, 对其变形机制缺乏认识, 导致该区域油气勘探仍然面临巨大的挑战。

综上, 对库车坳陷东、西段构造转换区域开展精细研究, 剖析其构造特征与变形机制, 不仅可以深化库车前陆褶皱冲断体系的认识, 也可以进一步扩大该区油气勘探思路。本文以库车坳陷东、西段构造转换区的中秋构造带为研究对象, 通过典型剖面解析, 分析构造样式沿走向的变化特征, 通过连续分布的三维地震剖面, 建立研究区三维构造模型, 刻画断裂沿走向的传播机制, 分析中秋构造带的构造转换特征和成因机制。

1 区域地质概况

库车坳陷可以分为北部构造带、克拉苏构造带、秋里塔格构造带、乌什凹陷、拜城凹陷、阳霞凹陷和南部斜坡带7个次级构造单元(图1)。其中克拉苏构造带和秋里塔格构造带挤压变形强烈, 发育复杂褶皱与冲断构造。库车坳陷卷入新生代构造变形的地层主要是中生界和新生界, 其中中生界主要发育陆相砂泥岩组合; 新生界下部发育膏盐层沉积, 上部主要为砂砾岩、砂岩和泥岩(汤良杰等, 2006; 汪新等, 2010; 唐鹏程等, 2015)。在沉积层序中发育的三套软弱层, 分别是新近系吉迪克组膏盐层、古近系库姆格列木群膏盐层和侏罗系煤层, 其中吉迪克组膏盐层主要分布在库车前陆褶皱冲断带东段, 库姆格列木群膏盐层主要分布在西段, 侏罗系煤层在东西段均广泛分布(图1a), 这些软弱层对库车前陆褶皱冲断带构造变形具有重要的控制作用。

吉迪克组膏盐层和库姆格列木群膏盐层不仅分布范围存在差异, 其性质也不相同。地震剖面显示库姆格列木群膏盐层流动性较强, 在库车坳陷西段形成了大宛齐、吐孜玛扎、南秋里塔格和北秋里塔格四个规模较大的盐背斜, 盐背斜沿走向延伸可达近百公里。库车坳陷东段吉迪克组膏盐层流动性较弱, 主要在东秋背斜区域形成盐背斜构造。本次研究选取库车坳陷东、西段钻遇盐背斜的克深5井和东秋8井岩性图, 对两套膏盐层的差异进行对比。克深5井钻井资料显示, 库车坳陷西段的库姆格列木群膏盐层主要以盐岩层为主, 纯度高, 厚度可达3 km; 东秋8井中吉迪克组膏盐层厚度约为1.5 km, 纯盐层厚度在200～400 m之间, 中间夹有石膏层、砂岩层和页岩层(图2)。新生界中膏盐层是控制库车前陆褶皱冲断带构造演化的浅部滑脱层, 库姆格列木群和吉迪克组膏盐层性质和空间分布的差异, 对库车前陆褶皱冲断带沿走向的分段变形具有重要的影响。

2 中秋构造带构造特征

中秋构造带位于库车坳陷东、西段转换区域。地表构造分布特征显示, 构造前缘的秋里塔格构造带变形传播距离在研究区快速向北迁移, 与克拉苏构造带在此交汇, 构造样式复杂(图3)。其中克拉苏构造带发育的喀桑托开背斜向东逐渐尖灭, 秋里塔格构造带内部发育的南秋里塔格背斜和东秋背斜在此交汇。此外, 双层滑脱和分层变形是库车坳陷典型的构造特征, 中秋构造带位于库车前陆褶皱冲断带西段库姆格列木群膏盐层和东段吉迪克组膏盐层的交汇区域, 双层膏盐层的存在进一步增加该区域的构造复杂性。为了分析中秋构造带的构造样式沿走向的变化特征, 我们在研究区西部、中部和东部选取三条三维地震剖面来分析其构造特征。

图2 库车坳陷西段库姆格列木群膏盐层和东段吉迪克组膏盐层钻井岩性(井位置见图1a)

图3 库车坳陷中秋构造带地质图

2.1 西部典型剖面A

西部典型剖面A由克深三维区和中秋三维区资料拼接而成(图4), 自北向南依次穿过喀桑托开背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(图3)。构造剖面解析显示, 受到膏盐层的影响, 构造变形具有明显的垂向分层特征。剖面中两套膏盐层均有沉积, 但是分布位置存在差异。库姆格列木群膏盐层在南、北部连续分布, 分隔盐上和盐下层变形, 其中盐上层发育滑脱褶皱变形, 盐下层主要发育以三叠系底界为滑脱层、古近系为顶板的冲断叠瓦构造变形; 吉迪克组膏盐层仅发育在剖面南部区域, 向北地层发生相变, 成为碎屑岩沉积(图4)。

盐上层滑脱褶皱变形主要发育在克拉苏构造带和秋里塔格构造带, 两者之间以宽缓的拜城凹陷相连接。拜城凹陷在库车坳陷西段中部区域南北向宽度最大, 向东逐渐变窄。西部剖面中的盐下层构造特征与库车前陆褶皱冲断带西段典型剖面相似, 但盐上层构造特征仍存在差异。吉迪克组膏盐层使得新生代滑脱构造在北侧沿古近系滑脱, 向南逐渐转变为新近系滑脱, 吉迪克组膏盐层之上发育逆冲构造, 南部地层沿膏盐层逆冲至北部地层之上形成秋里塔格山。两套膏盐层中间有近1 km厚的沉积地层, 成为盐间夹层, 发育断层或揉皱变形。

2.2 中部典型剖面B

中部剖面B自北向南依次穿过喀桑托开背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(图3), 主要发育有两套膏盐层, 分别是西段的库姆格列木群膏盐层和东段的吉迪克组膏盐层。库姆格列木群膏盐层向南厚度明显减薄, 并在秋里塔格构造带逐渐发生相变, 膏盐层消失(图5)。吉迪克组膏盐层只局限在东秋背斜下方, 其秋里塔格构造带向北也逐渐发生相变。受到膏盐层分布差异的影响, 在剖面北部, 盐上地层组合主要沿库姆格列木群膏盐层进行滑脱, 形成一排冲断构造; 在剖面南部, 盐上地层组合主要沿吉迪克组膏盐层滑脱, 形成一排反冲构造。盐下构造变形主要受到深部滑脱层控制, 在北部发育由一系列逆冲断层组成的叠瓦构造变形。随着变形向南传播, 构造样式发生变化, 与西段剖面中盐下层等距离逆冲构造不同, 在拜城凹陷下方盐下层形成微弱的褶皱变形带, 在南秋里塔格背斜盐下层形成一排冲断构造。

N2k～Q. 库车组和第四纪; N1-2k. 康村组; N1j. 吉迪克组; E2-3s. 苏维依组; E1-2KM. 库姆格列木群; J2～K. 中侏罗统和白垩系; T～J2. 三叠系和中侏罗统; PreMz. 前中生界。

2.3 东部典型剖面C

东部剖面C自北向南依次穿过喀桑托开背斜、拜城凹陷和东秋背斜(图3)。剖面中仍然存在两套膏盐层, 北侧主要为库姆格列木群膏盐层, 南侧为吉迪克组膏盐层。相比其西侧的剖面A和B, 剖面C中库姆格列木群膏盐层的厚度进一步减薄, 并且中部的地层反射连续清晰, 表明库姆格列木群开始向泥页岩沉积转变, 导致研究区北部靠近挤压端有部分区域盐层沉积缺失(图6)。膏盐层上覆地层构造样式, 在剖面北侧沿库姆格列木群膏盐层滑动, 在剖面南侧转变为沿着吉迪克组膏盐层滑动(图6)。在东秋背斜处, 盐上背斜核部破裂发育断层, 南部地层逆冲到北部地层之上; 在喀桑托开背斜处, 北部地层则在背斜核部沿着断层逆冲到南部地层之上。盐下层构造北部主要发育一系列以三叠系底界为滑脱层的逆冲断层, 前缘的滑脱构造带主要发育大型断背斜构造, 断背斜下方的东秋断裂断距大, 并向东断距持续增大, 形成断层转折褶皱(徐振平等, 2016)。

2.4 构造沿走向的展布特征

上述典型剖面分析显示, 研究区盐上层构造样式沿走向差异较小, 但是盐下层构造样式沿走向差异明显。研究区盐上层构造主要由北侧的喀桑托开背斜与南侧的南秋里塔格背斜和东秋背斜组成, 在两者之间形成拜城凹陷。其中喀桑托开背斜是沿库姆格列木群膏盐层滑脱的北倾逆冲构造, 南秋里塔格背斜和东秋背斜均是沿吉迪克组膏盐层滑脱的南倾反冲构造。在研究区西侧双层膏盐层发育区域, 盐间泥页岩夹层发育揉皱和冲断构造(图4)。依据构造特征变化, 盐下构造层可以分为北缘的叠瓦构造带和挤压前缘的滑脱构造带(图7)。叠瓦构造带主要以发育在喀桑托开背斜下方的紧密排列的逆冲断层为主要特征; 滑脱构造带主要以盐下构造层中发育单个或数个间隔较远的逆冲构造为主要特征。三条剖面中叠瓦构造带内构造样式一致, 均发育由数条逆冲断层组成的叠瓦楔体构造, 构造抬升明显, 喀桑托开背斜核部受到剥蚀。盐下构造层前缘的滑脱构造带则表现出明显的构造差异性。西部剖面A中滑脱构造带主要由两条等距离传播的逆冲断层组成, 断层之间的距离约为12 km(图7a)。在中部剖面B中, 盐下层滑脱构造带只发育一条位于挤压前缘的逆冲断裂, 距叠瓦构造带约17 km, 在逆冲断裂和叠瓦构造带之间形成一些褶皱变形(图7b)。在东部剖面C中, 盐下层主要发育大型楔体构造, 由深部的逆冲断裂(东秋断裂)和浅部的反冲断裂组成, 东秋断裂距叠瓦构造带之间的距离增大到20 km (图7c)。此外, 盐上和盐下层构造分层变形沿走向也存在变化, 在叠瓦构造带变形区, 盐上和盐下层分层变形明显; 在滑脱变形区, 盐上和盐下层分层变形自西向东逐渐减弱, 拜城凹陷下方盐下层的构造样式由西部剖面中的逆冲构造转变为中部的褶皱变形, 再向东部转变为由深部逆冲断层和浅部反冲断层组成的楔体构造。

图5 研究区中部地震剖面B(a)及其解析图(b)(横纵等比例尺, 位置见图3, 地层符号说明同图4)

图6 研究区东部地震剖面C(a)及其解析图(b)(横纵等比例尺, 位置见图3, 地层符号说明同图4)

图7 典型剖面构造样式对比解析(横纵等比例尺, 地层符号说明同图4)

上述构造样式解析也呈现了克拉苏构造带与秋里塔格构造带的关系。前人研究中, 克拉苏构造带范围通常是依据盐下逆冲构造带的展布区域来定义, 而秋里塔格构造带范围是依据盐上层最前缘的一排背斜构造的展布区域来定义。在库车坳陷西段由于厚层膏盐的滑脱作用, 盐上层构造变形传播范围大于盐下逆冲构造, 因此自北向南可以分为克拉苏构造带、拜城凹陷和秋里塔格构造带。而自西向东, 库姆格里木群膏盐层厚度逐渐减薄, 沉积范围变窄, 并逐渐过渡到吉迪克组膏盐层, 导致盐上和盐下构造分层变形减弱, 盐上秋里塔格构造带位置逐渐北移和克拉苏构造带重合。

综上, 中秋构造带是库车坳陷克拉苏构造带与秋里塔格构造带开始重合的区域, 盐下层构造变形与库车坳陷西段克拉苏盐下层构造相连, 盐上层构造连接了库车坳陷西段远距离传播的南秋里塔格背斜和东段近距离传播的东秋背斜。构造带内靠近挤压端的构造样式沿走向一致, 主要差异位于盐下层挤压变形前缘, 表现为等距离滑脱冲断构造向断层转折褶皱的转变。为了进一步精细解析盐下层挤压前缘构造特征沿走向的差异及其演化机制, 我们通过6条连续分布的三维地震剖面, 来构建盐下层挤压变形前缘逆冲滑脱构造带的三维模型。

3 库车坳陷中秋构造带构造特征与成因机制

3.1 中秋构造转换带三维结构分析

本次研究选取6条中秋1三维区地震剖面进行构造沿走向差异特征分析(图8)。通过6条剖面对比分析, 追踪断层沿走向的延伸, 建立中秋构造带的三维构造模型, 讨论构造转换带的构造特征与成因机制(图9)。

剖面显示, 盐上层构造样式在6条剖面中保持一致, 都发育以膏盐层为滑脱层的反冲构造, 南部地层沿断层反冲到北部地层之上; 但是自西向东, 盐上层构造中反冲断层及相关背斜的发育位置逐渐向北移动, 表明构造变形传播范围自西向东逐渐变窄。同时构造走向自西向东也存在变化, 剖面1～5中, 盐上层构造走向与东西向的夹角是29°, 在剖面5～6之间增大至44°, 然后向东又逐渐减小至近东西向。膏盐层沿走向的差异主要表现为膏盐层沉积层位和沉积范围。在研究区西部剖面1中, 膏盐层主要沉积在古近系库姆格列木群, 该膏盐层也是盐上层变形的主要滑脱层, 同时吉迪克组膏盐层在剖面1最南端也有部分沉积, 使得秋里塔格构造带并不是简单的沿库姆格列木群膏盐层滑脱, 还有沿吉迪克组膏盐层滑脱, 两套膏盐层之间的苏维依组和盐间的泥页岩层形成揉皱变形。沿着走向向东, 库姆格列木群膏盐层厚度逐渐减薄, 而吉迪克组膏盐层厚度则持续增大, 剖面6中显示库姆格列木群膏盐层完全消失。此外, 两套膏盐层的沉积范围沿走向也存在差异, 库姆格列木群膏盐层主要沉积在研究区西北部, 而吉迪克组膏盐层沉积在研究区东南部, 两者在研究区构造变形前缘交汇融合, 在研究区北部则存在盐层缺失区域(图8)。

图8 连续剖面分布位置图

图9 库车坳陷中秋构造转换带三维地质模型

相比于盐上层构造变形, 中秋构造带盐下层构造样式更加复杂。上述典型地震剖面的解析表明, 盐下层构造样式自西向东沿走向由薄皮逆冲断层向大型断层转折褶皱转变, 同时构造变形的范围也逐渐变窄。本次研究针对盐下层构造进行了精细的解析, 识别出三条主要断层: F1、F2和F3。其中断层F3(即东秋断裂)是控制库车坳陷东部构造的重要断层, 在库车坳陷东段, 东秋断裂作为主要断坡, 形成典型的断层转折褶皱的构造样式。断裂F2发育于东秋断裂(F3)的前缘, 是控制整个中秋1构造的薄皮逆冲断层。断裂F1发育于断裂F2的前缘,是盐下层构造最前缘的一排构造。这三条断裂呈雁行排列的展布特征, F3断裂是剖面6中最前缘的断裂, 向西断裂活动性减弱, 并在前缘形成断裂F2(剖面5); 在剖面3中F3断裂消失, 主要由F2断裂和褶皱变形来吸收缩短量; 在剖面2中, F2断裂前缘形成新的断裂F1, 向西F2断裂活动减弱, 在剖面1中消失。上述三条断裂向深部都并入到三叠系的底部滑脱层。断裂系统分析表明, 库车坳陷东、西段差异构造在中秋构造带的转换是通过三条雁列断层来调节, 属于软连接模式, 而不是通过走滑断裂调节的硬连接模式。

3.2 中秋构造转换带成因机制分析

构造样式沿走向变化是褶皱冲断带的常见特征, 影响构造样式变化的因素很多, 主要包括先存构造差异、滑脱层差异和地层性质差异等。对影响库车坳陷东、西段差异构造演化的成因机制, 前人已经做了很多探讨, 并认为受到基底古隆起、膏盐层性质和分布的差异等因素影响(汤良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; Neng et al., 2018; Pla et al., 2019)。库车坳陷西段盐下层变形传播距离大于东段; 同时西段盐下层主要发育逆冲叠瓦构造, 东段盐下层发育大型断层转折褶皱, 这两种差异构造样式是形成中秋构造转换带的直接原因。

由于褶皱冲断带中地层组合等因素的差异, 导致构造转换带也具有多种构造样式, 例如三角带构造(Sanderson and Spratt, 1992)或浅层走滑断裂和断坡调节模型(Qayyum et al., 2015; Zhang et al., 2019)。中秋构造转换带由于膏盐层的存在, 其构造模式更为复杂, 在垂向上表现出分层变形的特征, 盐上层构造变形差异表现为变形传播范围的变化, 转换模型主要为构造走向角度的变化; 盐下层构造差异则表现为构造样式和变形传播距离的变化, 转换模型为雁行排列。前人针对库车坳陷克拉苏构造带克深5区域的三维构造分析, 提出盐层对构造转换带构造特征具有重要的影响, 盐层的存在虽然会解耦盐上和盐下层的构造样式, 但是不会影响盐上和盐下层构造转换带的位置, 即盐上和盐下层构造转换带的位置是重合的(Wang et al., 2020)。本文中三维模型也证实这种观点, 即盐上层变形前缘背斜构造发育的位置和盐下层断裂前缘的位置具有很好的对应性, 盐上层背斜走向转变的位置正是盐下层断裂过渡区域, 表明研究区盐上和盐下层构造转换带位置具有一致性。

中秋构造带盐下层北侧构造样式一致, 发育以三叠系底部为滑脱层的逆冲叠瓦构造变形, 主要差异位于盐下层构造变形的前缘, 自西向东由多条低角度逆冲断层向一条高角度逆冲断层转换, 同时构造变形传播范围也逐渐减小。基于三维构造模型, 可以将中秋构造转换带分为两个次级转换带, 第一个转换带位于剖面2附近, 是断层F1向F2过渡的区域; 第二个转换带位于剖面5附近, 是断层F2向F3过渡的区域。地震剖面解析显示, 次级转换带位置与盐层性质转换的位置一致。剖面2位于库姆格列木群膏盐层厚度减薄和范围缩小的区域, 秋里塔格背斜下方滑脱层由库姆格列木群膏盐层向吉迪克组膏盐层转变。同时膏盐层厚度减薄, 使得盐上和盐下层分层变形现象减弱, 拜城凹陷盐下层构造样式由滑脱冲断向褶皱变形转变。剖面5位于库姆格列木群膏盐层消失的边界区域, 吉迪克组膏盐层主要发育于东秋背斜下盘区域, 东秋背斜上盘缺乏盐层沉积, 构造样式由盐上和盐下层分层变形转变为厚皮楔体构造。同时三维模型显示膏盐层沉积范围与变形传播的范围一致, 自西向东, 膏盐层沉积前缘位置不断北移, 盐下构造变形前缘逐渐北移, 但是前缘隆起的位置在研究区并没有明显的改变。因此, 我们认为浅部滑脱层性质和分布, 即膏盐层沉积范围和性质的变化, 是控制构造转换带的主要因素。

3.3 构造转换带对油气的影响

库车坳陷油气资源富集, 但是近年来勘探实践表明, 不同构造带之间勘探成果差异巨大。在库车坳陷西段的克拉苏构造带, 盐下白垩系是主要勘探目的层, 膏盐层封盖的盐下叠瓦构造是有利勘探圈闭类型(王招明, 2014; 王招明等, 2016); 在库车坳陷东段区域, 迪那构造带的油气勘探主要在古近系中取得成功, 大型断层转折褶皱的背斜区是主要勘探圈闭类型。因此, 理清构造转换带构造特征和变形机制对于该区域的油气勘探具有重要的意义。

通过三维构造模型解析发现, 中秋1构造整体构造样式较为特殊, 中秋1构造属于库车坳陷东、西段差异构造演化在构造转换区域形成的一排独特的构造(图9)。中秋构造转换带主要受到库姆格列木群膏盐滑脱层分布的控制, 通过雁列断层调节东、西段变形传播和构造样式的差异, 避免了浅层走滑断裂的形成, 有利于该区域油气成藏的保护。同时控制中秋1构造的断裂F2是构造转换带内部的调节断层, 并没有切穿上覆膏盐层, 白垩系砂岩层和古近系膏盐层形成良好的储盖组合, 成藏模式与克拉苏构造带类似。但是中秋构造带应力环境与克拉苏构造带存在差异, 克拉苏构造带处于正向挤压环境, 而中秋构造带处于压扭环境中, 这种环境不利于圈闭构造沿走向的稳定性。同时由于断裂F2是次一级调节断层, 其沿走向的延伸范围较窄。上述不利因素为该区域油气勘探带来一定的挑战。

4 结 论

中秋构造带是库车坳陷东、西段差异演化形成的构造转换带, 也是克拉苏盐下逆冲构造带前缘与秋里塔格盐上褶皱构造带开始重合的区域。构造转换带构造特征表现为, 盐上和盐下层分层变形, 盐上层构造样式一致, 但是构造变形传播的距离向东减小, 导致盐上秋里塔格背斜走向的角度发生变化, 盐上层构造走向自西向东由与东西向夹角29°, 增大至44°, 然后又逐渐减小至近东西向。盐下层构造沿着变形传播方向可以分为叠瓦构造变形区和逆冲滑脱变形区, 叠瓦构造带内样式一致, 盐上层发育滑脱逆冲构造, 盐下层发育叠瓦构造楔, 差异演化主要形成在盐下层构造变形前缘的逆冲构造带, 自西向东, 盐上和盐下层分层变形减弱, 构造样式由盐上层滑脱变形和盐下层等距离逆冲变形向盐上和盐下层一体楔体逆冲变形转变。

库车坳陷中秋构造转换带主要通过雁行排列断层来调节盐下层西段等距离逆冲构造向东段断层转折褶皱的转变。浅部滑脱层的分布和性质, 即库姆格列木群膏盐层和吉迪克组膏盐层在该区域的转换, 是控制构造转换带模型的重要因素。中秋构造转换带东部东秋背斜上盘吉迪克组成层性好, 浅部滑脱层缺失, 分层变形不发育, 沿东秋断裂形成大型构造楔; 而其西部库姆格列木群膏盐层以纯盐为主, 分层变形发育, 盐下卷入变形地层薄, 形成多排薄皮逆冲构造, 盐上层变形呈跳跃式传播到秋里塔格构造带。同时由于研究区盐下层构造中西部变形传播距离大于东部, 在构造转换带内形成压扭应力环境, 使雁行次级断裂走向为北东向。

中秋1构造受构造转换带内压扭环境下形成的次级雁行断裂控制, 其储盖组合模式与克拉苏构造带类似, 是有利的油气富集区域。不利因素是其断裂性质和应力环境, 即中秋1构造的控制断裂是压扭环境下形成次级调节断裂, 其分布仅局限于构造转换带内部; 其次压扭的应力环境会导致中秋1构造沿走向并不稳定, 其内部可能存在多个构造高点, 给该区域油气勘探带来一定的挑战。

致谢:感谢两位匿名审稿人对本文进行了专业而细致的审阅, 并提出了具有指导意义的意见和建议, 这对本文的完善具有非常重要的意义, 同时对我们未来的研究工作也具有指导作用。

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Structural Model and Deformation Mechanism of the Zhongqiu Transfer Zone in Kuqa Depression

XIE Huiwen1, WANG Wei2*, XU Zhenping1, YIN Hongwei2, LUO Haoyu1, YANG Gengxiong2, ZHANG Xueqi1, DUAN Yunjiang1

(1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla 841000, Xinjiang, China; 2. School of Earth Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China)

Revealing the structural model and deformation mechanism of the transfer zone is critical for understanding the evolution of fold and thrust belt. Typical transfer zones commonly have varied structural styles along strikes. The Zhongqiu transfer zone of the Kuqa Depression has been analyzed systematically, and the 3D geometry of the transfer zone is built. The decoupling deformation above and below the salt layer exists in the Zhongqiu transfer zone. The propagation distance of deformation in the suprasalt units decreases from west to east, causing the direction rotation of the suprasalt structural strike. The changing structural style along the strike of the subsalt units occurs in the frontier of the deformation zone. Structures above and below the salt layer are apparent different in the western zone, with the suprasalt structure composed of detachment folds while the subsalt structure composed of equidistant thin-skinned thrust faults. Only one wedge structure was formed in the eastern zone which is composed of a deep thrust fault and shallow back-thrust fault. The transfer zone is associated with en echelon faults to accommodate the different structural styles along the strike, which is controlled by the distribution and efficiency of the shallow detachment. The increasing distance of deformation propagation from east to west forms a shear stress field in the transfer zone, causing the NE trending of the en echelon faults. The traps formed by the en echelon faults are favorable hydrocarbon accumulation zone, which have reservoir and caprocks similar to those of the Kelasu structure zone. In addition, the limited range and shear stress of the en echelon faults in the transfer zone should be taken into consideration in the hydrocarbon exploration.

Kuqa Depression; transfer zone; salt tectonic; 3D structural model; en echelon fault

2021-01-14;

2021-03-15

国家自然科学基金项目(41572187、41272227、41927802)、国家油气重大专项(2017ZX005008001)和中国博士后科学基金项目(2020M671432)联合资助。

谢会文(1967–), 男, 高级工程师, 主要从事油气勘探研究工作。E-mail: xiehw-tlm@petrochina.com.cn

汪伟(1992–), 男, 博士, 主要从事盆地构造变形机制与模拟工作。E-mail: wangwei09@outlook.com

P542

A

1001-1552(2022)05-0898-013

10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.004