阿姆河右岸区域构造大剖面解析及成因探讨*

2023-02-09李英强何登发李双建梅庆华张志业

地质科学 2023年1期

李智李英强何登发李双建梅庆华张志业

（1.中国石化深部地质与资源重点实验室北京 102206；2.中国地质大学（北京）能源学院北京 100083；3.中国石化勘探分公司成都 610041；4.中国石化河南油田分公司河南南阳 473400）

阿姆河盆地（又称阿姆达林盆地或卡拉库姆盆地）右岸区块即中石油巴格德雷合同区，行政区域属于中亚土库曼斯坦列巴普州，地理上位于土库曼斯坦东北部阿姆河流域北侧和土库曼斯坦—乌兹别克斯坦国境线南侧，构造上横跨阿姆河盆地东北部的查尔朱阶地、别什肯特坳陷和吉萨尔山前冲断带，总面积18 620 km2，有效勘探面积14 314 km2。经过多年勘探开发，目前在该区块发现了萨曼捷佩、麦捷让、别—皮、扬—恰、阿盖雷、奥加尔雷等多个气田，是中石油最大规模的海外天然气勘探开发项目，成为西气东输的重要气源地，对保障国内天然气消费具有重要意义（刘合年等，2013；李智，2015；聂明龙等，2016；田雨，2016；单云鹏等，2020；王红军等，2020）。

阿姆河右岸区块历经多年勘探开发，在基础地质认识、油气地质条件综合分析和配套工程工艺技术等方面均取得了大量进展。学者已对查尔朱阶地的构造演化阶段和油气成藏过程（陆诗阔等，2013a；孙林等，2013）；断裂走向、发育层位、性质、组合样式和控藏作用等均开展了深入研究（聂明龙等，2013a，2013b，2015；聂永生，2014；徐剑良，2019；张良杰等，2022）。但目前研究对整个阿姆河右岸地区的构造形成时间和成因机制主控因素却缺少深入探讨。

因此，本文以地震、钻井、测井等资料为基础并借鉴国内外前人研究成果，以断层相关褶皱理论和盐构造理论为指导，分析阿姆河右岸地区不整合面展布，划分构造—地层层序；建立过阿姆河右岸的区域地质几何学大剖面，分析研究区构造变形特征；在构造复原理论指导下恢复其运动学过程；最终探讨其成因机制，为盐构造变形区构造演化成因分析和油气勘探提供借鉴。

1 区域地质概况

1.1 构造位置

阿姆河盆地地理上位于乌兹别克斯坦、土库曼斯坦、阿富汗和伊朗交界处。大地构造位置属于古特提斯洋构造域，盆地走向NW-SE，面积约43.7×104km2（图1a）。盆地四周被克孜勒库姆山脉、科佩特山脉、突厥斯坦山脉和吉萨尔山脉等褶皱山系围限，内部坳隆构造单元呈NW-SE 向条带状相间展布（图1b），是中亚地区乃至世界面积和油气资源潜力最大的含气盆地之一。其构造演化可划分为前二叠纪基底形成期、二叠—三叠纪弧后裂谷期、侏罗—古近纪稳定沉积期、新近纪以来挤压抬升期。阿姆河右岸区块位于阿姆河盆地东北部，呈NW-SE 向长三角形条带状展布，地表由西向东依次出露第四系—侏罗系地层（图1c）。

图1 阿姆河右岸区域构造位置及地震测线位置图Fig.1 Map showing the structure and seismic line locations in the Amu Darya Right Bank

1.2 地层发育特征

阿姆河盆地是在前二叠纪基底之上发育的中—新生界沉积盆地，根据岩性特征并结合大地构造演化将地层划分为前二叠纪基底、二叠—三叠系过渡层系和中—新生界沉积盖层共3 套地层结构（图2），详细特征如下。

图2 阿姆河右岸地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive histogram of strata in the Amu Darya Right Bank

阿姆河盆地前二叠纪基底岩性有岩浆岩、火山碎屑岩和变质沉积岩等；其成因则有经后期改造的前寒武纪变质岩、古生代不同时期岩浆岩与变质岩组合和海西期褶皱基底等多种观点（雷振宇等，2004；郭永强等，2006；张志伟等，2010）。

二叠—三叠系过渡层为砂砾岩、砂岩、粉砂岩等碎屑岩系和凝灰岩、泥页岩等旋回层。

中-下侏罗统赫塘—巴通阶为深灰、灰黑色灰质泥岩及灰色、浅灰色粉砂岩；上侏罗统卡洛夫—牛津阶为海相碳酸盐岩沉积；上侏罗统基末利—提塘阶为膏盐岩沉积（张婷等，2014；李香华等，2019）。

下白垩统为灰白色膏盐岩与灰色泥岩互层；上白垩统为浅灰色灰岩、深灰色泥岩和灰绿色泥岩互层。

古近系以海相碳酸盐岩和泥岩沉积为主，岩性为浅灰色白云岩、灰色砂泥岩和黄褐色粉砂岩。

新近系—第四系为褐黄色流沙层和褐黄色泥岩及粉砂岩、细砂岩互层。

2 地质结构

2.1 区域性不整合面

受多期构造运动影响，阿姆河盆地右岸区块发育多个不整合面（图3）。

图3 阿姆河右岸不整合面分布示意图（剖面位置见图1c）Fig.3 Distribution diagram of unconformity surface in the Amu Darya Right Bank（profile shown in Fig.1c）

（1）二叠系底不整合

海西运动晚期二叠系—三叠系过渡层上超于褶皱基底之上的角度不整合。

（2）侏罗系底不整合

晚三叠世多个微板块与欧亚大陆碰撞导致古特提斯洋关闭的基末利造山运动，造成二叠—三叠系地层被上覆的侏罗系地层削截。

（3）白垩系底不整合

晚侏罗世欧亚大陆与冈瓦纳大陆碰撞，造成上侏罗统地层被下白垩统地层削截。

（4）古近系底不整合

晚白垩世挤压抬升后，上白垩统地层被古近系地层削截。

（5）新近系底不整合

印度、阿拉伯板块和欧亚大陆碰撞的喜马拉雅运动，导致在褶皱向斜带新近系—第四系地层上超于下伏古近系地层之上。

2.2 构造—地层层序

构造—地层层序是限定于两个区域性不整合面之间的一套沉积岩石组合（何登发，2007）。根据区域不整合及地震反射层空间展布特征，将阿姆河右岸地区沉积地层划分为6 套构造层（图4）。

图4 阿姆河右岸构造—地层层序Fig.4 Tectonic stratigraphic sequence in the Amu Darya Right Bank

基底构造层岩性为强烈褶皱和高度变质的晚古生代花岗岩、中基性火山岩、碎屑岩和变质岩，地震剖面特征为空白杂乱反射。

二叠—三叠系构造层发育于断陷区，岩性为陆源碎屑岩和中酸性火山岩，局部为红色粗碎屑，地震反射呈不连续弱反射特征。

侏罗系构造层岩性从中-下侏罗统深灰色泥页岩到上侏罗统海相碳酸盐岩及膏盐岩，为一个完整的海进—海退旋回，顶部膏盐岩地层由于层速度大，而导致地震剖面呈明显的连续强振幅强反射特征。

白垩系构造层岩性为陆相或浅海相红色砂泥岩，顶部是一套白云岩沉积，地震波组呈连续层状特征。

古近系构造层岩性为碳酸盐岩建造，地震反射波组呈连续空白弱反射特征。

新近系—第四系构造层的沉积厚度和沉降中心与下伏构造层相比发生巨大改变，岩性主要为褐黄色泥岩和粉砂岩，地震反射在底部为一套连续性强振幅波组。

2.3 构造几何学特征

阿姆河盆地右岸区块现今构造格局中间低，向东、西两侧均变高；从西向东横跨查尔朱阶地（伊利吉克构造、萨曼杰佩构造、奥加尔雷南斜坡、别列克特利—皮尔古伊构造、扬古伊—恰什古伊构造）、别什肯特坳陷（基尔桑—别希克构造、霍贾姆巴兹构造、杜戈巴—召拉麦尔根斜坡）、吉萨尔山前冲断带（高尔达克构造、阿克古莫拉姆构造、加拉恰加特构造、库基塔格构造）3 个二级构造单元共12 个构造带，沉积地层自二叠系—第四系发育齐全（图5）。

纵向上研究区主要发育上侏罗统基末利—提塘阶膏盐岩区域滑脱层和基底滑脱层两套滑脱系统。基底滑脱层在中部深，向东、西两侧变浅，控制了上覆整套沉积盖层的冲断变形，是研究区逆冲断裂系统的滑脱层位。基末利—提塘阶厚层膏盐岩在地下高温高压环境下的熔融使得盐上白垩系—新近系地层与盐下二叠系—侏罗系地层产生了截然不同的构造形态。盐上褶皱变形以陡窄的滑脱褶皱为特征，断裂以倾向NW 的小断距正断层和走滑断层为主；盐下褶皱变形以宽缓的冲断褶皱为特征，断裂以倾向SE 的大断距逆断层为主。仅在研究区西部的伊利吉克和萨曼杰佩地区，由于膏盐岩沉积减薄直至尖灭，而导致盐上、盐下具有相同的褶皱变形幅度（图6a）。由于基末利—提塘阶膏盐岩岩性差异，基末利阶盐岩以塑性流动增厚为特征，在研究区中东部的背斜核部较厚，向西逐渐减薄；而提塘阶膏岩流动性较差，在研究区中部以逆冲断裂构成的逆冲叠瓦变形系统为主要特征（图6b）。

横向上，强烈的挤压隆升变形主要集中在东部的西南吉萨尔山前带。山前带深部基底内发育由多条逆冲断裂组成的构造楔，是吉萨尔山隆升剥蚀的主要原因；在基底和盐下地层发育由东向西的逆冲断裂；而盐上地层发育反向调节断裂，白垩系及以上地层大量遭受剥蚀（图6c）。中部别什肯特坳陷和西部查尔朱阶地构造变形相对较弱，发育位于基底高部位之上的古隆起，如萨曼杰佩和基尔桑古隆起（图6d）。

图6 阿姆河右岸区域地质剖面的局部构造现状放大Fig.6 Enlargement of local structural status of regional geological profile on the Amu Darya Right Bank

2.4 主要断裂特征

阿姆河右岸地区受多期次、多方向构造应力影响，断裂发育。根据断裂断穿层位，可将断裂划分为盐上断层、盐下断层、基底断层；根据断裂性质，可将断裂划分为正断层、逆断层、走滑断层；根据断裂活动期次，可将断裂划分为晚海西期断层、印支期断层、喜山期断层。

盐上正断层：断面陡倾，断距不统一，剖面形态呈“V”字形组合，倾向NE 或SW，平面走向近E-W 或NW-SE，构成地堑带，是喜马拉雅造山期调节运动变形的产物。

盐上逆断层：断面陡倾，断距较小，倾向NW 或NE，自膏盐层向上破裂，走向NE-SW，主要分布在东部山前带强挤压应力区，延伸距离大；在背斜构造轴部发育。

盐下逆断层：断面陡倾，断距较大，倾向SE 或NW，由基底断至膏盐层；全区均有分布，延伸距离远，走向NE-SW，多发育于背斜轴部；形成于喜马拉雅期或由裂陷期正断层反转而成。

3 构造演化

根据区域地质背景结合平衡地质剖面复原，将阿姆河右岸地区构造演化划分为4 个阶段（图7）。

图7 过阿姆河右岸地区构造演化Fig.7 Tectonic evolution of the Amu Darya Right Bank

3.1 前二叠纪基底形成期

古生代的岩浆岩和变质岩经海西运动发生固结，形成阿姆河盆地基底，且被查尔朱断裂、布哈拉断裂等基底大断裂切割为NW-SE 向展布的基底断裂带。其中基底内的塑性易滑动物质，构成了后期逆冲构造楔，成为山前带挤压隆升的深部原因。

3.2 二叠纪—三叠纪弧后裂谷期

二叠纪—三叠纪，古特提斯洋向北俯冲产生弧后拉张环境，形成了一系列正断层，在阿姆河盆地沉积了超覆于基底之上的陆源碎屑岩和中酸性火山岩过渡层系。在阿姆河右岸地区，沉积地层整体中间厚，向两侧减薄，在萨曼杰佩等基底古隆起区有向高部位填平超覆沉积特征。

3.3 侏罗纪—古近纪稳定沉积期

从侏罗纪开始，阿姆河盆地大地构造位置位于中生代特提斯火山弧北部边缘海的被动陆缘中，连续沉降接受沉积。

中侏罗世—晚侏罗世的卡洛夫—牛津期，是一个海侵扩大过程，早期海水来自盆地南部，沉积了1 000～1 600 m 的陆相和滨海相含煤碎屑岩建造；后期海侵进一步扩大，沉积碳酸盐岩建造；沉积厚度在中部厚，向西部逐渐减薄。

晚侏罗世基莫利—提塘期，微板块与欧亚大陆的碰撞导致阿姆河盆地西部的卡拉库姆地区抬升遭受剥蚀，其余地区处于封闭海沉积环境，在强烈干旱环境下沉积了厚度达1 000 m 以上的膏盐岩；整体沉积厚度在别什肯特坳陷和吉萨尔山前较厚，向查尔朱阶地地区减薄直至尖灭消失。

早白垩世由于碰撞后的伸展作用，盆地开始缓慢下沉，沉陷幅度相对较小，沉积陆相或浅海相红色砂泥岩；沉积厚度在阿姆河右岸地区较稳定。

古近纪再次发生海侵，但规模和幅度均较白垩纪时期要小，在来自盆地西部海水作用下沉积了一套碳酸盐岩建造。

3.4 新近纪挤压抬升期

新近纪以来，由于印度板块与欧亚大陆碰撞导致帕米尔地块呈楔形向北楔入，阿拉伯板块也与欧亚大陆碰撞，以及大高加索洋底活动扩张引起右行剪切变形，多方向应力共同导致阿姆河右岸在中新世遭受强烈挤压作用，盆地西南造山带向盆地内仰冲。中新世以来的构造运动最终形成了现今盆地形态及其内部构造格局。研究区由于受西南吉萨尔山隆升影响而发生褶皱变形，形成由西向东逐渐抬升的褶皱—冲断带（陆诗阔等，2013b）。

4 构造特征控制因素

（1）新生代多方向构造叠加影响

阿姆河右岸地区新生代受到西南部阿拉伯板块与欧亚大陆碰撞、东南部印度板块与欧亚大陆碰撞和北部大高加索洋洋底扩张导致俄罗斯地台东移的多方向构造应力场叠加作用（图8）。

图8 阿姆河右岸地区新生代构造应力Fig.8 Cenozoic tectonic stress in the Amu Darya Right Bank

其中印度板块与欧亚大陆碰撞产生NE-SW 向褶皱，阿拉伯板块与欧亚大陆碰撞产生NW-SE 向褶皱，两个方向的褶皱在中亚地区产生叠加干涉。根据褶皱波干涉理论，这导致阿姆河右岸地区具有盐上、盐下分层构造变形特征，褶皱的宽度和闭合度均存在差异。其中盐上褶皱多为宽22～30 km 的NNE-SSW 向背斜，而盐下褶皱多为宽9～17 km 的 NE-SW 向背斜。

（2）基底构造楔活动对东部山前隆升的控制

阿姆河右岸地区东部紧邻帕米尔弧形构造带，受新生代印度—欧亚板块碰撞变形影响强烈而隆升造山（陈汉林等，2019）。

根据邻区深钻井资料，下石炭统为富含火山岩的粉砂质砂岩和页岩，其上不整合覆盖二叠—三叠系安山岩、玄武岩及英安岩。结合区域重磁异常和断裂展布，认为阿姆河盆地基底是被基底走滑断裂切割的“丝绸之路岛链”的一部分，由岛弧和弧前物质相间分布构成。

其中阿姆河右岸地区东部的基底就位于布哈拉弧前增生带，岩石性质柔软，在构造应力挤压下易发生变形发育基底构造楔，成为引发东部地区隆升变形的根本原因。

（3）膏盐层对分层构造变形的调节作用

膏盐岩是因海水遭受蒸发浓缩而导致盐类结晶析出形成的蒸发岩，主要可分为氯化物（盐岩）和硫酸盐（石膏）两类。阿姆河右岸地区的膏盐岩发育于上侏罗统基末利—提塘阶，是图兰地台收缩为半封闭海盆而在浅水—深盆的咸水潟湖环境下沉积而成。研究区膏盐岩平面上在中东部地区较厚而向西变薄尖灭；纵向上呈3 套石膏夹两套盐岩的夹心结构（马智等，2016；田雨等，2016）。

膏盐岩在高温高压条件下塑性大、易变形，但当埋深超过2 000 m 后，石膏会脱水变成硬石膏，而游离水则可溶解盐层加大其流动性，两类地层的岩石力学性质产生较大差异。因此，以盐岩为主的上膏盐层流动性较强，厚度变化较大，对盐层上、下的两套能干性地层分层变形起到滑脱调节作用，导致形成了盐上、盐下分层构造变形样式和断裂系统。而以石膏为主的下膏盐层则厚度相对稳定，以刚性变形为主，受挤压作用形成一系列冲断构造和叠瓦构造。