库车坳陷西部喀拉玉尔滚断裂的活动时间、形成机制及其构造意义

沈 柏 张志亮* 任治坤 刘金瑞

1)地震动力学国家重点实验室,中国地震局地质研究所,北京 100029 2)地震与火山灾害重点实验室,中国地震局地质研究所,北京 100029

0 引言

新生代以来,印度板块和亚欧大陆的碰撞及之后的持续会聚不仅导致了青藏高原的大规模构造隆升,也使得亚洲内陆的天山、西昆仑等一系列晚古生代造山带发生了构造活化,对亚洲乃至世界的构造(Molnaretal.,1975; Harrisonetal.,1992; Clarketal.,2010)和气候格局产生了深远影响(安芷生等,1998; 刘东生等,1998; 施雅风等,1999; Guoetal.,2008)。天山造山带作为世界上规模最大、最活跃的陆内造山带之一,位于中亚造山带的南缘,夹持于塔里木克拉通和准噶尔盆地之间,东西展布上千千米,不仅是揭示中亚造山带构造演化的关键地区,同时也是探讨印度-欧亚大陆碰撞远程效应和陆内造山作用的理想地区。此外,天山造山带的构造环境复杂,活动断裂带分布广泛,地震活动具有强度大、频度高且分布不均匀的特点,大地震主要发生在天山南、北两侧,如1902年阿图什8.2级地震、1906年玛纳斯7.7级地震、1906年石河子8.0级地震、1944年乌苏7.2级地震等。天山地震带的地震活动与近EW向的逆断裂和褶皱等活动构造有关,地震活动具有西强东弱的特点(曲延军等,2008),这也使得天山成为活动构造研究的关键地区。

断裂是塔里木盆地最主要的构造活动形式之一,在控制盆地局部构造形成、隆升剥蚀、沉降沉积及油气运移聚集等方面发挥着重要作用(贾承造等,1995)。塔里木盆地断裂构造较为发育,既发育周边断裂,又发育盆内断裂,既有基底断裂,又有表层断裂。总体而言,塔里木盆地主要有EW向、NW向和NE向3组断裂构造。EW向断裂主要位于盆地内部,大多为隐伏基底断裂; NE向断裂主要位于盆地西北缘、北缘和东南缘及阿尔金山等地区; NW向断裂比较复杂,包括隐伏基底断裂、基底断裂及盆地西南缘、东北缘的周边断裂。塔里木盆地的断裂构造主要形成于海西期和喜山期,与周缘造山带的构造演化存在密切联系(贾承造等,1995)。

喀拉玉尔滚断裂是塔里木盆地内部众多断裂中的一条二级断裂,位于塔里木盆地北部、库车坳陷西侧,是在挤压-剪切作用下形成的一条NW向断裂(贺电等,2009),分隔了乌什-温宿构造单元和库车-塔北构造单元(图1),终止了西秋里塔格构造带继续向W延伸(王清华等,2004),同时对两侧的构造变形起到了重要的调节作用。由于喀拉玉尔滚断裂所处的重要构造位置及其对油气运移、聚集的作用,前人对该断裂的几何特征、形成机制做了较多的研究工作,但对喀拉玉尔滚断裂特征的认识仍存在较大争议,如断裂的空间展布(王燮培等,1995; 王清华等,2004; 汤良杰等,2006)、活动时间(王燮培等,1995; 严俊君,1996; 贺电等,2009; 唐鹏程等,2010)及形成机制(张光亚,1997; 郭召杰等,2004; 贺电等,2009; 唐鹏程等,2010)。由于尚存上述争议及其他尚未解决的地质问题,需要对喀拉玉尔滚断裂开展进一步研究。本文基于前人的研究成果,系统梳理和总结了喀拉玉尔滚断裂的研究进展和所取得的认识,并利用高分辨率遥感卫星影像解译、深部地球物理勘探资料对其展布特征进行详细研究。同时,根据已有成果对其形成和活动时间进行了限定,最终对其形成机制和构造意义进行了深入探讨。

图1 库车坳陷的构造单元划分(据唐鹏程等,2010; Zhang et al.,2019修改)

1 地质背景

库车坳陷位于南天山山前,是塔里木盆地东北缘一个典型的再生前陆盆地(刘志宏等,2000)。库车坳陷东起库尔勒,西止于喀拉玉尔滚断裂附近(李曰俊等,2008),其南部边界在不同时期有所不同。在中生代,坳陷的范围在牙哈—库车—温宿一线以北; 至新生代晚期,其南界范围扩展至塔里木河流域(刘志宏等,2000)。坳陷在侏罗纪属于一个大型盆地中的次级坳陷(李曰俊等,2005; 何光玉等,2006); 至晚白垩纪,坳陷整体发生构造抬升,造成区域性沉积间断,导致整个坳陷内缺失晚白垩纪地层(李双建等,2006,2007; 何登发等,2009)。新生代以来,由于受到印度-亚洲板块碰撞的远程效应影响,坳陷内发生了大规模构造变形,使得中—新生代地层不整合于南天山已强烈变形且主体向S逆冲的古生代地层之上(李忠等,2003)。由于受到近SN向的构造挤压,坳陷内的中—新生代地层发生了强烈的构造变形,形成了多排与南天山碰撞造山带大致平行的褶皱-冲断带(汪新等,2002; 王志勇等,2009; Zhangetal.,2018)。在库车坳陷内部可划分出5个次级构造单元,由北向南依次为北部单斜带、克拉苏-依奇克里克构造带、拜城-阳霞凹陷、秋里塔格构造带和喀拉玉尔滚-亚肯构造带(图1)(李曰俊等,2008; 唐鹏程等,2010; Zhangetal.,2018)。由于库车坳陷内部的断层特征、基底性质和构造变形的东西差异及南天山对其的挤压推覆作用,使得坳陷山前构造带具有明显的东西分段、南北分带的特征(严俊君,1996; 王伟峰等,2018)。

库车坳陷西部新生代地层发育良好,主要出露古新世—始新世库姆格列木群、始新世苏维依组、渐新世—中新世吉迪克组、中新世康村组、上新世库车组及第四纪西域组(图2),各组地层的特征简述如下:库姆格列木群最下部为一套厚层灰色砾岩,中部主要为红色泥岩,局部夹石膏(厚度<10cm),上部为红色泥岩、粉砂岩,偶见砾石夹层; 其上覆苏维依组的主要特征为棕红色粉砂岩与粉砂质泥岩及泥岩互层; 吉迪克组整合于苏维依组之上,主要由棕红色泥岩、粉砂岩夹薄层灰绿色砂岩或砾石层组成; 康村组主要为棕黄色粉砂岩与砾岩互层; 库车组为土黄色砂岩、粉砂岩与砾岩互层,且砾石层的厚度向上部逐渐增厚、粒度逐渐变粗; 第四纪西域组为一套灰黑色砾岩,砾石分选较差,磨圆中等,成分较为复杂,局部可见砂岩透镜体(新疆维吾尔自治区区域地层表编写组,1993)。

图2 库车褶皱-冲断带地层综合柱状图

尽管对研究区内新生代地层的划分和年代学研究已经有了较多的成果,但目前仍存在较大争议。本文采用基于近年来南天山地区最新的磁性地层年代学结果得到的划分方案(Charreauetal.,2006; Huangetal.,2006; Sunetal.,2009; Zhangetal.,2015,2016,2018,2019),即库姆格列木群底部(未见底)的年龄约为54Ma,上覆苏维依组底界的年龄约为46Ma,吉迪克组、康村组、库车组的底界年龄分别约为34Ma、9.7Ma、5.3Ma,第四纪西域组底界的年龄约为2.6Ma。

喀拉玉尔滚构造带位于库车坳陷西部,是库车褶皱-冲断带的变形前缘(唐鹏程等,2010; 李世琴等,2013),沿断裂发育北喀拉玉尔滚(北喀)背斜、中喀拉玉尔滚(中喀)背斜和南喀拉玉尔滚(南喀)背斜,3个背斜组成雁列式背斜,由西北向东南高度逐渐降低,最大海拔高度分别为1602m、1298m、1067m。数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)(图3)和野外调查结果显示,3个背斜的宽度由西北向东南逐渐增大,且两翼地层的产状逐渐变缓,但整体幅度自西向东逐渐减小,证明地层所受到的构造挤压应力由西北向东南逐渐变弱。出露地表的雁列褶皱仅是喀拉玉尔滚构造带的西段部分。北喀背斜褶皱轴走向NWW-SEE,西侧被喀拉玉尔滚断裂所截,地貌形迹较为平直(图3); 中喀和南喀背斜的褶皱轴近EW向,两者的交界部位在地貌上表现出明显的“S”形扭曲(图3),可能是二者于交会处发生了位移转换(管树巍等,2004; 李世琴等,2013)。根据研究区大比例尺地质图及最新磁性地层年代学结果可知,北喀背斜的核部为晚中新世康村组,两翼出露库车组和西域组,而中喀和南喀背斜的核部为上新世库车组,两翼出露地层为第四纪西域组砾岩(李世琴等,2013; Zhangetal.,2018)。

图3 库车坳陷西部的数字高程模型图

2 构造演化分析

2.1 断裂展布特征

喀拉玉尔滚断裂是塔里木盆地北部NW向延伸且斜列的大型走滑断裂之一(贾承造等,1995),前人对该断裂的认识主要基于遥感影像解译、野外地质调查及深部地球物理勘探结果(王燮培等,1995; 范湘涛等,2000; Fuetal.,2004; 李百寿等,2007; 贺电等,2009; 李世琴等,2009,2013; 唐鹏程等,2010)。喀拉玉尔滚断裂的东侧依次发育雁行的北喀背斜、中喀背斜、南喀背斜,3个背斜与该断裂呈锐角相交,北喀背斜的褶皱轴走向为NWW,中喀和南喀背斜的褶皱轴基本为正EW向,褶皱轴的走向与主位移带间的平均雁列夹角约为23°(王燮培等,1995; 范湘涛等,2000; 王清华等,2004; 李百寿等,2007),可明确判断出喀拉玉尔滚断裂具有右行走滑性质。然而,学术界对该断裂性质(如断距)的认识仍存在较大争议。例如,王燮培等(1995)认为喀拉玉尔滚断裂与其南部的柯吐尔断裂同处于一条断裂带上,走滑距离约为3～3.5km; 王清华等(2004)认为喀拉玉尔滚断裂从拜城凹陷向斜轴线及前锋线错开推断其走滑距离约为8～10km; 汤良杰等(2006)认为该断裂自库车前陆盆地一直延伸至前陆克拉通地区,延伸距离>100km,走滑距离可达10km以上; 唐鹏程等(2010)认为该断裂的北界在阿瓦特背斜核部附近(靠近温宿盐底辟),延伸距离约为25km,走滑断距约为1.6km。

为了进一步确定喀拉玉尔滚断裂的延伸距离,本研究综合运用了高分辨率遥感卫星影像、地震反射剖面等资料,对该断裂的空间展布特征进行了限定。在阿瓦特背斜的西段,背斜北翼的新生代地层均明显向N弯折,走向由NW-SE向转为NWW-SEE向(图3),这一现象可能是靠近右旋走滑断裂的拖曳作用所引起的(Zhangetal.,2019),而背斜南翼的新生代地层可能受到了河流的侵蚀作用,使得拖曳作用影响下的地层受到剥蚀而特征不明显。因此,作者认为喀拉玉尔滚断裂可能继续向N延伸并穿过了阿瓦特背斜,而非前人认为的终止于阿瓦特背斜南部。尽管深部地球物理资料显示北喀背斜附近的第四纪沉积物被明显错断(图4),但在研究区阿瓦特背斜北部的高分辨率遥感卫星影像上并未识别出明显的错断标志,表明断裂并未继续向N延伸,或由于断裂的活动性在晚第四纪减弱,河流的侵蚀、切割对错断地貌进行了改造。

图4 过北喀拉玉尔滚背斜的AA′测线解释剖面(根据Zhang et al.,2018修改)

位于阿瓦特背斜与北喀背斜之间的地震反射剖面(图5a 中的BB′,位置见图3)解译结果显示出断裂存在的特征,且断裂两侧地层存在明显差异,其东侧地层发生明显倾斜,而西侧地层基本为水平状态; 位于北喀背斜南部的地震反射剖面(图5b 中的CC′,位置见图3)解译结果显示,上覆新生代地层及前新生代基底均近水平展布,表明喀拉玉尔滚断裂并未延伸至此处。因此,作者对喀拉玉尔滚断裂的延伸距离进行了重新估算,认为该断裂总体延伸约40km,北界延伸切过研究区北部阿瓦特背斜北翼,南部延伸至北喀背斜南翼附近,但未到达中喀背斜。

图5 过喀拉玉尔滚断裂的BB′、CC′测线解释剖面(根据唐鹏程等,2010修改)

由于在喀拉玉尔滚断裂两侧并未发现明显的可对比的地层及地貌特征,故对该断裂走滑距离的估算存在较大争议。唐鹏程等(2012)利用却勒推覆体以南地质构造所吸收的构造缩短量(米斯坎塔克背斜和南喀背斜的构造缩短量分别为0.9km和0.7km)限定喀拉玉尔滚右行走滑断裂的走滑断距,即约为1.6km。考虑到阿瓦特背斜和北喀背斜所吸收的构造缩短量分别略大于米斯坎塔克背斜和南喀背斜,他们认为1.6km仅代表喀拉玉尔滚断裂走滑断距的最小值。本研究中,作者认为喀拉玉尔滚断裂的右行走滑导致了北喀背斜的形成和阿瓦特背斜北翼地层向N的拖曳现象,而中喀背斜和南喀背斜的形成更多是与隐伏断层的位移转换相关。因此,北喀背斜的构造缩短量与阿瓦特背斜北翼地层通过拖曳所吸收的缩短量之和约为断裂的走滑断距。Lü等(2019)对北喀背斜进行了系统的平衡剖面恢复工作,认为该背斜的构造缩短量为2.1～2.3km。本研究对阿瓦特背斜北翼地层拖曳作用所吸收的缩短量进行了简单估算,其原理见图6。如果原始地貌面未变形前为A-B-C,变形后分成A′B与BC两部分,BC段未发生变位与变形,则点A′的位移量可代表缩短量,即缩短量AA′=A′Bsinθ。通过估量,喀拉玉尔滚断裂发生右行走滑导致的阿瓦特背斜地层的变形量A′B约为3.4km,与原始地层的夹角θ约为36.6°。通过计算,阿瓦特背斜北翼地层通过喀拉玉尔滚断裂的拖曳作用所产生的地壳缩短量约为2.0km。因此,喀拉玉尔滚右行走滑断裂的总走滑断距为4.1～4.3km。值得注意的是,由于缺少错断地貌的对比标志,且本研究未考虑阿瓦特背斜和南翼地层变形及地层滑脱所吸收的部分缩短量,该估算结果也应该是喀拉玉尔滚断裂走滑断距的最小值。

图6 阿瓦特背斜北翼吸收缩短量的模式图

2.2 断裂活动时间

由于资料较少,学术界对喀拉玉尔滚断裂活动时间的认识仍存在较大争议。严俊君(1996)认为喀拉玉尔滚断裂主要发育于海西晚期—印支燕山期,断裂断穿古生界向上截止于白垩系底,说明古生代末期(可能包括三叠纪、侏罗纪)是断裂的主要活动期; 贺电等(2009)认为喀拉玉尔滚断裂带是由古生界NW向构造带继承演化而来,曾经历古生代强烈挤压构造运动、中生代平静沉积、新生代斜冲运动3期构造作用。过北喀背斜的NE向地震剖面显示喀拉玉尔滚断裂带自古近-新近纪以来至少经历了早期(中新世)的褶皱冲断和晚期(更新世)的右旋走滑; 唐鹏程等(2010)利用秋里塔格构造带和喀拉玉尔滚构造带的形成时间推断断裂的活动时间应为上新世晚期—现今。垂直切过喀拉玉尔滚断裂的地震反射剖面图(图5a)显示,基底古生界的地层基本呈水平状态,并未受到断裂影响,渐新统和中新统受到断裂影响的范围基本一致,而对于库车组以上的地层,断裂的影响范围越来越窄,说明受到的断层影响越来越小,到顶部的第四纪地层只被轻微错断。因此可以推断,上新世初期喀拉玉尔滚右行走滑断裂开始发育(唐鹏程等,2010)。

在高分辨磁性地层学的基础上,Zhang等(2018)对北喀背斜北翼出露良好的晚新生代沉积物开展了系统的构造磁学研究,结果表明北喀背斜在距今约5.3Ma时发生了明显的顺时针旋转,这可能是由喀拉玉尔滚断裂的右旋走滑活动所引起的。这与利用同构造沉积限定的构造变形时间也是一致的,表明北喀背斜在近SN向的构造挤压和水平剪切应力共同作用下形成。这也导致了断裂两侧构造应力状态的不同,即断裂东侧地层发生了强烈的褶皱变形,而西侧地层基本呈水平展布。这种横断层的发育与两侧的推覆构造具有同时性,且与晚新生代以来南天山造山带的强烈隆升同步发育。

此外,历史地震记录(图7)资料显示,近几十年以来,尽管沿喀拉玉尔滚断裂偶有地震发生,但地震强度相对较小,地震活动性整体较弱,表明喀拉玉尔滚断裂近现代的活动性已很弱。

图7 喀拉玉尔滚断裂附近的地震目录数据和震源机制解

综上所述,喀拉玉尔滚右行走滑断裂可能在上新世初期(距今约5.3Ma)开始活动,并一直持续至今,但其活动性已明显减弱。

3 断裂的形成机制

横断层是指走向与主构造走向线直交或呈大角度相交的伴生断层。根据横断层的形成机制,可将其分为基底活化型走滑横断层、盖层撕裂型走滑横断层和张性横断层(王伟峰等,2018)。在前陆盆地内,由于构造应力分布不均、地层岩性差别大等因素,前陆褶皱冲断带在逆冲过程中会发育规模、性质和成因各不相同的横断层,对冲断带的构造变形起到了重要作用,同时也对盆地内的沉积及油气成藏起到了控制作用。国内外学者开展了大量研究工作,认为横断层产生的原因可归结为2个方面:一方面,基底断裂的活化或不同强度岩层的强烈构造变形作用导致横断层主要发育于构造薄弱区(Zanchietal.,2012; 王伟锋等,2018); 另一方面,大型逆冲造山带内的逆冲量存在沿走向分布不均的情况(Price,2001; Stone,2003)。国内多位学者对塔里木盆地北部的断裂格架进行了系统、详细的研究,指出在塔北发育多条形成机制不同的横断层,包括伴生形成的横断层、由于后期应力场变化而滑脱形成的断层及基底卷入断层(王燮培等,1995)。

喀拉玉尔滚右行走滑断裂作为南天山前陆库车褶皱-冲断带上NNW向的主要横断层之一,前人对其形成机制的认识有很大争议。例如,张光亚(1997)认为该断裂的形成可能与塔里木板块的北界形态有关; 郭召杰等(2004)提出塔里木盆地北部NW向断裂的形成与帕米尔构造结有关; 贺电等(2009)认为喀拉玉尔滚断裂是由古生界NW向构造带经历了古生代、中生代和新生代3期构造变形演化而来; 另外一些研究认为该断裂是在雁列褶皱形成过程中伴生而成的(王燮培等,1995; 唐鹏程等,2010)。本文综合前人的研究成果及已有的数据结果,对喀拉玉尔滚断裂的形成机制进行了讨论。

首先,断裂两侧基底性质的差异是影响喀拉玉尔滚断裂形成的重要原因。从喀拉玉尔滚右行走滑断裂所处的构造部位来看,它是库车坳陷与温宿凸起的地质界线(图1)。温宿凸起的阻挡作用导致了断裂两侧应力状态的差异(郑民等,2007),对喀拉玉尔滚右行走滑断裂的形成起到了重要作用。大量地质证据表明,断裂东、西两侧的基底性质存在明显差异,断裂西侧的温宿凸起是一个古生代以来长期发育的古隆起,在中—新生代为古地形高带,可为南、北两侧提供物源(郑民等,2007)。晚新生代以来,温宿凸起北部的构造变形以却勒盐体的强烈逆冲推覆和基底变形导致的上覆层垂向强烈抬升为主,形成高角度逆冲断层,其变形前缘基本未变(唐鹏程等,2010),所吸收的地壳水平缩短量也相对较小; 而断裂东侧以沿膏盐层发育的大规模低角度逆冲断层及滑脱褶皱为主要特征,形成较宽缓的褶皱-冲断带,水平缩短量较大,地壳水平缩短量明显大于西侧。断裂东侧的变形前缘在上新世以来向S扩展约30km。断裂两侧地壳水平缩短量的差异导致新生代沉积盖层被撕裂,形成喀拉玉尔滚右行走滑断裂。在地震剖面上(图4),断裂两侧基底地层接近水平,并未变形,花状构造的影响范围仅局限在上覆地层中。因此,喀拉玉尔滚断裂属于薄皮构造,是典型的盖层撕裂型横断层。

其次,断裂两侧膏盐层厚度的差异也是影响断裂形成的重要因素。研究区深部地球物理资料解译结果表明,新生代膏盐沉积范围及厚度在断裂两侧差异明显,呈向W尖灭的趋势,喀拉玉尔滚断裂东部的膏盐层范围约为该断裂西部的3倍(唐鹏程等,2010)。膏盐层是研究区新生代沉积的主要特征,在库车前陆盆地构造变形中作为主要的滑脱层之一,对于盐上构造的发育和上隆具有重要作用。膏盐层极低的阻力和易流动的特性有利于盐构造的形成和发育(郑民等,2007)。构造应力由北向南传播到达喀拉玉尔滚断裂带时,东侧膏盐层较厚,摩擦系数小,有利于构造应力的传播,故东侧沿膏盐层的滑脱构造发育,形成高耸的秋里塔格构造带和喀拉玉尔滚构造带; 而西侧较薄的新生代膏盐层摩擦系数大,沿膏盐层的滑脱构造不发育,基本没有形成与东侧相对应的滑脱背斜,导致库车坳陷变形前缘存在明显区别,过渡位置发育喀拉玉尔滚断裂。

综上所述,喀拉玉尔滚断裂两侧基底性质的差异,使断裂两侧地壳的水平缩短量出现差异,从而导致新生代沉积盖层被撕裂; 且断裂的形成与膏盐层厚度的差异紧密相关,在挤压应力的作用下影响了盐上构造层的产生与演化,进而影响断裂的形成。此外,早期盐构造(盐底辟)的存在可能也在断裂形成过程中发挥了重要作用(Wuetal.,2014)。

4 构造意义

4.1 对地貌的控制作用

喀拉玉尔滚右行走滑断裂对地表地貌起着明显的控制和改造作用。该断裂西侧主要发育冲积扇相,地形较为平缓,而东侧由于膏盐层的分布变形剧烈,发育较丰富的地表构造,断裂在过渡位置形成,北喀背斜西北侧展现出明显线性断面,且阿瓦特背斜西侧沿同一方向向S拖曳。其次,断裂是水系展布的重要影响因素之一。库车坳陷在断裂活动影响下,其东、西部河流水系特征有很大区别(吴根耀等,2012),而位于坳陷西部的喀拉玉尔滚断裂作为一个盖层撕裂型断裂错断了两侧的河流沉积物,使喀拉玉尔滚河与其南面的玛扎手托格拉克河不能直接相连(汤良杰等,2006)。

4.2 对地壳缩短量的调节作用

喀拉玉尔滚断裂不仅调节了断裂两侧地层的地壳缩短量,而且可能对整个库车坳陷东、西两侧的地壳缩短量的分布有着重要影响。前人对库车坳陷的地壳缩短量做了大量研究工作(图8),得到库车坳陷西部北喀背斜、中喀背斜、阿瓦特背斜的缩短量分别为2.1～2.3km、0.9～1.1km、3.6～4.1km(Lüetal.,2019); 库车坳陷中部沿着克拉苏剖面库姆格列木背斜和喀桑托开背斜的缩短量约为6.3km(Tianetal.,2016); Burchfiel等(1999)估算得到坳陷南部的缩短量为6～7km。Tian等(2016)估算东秋里塔格构造带沿着库车河和克孜勒河的缩短量分别约为6.5km和5.8km。在库车坳陷东部,Zhang等(2014)根据平衡断面恢复法,将依奇克里克向东秋里塔格背斜的缩短量约束约为13.95km,其中东秋里塔格背斜的缩短量约为7.46km。Hubert-Ferrari等(2005)量化得到库车东部最南端的亚肯背斜的缩短量约为1.2km。

图8 库车坳陷SN向缩短量的研究结果

依据上述前人的研究成果可估算得库车坳陷东部SN向的缩短量约为15.15km,坳陷中部的缩短量约为12.3～13.3km,坳陷西部的缩短量仅约6.6～7.5km,即库车坳陷从东部向西部缩短量逐渐减小,而这一结论与库车坳陷构造变形整体应表现出西强东弱的状态相悖。造成这一现象的可能原因有:首先,盐层在滑移中可发挥重要作用。在库车坳陷中古近系库姆格列木组膏盐层、新近系吉迪克组膏盐层等构成了非常重要的区域性滑脱层。其中,坳陷西部的古近系库姆格列木组分布范围广、厚度大,厚度可达100～2000m以上; 而东侧吉迪克组的膏盐层规模相对较小(苗继军等,2005)。膏盐层的存在可以调节上、下地层之间或EW走向上由于挤压作用引起的差异应变(王清华等,2004)。库车坳陷受构造挤压作用向S扩展时,其西侧地层沿膏盐层变形滑脱,缩短量较东部地层小。其次,喀拉玉尔滚断裂的走滑活动吸收了库车坳陷西部部分变形缩短量,该断裂的调节作用使得断裂西侧乌什—温宿地区的压缩量小,而东侧库车地区的压缩量相对较大。且喀拉玉尔滚断裂与塔里木盆地北部地区其他几条NW向走滑断裂共同构成了调节带,使得塔里木盆地北部地区出现东、西构造分段性。上述2个方面原因共同导致了这种现象。

4.3 对油气资源的控制作用

在实际的勘探开发中发现,断裂对油气资源的聚集有着控制作用,具体表现为对圈闭构造、油气运移与存储方面的影响(贾承造等,1995)。喀拉玉尔滚断裂为压扭性断裂,且其东侧的雁列褶皱形态完整,闭合度高,是天然的储油圈闭构造,这使得该断裂不仅对油气的运移有影响,并且对储层的发育有控制作用,为油气的聚集与存储提供了良好条件。

5 结论

(1)喀拉玉尔滚断裂向N延伸穿过了阿瓦特背斜,总体延伸约40km,导致了北喀背斜的形成和阿瓦特背斜北翼地层向N拖曳的现象,而中喀背斜和南喀背斜的形成与该断裂活动关系不大,走滑断距约达4.1～4.3km。

(2)基于地震反射剖面、历史地震记录等资料,发现喀拉玉尔滚右行走滑断裂可能于上新世初期(距今约5.3Ma)开始活动,并一直持续至今,但其活动性已明显减弱。喀拉玉尔滚断裂的活动与北喀背斜的变形时间相对应,这与利用同构造沉积限定的构造变形时间也是一致的,表明北喀背斜是在近SN向的构造挤压和水平剪切应力共同作用下形成的。这种横断层的发育与两侧的推覆构造具有同时性,且与晚新生代以来南天山造山带的强烈隆升同步。

(3)喀拉玉尔滚断裂的形成与其两侧的基底性质、膏盐层厚度的差异紧密相关。前者影响了断裂两侧地壳水平缩短量的差异,进而导致了新生代沉积盖层被撕裂,形成了喀拉玉尔滚右行走滑断裂; 后者在挤压应力的作用下影响了盐上构造的产生与演化,从而对断裂的形成发育产生影响。

(4)喀拉玉尔滚断裂对其两侧甚至整个库车坳陷东、西端的地壳缩短量有一定的调节作用,整体上呈现从东侧向西侧逐渐减小的特征。此外,喀拉玉尔滚断裂对地质地貌、油气资源的运移与聚集具有一定影响。

致谢中国地震局地质研究所包国栋在高分辨率影像解译方面提供了帮助; 审稿专家对本文提出了宝贵建议。在此一并表示感谢!