塔里木盆地西北缘沙井子断裂带的构造特征与形成演化*

2024-03-08孙崇浩罗新生杨鹏飞缪卫东黄智斌

地质科学 2024年1期

孙崇浩周慧罗新生杨鹏飞缪卫东石磊黄智斌

（1.中国石油塔里木油田公司新疆库尔勒 841000；2.中国石油勘探开发研究院北京 100083）

塔里木盆地西北缘的沙井子断裂带是一条较大规模的边界断裂，分隔塔北隆起的温宿凸起和北部坳陷的阿瓦提凹陷，属于盆地的一级断裂。沙井子断裂与其下盘的英雄断裂、沙南断裂，及其上盘的温宿断裂，共同组成了一条向西南收敛，向东北撒开的大型断裂带——沙井子断裂带（图1～图6）。沙井子断裂是主干断裂，英雄断裂、沙南断裂和温宿断裂是其分支断裂。其中，沙井子断裂和英雄断裂在塔里木石油会战前就已经发现，已经有约40 年的研究历史。沙南断裂是在阿瓦提凹陷西北缘油气勘探过程中发现的，也已经有约20 年的勘探和研究历史，不过，以往很少将其作为沙井子断裂的分支断裂（齐英敏等，2012；李曰俊等，2013；Li et al.，2015a；刘亚雷等，2022）。温宿断裂是本轮地震解释的新发现，位于沙井子断裂上盘，是沙井子断裂最大的一条分支断裂。

图1 沙井子断裂带的组成和展布Fig.1 Compositon and distribution of the Shajingzi fault zone

温宿凸起早期曾经作为塔里木盆地周缘4 大盆缘断隆之一——柯坪断隆的一部分，是柯坪断隆的东段，称为阿克苏段（贾承造等，1992；贾承造，1997；李曰俊等，2000a；张君峰等，2023）。1999 年起，将其划归塔北隆起，作为塔北隆起的一个次级构造单元，并正式命名为“温宿凸起”；原柯坪断隆的中、西段被称为柯坪褶皱冲断带（李曰俊等，2000，2012）。近年来，中国地调局油气资源调查中心和中石油塔里木油田，将原柯坪断隆（包括温宿凸起和柯坪褶皱冲断带）全部划归塔里木盆地，作为盆地内的构造单元，分属于塔北隆起（温宿凸起）、中央隆起（柯坪凸起）和西南坳陷（西天山冲断带）（张君峰等，2019，2023；刘亚雷等，2022）。由此，沙井子断裂带也就由盆缘断裂变成了盆地内的一级断裂。

作为温宿凸起与阿瓦提凹陷之间的边界断裂，沙井子断裂及其分支断裂在塔里木盆地地质研究中的重要意义是不言而喻的。近年来，针对该构造带的油气勘探也不断取得突破。中曼温宿油田的发现，新苏地1 井和托探1 井油气勘探的突破，以及沙南2 井等良好的油气显示，都是沙井子断裂带油气勘探的重要成果，证实沙井子构造带是一个油气富集区带。新发现的温宿断裂经过中曼温宿油田，对中曼温宿油田的油气运聚成藏起着关键性作用。沙井子断裂带是塔里木盆地一个新的断控型油气富集区带，值得深入研究。

1 新发现的温宿断裂是沙井子断裂带的一条大型分支断裂

温宿断裂是我们本轮地震资料解释过程中发现的一条断裂。它位于沙井子断裂的上盘，是沙井子断裂派生出来的一条分支断裂，倾向SE，与沙井子断裂呈背冲关系，走向NE-SW，与沙井子断裂近于平行，长160 余千米，与沙井子断裂的长度大致相当（图1～图6）。

温宿断裂西南段断距大，新生代活动强，断裂直接断至地表，地震剖面上显示清晰（图2，图3）。呈背冲组合关系的温宿断裂和沙井子断裂，将其夹持的岩块向上挤出至地表，形成温宿凸起东南缘NE-SW 向延伸的长条状山脉，出露阿克苏片岩和上前寒武系—古生界的沉积地层。温宿断裂向上一直断至地表；沙井子断裂则仅断至新生界中-下部，未断穿新生界。沙井子断裂带西南段，温宿断裂的活动性强于沙井子断裂。温宿断裂上，新近系经常直接不整合于阿克苏片岩之上，上前寒武系至古近系全部缺失，不利于断层活动性分析。借鉴南侧沙井子断裂上方的不整合和生长地层分析断层活动性。古近系底和新近系底是两个明显的不整合，代表两个冲断加速期。中—新生界生长地层指示断裂在中—新生代持续的断裂活动。断裂最早期的活动证据见于断裂带东北段的地震剖面（图5，图6），是志留系底的不整合，代表晚加里东期的冲断作用和温宿凸起的隆升。这一不整合，在断裂带西南段和中段都不明显（图2～图4）。沙井子断裂和温宿断裂所夹持的断块内，不整合于南华系—震旦系之下的阿克苏片岩的片理发生褶皱变形，形成背形构造（图4～图6）。

图3 B-B'地震剖面上的沙井子断裂带（剖面位置见图1）Fig.3 The Shajingzi fault zone on B-B'seismic profile（see location in Fig.1）

图4 C-C'地震剖面上的沙井子断裂带（剖面位置见图1）Fig.4 The Shajingzi fault zone on C-C'seismic profile（see location in Fig.1）

图5 D-D'地震剖面上的沙井子断裂带（剖面位置见图1）Fig.5 The Shajingzi fault zone on D-D'seismic profile（see location in Fig.1）

图6 E-E'地震剖面上的沙井子断裂带（剖面位置见图1）Fig.6 The Shajingzi fault zone on E-E'seismic profile（see location in Fig.1）

沿断裂带向北东追溯至中段的C-C'剖面（图4）。温宿断裂新生代的活动性明显减弱。断层断距大幅度减小，且向上断至上新统的底后停止，未断开上新统及以上地层。不过，上新统—第四系明显的生长地层，说明断裂带在上新世—第四纪仍有明显的活动性。

温宿断裂的东北端，温宿断裂的活动性减弱，沙井子断裂的活动性相对加强（图5，图6）。温宿断裂向上断至新生界（新近系）的底后停止，未断开新生界的底，没有进入新生界；上方的新生界没有变形，也未发育生长地层。这说明温宿断裂在新生代（起码晚新生代）已经停止了活动。沙井子断裂上方，新生界发育正断层组成的负花状构造，代表张扭性剪切作用，是一期全新的构造变形。

地表见到的上石炭统—下二叠统康克林组与下伏志留系—泥盆系之间的不整合（图7），可能代表沙井子断裂带的另一期冲断作用。

图7 沙井子断裂带四石场剖面上康克林组不整合于依木干他乌组之上Fig.7 The Kangkelin Formation unconformably overly the Yimugantawu Formation，Sishichang section in the Shajingzi fault zone

2 沙南断裂是沙井子断裂带/冲断带前锋的反冲断层

沙南断裂位于沙井子断裂的下盘，英雄断裂南侧，是沙井子断裂带最南侧的一条分支断裂（图1，图5，图6）。以往的研究，一般是将它视作一条独立的断裂，甚至将其归为阿瓦提凹陷内部的一条断裂，不归属沙井子断裂带（齐英敏等，2012；李曰俊等，2013；Li et al.，2015a；张君峰等，2019，2023；刘亚雷等，2022）。

地震剖面上，沙南断裂带的中寒武统具有明显的透镜状加厚，显示沿中寒武统膏盐层滑脱的薄皮构造特征（图5，图6）。但是，沙南断裂是一条南倾的逆冲断层，以往的解释方案有一个令人困惑的问题，即由南向北滑脱—冲断的地层缩短量由谁提供？阿瓦提凹陷内缺乏沿中寒武统膏盐层由南向北滑脱—冲断的构造变形，无法为沙南断裂带的构造变形提供所需的地层缩短量，构造变形上难以平衡。

本轮地震解释，将沙南断裂解释为英雄断裂前锋的反冲断层，是温宿冲断带的前锋。根据不整合和生长地层，沙南断裂可能在志留系沉积前就已经形成雏形，主活动期是中生代。三叠系沉积前、白垩系沉积前、古近系沉积前，是其3 个冲断高峰期；中新世构造变形微弱，上新世—第四纪构造稳定，基本上没有构造变形。沙南断裂的变形过程与英雄断裂基本一致，显示两者具有密切的成因联系。将沙井子断裂解释为英雄断裂前缘的反冲断层，较好地解决了构造变形的平衡问题，构造变形机理也更为合理。

3 沙井子断裂带的形成演化

根据不整合和生长地层分析，沙井子断裂带存在多期断裂活动（图8，图9）。

图8 沙井子断裂带（东北段）的形成演化Fig.8 Formation and evolution of the Shajingzi fault zone（NE segment）

图9 沙井子断裂带（西南段）构造演化剖面Fig.9 Formation and evolution of the Shajingzi fault zone（SW segment）

虽然温宿古隆起的演化历史最早可以追溯到晚前寒武纪，其雏形可能在震旦纪就已经形成，但是，现有的地震资料尚找不到沙井子断裂带晚前寒武纪—奥陶纪活动的确切证据。有可靠证据证实的沙井子断裂带最早的断裂活动时间是奥陶纪末—志留纪初（图8a、图8b，图9a、图9b），这是沙井子断裂带的形成期。这期断裂活动最可靠的证据是志留系与奥陶系之间的不整合（图5，图6）。这也是塔北隆起的一个重要的隆升期（孙龙德等，2004；李曰俊等，2012，2014；黄少英等，2020）。

这期断裂活动的强度可能并不是很大。当时的阿克苏古隆起的隆升主要是依靠弯曲变形实现，部分由断裂活动提供。这期构造变形的动力来自晚奥陶世—早志留世发生的塔里木—柴达木碰撞造山作用（郝杰等，2006；齐英敏等，2012；李曰俊等， 2014；刘云祥等， 2014； Zhang et al.，2014；Li et al.，2015a，2016a，2022；张建新等，2015；杨海军等，2016；黄少英等，2021；吴玉等，2021；周慧等，2022）。其中，英雄断裂根部为基底卷入型逆冲断层；向南推进的过程中，演变为沿中寒武统膏盐层的滑脱断层，其上盘具有断弯褶皱的特征；继续向南推进，最终到达沙南断裂的位置，形成低幅度的滑脱褶皱。当时，沙南一带的构造变形以滑脱褶皱为特征，可能还没有形成沙南断裂（图8b，图9b）。

泥盆纪末—石炭纪初是塔里木盆地西北部较明显的构造变形期，最明显的证据是这里广泛分布的石炭系与下伏地层之间的不整合。沿沙井子断裂带，上石炭统—下二叠统（康克林组）不整合于志留—泥盆系（依木干他乌组—克孜尔塔格组）不同层位之上（图7）。乌什南见下石炭统（蒙达勒克组）不整合于志留系柯坪塔格组之上（图10）。该不整合面之下的最新地层是泥盆系克孜尔塔格组，不整合面之上的最老地层是下石炭统蒙达勒克组，所以，不整合形成的时间应该是泥盆纪末—石炭纪初。这就是沙井子断裂带中海西期断裂活动的起始时间。该期活动一直持续到晚石炭世（康克林组沉积前）才结束（图8c，图9c）。

图10 乌什南剖面蒙达勒克组不整合于柯坪塔格组之上Fig.10 The Mengdaleke Formation unconformably overlie the Kepingtage Formation，south to the Wushi Town

沙井子断裂带中生代有多次活动，反映在中生代生长地层和三叠系底、白垩系底和古近系底的不整合（图2～图6）。三叠系底的不整合代表的是南天山的碰撞造山作用（图8d，图9d）（李曰俊等，2009，2010；李洪辉等，2020；Wen et al.，2020）；白垩系底的不整合可能是古双湖洋闭合的远程效应（图8e，图9e）；古近系底不整合是拉萨地块与亚洲大陆碰撞的远程效应（图8f，图9f）。

沙井子断裂带新生代明显的断裂活动起始于古近纪末—新近纪初，持续至第四纪，是印度—亚洲碰撞远程效应的结果。断裂活动以大规模的冲断为主；新近纪晚期（上新世）—第四纪早期，沿沙井子断裂带曾经发生张扭性剪切变形，代表印度—亚洲碰撞远程效应期间的一个构造间歇期（图8g～图8i，图9g～图9i）（齐英敏等，2012；李曰俊等，2013；Li et al.，2015b，2016b；张强等，2016；杨素举等，2017；张洪安等，2017；李洪辉等，2019）。