庫車坳陷中秋構造轉換帶三維構造模型及成因機制分析

謝會文, 汪 偉, 徐振平, 尹宏偉, 羅浩渝, 楊庚兄, 章學歧, 段云江

庫車坳陷中秋構造轉換帶三維構造模型及成因機制分析

謝會文1, 汪 偉2*, 徐振平1, 尹宏偉2, 羅浩渝1, 楊庚兄2, 章學歧1, 段云江1

(1. 中國石油 塔里木油田公司 勘探開發研究院, 新疆 庫爾勒 841000; 2. 南京大學 地球科學與工程學院, 江蘇 南京 210046)

分段變形是褶皺沖斷帶的典型特征之一, 揭示分段變形構造轉換帶的變形特征與成因機制是深入解析褶皺沖斷帶變形機制的關鍵。通過典型剖面解析和三維構造模型, 對庫車坳陷東、西段構造轉換區域的中秋構造轉換帶進行系統的分析。中秋構造轉換帶具有垂向分層變形的特征, 鹽上層構造差異表現為構造變形傳播的距離向東減小, 導致鹽上層秋里塔格背斜走向角度的改變。鹽下層構造差異位于鹽下沖斷變形構造的前緣, 自西向東, 鹽上和鹽下分層變形減弱, 構造樣式由鹽上層滑脫變形和鹽下層等距離逆沖構造向鹽上和鹽下層一體楔體逆沖轉變。中秋構造轉換帶鹽下層變形前緣的構造樣式差異主要通過雁行排列的斷層來調節, 庫姆格列木群膏鹽層和吉迪克組膏鹽層在該區域的轉換是控制構造轉換帶的重要因素。同時差異變形的傳播范圍在構造轉換帶前緣形成壓扭應力環境, 使得雁行次級斷裂走向為北東向。構造轉換帶內部雁行排列的次級斷裂形成的圈閉與克拉蘇構造帶鹽下圈閉的儲蓋組合模式類似, 是有利的油氣富集區域。但是有限的分布范圍和壓扭的應力環境是該區域油氣勘探面臨的挑戰。

庫車坳陷; 構造轉換帶; 鹽構造; 三維構造分析; 雁行斷層

0 引 言

褶皺沖斷帶構造特征與變形機制一直以來都是構造變形研究的熱點問題。在褶皺沖斷帶構造變形中, 構造樣式常沿走向發生變化(Davis and Engelder, 1985; Higgins et al., 2007)。導致構造樣式沿走向變化的因素很多, 例如滑脫層性質、沉積相差異、同構造沉積和剝蝕等(Cotton and Koyi, 2000; Reiter et al., 2011; Wang et al., 2013, 2015, 2016; Zhou et al., 2016)。對褶皺沖斷帶分段變形機制的研究對于深化褶皺沖斷帶構造特征與變形機制理論具有重要的意義。

庫車坳陷位于塔里木盆地北緣, 受新生代歐亞板塊碰撞遠程效應的影響, 形成了多排褶皺沖斷構造(Molnar and Tapponnier, 1975; Yin et al., 1998)。受區域滑脫層性質和分布差異、古隆起等因素的影響, 庫車前陸褶皺沖斷體系具有東西分段的變形特征, 東、西段的構造樣式和變形傳播距離等差異顯著(湯良杰等, 2006; 李曰俊等, 2008; Neng et al., 2018), 分段差異演化的成因機制一直以來都是庫車前陸褶皺沖段帶構造研究的熱點問題?；谝巴獾刭|調查和地震資料, 前人對庫車坳陷東、西段的構造樣式進行了精細的解析, 建立了庫車坳陷東、西段典型的構造模型(Li et al., 2012; 李艷友和漆家福, 2013; 李維波等, 2017; 滕學清等, 2017; 楊克基等, 2018; 張瑋等, 2019)。其中庫車坳陷西段主要構造特征為鹽上層發育滑脫褶皺, 鹽下層發育逆沖疊瓦構造, 鹽上層構造變形傳播范圍大于鹽下層(汪新等, 2010)。東段構造特征為鹽上層發育滑脫褶皺變形, 鹽下層發育由東秋斷裂控制的斷層轉折褶皺構造, 鹽上和鹽下層變形前緣的位置一致(圖1)?；跇嬙旖馕? 學者們普遍認為膏鹽層性質的差異和先存斷裂是影響庫車坳陷東、西段差異變形的重要因素(湯良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; 漆家福等, 2009)。但是, 上述研究主要側重于庫車坳陷東、西段典型剖面的構造樣式對比和分析, 對于庫車坳陷中這兩種構造樣式轉換機制仍缺乏細致的研究, 其構造轉換模型仍不明確。此外, 庫車坳陷西段淺部滑脫層是古近系庫姆格列木群膏鹽層, 東段淺部滑脫層是新近系組膏鹽層, 這兩套淺部滑脫層的差異對構造樣式轉換的影響也有待進一步分析。

庫車坳陷油氣資源豐富, 是我國重要油氣勘探區域。廣泛發育的褶皺沖斷構造和豐富的油氣資源使得該區域成為將構造變形研究和油氣勘探相結合的熱點區域。隨著庫車坳陷油氣勘探的不斷進行和對庫車褶皺沖斷帶構造認識的不斷深入, 庫車坳陷東、西構造轉換區域成為庫車前陸褶皺沖斷帶油氣勘探的潛力區域。2018年在該區域鉆探的中秋1井取得突破, 顯示構造轉換帶區域油氣勘探潛力巨大(杜金虎等, 2019; 李劍等, 2020), 但是由于構造轉換區域構造變形復雜, 對其變形機制缺乏認識, 導致該區域油氣勘探仍然面臨巨大的挑戰。

綜上, 對庫車坳陷東、西段構造轉換區域開展精細研究, 剖析其構造特征與變形機制, 不僅可以深化庫車前陸褶皺沖斷體系的認識, 也可以進一步擴大該區油氣勘探思路。本文以庫車坳陷東、西段構造轉換區的中秋構造帶為研究對象, 通過典型剖面解析, 分析構造樣式沿走向的變化特征, 通過連續分布的三維地震剖面, 建立研究區三維構造模型, 刻畫斷裂沿走向的傳播機制, 分析中秋構造帶的構造轉換特征和成因機制。

1 區域地質概況

庫車坳陷可以分為北部構造帶、克拉蘇構造帶、秋里塔格構造帶、烏什凹陷、拜城凹陷、陽霞凹陷和南部斜坡帶7個次級構造單元(圖1)。其中克拉蘇構造帶和秋里塔格構造帶擠壓變形強烈, 發育復雜褶皺與沖斷構造。庫車坳陷卷入新生代構造變形的地層主要是中生界和新生界, 其中中生界主要發育陸相砂泥巖組合; 新生界下部發育膏鹽層沉積, 上部主要為砂礫巖、砂巖和泥巖(湯良杰等, 2006; 汪新等, 2010; 唐鵬程等, 2015)。在沉積層序中發育的三套軟弱層, 分別是新近系吉迪克組膏鹽層、古近系庫姆格列木群膏鹽層和侏羅系煤層, 其中吉迪克組膏鹽層主要分布在庫車前陸褶皺沖斷帶東段, 庫姆格列木群膏鹽層主要分布在西段, 侏羅系煤層在東西段均廣泛分布(圖1a), 這些軟弱層對庫車前陸褶皺沖斷帶構造變形具有重要的控制作用。

吉迪克組膏鹽層和庫姆格列木群膏鹽層不僅分布范圍存在差異, 其性質也不相同。地震剖面顯示庫姆格列木群膏鹽層流動性較強, 在庫車坳陷西段形成了大宛齊、吐孜瑪扎、南秋里塔格和北秋里塔格四個規模較大的鹽背斜, 鹽背斜沿走向延伸可達近百公里。庫車坳陷東段吉迪克組膏鹽層流動性較弱, 主要在東秋背斜區域形成鹽背斜構造。本次研究選取庫車坳陷東、西段鉆遇鹽背斜的克深5井和東秋8井巖性圖, 對兩套膏鹽層的差異進行對比?？松?井鉆井資料顯示, 庫車坳陷西段的庫姆格列木群膏鹽層主要以鹽巖層為主, 純度高, 厚度可達3 km; 東秋8井中吉迪克組膏鹽層厚度約為1.5 km, 純鹽層厚度在200～400 m之間, 中間夾有石膏層、砂巖層和頁巖層(圖2)。新生界中膏鹽層是控制庫車前陸褶皺沖斷帶構造演化的淺部滑脫層, 庫姆格列木群和吉迪克組膏鹽層性質和空間分布的差異, 對庫車前陸褶皺沖斷帶沿走向的分段變形具有重要的影響。

2 中秋構造帶構造特征

中秋構造帶位于庫車坳陷東、西段轉換區域。地表構造分布特征顯示, 構造前緣的秋里塔格構造帶變形傳播距離在研究區快速向北遷移, 與克拉蘇構造帶在此交匯, 構造樣式復雜(圖3)。其中克拉蘇構造帶發育的喀桑托開背斜向東逐漸尖滅, 秋里塔格構造帶內部發育的南秋里塔格背斜和東秋背斜在此交匯。此外, 雙層滑脫和分層變形是庫車坳陷典型的構造特征, 中秋構造帶位于庫車前陸褶皺沖斷帶西段庫姆格列木群膏鹽層和東段吉迪克組膏鹽層的交匯區域, 雙層膏鹽層的存在進一步增加該區域的構造復雜性。為了分析中秋構造帶的構造樣式沿走向的變化特征, 我們在研究區西部、中部和東部選取三條三維地震剖面來分析其構造特征。

圖2 庫車坳陷西段庫姆格列木群膏鹽層和東段吉迪克組膏鹽層鉆井巖性(井位置見圖1a)

圖3 庫車坳陷中秋構造帶地質圖

2.1 西部典型剖面A

西部典型剖面A由克深三維區和中秋三維區資料拼接而成(圖4), 自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(圖3)。構造剖面解析顯示, 受到膏鹽層的影響, 構造變形具有明顯的垂向分層特征。剖面中兩套膏鹽層均有沉積, 但是分布位置存在差異。庫姆格列木群膏鹽層在南、北部連續分布, 分隔鹽上和鹽下層變形, 其中鹽上層發育滑脫褶皺變形, 鹽下層主要發育以三疊系底界為滑脫層、古近系為頂板的沖斷疊瓦構造變形; 吉迪克組膏鹽層僅發育在剖面南部區域, 向北地層發生相變, 成為碎屑巖沉積(圖4)。

鹽上層滑脫褶皺變形主要發育在克拉蘇構造帶和秋里塔格構造帶, 兩者之間以寬緩的拜城凹陷相連接。拜城凹陷在庫車坳陷西段中部區域南北向寬度最大, 向東逐漸變窄。西部剖面中的鹽下層構造特征與庫車前陸褶皺沖斷帶西段典型剖面相似, 但鹽上層構造特征仍存在差異。吉迪克組膏鹽層使得新生代滑脫構造在北側沿古近系滑脫, 向南逐漸轉變為新近系滑脫, 吉迪克組膏鹽層之上發育逆沖構造, 南部地層沿膏鹽層逆沖至北部地層之上形成秋里塔格山。兩套膏鹽層中間有近1 km厚的沉積地層, 成為鹽間夾層, 發育斷層或揉皺變形。

2.2 中部典型剖面B

中部剖面B自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和南秋里塔格背斜(圖3), 主要發育有兩套膏鹽層, 分別是西段的庫姆格列木群膏鹽層和東段的吉迪克組膏鹽層。庫姆格列木群膏鹽層向南厚度明顯減薄, 并在秋里塔格構造帶逐漸發生相變, 膏鹽層消失(圖5)。吉迪克組膏鹽層只局限在東秋背斜下方, 其秋里塔格構造帶向北也逐漸發生相變。受到膏鹽層分布差異的影響, 在剖面北部, 鹽上地層組合主要沿庫姆格列木群膏鹽層進行滑脫, 形成一排沖斷構造; 在剖面南部, 鹽上地層組合主要沿吉迪克組膏鹽層滑脫, 形成一排反沖構造。鹽下構造變形主要受到深部滑脫層控制, 在北部發育由一系列逆沖斷層組成的疊瓦構造變形。隨著變形向南傳播, 構造樣式發生變化, 與西段剖面中鹽下層等距離逆沖構造不同, 在拜城凹陷下方鹽下層形成微弱的褶皺變形帶, 在南秋里塔格背斜鹽下層形成一排沖斷構造。

N2k～Q. 庫車組和第四紀; N1-2k. 康村組; N1j. 吉迪克組; E2-3s. 蘇維依組; E1-2KM. 庫姆格列木群; J2～K. 中侏羅統和白堊系; T～J2. 三疊系和中侏羅統; PreMz. 前中生界。

2.3 東部典型剖面C

東部剖面C自北向南依次穿過喀桑托開背斜、拜城凹陷和東秋背斜(圖3)。剖面中仍然存在兩套膏鹽層, 北側主要為庫姆格列木群膏鹽層, 南側為吉迪克組膏鹽層。相比其西側的剖面A和B, 剖面C中庫姆格列木群膏鹽層的厚度進一步減薄, 并且中部的地層反射連續清晰, 表明庫姆格列木群開始向泥頁巖沉積轉變, 導致研究區北部靠近擠壓端有部分區域鹽層沉積缺失(圖6)。膏鹽層上覆地層構造樣式, 在剖面北側沿庫姆格列木群膏鹽層滑動, 在剖面南側轉變為沿著吉迪克組膏鹽層滑動(圖6)。在東秋背斜處, 鹽上背斜核部破裂發育斷層, 南部地層逆沖到北部地層之上; 在喀桑托開背斜處, 北部地層則在背斜核部沿著斷層逆沖到南部地層之上。鹽下層構造北部主要發育一系列以三疊系底界為滑脫層的逆沖斷層, 前緣的滑脫構造帶主要發育大型斷背斜構造, 斷背斜下方的東秋斷裂斷距大, 并向東斷距持續增大, 形成斷層轉折褶皺(徐振平等, 2016)。

2.4 構造沿走向的展布特征

上述典型剖面分析顯示, 研究區鹽上層構造樣式沿走向差異較小, 但是鹽下層構造樣式沿走向差異明顯。研究區鹽上層構造主要由北側的喀桑托開背斜與南側的南秋里塔格背斜和東秋背斜組成, 在兩者之間形成拜城凹陷。其中喀桑托開背斜是沿庫姆格列木群膏鹽層滑脫的北傾逆沖構造, 南秋里塔格背斜和東秋背斜均是沿吉迪克組膏鹽層滑脫的南傾反沖構造。在研究區西側雙層膏鹽層發育區域, 鹽間泥頁巖夾層發育揉皺和沖斷構造(圖4)。依據構造特征變化, 鹽下構造層可以分為北緣的疊瓦構造帶和擠壓前緣的滑脫構造帶(圖7)。疊瓦構造帶主要以發育在喀桑托開背斜下方的緊密排列的逆沖斷層為主要特征; 滑脫構造帶主要以鹽下構造層中發育單個或數個間隔較遠的逆沖構造為主要特征。三條剖面中疊瓦構造帶內構造樣式一致, 均發育由數條逆沖斷層組成的疊瓦楔體構造, 構造抬升明顯, 喀桑托開背斜核部受到剝蝕。鹽下構造層前緣的滑脫構造帶則表現出明顯的構造差異性。西部剖面A中滑脫構造帶主要由兩條等距離傳播的逆沖斷層組成, 斷層之間的距離約為12 km(圖7a)。在中部剖面B中, 鹽下層滑脫構造帶只發育一條位于擠壓前緣的逆沖斷裂, 距疊瓦構造帶約17 km, 在逆沖斷裂和疊瓦構造帶之間形成一些褶皺變形(圖7b)。在東部剖面C中, 鹽下層主要發育大型楔體構造, 由深部的逆沖斷裂(東秋斷裂)和淺部的反沖斷裂組成, 東秋斷裂距疊瓦構造帶之間的距離增大到20 km (圖7c)。此外, 鹽上和鹽下層構造分層變形沿走向也存在變化, 在疊瓦構造帶變形區, 鹽上和鹽下層分層變形明顯; 在滑脫變形區, 鹽上和鹽下層分層變形自西向東逐漸減弱, 拜城凹陷下方鹽下層的構造樣式由西部剖面中的逆沖構造轉變為中部的褶皺變形, 再向東部轉變為由深部逆沖斷層和淺部反沖斷層組成的楔體構造。

圖5 研究區中部地震剖面B(a)及其解析圖(b)(橫縱等比例尺, 位置見圖3, 地層符號說明同圖4)

圖6 研究區東部地震剖面C(a)及其解析圖(b)(橫縱等比例尺, 位置見圖3, 地層符號說明同圖4)

圖7 典型剖面構造樣式對比解析(橫縱等比例尺, 地層符號說明同圖4)

上述構造樣式解析也呈現了克拉蘇構造帶與秋里塔格構造帶的關系。前人研究中, 克拉蘇構造帶范圍通常是依據鹽下逆沖構造帶的展布區域來定義, 而秋里塔格構造帶范圍是依據鹽上層最前緣的一排背斜構造的展布區域來定義。在庫車坳陷西段由于厚層膏鹽的滑脫作用, 鹽上層構造變形傳播范圍大于鹽下逆沖構造, 因此自北向南可以分為克拉蘇構造帶、拜城凹陷和秋里塔格構造帶。而自西向東, 庫姆格里木群膏鹽層厚度逐漸減薄, 沉積范圍變窄, 并逐漸過渡到吉迪克組膏鹽層, 導致鹽上和鹽下構造分層變形減弱, 鹽上秋里塔格構造帶位置逐漸北移和克拉蘇構造帶重合。

綜上, 中秋構造帶是庫車坳陷克拉蘇構造帶與秋里塔格構造帶開始重合的區域, 鹽下層構造變形與庫車坳陷西段克拉蘇鹽下層構造相連, 鹽上層構造連接了庫車坳陷西段遠距離傳播的南秋里塔格背斜和東段近距離傳播的東秋背斜。構造帶內靠近擠壓端的構造樣式沿走向一致, 主要差異位于鹽下層擠壓變形前緣, 表現為等距離滑脫沖斷構造向斷層轉折褶皺的轉變。為了進一步精細解析鹽下層擠壓前緣構造特征沿走向的差異及其演化機制, 我們通過6條連續分布的三維地震剖面, 來構建鹽下層擠壓變形前緣逆沖滑脫構造帶的三維模型。

3 庫車坳陷中秋構造帶構造特征與成因機制

3.1 中秋構造轉換帶三維結構分析

本次研究選取6條中秋1三維區地震剖面進行構造沿走向差異特征分析(圖8)。通過6條剖面對比分析, 追蹤斷層沿走向的延伸, 建立中秋構造帶的三維構造模型, 討論構造轉換帶的構造特征與成因機制(圖9)。

剖面顯示, 鹽上層構造樣式在6條剖面中保持一致, 都發育以膏鹽層為滑脫層的反沖構造, 南部地層沿斷層反沖到北部地層之上; 但是自西向東, 鹽上層構造中反沖斷層及相關背斜的發育位置逐漸向北移動, 表明構造變形傳播范圍自西向東逐漸變窄。同時構造走向自西向東也存在變化, 剖面1～5中, 鹽上層構造走向與東西向的夾角是29°, 在剖面5～6之間增大至44°, 然后向東又逐漸減小至近東西向。膏鹽層沿走向的差異主要表現為膏鹽層沉積層位和沉積范圍。在研究區西部剖面1中, 膏鹽層主要沉積在古近系庫姆格列木群, 該膏鹽層也是鹽上層變形的主要滑脫層, 同時吉迪克組膏鹽層在剖面1最南端也有部分沉積, 使得秋里塔格構造帶并不是簡單的沿庫姆格列木群膏鹽層滑脫, 還有沿吉迪克組膏鹽層滑脫, 兩套膏鹽層之間的蘇維依組和鹽間的泥頁巖層形成揉皺變形。沿著走向向東, 庫姆格列木群膏鹽層厚度逐漸減薄, 而吉迪克組膏鹽層厚度則持續增大, 剖面6中顯示庫姆格列木群膏鹽層完全消失。此外, 兩套膏鹽層的沉積范圍沿走向也存在差異, 庫姆格列木群膏鹽層主要沉積在研究區西北部, 而吉迪克組膏鹽層沉積在研究區東南部, 兩者在研究區構造變形前緣交匯融合, 在研究區北部則存在鹽層缺失區域(圖8)。

圖8 連續剖面分布位置圖

圖9 庫車坳陷中秋構造轉換帶三維地質模型

相比于鹽上層構造變形, 中秋構造帶鹽下層構造樣式更加復雜。上述典型地震剖面的解析表明, 鹽下層構造樣式自西向東沿走向由薄皮逆沖斷層向大型斷層轉折褶皺轉變, 同時構造變形的范圍也逐漸變窄。本次研究針對鹽下層構造進行了精細的解析, 識別出三條主要斷層: F1、F2和F3。其中斷層F3(即東秋斷裂)是控制庫車坳陷東部構造的重要斷層, 在庫車坳陷東段, 東秋斷裂作為主要斷坡, 形成典型的斷層轉折褶皺的構造樣式。斷裂F2發育于東秋斷裂(F3)的前緣, 是控制整個中秋1構造的薄皮逆沖斷層。斷裂F1發育于斷裂F2的前緣,是鹽下層構造最前緣的一排構造。這三條斷裂呈雁行排列的展布特征, F3斷裂是剖面6中最前緣的斷裂, 向西斷裂活動性減弱, 并在前緣形成斷裂F2(剖面5); 在剖面3中F3斷裂消失, 主要由F2斷裂和褶皺變形來吸收縮短量; 在剖面2中, F2斷裂前緣形成新的斷裂F1, 向西F2斷裂活動減弱, 在剖面1中消失。上述三條斷裂向深部都并入到三疊系的底部滑脫層。斷裂系統分析表明, 庫車坳陷東、西段差異構造在中秋構造帶的轉換是通過三條雁列斷層來調節, 屬于軟連接模式, 而不是通過走滑斷裂調節的硬連接模式。

3.2 中秋構造轉換帶成因機制分析

構造樣式沿走向變化是褶皺沖斷帶的常見特征, 影響構造樣式變化的因素很多, 主要包括先存構造差異、滑脫層差異和地層性質差異等。對影響庫車坳陷東、西段差異構造演化的成因機制, 前人已經做了很多探討, 并認為受到基底古隆起、膏鹽層性質和分布的差異等因素影響(湯良杰等, 2006; 余一欣等, 2007; Neng et al., 2018; Pla et al., 2019)。庫車坳陷西段鹽下層變形傳播距離大于東段; 同時西段鹽下層主要發育逆沖疊瓦構造, 東段鹽下層發育大型斷層轉折褶皺, 這兩種差異構造樣式是形成中秋構造轉換帶的直接原因。

由于褶皺沖斷帶中地層組合等因素的差異, 導致構造轉換帶也具有多種構造樣式, 例如三角帶構造(Sanderson and Spratt, 1992)或淺層走滑斷裂和斷坡調節模型(Qayyum et al., 2015; Zhang et al., 2019)。中秋構造轉換帶由于膏鹽層的存在, 其構造模式更為復雜, 在垂向上表現出分層變形的特征, 鹽上層構造變形差異表現為變形傳播范圍的變化, 轉換模型主要為構造走向角度的變化; 鹽下層構造差異則表現為構造樣式和變形傳播距離的變化, 轉換模型為雁行排列。前人針對庫車坳陷克拉蘇構造帶克深5區域的三維構造分析, 提出鹽層對構造轉換帶構造特征具有重要的影響, 鹽層的存在雖然會解耦鹽上和鹽下層的構造樣式, 但是不會影響鹽上和鹽下層構造轉換帶的位置, 即鹽上和鹽下層構造轉換帶的位置是重合的(Wang et al., 2020)。本文中三維模型也證實這種觀點, 即鹽上層變形前緣背斜構造發育的位置和鹽下層斷裂前緣的位置具有很好的對應性, 鹽上層背斜走向轉變的位置正是鹽下層斷裂過渡區域, 表明研究區鹽上和鹽下層構造轉換帶位置具有一致性。

中秋構造帶鹽下層北側構造樣式一致, 發育以三疊系底部為滑脫層的逆沖疊瓦構造變形, 主要差異位于鹽下層構造變形的前緣, 自西向東由多條低角度逆沖斷層向一條高角度逆沖斷層轉換, 同時構造變形傳播范圍也逐漸減小?；谌S構造模型, 可以將中秋構造轉換帶分為兩個次級轉換帶, 第一個轉換帶位于剖面2附近, 是斷層F1向F2過渡的區域; 第二個轉換帶位于剖面5附近, 是斷層F2向F3過渡的區域。地震剖面解析顯示, 次級轉換帶位置與鹽層性質轉換的位置一致。剖面2位于庫姆格列木群膏鹽層厚度減薄和范圍縮小的區域, 秋里塔格背斜下方滑脫層由庫姆格列木群膏鹽層向吉迪克組膏鹽層轉變。同時膏鹽層厚度減薄, 使得鹽上和鹽下層分層變形現象減弱, 拜城凹陷鹽下層構造樣式由滑脫沖斷向褶皺變形轉變。剖面5位于庫姆格列木群膏鹽層消失的邊界區域, 吉迪克組膏鹽層主要發育于東秋背斜下盤區域, 東秋背斜上盤缺乏鹽層沉積, 構造樣式由鹽上和鹽下層分層變形轉變為厚皮楔體構造。同時三維模型顯示膏鹽層沉積范圍與變形傳播的范圍一致, 自西向東, 膏鹽層沉積前緣位置不斷北移, 鹽下構造變形前緣逐漸北移, 但是前緣隆起的位置在研究區并沒有明顯的改變。因此, 我們認為淺部滑脫層性質和分布, 即膏鹽層沉積范圍和性質的變化, 是控制構造轉換帶的主要因素。

3.3 構造轉換帶對油氣的影響

庫車坳陷油氣資源富集, 但是近年來勘探實踐表明, 不同構造帶之間勘探成果差異巨大。在庫車坳陷西段的克拉蘇構造帶, 鹽下白堊系是主要勘探目的層, 膏鹽層封蓋的鹽下疊瓦構造是有利勘探圈閉類型(王招明, 2014; 王招明等, 2016); 在庫車坳陷東段區域, 迪那構造帶的油氣勘探主要在古近系中取得成功, 大型斷層轉折褶皺的背斜區是主要勘探圈閉類型。因此, 理清構造轉換帶構造特征和變形機制對于該區域的油氣勘探具有重要的意義。

通過三維構造模型解析發現, 中秋1構造整體構造樣式較為特殊, 中秋1構造屬于庫車坳陷東、西段差異構造演化在構造轉換區域形成的一排獨特的構造(圖9)。中秋構造轉換帶主要受到庫姆格列木群膏鹽滑脫層分布的控制, 通過雁列斷層調節東、西段變形傳播和構造樣式的差異, 避免了淺層走滑斷裂的形成, 有利于該區域油氣成藏的保護。同時控制中秋1構造的斷裂F2是構造轉換帶內部的調節斷層, 并沒有切穿上覆膏鹽層, 白堊系砂巖層和古近系膏鹽層形成良好的儲蓋組合, 成藏模式與克拉蘇構造帶類似。但是中秋構造帶應力環境與克拉蘇構造帶存在差異, 克拉蘇構造帶處于正向擠壓環境, 而中秋構造帶處于壓扭環境中, 這種環境不利于圈閉構造沿走向的穩定性。同時由于斷裂F2是次一級調節斷層, 其沿走向的延伸范圍較窄。上述不利因素為該區域油氣勘探帶來一定的挑戰。

4 結 論

中秋構造帶是庫車坳陷東、西段差異演化形成的構造轉換帶, 也是克拉蘇鹽下逆沖構造帶前緣與秋里塔格鹽上褶皺構造帶開始重合的區域。構造轉換帶構造特征表現為, 鹽上和鹽下層分層變形, 鹽上層構造樣式一致, 但是構造變形傳播的距離向東減小, 導致鹽上秋里塔格背斜走向的角度發生變化, 鹽上層構造走向自西向東由與東西向夾角29°, 增大至44°, 然后又逐漸減小至近東西向。鹽下層構造沿著變形傳播方向可以分為疊瓦構造變形區和逆沖滑脫變形區, 疊瓦構造帶內樣式一致, 鹽上層發育滑脫逆沖構造, 鹽下層發育疊瓦構造楔, 差異演化主要形成在鹽下層構造變形前緣的逆沖構造帶, 自西向東, 鹽上和鹽下層分層變形減弱, 構造樣式由鹽上層滑脫變形和鹽下層等距離逆沖變形向鹽上和鹽下層一體楔體逆沖變形轉變。

庫車坳陷中秋構造轉換帶主要通過雁行排列斷層來調節鹽下層西段等距離逆沖構造向東段斷層轉折褶皺的轉變。淺部滑脫層的分布和性質, 即庫姆格列木群膏鹽層和吉迪克組膏鹽層在該區域的轉換, 是控制構造轉換帶模型的重要因素。中秋構造轉換帶東部東秋背斜上盤吉迪克組成層性好, 淺部滑脫層缺失, 分層變形不發育, 沿東秋斷裂形成大型構造楔; 而其西部庫姆格列木群膏鹽層以純鹽為主, 分層變形發育, 鹽下卷入變形地層薄, 形成多排薄皮逆沖構造, 鹽上層變形呈跳躍式傳播到秋里塔格構造帶。同時由于研究區鹽下層構造中西部變形傳播距離大于東部, 在構造轉換帶內形成壓扭應力環境, 使雁行次級斷裂走向為北東向。

中秋1構造受構造轉換帶內壓扭環境下形成的次級雁行斷裂控制, 其儲蓋組合模式與克拉蘇構造帶類似, 是有利的油氣富集區域。不利因素是其斷裂性質和應力環境, 即中秋1構造的控制斷裂是壓扭環境下形成次級調節斷裂, 其分布僅局限于構造轉換帶內部; 其次壓扭的應力環境會導致中秋1構造沿走向并不穩定, 其內部可能存在多個構造高點, 給該區域油氣勘探帶來一定的挑戰。

致謝:感謝兩位匿名審稿人對本文進行了專業而細致的審閱, 并提出了具有指導意義的意見和建議, 這對本文的完善具有非常重要的意義, 同時對我們未來的研究工作也具有指導作用。

杜金虎, 田軍, 李國欣, 楊海軍, 張義杰, 李勇, 徐振平, 羅浩渝. 2019. 庫車坳陷秋里塔格構造帶的戰略突破與前景展望. 中國石油勘探, 24(1): 16–23.

李劍, 李謹, 謝增業, 王超, 張海祖, 劉滿倉, 李德江, 馬衛, 毛丹鳳, 曾旭. 2020. 塔里木盆地秋里塔格構造帶中秋1圈閉油氣來源與成藏. 石油勘探與開發, 47(3): 512–522.

李維波, 李江海, 王洪浩, 黃少英, 能源. 2017. 庫車前陸沖斷帶克拉蘇構造帶變形影響因素分析——基于離散元數值模擬研究. 大地構造與成礦學, 41(6): 1001– 1010.

李艷友, 漆家福. 2013. 庫車坳陷克拉蘇構造帶大北?克深區段差異變形特征及其成因分析. 地質科學, 48(4): 1177–1186.

李曰俊, 吳根耀, 雷剛林, 張敬洲, 王月然, 劉亞雷. 2008. 新疆庫車新生代前陸褶皺沖斷帶的變形特征、時代和機制. 地質科學, 43(3): 488–506.

漆家福, 雷剛林, 李明剛, 謝會文, 楊書江. 2009. 庫車坳陷?南天山盆山過渡帶的收縮構造變形模式. 地學前緣, 16(3): 120–128.

湯良杰, 李京昌, 余一欣, 王清華, 楊文靜, 謝會文, 陳書平, 彭更新. 2006. 庫車前陸褶皺?沖斷帶鹽構造差異變形和分段性特征探討. 地質學報, 80(3): 313– 320.

唐鵬程, 饒剛, 李世琴, 汪仁富. 2015. 庫車褶皺?沖斷帶前緣鹽層厚度對滑脫褶皺構造特征及演化的影響. 地學前緣, 22(1): 312–327.

滕學清, 李勇, 楊沛, 楊克基, 李寧, 謝恩. 2017. 庫車坳陷東段差異構造變形特征及控制因素. 油氣地質與采收率, 24(2): 15–21.

汪新, 王招明, 謝會文, 李世琴, 唐鵬程, 尹宏偉, 李勇, 黃少英. 2010. 塔里木庫車坳陷新生代鹽構造解析及其變形模擬. 中國科學: 地球科學, 40(12): 1655–1668.

王招明. 2014. 塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇鹽下深層大氣田形成機制與富集規律. 天然氣地球科學, 25(2): 153–166.

王招明, 李勇, 謝會文, 能源. 2016. 庫車前陸盆地超深層大油氣田形成的地質認識. 中國石油勘探, 21(1): 37–43.

徐振平, 趙博, 汪新, 羅浩渝, 王騰宇, 吳少軍. 2016. 庫車坳陷東秋里塔格構造帶隱伏構造定量化計算. 石油學報, 37(3): 311–317.

楊克基, 漆家福, 馬寶軍, 孫統, 張希晨, 張帥. 2018. 庫車坳陷克拉蘇構造帶鹽上和鹽下構造變形差異及其控制因素分析. 大地構造與成礦學, 42(2): 211–224.

余一欣, 湯良杰, 楊文靜, 彭更新, 雷剛林, 金文正, 萬桂梅, 馬玉杰. 2007. 庫車前陸褶皺?沖斷帶前緣鹽構造分段差異變形特征. 地質學報, 81(2): 166–173.

張瑋, 徐振平, 趙鳳全, 吳少軍, 黃誠, 章學岐. 2019. 庫車坳陷東部構造變形樣式及演化特征. 新疆石油地質, 40(1): 48–53.

Cotton J T, Koyi H A. 2000. Modeling of thrust fronts above ductile and frictional detachments: Application to structuresin the Salt Range and Potwar Plateau, Pakistan., 112(3): 351–363.

Davis D M, Engelder T. 1985. The role of salt in fold-and- thrust belts., 119(1): 67–88.

Higgins S, Davies R J, Clarke B. 2007. Antithetic fault linkagesin a deep water fold and thrust belt., 29(12): 1900–1914.

Li S Q, Wang X, Suppe J. 2012. Compressional salt tectonics and synkinematic strata of the western Kuqa foreland basin, southern Tian Shan, China., 24(4): 475–497.

Molnar P, Tapponnier P. 1975. Cenozoic tectonics of Asia: Effects of a continental collision., 189(4201): 419–426.

Neng Y, Xie H W, Yin H W, Li Y, Wang W. 2018. Effect of basement structure and salt tectonics on deformation styles along strike: An example from the Kuqa fold-thrust belt, West China., 730: 114–131.

Pla O, Roca E, Xie H W, Izquierdo Llavall E, Mu?oz J A, Rowan M G, Ferrer O, Gratacós ò, Yuan N, Huang S Y. 2019. Influence of syntectonic sedimentation and décollement rheology on the geometry and evolution of orogenic wedges: Analog modeling of the Kuqa fold-and-thrust belt (NW China)., 38(8): 2727–2755.

Qayyum M, Spratt D A, Dixon J M, Lawrence R D. 2015. Displacement transfer from fault-bend to fault-propagation fold geometry: An example from the Himalayan thrust front., 77: 260–276.

Reiter K, Kukowski N, Ratschbacher L. 2011. The interaction of two indenters in analogue experiments and implications for curved fold-and-thrust belts., 302(1–2): 132–146.

Sanderson D A, Spratt D A. 1992. Triangle zone and displacement transfer structures in the eastern Front Ranges, southern Canadian Rocky Mountains., 76(6): 828– 839.

Wang C Y, Chen H L, Cheng X G, Li K. 2013. Evaluating the role of syn-thrusting sedimentation and interaction with frictional detachment in the structural evolution of the SW Tarim basin, NW China: Insights from analogue modeling., 608: 642–652.

Wang C Y, Cheng X G, Chen H L, Ding W W, Lin X B, Wu L, Li K, Shi J, Li Y. 2016. The effect of foreland palaeo-uplift on deformation mechanism in the Wupoer fold-and-thrust belt, NE Pamir: Constraints from analogue modelling., 100: 115–129.

Wang K, Ronghu Z, Dai J S, Wang J P, Yang X J. 2015. Genesis and evolution of structural fracture in tight sandstone reservoir of Keshen-2 gas field, Tarim Basin, NW China., 89(1): 85–88.

Wang W, Yin H W, Jia D, Neng Y, Zhou P, Chen W L, Li C S, Wu Z Y. 2020. Along-strike structural variation in a salt-influenced fold and thrust belt: Analysis of the Kuqa depression., 786, 228456.

Yin A, Nie S, Craig P, Harrison T M, Ryerson F J, Qian X L, Yang G. 1998. Late Cenozoic tectonic evolution of the southern Chinese Tian Shan., 17(1): 1–27.

Zhang Y, Yang S M, Chen H L, Dilek Y, Cheng X G, Lin X B, Wang C Y, Zhu T X. 2019. The effect of overburden thickness on deformation mechanisms in the Keping fold-thrust belt, southwestern Chinese Tian Shan Mountains: Insights from analogue modeling., 753: 79–92.

Zhou J X, Zhang B, Xu Q. 2016. Effects of lateral friction on the structural evolution of fold-and-thrust belts: Insightsfrom sandbox experiments with implications for the origin of landward-vergent thrust wedges in Cascadia., 128(3): 669–683.

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

國家自然科學基金項目(41572187、41272227、41927802)、國家油氣重大專項(2017ZX005008001)和中國博士后科學基金項目(2020M671432)聯合資助。

謝會文(1967–), 男, 高級工程師, 主要從事油氣勘探研究工作。E-mail: xiehw-tlm@petrochina.com.cn

汪偉(1992–), 男, 博士, 主要從事盆地構造變形機制與模擬工作。E-mail: wangwei09@outlook.com

P542

A

1001-1552(2022)05-0898-013

10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.004