塔河地區古生界下構造亞層構造樣式及成因①

于俊峰，楊敏，劉存革，吳其林

(1.廣東石油化工學院 石油工程學院, 廣東 茂名 525000；2.中石化西北油田分公司 勘探開發研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

位于新疆塔里木盆地北部的塔河油田是中國第一個古生界海相億噸級大油田。自2010年以來，隨著油氣勘探由淺層向超深層轉變，塔河油田的年產量從2007年的500萬噸左右達到2010年的1000萬噸，主要增加的產量來自古生界下構造亞層。該層主要發育由走滑斷裂體系控制的碳酸鹽巖溶洞、溶蝕孔、縫洞和裂縫儲層，構造樣式是研究該區構造變形規律和儲層成因的基礎。

1 區域地質概況

研究地區位于塔里木盆地沙雅隆起中段南翼的阿克庫勒凸起(圖1)。沙雅隆起發育于前震旦系變質基底之上，為變形疊加的古隆起[1]。阿克庫勒凸起為沙雅隆起的次一級構造單元(圖1)，位于沙雅隆起的中部[2,3]。阿克庫勒凸起經歷了加里東、海西、印支-燕山、喜山等多期構造運動，其中，受加里東晚期、海西期以及燕山期等多期構造運動地殼擠壓抬升的影響，導致塔河地區阿克庫勒凸起主體部位及南部斜坡缺失志留系—上侏羅統的大部分地層，并且上奧陶統與中、下奧陶統分別遭受不同程度的剝蝕[4-6](圖2)。

圖1 研究區位置及主要斷裂分布

圖2 塔河地區古生界下構造亞層地層關系

2 構造樣式

從加里東到海西時期，塔中-塔北地區主要經歷了裂陷及擠壓的構造動力學環境，故在其主要構造層的平面和剖面地質上均產生了標志性的構造樣式[7-10]，塔河地區古生界下構造亞層的平面、剖面構造樣式最具有代表性。

2.1 平面斷裂樣式

塔河地區至少發育了5條NE向主斷裂帶，不同斷裂帶之間表現出了不同的組合樣式，同時，單條斷裂樣式也具有各自的特點。因此，依據斷裂帶在平面上的組合方式，將塔河油田斷裂平面樣式劃分為4種：弧形走滑斷裂、平行走滑斷裂、“X”形共軛剪切斷裂以及左行右階走滑斷裂樣式(圖3)。

圖3 塔河地區古生界地層平面斷裂樣式

以上特征揭示了塔河主體區斷裂北部邊界主要受到純剪作用控制，剪切過程中，應變橢球體主軸λ1和λ2方向始終不變，因此主位移帶方向也大致保持不變。

3)“X”形共軛剪切斷裂樣式。“X”形共軛剪切斷裂是塔河地區斷裂體系組合樣式的重要特點。該類型斷裂的主要形成機制是由作用于地質體的水平壓應力大于巖石的抗剪強度引起的巖石破裂，由于內摩擦角的存在，其“X”剪裂角的φ/2小于45°，該種體系下引起“X”剪裂形成共軛走滑斷層。

4)左行右階走滑斷裂樣式。塔河主體區F67斷裂帶是獨立的左旋走滑斷裂系統，東西向由3條斷裂F67-1、F67-2、Fn構成，南北向由4段右階走滑斷裂段構成。其中，中段具有壓扭性質，表現為奧陶系地層的鏟式滑脫逆沖特征，而向南段逐漸減弱。針對左行走滑斷層，左行右階走滑斷裂的疊置段或彎曲段表現為擠壓應力狀態，在縱向上則表現為正花狀構造；而左行左階走滑斷裂的疊置段或彎曲段表現為伸展應力狀態，縱向上則表現為負花狀構造。

2.2 剖面斷裂樣式

根據應力的作用機制，研究區的剖面斷裂樣式可分為擠壓型、過渡型和走滑型共3大類8小類(圖4)。

2)過渡型。過渡型包括兩種類型：(1)“X”形擠壓-走滑斷裂。由于擠應力和走滑分量的相互作用，巖石破裂不但在平面上表現為“X”形共軛剪切特征，剖面上也出現逆沖斷層與走滑斷層之間的“X”形交切關系，反映了走滑作用過程中派生的擠壓分量在局部構造位置的擠壓與走滑的疊加效應。在塔河地區F67斷裂的中段(圖4c)， Fn斷裂與走滑斷裂F67-2的錯斷特征即反映了這樣的配置關系。剖面上，F67-2斷裂是直立的走滑斷裂，受到Fn斷裂向東擠壓逆沖作用的影響，形成了擠壓-走滑斷裂的組合特點(圖5)。(2)伸展-走滑斷裂。伸展-走滑斷裂樣式主要產生在F67斷裂的南段，TK494斷裂大部分以及F3斷均具有一定的走滑伸展性質。主要表現為這三條斷裂在大規模走滑的同時，奧陶統頂界斷裂具有明顯的正斷層性質(圖4d)。

3)走滑型。本區的走滑構造樣式包括正、負花狀構造，每一種又可細分為基底式和蓋層式(圖4e、4f)。

圖4 塔河地區古生界地層剖面斷裂樣式

圖5 塔河中部的F67斷裂帶擠壓-走滑地震剖面

正花狀構造一般與壓扭性走滑斷裂伴生，在走滑斷裂上部形成背形構造。它是聚斂型走滑斷層派生的在壓扭性應力狀態中形成的構造，一條陡立走滑斷層向上分叉撒開，以逆斷層組成的背沖構造，斷層下陡上緩凸面向上，被切斷地層多成背形，但不具彎滑褶皺性質。一般認為，正花狀構造的成因是壓剪性的，而負花狀構造一般與張扭斷層伴生，走滑本身就可以產生。

沿塔河地區走滑主斷裂帶，普遍發育有由深向淺的兩套花狀構造，說明走滑具有多期活動的特點。

3 構造演化對樣式的控制作用

塔河地區經歷了加里東早期伸展作用、加里東中期以后聚斂環境下的構造變形，特別是在聚斂環境下，沙雅隆起北部邊界至艾丁西北部均受到不同程度的擠壓剪切作用，阿克庫勒凸起也受到擠壓剪切分量的影響，產生強烈的蓋層褶皺作用和走滑構造系統。

3.1 加里東早期伸展裂陷階段正斷層的發育

早震旦世—早奧陶世，阿克庫勒凸起處于伸展作用下的盆地演化背景(圖6a)，輪臺、艾丁北、阿克庫木、阿克庫勒、塔河南、庫滿拗拉槽的邊界均發育有一系列基底式正斷層[12]，塔北隆起此時表現為與滿加爾凹陷連成一體的盆地-斜坡沉積區，古地形為西高東低，阿克庫勒地區寒武-奧陶系地層殘留厚度自南向北變薄。

3.2 加里東中期聚斂環境下的構造變形

3.3 加里東晚期弱擠壓變形

在遞進變形過程中斷層產狀也會發生變化，導致觀測到的斷層并不總是簡單的共軛關系，但其具有相對普遍的規律，即在統一應力場中形成剪切破裂的共軛組合，或在主斷層剪切位移誘導產生次級破裂。

3.4 海西期構造運動的影響

圖6 過塔河地區-輪臺斷裂的構造演化剖面

由圖6e構造演化圖可見，海西構造旋回的重要影響是輪臺斷裂在另一構造幕的強烈繼承性逆沖活動，并伴隨阿克庫勒凸起的持續隆升作用，輪南斷裂下盤阿克庫勒區仍保持一北東向展布、向南西方向傾伏的大型鼻狀凸起構造形態。阿克庫勒地區表現為輪臺斷裂下降盤的整體抬升剝蝕，隆升幅度達1500 m左右。而艾丁北則是凸起邊界的褶皺作用，但凸起內大斷裂基本停止活動，在南北向擠壓作用下研究區斷裂活動強烈，疊加變形區裂縫發育，并控制了阿克庫勒凸起碳酸鹽巖裂縫和古巖溶的發育[6]。

4 結論

(1)依據斷裂帶在平面上的組合方式，將塔河油田斷裂平面樣式劃分為4種：弧形走滑斷裂、平行走滑斷裂、“X”形共軛剪切斷裂以及左行右階走滑斷裂樣式。根據應力的作用機制，研究區的剖面斷裂樣式主要可以劃分為擠壓型、過渡型以及走滑型，共3大類8小類。

(2)不同階段演化的構造運動學過程、力學變化研究表明，古生界下構造亞層的構造變形主要是加里東中期至晚期，特別是中奧陶世晚期在北昆侖洋和阿爾金洋閉合的背景下，盆地北部邊界大規模剪切擠壓作用控制的，并形成以擠壓翻轉構造、大型走滑斷裂為標志的構造樣式。