塔北隆起西段沙井子斷裂帶西北緣構造特征解析

何 磊，何登發，孫方源

（1．中國地質調查局成都地質調查中心，四川成都 610081；2．中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083）

塔北隆起位于庫車前陸沖斷帶與北部拗陷之間，同時具有海相和陸相油源，油氣成藏條件較好，來自于塔北隆起北部庫車坳陷的陸相油源與塔北隆起南部的海相油源相交匯，致使油氣向塔北隆起高部位運移。經過前人近幾十年來的不斷勘探，塔北隆起已先后發現數個油氣藏，已經成為塔里木盆地油氣勘探的主戰場之一。塔北隆起經過多期構造演化，西段構造樣式演化特征對油氣勘探具有重要意義[1-4]。沙井子斷裂帶位于塔北隆起阿瓦提凹陷與溫宿凸起的邊界，作為阿瓦提凹陷與溫宿凸起的邊界斷裂，具有十分重要的地質意義。鉆至該斷裂帶的沙南 1井、沙南2井均見一定的油氣顯示，雖然沒有形成工業油流，但兩口井的油氣顯示表明沙井子斷裂帶具有一定的勘探前景。斷裂是圈閉形成演化和油氣運聚成藏的關鍵性控制因素之一[5-6]，自20世紀80年代對塔里木盆地大規模勘探開發以來，一些學者對塔里木盆地斷裂構造特征進行了深入研究，對斷裂構造樣式、組合類型、發育分布規律、斷裂構造形成機制提出了新的認識[7-10]，斷裂構造研究對于油氣勘探具有十分重要的指導意義。

沙井子斷裂在地震剖面上表現為一條高角度基底卷入型走滑斷裂[11-12]，一些學者認為沙井子斷裂是一條復雜的斷裂帶，并不是一條單一的斷層，對沙井子斷裂帶的形成演化時間也有不同認識。塔北隆起具有多期次構造疊加的特點，而不整合面可以指示一期構造活動，精確識別不整合面有助于確定斷裂成因機制，前人對這一方面的研究相對薄弱。

本次研究重點聚焦于沙井子斷裂帶的構造及演化特征，在大量區域鉆井及二維地震資料基礎之上，結合區域不整合面，開展精細的構造解釋與反演，分析沙井子斷裂帶北緣的構造及演化特征。

1 區域地質概況

沙井子斷裂帶是塔里木盆地的一條重要的邊界斷裂帶，位于塔里木盆地西北緣，構成阿瓦提凹陷與溫宿凸起的分界，也作為阿瓦提凹陷西北部的控凹邊界斷裂，在平面上大致呈北東-南西向，本次研究聚焦于沙井子斷裂帶西北緣（圖1）。

圖1 塔北隆起西段沙井子斷裂帶區域位置

沙井子斷裂帶內震旦系至新生界地層均有發育，兩側地層發育也較為齊全，除中生界侏羅系外、古生界-新生界均有發育；沙井子斷裂帶核部地層剝蝕嚴重，古近系及第四系直接覆蓋在震旦系-寒武系之上。塔北隆起西段地區中寒武統及古近系發育兩套膏鹽巖層，影響了區域內整體構造樣式的發育。研究區共存在前震旦系頂界、志留系-上奧陶系底部、三疊系-古生界、新生界-白堊系、第四系-新近系等5個主要不整合面，因塔北隆起具有多期次構造運動疊加的特點，地層變形程度強烈，中生界-古生界不同層系之間接觸方式不同，不整合面的存在對于構造運動具有重要的指示意義。

2 沙井子斷裂帶西北緣構造特征

通過對過沙井子斷裂帶西北緣的二維地震測線進行精細構造解釋，建立精細構造變形模型，對研究區內主要斷層進行追蹤組合并命名，在剖面上識別出三條主要的大型斷層，即沙井子 1號斷層（Fsjz1）、沙井子2號斷層（Fsjz2）及沙井子3號斷層（Fsjz3），三條斷層呈銳角相交，近雁列式分布，表明沙井子斷裂帶具有走滑、扭動的性質。

2.1 沙井子斷裂帶構造特征

研究區內沙井子斷裂帶具有明顯的分段特征，不同地段之間斷裂構造樣式有所差異。根據沙井子斷裂帶不同地段之間斷層構造樣式間的差異，將沙井子斷裂帶自南向北分為南西段、中段以及北東段。

2.1.1 沙井子斷裂帶南西段構造特征

測線01自南向北穿過溫宿凸起與烏什凹陷。南西段共發育兩大主干斷層，自南向北依次為Fsjz2及Fsjz1斷層，基底深部構造楔的活動造成中生界及古生界地層向北大幅抬升，Fsjz2斷層切穿震旦系，向上斷至三疊系，將中生界及古生界輕微錯斷，斷距不大。Fsjz1為一條高角度的基底卷入型斷層，斷層切穿基底，向上斷至吉迪克組（N1j），斷層上盤古生界、中生界地層大部分被剝蝕，造成新近系吉迪克組直接覆蓋在中生界-古生界之上。Fsjz1斷層具有三角剪切性質，經軸面分析，在其斷層斷點上方形成三角剪切區域，自南向北，新生界經過三角剪切區域，地層逐漸減薄抬升。此現象表明：Fsjz1斷層后期對新生界起到一定的改造作用。N1j與下伏地層的角度不整合接觸，Fsjz1斷層自下向上斷距不一，表明沙井子斷裂帶具有多期活動的特點（圖2）。

圖2 測線01地震剖面解釋模型

2.1.2 沙井子斷裂帶中段構造特征

沙井子斷裂帶中段的測線02與南西段不同，構造樣式發生改變，Fsjz1、Fsjz2及Fsjz3斷層均發育。其中，Fsjz3斷層滑脫消亡于中寒武統的膏鹽巖層內，根據軸面分析可精確識別斷層形態，上盤為典型的斷層傳播褶皺，斷層上切至三疊系，白堊系與上覆古近系底界呈角度不整合接觸，表明上覆地層與下伏褶皺不屬于同一期次。Fsjz2斷層切穿震旦系，向上斷至二疊系，將中生界及古生界輕微錯斷，斷層端點上方古生界厚度向北減薄，上覆新生界發生輕微旋轉，Fsiz1斷層與測線01相比，無太大變化。新生界內部發育正斷層，正斷層切穿吉迪克組，向上斷開第四系至近地表，但斷層斷距上下一致，無明顯變化，表明正斷層形成于第四系沉積末期（圖3）。

圖3 測線02地震剖面解釋模型

2.1.3 沙井子斷裂帶北東段構造特征

測線 03地震剖面揭示了沙井子斷裂帶北東段的構造特征，沙井子中段發育的Fsjz3斷層在此處已不發育，且剖面構造樣式也發生一定改變。與中段測線02相比，淺層發育多條次級正斷層，剖面橫向上可分為南北兩套正斷層系統，正斷層呈近似花狀構造（圖4），斷距上下基本一致，結合中段正斷層斷距特征，表明其形成于第四系沉積晚期。

圖4 測線03地震剖面解釋模型

沙井子斷裂帶西北緣斷裂活動強烈，地層剝蝕嚴重，經二維地震剖面揭示，沙井子斷裂帶西北緣主要由三條斷層即Fsjz1、Fsjz2、Fsjz3斷層組成。

Fsjz1斷層在地震剖面上表現為一條大型卷入式高角度逆沖斷層，切穿震旦系-新生界，其上盤的古生界-中生界大部分遭受剝蝕，斷距上下不一，向上斷距逐漸減小，這種斷距之間的差異表明Fsjz1斷層具多期活動的特征。

Fsjz2斷層為一條高角度基底卷入式逆沖斷層，斷穿震旦系-二疊系，斷層規模較小，斷距上下一致且斷距不大，表明該斷層僅發生一期沖斷活動，對深部地層形態起到一定調節改造作用。

Fsjz3斷層為一條滑脫消亡于中寒武統膏鹽層內的逆沖斷層，只在沙井子斷裂中段發育，上盤為典型的斷層轉折褶皺，該斷層斷穿奧陶系-三疊系，對上覆地層形態影響不大。

沙井子斷裂帶中段及北東段淺層發育一系列正斷層，各地段之間正斷層發育規模均不同，自南西至北東段，正斷層發育從無至有，規模逐漸加大，表明沙井子斷裂帶淺層局部伸展拉張作用逐漸增強。淺層發育的正斷層系統對沙井子斷裂帶后期的調節改造十分重要。

沙井子斷裂帶深部地震波阻反射雜亂，表明構造活動復雜強烈；但古生界-新生界向北部大幅抬升，表明基底深部早期存在構造楔，基底構造楔的活動導致上覆地層明顯抬升。在此基礎之上，沙井子斷裂帶主要受控于Fsjz1斷層的多期次逆沖活動，經過Fsjz2斷層、Fsjz3斷層及淺層后期正斷層的調節，形成現今復雜構造形態。

2.2 關于三條斷層活動期次的討論

沙井子斷裂帶在地震剖面上主要分為三條主干斷層，多個不整合面的存在表明沙井子斷裂帶經歷多期構造活動。本文根據研究區地層厚度變化、不整合面分布特征及三條主干斷層切穿地層等因素來探討三條主干斷層的活動期次。

Fsjz1斷層活動期次：在各段二維地震剖面上均能識別N1j與下伏地層之間的不整合面，且Fsjz1斷層N1j斷距小于三疊系斷距，表明Fsjz1斷層不止發生一期沖斷活動。三疊系底與下伏古生界呈角度不整合接觸，且Fsjz1斷層古生界斷距要大于三疊系斷距，這也充分說明不是同一期構造運動造成的，Fsjz1斷層上盤志留系-二疊系全部遭受剝蝕，與下伏保留較完整的震旦系-中下奧陶系有著明顯不同，指示奧陶系沉積末期該斷層必然也存在一期沖斷活動。上述不整合面分布特征及斷層斷距特征表明，Fsjz1斷層活動時期為奧陶系沉積末期、二疊系沉積末期及古近系沉積末期。

Fsjz2斷層活動期次：二維地震測線揭示 Fsjz2斷層切穿二疊系，在二疊系內部存在同相軸向北減薄的現象，此為生長地層發育的標志，且Fsjz2斷層切穿地層的斷距上下一致，表明Fsjz2斷層形成于二疊系沉積末期。由于后期持續擠壓應力的增強，沙井子斷裂帶新生界-中生界受Fsjz2斷層的影響，地層形態均遭受不同程度的改造。

Fsjz3斷層活動期次：Fsjz3為一條滑脫于中寒武統膏鹽巖層內的斷層，其切穿地層的斷距上下一致。上盤為典型的斷層轉折褶皺，Fsjz3斷層的沖斷活動使上盤古生界-新生界均呈現背斜構造形態。剖面揭示白堊系與上覆古近系底界為角度不整合接觸，受Fsjz3斷層活動影響該斷層端點上方，新生界背斜形態較下伏古生界-中生界更寬緩，白堊系內部同相軸兩側厚度較大且向背斜核部逐漸減薄，表明存在生長地層，Fsjz3斷層活動時期為白堊系沉積末期。

3 沙井子斷裂帶構造演化特征

據上文三條主干斷層活動時期的分析，沙井子斷裂帶的構造演化可分為如下階段（圖5）：

圖5 沙井子斷裂帶西北緣演化模式

震旦系沉積時期：全區無明顯的構造活動痕跡，屬于地層穩定沉積的階段，此時地層起伏不大，形成了前震旦系頂界面這一在塔北地區形成年代最早、持續時間最長、分布范圍最廣的區域不整合面。

寒武系沉積末期：基底沖斷楔發育并開始活動，致使全區古生界向北開始逐漸抬升，震旦系-寒武系局部遭受剝蝕并逐漸尖滅，至此階段，溫宿凸起的雛形已經形成。

奧陶系沉積末期：中昆侖地體與塔里木地體相碰撞，沙井子斷裂帶遭受擠壓，Fsjz1斷層開始發生沖斷活動，造成上盤奧陶系被剝蝕殆盡，Fsjz1斷層下盤地層較完整穩定，沒有明顯構造活動痕跡，層序較穩定。

志留系-二疊系沉積階段：受到海西-印支運動的影響，區域內強烈的擠壓應力致使Fsjz1斷層再次發生沖斷，致使斷層上盤志留系-二疊系全部遭受剝蝕，兩期沖斷活動致使寒武系暴露于地表。在此階段，Fsjz2斷層開始發生沖斷活動，向上斷至二疊系，造成古生界內部層序輕微錯斷，但對沙井子斷裂帶整體構造形態沒有太大影響，只起到了一定調節改造作用。

白堊系沉積末期：由于燕山運動的強烈擠壓，中寒武統的膏鹽巖層發生塑性流動，成為區域性的滑脫層，沿鹽層滑脫的 Fsjz3斷層開始發生沖斷活動，造成中生界-古生界產生褶皺變形。

古近系沉積末期：燕山運動晚期Fsjz1地層發生第三次沖斷活動，沖斷活動導致 Fsjz1上盤的侏羅系、白堊系全部剝蝕殆盡。

庫車組（N1k）沉積末期：屬于地層沉積階段，隨著新近系逐漸沉積加厚，新生界向北經Fsjz1斷層上方開始發生減薄旋轉，構造活動不明顯。

第四系沉積末期：此時為喜馬拉雅碰撞造山作用晚期，全區受來自于造山帶方向的強烈擠壓應力，沙井子斷裂帶發生一系列沖斷活動，在大的擠壓背景下局部會形成小規模的伸展構造，沙井子斷裂帶中段、北東段淺層發生拉張走滑作用，發育一系列正斷層，形成現今的構造形態。

基于演化平衡剖面，詳細統計了各演化時期剖面地層的縮短率，結果表明剖面地層整體縮短率為37.00%，其中寒武系沉積末期縮短率為1.90%，奧陶系沉積末期縮短率為 5.80%，二疊系沉積末期縮短率為11.10%，古近系沉積末期縮短率為12.40%，庫車組沉積末期縮短率為11.70%，第四系沉積時期伸展率為5.90%。沙井子斷裂帶在二疊系沉積末期、古近系沉積末期及庫車組沉積末期變形最強，致使區域內新生界-古生界大部分遭受剝蝕（圖6）。

圖6 沙井子斷裂帶西北緣各演化階段縮短率統計

4 結論

（1）沙井子斷裂帶西北緣由三條斷層組成，斷裂活動時間、剖面斷裂樣式各有不同，具有明顯的分段特征。

（2）Fszj1斷層在剖面上表現為一條高角度基底卷入式逆沖斷層，斷距上下不一，具有多期次活動的特點；Fsjz2斷層為一條高角度逆沖斷層，規模不大，調節深部地層形態；Fsjz3斷層僅在沙井子斷裂帶中段發育，剖面上滑脫消亡于中寒武統膏鹽層內，上盤為典型的斷層轉折褶皺；淺層內部發育一系列次級正斷層。

（3）沙井子斷裂帶受控于基底沖斷楔活動，自寒武系沉積末期發育，經歷奧陶系沉積末期、二疊系沉積末期、白堊系沉積末期、古近系及第四系沉積末期等多期構造活動影響，形成現今的構造形態。