霍爾果斯背斜構造變形特征及空間展布規律

李詠絮，周小軍

（西南石油大學 地球科學與技術學院，四川成都 610500）

準噶爾盆地南緣，位于北天山以北、準噶爾克拉通以南，自新生代以來，屬于環青藏高原盆山體系，受歐-印板塊陸-陸碰撞后遠距離效應的影響，形成前陸褶皺沖斷帶，具有復雜的“東西分段、南北分帶、垂向分層”的構造特征[1-4]。高探 1 井的發現表明準噶爾盆地南緣油氣資源十分豐富，且南緣中段構造是重點突破領域。霍爾果斯背斜位于準噶爾盆地南緣第二排深部基底卷入型斷褶帶，是南緣主力勘探地區之一[5-6]，具有多幕的構造特征。受地震剖面品質限制，相關研究多集中在背斜淺部，其勘探也主要集中在中、淺部，且中深部為有利勘探方向。本文應用斷層相關褶皺理論，對霍爾果斯背斜高品質地震剖面深部進行精細化解釋；利用平衡地質剖面技術，模擬霍爾果斯背斜的形成與演化[7-8]，采用三維構造建模方法，厘清霍爾果斯背斜走向上的空間展布規律，以期助力于霍爾果斯背斜的油氣勘探與開發。

1 區域地質背景

準噶爾盆地南緣前陸褶皺沖斷帶在新生代的主要受南北向擠壓作用和滑脫層空間分布特征的影響[9]。古近紀以來，隨著特提斯洋的閉合、印度板塊和歐亞板塊碰撞、青藏高原隆升，產生的持續擠壓應力使準噶爾盆地南緣產生褶皺沖斷。霍爾果斯背斜位于準噶爾盆地南緣第二排構造帶西段，沿應力方向其南北側分別為南安集海背斜、安集海背斜，沿背斜走向其東側緊鄰瑪納斯背斜。霍爾果斯背斜整體呈近東西向、北翼較陡、南翼寬緩的長軸背斜，在南北方向為相向逆斷裂所控制。

本次研究中可識別的地層從上到下依次為：塔西河組（N1t）、沙灣組（N1s）、安集海河組（E2-3a）、紫泥泉子組（E1-2z）、東溝組（K2d）、勝金口組（K1s）、清水河組（K1q）、齊古組（J3q）、頭屯河組（J2t）、西山窯組（J2x）。其中，發育的構造滑脫層有西山窯組（J2x）煤層、勝金口組（K1s）泥巖夾泥質砂巖、安集海河組（E2-3a）泥巖夾泥灰巖、塔西河組（N1t）膏巖層[10]四套。

2 構造幾何學特征

根據地震剖面反射波同相軸錯斷或終止、傾角域變化等特征，結合地層標定，可對霍爾果斯背斜地震反射特征做如下分析：深部反射波同相軸向上凸起，可見明顯的斷點反射和軸面錯斷，推測有大型逆沖斷層；中部可見明顯傾角域的變化、地層界線的重復，推測為多條逆沖斷層的垂向疊置，淺部有明顯的地層切割現象，推測有逆沖斷層的存在。

根據地震反射特征，結合斷層相關褶皺理論，對霍爾果斯背斜地震剖面進行解釋，得其構造變形特征如下：深部發育大型逆沖斷層，侏羅紀和白堊紀地層形成斷層轉折褶皺，向上彎曲，形成霍爾果斯深部背斜；在中深部，該逆沖斷層向上逆沖至白堊系地層后，其前端受到阻礙，發育反向的逆沖斷層，侏羅紀、白堊紀、古近紀地層向上褶皺彎曲變形，形成構造三角楔；三角楔內部同時發育反向的逆沖斷層，使得侏羅紀、白堊紀、古近紀地層向上隆升起，構成復合型構造三角楔，大幅度抬升地層，形成霍爾果斯中深部背斜；三角楔上部，發育次級逆沖斷層，切穿白堊紀、古近紀、新近紀地層，形成突發構造；深部的逆沖斷層向北繼續發育，在勝金口組地層滑脫，侏羅紀、白堊紀地層形成斷層轉折褶皺；淺部沿新近紀地層發育逆沖斷層，新近紀地層沿該斷層滑脫，發育斷層傳播褶皺，切穿古近紀和新近紀地層，并向上突破地表，形成霍爾果斯淺部背斜。綜上，霍爾果斯背斜深部發育斷層轉折褶皺，中深部發育復合型構造三角楔，淺部發育突發構造和斷層傳播褶皺，垂向上多重構造疊置，構成完整的構造變形強烈的霍爾果斯復合型背斜。

3 構造運動學特征

根據平衡剖面技術，假定巖層長度、厚度和面積恒定，利用計算機模擬霍爾果斯背斜的正向演化過程（圖1），可驗證上述地質構造解釋的合理性。準噶爾盆地南緣在新生代受到青藏高原隆升的遠距離影響，在持續擠壓應力的作用下，在深部發育一條逆沖斷層，切割侏羅紀和白堊紀地層，上盤沿逆沖斷層發育斷層轉折褶皺，發生構造抬升；該條逆沖斷層發育至勝金口組，其前端受到阻礙，朝相反的方向發育逆沖斷層，切割侏羅系和古近系，兩條斷層之間形成構造三角楔，前沖斷層的位移量轉換為反沖斷層的位移量；持續擠壓作用下，在三角楔內部發育另一條反向逆沖斷層，同樣切穿侏羅系和古近系，形成復合型構造三角楔，大幅抬升地層；中淺部在第一條反向逆沖斷層上發育一條新的逆沖斷層，切割白堊系、古近系、新近系，在淺部形成突發構造；在霍爾果斯深部發育另一個條逆沖斷層，其上盤的侏羅系、白堊系沿勝金口組地層滑脫至安集海背斜深部；伴隨著天山的復活，由南安集海發育而來的斷層繼續發育，至霍爾果斯淺部形成一個逆沖斷層，使得新近紀地層沿滑脫層逆沖并突破地表，形成地層傳播褶皺，并大幅抬升地層。

圖1 霍爾果斯背斜正演模擬

通過正向演化模擬，可得該剖面的累計位移量為9km。控制深部斷層轉折褶皺的逆沖斷層的位移量為3km，其中有1km和0.2km的位移量通過楔形構造反向消減，0.4km的位移量通過在淺部形成突發構造的逆斷層消減，1.4km的位移量通過深部滑脫至安集海背斜的逆斷層形成的斷層轉折褶皺來消減，并傳播至安集海背斜；來自南安集海背斜的在淺部形成斷層傳播褶皺的逆斷層的位移量為6km，通過推覆至地表的方式消減。故從山前至盆地方向，來自南安集海背斜的位移量在傳播過程中，通過楔形構造、斷層傳播褶皺、斷層轉折褶皺和突發構造等方式進行正反向消減，在垂向上疊置。

剖面全長20km，構造縮短量的估值為西山窯組、頭屯河組、齊古組、清水河組6km，勝金口組5km，東溝組、紫泥泉子組、安集海河組4.5km，沙灣組、塔西河組10km；構造縮短率為西山窯組、頭屯河組、齊古組、清水河組23.1%，勝金口組20%，東溝組、紫泥泉子組、安集海河組18.4%，沙灣組、塔西河組33.3%。構造縮短量在不同組的差異主要與滑脫層的分布和逆沖斷裂體系有關，滑脫作用使得構造變形的擠壓應力沿滑脫層由后緣向前緣傳遞，逆斷層發育的位置和方向導致構造帶抬升，二者綜合影響構造縮短量的大小。

4 空間展布規律

選取過霍爾果斯背斜的六條地震剖面，對其進行精細化解釋，選取塔沙灣組（N1s）、紫泥泉子組（E1-2z）、清水河組（K1q）、西山窯組（J2x）四套地層，建立霍爾果斯背斜三維地質模型（圖2），可以較為直觀地呈現出霍爾果斯背斜的構造形態。霍爾果斯背斜整體近東西走向，中段構造抬升最為劇烈，向兩側逐漸趨于平緩。深部逆沖斷層逆沖角度從西到東先增加后減小；構造三角楔在西段變形強度較弱且位置偏北，向東變形強度先增強再減弱，逐漸向南側的南安集海背斜靠近，構造三角楔內部反向逆沖斷層的數量先增加后減少；突發構造由西向東逐漸增強，后逐漸消失；向北繼續發育的逆沖斷層角度平緩，向東逐漸消失；淺部的逆沖斷層在西段并未發育，向東才逐漸顯現。西山窯組和清水河組地層起伏較小，但在中段向上隆升幅度最大；紫泥泉子組和沙灣組地層在西段南側抬升顯著，是為背斜南側的南安集海背斜大幅度構造抬升所影響。

截取三維地質模型的西段、中段、東段的剖面各一條（截面位置見圖2），可得霍爾果斯背斜的空間展布規律（圖3）。霍爾果斯背斜沿東西向延展，構造樣式相似，中部構造變形最為劇烈，兩側變形相對平緩。在背斜西段，霍爾果斯背斜在深部發育低角度逆沖斷層，與兩條反向逆沖斷層，形成復合型構造三角楔，淺部的構造應力在反向逆沖斷層突破，形成突發構造；在背斜中段，深部逆沖斷層角度增大，反向逆沖斷層的數量從兩條增至三條，淺部新近紀地層沿逆沖斷層滑脫并突破地表，褶皺幅度增大，構造抬升量顯著增加；在背斜東段，深部逆沖斷層角度再次減緩，反向逆沖斷層數量減少，淺部無突發構造，背斜構造抬升量明顯減弱。霍爾果斯背斜從西向東，逐漸向南安集海背斜靠近。

圖3 霍爾果斯背斜三維構造地質模型西、中、東段截面

綜上，霍爾果斯背斜在走向上，構造變形樣式相近，構造變形強度中部最強，向兩側逐漸減弱，具體表現為深部逆沖斷層角度減小，三角楔內部反向逆沖斷層數量減少，淺部逆沖斷層發育程度減弱，突發構造逐漸消失，致使構造抬升量減小，構造變形強度減弱。

5 結論

1）垂向上，霍爾果斯背斜深部發育斷層轉折褶皺，中深部發育復合型構造三角楔，淺部發育突發構造和斷層傳播褶皺，疊置構成復合型背斜。

2）應力方向上，霍爾果斯背斜在持續擠壓應力作用下，深部發育逆沖斷層，其前端受阻進而反向逆沖，在中深部形成構造三角楔；淺部發育逆沖斷層形成突發構造；深部繼續發育向北逆沖的斷層，淺部逆沖斷層形成斷層傳播褶皺，構造縮短量為4.5～10km不等。位移量通過楔形構造、斷層傳播褶皺和斷層轉折褶皺等方式進行消減。

3）背斜走向上，霍爾果斯背斜構造變形樣式相近，構造變形強度由中部向兩側逐漸減弱，主要表現在深部逆沖斷層逆沖角度減小，中深部三角楔內反向逆沖斷層數量減少，淺部逆沖斷層發育程度減弱，突發構造逐漸消失。