塔里木盆地順北5號走滑斷裂帶分層分段特征及構造演化

陳平，能源，吳鮮，黃誠，王來源，郭曼

(1.中國石油大學(北京)a.地球科學學院；b.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(北京)克拉瑪依校區 石油學院，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國石化 西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

塔里木盆地順北地區在埋深大于7 000 m 的特深碳酸鹽巖中獲得重大油氣突破。通過對順北地區超深層油氣田的構造演化、儲集層、油氣藏特征、油氣富集規律等綜合分析，認為該類油氣藏為斷溶體油氣藏，具有沿斷裂帶整體含油、不均勻富集的特點[1-3]。

根據順北地區走滑斷裂帶成因演化和控儲控藏特征，前人認為順北5 號走滑斷裂帶具有分層和分段變形的特征。順北5 號走滑斷裂帶經歷了加里東運動中期Ⅲ幕、加里東運動晚期、海西運動早期、海西運動中—晚期等多期走滑活動[4-6]；順北5 號走滑斷裂帶垂向上可劃分為4 層變形結構，分別為寒武系鹽下斷裂系統、寒武系鹽相關斷裂系統、奧陶系碳酸鹽巖斷裂系統和奧陶系—石炭系碎屑巖斷裂系統[7-10]。前人對順北5 號走滑斷裂帶分層分段差異性研究不明確，對斷裂活動時期的爭議較大。目前，對順北5 號走滑斷裂帶自加里東運動中期Ⅲ幕開始活動的依據，主要為周緣應力活動最強時期在加里東運動中期Ⅲ幕，認為界面以下的高陡花狀走滑斷裂都是一期活動形成的。但塔里木盆地周緣的西昆侖造山自加里東運動中期Ⅰ幕便開始活動，被順北5 號走滑斷裂帶切割的大型逆沖斷裂帶——塔中Ⅰ號帶，也自加里東運動中期Ⅰ幕開始活動[11-13]，說明加里東運動中期Ⅲ幕之前盆內就已經有力源，具備形成盆內走滑斷裂的基礎；其次，根據大量物理模擬以及實地資料，走滑斷裂的演化受到基底斷裂的影響，只有基底具有先存斷裂，才能發育里德爾剪切破裂和花狀斷裂[14]。也有學者將塔里木盆地磁異常帶和現在的盆地斷裂帶進行對比，發現兩者分布特征有較高的統一性，于是，有人提出塔里木盆地一系列斷裂都是在基底先存斷裂基礎上發育而來[15-16]。以上證據都表明，順北5 號走滑斷裂帶不可能自加里東運動中期Ⅲ幕才開始活動。本文依據地震資料，根據不同構造層的幾何學及動力學差異，分析了順北5號走滑斷裂帶的演化過程。

1 區域地質概況

順北5 號走滑斷裂帶為臺盆區活動規模最大的走滑斷裂帶，位于滿加爾坳陷與阿瓦提坳陷之間，南北向連接沙雅隆起、順托果勒低隆起和卡塔克隆起[17-19]。順北地區除侏羅系缺失外，顯生宇其余層位均有發育[17]。奧陶系自下而上依次發育下奧陶統蓬萊壩組、中—下奧陶統鷹山組、中奧陶統一間房組、上奧陶統恰爾巴克組和卻爾卻克群。其中，一間房組和鷹山組為主要勘探目的層。鷹山組巖性可劃分為2段，上段主要為泥晶灰巖和泥晶顆?；規r；下段為白云質灰巖、泥晶砂屑灰巖等顆?；規r與泥晶灰巖不等厚互層。一間房組以泥晶灰巖、泥晶顆?；規r和亮晶顆?；規r為主[20-21]。

順北地區至少經歷4 次構造演化：寒武紀—中奧陶世為加里東運動早期，為克拉通邊緣拗拉槽與克拉通內弱伸展背景階段，主要發育小規模正斷層；中奧陶世—中泥盆世，即加里東運動中期—海西運動早期，克拉通隆起形成演化與整體強烈擠壓，形成大規模走滑斷層；早二疊世—侏羅紀，即海西運動晚期—印支運動期，沙雅隆起抬升，發生繼承性活動，發育一系列雁列式正斷層；燕山運動期—喜馬拉雅運動期，古隆起與斷裂調整定型[5-6,22-24]。在多期應力背景下，順北5 號走滑斷裂帶繼承性發育，形成了復雜的垂向結構(圖1)。

圖1 順托果勒低隆起斷裂系統及古生界綜合柱狀剖面Fig.1.Fault system of the Shuntuoguole low uplift and stratigraphic column of the Paleozoic

2 順北5號走滑斷裂帶幾何學特征

2.1 斷裂帶分層變形特征

根據斷層性質、地層等差異，將順北5 號走滑斷裂帶劃分為5 個構造層：元古宇構造層，塔里木盆地基底發育加里東運動早期伸展作用形成的正斷層，或發育晚期反轉的逆斷層[25]；寒武系構造層，發育與主斷裂平行的走滑斷層(圖2a)；奧陶系構造層，發育沿主斷裂的陡直走滑斷裂，南段走滑斷裂兩側發育地塹式斷層(圖2b)；志留系構造層，發育雁列式斷層和地塹式斷層界面北段北東—南西向雁列式斷層發育，南段除發育北東—南西向和北西—南東向2 種不同方向的雁列式斷層外，還發育與主斷裂平行的地塹式正斷層(圖2c)；界面北段發育少量北東—南西向斷層，但弱于界面，南段地塹式斷層發育，雁列式斷層以北西—南東向為主，僅少量北東—南西向雁列式斷層活動(圖2d)；泥盆系—二疊系構造層，發育北西—南東向雁列式斷層，南段地塹式斷層不連續發育(圖2e)。

圖2 順北5走滑斷裂多層位相干切片與斷裂平面解釋Fig.2.Coherent slices and fault interpretation of multiple horizons in the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

2.2 斷裂帶分段變形特征

塔里木盆地走滑斷裂帶具有較強的分段性，順北5 號走滑斷裂帶南段和北段差異明顯。前人認為順北5 號走滑斷裂帶具有分段發育和晚期連接的特征。順北5 號走滑斷裂帶南北段除構造樣式外，垂向斷裂活動也存在差異。

圖3 順北5號走滑斷裂帶北段發育特征Fig.3.Development characteristics of the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

圖4 順北5號走滑斷裂帶南段發育特征Fig.4.Development characteristics of the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

3 順北5號走滑斷裂帶運動學特征

通過高品質三維地震資料，研究順北5 號走滑斷裂滑移方向、斷裂剪切方式和斷裂形成機制的差異，提出順北5 號走滑斷裂帶早期南北段具有不同的運動學特征。順北5 號走滑斷裂帶早期北段(北西—南東向)和南段(北東—南西向)各自發育，晚期逐步連接，呈現弧形特征[4，22]。

3.1 北段運動學特征

前人認為順北5 號走滑斷裂帶自加里東運動中期Ⅲ幕開始活動。本文通過地震體時間切片和斷裂疊接方式判斷順北5 號走滑斷裂帶北段深層界面與界面具有相反的滑移方向，即北段活動于加里東運動中期Ⅲ幕前(通常認為界面斷裂形成于加里東運動中期Ⅲ幕)。通過地震體時間切片可知，順北5號走滑斷裂帶北段在4 500 ms(界面)呈右行走滑斷裂特征(圖5a、圖5b)，在界面呈左階式疊接(圖5c)，并在斷裂疊接區引起地層上拱，形成擠壓區(圖5d)，即界面斷裂發生右行走滑活動。在5 200 ms(界面)呈左行走滑斷裂特征(圖5e、圖5f)界面呈右階式疊接(圖5g)，在斷裂疊接區地層上拱，形成擠壓區(圖5h)，即界面斷裂發生左行走滑活動。

圖5 順北5號走滑斷裂帶北段及界面特征Fig.5.Characteristics of and interfaces in the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

根據相干體剖面，順北5 號走滑斷裂帶北段晚期能識別出2 個不同方向的雁列式斷層界面北東—南西向雁列式斷層活動跡象明顯界面北東—南西向雁列式斷層活動變弱，界面北西—南東向雁列式斷層活動。目前，主要通過雁列式斷層走向判斷雁列式斷層滑移方向，運用應力摩爾橢圓分析其伸展方向，從而反推走滑斷裂滑移方向。以走滑斷裂形成應力剪切機制為理論，判斷出界面和界面北東—南西向雁列式斷層呈右行走滑特征(圖6a、圖6b)，界面北西—南東向雁列式斷層呈左行走滑特征(圖6c)。淺層的滑移反向說明順北5 號走滑斷裂帶北段經歷了多期走滑活動。

圖6 順北5號走滑斷裂帶北段界面界面及界面運動學特征Fig.6.Kinematic characteristics of ， and interfaces in the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

3.2 南段運動學特征

圖7 順北5號走滑斷裂帶南段界面及界面特征Fig.7.Characteristics of and interfaces in the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

4 順北5號走滑斷裂帶構造演化特征

目前，主要通過斷層與地層切割關系確定走滑斷裂帶活動期次，包括斷層生長速率、地層生長指數等[26]。順北地區走滑斷裂大多具有多層結構特征，這種多層結構是在地層厚度、巖石物理性質、多期活動等多重因素影響下形成。

圖8 順北5號走滑斷裂帶南段界面界面及界面特征Fig.8.Characteristics of and interfaces in the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

圖9 順北5號走滑斷裂帶南北段活動期次劃分（剖面位置見圖3，圖4)Fig.9.Division of activity periods for the northern and southern segments of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone(see Fig.3 and Fig.4 for section locations)

塔里木盆地周緣古洋盆閉合消減、碰撞造山等活動的差異性，造就了順北及周緣地區不同時期應力場轉換，形成了多套復雜的斷裂系統，順北5 號走滑斷裂同樣受到多期應力作用，形成復雜的垂向分層結構[25-28]。通過高精度三維地震資料可知，順北5 號走滑斷裂帶南北段在加里東運動中期Ⅰ幕—Ⅲ幕具有不同或完全相反的運動學特征，表明順北5 號走滑斷裂帶南北段在加里東運動中期Ⅰ幕—Ⅲ幕非一條斷裂帶。加里東運動中期Ⅰ幕北段呈左行滑移特征，南段呈右行滑移特征；加里東運動中期Ⅲ幕，北段呈右行滑移特征，南段呈左行滑移特征；加里東運動晚期南北段均發育北東—南西向雁列式斷層，從雁列式斷層走向判斷，順北5 號走滑斷裂帶南北段在此時期均呈右行滑移特征；海西運動早期順北5 號走滑斷裂帶南段發育地塹式斷層，地塹式斷層向下斷到中—下奧陶統，向上斷到泥盆系中消失(界面)，通過地震體時間切片可知地塹式斷層具有左行滑移特征，北段此時期不活動；海西運動中—晚期南北段均發育北西—南東向雁列式斷層，從雁列式斷層走向可知，順北5號走滑斷裂帶南段和北段在此時期均呈左行滑移特征(圖10)。

圖10 順北5號走滑斷裂帶古生代南北段分段演化示意圖Fig.10.Evolution of the northern and southern segments of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone in Paleozoic

5 結論

(1)順北5 號走滑斷裂帶具有復雜的垂向分層結構，根據斷層性質、地層等方面的差異提出順北5 號走滑斷裂帶具有5 層結構，分別為元古宇構造層、寒武系構造層、奧陶系構造層、志留系構造層和泥盆系—二疊系構造層。

(2)順北5 號走滑斷裂帶南北段運動學差異明顯。加里東運動中期Ⅰ幕，北段為左行滑移、南段為右行滑移；加里東運動中期Ⅲ幕，北段為右行滑移、南段為左行滑移；加里東運動晚期，南段和北段均為右行滑移；海西運動早期，南段左行滑移，北段不活動；海西運動中—晚期，南段和北段均為左行滑移。

(3)順北5 號走滑斷裂帶南段經歷了5 期走滑活動，依次為加里東運動中期Ⅰ幕、加里東運動中期Ⅲ幕、加里東運動晚期、海西運動早期及海西運動中—晚期；北段經歷了4 期走滑活動，依次為加里東運動中期Ⅰ幕、加里東運動中期Ⅲ幕、加里東運動晚期及海西運動中—晚期。