庫車坳陷西部喀拉玉爾滾斷裂的活動時間、形成機制及其構造意義

沈 柏 張志亮* 任治坤 劉金瑞

1)地震動力學國家重點實驗室,中國地震局地質研究所,北京 100029 2)地震與火山災害重點實驗室,中國地震局地質研究所,北京 100029

0 引言

新生代以來,印度板塊和亞歐大陸的碰撞及之后的持續會聚不僅導致了青藏高原的大規模構造隆升,也使得亞洲內陸的天山、西昆侖等一系列晚古生代造山帶發生了構造活化,對亞洲乃至世界的構造(Molnaretal.,1975; Harrisonetal.,1992; Clarketal.,2010)和氣候格局產生了深遠影響(安芷生等,1998; 劉東生等,1998; 施雅風等,1999; Guoetal.,2008)。天山造山帶作為世界上規模最大、最活躍的陸內造山帶之一,位于中亞造山帶的南緣,夾持于塔里木克拉通和準噶爾盆地之間,東西展布上千千米,不僅是揭示中亞造山帶構造演化的關鍵地區,同時也是探討印度-歐亞大陸碰撞遠程效應和陸內造山作用的理想地區。此外,天山造山帶的構造環境復雜,活動斷裂帶分布廣泛,地震活動具有強度大、頻度高且分布不均勻的特點,大地震主要發生在天山南、北兩側,如1902年阿圖什8.2級地震、1906年瑪納斯7.7級地震、1906年石河子8.0級地震、1944年烏蘇7.2級地震等。天山地震帶的地震活動與近EW向的逆斷裂和褶皺等活動構造有關,地震活動具有西強東弱的特點(曲延軍等,2008),這也使得天山成為活動構造研究的關鍵地區。

斷裂是塔里木盆地最主要的構造活動形式之一,在控制盆地局部構造形成、隆升剝蝕、沉降沉積及油氣運移聚集等方面發揮著重要作用(賈承造等,1995)。塔里木盆地斷裂構造較為發育,既發育周邊斷裂,又發育盆內斷裂,既有基底斷裂,又有表層斷裂?？傮w而言,塔里木盆地主要有EW向、NW向和NE向3組斷裂構造。EW向斷裂主要位于盆地內部,大多為隱伏基底斷裂; NE向斷裂主要位于盆地西北緣、北緣和東南緣及阿爾金山等地區; NW向斷裂比較復雜,包括隱伏基底斷裂、基底斷裂及盆地西南緣、東北緣的周邊斷裂。塔里木盆地的斷裂構造主要形成于海西期和喜山期,與周緣造山帶的構造演化存在密切聯系(賈承造等,1995)。

喀拉玉爾滾斷裂是塔里木盆地內部眾多斷裂中的一條二級斷裂,位于塔里木盆地北部、庫車坳陷西側,是在擠壓-剪切作用下形成的一條NW向斷裂(賀電等,2009),分隔了烏什-溫宿構造單元和庫車-塔北構造單元(圖1),終止了西秋里塔格構造帶繼續向W延伸(王清華等,2004),同時對兩側的構造變形起到了重要的調節作用。由于喀拉玉爾滾斷裂所處的重要構造位置及其對油氣運移、聚集的作用,前人對該斷裂的幾何特征、形成機制做了較多的研究工作,但對喀拉玉爾滾斷裂特征的認識仍存在較大爭議,如斷裂的空間展布(王燮培等,1995; 王清華等,2004; 湯良杰等,2006)、活動時間(王燮培等,1995; 嚴俊君,1996; 賀電等,2009; 唐鵬程等,2010)及形成機制(張光亞,1997; 郭召杰等,2004; 賀電等,2009; 唐鵬程等,2010)。由于尚存上述爭議及其他尚未解決的地質問題,需要對喀拉玉爾滾斷裂開展進一步研究。本文基于前人的研究成果,系統梳理和總結了喀拉玉爾滾斷裂的研究進展和所取得的認識,并利用高分辨率遙感衛星影像解譯、深部地球物理勘探資料對其展布特征進行詳細研究。同時,根據已有成果對其形成和活動時間進行了限定,最終對其形成機制和構造意義進行了深入探討。

圖1 庫車坳陷的構造單元劃分(據唐鵬程等,2010; Zhang et al.,2019修改)

1 地質背景

庫車坳陷位于南天山山前,是塔里木盆地東北緣一個典型的再生前陸盆地(劉志宏等,2000)。庫車坳陷東起庫爾勒,西止于喀拉玉爾滾斷裂附近(李曰俊等,2008),其南部邊界在不同時期有所不同。在中生代,坳陷的范圍在牙哈—庫車—溫宿一線以北; 至新生代晚期,其南界范圍擴展至塔里木河流域(劉志宏等,2000)。坳陷在侏羅紀屬于一個大型盆地中的次級坳陷(李曰俊等,2005; 何光玉等,2006); 至晚白堊紀,坳陷整體發生構造抬升,造成區域性沉積間斷,導致整個坳陷內缺失晚白堊紀地層(李雙建等,2006,2007; 何登發等,2009)。新生代以來,由于受到印度-亞洲板塊碰撞的遠程效應影響,坳陷內發生了大規模構造變形,使得中—新生代地層不整合于南天山已強烈變形且主體向S逆沖的古生代地層之上(李忠等,2003)。由于受到近SN向的構造擠壓,坳陷內的中—新生代地層發生了強烈的構造變形,形成了多排與南天山碰撞造山帶大致平行的褶皺-沖斷帶(汪新等,2002; 王志勇等,2009; Zhangetal.,2018)。在庫車坳陷內部可劃分出5個次級構造單元,由北向南依次為北部單斜帶、克拉蘇-依奇克里克構造帶、拜城-陽霞凹陷、秋里塔格構造帶和喀拉玉爾滾-亞肯構造帶(圖1)(李曰俊等,2008; 唐鵬程等,2010; Zhangetal.,2018)。由于庫車坳陷內部的斷層特征、基底性質和構造變形的東西差異及南天山對其的擠壓推覆作用,使得坳陷山前構造帶具有明顯的東西分段、南北分帶的特征(嚴俊君,1996; 王偉峰等,2018)。

庫車坳陷西部新生代地層發育良好,主要出露古新世—始新世庫姆格列木群、始新世蘇維依組、漸新世—中新世吉迪克組、中新世康村組、上新世庫車組及第四紀西域組(圖2),各組地層的特征簡述如下:庫姆格列木群最下部為一套厚層灰色礫巖,中部主要為紅色泥巖,局部夾石膏(厚度<10cm),上部為紅色泥巖、粉砂巖,偶見礫石夾層; 其上覆蘇維依組的主要特征為棕紅色粉砂巖與粉砂質泥巖及泥巖互層; 吉迪克組整合于蘇維依組之上,主要由棕紅色泥巖、粉砂巖夾薄層灰綠色砂巖或礫石層組成; 康村組主要為棕黃色粉砂巖與礫巖互層; 庫車組為土黃色砂巖、粉砂巖與礫巖互層,且礫石層的厚度向上部逐漸增厚、粒度逐漸變粗; 第四紀西域組為一套灰黑色礫巖,礫石分選較差,磨圓中等,成分較為復雜,局部可見砂巖透鏡體(新疆維吾爾自治區區域地層表編寫組,1993)。

圖2 庫車褶皺-沖斷帶地層綜合柱狀圖

盡管對研究區內新生代地層的劃分和年代學研究已經有了較多的成果,但目前仍存在較大爭議。本文采用基于近年來南天山地區最新的磁性地層年代學結果得到的劃分方案(Charreauetal.,2006; Huangetal.,2006; Sunetal.,2009; Zhangetal.,2015,2016,2018,2019),即庫姆格列木群底部(未見底)的年齡約為54Ma,上覆蘇維依組底界的年齡約為46Ma,吉迪克組、康村組、庫車組的底界年齡分別約為34Ma、9.7Ma、5.3Ma,第四紀西域組底界的年齡約為2.6Ma。

喀拉玉爾滾構造帶位于庫車坳陷西部,是庫車褶皺-沖斷帶的變形前緣(唐鵬程等,2010; 李世琴等,2013),沿斷裂發育北喀拉玉爾滾(北喀)背斜、中喀拉玉爾滾(中喀)背斜和南喀拉玉爾滾(南喀)背斜,3個背斜組成雁列式背斜,由西北向東南高度逐漸降低,最大海拔高度分別為1602m、1298m、1067m。數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)(圖3)和野外調查結果顯示,3個背斜的寬度由西北向東南逐漸增大,且兩翼地層的產狀逐漸變緩,但整體幅度自西向東逐漸減小,證明地層所受到的構造擠壓應力由西北向東南逐漸變弱。出露地表的雁列褶皺僅是喀拉玉爾滾構造帶的西段部分。北喀背斜褶皺軸走向NWW-SEE,西側被喀拉玉爾滾斷裂所截,地貌形跡較為平直(圖3); 中喀和南喀背斜的褶皺軸近EW向,兩者的交界部位在地貌上表現出明顯的“S”形扭曲(圖3),可能是二者于交會處發生了位移轉換(管樹巍等,2004; 李世琴等,2013)。根據研究區大比例尺地質圖及最新磁性地層年代學結果可知,北喀背斜的核部為晚中新世康村組,兩翼出露庫車組和西域組,而中喀和南喀背斜的核部為上新世庫車組,兩翼出露地層為第四紀西域組礫巖(李世琴等,2013; Zhangetal.,2018)。

圖3 庫車坳陷西部的數字高程模型圖

2 構造演化分析

2.1 斷裂展布特征

喀拉玉爾滾斷裂是塔里木盆地北部NW向延伸且斜列的大型走滑斷裂之一(賈承造等,1995),前人對該斷裂的認識主要基于遙感影像解譯、野外地質調查及深部地球物理勘探結果(王燮培等,1995; 范湘濤等,2000; Fuetal.,2004; 李百壽等,2007; 賀電等,2009; 李世琴等,2009,2013; 唐鵬程等,2010)?？駹枬L斷裂的東側依次發育雁行的北喀背斜、中喀背斜、南喀背斜,3個背斜與該斷裂呈銳角相交,北喀背斜的褶皺軸走向為NWW,中喀和南喀背斜的褶皺軸基本為正EW向,褶皺軸的走向與主位移帶間的平均雁列夾角約為23°(王燮培等,1995; 范湘濤等,2000; 王清華等,2004; 李百壽等,2007),可明確判斷出喀拉玉爾滾斷裂具有右行走滑性質。然而,學術界對該斷裂性質(如斷距)的認識仍存在較大爭議。例如,王燮培等(1995)認為喀拉玉爾滾斷裂與其南部的柯吐爾斷裂同處于一條斷裂帶上,走滑距離約為3～3.5km; 王清華等(2004)認為喀拉玉爾滾斷裂從拜城凹陷向斜軸線及前鋒線錯開推斷其走滑距離約為8～10km; 湯良杰等(2006)認為該斷裂自庫車前陸盆地一直延伸至前陸克拉通地區,延伸距離>100km,走滑距離可達10km以上; 唐鵬程等(2010)認為該斷裂的北界在阿瓦特背斜核部附近(靠近溫宿鹽底辟),延伸距離約為25km,走滑斷距約為1.6km。

為了進一步確定喀拉玉爾滾斷裂的延伸距離,本研究綜合運用了高分辨率遙感衛星影像、地震反射剖面等資料,對該斷裂的空間展布特征進行了限定。在阿瓦特背斜的西段,背斜北翼的新生代地層均明顯向N彎折,走向由NW-SE向轉為NWW-SEE向(圖3),這一現象可能是靠近右旋走滑斷裂的拖曳作用所引起的(Zhangetal.,2019),而背斜南翼的新生代地層可能受到了河流的侵蝕作用,使得拖曳作用影響下的地層受到剝蝕而特征不明顯。因此,作者認為喀拉玉爾滾斷裂可能繼續向N延伸并穿過了阿瓦特背斜,而非前人認為的終止于阿瓦特背斜南部。盡管深部地球物理資料顯示北喀背斜附近的第四紀沉積物被明顯錯斷(圖4),但在研究區阿瓦特背斜北部的高分辨率遙感衛星影像上并未識別出明顯的錯斷標志,表明斷裂并未繼續向N延伸,或由于斷裂的活動性在晚第四紀減弱,河流的侵蝕、切割對錯斷地貌進行了改造。

圖4 過北喀拉玉爾滾背斜的AA′測線解釋剖面(根據Zhang et al.,2018修改)

位于阿瓦特背斜與北喀背斜之間的地震反射剖面(圖5a 中的BB′,位置見圖3)解譯結果顯示出斷裂存在的特征,且斷裂兩側地層存在明顯差異,其東側地層發生明顯傾斜,而西側地層基本為水平狀態; 位于北喀背斜南部的地震反射剖面(圖5b 中的CC′,位置見圖3)解譯結果顯示,上覆新生代地層及前新生代基底均近水平展布,表明喀拉玉爾滾斷裂并未延伸至此處。因此,作者對喀拉玉爾滾斷裂的延伸距離進行了重新估算,認為該斷裂總體延伸約40km,北界延伸切過研究區北部阿瓦特背斜北翼,南部延伸至北喀背斜南翼附近,但未到達中喀背斜。

圖5 過喀拉玉爾滾斷裂的BB′、CC′測線解釋剖面(根據唐鵬程等,2010修改)

由于在喀拉玉爾滾斷裂兩側并未發現明顯的可對比的地層及地貌特征,故對該斷裂走滑距離的估算存在較大爭議。唐鵬程等(2012)利用卻勒推覆體以南地質構造所吸收的構造縮短量(米斯坎塔克背斜和南喀背斜的構造縮短量分別為0.9km和0.7km)限定喀拉玉爾滾右行走滑斷裂的走滑斷距,即約為1.6km?？紤]到阿瓦特背斜和北喀背斜所吸收的構造縮短量分別略大于米斯坎塔克背斜和南喀背斜,他們認為1.6km僅代表喀拉玉爾滾斷裂走滑斷距的最小值。本研究中,作者認為喀拉玉爾滾斷裂的右行走滑導致了北喀背斜的形成和阿瓦特背斜北翼地層向N的拖曳現象,而中喀背斜和南喀背斜的形成更多是與隱伏斷層的位移轉換相關。因此,北喀背斜的構造縮短量與阿瓦特背斜北翼地層通過拖曳所吸收的縮短量之和約為斷裂的走滑斷距。Lü等(2019)對北喀背斜進行了系統的平衡剖面恢復工作,認為該背斜的構造縮短量為2.1～2.3km。本研究對阿瓦特背斜北翼地層拖曳作用所吸收的縮短量進行了簡單估算,其原理見圖6。如果原始地貌面未變形前為A-B-C,變形后分成A′B與BC兩部分,BC段未發生變位與變形,則點A′的位移量可代表縮短量,即縮短量AA′=A′Bsinθ。通過估量,喀拉玉爾滾斷裂發生右行走滑導致的阿瓦特背斜地層的變形量A′B約為3.4km,與原始地層的夾角θ約為36.6°。通過計算,阿瓦特背斜北翼地層通過喀拉玉爾滾斷裂的拖曳作用所產生的地殼縮短量約為2.0km。因此,喀拉玉爾滾右行走滑斷裂的總走滑斷距為4.1～4.3km。值得注意的是,由于缺少錯斷地貌的對比標志,且本研究未考慮阿瓦特背斜和南翼地層變形及地層滑脫所吸收的部分縮短量,該估算結果也應該是喀拉玉爾滾斷裂走滑斷距的最小值。

圖6 阿瓦特背斜北翼吸收縮短量的模式圖

2.2 斷裂活動時間

由于資料較少,學術界對喀拉玉爾滾斷裂活動時間的認識仍存在較大爭議。嚴俊君(1996)認為喀拉玉爾滾斷裂主要發育于海西晚期—印支燕山期,斷裂斷穿古生界向上截止于白堊系底,說明古生代末期(可能包括三疊紀、侏羅紀)是斷裂的主要活動期; 賀電等(2009)認為喀拉玉爾滾斷裂帶是由古生界NW向構造帶繼承演化而來,曾經歷古生代強烈擠壓構造運動、中生代平靜沉積、新生代斜沖運動3期構造作用。過北喀背斜的NE向地震剖面顯示喀拉玉爾滾斷裂帶自古近-新近紀以來至少經歷了早期(中新世)的褶皺沖斷和晚期(更新世)的右旋走滑; 唐鵬程等(2010)利用秋里塔格構造帶和喀拉玉爾滾構造帶的形成時間推斷斷裂的活動時間應為上新世晚期—現今。垂直切過喀拉玉爾滾斷裂的地震反射剖面圖(圖5a)顯示,基底古生界的地層基本呈水平狀態,并未受到斷裂影響,漸新統和中新統受到斷裂影響的范圍基本一致,而對于庫車組以上的地層,斷裂的影響范圍越來越窄,說明受到的斷層影響越來越小,到頂部的第四紀地層只被輕微錯斷。因此可以推斷,上新世初期喀拉玉爾滾右行走滑斷裂開始發育(唐鵬程等,2010)。

在高分辨磁性地層學的基礎上,Zhang等(2018)對北喀背斜北翼出露良好的晚新生代沉積物開展了系統的構造磁學研究,結果表明北喀背斜在距今約5.3Ma時發生了明顯的順時針旋轉,這可能是由喀拉玉爾滾斷裂的右旋走滑活動所引起的。這與利用同構造沉積限定的構造變形時間也是一致的,表明北喀背斜在近SN向的構造擠壓和水平剪切應力共同作用下形成。這也導致了斷裂兩側構造應力狀態的不同,即斷裂東側地層發生了強烈的褶皺變形,而西側地層基本呈水平展布。這種橫斷層的發育與兩側的推覆構造具有同時性,且與晚新生代以來南天山造山帶的強烈隆升同步發育。

此外,歷史地震記錄(圖7)資料顯示,近幾十年以來,盡管沿喀拉玉爾滾斷裂偶有地震發生,但地震強度相對較小,地震活動性整體較弱,表明喀拉玉爾滾斷裂近現代的活動性已很弱。

圖7 喀拉玉爾滾斷裂附近的地震目錄數據和震源機制解

綜上所述,喀拉玉爾滾右行走滑斷裂可能在上新世初期(距今約5.3Ma)開始活動,并一直持續至今,但其活動性已明顯減弱。

3 斷裂的形成機制

橫斷層是指走向與主構造走向線直交或呈大角度相交的伴生斷層。根據橫斷層的形成機制,可將其分為基底活化型走滑橫斷層、蓋層撕裂型走滑橫斷層和張性橫斷層(王偉峰等,2018)。在前陸盆地內,由于構造應力分布不均、地層巖性差別大等因素,前陸褶皺沖斷帶在逆沖過程中會發育規模、性質和成因各不相同的橫斷層,對沖斷帶的構造變形起到了重要作用,同時也對盆地內的沉積及油氣成藏起到了控制作用。國內外學者開展了大量研究工作,認為橫斷層產生的原因可歸結為2個方面:一方面,基底斷裂的活化或不同強度巖層的強烈構造變形作用導致橫斷層主要發育于構造薄弱區(Zanchietal.,2012; 王偉鋒等,2018); 另一方面,大型逆沖造山帶內的逆沖量存在沿走向分布不均的情況(Price,2001; Stone,2003)。國內多位學者對塔里木盆地北部的斷裂格架進行了系統、詳細的研究,指出在塔北發育多條形成機制不同的橫斷層,包括伴生形成的橫斷層、由于后期應力場變化而滑脫形成的斷層及基底卷入斷層(王燮培等,1995)。

喀拉玉爾滾右行走滑斷裂作為南天山前陸庫車褶皺-沖斷帶上NNW向的主要橫斷層之一,前人對其形成機制的認識有很大爭議。例如,張光亞(1997)認為該斷裂的形成可能與塔里木板塊的北界形態有關; 郭召杰等(2004)提出塔里木盆地北部NW向斷裂的形成與帕米爾構造結有關; 賀電等(2009)認為喀拉玉爾滾斷裂是由古生界NW向構造帶經歷了古生代、中生代和新生代3期構造變形演化而來; 另外一些研究認為該斷裂是在雁列褶皺形成過程中伴生而成的(王燮培等,1995; 唐鵬程等,2010)。本文綜合前人的研究成果及已有的數據結果,對喀拉玉爾滾斷裂的形成機制進行了討論。

首先,斷裂兩側基底性質的差異是影響喀拉玉爾滾斷裂形成的重要原因。從喀拉玉爾滾右行走滑斷裂所處的構造部位來看,它是庫車坳陷與溫宿凸起的地質界線(圖1)。溫宿凸起的阻擋作用導致了斷裂兩側應力狀態的差異(鄭民等,2007),對喀拉玉爾滾右行走滑斷裂的形成起到了重要作用。大量地質證據表明,斷裂東、西兩側的基底性質存在明顯差異,斷裂西側的溫宿凸起是一個古生代以來長期發育的古隆起,在中—新生代為古地形高帶,可為南、北兩側提供物源(鄭民等,2007)。晚新生代以來,溫宿凸起北部的構造變形以卻勒鹽體的強烈逆沖推覆和基底變形導致的上覆層垂向強烈抬升為主,形成高角度逆沖斷層,其變形前緣基本未變(唐鵬程等,2010),所吸收的地殼水平縮短量也相對較小; 而斷裂東側以沿膏鹽層發育的大規模低角度逆沖斷層及滑脫褶皺為主要特征,形成較寬緩的褶皺-沖斷帶,水平縮短量較大,地殼水平縮短量明顯大于西側。斷裂東側的變形前緣在上新世以來向S擴展約30km。斷裂兩側地殼水平縮短量的差異導致新生代沉積蓋層被撕裂,形成喀拉玉爾滾右行走滑斷裂。在地震剖面上(圖4),斷裂兩側基底地層接近水平,并未變形,花狀構造的影響范圍僅局限在上覆地層中。因此,喀拉玉爾滾斷裂屬于薄皮構造,是典型的蓋層撕裂型橫斷層。

其次,斷裂兩側膏鹽層厚度的差異也是影響斷裂形成的重要因素。研究區深部地球物理資料解譯結果表明,新生代膏鹽沉積范圍及厚度在斷裂兩側差異明顯,呈向W尖滅的趨勢,喀拉玉爾滾斷裂東部的膏鹽層范圍約為該斷裂西部的3倍(唐鵬程等,2010)。膏鹽層是研究區新生代沉積的主要特征,在庫車前陸盆地構造變形中作為主要的滑脫層之一,對于鹽上構造的發育和上隆具有重要作用。膏鹽層極低的阻力和易流動的特性有利于鹽構造的形成和發育(鄭民等,2007)。構造應力由北向南傳播到達喀拉玉爾滾斷裂帶時,東側膏鹽層較厚,摩擦系數小,有利于構造應力的傳播,故東側沿膏鹽層的滑脫構造發育,形成高聳的秋里塔格構造帶和喀拉玉爾滾構造帶; 而西側較薄的新生代膏鹽層摩擦系數大,沿膏鹽層的滑脫構造不發育,基本沒有形成與東側相對應的滑脫背斜,導致庫車坳陷變形前緣存在明顯區別,過渡位置發育喀拉玉爾滾斷裂。

綜上所述,喀拉玉爾滾斷裂兩側基底性質的差異,使斷裂兩側地殼的水平縮短量出現差異,從而導致新生代沉積蓋層被撕裂; 且斷裂的形成與膏鹽層厚度的差異緊密相關,在擠壓應力的作用下影響了鹽上構造層的產生與演化,進而影響斷裂的形成。此外,早期鹽構造(鹽底辟)的存在可能也在斷裂形成過程中發揮了重要作用(Wuetal.,2014)。

4 構造意義

4.1 對地貌的控制作用

喀拉玉爾滾右行走滑斷裂對地表地貌起著明顯的控制和改造作用。該斷裂西側主要發育沖積扇相,地形較為平緩,而東側由于膏鹽層的分布變形劇烈,發育較豐富的地表構造,斷裂在過渡位置形成,北喀背斜西北側展現出明顯線性斷面,且阿瓦特背斜西側沿同一方向向S拖曳。其次,斷裂是水系展布的重要影響因素之一。庫車坳陷在斷裂活動影響下,其東、西部河流水系特征有很大區別(吳根耀等,2012),而位于坳陷西部的喀拉玉爾滾斷裂作為一個蓋層撕裂型斷裂錯斷了兩側的河流沉積物,使喀拉玉爾滾河與其南面的瑪扎手托格拉克河不能直接相連(湯良杰等,2006)。

4.2 對地殼縮短量的調節作用

喀拉玉爾滾斷裂不僅調節了斷裂兩側地層的地殼縮短量,而且可能對整個庫車坳陷東、西兩側的地殼縮短量的分布有著重要影響。前人對庫車坳陷的地殼縮短量做了大量研究工作(圖8),得到庫車坳陷西部北喀背斜、中喀背斜、阿瓦特背斜的縮短量分別為2.1～2.3km、0.9～1.1km、3.6～4.1km(Lüetal.,2019); 庫車坳陷中部沿著克拉蘇剖面庫姆格列木背斜和喀桑托開背斜的縮短量約為6.3km(Tianetal.,2016); Burchfiel等(1999)估算得到坳陷南部的縮短量為6～7km。Tian等(2016)估算東秋里塔格構造帶沿著庫車河和克孜勒河的縮短量分別約為6.5km和5.8km。在庫車坳陷東部,Zhang等(2014)根據平衡斷面恢復法,將依奇克里克向東秋里塔格背斜的縮短量約束約為13.95km,其中東秋里塔格背斜的縮短量約為7.46km。Hubert-Ferrari等(2005)量化得到庫車東部最南端的亞肯背斜的縮短量約為1.2km。

圖8 庫車坳陷SN向縮短量的研究結果

依據上述前人的研究成果可估算得庫車坳陷東部SN向的縮短量約為15.15km,坳陷中部的縮短量約為12.3～13.3km,坳陷西部的縮短量僅約6.6～7.5km,即庫車坳陷從東部向西部縮短量逐漸減小,而這一結論與庫車坳陷構造變形整體應表現出西強東弱的狀態相悖。造成這一現象的可能原因有:首先,鹽層在滑移中可發揮重要作用。在庫車坳陷中古近系庫姆格列木組膏鹽層、新近系吉迪克組膏鹽層等構成了非常重要的區域性滑脫層。其中,坳陷西部的古近系庫姆格列木組分布范圍廣、厚度大,厚度可達100～2000m以上; 而東側吉迪克組的膏鹽層規模相對較小(苗繼軍等,2005)。膏鹽層的存在可以調節上、下地層之間或EW走向上由于擠壓作用引起的差異應變(王清華等,2004)。庫車坳陷受構造擠壓作用向S擴展時,其西側地層沿膏鹽層變形滑脫,縮短量較東部地層小。其次,喀拉玉爾滾斷裂的走滑活動吸收了庫車坳陷西部部分變形縮短量,該斷裂的調節作用使得斷裂西側烏什—溫宿地區的壓縮量小,而東側庫車地區的壓縮量相對較大。且喀拉玉爾滾斷裂與塔里木盆地北部地區其他幾條NW向走滑斷裂共同構成了調節帶,使得塔里木盆地北部地區出現東、西構造分段性。上述2個方面原因共同導致了這種現象。

4.3 對油氣資源的控制作用

在實際的勘探開發中發現,斷裂對油氣資源的聚集有著控制作用,具體表現為對圈閉構造、油氣運移與存儲方面的影響(賈承造等,1995)?？駹枬L斷裂為壓扭性斷裂,且其東側的雁列褶皺形態完整,閉合度高,是天然的儲油圈閉構造,這使得該斷裂不僅對油氣的運移有影響,并且對儲層的發育有控制作用,為油氣的聚集與存儲提供了良好條件。

5 結論

(1)喀拉玉爾滾斷裂向N延伸穿過了阿瓦特背斜,總體延伸約40km,導致了北喀背斜的形成和阿瓦特背斜北翼地層向N拖曳的現象,而中喀背斜和南喀背斜的形成與該斷裂活動關系不大,走滑斷距約達4.1～4.3km。

(2)基于地震反射剖面、歷史地震記錄等資料,發現喀拉玉爾滾右行走滑斷裂可能于上新世初期(距今約5.3Ma)開始活動,并一直持續至今,但其活動性已明顯減弱?？駹枬L斷裂的活動與北喀背斜的變形時間相對應,這與利用同構造沉積限定的構造變形時間也是一致的,表明北喀背斜是在近SN向的構造擠壓和水平剪切應力共同作用下形成的。這種橫斷層的發育與兩側的推覆構造具有同時性,且與晚新生代以來南天山造山帶的強烈隆升同步。

(3)喀拉玉爾滾斷裂的形成與其兩側的基底性質、膏鹽層厚度的差異緊密相關。前者影響了斷裂兩側地殼水平縮短量的差異,進而導致了新生代沉積蓋層被撕裂,形成了喀拉玉爾滾右行走滑斷裂; 后者在擠壓應力的作用下影響了鹽上構造的產生與演化,從而對斷裂的形成發育產生影響。

(4)喀拉玉爾滾斷裂對其兩側甚至整個庫車坳陷東、西端的地殼縮短量有一定的調節作用,整體上呈現從東側向西側逐漸減小的特征。此外,喀拉玉爾滾斷裂對地質地貌、油氣資源的運移與聚集具有一定影響。

致謝中國地震局地質研究所包國棟在高分辨率影像解譯方面提供了幫助; 審稿專家對本文提出了寶貴建議。在此一并表示感謝!