塔里木盆地庫車坳陷北部邊緣結(jié)構(gòu)及構(gòu)造樣式

庫車坳陷位于塔里木盆地北部。它是一個(gè)多期重疊的山坡，主要是中-現(xiàn)代的沉積。新生代晚期,受南天山強(qiáng)烈隆升作用的影響,庫車坳陷內(nèi)形成了廣泛的沖斷構(gòu)造,改變了坳陷的原始形態(tài)。這些沖斷構(gòu)造的形成,實(shí)際上包含了南天山與庫車坳陷相互作用的信息,對于理解盆山過渡帶的變形特征具有重要的意義。本文利用2D、3D地震資料和鉆井資料,分析塔里木盆地庫車坳陷北部邊緣的結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)造變形樣式,對比研究不同區(qū)段構(gòu)造變形的差異及庫車坳陷北部的構(gòu)造演化特征。1克拉蘇構(gòu)造帶庫車坳陷中部自北向南可劃分為“三帶一凹一斜坡”,分別為北部單斜帶、克拉蘇構(gòu)造帶、拜城凹陷、秋里塔格構(gòu)造帶和南部斜坡帶(圖1)。其中,克拉蘇構(gòu)造帶為庫車坳陷北部的第一排沖斷帶,整體呈NEE—近EW走向。該構(gòu)造帶西接烏什凹陷、東臨依奇克里克構(gòu)造帶、南鄰拜城凹陷、北靠南天山褶皺帶,東西長180km,南北寬30km2(圖1)?？死K構(gòu)造帶地表構(gòu)造為2排被逆沖斷層所破壞的線性延伸背斜帶。構(gòu)造帶內(nèi)主要沉積了中、新生代地層,部分地層在山前帶出露地表?？死K構(gòu)造帶古近系庫姆格列木群膏鹽巖之下的白堊系內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源,具有重要的勘探價(jià)值。2擠壓變形區(qū)及構(gòu)造變形特征庫車坳陷至南天山區(qū)域剖面顯示,庫車坳陷-南天山盆山過渡帶表現(xiàn)出較強(qiáng)的分帶變形特征。受南天山山體強(qiáng)烈隆升的影響,自造山帶至坳陷內(nèi)部可劃分為“三區(qū)五帶”。由于南天山在隆升過程中既表現(xiàn)出垂直擠壓應(yīng)力又表現(xiàn)出水平擠壓應(yīng)力,所以自北向南可以劃分為3個(gè)主要的變形區(qū),分別為垂直隆升變形區(qū)、斜向擠壓變形區(qū)和分層水平收縮變形區(qū)。3個(gè)變形區(qū)的主要區(qū)別在于南天山擠壓應(yīng)力表現(xiàn)形式的差異。(1)垂直隆升變形區(qū)主要指南天山造山帶,該帶基巖強(qiáng)烈隆升,地表出露志留系、石炭系和二疊系,整體以基巖的垂向運(yùn)動為主。其邊界為南天山山前大規(guī)模基底卷入逆沖斷層。(2)斜向擠壓變形區(qū)主要包括北部單斜帶及克拉蘇背斜帶,該帶具有如下特點(diǎn):a.中生界由深埋逐漸抬升至地表;b.該構(gòu)造帶發(fā)育一系列基底卷入逆沖斷層,斷層多切割至古生界;c.該構(gòu)造帶分層變形特征不明顯,部分?jǐn)鄬酉蛏锨懈钪恋乇?d.根據(jù)地層變形樣式,該帶可劃分為北部抬升撓曲變形帶和南部的抬升斷褶變形帶。該區(qū)域主要反映了南天山的斜向擠壓力,即在垂直擠壓應(yīng)力的基礎(chǔ)上疊加了水平擠壓應(yīng)力,因此逆沖斷層多呈現(xiàn)出向盆地內(nèi)部傾斜的特征。著名的克拉2號構(gòu)造帶即發(fā)育于該區(qū),該構(gòu)造帶南部邊界為克拉蘇斷層。(3)分層水平收縮變形區(qū)指克拉蘇斷層至秋里塔格構(gòu)造帶,該構(gòu)造帶特點(diǎn)為:a.廣泛分布膏鹽巖層,膏鹽巖層的存在起到了分層滑脫的作用;b.該區(qū)域發(fā)育一系列收縮構(gòu)造,鹽上層、鹽巖層及鹽下層表現(xiàn)出明顯的差異變形特征;c.該區(qū)域鹽下層發(fā)育一系列滑脫構(gòu)造,鹽下層斷層多在基底面上(可能為三疊系底面)滑脫,同時(shí)受局部古隆起影響,坳陷內(nèi)發(fā)育一系列反轉(zhuǎn)構(gòu)造;d.該區(qū)帶可劃分為北部先存沖斷復(fù)活變形帶(克拉蘇深部區(qū)帶)和南部古隆起復(fù)活變形帶(秋里塔格構(gòu)造帶)。由于該區(qū)帶遠(yuǎn)離南天山造山帶,南天山垂向擠壓力減弱而水平擠壓力增強(qiáng),因此該區(qū)帶多以滑脫構(gòu)造樣式為主。(4)克拉蘇構(gòu)造帶是位于南天山斜向擠壓區(qū)與分層水平收縮區(qū)的過渡帶。該帶垂向上可劃分為4層結(jié)構(gòu),自北向南可劃分為3個(gè)次級變形區(qū)。4層結(jié)構(gòu)主要包括鹽上構(gòu)造層(E2s—Q)、鹽巖層(E1-2km)、鹽下中生界構(gòu)造層(T—K)和基底構(gòu)造層(古生界)。3個(gè)變形區(qū)為A:高角度基底卷入變形區(qū),B:低角度基底卷入變形區(qū),C:蓋層滑脫變形區(qū)。A區(qū)主要發(fā)育克拉蘇斷層及克拉北斷層兩者均表現(xiàn)為高角度基底卷入斷層,B區(qū)則發(fā)育一系列低角度逆沖斷層,這些斷層多與克拉蘇斷層交于深部,其中部分二疊系基底也卷入構(gòu)造變形。C區(qū)的構(gòu)造變形樣式以滑脫沖斷構(gòu)造為主,逆沖斷層斷距小,斷層面較緩且多在基底面(三疊系底面)之上滑脫(圖3)。3盆地內(nèi)不同構(gòu)造部位庫車坳陷為含鹽前陸盆地,主要發(fā)育3種構(gòu)造變形:收縮構(gòu)造、鹽構(gòu)造和走滑構(gòu)造,3種構(gòu)造分布于盆地內(nèi)不同構(gòu)造層和構(gòu)造部位。其中收縮構(gòu)造為坳陷內(nèi)主要構(gòu)造,鹽構(gòu)造往往與收縮構(gòu)造相伴生,走滑構(gòu)造則發(fā)育在盆地邊界、構(gòu)造轉(zhuǎn)換部位等。3.1鹽下層構(gòu)造樣式庫車坳陷收縮構(gòu)造包括逆沖斷層及褶皺。前人研究提出,庫車坳陷構(gòu)造樣式包括斷展褶皺、斷彎褶皺、斷滑褶皺等與斷層相關(guān)的褶皺樣式,也有學(xué)者提出庫車坳陷鹽上層主要發(fā)育與褶皺相關(guān)的斷層,斷層相關(guān)褶皺與褶皺相關(guān)斷層的差別在于逆沖斷層與褶皺形成的先后順序。針對鹽下層構(gòu)造樣式,目前爭論的焦點(diǎn)主要集中于是以基底卷入構(gòu)造樣式為主還是以蓋層滑脫構(gòu)造樣式為主。本文根據(jù)不同構(gòu)造層次,將收縮構(gòu)造劃分為5個(gè)亞類,分別為鹽上層斷層相關(guān)褶皺樣式及褶皺相關(guān)斷層樣式,鹽下層階梯狀沖斷構(gòu)造、楔形沖斷構(gòu)造及滑脫沖斷構(gòu)造。其中鹽上層2種樣式分別包含若干種次級樣式。鹽下構(gòu)造層變形樣式與上文提到的克拉蘇沖斷帶的3個(gè)變形區(qū)相匹配,分別為:階梯狀沖斷構(gòu)造,主要分布于北部高角度基底卷入構(gòu)造變形區(qū);楔形沖斷構(gòu)造,主要分布于低角度基底卷入變形區(qū);滑脫沖斷構(gòu)造,主要分布于克拉蘇深部區(qū)帶蓋層滑脫變形區(qū)。這種分類方案擴(kuò)大了構(gòu)造變形樣式的類型,并且將鹽上構(gòu)造層單一樣式及鹽下構(gòu)造層組合樣式分開,強(qiáng)調(diào)鹽下構(gòu)造層變形樣式由基底卷入和蓋層滑脫構(gòu)造共同組成,分布于沖斷帶內(nèi)的不同構(gòu)造部位。3.2儲車事基性鹽巖植物的層析成礦模式庫車坳陷庫姆格列木群內(nèi)沉積了厚層膏鹽巖,發(fā)育豐富的鹽構(gòu)造樣式。前人根據(jù)鹽巖變形后的不同形態(tài)將其劃分為鹽枕、鹽墻、鹽丘、鹽焊接等多種樣式。由于鹽巖具有塑性流動的特征,在變形過程中受盆地?cái)D壓力及圍巖差異負(fù)載作用影響進(jìn)一步改變鹽構(gòu)造的形態(tài)。因此本文將鹽巖的變形與圍巖聯(lián)系在一起,根據(jù)鹽巖變形對圍巖的影響程度將其劃分為5個(gè)亞類,分別為鹽席、鹽墻、鹽刺穿、鹽拱和鹽楔入構(gòu)造。鹽巖出露地表后,呈席狀擴(kuò)展,從地表露頭上看,鹽巖擴(kuò)散后受地表地形影響明顯,多期鹽巖的流動具有明顯的指向性,該類鹽構(gòu)造為鹽席構(gòu)造,主要集中于庫車坳陷中西部。鹽墻構(gòu)造多與鹽上層斷層相伴生,鹽巖常沿?cái)鄬用娉雎吨恋乇砬一烊氲貙又?在地表呈線性、帶狀分布。還有部分鹽巖沒有出露地表,與圍巖形成3種樣式:鹽楔入構(gòu)造,指鹽巖沿水平方向侵入至圍巖中,使得鹽上地層抬升,而鹽下地層產(chǎn)狀保持不變,整體呈現(xiàn)出魚嘴狀特征;鹽刺穿構(gòu)造及鹽拱構(gòu)造是鹽巖垂向侵入地層之后可形成復(fù)雜的變形樣式,前者多呈柱狀、球狀,對圍巖的產(chǎn)狀影響較小,而后者則表現(xiàn)為三角帶或丘狀構(gòu)造,對鹽上地層的產(chǎn)狀影響明顯,該類樣式主要分布于大北-克深構(gòu)造帶,與地表的線性褶皺帶相對應(yīng)。本文提出的五類鹽構(gòu)造將鹽巖的變形與鹽上地層變形聯(lián)系在一起,強(qiáng)調(diào)的是鹽巖變形后對周圍地層的影響。3.3庫車提出走滑構(gòu)造除了收縮構(gòu)造和鹽構(gòu)造外,庫車坳陷北部還發(fā)育走滑構(gòu)造。在南天山自北向南的推擠作用下,庫車坳陷走滑構(gòu)造多出現(xiàn)于盆地邊緣或盆地內(nèi)部構(gòu)造轉(zhuǎn)換部位。其主要形成機(jī)制有2種,一種是受古隆起控制,在古隆起邊緣形成大規(guī)模走滑構(gòu)造,另一種則是受斜向推擠力的作用形成壓扭性構(gòu)造。由于走滑構(gòu)造是一個(gè)相對復(fù)雜的變形系統(tǒng),因此在空間上可以表現(xiàn)出多種變形樣式。庫車坳陷走滑構(gòu)造主要表現(xiàn)為以下幾種。剖面上,多表現(xiàn)為花狀構(gòu)造及不協(xié)調(diào)變形?；顦?gòu)造主要由一條切穿基底或沿鹽層滑脫的主斷層及其上分支斷層組成,分支斷層與主斷層相交構(gòu)成似“花狀”構(gòu)造。由于該區(qū)域主要處于擠壓環(huán)境,多以正花狀構(gòu)造為主。不協(xié)調(diào)變形表現(xiàn)為斷層兩盤塊體差異對接,一般斷層面較陡、斷塊間發(fā)育構(gòu)造破碎帶,兩盤斷塊的產(chǎn)狀、規(guī)模變化明顯。該類構(gòu)造多見于鹽上層,地表露頭可見明顯的不協(xié)調(diào)變形特征(圖4,庫車河剖面)。平面上走滑構(gòu)造表現(xiàn)為雁列褶皺(斜列斷層)、海豚效應(yīng)、馬尾狀斷層等樣式。這些構(gòu)造都是走滑斷層帶的伴生構(gòu)造,其走向往往與區(qū)域應(yīng)力場方向斜交。在庫車坳陷地表可見喀拉玉爾袞雁列褶皺帶,反映喀拉玉爾袞斷裂具有一定的走滑性質(zhì)。庫車中部克拉1號、2號構(gòu)造南部發(fā)育克拉蘇斷裂帶,雖然克拉蘇斷裂帶主體呈EW走向,但是由于南天山山體走向在大北-克深段發(fā)生轉(zhuǎn)折,因此克拉蘇斷裂帶在局部會產(chǎn)生走滑分量,表現(xiàn)出海豚效應(yīng)及斜列斷層的構(gòu)造特征。阿瓦特構(gòu)造段位于克拉蘇構(gòu)造帶及烏什凹陷2個(gè)構(gòu)造帶間,受溫宿凸起的影響,阿瓦特鹽下斷層在平面上表現(xiàn)出馬尾狀斷層的特征,整體向西北甩開。其間發(fā)育分支斷層,斷層組合復(fù)雜。4不同層系不同構(gòu)造發(fā)育的滑脫構(gòu)造特征庫車坳陷中部克拉蘇構(gòu)造帶是盆山過渡帶中變形最為強(qiáng)烈的地區(qū),與西側(cè)烏什凹陷具有明顯的差異性。該構(gòu)造帶具有較強(qiáng)的分段變形特征,根據(jù)構(gòu)造變形樣式及各構(gòu)造層間組合關(guān)系的差異,可以將該帶分為以下6個(gè)構(gòu)造段。(1)阿瓦特段該段位于克拉蘇構(gòu)造帶西部,西鄰烏什凹陷(圖5-a),南接溫宿凸起。該構(gòu)造段整體呈東西向展布的狹長凹陷,鹽上層發(fā)育逆沖斷層及褶皺構(gòu)造樣式,逆沖斷層上盤沉積地層較薄,下盤沉積地層明顯增厚。該段沉積了厚層膏鹽巖,鹽巖變形強(qiáng)烈,形成鹽拱、鹽楔入等樣式。鹽下層構(gòu)造集中于溫宿凸起以北,表現(xiàn)為一系列呈階梯狀抬升的疊瓦狀構(gòu)造(圖5-b)。(2)博孜段該段位于克拉蘇構(gòu)造帶西部,盆地變形范圍明顯加大,鹽上層沉積中心向盆地內(nèi)部遷移,形成鹽上凹陷。鹽巖層在該區(qū)分布具有明顯的分帶特征,北部表現(xiàn)為橢球型的鹽刺穿構(gòu)造,南部鹽巖層厚度明顯減薄,呈層狀分布。鹽下構(gòu)造層發(fā)育一系列逆沖斷層,自北向南,由高角度基底卷入逆沖斷層,逐漸變?yōu)閮A角較緩的低角度基底卷入逆沖斷層至滑脫逆沖斷層。次級斷層在深部與克拉蘇斷層相交(圖5-c)。(3)大北段該段地表變形復(fù)雜,北部可見受吐孜瑪扎斷層控制的線性褶皺帶,而南部則發(fā)育大宛齊鹽上背斜。鹽巖層在該段表現(xiàn)為2個(gè)聚集中心:北部吐孜瑪扎鹽拱構(gòu)造,鹽巖沿逆斷層出露地表,形成線性鹽墻構(gòu)造;南部鹽巖聚集加厚形成丘狀大宛齊鹽拱。鹽下發(fā)育一系列逆沖斷層,與博孜段不同的是,該段以基底卷入逆沖斷層為主,自南向北斷層斷面雖然變陡,但是斷距明顯減小(圖5-d)。(4)克深5段該段位于大北段至克深段過渡段,鹽上層地表出現(xiàn)南北2組線性褶皺帶,分別為北部庫姆格列木背斜和南部喀桑托開背斜,大宛齊背斜轉(zhuǎn)換為鹽上向斜。鹽巖層向北部聚集,形成穹窿狀鹽拱,南部鹽巖呈層狀展布。鹽下構(gòu)造則表現(xiàn)為明顯的分帶性,北部為高角度基底卷入斷層,地表線性背斜帶之下形成大規(guī)模的基底卷入逆沖斷層,而南部則發(fā)育一系列在基底面之上滑脫的次級斷層(圖5-e)。(5)克深段克深段變形特征與克深5段相似,鹽上層變形以2組線性褶皺帶為主,鹽巖層則形成了克拉蘇斷層下盤的三角形鹽拱。鹽下構(gòu)造以克拉蘇斷層為界,可以劃分為北部高角度基底卷入構(gòu)造帶,發(fā)育一系列呈階梯狀排列的基底卷入逆沖斷層?？死瓟鄬酉卤P低角度基底卷入構(gòu)造帶,主要以一系列切割至基底的楔形逆沖斷層組成以及南部的滑脫沖斷構(gòu)造帶,該帶鹽巖層急劇減薄,發(fā)育一系列滑脫沖斷構(gòu)造。與克深5段對比,克深段滑脫逆沖構(gòu)造分布范圍更加廣泛,向盆地內(nèi)可延伸至秋里塔格構(gòu)造帶北部(圖5-f)。(6)克拉3-東秋8構(gòu)造段該段位于盆地東部,屬于克拉蘇構(gòu)造帶與依奇克里克構(gòu)造帶過渡部位。該段樣式發(fā)生明顯變化:a.構(gòu)造變形的分層性減弱,表現(xiàn)為鹽上、鹽下構(gòu)造一致變形。b.鹽巖在該段厚度減薄,多隨上下構(gòu)造層變形,不發(fā)育明顯的鹽構(gòu)造樣式。c.該段主要發(fā)育基底卷入式構(gòu)造,斷層多切割至盆地基底,未見明顯的滑脫構(gòu)造樣式(圖5-g)。總體上看,庫車坳陷中部盆山過渡帶表現(xiàn)為一個(gè)東西窄而中間寬且向南凸出的弧形坳陷。在坳陷內(nèi)沉積的厚層鹽巖調(diào)節(jié)了盆山過渡帶的構(gòu)造變形。同時(shí)剖面特征顯示,克拉蘇斷層帶以北的北部單斜帶構(gòu)造變形也具有明顯的差異性,基底斷層的數(shù)量、傾角、分布位置具有明顯差異,這種現(xiàn)象表明庫車坳陷基底構(gòu)造(前中生界)存在的不均一性也影響了各構(gòu)造段間變形的差異。因此在基底先存構(gòu)造、鹽巖差異沉積及后期南天山隆升所產(chǎn)生的差異推擠力的共同作用下,形成了現(xiàn)今庫車坳陷復(fù)雜的分段分帶的變形特征。5晚二疊世—庫車坳陷北部構(gòu)造演化大北段、克深段位于庫車坳陷中部,該構(gòu)造帶變形最為復(fù)雜。鹽巖的存在,導(dǎo)致了鹽上、鹽下構(gòu)造變形的不協(xié)調(diào),同時(shí)鹽巖的塑性流動使得原始鹽巖的沉積狀態(tài)較難恢復(fù)。本次研究綜合利用平衡剖面及區(qū)域地質(zhì)研究成果,將庫車坳陷構(gòu)造演化劃分為4個(gè)階段,分別是:晚二疊世—三疊紀(jì)古前陸盆地、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)坳陷盆地、古近紀(jì)—中新世弱擠壓撓曲盆地和上新世—第四紀(jì)陸內(nèi)前陸盆地。晚二疊世—三疊紀(jì)古前陸盆地:克深段三維地震資料顯示,該段基底存在一條連續(xù)反射界面,向北在克拉蘇斷層深部消失。根據(jù)山前出露地層厚度推測,該界面應(yīng)為三疊系底面。整體上看,三疊系表現(xiàn)為自北向南逐漸減薄的特征,其中在大北段可見三疊紀(jì)古隆起,三疊系向隆起迅速減薄,整體表現(xiàn)出前陸盆地的楔狀形態(tài)?，F(xiàn)今所看到的克拉蘇斷層近垂直切入盆地基底,推測其可能為晚二疊世—三疊紀(jì)的古逆沖斷層。該期前陸盆地奠定了庫車坳陷盆地的基礎(chǔ),影響了庫車坳陷中晚期的構(gòu)造變形。侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)陸內(nèi)坳陷盆地:針對于該期盆地是伸展型盆地還是擠壓型盆地尚有爭議。但是根據(jù)地震資料解釋所得到的成果來看,該期地層厚度分布較均勻,沒有出現(xiàn)明顯的地層增厚現(xiàn)象,在新近紀(jì)晚期強(qiáng)烈變形的過程中,除了克拉蘇斷層及其分支斷層表現(xiàn)為高角度、大斷距斷層外,克拉蘇斷層下盤逆沖斷層多為低角度、小斷距斷層且分布均勻,據(jù)此推測這些斷層可能多在新近紀(jì)中、晚期形成。因此本文認(rèn)為白堊紀(jì)—侏羅紀(jì)沉積期應(yīng)為陸內(nèi)坳陷型盆地,在中生界沉積之后盆地經(jīng)歷了整體抬升剝蝕,使得該區(qū)普遍缺失上白堊統(tǒng)。古近紀(jì)—中新世弱擠壓撓曲盆地:該階段主要指庫姆格列木群-康村組沉積期。庫姆格列木群沉積期盆地內(nèi)沉積了面積廣泛的膏鹽巖,形成了多個(gè)分隔鹽湖,其后蘇維依組沉積期在膏鹽巖之上沉積了一套分布面積廣泛以泥巖、粉砂巖為主的地層。吉迪克組沉積期南天山開始初始隆升,受擠壓應(yīng)力及同沉積作用