新疆吉木萨尔大龙口背斜核部露头构造样式研究

路 成，李晓剑，路顺行，刘德智，贾凡建

(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046;2.中国石化胜利油田分公司西部新区研究院，山东 东营 257022)

0 引言

构造样式的研究具有重要的意义和广泛的应用，如在大地构造学中应用构造样式可以区分盆地类型(刘和甫，1995;贾承造等，2014)，在中小尺度“狭义”构造地质学中应用构造样式可以划分构造圈闭类型等(何发岐等，1995)，特别是在山前带，由于地面条件复杂和地下结构复杂，导致地震资料品质差，因此地震资料处理和解释必须依托构造样式的指导(杨云岭，2003;宋桂桥等，2012;王华忠等，2013)。

前人对于构造样式的研究非常重视，取得了大量成果。但对构造样式的研究，一是大部分集中于含油气盆地的地震资料的解释(刘和甫，1993;冯建辉等，2000;夏斌等，2006;杨克绳，2009;李丕龙等，2010)，针对野外地质露头较少的问题;二是主要着眼于大中尺度(几千米，甚至更大)的构造样式(肖志明，1991;蔡学林等，1992;温声明等，2006;黄学猛等，2009;范迪富等，2011)，中小尺度(几百米，甚至更小)的很少。小型构造在许多细节上是大型构造的天然模型，是研究区域构造的基础(宋鸿林，2001)。

新疆吉木萨尔大龙口二叠系—三叠系露头剖面作为该区的典型剖面，前人开展了大量地层方面的研究(李永安等，2003;庞其清等，2004)，但是构造方面的研究资料较少。该剖面的中段为大龙口背斜的核部区，露头构造现象特征清晰，是针对野外地质露头研究中小尺度构造样式的理想场所。为此，本次研究就大龙口背斜核部露头的构造特征和构造样式进行重点剖析。

1 地质背景

大龙口背斜地理上位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县三台镇辖区，大龙口二叠系—三叠系露头剖面位于三台镇大龙口沟和东大沟中，背斜核部位于喇嘛昭村与大龙口水库之间。

大龙口背斜构造上位于准噶尔盆地东南缘、天山造山带博格达山前冲断带大龙口地区(图1a)。露头剖面的背斜核部位于中二叠统芦草沟组之中，背斜两翼地层从中二叠统芦草沟组依次过渡到上二叠统和中生界三叠系，均为连续沉积的砂泥岩剖面。背斜核部的南部发育有1条逆断层——大黄山断裂。研究区处于背斜核部(图1 b、c)，卷入变形的地层为中二叠统芦草沟组，岩性主要为灰色、深灰色泥页岩夹薄层灰色粉细砂岩。该露头点出露良好、构造现象发育(图2a)，是开展露头构造研究的绝佳地点。

图1 大龙口背斜核部露头位置图(a)区域构造位置图;(b)大龙口地区地质图;(c)大龙口背斜地质剖面图Fig.1 Location map showing outcrop of the Dalongkou anticline core(a)Regional tectonic map;(b)Geological map of the Dalongkou area;(c)Geological profile of the Dalongkou anticline

2 构造特征分析

2.1 不同岩性地层的构造变形差异性

图2是大龙口背斜核部的构造特征剖面。其中，图2a为野外露头照片，其浅色部分为砂岩，深色部分为泥页岩;图2b是露头对应的地质剖面图;图2c、图2d分别为北部和南部的局部放大素描图。从图中可以看到，在同样的应力作用下，以砂岩为主的地层(即强硬层或称强干层)构造相对简单，而以泥页岩为主的地层(即软弱层或称非强干层)变形明显复杂，发生了强烈褶曲，使岩石的原始层理已经难以识别(图 3a、b)。

2.2 软弱层构造变形的不稳定性

大龙口背斜核部露头剖面上，在泥页岩发育的剖面南端，西坡地层整体北倾，岩层变形不强，而其对面的东坡地层则整体近于直立，发生强烈褶曲(图3c、d)。二者并不是一般认为的简单对称关系，充分体现了软弱层发育区构造样式不稳定、变化快的特征。这2个特征表明，在相同应力作用下，强硬层不易发生变形，构造相对简单;而软弱层抵抗外力能力较差、不稳定，变形往往比较复杂，构造样式变化快。

2.3 褶皱相关断层与调节构造发育

大龙口背斜核部露头剖面上，褶皱相关断层(邬光辉等，2007;邓洪菱等，2009;De Sitter，1964;Mitra，2002;)与调节构造(孟宪刚，1997;熊伟，2005;孙思敏，2007;王有智等，2009;劳海港等，2010)发育，并具有其特殊性。在背斜的北翼，由于砂岩条带发育，变形以脆性破裂为主(图4a)。断层逆冲方向与褶皱挤压方向一致，并且断距十分有限，应该是地层褶皱时形成的次级调节性断层，属于褶皱相关断层。断块自翼部向核部层层楔入，形成一种独特的构造样式。这一现象说明，当地层受到挤压应力发生褶皱时，如果两翼岩层能干性较强，可以在递进变形过程中发育由两翼向核部冲断、规模有限的逆冲断层来调节整体变形。

图2 大龙口背斜核部构造剖面图Fig.2 Geological profiles showing structures of the Dalongkou anticline core

在背斜的核部，发育1对背冲断层，断层的公共盘被向上推举“弹出”(图4b)。其中断层F1将次级背斜错段，断距较小，推断该背冲构造属于主体褶皱演化后期的产物，不同于一般意义上的“冲起构造”，形成一种独特的构造样式。

在剖面中还可以见到“背斜驮向斜”的不协调构造现象(图4b)。上部的向斜和下部的背斜都以砂岩为主，地层整体弯曲，二者形态完整且互不影响。而夹于其间的泥页岩层段则强烈揉皱，局部发育了柔流构造，地层有明显的减薄、增厚现象，说明软弱岩层在变形中发生了塑性流动。

3 构造样式与发育模式

构造样式的概念内涵丰富，很多学者在使用这个术语时较随意。到目前为止，学界还没有对构造样式进行系统分类研究。一般来说，不同的学者会依据所研究对象——地质体的规模和特点进行不同的分类。如有的学者根据地球动力学性质和构造变形特征划分为伸展构造样式、压缩构造样式、走滑构造样式和反转构造样式(刘和甫，1993;何发岐等，1995);有的学者在研究盆地构造样式时，按照盆地基底是否卷入划分为基底卷入型和盖层滑脱型两大类(胡望水等，2002)等。这样的分类应该属于构造样式的一级分类，每一类别的构造样式花样繁多，多数没有固定的名称、几何形态和发育模式。然而，按照形成机制的因果关系和主从关系划分的“断层相关褶皱”(Suppe，1983，1985，1990，1992;Mitra，1990，2003)和“褶皱相关断层”构造深化、细化了这个问题。从上述大龙口背斜核部露头的构造特征来看，大龙口背斜核部发育的是“褶皱相关断层”构造，主要有3种构造样式类型。

图3 大龙口背斜核部软弱层地层变形特征Fig.3 Deformation characteristics of weak layers at the core of the Dalongkou anticline

3.1 “褶翼楔入组”构造样式

Mitra将“褶皱相关断层”构造归纳为4大类8种不同的具体类型。其中将楔入逆冲断层大类又进一步分为枢纽楔入逆冲和翼部楔入逆冲(邓洪菱等，2009;Mitra，2002)。前人研究认为，逆冲作用依次切穿强硬层向上扩展，将断层滑动位移转移到相邻的发育在软弱岩层中的顺层逆冲断层中(邓洪菱等，2009;Cloos，1964)，从而表现出典型的断坪－断坡几何学结构。楔入逆冲断层的逆冲方向通常与弯滑褶皱作用顺层滑动方向协调一致(邓洪菱等，2009)。

上述大龙口背斜核部露头也发育翼部楔入逆冲构造。其特点是在背斜的翼部出现1组逐步向上收敛或近于平行的逆冲断层，但它与Mitra和Cloos提出的经典模式有所不同(图4a)。一是楔入逆冲断层成组出现，二是楔入逆冲断层与岩层的交角较大，三是断层滑动位移没有转移到发育在软弱岩层中的顺层逆冲断层中。其发育模式是：当岩层受到挤压应力作用时，在递进变形过程中，随着褶皱作用逐渐增强，挤压应力超出两翼岩石的抗压(抗剪)强度时，就会在背斜的两翼形成对称的、由两翼向核部冲断的楔入逆冲断层组，断块犹如一个个楔子楔入背斜的核部，起到变形的调节作用，这种构造样式可以称为“褶翼楔入组”构造样式(图5)。

3.2 “类冲起”构造样式

冲起构造是逆冲断层与同时形成的反冲断层围限部位，因强烈挤压而上冲，形成变形强烈的隆起构造。典型的冲起构造主要表现为冲断层两侧地层近于水平，冲断层之间的隆起为背斜形态。即当水平岩层受到水平挤压应力作用时，岩层破裂形成1对背冲断层，其公共盘逐渐抬升并发生弯曲，而下降盘相对不活动，保持近水平，从而形成冲起构造(图6b)。通常还有一种情况是，当水平岩层受到水平挤压应力作用时，岩层发生弯曲形成背斜，在背斜核部由于局部拉张形成次级正断层，产生顶部陷落(图6a)。

图4 大龙口背斜核部与翼部的构造变形特征Fig.4 Structural deformation characteristics of the core and wings of the Dalongkou anticline

图5 “褶翼楔入组”构造样式和发育模式Fig.5 Tectonic style and development pattern of the“Limb Wedge Group Structure”

上述大龙口背斜核部露头发育2条背冲断层(图4b)，但它既不是典型的冲起构造，更不是通常的顶部陷落，而是“类冲起构造”(图6c)。其特点是上下盘地层都发生了弯曲变形，以与经典的冲起构造相区别。其发育模式是：当地层遭受挤压时，首先弯曲形成背斜，随着进一步的挤压变形，在背斜的核部区域，为了调节变形可以形成背冲断层，使断块冲起形成“类冲起构造”。

图6“类冲起”及其相似构造样式和发育模式Fig.6 Tectonic style and development pattern of“Similar Pop-up Structure”and likenesses

3.3 “分离反向褶曲”构造样式

上述大龙口背斜核部露头还发育“背斜驮向斜”的不协调构造现象(图4b)，即“分离反向褶曲”构造样式。其特点是：中间软弱层变形强烈，发生了塑性流动，发育了柔流构造，起到了上下隔离的作用，使得构造形态上部的(向斜)与下部的(背斜)不一致甚至完全相反。一般来说，当一套强硬层受到水平挤压应力而发生弯曲时，通常会同向褶曲而形成平行褶皱。而当强硬层中间夹有一定厚度的软弱岩层时，岩石的层间滑动往往会在转折端形成“虚脱”现象，软弱层便会充填其中，形成“顶厚翼薄”的填补构造(杜思清等，1987)(图7)。“分离反向褶曲”构造的发育模式是，在背斜核部随着挤压的加强，在中间的软弱层产生了塑性滑动，“顶厚翼薄”的填补构造会进一步变形错位，使得下部的背斜与侧翼的局部向斜迭加在一起，形成以塑性软弱层为界的上下分层的“分离反向褶曲”构造样式(图7)。

图7 “分离反向褶曲”构造样式和发育模式Fig.7 Tectonic style and development pattern of“Separation Reverse Fold Structure”

4 结论

(1)岩层能干性对构造变形具有重要影响。在同一应力背景下，不同能干性岩层变形特征差异较大。软弱层常常成为断裂构造的发起点、终止点或不协调构造的转折点，对变形具有控制作用。准噶尔盆地的软弱层(也是构造滑脱层)主要有6套：P2l－h、J1b、J2x、K1tg、E2－3a、N1t(董臣强等，2007)。研究涉及这些地层的构造解析时，要特别注意软弱层在构造变形中的作用。

(2)大龙口背斜核部露头发育3种构造样式类型。尽管随着“断层相关褶皱”和“褶皱相关断层”理论的发展与应用(杜菊民等，2004;何登发等，2005;邵雨等，2005;吴红华等，2010)，前人对挤压地区构造样式进行过大量研究(刘和甫等，1994;汤良杰，1994;Stewart等，2000;汤良杰等，2003;李兰斌等，2012)，特别对准噶尔盆地南缘的构造样式也做过很多分析(韩晓黎等，2001;孙自明等，2004;汪新伟等，2005;王磊等，2007;肖立新等，2012)。但是，大龙口背斜核部露头的“褶翼楔入组”、“类冲起”和“分离反向褶曲”3种构造样式具有明显特殊性，它不仅丰富了现有的构造样式类型，而且对山前带(包括准噶尔盆地南缘)构造研究，特别是对山前带地震资料的构造解释具有指导意义。

蔡学林，魏显贵，刘援朝.1992.阿尔金山走滑断裂构造样式［J］.成都地质学院学报，19(1)：8 －17.

杜思清，乐光禹，滕秉义.1987.关于填补构造：以马角坝地区多级序不协调叠瓦式构造为例［J］.成都地质学院学报，14(3)：31－40.

杜菊民，张庆龙，杜松金，等.2004.内蒙古大青山地区构造新样式初探［J］.地质学刊(原《江苏地质》)，28(2)：65－68.

董臣强，孙自明，洪太元.2007.准噶尔盆地南缘前陆褶皱冲断带构造滑脱层厘定［J］.石油实验地质，29(2)：138－142.

邓洪菱，张长厚，李海龙，等.2009.褶皱相关断裂构造及其地质意义［J］.自然科学进展，19(3)：285－296.

冯建辉，吕延仓，谭试典.2000.中国石油构造样式［M］.北京：石油工业出版社.

范迪富，徐雪球，杜建国，等.2011.江苏宜(兴)—溧(阳)山区构造样式组合分析［J］.地质学刊，35(2)：143－149.

何发岐，何海泉.1995.塔里木盆地构造样式与构造圈闭类型特征分析［J］.新疆地质，13(1)：45－55.

胡望水，卫拥军，张自其.2002.辽河盆地构造样式与圈闭发育特征［J］.新疆石油地质，23(3)：197－200.

何登发，SUPPE J，贾承造.2005.断层相关褶皱理论与应用研究新进展［J］.地学前缘，(4)：353－364.

黄学猛，谢富仁.2009.龙门山构造带的演化历史及构造样式综述［G］//中国地震局地壳应力研究所.地壳构造与地壳应力文集.北京：地震出版社，(21)：16－29.

贾承造，雷永良，陈竹新.2014.构造地质学的进展与学科发展特点［J］.地质论评，60(4)：709－720.

刘和甫.1993.沉积盆地地球动力学分类及构造样式分析［J］.地球科学：中国地质大学学报，18(6)：700－814.

刘和甫，梁慧社，蔡立国，等.1994.川西龙门山冲断系构造样式与前陆盆地演化［J］.地质学报，68(2)：101－118.

刘和甫.1995.前陆盆地类型及褶皱－冲断层样式［J］.地学前缘，2(3/4)：59－67.

李永安，金小赤，孙东江，等.2003.新疆吉木萨尔大龙口非海相二叠系—三叠系界线层段古地磁特征［J］.地质论评，49(5)：525－536.

劳海港，吴孔友.2010.河西务构造带调节构造特征分析［J］.内蒙古石油化工，(14)：30－32.

李丕龙，冯建辉，陆永潮，等.2010.准噶尔盆地构造沉积与成藏［M］.北京：地质出版社.

李兰斌，孙家振，夏晓燕，等.2012.柴达木盆地西南地区褶皱构造样式［J］.石油实验地质，34(1)：30－35.

孟宪刚.1997.谈调整构造［J］.地质科学，32(2)：146－155.

庞其清，金小赤.2004.新疆吉木萨尔大龙口锅底坑组的介形虫及陆相二叠系—三叠系界线［G］//中国地质科学院地层古生物论文集编委会.地层古生物论文集.北京：地质出版社，(28)：205－240.

STEWART S A，杨明慧，田雨东.2000.沉积盆地中与滑脱层厚度有关的薄皮构造系统几何样式［J］.国外油气勘探，(3)：253 －265，270.

宋鸿林.2001.五十年来中国小型构造研究的回顾与展望［J］.地质论评，48(2)：158－167.

孙自明，何治亮，牟泽辉.2004.准噶尔盆地南缘构造特征及有利勘探方向［J］.石油与天然气地质，(2)：216－221.

邵雨，陈伟，张伯友.2005.断层相关褶皱理论在准噶尔盆地南缘山前带构造研究的应用［J］.地球科学与环境学报，(1)：26－29.

孙思敏.2007.东濮凹陷调节构造特征［J］.油气地质与采收率，14(2)：38－41.

宋桂桥，于世焕.2012.山前带地震勘探技术进展与对策研究［J］.石油物探，51(6)：539－547.

汤良杰.1994.塔里木盆地构造演化与构造样式［J］.地球科学：中国地质大学学报，19(6)：742－754.

汤良杰，贾承造，皮学军，等.2003.库车前陆褶皱带盐相关构造样式［J］.中国科学：地球科学，33(1)：38－46.

汪新伟，汪新文，刘剑平，等.2005.准噶尔盆地南缘褶皱－逆冲断层带分析［J］.地学前缘，12(4)：411－421.

温声明，王贵重，程明华，等.2006.南天山山前冲断带的构造样式及成因探讨［J］.新疆地质，24(1)：24－29.

邬光辉，罗春树，胡太平，等.2007.褶皱相关断层：以库车坳陷新生界盐上构造层为例［J］.地质科学，42(3)：496－505.

王磊，吕双兵，朱映康.2007.准噶尔盆地南缘的构造样式与圈闭作用［J］.大庆石油学院学报，31(6)：24－27.

王有智，张卫海.2009.二连盆地乌里雅斯太凹陷南洼断裂调节构造－坡折带特征及其对储集层分布的控制［J］.古地理学报，11(5)：573－580.

吴红华，戴福贵，杨津，等.2010.挤压断裂构造样式地震解释［J］.地学前缘，17(5)：361－373.

王华忠，刘少勇，杨勤勇，等.2013.山前带地震勘探策略与成像处理方法［J］.石油地球物理勘探，48(1)：151－159.

肖志明.1991.宁镇地区中生代构造分期及其对成岩成矿的控制［J］.地质学刊(原《江苏地质》)，15(1)：12－17.

熊伟.2005.车镇凹陷大王北地区调节构造分析［J］.油气地质与采收率，12(6)：23－25.

夏斌，刘朝露，陈根文.2006.渤海湾盆地中新生代构造演化与构造样式［J］.天然气工业，26(12)：57－60.

肖立新，雷德文，魏凌云，等.2012.准南西段构造样式及逆冲推覆构造特征［J］.天然气工业，32(11)：36－39.

杨云岭.2003.地质模式在地震解释中的重要作用［J］.油气地球物理，1(1)：4－7.

杨克绳.2009.中国含油气盆地结构和构造样式地震解释［M］.北京：石油工业出版社.

CLOOS E.1964.Wedging，bedding plane slip，and gravity tectonics［G］//LOWERY W D.Tectonics of the Southern Appalachians.Virginia，USA：Virginina Polytechnic Institute，Department of Geological Sciences，Memoir 1：63 －70.

DE SITTER L U.1964.Structural Geology［M］.2nd ed.New York，USA：McGraw·Hill.

MITRA S.1990.Fault－propogation fold：geometry，kinematic evolution，and hydrocarbon［J］.AAPG Bulletin，74：921 －945.

MITRA S.2002.Fold－accommodation faults［J］.AAPG Bulletin，86：671－693.

MITRA S.2003.A unified kinematic model for the evolution of detachment folds［J］.Journal of Structural Geology，25(10)：1659－1673.

SUPPE J.1983.Geometry and kinematics of fault－bend folding［J］.American Journal of Science，283：684 －721.

SUPPE J.1985.Principles of Structural Geology［M］.Englewood Cliffs，New Jersey，USA：Prentice－Hall，Inc.

SUPPE J，MEDWEDEFF D A.1990.Geometry and kinematics of fault－propogation folding［J］.Eclogacgeol Helv，83(3)：409－454.

SUPPE J，CHOU G T，Hook S C.1992.Rates of folding and faulting determined from growth strata［M］//MCCLAY K R.Thrust Tectonics.London，UK：Chapman ＆ Hall，105 －121.