塔东北草湖地区差异构造变形特征与动力学过程探讨

田 蜜，赵永强，罗 宇，马玉春，周雨双，张根法

(1.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126; 2.中国石化西北油田分公司，乌鲁木齐 830011)

塔东北草湖地区差异构造变形特征与动力学过程探讨

田 蜜1，赵永强1，罗 宇1，马玉春1，周雨双1，张根法2

(1.中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡 214126; 2.中国石化西北油田分公司，乌鲁木齐 830011)

草湖地区位于塔里木盆地东北部与库鲁克塔格隆起的结合部位，该区古生界—中生界地层保存比较齐全，较完整地记录了塔里木盆地东北缘的构造演化。基于最新二维地震资料构造解释，利用断层相关褶皱分析技术，对草湖地区构造变形样式、运动学特征进行了精细解析。研究表明，草湖地区断裂变形具有“上下分层、南北分段、东西分带”的特征，断裂活动总体上具有逆冲兼压扭性质，主要发育海西晚期、印支期、燕山中期3期构造变形，均具有断层相关褶皱的几何学特征。在构造变形分析的基础上，选择典型地震测线剖面，利用平衡剖面技术，恢复了草湖地区的构造演化历史，即加里东晚期—海西早期的构造运动，奠定了研究区及周缘的隆凹格局，主要形成了阿克库勒凸起、草湖凹陷、尉犁鼻凸;海西晚期，发育逆冲滑脱断层;印支期、燕山期继承性的压扭走滑下，最终形成该区的构造格局。

构造变形;构造演化;断层相关褶皱;平衡剖面恢复;草湖凹陷;塔里木盆地

塔里木盆地东北部草湖地区地层发育相对较全，构造变形复杂多样，是开展构造解析、盆山耦合关系研究的理想场所，也是塔里木盆地油气勘探的探索区域。目前该地区已有钻井10余口，在三叠系、泥盆系东河塘砂岩、志留系及寒武系等多个层系中获得了较好的油气显示，显示本区具有较好的勘探前景。

前人在草湖地区地震、钻井等资料分析的基础上，开展了地层沉积、烃源演化、油气成藏等方面的研究工作［1－4］，构造研究主要体现在对构造单元划分、区域隆升、形成演化方面的研究［5－7］，研究程度较低。前人对断裂构造的研究，仅限于对巴里英断裂、普惠断裂2条边界断裂构造样式和活动期次的初步分析;早期油气勘探中，受限于地球物理资料品质，虽然识别出了草湖凹陷南部至满加尔坳陷北部的NE－SW向断裂带，但是在断裂的纵、横向展布，几何学、运动学特征以及活动期次上都缺乏细致的分析刻画。

本文针对草湖地区新采集的地震资料，开展了精细构造解析工作，着重对NE－SW向断裂构造带进行了断层相关褶皱分析，提出草湖地区构造变形期次，恢复了研究区构造演化历史，对深入开展草湖凹陷及邻区构造圈闭落实评价、油气成藏与断裂疏导等研究有重要意义，为地层缺失严重的塔东北及周缘地区构造演化历史分析提供了参考。

1 地质概况

草湖地区位于塔里木盆地与库鲁克塔格隆起的结合部位，主要包括沙雅隆起的次级构造单元草湖凹陷以及满加尔坳陷的西北缘(图1)，构造位置上北邻库尔勒鼻凸，西接阿克库勒凸起，东倚孔雀河斜坡，呈喇叭形向南展布，逐渐过渡至满加尔坳陷。研究区地层发育相对较齐全，整体缺失二叠系，西部残留上泥盆统东河塘组。古生界、中生界各套地层也有不同程度的剥蚀(图2)，存在5个主要的角度不整合面:上奥陶统顶面不整合()，志留系顶面不整合()，石炭系顶面不整合()，三叠系顶面不整合()，侏罗系顶面不整合()。巴里英断裂(F1)、普惠断裂(F2)是草湖凹陷与库尔勒鼻凸的边界断裂，呈NW－SE向展布，断面北倾，上陡下缓，切割了古生界—中生界的地层。研究区内的断裂主要有满1井断裂(F3)、满2井断裂(F4)、满2井东断裂(F5)以及普惠1井断裂(F6)，呈NE－SW向展布，断面倾向SE或NW，主要切割下古生界上部—中生界中、下部的地层。

2 草湖地区构造变形分析

图1 塔里木盆地草湖地区基于奥陶系顶面仰视地层的构造纲要、柱状图及构造剖面Fig.1 Tectonic division，profile and stratigraphic column of the Caohu area in Tarim Basin in upward view point of Ordovician top surface

草湖地区主要表现为沉积—构造凹陷形态，断裂发育整体较弱，最新的二维地震资料解释成果显示，断裂发育主要有上下分层、东西分带、南北分段的特征。

2.1 上下分层

研究区自下而上，大致可以划分出4套构造变形层(图1):第1套是下古生界构造层中发育的大型褶皱和小型断层;第2套是切穿下古生界上部至上古生界(S－C)的逆冲滑脱变形;第3套是中生界(T－J)压扭变形;第4套为披覆的弱变形或未变形的上构造层(K－Q)主体。

草湖凹陷南部—满加尔坳陷的地震剖面显示，下古生界整体为大的复向斜形态。下古生界下部发育一套逆冲断层，走向NEE－SWW，断面主体倾向NNW，断距较小。构造样式上，主要发育平行的数条逆冲断裂构造和背冲构造。断层下切至前南华系基底(Td面以下)，向上切穿面(中—下奥陶统顶面)，少数断层延伸至面附近。从 TDB08－N415－9地震剖面上可以识别出发育的是一组断面北倾的正断层，面层拉平后的形态表明，该正断层控制了中—下奥陶统的沉积。上述构造变形反映了震旦系至中—下奥陶统内发育了2期断裂构造，即早期的正断层和后期反转的逆冲断层。

从地震剖面上可以看出，在志留—侏罗系内发育了草湖凹陷内相对强烈的断裂构造变形。剖面形态上，主要表现为断层滑脱形成的断弯褶皱和后期压扭走滑形成的花状构造(图1)。

三叠系—侏罗系地层在志留—石炭系构造变形的基础上，发育了压扭走滑的花状构造，断层面陡立，断距较小。三叠系地层在石炭系顶部减薄，往两侧底部可见往东、北的超覆，顶部可见明显的削蚀。而断层发育的侏罗系地层表现为低幅的褶皱变形，与下伏地层褶皱变形强度存在显著差异。

白垩系及上覆地层披覆于上述构造之上，构造变形弱。

2.2 南北分段

满2井东断裂带(F5)和满2井断裂带(F4)为草湖地区志留系—侏罗系地层中2条延伸较远、构造变形相对较强的断裂带。地震剖面精细解析表明，断裂带的构造变形具有分段性和多期性(图2)。

图2 塔里木盆地草湖地区主要断裂及平面分段特征Fig.2 Main faults and segment characteristics in Caohu area，Tarim Basin

图3 塔里木盆地草湖地区满2井东断裂带(F5)分段特征Fig.3 Segment characteristics of fault belt F5to the east of well Man2，Caohu area，Tarim Basin

图4 塔里木盆地草湖地区满2井断裂带(F4)分段特征剖面位置见图2。Fig.4 Segment characteristics of fault belt F4close to well Man2，Caohu area，Tarim Basin

满2井东断裂(F5)自南向北可以分为逆冲—走滑段、逆冲段(图2)。从地震剖面对比可以看出(图3)，南部B－B'剖面段早期为顺层逆冲滑脱的断弯褶皱构造;断层继而逆冲—走滑切穿三叠系后形成断背斜，断裂带内三叠系地层遭受强烈剥蚀;后期断裂走滑活动，上切至面(侏罗系顶面)，形成半花状构造;中部C－C'剖面段上，断弯褶皱构造宽度变窄，变形幅度减小;而北部D－D'剖面段上仅表现为断弯褶皱构造，侏罗系未卷入变形。由此可见，满2井东断裂带上分段明显，且由南向北，构造变形逐渐减弱。

类似地，满2井断裂(F4)自南向北发育可分为3段:逆冲—走滑段、走滑段和叠瓦逆冲段(图2，4)。中部走滑段，即F－F'剖面段明显为正花状构造，断面整体陡立，自面向上，倾角相对变缓，褶皱变形加强，侏罗系变形微弱或未卷入变形。向北G－G'剖面段则过渡表现为2条断层叠瓦逆冲，构造变形增强(图4)。

2.3 东西分带

从横切上述构造带的地震剖面可以看出，满2井东断裂构造带构造变形相对最强，满1井断裂带变形相对最弱(图5)，表现出东强西弱的变形特征。剖面对比可见，CH2013－548EW测线J－J'剖面中，满2井东断裂构造变形强度大，满2井断裂发育变形规模小。

CH2013－556EW测线I－I'剖面中，满2井断裂构造变形幅度增大，满2井东断裂变形则相应减弱(图5)。在CH2013－568EW测线H－H'剖面中则显示更明显，当4条断裂发育时，整体构造变形强度减弱，均未向上切穿侏罗系;满2井东断裂仅表现为逆冲性质，不再兼具压扭走滑性质，对应的，满2井断裂则由逆冲—走滑的半花状构造形态，转变为调节4列构造的花状构造。

综上所述，东西方向上，整体东强西弱，4列断裂构造具有“此消彼长、此强彼弱”的特征，与各断裂带的南北分段性特征吻合。

3 草湖地区断裂活动期次

综合上述断裂构造解析，根据卷入变形地层以及构造变形强度差异分析可以得出，草湖凹陷内部断裂活动有5期:加里东早期正断层，加里东中期Ⅰ幕反转的逆冲断层，海西晚期顺志留系底部泥岩滑脱的逆冲断层，印支期、燕山中期压扭—走滑断层(图6)。加里东期早期—中期断裂主要发育于面以下，早期为正断层，加里东中期Ⅰ幕反转为逆冲断层;上切至面附近的、反映加里东中期Ⅲ幕运动的断裂发育特征不明显。

加里东晚期—海西早期，区内受NW－SE向挤压，志留系及以下地层发生了大规模褶皱变形，草湖凹陷形成，主要形成于中—晚奥陶世末及以后的志留—泥盆纪时期，断裂不发育。

图5 塔里木盆地草湖地区断裂带构造变形差异对比Fig.5 Comparison of deformation characteristics of fault belts in Caohu area，Tarim Basin

图6 塔里木盆地草湖地区不同期次构造变形解析Fig.6 Interpretation of tectonic deformation during different stages，Caohu area，Tarim Basin

三叠系超覆于海西晚期构造之上，印支期断裂继承性活动，破坏了海西晚期断弯褶皱形态，三叠系顶部遭受剥蚀，具明显的削蚀特征。

燕山中期运动中，断裂仍为继承性发育改造，表现为半花状—花状扭动构造。

4 动力学过程与构造演化时序探讨

从A－A'地震剖面和演化剖面来看(图1，7)，草湖凹陷在加里东中期开始显现雏形(图7a，b)，加里东晚期形成(图7c，d)，经历了海西晚期、印支期、燕山期的断裂活动的改造(图7e，k)。

图7 基于地震测线(A－A’)利用平衡剖面技术恢复的塔里木盆地草湖地区构造演化史Fig.7 Structure evolution history in Caohu area，Tarim Basin，reconstructed using an equilibrium profile technique of the section A－A'

晚奥陶世时期，受西昆仑造山作用影响，草湖凹陷、阿克库勒凸起可能已显现雏形(图7b)。在现今草湖凹陷西部的上奥陶统中发育有楔状沉积体，从楔状体的沉积特征可以判断物源来自NW方向。

志留纪时期，草湖地区沉积了巨厚的滨浅海相碎屑岩，现今残厚最大可达3 500 m。志留纪末—早泥盆世，受南阿尔金—柴北缘陆壳深俯冲［8－10］以及南天山洋“剪刀式”关闭［11－14］的挤压作用影响，草湖凹陷、阿克库勒凸起、尉犁鼻凸基本形成(图7d)。该时期区内遭受强烈的隆升剥蚀，阿克库勒凸起、尉犁鼻凸上志留系剥蚀殆尽，奥陶系上部也遭受了不同程度的剥蚀，上泥盆统仅在草湖凹陷的西部少量沉积。

早石炭世是大规模海侵活动的开始，草湖凹陷内表现为由西向东的超覆沉积，止于尉犁鼻凸以西地区，尉犁鼻凸以东的孔雀河斜坡地区整体处于隆升高部位(图7e)。晚石炭世之后，受南天山洋、北天山洋关闭以及塔里木盆地与伊犁—中天山地块弧陆碰撞后的陆内演化作用［12－13］，区内再次受到强烈挤压隆升，二叠系沉积缺失，石炭系顶部遭受剥蚀。草湖凹陷受阿克库勒凸起和尉犁鼻凸挤压，发生盖层滑脱变形，形成了沿志留系底部泥岩滑脱的北东向断裂带(图1，7f)。在海西晚期，尉犁鼻凸处于研究区隆升最高的部位。

三叠纪时期，整体地势延续了东高西低的格局，三叠系底部向东超覆于石炭系之上，止于尉犁鼻凸西部(图7g)。印支运动使得草湖凹陷内北东向断裂复活，兼具走滑性质(图7h)。

侏罗—白垩纪时期，天山及塔东北库鲁克塔格周缘发育了多期构造抬升剥蚀作用［15－18］，草湖地区古构造面貌及构造变形也相应地接受了改造。侏罗系沉积期，草湖地区古构造面貌反转，表现为西高东低，尉犁鼻凸地区沉积了较厚的侏罗系地层(图7i)。侏罗纪末，燕山中期运动使得北东向断裂压扭走滑，发育高陡的反冲断层，表现为半花状样式(图7j)。白垩系沉积时期，草湖地区古构造面貌再次反转，东高西低，构造变形几乎不发育(图7k)。燕山晚期运动对研究区影响相对较弱。

古近纪以来，该地区基本延续了白垩纪时期的古构造面貌，构造变形几乎不发育(图7l)。

5 结论

(1)草湖地区构造变形具有上下分层、南北分段、东西分带的特征。下古生界发育大型褶皱变形和反转断层;志留系—石炭系主要发育逆冲滑脱变形;三叠—侏罗系地层中发育继承性压扭—走滑构造。志留系—侏罗系地层中的断裂，不同构造段，断裂性质与变形样式显著差异;4列断裂带具有此消彼长、此强彼弱的分带特征。

(2)草湖地区经历了自加里东期至燕山期的多期次构造变形。加里东晚期—海西早期以褶皱变形为主，阿克库勒凸起、草湖凹陷以及尉犁鼻凸基本形成。海西晚期，该区沿志留系底部泥岩发生逆冲滑脱变形，形成了草湖地区NE－SW向的4列断层相关构造。印支期—燕山期以压扭—走滑变形为主，形成了典型的花状。燕山期末，草湖地区最终定型。

致谢:本文成文过程中，得到了中国石化石油勘探开发研究院钱一雄、云金表教授的帮助和指导，中国地质科学院地质力学研究所施炜研究员提供了宝贵的修改意见，在此表示衷心感谢!

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(编辑 黄 娟)

Differential tectonic deformation and dynamic processes in Caohu area，northeastern Tarim Basin

Tian Mi1，Zhao Yongqiang1，Luo Yu1，Ma Yuchun1，Zhou Yushuang1，Zhang Genfa2
(1.Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi，Jiangsu 214126，China; 2.SINOPEC Northwest Oilfield Company，Urumqi，Xinjiang 830011，China)

The Caohu area located in the northeastern Tarim Basin closed against the Kuluktag Lift.Paleozoic and Mesozoic strata were preserved very well，which recorded the tectonic evolution of the northeastern Tarim Basin.Based on the interpretation of the latest 2D seismic data and the theory of fault-related folding，this paper analyzed the geometrical and kinetic features of deformations in the Caohu area.Faulting deformations in the Caohu area have the characteristics of vertical stratification，S－N segmentation，and E－W zonation.Thrusts and thrust-strike slip faults were dominant.Tectonic deformation took place mainly in the late Hercynian，Indosinian and middle Yanshanian，and had the geometrical features of fault-related folds.Structural evolution history was recovered using an equilibrium profile technique.The late Caledonian to early Hercynian movements controlled the main upwarped and downwarped structural framework in the Caohu area，developing the Akekule Arch，Caohu Sag and Yuli Nose Arch.Thrust detachment faults developed during the late Hercynian，and experienced two phases of thrust-strike slip reform in the Indosinian and Yanshanian epochs，resulting in the present tectonic pattern of the study area.

structural deformation;structural evolution;fault-related fold;equilibrium profile reconstruction; Caohu Sag;Tarim Basin

TE12<1.2 class="emphasis_bold">1.2 文献标识码:A1.2

A

1001－6112(2016)06－0765－07

10.11781/sysydz201606765

2015－11－12;

2016－08－11。

田蜜(1984—)，男，硕士，工程师，从事含油气盆地构造变形分析及演化研究。E-mail:tianmi.syky@sinopec.com。

中国地质调查局重大计划项目(12120115001801－01)和中国石化西北油田分公司科研项目(KY2014－S－017－05)资助。