柴西新生代构造变形时期与强度定量表征

邵绪鹏 ，管树巍 ，靳久强 ，沈亚 ，王鹏 ，程杰

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油东方地球物理公司研究院地质研究中心，河北 涿州 072751；3.中国石油青海油田公司，甘肃 敦煌 736202）

0 引言

柴达木盆地位于青藏高原东北部，被东昆仑、阿尔金和祁连山三大山系环绕，在地貌上呈近三角形［1-2］。为全球唯一以2条大型走滑断裂带为边界的盆地，是中国西部地区唯一的以中、新生界陆相地层为主的含油气盆地，具有十分特殊和复杂的构造背景和成藏规律［3］。柴达木盆地西部地区（以下简称柴西地区）油气资源丰富，是目前盆地油气最富集的地区［4］。构造作用是柴西地区成藏的主控因素，使得该区油气藏类型以背斜、断鼻油气藏为主［5-7］。构造圈闭形成期与变形强度是影响圈闭有效性的重要因素，然而由于柴西地区地表地质条件复杂，地震资料成像品质较差［4］，导致该研究尚存较大争议。

本文以近几年最新采集处理的地震资料为基础，提出了生长地层厚度变化率的概念，利用厚度变化率定量判断柴西地区主要构造圈闭的形成期和变形强度，旨在为从构造角度定量判定该区圈闭有效性提供参考，并为油气勘探实践指明有利方向。

1 地质背景

柴达木盆地位于青藏高原东北部，属于特提斯构造域的一部分，以阿尔金山、东昆仑山和祁连山为界，面积约 12×104km2，平均海拔约 3 000 m［8-12］。 柴西地区位于柴达木盆地西部，西北以阿尔金山东缘为界，西南以东昆仑山为界，东以鄂博梁—甘森一线地区为界，勘探面积约 3.68×104km2［13-14］。由于基底性质、边界条件等的差异，柴西南、柴西中部、柴西北地区的沉积构造特征显著不同，据此将柴西地区分为东昆仑山前压扭冲断带（柴西南地区）、茫崖凹陷（浅层为英雄岭反转构造带，柴西中部地区）、大风山凸起（柴西北地区）3个二级构造单元［15-16］（见图 1，地形数据来源于 SRTM）。由于新生代时期受东昆仑造山带和阿尔金左行走滑断裂的影响，柴西地区构造变形十分复杂，断层相关褶皱成排、成带发育［15］。其中，柴西南地区多以地下背斜或断鼻构造存在，而柴西中部和柴西北地区多以地表背斜形式存在（见图1）。

图1 柴西地区构造单元

柴西地区新生界沉积地层分布范围广，沉积厚度大。前人利用多种方法对柴西地区新生界地层进行了划分和定年［12］，由下到上分别为路乐河组（E1+2l，53.5～43.8 Ma）、下干柴沟组下段（E31xg，43.8～37.8 Ma）、下干柴沟组上段（E32xg，37.8～35.5 Ma）、上干柴沟组（N1sg，35.5～22.0 Ma）、下油砂山组（N21xy，22.0～15.3 Ma）、上油砂山组（N22sy，15.3～8.1 Ma）、狮子沟组（N23s，8.1～2.5 Ma）以及第四系七个泉组（Q1q）和达布逊盐桥组（2.5～0 Ma），地层界面与地震反射界面一一对应，依次标识为TR，T5，T4，T3，T2，T2′，T1和 T0［12，17］。

2 区域构造特征

柴西地区西北以阿尔金山为界，西南以祁漫塔格山为界，中部的英雄岭反转构造带将柴西南和柴西北地区分隔开。区域地震剖面上（见图2，测线①），柴西发育多重滑脱构造系统，整体由祁漫塔格山山前向柴西北呈叠瓦状分布。柴西南地区以基底卷入型构造为主，受东昆仑造山带逆冲作用的影响，发育多条南倾主冲断层，断距大，与反冲断层构成深部的构造楔，同时控制了昆北、乌南地区褶皱构造的形成。柴西中部英雄岭构造带具有双层结构特征，古近系及以下地层为基底卷入构造样式，新近系及第四系地层为盖层滑脱构造样式，滑脱层位于下干柴沟组上段。其中：英雄岭构造带南部英东地区深层为基底卷入的构造楔，浅层为反冲的断层传播褶皱；构造带北部油泉子地区深层构造与英东地区类似，而浅部地层的断层转播褶皱则由向北逆冲的滑脱断层控制。柴西北地区南翼山、尖顶山是由背冲断层控制形成的背斜，平面上呈长条状（见图1），深部断层以叠瓦状组合，向北东方向逆冲。

图2 柴西地区区域地震解释剖面

3 研究方法

柴西地区发育大量与逆冲断层相伴生的生长地层，这些生长地层是构造变形的结果，详细记录了柴西新生代构造变形的时期和变形强度。通过对这些生长地层形态的定量研究，可以判断背斜构造的形成期和变形强度，而选取何种参数则是关键。笔者认为可以用生长地层厚度变化率（ΔH）来表征，即背斜翼部厚度突变点之前的地层厚度（H1）与背斜脊部地层厚度（H2）的差值与背斜翼部厚度突变点之前的地层厚度的比值，计算公式为

如图3所示：当ΔH=0时，即背斜翼部和脊部地层厚度相等，此地层为前生长地层，表示构造变形在此地层沉积时期未活动；当ΔH＞0时，即背斜脊部地层厚度小于翼部地层厚度，表示背斜在此地层形成时期开始发生褶皱变形，因此当由ΔH=0变为ΔH＞0的时间点即为构造变形开始的时期；当ΔH2＞ΔH1＞0时，表示地层2的厚度变化率比地层1的厚度变化率大，揭示地层2构造变形的强度亦大于地层1构造变形的强度。

图3 生长地层厚度变化率示意

4 构造变形特征分区定量表征

4.1 柴西南地区

柴西南地区发育七个泉、红柳泉、跃进、扎哈泉、东柴山等多个背斜或断背斜构造。红柳泉背斜构造在上干柴沟组地层以下，褶皱翼部和脊部的地层厚度基本一致，而从上干柴沟组地层开始，褶皱脊部地层厚度明显小于褶皱翼部（见图4a）。这表明上干柴沟组地层及以上地层为生长地层，其地层厚度变化率在上干柴沟组开始大于0，说明该形成期始于35.5 Ma，在下油砂山组变形强度达到最大，其后构造活动逐渐变弱（见图4d）。跃进地区地震剖面上（见图4b），下油砂山组以下地层厚度基本不变，而下油砂山组以上地层向褶皱脊部方向减小。地层厚度变化率计算结果表明，其地层厚度变化率在下油砂山组开始大于0，说明该构造形成期始于22.0 Ma，地层厚度变化率在上油砂山组达到最大值，表明此时期跃进地区的构造变形最强烈 （见图4d）。扎哈泉地区地震剖面上（见图4c），下油砂山组以下的地层厚度在褶皱翼部和脊部差别不大，而下油砂山组以上地层，褶皱脊部地层厚度小于翼部地层厚度，表明下油砂山组以上地层为生长地层，其地层厚度变化率在下油砂山组开始大于0，在上油砂山组达到最大值，说明扎哈泉构造形成期始于22.0 Ma，在上油砂山组构造变形强度最大（见图4d）。通过对红柳泉、跃进和扎哈泉地区生长地层厚度变化率的对比发现：红柳泉构造比跃进、扎哈泉构造形成早，且前者经历的构造变形强度也大于后者。

4.2 英雄岭反转构造带

英雄岭反转构造带包括狮子沟、咸水泉、油砂山、油泉子以及大、小沙坪和黄石等背斜构造。其中，英西狮子沟背斜地震剖面上（见图5a），下油砂山组以上地层为生长地层，上干柴沟组地层（T2′至T2之间地层），地层厚度基本一致，表明上干柴沟组地层为前生长地层，而下干柴沟上段及以下地层（T3以下地层）在狮子沟地区明显加厚，说明狮子沟地区前期发生正断层沉积加厚，后期反生构造反转。地层厚度变化率图上（见图5d），路乐河组和下干柴沟组下段沉积时期，正断层构造活动较弱，地层厚度变化率为较大的负值，而下干柴沟组上段时期，正断层构造活动强烈，地层厚度变化率最小，直至下油砂山组地层厚度变化率大于0，且为最大值，此时构造挤压作用最强。之后地层厚度变化率减小，说明后期构造活动逐渐减弱。

英中油砂山背斜地震剖面上（见图5b），上油砂山组以上地层为生长地层，下油砂山组和上干柴沟组地层厚度基本一致，为前生长地层。在地层厚度变化率上（见图5d），下干柴沟组下段沉积时期，地层厚度变化率为最小值，表示油砂山地区在该时期正断层构造活动最强，沉积地层厚度最厚；下干柴沟上段沉积时期，正断层构造活动变弱，直到上油砂山组沉积时期，地层厚度变化率大于0，且达到最大值，表示该时期构造挤压作用最强，其后挤压作用逐渐变弱。

大沙坪地区地震剖面上（见图5c），大沙坪背斜从T0到T5界面的地层，在脊部和两翼的地层厚度基本一致，T0界面以上为第四系地层覆盖，表示大沙坪背斜构造是第四纪构造作用的产物。由于缺乏完整的包含第四纪地层的地震资料，故该地区的生长地层厚度变化率不考虑在内。

图4 柴西南地区典型地震剖面与生长地层厚度变化率

图5 英雄岭地区典型地震剖面与生长地层厚度变化率

4.3 柴西北地区

柴西北地区以地表背斜构造为主，主要包括小梁山、南翼山、尖顶山、大风山、东坪、碱石山等构造。

其中：在小梁山地区地震剖面上（见图6a），狮子沟组以上地层为生长地层，以下地层为前生长地层。其地层厚度变化率在狮子沟组时期大于0，说明该构造变形开始于狮子沟组时期（见图6d）。在大风山地区地震剖面上（见图6b），狮子沟组地层在脊部厚度变薄，地层厚度变化率在狮子沟组时期大于0（见图6d），说明大风山构造变形开始于狮子沟组时期。在红三旱三号地区地震剖面上（见图6c），狮子沟组地层翼部厚度大于脊部厚度，地层厚度变化率在狮子沟组开始大于0（见图6d），说明红三旱三号构造变形始于狮子沟组时期。

图6 柴西北地区典型地震剖面与生长地层厚度变化率

5 构造变形时期与强度的平面展布

将柴西地区各背斜构造的变形时期与构造变形过程中变形强度（用地层厚度变化率表示）的最大值在平面上标注（见图7），可以发现柴西新生代变形具有明显的规律，整体上由北西向南东方向，背斜构造形成期变新。

柴西南地区西北部的七个泉、红柳泉、阿拉尔构造形成期为上干柴沟组期，而柴西南东南部的跃进、扎哈泉等构造形成于下油砂山组，乌南、东柴山等构造形成于上油砂山组。变形强度上来看，西北向南东方向变形强度整体上由减小的趋势，是柴西南西北部受到东昆仑和阿尔金山双重构造作用的体现，故构造变形强度大于东南部。

英雄岭构造带西部的狮子沟背斜向南东方向构造形成期逐渐变新，变形强度上也具有北西向南东方向变弱的趋势，说明阿尔金山的构造作用在英雄岭段也有体现。柴西北地区阿尔金山前东段的东坪等地区为下油砂山组变形外，在黄瓜梁—鄂博山一带为第四纪构造变形产物，其余大部分地区为狮子沟组变形的产物，柴西北地区构造变形强度东西部差异性不大，说明主要受控于东昆仑和南祁连山构造的作用，阿尔金山东段的构造作用不及西段强。

从北东—南西方向来看，整体上柴西南地区构造变形强度最大，柴西北地区构造变形次之，英雄岭构造带变形强度最弱，说明东昆仑和南祁连山构造作用具有不均衡挤压的特征，东昆仑山对柴西地区的影响要强于南祁连山。

图7 柴西新生代构造变形时期与强度平面分布

6 结论

1）柴西地区新生界发育的背斜构造具有时空次序，整体上具有北西向南东方向变新、南西向北东方向变新的规律。

2）生长地层厚度变化率可以用来指示构造变形的起始时间和变形强度。柴西地区构造变形强度整体上具有柴西南地区最强、柴西北次之、英雄岭构造带最弱的趋势。

3）通过盆地内局部构造的变形特征可以反推盆地边界的构造作用。北部边界上，阿尔金山构造带具有西强东弱的特征；西南和东北边界上，柴西新生代受东昆仑山和南祁连山双向不均衡挤压作用，也具有西强东弱的特征。

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