塔北隆起西段沙井子断裂带西北缘构造特征解析

何 磊，何登发，孙方源

（1．中国地质调查局成都地质调查中心，四川成都 610081；2．中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

塔北隆起位于库车前陆冲断带与北部拗陷之间，同时具有海相和陆相油源，油气成藏条件较好，来自于塔北隆起北部库车坳陷的陆相油源与塔北隆起南部的海相油源相交汇，致使油气向塔北隆起高部位运移。经过前人近几十年来的不断勘探，塔北隆起已先后发现数个油气藏，已经成为塔里木盆地油气勘探的主战场之一。塔北隆起经过多期构造演化，西段构造样式演化特征对油气勘探具有重要意义[1-4]。沙井子断裂带位于塔北隆起阿瓦提凹陷与温宿凸起的边界，作为阿瓦提凹陷与温宿凸起的边界断裂，具有十分重要的地质意义。钻至该断裂带的沙南 1井、沙南2井均见一定的油气显示，虽然没有形成工业油流，但两口井的油气显示表明沙井子断裂带具有一定的勘探前景。断裂是圈闭形成演化和油气运聚成藏的关键性控制因素之一[5-6]，自20世纪80年代对塔里木盆地大规模勘探开发以来，一些学者对塔里木盆地断裂构造特征进行了深入研究，对断裂构造样式、组合类型、发育分布规律、断裂构造形成机制提出了新的认识[7-10]，断裂构造研究对于油气勘探具有十分重要的指导意义。

沙井子断裂在地震剖面上表现为一条高角度基底卷入型走滑断裂[11-12]，一些学者认为沙井子断裂是一条复杂的断裂带，并不是一条单一的断层，对沙井子断裂带的形成演化时间也有不同认识。塔北隆起具有多期次构造叠加的特点，而不整合面可以指示一期构造活动，精确识别不整合面有助于确定断裂成因机制，前人对这一方面的研究相对薄弱。

本次研究重点聚焦于沙井子断裂带的构造及演化特征，在大量区域钻井及二维地震资料基础之上，结合区域不整合面，开展精细的构造解释与反演，分析沙井子断裂带北缘的构造及演化特征。

1 区域地质概况

沙井子断裂带是塔里木盆地的一条重要的边界断裂带，位于塔里木盆地西北缘，构成阿瓦提凹陷与温宿凸起的分界，也作为阿瓦提凹陷西北部的控凹边界断裂，在平面上大致呈北东-南西向，本次研究聚焦于沙井子断裂带西北缘（图1）。

图1 塔北隆起西段沙井子断裂带区域位置

沙井子断裂带内震旦系至新生界地层均有发育，两侧地层发育也较为齐全，除中生界侏罗系外、古生界-新生界均有发育；沙井子断裂带核部地层剥蚀严重，古近系及第四系直接覆盖在震旦系-寒武系之上。塔北隆起西段地区中寒武统及古近系发育两套膏盐岩层，影响了区域内整体构造样式的发育。研究区共存在前震旦系顶界、志留系-上奥陶系底部、三叠系-古生界、新生界-白垩系、第四系-新近系等5个主要不整合面，因塔北隆起具有多期次构造运动叠加的特点，地层变形程度强烈，中生界-古生界不同层系之间接触方式不同，不整合面的存在对于构造运动具有重要的指示意义。

2 沙井子断裂带西北缘构造特征

通过对过沙井子断裂带西北缘的二维地震测线进行精细构造解释，建立精细构造变形模型，对研究区内主要断层进行追踪组合并命名，在剖面上识别出三条主要的大型断层，即沙井子 1号断层（Fsjz1）、沙井子2号断层（Fsjz2）及沙井子3号断层（Fsjz3），三条断层呈锐角相交，近雁列式分布，表明沙井子断裂带具有走滑、扭动的性质。

2.1 沙井子断裂带构造特征

研究区内沙井子断裂带具有明显的分段特征，不同地段之间断裂构造样式有所差异。根据沙井子断裂带不同地段之间断层构造样式间的差异，将沙井子断裂带自南向北分为南西段、中段以及北东段。

2.1.1 沙井子断裂带南西段构造特征

测线01自南向北穿过温宿凸起与乌什凹陷。南西段共发育两大主干断层，自南向北依次为Fsjz2及Fsjz1断层，基底深部构造楔的活动造成中生界及古生界地层向北大幅抬升，Fsjz2断层切穿震旦系，向上断至三叠系，将中生界及古生界轻微错断，断距不大。Fsjz1为一条高角度的基底卷入型断层，断层切穿基底，向上断至吉迪克组（N1j），断层上盘古生界、中生界地层大部分被剥蚀，造成新近系吉迪克组直接覆盖在中生界-古生界之上。Fsjz1断层具有三角剪切性质，经轴面分析，在其断层断点上方形成三角剪切区域，自南向北，新生界经过三角剪切区域，地层逐渐减薄抬升。此现象表明：Fsjz1断层后期对新生界起到一定的改造作用。N1j与下伏地层的角度不整合接触，Fsjz1断层自下向上断距不一，表明沙井子断裂带具有多期活动的特点（图2）。

图2 测线01地震剖面解释模型

2.1.2 沙井子断裂带中段构造特征

沙井子断裂带中段的测线02与南西段不同，构造样式发生改变，Fsjz1、Fsjz2及Fsjz3断层均发育。其中，Fsjz3断层滑脱消亡于中寒武统的膏盐岩层内，根据轴面分析可精确识别断层形态，上盘为典型的断层传播褶皱，断层上切至三叠系，白垩系与上覆古近系底界呈角度不整合接触，表明上覆地层与下伏褶皱不属于同一期次。Fsjz2断层切穿震旦系，向上断至二叠系，将中生界及古生界轻微错断，断层端点上方古生界厚度向北减薄，上覆新生界发生轻微旋转，Fsiz1断层与测线01相比，无太大变化。新生界内部发育正断层，正断层切穿吉迪克组，向上断开第四系至近地表，但断层断距上下一致，无明显变化，表明正断层形成于第四系沉积末期（图3）。

图3 测线02地震剖面解释模型

2.1.3 沙井子断裂带北东段构造特征

测线 03地震剖面揭示了沙井子断裂带北东段的构造特征，沙井子中段发育的Fsjz3断层在此处已不发育，且剖面构造样式也发生一定改变。与中段测线02相比，浅层发育多条次级正断层，剖面横向上可分为南北两套正断层系统，正断层呈近似花状构造（图4），断距上下基本一致，结合中段正断层断距特征，表明其形成于第四系沉积晚期。

图4 测线03地震剖面解释模型

沙井子断裂带西北缘断裂活动强烈，地层剥蚀严重，经二维地震剖面揭示，沙井子断裂带西北缘主要由三条断层即Fsjz1、Fsjz2、Fsjz3断层组成。

Fsjz1断层在地震剖面上表现为一条大型卷入式高角度逆冲断层，切穿震旦系-新生界，其上盘的古生界-中生界大部分遭受剥蚀，断距上下不一，向上断距逐渐减小，这种断距之间的差异表明Fsjz1断层具多期活动的特征。

Fsjz2断层为一条高角度基底卷入式逆冲断层，断穿震旦系-二叠系，断层规模较小，断距上下一致且断距不大，表明该断层仅发生一期冲断活动，对深部地层形态起到一定调节改造作用。

Fsjz3断层为一条滑脱消亡于中寒武统膏盐层内的逆冲断层，只在沙井子断裂中段发育，上盘为典型的断层转折褶皱，该断层断穿奥陶系-三叠系，对上覆地层形态影响不大。

沙井子断裂带中段及北东段浅层发育一系列正断层，各地段之间正断层发育规模均不同，自南西至北东段，正断层发育从无至有，规模逐渐加大，表明沙井子断裂带浅层局部伸展拉张作用逐渐增强。浅层发育的正断层系统对沙井子断裂带后期的调节改造十分重要。

沙井子断裂带深部地震波阻反射杂乱，表明构造活动复杂强烈；但古生界-新生界向北部大幅抬升，表明基底深部早期存在构造楔，基底构造楔的活动导致上覆地层明显抬升。在此基础之上，沙井子断裂带主要受控于Fsjz1断层的多期次逆冲活动，经过Fsjz2断层、Fsjz3断层及浅层后期正断层的调节，形成现今复杂构造形态。

2.2 关于三条断层活动期次的讨论

沙井子断裂带在地震剖面上主要分为三条主干断层，多个不整合面的存在表明沙井子断裂带经历多期构造活动。本文根据研究区地层厚度变化、不整合面分布特征及三条主干断层切穿地层等因素来探讨三条主干断层的活动期次。

Fsjz1断层活动期次：在各段二维地震剖面上均能识别N1j与下伏地层之间的不整合面，且Fsjz1断层N1j断距小于三叠系断距，表明Fsjz1断层不止发生一期冲断活动。三叠系底与下伏古生界呈角度不整合接触，且Fsjz1断层古生界断距要大于三叠系断距，这也充分说明不是同一期构造运动造成的，Fsjz1断层上盘志留系-二叠系全部遭受剥蚀，与下伏保留较完整的震旦系-中下奥陶系有着明显不同，指示奥陶系沉积末期该断层必然也存在一期冲断活动。上述不整合面分布特征及断层断距特征表明，Fsjz1断层活动时期为奥陶系沉积末期、二叠系沉积末期及古近系沉积末期。

Fsjz2断层活动期次：二维地震测线揭示 Fsjz2断层切穿二叠系，在二叠系内部存在同相轴向北减薄的现象，此为生长地层发育的标志，且Fsjz2断层切穿地层的断距上下一致，表明Fsjz2断层形成于二叠系沉积末期。由于后期持续挤压应力的增强，沙井子断裂带新生界-中生界受Fsjz2断层的影响，地层形态均遭受不同程度的改造。

Fsjz3断层活动期次：Fsjz3为一条滑脱于中寒武统膏盐岩层内的断层，其切穿地层的断距上下一致。上盘为典型的断层转折褶皱，Fsjz3断层的冲断活动使上盘古生界-新生界均呈现背斜构造形态。剖面揭示白垩系与上覆古近系底界为角度不整合接触，受Fsjz3断层活动影响该断层端点上方，新生界背斜形态较下伏古生界-中生界更宽缓，白垩系内部同相轴两侧厚度较大且向背斜核部逐渐减薄，表明存在生长地层，Fsjz3断层活动时期为白垩系沉积末期。

3 沙井子断裂带构造演化特征

据上文三条主干断层活动时期的分析，沙井子断裂带的构造演化可分为如下阶段（图5）：

图5 沙井子断裂带西北缘演化模式

震旦系沉积时期：全区无明显的构造活动痕迹，属于地层稳定沉积的阶段，此时地层起伏不大，形成了前震旦系顶界面这一在塔北地区形成年代最早、持续时间最长、分布范围最广的区域不整合面。

寒武系沉积末期：基底冲断楔发育并开始活动，致使全区古生界向北开始逐渐抬升，震旦系-寒武系局部遭受剥蚀并逐渐尖灭，至此阶段，温宿凸起的雏形已经形成。

奥陶系沉积末期：中昆仑地体与塔里木地体相碰撞，沙井子断裂带遭受挤压，Fsjz1断层开始发生冲断活动，造成上盘奥陶系被剥蚀殆尽，Fsjz1断层下盘地层较完整稳定，没有明显构造活动痕迹，层序较稳定。

志留系-二叠系沉积阶段：受到海西-印支运动的影响，区域内强烈的挤压应力致使Fsjz1断层再次发生冲断，致使断层上盘志留系-二叠系全部遭受剥蚀，两期冲断活动致使寒武系暴露于地表。在此阶段，Fsjz2断层开始发生冲断活动，向上断至二叠系，造成古生界内部层序轻微错断，但对沙井子断裂带整体构造形态没有太大影响，只起到了一定调节改造作用。

白垩系沉积末期：由于燕山运动的强烈挤压，中寒武统的膏盐岩层发生塑性流动，成为区域性的滑脱层，沿盐层滑脱的 Fsjz3断层开始发生冲断活动，造成中生界-古生界产生褶皱变形。

古近系沉积末期：燕山运动晚期Fsjz1地层发生第三次冲断活动，冲断活动导致 Fsjz1上盘的侏罗系、白垩系全部剥蚀殆尽。

库车组（N1k）沉积末期：属于地层沉积阶段，随着新近系逐渐沉积加厚，新生界向北经Fsjz1断层上方开始发生减薄旋转，构造活动不明显。

第四系沉积末期：此时为喜马拉雅碰撞造山作用晚期，全区受来自于造山带方向的强烈挤压应力，沙井子断裂带发生一系列冲断活动，在大的挤压背景下局部会形成小规模的伸展构造，沙井子断裂带中段、北东段浅层发生拉张走滑作用，发育一系列正断层，形成现今的构造形态。

基于演化平衡剖面，详细统计了各演化时期剖面地层的缩短率，结果表明剖面地层整体缩短率为37.00%，其中寒武系沉积末期缩短率为1.90%，奥陶系沉积末期缩短率为 5.80%，二叠系沉积末期缩短率为11.10%，古近系沉积末期缩短率为12.40%，库车组沉积末期缩短率为11.70%，第四系沉积时期伸展率为5.90%。沙井子断裂带在二叠系沉积末期、古近系沉积末期及库车组沉积末期变形最强，致使区域内新生界-古生界大部分遭受剥蚀（图6）。

图6 沙井子断裂带西北缘各演化阶段缩短率统计

4 结论

（1）沙井子断裂带西北缘由三条断层组成，断裂活动时间、剖面断裂样式各有不同，具有明显的分段特征。

（2）Fszj1断层在剖面上表现为一条高角度基底卷入式逆冲断层，断距上下不一，具有多期次活动的特点；Fsjz2断层为一条高角度逆冲断层，规模不大，调节深部地层形态；Fsjz3断层仅在沙井子断裂带中段发育，剖面上滑脱消亡于中寒武统膏盐层内，上盘为典型的断层转折褶皱；浅层内部发育一系列次级正断层。

（3）沙井子断裂带受控于基底冲断楔活动，自寒武系沉积末期发育，经历奥陶系沉积末期、二叠系沉积末期、白垩系沉积末期、古近系及第四系沉积末期等多期构造活动影响，形成现今的构造形态。