塔西南逆冲带前缘英吉莎背斜的多期变形

杨庚，陈竹新，王晓波

（中国石油 勘探开发研究院，北京 100083）

始新世以来，印度板块与欧亚板块的碰撞及持续挤压作用导致亚洲大陆，特别是中亚地区发生强烈的陆内变形，西昆仑山前形成大规模逆冲推覆构造，塔里木盆地内部也发生强烈构造变形。青藏高原西北部与塔里木盆地西南缘（简称为塔西南）之间发育的帕米尔突刺及弧形构造，是研究碰撞造山带形成过程及机制的典型地区之一[1-6]。帕米尔突刺向北挤压沿帕米尔主逆冲断层的逆冲缩短量约300 km[7]，导致帕米尔东侧发育右行走滑断层，帕米尔西侧发育左行走滑断层。帕米尔突刺北缘与天山相遇，发育逆冲断裂带；西缘与塔吉克盆地相邻，盆山结合部发育达瓦兹走滑断层和逆冲断裂系[8]；东缘发育在塔西南，以弧形断裂带及褶皱冲断带为主[6，9]。在中国境内的帕米尔突刺，北缘为东西走向帕米尔主逆冲断层及喀什逆冲带，东缘为北西—南东走向的喀什—叶城走滑断层系，末端为东西走向的柯克亚—和田褶皱冲断带。

塔西南褶皱冲断带因具有很大的油气勘探潜力，一直是构造变形研究的重点地区[10-12]，可划分为喀什—叶城构造段和柯克亚—和田构造段2 个构造单元[12-13]。近年来，随着大量地震资料的应用，研究重点开始由地表构造向地下构造过渡，极大地促进了研究区地下隐伏构造几何形态和变形方式的研究[9，13-17]。

英吉莎背斜是研究区地表出露完整的构造，位于西昆仑山前冲断带苏盖特—英吉莎—阿克陶构造带[16-17]的前缘（图1），第四系已经或正在发生褶皱作用。由于该背斜核部的地层是中新统，明显比第四系抗风化，在遥感图像中可清楚地显示其构造形态[18]。该背斜地震测网密度达到2 km×1 km，到目前为止，共有5 口探井，最深的井钻至白垩系，但未取得油气勘探突破。前人研究认为，英吉莎背斜下伏可能为三角带式被动顶板逆冲构造[14]，也可能为一大型楔形构造[19]，对英吉莎背斜的构造解释并不一致，需进一步深入研究，以探讨西昆仑山前逆冲推覆构造变形样式及变形规律。

图1 帕米尔东缘简化地质图及英吉莎背斜位置（据文献［12，19-20］修改）Fig.1.Simplified geological map of the eastern margin of Pamir and location of Yingjisha anticline(modified from References[12,19-20])

本文应用断层相关褶皱理论，依据钻井及地震资料，重新标定了地震剖面，对英吉莎背斜二维地震测网进行详细构造解释，发现位于中新统安居安组泥岩中的浅层滑脱层及相关背斜构造，提出英吉莎背斜实际上是由3 个构造层垂向叠合而成，这些构造层分别为不同时期发育的浅层构造、中—深层构造和深层构造。塔西南逆冲构造带为多期次发育的新认识，对研究西昆仑山向塔西南地区逆冲的构造有较大理论研究意义，也有助于塔西南地区油气勘探。

1 地质背景

帕米尔高原位于青藏高原的西北端，平均海拔超5 000 m，南侧与科西斯坦—拉达克岛弧连接，西侧靠近兴都库什山和阿富汗地块，北侧与西南天山对接。帕米尔—喀喇昆仑地区主要分为4个地块[3，12]，从北向南依次为北帕米尔地块、中帕米尔地块、南帕米尔地块及科西斯坦—拉达克地块。西昆仑山造山带至塔里木盆地西南边缘，地面出露变质基底、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，其中元古宇变质岩与古生界之间以大型逆冲断层接触。元古宇由深变质岩组成，中—新元古界为火山—沉积岩系组成，零星分布在盆地周缘。古生界主要为海相寒武系—二叠系，由台地相厚层碳酸盐岩夹陆棚相碎屑岩构成。中生界为内陆盆地的滨浅湖、河流和冲积扇等陆相碎屑岩沉积，主要沿山前出露。新生界由古近系海湾三角洲蒸发岩和碎屑岩建造、新近系陆相碎屑岩建造和第四系陆相磨拉石建造组成，主要分布于阿尔塔什断层以东和铁克里克断层以北的区域。塔西南古近系为一套浅海—海湾和澙湖沉积，统称喀什群，包括古新统阿尔塔什组、古新—始新统齐姆根组、始新统卡拉塔尔组和乌拉根组、始新—渐新统巴什布拉克组。古新统阿尔塔什组多为白色石膏夹白云岩薄层，但在西昆仑山前相变为褐红色砂砾岩与石膏和泥岩互层，与下伏白垩系呈平行不整合接触。

塔西南逆冲带属于帕米尔突剌东缘弧形构造前缘部分，在西昆仑北缘呈“Z”形展布，北段是东西向的帕米尔主逆冲断层及喀什逆冲带，中段为北西—南东向的喀什—叶城走滑断层系，东段为东西向的柯克亚—和田褶皱冲断带。其中，喀什逆冲带主要发育向北东突出的弧形帕米尔主逆冲断层和乌泊尔逆冲断层。乌泊尔逆冲断层下盘逆冲在上新统阿图什组之上，上盘的背驼盆地为新近系和第四系。以铁克里克逆冲断层为界，断层南侧为铁克里克地体，由元古宇变质岩和火山杂岩组成；断层北侧为柯克亚—和田褶皱冲断带，卷入地层以古生界—新生界为主，中段为喀什—叶城转换体系，具有右行走滑的特性，由阿尔塔什断层、叶尔羌断层、库木塔格断层和红其拉甫断层组成[12，21]，其前缘构造为齐姆根褶皱带，有学者将之称为齐姆根凸起或齐姆根鼻状构造。齐姆根构造带西侧边界断层虽然卷入到基底[10]，但很可能在深部某一层位产生水平滑脱，向东远距离冲断，同时又强烈地右旋走滑，具有走滑扭动和逆冲推覆的双冲构造活动特征，与相邻构造段间没有调节断层，仅以弧形带的方式表现出来。英吉莎背斜位于塔里木盆地西南坳陷与西昆仑造山带的连接带上，靠近西昆仑造山带中段西侧部位，该背斜位于喀什凹陷的南部（图1）。

2 背斜几何变形特征

英吉莎背斜为一近椭圆形宽缓长轴背斜，顶部较平坦，东西长60～70 km，南北宽5～8 km，呈北西—南东走向，东倾伏端地层较平缓，倾角为15°～20°；西倾伏端地层陡立，倾角达60°～90°。背斜核部出露上新统阿图什组，与上覆第四系呈不整合接触，向两侧地层变新，在背斜南翼，西段主要与更新统新疆群接触，而东段主要与更新统乌苏群接触；在背斜北翼，阿图什组与更新统新疆群接触。

本文所用的是中国石油塔里木油田分公司在2003 年采集的地震剖面，该剖面品质较好，各反射层较清晰，剖面上背斜形态较完整。该区域共有5 口探井，Y1 井、Y2 井和Y3 井都因工程事故没有钻达目的层。最深的Y2 井钻至3 552 m；最浅的Y1 井只钻至2 357 m。YK1 井是该构造上所钻的第4 口井[22]。2005 年完钻YS1 井，井深7 258 m，钻至二叠系中部，钻遇的地层自上而下依次为第四系西域组，新近系阿图什组、帕卡布拉克组、安居安组和克孜洛依组，古近系巴什布拉克组、乌拉根组、卡拉塔尔组、齐姆根组和阿尔塔什组，上白垩统英吉莎群和中二叠统比优列提群卡伦达尔组（未穿），缺失白垩系克孜勒苏群、侏罗系和三叠系。

地震测线AA'为2004 年实施的区域地震测线，南段有钻井S1 井，经过YS1 井一直向北东延伸到巴什托普油田Q6 井及以北，本文只选取了从山前及横穿英吉莎背斜构造剖面的一段（图1）。S1 井在404～2 012 m井段钻遇多套重复的白垩系和二叠系（图2）。剖面南部地表出露泥盆系和石炭系，往北出露上新统和第四系。S1 井证实断层下盘有古近系，但在断层上盘及地表露头没有发现古近系，推测在苏盖特地区存在3 条叠瓦状逆冲断层，在前缘存在一条反冲逆冲断层，即苏盖特地区浅层为从南边西昆仑山推覆过来的古生界—中生界逆掩席状体，与前缘上的被动顶板断层组成三角带构造，逆冲席状体下部为古生界—中生界组成的一系列叠瓦状构造（图2）。苏盖特中层构造为一逆冲推覆叠瓦构造，深层构造有一条明显的南倾断层，向上收敛于寒武系滑脱层中。

图2 横穿苏盖特背斜和英吉莎背斜构造特征（剖面位置见图1）Fig.2.Features of the structures through Sugaite anticline and Yingjisha anticline（section location is shown in Fig.1）

苏盖特中—浅层构造为从南边西昆仑山推覆过来的古生界—中生界逆掩体，主逆冲断层F1和反冲逆冲断层BF1组成三角带构造，滑脱面断层F1从古生界向上扩展到新近系安居安组泥岩层内。而被动顶板或反向逆断层（BF1）的上盘为中新统—更新统，下盘为中新统和古生界。S1 井钻穿古生界—中生界3 套叠瓦状逆冲推覆构造，未钻至其下的苏盖特三角带[14]。根据地震剖面及钻井标定，该逆冲断层发育层在中新统安居安组，安居安组岩性为红色泥岩和粉砂岩互层，厚度为240～800 m；其上覆地层为帕卡布拉克组，以灰绿色砾岩、含砾砂岩和中—细粒砂岩为主，厚度为200～1 000 m。其下伏克孜洛依组，岩性以中—粗粒砂岩、中—细粒砂和泥岩为主，厚度为150～900 m。根据轴面推测，其它横穿英吉莎背斜构造的地震剖面都存在这一现象。

YS1 井完钻深度为7 258 m，在新生界之下钻遇上白垩统英吉莎群，在地震剖面上表现为在新生界底部反射界面之下的一段反射较强连续性较差的波组，并在英吉莎背斜北翼尖灭。YS1 井钻穿新近系和古近系组成的背斜核部，进入石炭系—二叠系组成的背斜核部。轴面分析指出，双程走时时间约在3.5～4.5 s，帕卡布拉克组和安居安组之上的地层反射波组形成的轴面和之下的轴面存在不连续性，认为两者之间必然存在一滑脱断层，分割了上部和下部构造。地震剖面显示出中—深层古生界背斜由楔形构造组成，底部主逆冲断层发育断层弯曲褶皱，上盘断坡之上发育3～4 条反冲断层，最后会聚到石炭系—二叠系中组成顶板反冲断层，共同组成了英吉莎中—深层构造。英吉莎地区深层构造为古生界简单背斜，为一断层弯曲褶皱，推测底部滑脱层应在元古宇中。考虑到断层位移，其上盘断坪应存在一反冲逆冲断层，前冲断层和反冲断层组成一简单楔状构造。

在英吉莎背斜西段，浅部构造为一个北翼陡、南翼缓、整体形态较陡窄的不对称长轴背斜；深部为一个总体较完整的宽缓背斜（图3a）。根据轴面分析，可以得出地震剖面西南段双程走时时间为4.3～4.7 s，帕卡布拉克组和安居安组之上的地层反射波组形成的轴面和之下的轴面存在不连续性，两者间必然存在一条滑脱断层，分割了上、下构造层。上构造层为北翼陡、南翼缓的背斜，下构造层为完整的较宽缓背斜。同样，中—深层构造为一楔形构造，主要卷入层位为古生界，底部为与主逆冲断层相关的断层弯曲褶皱，在断层上盘发育为3～4 条反冲断层，最后会聚到二叠系底部泥岩中，组成顶板反冲断层。英吉莎深层构造为简单背斜（图3a），为一断层弯曲褶皱，底部滑脱层应在元古宇中。

英吉莎背斜中段（图3b），是背斜隆升最高、剥蚀最严重的区域。YK1 井完钻井深为6 406 m，钻至古近系齐姆根组（未钻穿），钻遇地层自上而下依次为第四系西域组，新近系阿图什组、帕卡布拉克组、安居安组和克孜洛依组，古近系巴什布拉克组、乌拉根组、卡拉塔尔组和齐姆根组。浅部构造与深部构造之间存在一滑脱断层，分割上、下构造层。上构造层组成北翼陡、南翼缓的背斜，逆冲断层向北逆冲；下构造层组成形态较宽缓和完整的中—深层构造，为一总体向南逆冲的背斜构造。

图3 英吉莎背斜垂直走向构造特征（剖面位置见图1）Fig.3.Structural features of Yingjisha anticline(vertical to the anticline strike direction,section locations are shown in Fig.1）

YK1 井在钻入1 800 m 阿图什组处，开始进入异常高压带[22]，阿图什组底部3 000—4 200 m 井段异常高压系数达到1.75～1.90，而在帕卡布拉克组4 200—4 850 m 反而降低到1.65～1.75，在4 850—5 850 m 井段为安居安组和克孜洛依组，为1.60～1.65。在4 200—5 850 m井段，异常压力变化较大，推测此处存在断层，分割了压力异常区域，这与依据地震剖面推测浅层于帕卡布拉克组和安居安组之间发育逆冲断层相符合。中—深层为一楔状构造，主要卷入层位为古生界，底部主逆冲断层上盘发育3～4 条反冲断层，反冲断层会聚到古生界底部泥岩中，形成向南逆冲的背斜。深层构造为简单背斜构造（图3b），为一断层弯曲褶皱，推测底部滑脱层应在元古宇中。

英吉莎背斜东段构造特征与中段相似，浅部发育断层弯曲褶皱，中—深层发育楔形构造，深部为断层弯曲褶皱和冲断楔形构造（图3c）。总之，英吉莎背斜的构造样式沿走向上没有发生大的改变，但构造强度有所不同，在浅层，英吉莎背斜隆升幅度中部最大，向西南和向东北减小；中—深层英吉莎背斜隆升幅度从西向东减小，与其相邻的南侧向斜在地表仅在中部向西明显，中部往东不显；深层英吉莎背斜隆升幅度也从西向东减小，其下断层缩短量也是从西向东逐步减少。

英吉莎背斜轴线过YS1井和YK1井（图4），YK1井钻揭了140 m的更新统西域组残存的地层，向下钻遇的层位都呈平行不整合。浅层发育在中新统安居安组泥岩中的断层是从西部向东部发育的，向东逐渐消失，而且中新统帕卡布拉克组和安居安组厚度也是向东逐渐减小。中—深层构造样式基本与横穿背斜地震剖面显示的构造样式一致，为一楔形构造，由一断层弯曲褶皱及3～5 条反向逆冲断层组成。而深层隆升幅度中部较高，向两侧减小。深层构造其下发育的逆冲断层影响范围与中—深层构造基本一致。

图4 英吉莎背斜北西—南东走向构造特征（剖面位置见图1）Fig.4.Structural features of Yingjisha anticline from NW-SE（section location is shown in Fig.1）

3 背斜发育时间

生长地层在构造变形期间沉积于背斜顶部和侧翼，其底界指示构造变形的开始。相对于生长地层，生长前地层在构造变形前已经形成，岩层厚度较稳定。虽然生长地层与生长前地层呈整合接触，倾向一致，但生长地层的倾角大于生长前地层并由深至浅逐渐变小，导致岩层向构造相对抬升一侧减薄，在剖面上呈扇状。生长地层在野外露头或地震剖面上常常呈楔形或扇形，在背斜翼部形成生长楔，地层厚度由背斜翼部向背斜顶部减薄，地层倾角从深部到浅部逐渐变小[23-24]。

地震剖面上，根据生长地层轴面及反射特征，从中新统帕卡布拉克组到全新统，有多个扇状生长地层（图2）。最早发育的扇状生长地层为中新统帕卡布拉克组，可认为英吉莎背斜逆冲断层F1初始形成时代为中新世。英吉莎背斜构造前缘被西域组和全新统地层不整合覆盖。实际上，英吉莎背斜构造前缘仍发育西域组和全新统扇状生长地层，说明英吉莎背斜之下的逆冲构造再次活动。文献［14］利用地震剖面上苏盖特背斜、英吉莎背斜和阿克陶背斜翼部的生长地层判断构造变形时间，提出构造变形的起始时间在苏盖特背斜为上新世中—晚期，在英吉莎背斜为上新世晚期—更新世早期，在阿克陶背斜为更新世中期，可以看出西昆仑山逆冲构造带的变形时间向盆地变新。

根据扇形生长地层形态，可识别出英吉莎背斜之上的生长地层，生长地层开始时期大约分别对应为上新世、更新世和全新世。现已识别出英吉莎背斜的生长地层底部为西域组，根据区域古地磁研究成果[25]，其地质年龄不会超过1 Ma。根据地震和区域磁性地层资料，英吉莎背斜东北翼生长地层向背斜脊部逐渐减薄，地层倾角由深至浅逐渐变小，生长地层底界位于更新统西域组中段[19]，最新发育时间为1～2 Ma[26-28]。生长地层证据表明，英吉莎背斜是多期构造活动形成的。古地磁研究成果指出，英吉莎背斜发育时间差异，也是多期构造活动的又一辅助证据。

4 楔形构造运动学模式

英吉莎背斜深层构造为典型楔形构造，而中—深层构造模式类似于三角带，据此提出无序三角带模式可模拟在地震解释出的构造样式（图5）。三角带最简化的几何学就是2 个共轭断层组成的构造楔[29]，该模式特征是存在向后陆汇聚的逆冲断层[30]。中—深层发育的楔形构造与典型楔形构造[31]有着明显不同，类似于三角带构造模式，为2 个相反逆冲方向的逆冲断层及一个断坡连接这2 条逆冲断层（图5a）。初始变形发生在下滑脱层之上，为均匀变形应变。三角带构造只有一个单一滑脱层，整个构造为断坡断坪几何形态，以及断坪前端发育的反冲逆冲断层（图5b）。持续变形导致断坡发育逆冲作用[32]，其上滑脱层则作为被动顶板逆冲断层活动（图5b）。由于三角带楔体端点被固定，后续持续的挤压应力，只能在上盘断坡处向腹陆方向逆冲，发育第二个逆冲楔体，即新的逆冲片体增加进入三角带中（图5c）。三角带楔体端点被固定，随后的逆冲持续作用只能导致新的逆冲片体不断增加并进入三角带中（图5d）。由于上盘断坡上发育新的逆冲片体逐渐增加在老的逆冲片体之上，逆冲片体总的发育趋势是朝后陆方向发展（图5e）。虽然多次增加较新的逆冲片体，但早期较老的逆冲片体仍保持持续活动（图5f），先形成的构造被多次调整，三角带顶部向前陆方向移动，楔形体向后陆方向扩展，总的构造样式并未发生大的改变（图5g）。

图5 无序三角带运动学模型Fig.5.Kinematic model of a random triangular zone

5 讨论

文献［21］通过磷灰石裂变径迹研究提出西昆仑地壳的增厚开始于25—20 Ma，文献［33］通过碎屑锆石物源分析，认为帕米尔高原与塔里木盆地之间的推挤作用开始于中新世早—中期。文献［34］通过对磨拉石出露及其沉积速率的研究得出中新世晚期—上新世以及更新世中—晚期为西昆仑山快速隆升时期。文献［35］认为塔里木盆地气候向干旱的突变与西昆仑山的隆升有关。这些证据说明塔西南逆冲构造开始形成时间为中新世。根据文献［36］分别在塔里木盆地西缘的乌依塔格、英吉莎和乌恰地区的白垩系红层进行的构造-地磁学的研究成果，白垩纪以来，塔里木盆地没有因北帕米尔山的北向移动而发生整体旋转。在帕米尔东缘，英吉莎背斜构造东南部的齐姆根构造，古近系—中新统的构造-古地磁学的研究成果[37]，也未发现塔里木盆地在始新世以来有整体的旋转运动证据。但在齐姆根地区东南侧的阿尔塔什和克孜地区新生界的磁性地层学研究，却提出早中新世之前（33—28 Ma），由于西昆仑北向挤压，塔里木盆地发生了整体的顺时针旋转，中新世以来，塔里木盆地才基本没有发生旋转[38]。文献［39］在塔里木盆地中部麻扎塔格地区新生代古地磁学研究，也得到了顺时针旋转的结果，但作者将其解释为局部构造旋转，并非盆地整体的顺时针旋转。根据齐姆根地区东南侧的阿尔塔什新生界沉积学和磁性地层学研究的最新成果[40]，印度板块碰撞并对塔里木盆地西南缘变形影响自41 Ma 开始，塔西南齐姆根逆冲断层开始活动时间为15—11 Ma。

根据生长地层发育特征，推测研究区变形顺序为造山带向盆地发展的前展式变形[14]。而根据几个推覆构造带主推覆断层的切割关系，推覆构造变形顺序呈后展式[41]。依据英吉莎背斜上新统古地磁资料[42]，英吉莎背斜自形成至今经历了明显的逆时针构造旋转，与喀什地区上新世以来逆时针旋转是一致的。从地震剖面显示出英吉莎背斜的生长地层位于更新统西域组底部，其形成应该是在晚中新世—早更新世西域组沉积时期开始的。文献［43］认为，英吉莎背斜的形成与羊大曼断裂息息相关，英吉莎背斜被山前断裂与羊大曼断裂所夹持，受到的是压扭应力而非纯逆冲应力，故而斜列于二者之间。

综上所述，英吉莎背斜具3 个不同的构造层，由不同构造样式的构造垂向方式叠合而组成，并非单一构造，而是由浅层构造、中—深层构造和深层构造组成。构造形成时代从上到下由老变新，并非一般认为深层为形成时代较老构造，浅层为形成时代较新的构造。目前对一般逆冲褶皱带内逆冲叠瓦次序有2 种认识[44-47]：一种观点认为逆冲断层发育方式是从逆冲带腹地向前陆方向扩展，在前陆方向逆冲断层形成时代相对最晚[48-50]，即前展式逆冲；另一种观点认为逆冲断层是从前陆向腹地方向发育[51-52]，即后展式扩展方式。此外，还有一种逆冲方式为无序逆冲[46，53]。英吉莎背斜构造之下逆冲构造发育次序与前面3 种观点明显不同，早期逆冲断层扩展顺序前展式逆冲，中期为后展式逆冲，晚期为前展式逆冲，反映了逆冲断层活动幕式特征，也可能反映西昆仑逆冲活动影响构造层次。

图6 为英吉莎背斜构造几何学演化模式图，详细地显示出英吉莎背斜构造从初始状态到最终变形状态的演变过程。首先发育早期浅层断层弯曲褶皱，随后发育中—深层楔形构造，在该阶段由于多次小规模的构造活动，而在断层上盘发育多期反冲逆冲断层及相关构造。晚期发育深层楔形构造及最终变形。这些证据说明早期西昆仑逆冲断层影响到浅层，并发育英吉莎浅层背斜，然后下次逆冲活动影响到中—深层，发育中—深层楔形构造。随着西昆仑挤压作用再次活动，影响到背斜深层，发育深层楔形构造。多次逆冲幕式作用说明西昆仑逆冲构造在由南向北扩展过程中，同时逆冲构造活动逐渐从浅层向深部扩展，并未出现明显向前陆方向传递现象。对这一构造逆冲现象需要以后进行深入研究。而且研究区位于帕米尔弧形构造带东段，为早期平直的构造被晚期改造成弧形构造的一部分[54]。锆石U-Pb 年龄和裂变径迹年龄证实西昆仑山隆升方式为幕式[55]，塔西南地震反射研究也证实青藏高原及西昆仑山经历了2 期幕式隆升，这些认识说明西昆仑山前塔西南逆冲带同样具有多期幕式逆冲断层活动。

图6 英吉莎背斜构造几何学演化模式Fig.6.Geometric evolution model of Yingjisha anticline

6 结论

（1）塔里木盆地英吉莎背斜由3 层构造组成，浅层为断层弯曲褶皱，发育在新生界；中—深层为多个楔形构造组成，发育在古生界；深层为卷入基底的楔形构造。

（2）通过地震解释剖面几何学分析，可以得出浅层构造形成最早，然后是中—深层，晚期发育深层构造，说明西昆仑山前逆冲构造逆冲次序为非连续无序逆冲。垂向叠置方式为首先发育浅层构造，然后发育中—深层构造，随着挤压作用增强，最后发育深层构造。

（3）英吉莎背斜构造之下逆冲构造具有幕式活动特征，反映了西昆仑逆冲断层活动是由南向北扩展，同时从浅层逐渐向深部扩展。