塔里木盆地顺北5号走滑断裂带分层分段特征及构造演化

陈平，能源，吴鲜，黄诚，王来源，郭曼

(1.中国石油大学(北京)a.地球科学学院；b.油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；2.中国石油大学(北京)克拉玛依校区 石油学院，新疆 克拉玛依 834000；3.中国石化 西北油田分公司，乌鲁木齐 830011)

塔里木盆地顺北地区在埋深大于7 000 m 的特深碳酸盐岩中获得重大油气突破。通过对顺北地区超深层油气田的构造演化、储集层、油气藏特征、油气富集规律等综合分析，认为该类油气藏为断溶体油气藏，具有沿断裂带整体含油、不均匀富集的特点[1-3]。

根据顺北地区走滑断裂带成因演化和控储控藏特征，前人认为顺北5 号走滑断裂带具有分层和分段变形的特征。顺北5 号走滑断裂带经历了加里东运动中期Ⅲ幕、加里东运动晚期、海西运动早期、海西运动中—晚期等多期走滑活动[4-6]；顺北5 号走滑断裂带垂向上可划分为4 层变形结构，分别为寒武系盐下断裂系统、寒武系盐相关断裂系统、奥陶系碳酸盐岩断裂系统和奥陶系—石炭系碎屑岩断裂系统[7-10]。前人对顺北5 号走滑断裂带分层分段差异性研究不明确，对断裂活动时期的争议较大。目前，对顺北5 号走滑断裂带自加里东运动中期Ⅲ幕开始活动的依据，主要为周缘应力活动最强时期在加里东运动中期Ⅲ幕，认为界面以下的高陡花状走滑断裂都是一期活动形成的。但塔里木盆地周缘的西昆仑造山自加里东运动中期Ⅰ幕便开始活动，被顺北5 号走滑断裂带切割的大型逆冲断裂带——塔中Ⅰ号带，也自加里东运动中期Ⅰ幕开始活动[11-13]，说明加里东运动中期Ⅲ幕之前盆内就已经有力源，具备形成盆内走滑断裂的基础；其次，根据大量物理模拟以及实地资料，走滑断裂的演化受到基底断裂的影响，只有基底具有先存断裂，才能发育里德尔剪切破裂和花状断裂[14]。也有学者将塔里木盆地磁异常带和现在的盆地断裂带进行对比，发现两者分布特征有较高的统一性，于是，有人提出塔里木盆地一系列断裂都是在基底先存断裂基础上发育而来[15-16]。以上证据都表明，顺北5 号走滑断裂带不可能自加里东运动中期Ⅲ幕才开始活动。本文依据地震资料，根据不同构造层的几何学及动力学差异，分析了顺北5号走滑断裂带的演化过程。

1 区域地质概况

顺北5 号走滑断裂带为台盆区活动规模最大的走滑断裂带，位于满加尔坳陷与阿瓦提坳陷之间，南北向连接沙雅隆起、顺托果勒低隆起和卡塔克隆起[17-19]。顺北地区除侏罗系缺失外，显生宇其余层位均有发育[17]。奥陶系自下而上依次发育下奥陶统蓬莱坝组、中—下奥陶统鹰山组、中奥陶统一间房组、上奥陶统恰尔巴克组和却尔却克群。其中，一间房组和鹰山组为主要勘探目的层。鹰山组岩性可划分为2段，上段主要为泥晶灰岩和泥晶颗粒灰岩；下段为白云质灰岩、泥晶砂屑灰岩等颗粒灰岩与泥晶灰岩不等厚互层。一间房组以泥晶灰岩、泥晶颗粒灰岩和亮晶颗粒灰岩为主[20-21]。

顺北地区至少经历4 次构造演化：寒武纪—中奥陶世为加里东运动早期，为克拉通边缘拗拉槽与克拉通内弱伸展背景阶段，主要发育小规模正断层；中奥陶世—中泥盆世，即加里东运动中期—海西运动早期，克拉通隆起形成演化与整体强烈挤压，形成大规模走滑断层；早二叠世—侏罗纪，即海西运动晚期—印支运动期，沙雅隆起抬升，发生继承性活动，发育一系列雁列式正断层；燕山运动期—喜马拉雅运动期，古隆起与断裂调整定型[5-6,22-24]。在多期应力背景下，顺北5 号走滑断裂带继承性发育，形成了复杂的垂向结构(图1)。

图1 顺托果勒低隆起断裂系统及古生界综合柱状剖面Fig.1.Fault system of the Shuntuoguole low uplift and stratigraphic column of the Paleozoic

2 顺北5号走滑断裂带几何学特征

2.1 断裂带分层变形特征

根据断层性质、地层等差异，将顺北5 号走滑断裂带划分为5 个构造层：元古宇构造层，塔里木盆地基底发育加里东运动早期伸展作用形成的正断层，或发育晚期反转的逆断层[25]；寒武系构造层，发育与主断裂平行的走滑断层(图2a)；奥陶系构造层，发育沿主断裂的陡直走滑断裂，南段走滑断裂两侧发育地堑式断层(图2b)；志留系构造层，发育雁列式断层和地堑式断层界面北段北东—南西向雁列式断层发育，南段除发育北东—南西向和北西—南东向2 种不同方向的雁列式断层外，还发育与主断裂平行的地堑式正断层(图2c)；界面北段发育少量北东—南西向断层，但弱于界面，南段地堑式断层发育，雁列式断层以北西—南东向为主，仅少量北东—南西向雁列式断层活动(图2d)；泥盆系—二叠系构造层，发育北西—南东向雁列式断层，南段地堑式断层不连续发育(图2e)。

图2 顺北5走滑断裂多层位相干切片与断裂平面解释Fig.2.Coherent slices and fault interpretation of multiple horizons in the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

2.2 断裂带分段变形特征

塔里木盆地走滑断裂带具有较强的分段性，顺北5 号走滑断裂带南段和北段差异明显。前人认为顺北5 号走滑断裂带具有分段发育和晚期连接的特征。顺北5 号走滑断裂带南北段除构造样式外，垂向断裂活动也存在差异。

图3 顺北5号走滑断裂带北段发育特征Fig.3.Development characteristics of the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

图4 顺北5号走滑断裂带南段发育特征Fig.4.Development characteristics of the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

3 顺北5号走滑断裂带运动学特征

通过高品质三维地震资料，研究顺北5 号走滑断裂滑移方向、断裂剪切方式和断裂形成机制的差异，提出顺北5 号走滑断裂带早期南北段具有不同的运动学特征。顺北5 号走滑断裂带早期北段(北西—南东向)和南段(北东—南西向)各自发育，晚期逐步连接，呈现弧形特征[4，22]。

3.1 北段运动学特征

前人认为顺北5 号走滑断裂带自加里东运动中期Ⅲ幕开始活动。本文通过地震体时间切片和断裂叠接方式判断顺北5 号走滑断裂带北段深层界面与界面具有相反的滑移方向，即北段活动于加里东运动中期Ⅲ幕前(通常认为界面断裂形成于加里东运动中期Ⅲ幕)。通过地震体时间切片可知，顺北5号走滑断裂带北段在4 500 ms(界面)呈右行走滑断裂特征(图5a、图5b)，在界面呈左阶式叠接(图5c)，并在断裂叠接区引起地层上拱，形成挤压区(图5d)，即界面断裂发生右行走滑活动。在5 200 ms(界面)呈左行走滑断裂特征(图5e、图5f)界面呈右阶式叠接(图5g)，在断裂叠接区地层上拱，形成挤压区(图5h)，即界面断裂发生左行走滑活动。

图5 顺北5号走滑断裂带北段及界面特征Fig.5.Characteristics of and interfaces in the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

根据相干体剖面，顺北5 号走滑断裂带北段晚期能识别出2 个不同方向的雁列式断层界面北东—南西向雁列式断层活动迹象明显界面北东—南西向雁列式断层活动变弱，界面北西—南东向雁列式断层活动。目前，主要通过雁列式断层走向判断雁列式断层滑移方向，运用应力摩尔椭圆分析其伸展方向，从而反推走滑断裂滑移方向。以走滑断裂形成应力剪切机制为理论，判断出界面和界面北东—南西向雁列式断层呈右行走滑特征(图6a、图6b)，界面北西—南东向雁列式断层呈左行走滑特征(图6c)。浅层的滑移反向说明顺北5 号走滑断裂带北段经历了多期走滑活动。

图6 顺北5号走滑断裂带北段界面界面及界面运动学特征Fig.6.Kinematic characteristics of ， and interfaces in the northern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

3.2 南段运动学特征

图7 顺北5号走滑断裂带南段界面及界面特征Fig.7.Characteristics of and interfaces in the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

4 顺北5号走滑断裂带构造演化特征

目前，主要通过断层与地层切割关系确定走滑断裂带活动期次，包括断层生长速率、地层生长指数等[26]。顺北地区走滑断裂大多具有多层结构特征，这种多层结构是在地层厚度、岩石物理性质、多期活动等多重因素影响下形成。

图8 顺北5号走滑断裂带南段界面界面及界面特征Fig.8.Characteristics of and interfaces in the southern segment of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone

图9 顺北5号走滑断裂带南北段活动期次划分（剖面位置见图3，图4)Fig.9.Division of activity periods for the northern and southern segments of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone(see Fig.3 and Fig.4 for section locations)

塔里木盆地周缘古洋盆闭合消减、碰撞造山等活动的差异性，造就了顺北及周缘地区不同时期应力场转换，形成了多套复杂的断裂系统，顺北5 号走滑断裂同样受到多期应力作用，形成复杂的垂向分层结构[25-28]。通过高精度三维地震资料可知，顺北5 号走滑断裂带南北段在加里东运动中期Ⅰ幕—Ⅲ幕具有不同或完全相反的运动学特征，表明顺北5 号走滑断裂带南北段在加里东运动中期Ⅰ幕—Ⅲ幕非一条断裂带。加里东运动中期Ⅰ幕北段呈左行滑移特征，南段呈右行滑移特征；加里东运动中期Ⅲ幕，北段呈右行滑移特征，南段呈左行滑移特征；加里东运动晚期南北段均发育北东—南西向雁列式断层，从雁列式断层走向判断，顺北5 号走滑断裂带南北段在此时期均呈右行滑移特征；海西运动早期顺北5 号走滑断裂带南段发育地堑式断层，地堑式断层向下断到中—下奥陶统，向上断到泥盆系中消失(界面)，通过地震体时间切片可知地堑式断层具有左行滑移特征，北段此时期不活动；海西运动中—晚期南北段均发育北西—南东向雁列式断层，从雁列式断层走向可知，顺北5号走滑断裂带南段和北段在此时期均呈左行滑移特征(图10)。

图10 顺北5号走滑断裂带古生代南北段分段演化示意图Fig.10.Evolution of the northern and southern segments of the Shunbei No.5 strike-slip fault zone in Paleozoic

5 结论

(1)顺北5 号走滑断裂带具有复杂的垂向分层结构，根据断层性质、地层等方面的差异提出顺北5 号走滑断裂带具有5 层结构，分别为元古宇构造层、寒武系构造层、奥陶系构造层、志留系构造层和泥盆系—二叠系构造层。

(2)顺北5 号走滑断裂带南北段运动学差异明显。加里东运动中期Ⅰ幕，北段为左行滑移、南段为右行滑移；加里东运动中期Ⅲ幕，北段为右行滑移、南段为左行滑移；加里东运动晚期，南段和北段均为右行滑移；海西运动早期，南段左行滑移，北段不活动；海西运动中—晚期，南段和北段均为左行滑移。

(3)顺北5 号走滑断裂带南段经历了5 期走滑活动，依次为加里东运动中期Ⅰ幕、加里东运动中期Ⅲ幕、加里东运动晚期、海西运动早期及海西运动中—晚期；北段经历了4 期走滑活动，依次为加里东运动中期Ⅰ幕、加里东运动中期Ⅲ幕、加里东运动晚期及海西运动中—晚期。