基本变形样式

如题所述

(一)基底卷入型构造

在含油气区,基底(basement)通常指刚性的结晶火山岩或变质岩(Harding和Lowell,1979)。这里基底是指岩石力学性质相对均一、由前震旦系各类变质岩和岩浆岩组成的、岩石力学性质各向相对均一的地质体。

基底卷入型构造变形主要表现为基底卷入型逆冲断层发育和基底缩短变形形成褶皱,它们可以组合为下列不同的构造样式。

1.基底卷入型冲起构造(basement—involved pop—up structure)

它是由两条基底卷入型逆冲断层夹持的背冲挤压断块。

塔北隆起轮台凸起可作为该类构造的典型代表(图4-1、4-5)。该构造为夹持在分别向北和向南倾斜的轮台-沙雅和亚南逆冲断裂带之间的背冲断块,北东东向延伸约300km,宽8~40km。该构造边界断层具有上陡下缓的断面形态,基底顶面最大垂直断距可达4000m,最大水平断距3500m。根据大地电磁测深资料,轮台及亚南断层向深处可能延至20~30km深处的高导层(软弱层)甚至莫霍面附近。根据地震反射资料(图4-6),亚南断层向深处产状逐渐变缓,切割深度可达20余km(汤良杰,1992),其在基底岩系中的产状与基底顶面近一致,具有上盘断坪特征,表明前震旦纪末其可能呈近水平状态产出。丁道桂等(1990)、汤良杰(1992)认为其具有韧性剪切带特征。据上述分析,作者认为亚南断层是在前震旦纪近水平的古韧性剪切带的基础上于海西晚期发育的逆冲断层带,它与海西期(主要是海西晚期)发育的轮台一沙雅逆冲断层带一起使上述两条断层间的断块挤压抬升,古生界及部分基底遭受剥蚀。这里,基底或壳内软弱带(韧性剪切带)是造成其上覆岩层缩短及前冲和后冲断层发育的重要条件(Morley,1987)。巴楚凸起古董山构造亦属基底卷入型冲起构造(图4-7b-3,付建奎等,1999)。

图4-5 TBB-85-NW444测线地震地质解释剖面图

(据新星石油公司)

另一类冲起构造由“Y”字形断层夹持,两条边界逆冲断层发育程度不等,主干逆冲断层为基底卷入型,而另一断层则仅发育在沉积盖层内。轮南断垒构造(图4-3)即属此类构造。巴楚凸起南缘罗斯南2号构造也属于这种类型(图4-7b-2)。

2.单断式挤压断块

柯坪隆起东段(阿恰断裂以东)阿克苏凸起属于此类构造(图4-4)。该断块西南边界为向前陆方向逆冲的沙井子断裂或断阶带(图4-8),沿主断裂寒武系—奥陶系顶面最大垂直断距可达5000m,最大水平断距达4500m,上盘缺失全部中生界及部分新生界,中—新生代具生长特征,其中中新世早、中期生长指数可达2.0。沿断裂带强烈的海西晚期岩浆活动显示它可能是一条延至中—下地壳的深断裂。巴楚凸起南缘康塔库木构造属此类型(图4-7b-1)。

3.逆冲断阶带

一系列同向倾斜的基底卷入型逆冲断层可组成断阶带。在沙井子断裂带中、东段(图4-8),沙井子主断裂与其上盘同向倾斜的次级断层将柯坪隆起东段东南翼切割成向隆起方向依次抬升的几个台阶。在库尔勒鼻凸西南部(图4-9),一系列大致平行的向北倾斜的基底卷入型逆冲断层平面上呈斜列式展布,在横切它们叠覆处的剖面上这些断裂组合为断阶形式(图4-10)。

图4-6 TBB-86-NW417测线地震剖面解释图

(据新星石油公司)

图4-7 巴楚地区主要构造样式图

(据付建奎等,1999)

(a-1)—断展背斜(群苦恰克构造,沿下寒武统滑脱);(a-2)—叠瓦状逆冲断片(柯坪塔格逆冲推覆构造,沿下寒武统滑脱);(a-3)—逆冲断块(沿老第三系滑脱);(b—1)—单斜式断块(康塔库木构造);(b-2)—“Y”字形断裂夹持的断块(罗斯南2号构造);(b-3)—冲起断块(古董山构造)

4.三角带构造

在沙井子断裂带中、东段,沙井子主断层(前冲)与其下盘黑孜尔断层(背冲)均属基底卷入型逆冲断层,二者与可能发育于基底岩系内部的底板逆冲断层一起围限成一个三角带构造,三角带内为一宽缓的向斜构造(图4-11)。

5.与逆冲断层作用有关的褶皱

当相对均质脆性的基底与其上覆非均质、层状沉积盖层一起变形时,由于能干层在下,相对非能干层在上,构造变形样式将完全受能干层(基底)控制(Morley,1987)。与一般前陆(前陆盆地)薄皮褶皱-逆冲断层带中较常见的层状岩石有关的断坡-断坪几何形态明显不同,自基底发育的逆冲断层断坡倾角一般较大且断面常呈犁式。基底卷入型逆冲断层断面的这种特殊几何形态(McClay和Buchanan,1992)以及基底卷入变形等特点使得与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱变形特征明显不同于前陆盆地中薄皮构造变形。

克拉通地区与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱具有以下特点:

(1)褶皱类型以断展褶皱为主,它们主要形成于海西早期(东部)或海西晚期(西部),中—新生代生长明显。例如:①在轮台断层西端,断层上盘发育断展背斜(图4-6),表现在背斜前翼地层与下盘断坡交截,断裂沿与背斜前翼相邻的向斜轴部发育,并终止于前三叠系顶面。三叠系自下盘向上盘背斜上超,显示断裂及其相关褶皱在三叠纪的同沉积生长作用。②库尔勒鼻凸一带发育的一系列鼻状构造(图4-9、4-12),如巴里英、托不协鼻状构造、普惠构造等均具断展褶皱特征。以巴里英鼻状构造为例,在90-N153测线(图4-12)上其表现为翘曲构造形态,向东(N165、N170测线,图4-10)其幅度加大并在陡翼(南翼)产生普惠2号逆冲断层。③沙井子断裂带下盘一侧恰奇力克构造亦为断展褶皱(图4-11)。该背斜构造在震旦系以上的古生界中表现为明显的断展褶皱,前翼地层较陡且与下盘断坡交截,黑孜尔断层即发育在背斜的陡翼,在此层次上,与前翼相邻的向斜形态亦较明显。在中—新生界中,该构造具生长-断展褶皱特征。但在震旦系及基底中,褶皱幅度逐渐减小至消失,地层产状与上部断展背斜后翼近一致,可能显示了断弯褶皱特征。Chester和Chester(1990)研究表明,自厚层、块状脆性单元向薄层状、非均质单元扩展的逆冲断层所引起的褶皱上部具断展褶皱特征,下部地层则表现出断弯褶皱特征。

图4-8 A-82-236地震测线地质解释剖面图

示沙井子断裂带(中段)特征

图4-9 库尔勒鼻凸倾伏端构造图

(前石炭系顶部)

图4-10 库尔勒鼻凸西南部构造联合剖面图

(剖面位置见图4-9)

图4-11 TBB-90-NW192测线地震解释剖面图

示沙井子主断裂(北东段)及其上、下盘伴生构造

(据新星石油公司)

图4-12 90-N153测线地震解释剖面图

(2)这些断展褶皱与库车前陆盆地薄皮构造变形带中断展褶皱特征明显不同,表现在:①背斜开阔平缓,略不对称,而库车坳陷中断展背斜多为不对称至倒转紧闭背斜;②背斜构造后翼地层产状与其下伏断坡明显不平行(图4-6、4-11),这是与典型薄皮型断展褶皱明显不同之处;③这些断展背斜的后翼一侧往往发育与主断层倾向相反的背冲断层(图4-6、4-11),这种现象在薄皮型断展背斜中很少见。

(3)上述特征表明,与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱(主要是断展褶皱)与薄皮型断展褶皱应具有不同的成因机制。显然,用于解释薄皮型褶皱作用的平行褶皱剪切模型(例如,Sanderson,1982)或称同向剪切模型(平行于主断层断坡的剪切作用,Mitra,1993)不完全适合于解释克拉通地区的基底卷入型褶皱。作者提出,上述断展褶皱的形成必须考虑同向剪切与反向剪切(即平行于反向断层的剪切作用,Mitra,1993)的联合作用,即当上盘基底及其上覆沉积盖层沿主断层位移(同向剪切)时,由于断坡陡倾并呈犁式,基底岩系能干性、均质性强,上盘岩席位移和褶皱均受到阻碍,势必发生反向剪切作用,使背斜后翼倾角明显变缓,从而与主断层断坡不平行,并发育反向断层,由此造成的断展褶皱几何学特征与薄皮型断展褶皱显著不同,而与由基底卷入型正断层反转而形成的褶皱特征(Mitra,1993;McClay和Buchanan,1992)相似。

6.基底翘曲构造(basement warps)

这类构造的显著特点是分布相对零散、基底卷入变形、构造极为平缓、无明显的断层发育,是克拉通内部普遍存在的一种构造(Harding和Lowell,1979)。

满加尔凹陷北部地区总体上成带分布的一批构造及构造显示属这类构造,它们主要表现为短轴背斜,构造闭合主要表现在三叠系及其以下层位中,幅度低,一般为40~140m。它们的展布与其相邻构造带如塔北隆起、孔雀河斜坡的走向近一致。这类构造可以学堂构造等为例。学堂构造是满加尔凹陷内于印支期发育的一个正反转构造。从图4-13上可以看出,在该构造及其附近,各时代地层厚度尤其是中—上奥陶统、志留系—泥盆系变化剧烈。该构造在前三叠系直至基底顶面均有明显的显示,在石炭系底面构造图上,其幅度为110m。推测该背斜及其相邻向斜的形成与震旦纪—奥陶纪伸展盆地发育阶段的基底卷入型正断层于印支期反转有关。

翘曲构造的成因目前尚不完全清楚。据上述特征,推测塔里木克拉通内这些构造的发育与基底或地壳的不均一性及板块边界挤压作用力传递到克拉通内部并局部集中有关。

(二)盖层滑脱型构造

塔里木克拉通区古生界沉积盖层内发育有三套分布范围相对局限的滑脱层:①寒武系底部滑脱层,主要分布于英买力低凸起至阿瓦提、柯坪和巴楚一麦盖提一带,系寒武纪早期浅滩—蒸发潮坪相沉积,以发育膏泥岩、白云质泥岩等塑性层为特征,最厚可达千米;②下石炭统滑脱层,大致分布在哈拉哈塘凹陷、轮南凸起南缘及其以南地区,为潮坪相石膏岩、盐岩、膏泥岩、泥晶灰岩沉积物;③老第三系膏盐、膏泥岩,主要分布在巴楚南缘—麦盖提一带。

1.冲起构造

桑塔木断垒构造(图4-2)系由两条自寒武系一奥陶系内部发育的背冲断层夹持的背冲断块,具冲起构造特征。构造主要形成于海西早期及海西晚期—印支期。

图4-13 EW-500测线地震解释剖面图

2.断展褶皱

东河塘背斜(图4-l4)属此类型。东河塘断层呈犁式,断层向深处可能沿寒武系底部滑脱层发育,断层上盘背斜具断展背斜特征。由于东河塘断层和东河塘南断层在剖面上构成“Y”型,因此它们夹持的背斜又具冲起构造特征。

图4-14 TBA-86-NW409测线断裂样式剖面示意图

麦盖提斜坡上,群苦恰克背斜为受沿下寒武统滑脱层滑脱断层控制的断展背斜(图4-7a-1)。

3.滑脱-底辟构造

这类构造主要见于英买力低凸起一带,包括英买1号、2号构造(图4-15)等。它们在平面上表现为短轴背斜,呈北东—北东东向。剖面上(图4-15)寒武系下部塑性层在背斜核部加厚,向斜部位减薄,滑脱层上覆层表现为平行褶皱,下伏震旦系产状平缓或有小型基底卷入型逆冲断层发育。古生界构造变形显然与其在挤压作用下沿寒武系下部塑性层滑脱、褶皱、塑性物质向上覆负荷相对较小的背斜核部富集并发生底辟作用有关。这些构造基本上形成于海西晚期,三叠纪有生长活动,因而下伏背斜之上三叠系显示披覆-生长背斜特征(图4-15)。

4.滑脱低幅度背斜

分布于轮南凸起南缘的一系列低幅度背斜均与沿下石炭统塑性层的滑脱作用有关,褶皱变形主要发生在石炭系—三叠系中,系海西晚期—印支期运动的产物。

5.披覆-生长背斜

塔北前陆克拉通区构造变形主要发生在海西早期和海西晚期。中—新生代构造活动特别是印支期及喜马拉雅期活动造成前中生代构造基础上的披覆-生长构造,例如英买1号古生界背斜之上的三叠系披覆背斜(图4-15)、恰奇力克古生界断展背斜之上的三叠系、白垩系—第三系生长背斜(图4-11)、巴里英鼻状构造三叠系—侏罗系披覆背斜(图4-12)等。巴楚凸起南缘—麦盖提斜坡海西早期、晚期运动均发生过构造变形,但大多在喜马拉雅期被改造,并发育沿老第三系滑脱的褶皱-逆冲构造(图4-7a-3)。

(三)伸展断层

在塔北前陆克拉通地区见伸展断层,但分布局限,主要表现为三种形式:

(1)新生基底卷入型正断层,如温宿北断层(图4-4),其发育于乌什凹陷与阿克苏凸起的过渡带上,东西向延伸55km,断面倾角上陡(55°)下缓,呈犁式,基底顶面断距约为6000m。以其为边界断裂的半地堑中充填了新第三系—第四系沉积(下部可能有部分白垩—老第三系)。

图4-15 TBA-86-310-4测线地震解释剖面图

(2)先存基底卷入型逆冲断层后期部分负反转,浅部表现为正断层,如轮台、亚南逆冲断层的浅部正断层(图4-1、4-2),正断层对白垩系—老第三系乃至新第三系沉积有明显的控制作用。

(3)横向正断层。轮南凸起东南翼的达里亚断层为近南北向、东倾(倾角60°)正断层,延伸长度约10km,切割寒武系—侏罗系,断距小,最大垂直断距为150m。该断层的形成可能与南北向挤压作用派生的东西向拉张应力有关,与其西北侧沙9井中近南北向(0°~5°)横张裂缝(张光亚等,1991)的形成机理相似。

(四)横向构造

前陆克拉通地区亦发育横向构造,包括走滑断裂-褶皱带,如喀拉玉尔滚-柯吐尔断裂带,阿恰—图木休克走滑—逆冲断裂带,它们有些仅分布在前陆克拉通地区,有些则自前陆盆地延伸而来。

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