塔里木盆地库车坳陷北部边缘结构及构造样式

塔里木盆地库车坳陷北部边缘结构及构造样式

库车坳陷位于塔里木盆地北部。它是一个多期重叠的山坡，主要是中-现代的沉积。新生代晚期,受南天山强烈隆升作用的影响,库车坳陷内形成了广泛的冲断构造,改变了坳陷的原始形态。这些冲断构造的形成,实际上包含了南天山与库车坳陷相互作用的信息,对于理解盆山过渡带的变形特征具有重要的意义。本文利用2D、3D地震资料和钻井资料,分析塔里木盆地库车坳陷北部边缘的结构特征和构造变形样式,对比研究不同区段构造变形的差异及库车坳陷北部的构造演化特征。1克拉苏构造带库车坳陷中部自北向南可划分为“三带一凹一斜坡”,分别为北部单斜带、克拉苏构造带、拜城凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带(图1)。其中,克拉苏构造带为库车坳陷北部的第一排冲断带,整体呈NEE—近EW走向。该构造带西接乌什凹陷、东临依奇克里克构造带、南邻拜城凹陷、北靠南天山褶皱带,东西长180km,南北宽30km2(图1)。克拉苏构造带地表构造为2排被逆冲断层所破坏的线性延伸背斜带。构造带内主要沉积了中、新生代地层,部分地层在山前带出露地表。克拉苏构造带古近系库姆格列木群膏盐岩之下的白垩系内蕴藏着丰富的天然气资源,具有重要的勘探价值。2挤压变形区及构造变形特征库车坳陷至南天山区域剖面显示,库车坳陷-南天山盆山过渡带表现出较强的分带变形特征。受南天山山体强烈隆升的影响,自造山带至坳陷内部可划分为“三区五带”。由于南天山在隆升过程中既表现出垂直挤压应力又表现出水平挤压应力,所以自北向南可以划分为3个主要的变形区,分别为垂直隆升变形区、斜向挤压变形区和分层水平收缩变形区。3个变形区的主要区别在于南天山挤压应力表现形式的差异。(1)垂直隆升变形区主要指南天山造山带,该带基岩强烈隆升,地表出露志留系、石炭系和二叠系,整体以基岩的垂向运动为主。其边界为南天山山前大规模基底卷入逆冲断层。(2)斜向挤压变形区主要包括北部单斜带及克拉苏背斜带,该带具有如下特点:a.中生界由深埋逐渐抬升至地表;b.该构造带发育一系列基底卷入逆冲断层,断层多切割至古生界;c.该构造带分层变形特征不明显,部分断层向上切割至地表;d.根据地层变形样式,该带可划分为北部抬升挠曲变形带和南部的抬升断褶变形带。该区域主要反映了南天山的斜向挤压力,即在垂直挤压应力的基础上叠加了水平挤压应力,因此逆冲断层多呈现出向盆地内部倾斜的特征。著名的克拉2号构造带即发育于该区,该构造带南部边界为克拉苏断层。(3)分层水平收缩变形区指克拉苏断层至秋里塔格构造带,该构造带特点为:a.广泛分布膏盐岩层,膏盐岩层的存在起到了分层滑脱的作用;b.该区域发育一系列收缩构造,盐上层、盐岩层及盐下层表现出明显的差异变形特征;c.该区域盐下层发育一系列滑脱构造,盐下层断层多在基底面上(可能为三叠系底面)滑脱,同时受局部古隆起影响,坳陷内发育一系列反转构造;d.该区带可划分为北部先存冲断复活变形带(克拉苏深部区带)和南部古隆起复活变形带(秋里塔格构造带)。由于该区带远离南天山造山带,南天山垂向挤压力减弱而水平挤压力增强,因此该区带多以滑脱构造样式为主。(4)克拉苏构造带是位于南天山斜向挤压区与分层水平收缩区的过渡带。该带垂向上可划分为4层结构,自北向南可划分为3个次级变形区。4层结构主要包括盐上构造层(E2s—Q)、盐岩层(E1-2km)、盐下中生界构造层(T—K)和基底构造层(古生界)。3个变形区为A:高角度基底卷入变形区,B:低角度基底卷入变形区,C:盖层滑脱变形区。A区主要发育克拉苏断层及克拉北断层两者均表现为高角度基底卷入断层,B区则发育一系列低角度逆冲断层,这些断层多与克拉苏断层交于深部,其中部分二叠系基底也卷入构造变形。C区的构造变形样式以滑脱冲断构造为主,逆冲断层断距小,断层面较缓且多在基底面(三叠系底面)之上滑脱(图3)。3盆地内不同构造部位库车坳陷为含盐前陆盆地,主要发育3种构造变形:收缩构造、盐构造和走滑构造,3种构造分布于盆地内不同构造层和构造部位。其中收缩构造为坳陷内主要构造,盐构造往往与收缩构造相伴生,走滑构造则发育在盆地边界、构造转换部位等。3.1盐下层构造样式库车坳陷收缩构造包括逆冲断层及褶皱。前人研究提出,库车坳陷构造样式包括断展褶皱、断弯褶皱、断滑褶皱等与断层相关的褶皱样式,也有学者提出库车坳陷盐上层主要发育与褶皱相关的断层,断层相关褶皱与褶皱相关断层的差别在于逆冲断层与褶皱形成的先后顺序。针对盐下层构造样式,目前争论的焦点主要集中于是以基底卷入构造样式为主还是以盖层滑脱构造样式为主。本文根据不同构造层次,将收缩构造划分为5个亚类,分别为盐上层断层相关褶皱样式及褶皱相关断层样式,盐下层阶梯状冲断构造、楔形冲断构造及滑脱冲断构造。其中盐上层2种样式分别包含若干种次级样式。盐下构造层变形样式与上文提到的克拉苏冲断带的3个变形区相匹配,分别为:阶梯状冲断构造,主要分布于北部高角度基底卷入构造变形区;楔形冲断构造,主要分布于低角度基底卷入变形区;滑脱冲断构造,主要分布于克拉苏深部区带盖层滑脱变形区。这种分类方案扩大了构造变形样式的类型,并且将盐上构造层单一样式及盐下构造层组合样式分开,强调盐下构造层变形样式由基底卷入和盖层滑脱构造共同组成,分布于冲断带内的不同构造部位。3.2储车事基性盐岩植物的层析成矿模式库车坳陷库姆格列木群内沉积了厚层膏盐岩,发育丰富的盐构造样式。前人根据盐岩变形后的不同形态将其划分为盐枕、盐墙、盐丘、盐焊接等多种样式。由于盐岩具有塑性流动的特征,在变形过程中受盆地挤压力及围岩差异负载作用影响进一步改变盐构造的形态。因此本文将盐岩的变形与围岩联系在一起,根据盐岩变形对围岩的影响程度将其划分为5个亚类,分别为盐席、盐墙、盐刺穿、盐拱和盐楔入构造。盐岩出露地表后,呈席状扩展,从地表露头上看,盐岩扩散后受地表地形影响明显,多期盐岩的流动具有明显的指向性,该类盐构造为盐席构造,主要集中于库车坳陷中西部。盐墙构造多与盐上层断层相伴生,盐岩常沿断层面出露至地表且混入地层之中,在地表呈线性、带状分布。还有部分盐岩没有出露地表,与围岩形成3种样式:盐楔入构造,指盐岩沿水平方向侵入至围岩中,使得盐上地层抬升,而盐下地层产状保持不变,整体呈现出鱼嘴状特征;盐刺穿构造及盐拱构造是盐岩垂向侵入地层之后可形成复杂的变形样式,前者多呈柱状、球状,对围岩的产状影响较小,而后者则表现为三角带或丘状构造,对盐上地层的产状影响明显,该类样式主要分布于大北-克深构造带,与地表的线性褶皱带相对应。本文提出的五类盐构造将盐岩的变形与盐上地层变形联系在一起,强调的是盐岩变形后对周围地层的影响。3.3库车提出走滑构造除了收缩构造和盐构造外,库车坳陷北部还发育走滑构造。在南天山自北向南的推挤作用下,库车坳陷走滑构造多出现于盆地边缘或盆地内部构造转换部位。其主要形成机制有2种,一种是受古隆起控制,在古隆起边缘形成大规模走滑构造,另一种则是受斜向推挤力的作用形成压扭性构造。由于走滑构造是一个相对复杂的变形系统,因此在空间上可以表现出多种变形样式。库车坳陷走滑构造主要表现为以下几种。剖面上,多表现为花状构造及不协调变形。花状构造主要由一条切穿基底或沿盐层滑脱的主断层及其上分支断层组成,分支断层与主断层相交构成似“花状”构造。由于该区域主要处于挤压环境,多以正花状构造为主。不协调变形表现为断层两盘块体差异对接,一般断层面较陡、断块间发育构造破碎带,两盘断块的产状、规模变化明显。该类构造多见于盐上层,地表露头可见明显的不协调变形特征(图4,库车河剖面)。平面上走滑构造表现为雁列褶皱(斜列断层)、海豚效应、马尾状断层等样式。这些构造都是走滑断层带的伴生构造,其走向往往与区域应力场方向斜交。在库车坳陷地表可见喀拉玉尔衮雁列褶皱带,反映喀拉玉尔衮断裂具有一定的走滑性质。库车中部克拉1号、2号构造南部发育克拉苏断裂带,虽然克拉苏断裂带主体呈EW走向,但是由于南天山山体走向在大北-克深段发生转折,因此克拉苏断裂带在局部会产生走滑分量,表现出海豚效应及斜列断层的构造特征。阿瓦特构造段位于克拉苏构造带及乌什凹陷2个构造带间,受温宿凸起的影响,阿瓦特盐下断层在平面上表现出马尾状断层的特征,整体向西北甩开。其间发育分支断层,断层组合复杂。4不同层系不同构造发育的滑脱构造特征库车坳陷中部克拉苏构造带是盆山过渡带中变形最为强烈的地区,与西侧乌什凹陷具有明显的差异性。该构造带具有较强的分段变形特征,根据构造变形样式及各构造层间组合关系的差异,可以将该带分为以下6个构造段。(1)阿瓦特段该段位于克拉苏构造带西部,西邻乌什凹陷(图5-a),南接温宿凸起。该构造段整体呈东西向展布的狭长凹陷,盐上层发育逆冲断层及褶皱构造样式,逆冲断层上盘沉积地层较薄,下盘沉积地层明显增厚。该段沉积了厚层膏盐岩,盐岩变形强烈,形成盐拱、盐楔入等样式。盐下层构造集中于温宿凸起以北,表现为一系列呈阶梯状抬升的叠瓦状构造(图5-b)。(2)博孜段该段位于克拉苏构造带西部,盆地变形范围明显加大,盐上层沉积中心向盆地内部迁移,形成盐上凹陷。盐岩层在该区分布具有明显的分带特征,北部表现为椭球型的盐刺穿构造,南部盐岩层厚度明显减薄,呈层状分布。盐下构造层发育一系列逆冲断层,自北向南,由高角度基底卷入逆冲断层,逐渐变为倾角较缓的低角度基底卷入逆冲断层至滑脱逆冲断层。次级断层在深部与克拉苏断层相交(图5-c)。(3)大北段该段地表变形复杂,北部可见受吐孜玛扎断层控制的线性褶皱带,而南部则发育大宛齐盐上背斜。盐岩层在该段表现为2个聚集中心:北部吐孜玛扎盐拱构造,盐岩沿逆断层出露地表,形成线性盐墙构造;南部盐岩聚集加厚形成丘状大宛齐盐拱。盐下发育一系列逆冲断层,与博孜段不同的是,该段以基底卷入逆冲断层为主,自南向北断层断面虽然变陡,但是断距明显减小(图5-d)。(4)克深5段该段位于大北段至克深段过渡段,盐上层地表出现南北2组线性褶皱带,分别为北部库姆格列木背斜和南部喀桑托开背斜,大宛齐背斜转换为盐上向斜。盐岩层向北部聚集,形成穹窿状盐拱,南部盐岩呈层状展布。盐下构造则表现为明显的分带性,北部为高角度基底卷入断层,地表线性背斜带之下形成大规模的基底卷入逆冲断层,而南部则发育一系列在基底面之上滑脱的次级断层(图5-e)。(5)克深段克深段变形特征与克深5段相似,盐上层变形以2组线性褶皱带为主,盐岩层则形成了克拉苏断层下盘的三角形盐拱。盐下构造以克拉苏断层为界,可以划分为北部高角度基底卷入构造带,发育一系列呈阶梯状排列的基底卷入逆冲断层。克拉断层下盘低角度基底卷入构造带,主要以一系列切割至基底的楔形逆冲断层组成以及南部的滑脱冲断构造带,该带盐岩层急剧减薄,发育一系列滑脱冲断构造。与克深5段对比,克深段滑脱逆冲构造分布范围更加广泛,向盆地内可延伸至秋里塔格构造带北部(图5-f)。(6)克拉3-东秋8构造段该段位于盆地东部,属于克拉苏构造带与依奇克里克构造带过渡部位。该段样式发生明显变化:a.构造变形的分层性减弱,表现为盐上、盐下构造一致变形。b.盐岩在该段厚度减薄,多随上下构造层变形,不发育明显的盐构造样式。c.该段主要发育基底卷入式构造,断层多切割至盆地基底,未见明显的滑脱构造样式(图5-g)。总体上看,库车坳陷中部盆山过渡带表现为一个东西窄而中间宽且向南凸出的弧形坳陷。在坳陷内沉积的厚层盐岩调节了盆山过渡带的构造变形。同时剖面特征显示,克拉苏断层带以北的北部单斜带构造变形也具有明显的差异性,基底断层的数量、倾角、分布位置具有明显差异,这种现象表明库车坳陷基底构造(前中生界)存在的不均一性也影响了各构造段间变形的差异。因此在基底先存构造、盐岩差异沉积及后期南天山隆升所产生的差异推挤力的共同作用下,形成了现今库车坳陷复杂的分段分带的变形特征。5晚二叠世—库车坳陷北部构造演化大北段、克深段位于库车坳陷中部,该构造带变形最为复杂。盐岩的存在,导致了盐上、盐下构造变形的不协调,同时盐岩的塑性流动使得原始盐岩的沉积状态较难恢复。本次研究综合利用平衡剖面及区域地质研究成果,将库车坳陷构造演化划分为4个阶段,分别是:晚二叠世—三叠纪古前陆盆地、侏罗纪—白垩纪坳陷盆地、古近纪—中新世弱挤压挠曲盆地和上新世—第四纪陆内前陆盆地。晚二叠世—三叠纪古前陆盆地:克深段三维地震资料显示,该段基底存在一条连续反射界面,向北在克拉苏断层深部消失。根据山前出露地层厚度推测,该界面应为三叠系底面。整体上看,三叠系表现为自北向南逐渐减薄的特征,其中在大北段可见三叠纪古隆起,三叠系向隆起迅速减薄,整体表现出前陆盆地的楔状形态。现今所看到的克拉苏断层近垂直切入盆地基底,推测其可能为晚二叠世—三叠纪的古逆冲断层。该期前陆盆地奠定了库车坳陷盆地的基础,影响了库车坳陷中晚期的构造变形。侏罗纪—白垩纪陆内坳陷盆地:针对于该期盆地是伸展型盆地还是挤压型盆地尚有争议。但是根据地震资料解释所得到的成果来看,该期地层厚度分布较均匀,没有出现明显的地层增厚现象,在新近纪晚期强烈变形的过程中,除了克拉苏断层及其分支断层表现为高角度、大断距断层外,克拉苏断层下盘逆冲断层多为低角度、小断距断层且分布均匀,据此推测这些断层可能多在新近纪中、晚期形成。因此本文认为白垩纪—侏罗纪沉积期应为陆内坳陷型盆地,在中生界沉积之后盆地经历了整体抬升剥蚀,使得该区普遍缺失上白垩统。古近纪—中新世弱挤压挠曲盆地:该阶段主要指库姆格列木群-康村组沉积期。库姆格列木群沉积期盆地内沉积了面积广泛的膏盐岩,形成了多个分隔盐湖,其后苏维依组沉积期在膏盐岩之上沉积了一套分布面积广泛以泥岩、粉砂岩为主的地层。吉迪克组沉积期南天山开始初始隆升,受挤压应力及同沉积作用