塔里木盆地巴楚隆起古董山斷裂帶構造特征及活動時代

楊 勇，湯良杰，岳淑娟，黃太柱，云 露，謝大慶

(1.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249; 2.中國石油大學 盆地與油藏研究中心,北京 102249; 3.中國石化 中原油田分公司 采油工程技術研究院,河南 濮陽 457001; 4.中國石化 西北油田分公司,新疆 烏魯木齊 830011)

塔里木盆地巴楚隆起古董山斷裂帶構造特征及活動時代

楊 勇1,2，湯良杰1,2，岳淑娟3，黃太柱4，云 露4，謝大慶4

(1.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249; 2.中國石油大學 盆地與油藏研究中心,北京 102249; 3.中國石化 中原油田分公司 采油工程技術研究院,河南 濮陽 457001; 4.中國石化 西北油田分公司,新疆 烏魯木齊 830011)

根據二維地震資料解釋成果，利用構造解析方法建立了塔里木盆地古董山斷裂帶的幾何學模型，確定了斷裂主要活動時代。古董山斷裂帶構造變形復雜，其形成演化過程與塔里木盆地周緣洋盆和造山帶的演化密切相關，在加里東中期、海西早期、海西中期、喜馬拉雅早期和晚期等關鍵變革期均發生了明顯的斷裂活動。古董山1號和2號斷層控制斷裂帶兩側古生代地層的厚度變化，具有多期活動特征。古董山1號斷層活動時間是加里東中期Ⅰ幕和Ⅲ幕，并具有持續增強的特征。古董山2號斷層形成于海西早期，之后在石炭紀、古近紀末分別經歷了負反轉、正反轉的過程。古董山3號控制了斷裂帶兩側前寒武系基底南西高北東低的構造格局，形成于喜馬拉雅早期。古董山4號和5號斷層形成于喜馬拉雅晚期，其中古董山4號斷層的逆沖推覆距離達20 km，強烈的剝蝕作用導致其上盤殘留地層表現為一個單斜的構造形態。

多期斷裂活動；構造特征；構造反轉；斷裂帶；巴楚隆起

斷裂構造是塔里木盆地最重要的構造活動形式之一，它在控制盆地沉降沉積、隆起剝蝕、局部構造形成及油氣運移聚集等方面起著重要作用[1-2]。塔里木盆地大型斷裂帶均具有多期活動的特征，根據斷裂帶的幾何學特征及在縱向、橫向上的變化可以精確刻畫斷裂的活動期次[3-8]。古董山斷裂帶位于巴楚隆起北西走向-東西走向的變換部位(圖1)，構造變形復雜。目前在斷裂帶內部和兩側巴探5、古董2等數口探井，均未獲得工業性油氣流，巖心和電測資料表明失利的原因是目的層儲層物性差、構造未落實，因此，通過古董山斷裂帶構造特征和活動時代的研究對認識該地區斷裂系統演化和油氣成藏規律有重要意義。

圖1 巴楚隆起南緣主要斷裂帶分布Fig.1 Distribution of the main fault belts in southern margin of Bachu uplift and location of the Gudongshan fault belt

前人對古董山斷裂帶的構造變形特征和活動時代進行過大量研究，取得了不少認識：①古董山斷裂帶可分為兩段，東南段為基底卷入型沖斷層，西北段為蓋層滑脫型沖斷層[9]；②古董山斷裂帶在加里東中期、海西早期、喜馬拉雅晚期發生過明顯的斷裂活動[9-11]，但是前人對古董山斷裂帶的活動時代是推測性質的，并沒有對斷裂活動時代進行精確的厘定和描述。為了對古董山斷裂帶有更深入的認識，在使用巴探5井、古董2井和瑪北1井分層數據對層位進行精確標定的基礎上(表1)，通過地震剖面解釋建立了古董山斷裂帶的構造幾何學模型，確定了古董山斷裂帶內主要斷裂的活動時代、運動學特征和區域動力學背景。

1 古董山斷裂帶構造幾何學特征

古董山斷裂帶位于巴楚隆起中部，走向北北西向，長度約為80 km，其向北西延伸與三岔口斷裂帶呈銳角相交，向南東方向延伸與鳥山斷裂、瑪扎塔格斷裂相接(圖1)。從新的地震剖面解釋成果看，該斷裂帶現今表現為由北東向南西逆沖的推覆構造，斷裂帶內發育古董山1號—5號等5條規模較大的逆沖斷層(圖2—圖5)。文中主要選擇了4條典型地震剖面詳細分析了古董山斷裂帶的幾何學特征，自南向北描述如下。

在BC07-SN220剖面上，古董山斷裂帶的構造特征類似于瑪扎塔格斷裂帶[3]，發育背沖斷塊和在中、下寒武統膏鹽巖中滑脫的逆沖斷層，斷層向上延伸止于上新統—第四系底面，并且滑脫逆沖斷層被背沖斷塊一側的斷層所切斷。但是古董山斷裂帶南段的構造變形比瑪扎塔格斷裂帶要復雜的多，古董山2號斷層上盤的斷背斜被后期形成的古董山4號斷層所強烈改造，僅在中下寒武統內能夠觀察到殘留的斷背斜，古董山4號斷層上盤地層遭受了嚴重的剝蝕，現今表現為單斜的構造形態(圖2)。

在BC04-NE29剖面上，古董山斷裂帶的構造變形要簡單一些：古董山2號斷層構造形態保存的比較完整，斷層上盤已經不發育斷背斜，地層表現為單斜的構造形態(圖3)。這條剖面和BC07-SN220剖面最大的不同是前寒武系基底明顯具有南西高北東低的構造形態，導致中、下寒武統也是南西高北東低的構造格局，造成這種構造格局的原因是深部古董3號斷層的活動，由于中寒武統膏鹽巖的存在，這條斷層是一條盲沖斷層，向上并沒有斷入中下寒武統，僅僅是造成了斷裂帶內南西高北東低的構造格局。

在BC04-NE38剖面上，古董山4號斷層又切斷了古董山2號斷層，導致古董山2號斷層僅保留下了發育在寒武系-奧陶系內部的那一段。古董3號斷層活動形成的斷層傳播褶皺在寒武系—中奧陶統內部構造形態保存比較完整，其北東翼發育有3條階梯狀分布的小型逆沖斷層，向上延伸在中、下寒武統膏鹽巖中消失。斷層傳播褶皺被后期的古董山4號斷層活動所改造，從南西翼古近系被完全剝蝕，而北東翼仍然保留著少量的古近系(圖4)，可以斷定古董山3號斷層的活動時間為古近紀末。

表1古董山地區巴探5井、瑪北1井和古董2井揭示的古生代地層柱狀圖

Table1StratigraphiccolumnofthePaleozoicrevealedbywellsBatan-5,Mabei-1andGudong-2inGudongshanarea

圖2 通過古董山斷裂帶的BC07-SN220地震剖面(剖面位置見圖1中的a—a′)Fig.2 BC07-SN220 seismic profile across the Gudongshan fault belt(a—a′ in Fig.1)Fa.古西斷層；Fb.古董山1號斷層；Fc.古董山2號斷層；Fd.古董山3號斷層；Fe.古董山4號斷層；Ff.古董山5號斷層；An.前寒武系；1—2.中、下寒武統；3—O1-2.上寒武統—中、下奧陶統；O3.上奧陶統；S1-2.中、下志留統；D3d—C1b.東河塘組—巴楚組；C1kl—C2x.卡拉沙依組—小海子組；P.二疊系；E.古近系；N1.中新統；N2—Q.上新統—第四系

圖3 通過古董山斷裂帶的BC04-NE29地震剖面(剖面位置見圖1中的b—b′)Fig.3 BC04-NE29 seismic profile across the Gudongshan fault belt(b—b′ in Fig.1)(各地層的含義和斷層名稱同圖2。)

圖4 通過古董山斷裂帶的BC04-NE38地震剖面(剖面位置見圖1中的c—c′)Fig.4 BC04-NE38 seismic profile across the Gudongshan fault belt(c—c′ in Fig.1)(各地層的含義和斷層名稱同圖2。)

在BC04-NE64剖面上，古董山2號斷層幾乎沒有斷距，但是仍然切斷了古董山1號斷層。由于區域的隆升剝蝕，在古董山斷裂北段中、下寒武統的埋深僅有4 000 m，強烈的剝蝕導致古近系-中新統被完全剝蝕，二疊系也僅僅在斷裂帶南西側有少量的殘留(圖5)。

2 古董山斷裂帶活動時代

為了確定古董山斷裂帶的活動時代，統計了上述4條地震剖面上斷裂帶兩側的古生代主要地層厚度。

圖5 通過古董山斷裂帶的BC04-NE64地震剖面(剖面位置見圖1中的d—d′)Fig.5 BC04-NE38 seismic profile across the Gudongshan fault belt(d—d′ in Fig.1)(各地層的含義和斷層名稱同圖2。)

地層BC07-SN220剖面BC04-NE29剖面BC04-NE38剖面BC04-NE64剖面兩側地層厚度/m兩側地層厚度/m兩側地層厚度/m兩側地層厚度/m南西側北東側厚度差南西側北東側厚度差南西側北西側厚度差南西側北東側厚度差P16041608415131509-4142614260142614260C1kl—C2x22434812424435411026937210329837981D3d—C1b30745514833746012337248511341249482S1-2394299-95420317-103457327-130512351-161O32414882472684872192784852073004861863—O1-259469096774839658709265610361069331—29149140851851082282209139130

上寒武統—中奧陶統、上奧陶統、東河塘組—巴楚組和卡拉沙依組—小海子組南西薄北東厚，中、下志留統則是南西厚北東薄(表2)。結合斷裂解釋方案可以發現，古董山1號斷層和古董山2號斷層具有多期活動的特征，控制了斷裂帶兩側古生代地層的厚度變化。

2.1 古董山1號斷層

古董山1號斷層控制了斷裂帶兩側上寒武統-中奧陶統、上奧陶統的厚度變化，這兩套地層在斷層上盤(南西側)厚度比下盤(北東側)要薄很多(圖2—圖5，表2)，說明古董山1號斷層在加里東中期Ⅰ和Ⅲ幕發生過明顯的活動，造成上盤地層遭受剝蝕。

2.2 古董山2號斷層

古董山2號斷層控制了斷裂帶兩側中下志留統、東河塘組-巴楚組、卡拉沙依組-小海子組的厚度變化，形成演化至少經歷了3期構造變形。海西早期，古董山2號斷層發生了一次逆沖作用，造成上盤中、下志留統遭受剝蝕，在上述4條典型地震剖面上，斷層上、下盤殘留的中、下志留統厚度比值為0.69～0.76(表3)。在東河塘組-巴楚組和卡拉沙依組-小海子組沉積期盆地整體的弱伸展環境中，古董山2號斷層經歷了持續的負反轉活動，在東河塘組-巴楚組和卡拉沙依組-小海子組沉積期的生長指數分別是1.20～1.48，1.27～1.55(表3)。喜馬拉雅早期，由于印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞的遠程效應，古董山2號斷層復活，沿早期斷面發生逆沖作用，這可以從BC04-NE29剖面上該斷層切入古近系并向上延伸止于上新統-第四系底面得到證實。

2.3 古董山3號、4號和5號斷層

在BC04-NE29和BC04-NE38等測線上(圖3和圖4)，可以看到古董山3號斷層活動在上覆地層中形成北東陡南西緩的斷層傳播褶皺，造成了古董山斷裂帶前寒武系基底南西高北東低的構造格局，在南西翼古近系被完全剝蝕，而北東翼仍然保留著少量的古近系，據此判斷古董山3號斷層的活動時間為古近紀末。

表3 古董山2號斷裂兩側主要地震剖面上地層厚度及地層厚度比值

古董山4號斷層是在古董山3號斷層活動造成的南西高北東低的構造格局下形成的，因此形成時間要晚于古董山3號斷層，并且古董山4號斷層和5號斷層向上延伸都是止于上新統—第四系底面，結合巴楚隆起中新世末大規模斷裂活動的構造背景[12-16]，認為這兩條斷層的形成時間為中新世末。

3 古董山斷裂帶構造演化特征及斷裂活動機制

古董山斷裂帶構造演化過程復雜，在加里東中期Ⅰ幕、Ⅲ幕、海西早期、海西中期、喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期等關鍵變革期均發生了明顯的斷裂活動，這些斷裂活動與塔里木盆地周緣洋盆和造山帶的演化密切相關。

中奧陶世晚期—奧陶紀末，塔里木盆地南緣的庫地洋和阿爾金洋逐漸閉合[17-19]，受洋盆閉合產生的擠壓應力的影響，古董山1號斷層在加里東中期Ⅰ幕、Ⅲ幕都發生了逆沖活動，并且在加里東中期Ⅲ幕的活動更強(圖6h，g)。

志留紀—中泥盆世，阿爾金地塊和中昆侖地塊相繼與塔里木板塊發生碰撞，塔里木板塊南部處于碰撞后陸內擠壓環境[18,20]，古董山2號斷層開始發育，并切割先前形成的古董山1號斷層(圖6f)。古董山2號斷層在海西早期是逆沖斷層，后期在晚泥盆世-石炭紀和古近紀末先后經歷了負反轉和正反轉的演化過程。

石炭紀，由于古特提斯洋的擴張，塔里木板塊處于弱伸展環境并發生整體沉降[17-18]，海西早期形成的古董山2號斷層發生構造反轉形成正斷層，這種構造反轉一直持續到石炭紀末(圖6e)。

海西晚期—燕山期，雖然盆地周緣發生了中天山地塊與塔里木板塊碰撞[17-19]、甜水海-羌塘地體與塔里木板塊的陸-陸碰撞[18]、拉薩地塊與古亞洲大陸的碰撞等重要的構造事件[17-19]，但是古董山斷裂帶構造變形相對較弱，表現為整體的隆升剝蝕(圖6d，6c)。

喜馬拉雅早期，由于印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞的遠程效應，周緣造山帶隆升并向盆地內逆沖推覆，古董山3號斷層形成，并在上盤形成斷層相關褶皺，在斷裂帶內形成了南西高北東低的構造格局，此外，在晚泥盆世—石炭紀發生負反轉的古董山2號斷層再次發生構造反轉形成逆沖斷層(圖6b)。喜馬拉雅晚期，由于印度板塊與歐亞大陸板塊開始全面碰撞，在膏鹽巖層內滑脫的古董山4號斷層開始發育，逆沖推覆距離達20 km，其上盤形成斷層相關褶皺并發生強烈的剝蝕，殘留地層現今表現為一個單斜的構造形態(圖6a)。

4 結論

1) 古董山1號斷層和古董山2號斷層具有多期活動的特征，控制了斷裂帶兩側古生代多套地層的厚度變化。古董山1號斷層控制了斷裂帶兩側上寒武統—中奧陶統、上奧陶統厚度變化，活動時期為加里東中期Ⅰ幕和Ⅲ幕，并且加里東中期Ⅲ幕斷裂活動更強。古董山2號斷層控制了斷裂帶兩側中、下志留統、東河塘組-巴楚組、卡拉沙依組-小海子組的厚度變化，它最初是在海西早期形成的一條逆斷層，形成之后在石炭紀、古近紀末先后經歷了負反轉、正反轉的過程。

2) 古董山3號、4號和5號斷層是在喜馬拉雅期形成的。古董山3號斷層活動時間為喜馬拉雅早期，其上盤發育的不對稱褶皺造成了古董山斷裂帶前寒武系基底南西高北東低的構造格局。古董山4號斷層活動時間為喜馬拉雅晚期，是一條在中、下寒武統膏鹽巖層中滑脫的鏟式逆沖斷層，逆沖推覆距離可達20 km。

圖6 古董山斷裂帶構造演化剖面Fig.6 Tectonic evolution sections of the Gudongshan fault belt in Tarim Basin

3) 古董山斷裂帶自寒武紀以來發生了6期重要的斷裂活動，復雜的斷裂演化過程與塔里木盆地大的構造動力學背景是一致的，說明其形成演化可能周緣洋盆和造山帶的演化有一定的關系，但是具體的動力學機制還有待于進一步探討。

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(編輯 高 巖)

StructuralcharacteristicsandactiveagesoftheGudongshanfaultbeltinBachuuplift,TarimBasin

Yang Yong1,2,Tang Liangjie1,2,Yue Shujuan3,Huang Taizhu4,Yun Lu4,Xie Daqing4

(1.StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.BasinandReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.ResearchInstituteofProductionTechnology,ZhongyuanOilfieldCompany,SINOPEC,Puyang,Henan457001,China;4.NorthwestOilfieldCompany,SINOPEC,Urumqi,Xinjiang830011,China)

2-D seismic data interpretation combined with structural analysis was used to build a geometry model and determine active ages of the Gudongshan fault belt.The formation and evolution of this fault belt with complicated tectonic deformation may be closely related to the evolution of oceanic basins and orogenic belts around Tarim Basin.Faulting activities were the most obvious in key tectonic periods of Tarim Basin,namely the Middle Caledonian,Early Hercynian,Middle Hercynian,Early Himalayan and Later Himalayan.Faults No.1 and No.2 in the Gudongshan fault belt control the thickness of the Palaeozoic strata on both sides of the belt and also show signs of multiple-stage activities.Fault No.1 was active during phase Ⅰ and Ⅲ of the Middle Caledonian and shows feature of progress intensification of its activity.Fault No.2 was developed in the Early Hercynian and successively experienced negative inversion in the Carboniferous and positive inversion at the end of Paleogene.Fault No.3 was formed in the Early Himalayan and controlled the tectonic framework of the Precambrian basement which is higher in southwest and lower in northeast.Faults No.4 and No.5 were developed in the Later Himalayan.The former has a thrust displacement up to 20 km and a denudation-caused monocline at the hanging wall.

multiple-stage faulting;structural characteristics;structure inversion;fault belt;Bachu uplift

2012-10-12;

：2013-12-24。

楊勇(1986—)，男，博士，構造地質學。E-mail:yy349971854@163.com。

國家自然科學基金項目(41172125，40972090)；國家重點基礎研究發展規劃(“973”計劃)項目(2012CB214804，2005CB422107)；全國油氣資源戰略選區調查與評價國家專項(第二批)(2009GYXQ02-05)；中國石油化工股份有限公司項目(P11086)；教育部博士點基金項目(200804250001)；國家科技重大專項(2011ZX05002-003-001)；中國石化西北油田分公司項目(KY2010-S-053)。

0253-9985(2014)01-0116-08

10.11743/ogg20140114

TE121.2

：A