0 引言
断裂对圈闭形成、油气运移、保存与破坏全过程具有重要控制作用，一直是油气地质研究的热点[1]。塔里木盆地是中国陆上面积最大的含油气盆地，南北两侧分别被古亚洲构造系、特提斯构造系环绕，在南北两大构造系长期挤压作用下，塔里木盆地内部挤压冲断构造异常发育。因此，盆地内部挤压冲断构造长期被地质界所关注，研究较多[2]。2010年以来，随着大面积高精度三维地震的采集，人们发现塔里木盆地塔北—塔中隆起及斜坡区古生界发育大量走滑断裂，这些走滑断裂对奥陶系缝洞型储层发育与油气成藏具有重要的控制作用[3]。中国石油、中国石化2家公司沿着这些北东向走滑断裂不断获得规模油气发现，比如塔北南坡跃满区块、富源区块、果勒区块、顺北区块、塔中北坡顺南区块，受走滑断裂控制的奥陶系缝洞型油气藏是目前塔里木台盆区油气增储上产的重要领域。开展塔北—塔中隆起及斜坡区走滑断裂研究不仅对于完善塔里木台盆区走滑断裂构造特征与形成机制具有重要的理论意义，而且对拓展台盆区奥陶系油气勘探场面具有重要的生产指导意义。
由于塔北—塔中隆起及斜坡区走滑断裂具有重要的勘探价值，前人[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]对其构造特征及控储控藏作用开展了大量的研究工作，对于塔中隆起及斜坡区走滑断裂的构造样式、活动期次、形成机制及其对油气成藏的控制有了丰富的认识，但不同学者对走滑断裂构造演化与形成机制认识仍然不统一，亟需更多的资料、深入的研究去揭示走滑断裂特征。塔中隆起发育的北东向走滑断裂向东北方向一直延伸到满西低凸起、古城低凸起北斜坡，前人[10,12,13,14,15,16]的研究已明确塔中隆起及其东北部顺南地区发育下部“正花状”与上部“负花状”相互叠置的构造样式，浅层断裂与深层断裂具有分层变形的特点。但是这些走滑断裂继续向东北方向如何延伸、构造特征有何变化尚不明确。本文利用顺南地区北部肖塘南地区最新采集的三维地震资料，通过高精度相干提取、三维地震解释，开展顺南以北肖塘南地区走滑断裂构造特征、形成演化研究，并探究走滑断裂的形成机制。
1 地质概况
肖塘南地区位于塔里木盆地塔中Ⅰ号断裂南段下盘，位于满西低凸起和古城低凸起之间，构造属性为塔中—古城低凸起向北倾的鼻状构造（图1）。受控于塔里木盆地周缘洋盆的伸展—聚敛作用，肖塘南地区经历了4个阶段构造演化。加里东运动早期（寒武纪—早中奥陶世）为伸展构造环境，发育稳定的碳酸盐岩台地。加里东运动中期（中晚奥陶世），昆仑洋闭合，塔中古隆起形成。其中加里东运动中期Ⅰ幕（中奥陶统吐木休克组沉积前），塔中Ⅰ号断裂开始活动，满西低凸起和古城低凸起初具雏形；加里东运动中期Ⅱ幕（中奥陶统却而却克组沉积前），塔中北坡东南部发生拗褶，充填巨厚却尔却克组沉积；加里东运动中期Ⅲ幕（志留系沉积前）“两隆夹一凹”格局形成，肖塘南地区处于凹陷部位。加里东运动晚期—海西早期（志留纪—泥盆纪），受盆地东南缘阿尔金构造域挤压作用，塔中北坡志留系—泥盆系向南发生剥蚀，尖灭线分布于肖塘南地区。海西晚期以来，研究区处于整体埋藏阶段，构造活动相对较弱[17]（图1）。
肖塘南地区寒武纪—奥陶纪经历缓坡、弱镶边台地、镶边台地、淹没台地、混积陆棚的沉积演化历程，沉积厚层的碳酸盐岩地层，上奥陶统却尔却克组沉积大套厚层泥岩，中间夹薄层粉砂岩，之后晚古生代志留纪—石炭纪广泛发育海相滨岸沉积，以粉砂岩、细砂岩为主。
肖塘南地区三维地震资料面积为930 km2，满覆盖面积为375 km2，面元为25 m，深层寒武系—奥陶系地震资料主频为20 Hz，能够满足断层研究的需要。
2 断裂的几何学特征
受叠合盆地多期构造活动的影响，肖塘南地区断层具有多期活动的特征，根据构造样式的差异，研究区划分为深层、浅层2套断裂系统（图2）。深层断裂从基底往上断至中奥陶统灰岩顶部，部分断至上奥陶统却而却克组底部，为走滑断裂。浅层断裂主要发育在上奥陶统却而却克组、志留系、石炭系碎屑岩层系中，为张扭断裂。基于最新采集的高精度三维地震资料，通过关键界面高精度相干、曲率等属性提取和三维地震资料解释，分深层走滑断裂、浅层张扭断裂论述断层的几何学特征。
2.1 深层走滑断裂
从肖塘南地区重点层系高精度相干与断裂分布图（图4）可以看出，肖塘南地区深层走滑断裂主要发育6条断层（F1、F2、F3、F4、F5、F6），沿北东向展布，走向近似平行。上寒武统底、上奥陶统底相干平面图上可以清楚的看到6条断层的展布，中寒武统底相干平面图上只看到5条断层，F3断层不明显（图4）。肖塘南地区走滑断裂平面上整体表现为线性延伸，但每条走滑断裂平面分布特征稍有差异。F1断层只分布在研究区西北侧，往南终止于F2断层。F2断层南段为直线延伸，北段与F1断层相交组成“y”字型样式，2条断层交会部位发育一系列与F2断层呈小角度相交的分支断层。F3断层未断至寒武系底，仅在上寒武统底、上奥陶统底有响应，F3断层在碳酸盐岩顶面由3条斜列式展布的断裂组成。F4断层整体为线性延伸，北部可见断层有明显的弯曲变形并伴有分支断层，推测是2条独立断层硬连接生长作用的结果。F5断层由2段组成，南段有明显的弯曲变形，北段呈直线延伸，两者之间呈左阶式叠覆。F6断层在深层寒武系有明显的响应，表现为直线延伸，碳酸盐岩顶面断层展布与深层寒武系有偏差，由一条主断层与另外2条分支断层组成（图4）。
2.2 浅层张扭断裂
浅层张扭断裂主要发育在上奥陶统却而却克组—志留系，部分断至石炭系内部。剖面上，浅层张扭断裂都为陡倾角的正断层，断层倾角为50°~70°，断层往下逐渐收敛于深层走滑断裂，往上在志留系—石炭系内部呈发散状，组成半花状或者负花状2种构造样式[图3(c)]。浅层断裂与深层走滑断裂发育位置的叠合反映了浅层断裂的发育与深层断裂具有一定的继承关系。平面上，浅层张扭断裂数量众多，单条长度为3~15 km，呈斜列状或雁列状展布[图4(c)]。根据断层走向的不同，浅层张扭断裂分为NW20°、NE10°、NE30°共3组断层（图6中粉红色所示）。其中：NE30°张扭断裂一般沿深层奥陶系走滑断裂发育，与深层走滑断裂（图6中红色所示）呈10°~15°小角度相交。单条断层延伸短，长度为3~5 km，不同断层之间呈右阶雁列式展布，反映了这些断层受控于深层走滑断裂的晚期左旋活动。NW20°张扭断裂发育数量多，延伸长度大，长度为9~15 km，与深层走滑断裂交角为45°~60°，整体呈斜列状展布。顺南地区志留系—石炭系也发育NE30°张扭断裂和NW20°张扭断裂，肖塘南地区这2种断层是顺南地区断层的延续。除此之外，研究区还发育NE10°张扭断裂，主要发育在F4与F5断裂之间的上覆地层中，这些断层与NW20°张扭断裂一起组成类似“共轭”断裂。
3 断裂的运动学特征
本文通过运动方向、水平位移量2个方面进行肖塘南地区走滑断裂运动学特征分析。
3.1 运动方向
3.2 走滑位移量
走滑断裂水平位移量计算是断裂构造研究的难点，前人通过等时切片测量晚奥陶世前积砂体被断层错断的距离计算顺南地区走滑断裂位移量[10]，取得较好的效果。但这种方法计算的位移量是晚奥陶世之后的位移量，如果走滑断裂最初发育时间早于晚奥陶世，这种方法计算的位移量就不准确。因此，最有效的方法是计算形成时间早于走滑断裂发育时间的地质体被断层错断的位移。轮南—古城地区中晚寒武世发育大型碳酸盐岩台缘带[18]，此台缘带延伸经过研究区，在研究区地震剖面上可以很好地看到中上寒武统台缘带，表现为丘状斜交反射（图2）。本文通过测量走滑断裂切割中上寒武统碳酸盐岩台缘带的距离来计算走滑断裂的水平位移。通过图4(a)中寒武底相干图可以看出，研究区F4、F5、F6 3条走滑断裂切断中寒武统台缘带，测量发现，F4、F5、F6切断中寒武统台缘带的距离依次减小，分别为670 m、460 m、240 m，据此计算出F4、F5、F6走滑位移量分别为670 m、460 m、240 m。本文计算的走滑断裂位移量小于前人计算的顺南地区走滑断裂位移量[10,16]，与前人计算的塔北地区顺北5走滑断裂位移量相当[19]，也与笔者通过测量塔北哈拉哈塘地区奥陶系走滑断裂切断良里塔格组台缘带计算的走滑位移量相当，因此，本文计算的走滑位移量合理。
4 断裂活动期次与形成机制
4.1 活动期次
肖塘南地区深层走滑断裂、浅层张扭断裂的格局是多期次断裂活动的结果。本文主要依据断裂构造样式差异、断层与不整合面的关系、断距的垂向变化来综合判断研究区断层活动期次。
从断裂构造样式看，研究区深层走滑断裂、浅层张扭断裂表现为明显不同的构造样式，深层走滑断裂主要为高陡直立、正花状，浅层张扭断裂主要为一系列正断层组成的负花状构造，深层、浅层构造样式截然不同，反映断裂2期活动形成。深层走滑断裂主要发育在中下奥陶统，最上断至上奥陶统底部的泥岩层，因此，判断肖塘南地区第一期断层活动为晚奥陶世。
浅层张扭断裂主要发育在上奥陶统—志留系，最上断至石炭系内部，推测肖塘南地区第2期断层活动为早石炭世。为了确定张扭断裂的准确活动时间，本文计算张扭断裂断距的垂向变化、断层生长指数，结果显示张扭断裂断距具有中间大、往顶底变小的特征（图7），符合一期形成断层的断距变化特点；张扭断裂的生长指数在志留系、石炭系没有变化，都为1，也反映了张扭断裂为一期活动。综合断层与不整合面关系、断距的垂向变化、生长指数，判断研究区浅层张扭断裂形成于早石炭世。
综上所述，研究区断层经历晚奥陶世、早石炭世2期活动，晚奥陶世形成走滑断裂，早石炭世形成张扭断裂。
4.2 形成机制
肖塘南地区断层是顺南地区断层往东北方向的延伸，两者具有相似的形成机制。本文在前述断裂几何学、运动学特征分析的基础上，综合盆地周缘洋盆开合与造山运动、盆地基底不均一性以及断裂内部次级断裂展布方式进行研究区2期断裂形成机制分析（图8），具体如下：
（1）塔里木盆地NE向走滑断裂分布范围很广，不单纯分布在塔中北坡，在塔中—塔北、巴麦地区都有发育[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,22,23]，这就很难用塔中隆起NW向逆冲断层的调节断层来解释，要更多分析盆地构造应力环境和内部结构。前人研究表明，古昆仑洋形成于新元古代晚期Rodinia超大陆裂解，早奥陶世开始沿库地缝合线向南俯冲消减，形成早古生代岛弧岩浆岩带；中奥陶世末达到俯冲消减高峰，西昆仑洋闭合开始岛弧增生拼贴；晚奥陶世开始弧陆碰撞造山[24,25]。因此，晚奥陶世盆地西南缘古昆仑洋俯冲消减闭合，向盆地内部施加强烈的挤压作用力，提供盆地内走滑断裂发育、古隆起形成的应力背景。另外，前人基于盆地重磁资料解译发现塔里木盆地南部地块内部发育NE向正负相间的重磁异常带，多数学者认为这些NE向重磁异常带代表先存基底薄弱带[26,27]。晚奥陶世，NE向先存基底薄弱带在盆地西南缘强烈挤压作用下发生水平位移，在上覆寒武系—奥陶系碳酸盐岩中产生NE向展布的压扭性走滑断裂。
（2）早石炭世，受盆地东南缘阿尔金构造域强烈碰撞造山的影响[24,25]，塔中北坡整体处于斜向挤压的构造应力环境，志留系—泥盆系遭受强烈剥蚀，深层走滑断裂重新活动，在浅层上奥陶统、志留系中产生一系列与深层走滑断裂具有不同夹角的张扭断裂。根据左旋走滑应力应变椭圆[28]，这些张扭断裂具有不同的属性和成因机制。深层走滑断裂主要沿NE40°展布（图6中红色所示），浅层NE30°张扭断裂基本沿深层走滑断裂右阶式展布，两者之间夹角为10°~15°，为深层走滑断裂活动时产生的同向剪切断层。NW20°张扭断裂与深层走滑断裂夹角为40°~50°，为深层走滑断裂活动时产生的张性断层（张性T破裂），NE10°张扭断裂与深层走滑断裂夹角为30°~35°，且这些断层主要分布在走滑断裂F4、F5之间，推测是相邻的F4、F5走滑断裂之间的块体发生旋转产生的一些近似正北方向分支断裂，以此来抵消块体的旋转，类似于文献[29]中介绍的块体旋转时产生的断层。综上所述，肖塘南地区浅层张扭断裂是早石炭世在盆地东南缘阿尔金构造域斜向挤压作用下，深层走滑断裂活化产生的同向剪切断层、张性T破裂以及块体旋转产生的分支断层（图8）。
5 结论
（1）肖塘南地区发育深层走滑断裂、浅层张扭断裂2套断裂系统，深层走滑断裂包括6条断裂，主要发育在寒武系—中下奥陶统，剖面上表现为高陡直立或半花状、正花状构造。平面上大多为线性延伸，断裂交会部分和弯曲部位发育一些分支断层。浅层张扭断裂主要发育在上奥陶统—志留系，部分断至石炭系，剖面上表现为一系列正断层组成的负花状构造。根据断层走向的不同，浅层张扭断裂分为NW20°、NE10°、NE30°共3组断层。
（2）深层走滑断裂为左旋走滑，走滑位移量与哈拉哈塘地区、顺北地区奥陶系走滑断裂位移量相近，F4、F5、F6断层走滑位移量分别为670 m、460 m、240 m。
（3）肖塘南地区断裂经历晚奥陶世走滑断裂、早石炭世张扭断裂2期活动。晚奥陶世走滑断裂为NE向先存基底薄弱带在盆地西南缘强烈挤压作用下发生水平位移在产生的压扭性走滑断裂。早石炭世张扭断裂是在盆地东南缘阿尔金构造域斜向挤压作用下，深层走滑断裂活化产生的同向剪切断层、张性T破裂以及块体旋转产生的分支断层。
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