0 引言
海相碳酸盐岩是重要的油气勘探领域，全球剩余油气可采储量的47.5%（约2 000×108 t）储存在碳酸盐岩地层。中国海相碳酸盐岩分布广，面积大，是近期及未来油气增储上产的重要领域[1,2]。中国海相碳酸盐岩主要分布在塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地三大克拉通盆地。塔里木盆地是中国面积最大的含油气盆地，其台盆区碳酸盐岩层系多、厚度大，油气成藏条件优越，是中国海相碳酸盐岩规模增储的现实领域[3]。塔北、塔中、巴楚三大隆起是塔里木台盆区碳酸盐岩油气勘探的主要阵地，近10年来不断获得油气新发现，其中取得的最大发现当属塔北隆起轮南低凸起轮南—塔河—哈拉哈塘碳酸盐岩大油气区。中国石油、中国石化2家石油公司累计在该区奥陶系碳酸盐岩探明石油储量超20×108 t，油藏类型为与断裂关系密切的缝洞型油藏，断裂对轮南低凸起奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏具有明显的控储控藏作用[4]。开展轮南低凸起断裂构造特征、形成演化研究有助于深化对该区断控缝洞型油藏的认识，进一步拓展油气勘探场面。
1 区域地质背景
轮南低凸起地层发育较为齐全，自下而上发育震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系，其中震旦系至奥陶系主要为海相碳酸盐岩沉积，志留系至二叠系为海陆交互相沉积，中新生界为陆相沉积[17]。寒武系、奥陶系、石炭系、三叠系是研究区主要的含油层系，具有多层系富油气的特点。
2 断裂构造特征
轮南低凸起发育逆冲断裂、走滑断裂、张扭断裂共3类断裂，不同类型断裂分布位置、发育层系、构造样式差异较大。
2.1 逆冲断裂构造特征
轮南低凸起主要发育7条逆冲断裂，分布较为分散，其中主要的5条是位于研究区东北侧的东河塘断裂（F-dht），位于研究区中部的轮南断裂（F-ln）、桑塔木断裂（F-stm）和轮西断裂（F-lx），位于研究区南部的羊屋2断裂（F-yw2）（图2）。另外，研究区北部YQ6井区也发育2条近东西向展布的逆冲断裂，因掌握资料受限，本文不做重点讨论。研究区逆冲断裂对三级构造具有明显的控制作用，具体来看，轮南断裂及其伴生的轮南南断裂构成轮南断裂带，两者之间夹持轮南断垒带。桑塔木断裂及其伴生的桑塔木南断裂构成桑塔木断裂带，两者夹持桑塔木断垒带。东河塘断裂为东河塘背斜的主控断层，控制其形态和展布。根据断裂分级原则，逆冲断裂控制了研究区三级构造带的展布，主要为Ⅱ级断裂。根据逆冲断裂是否断穿基底，研究区逆冲断裂划分为盖层滑脱型、基底卷入型2种，两者具有不同的构造特征。
2.1.1 盖层滑脱型逆冲断裂
轮南低凸起中寒武统发育区域性分布的厚层膏盐岩，在挤压作用下容易沿膏盐岩滑脱形成盖层滑脱型逆冲断裂。研究区内发育2条盖层滑脱型逆冲断裂：东河塘断裂、羊屋2断裂，本文以东河塘断裂的分析展示盖层滑脱型逆冲断裂的构造特征。
从断裂三维几何形态看，东河塘断裂为北东走向、南东倾向，断面表现为“上陡下缓”的铲形，浅层断面陡峭，往深层断面逐渐变平缓，消失在中寒武统膏盐岩滑脱层中（图3），属于典型的盖层滑脱断裂。从断裂断穿层位看，东河塘断裂南部断开层位少，北部断开层位多。图4为由西南往东北方向每隔一定距离切的东河塘断裂横剖面，左侧地震剖面上，断裂断至奥陶系灰岩内部，中间剖面上断裂逐渐断至志留系内部，最右侧剖面上断裂断至三叠系内部。从东河塘断裂形成的断层传播褶皱形态看，由南往北褶皱幅度变大，样式由背斜变为单斜。图4左侧3张剖面上东河塘背斜为宽缓褶皱，褶皱幅度低；中间2张剖面为紧闭褶皱，褶皱幅度大；最后2张剖面褶皱变为单斜样式，发育膝折带。
2.1.2 基底卷入型逆冲断裂
2.2 走滑断裂构造特征
2.2.1 平面分布特征
轮南低凸起走滑断裂分布广，数量多，总共约有35条，以S105-S88-YQ9井连线为界，西侧为NNE向、NNW向断裂组成的“X”型共轭走滑断裂，东侧为北东向、近南北向走滑断裂。研究区走滑断裂规模较大，延伸长度最大可达近百公里。平面上，走滑断裂主要表现为线性延伸，另外还发育棋盘格式、辫状构造、马尾状构造（图2）。棋盘格式在研究区西部哈拉哈塘地区较为典型，北北东向、北北西向走滑断裂构成棋盘样式。辫状构造主要发育在走滑断裂内部叠覆区，一系列小的分支断裂相互切割交织形成辫状。马尾状构造主要分布在走滑断裂尾端，由于应力发散，分支断裂向走滑断裂终止段撒开，形似马尾状。研究区主干走滑断裂控制了局部构造的发育，为Ⅲ级断裂。主干走滑断裂周缘发育较短的分支断裂，长度小于10 km，与主干断裂呈小角度相交，为主干断裂两盘发生水平位移时应力调节的产物，为Ⅳ断裂。
2.2.2 剖面构造样式
剖面上，轮南低凸起主干走滑断裂表现为高陡直立样式，断裂倾角近90°，在中寒武统膏盐岩层、奥陶系碳酸盐岩顶面上表现为挤压突起的样式。另外，正花状、半花状构造也是研究区走滑断裂重要的剖面构造样式，一系列分支断裂与主干断裂组成下窄上宽“正花状”、“半花状”结构（图7）。研究区走滑断裂构造样式反映了该区走滑断裂是在挤压应力环境下形成。
2.2.3 分段特征
2.3 张扭断裂构造特征
张扭断裂是研究区中、浅层主要的断裂类型，发育在上古生界、中生界。横切张扭断裂的地震剖面显示张扭断裂表现为断面较陡的正断裂，往深部大都搭在深层走滑断裂或逆冲断裂上（图7）。剖面上，张扭断裂发育阶梯状、负花状、堑垒构造共3种构造样式，一系列相同倾向的正断裂形成阶梯状，一系列凹面向上的正断裂组成由深部往浅层撒开的下窄上宽“负花状”或“堑垒构造”。平面上，研究区主要发育几组沿深层走滑断裂或逆断裂分布的张扭断裂带，单条张扭断裂规模较小，长度为2~5 km，整体呈左阶式雁列式展布，反映这些断裂为右旋张扭断裂。
3 断裂期次的判断
断裂期次判定一直是构造地质学的难题[5]。轮南低凸起经历多期构造运动，断裂活动期次多。为了准确厘定断裂的活动时间，本次研究在充分调研前人研究成果的基础上，对走滑断裂、逆冲断裂、张扭断裂分别采取针对性方法进行断裂活动期次的判断。
3.1 走滑断裂活动期次的判断
多期活动断裂在不同期次活动时形成具有一定差异的构造样式。走滑断裂一次活动就是一次构造应力释放的过程，形成一期花状或半花状构造。多期活动的走滑断裂就会形成花状构造的纵向叠置，形成“花上花”的构造样式，因此，可以通过断裂上下构造样式的差异判断走滑断裂的活动期次[12,14,15]。研究区走滑断裂为早期形成，后期多次活化。以研究区内哈拉哈塘地区走滑断裂期次判断为例，哈拉哈塘地区走滑断裂发育3期花状构造（底花、中花、顶花），底花发育在志留系以下，为正花状构造；中花发育在上古生界，三叠系以下，为负花状构造；顶花发育在中—新生界，断至古近系内部，为负花状构造（图7）。据此判断研究区走滑断裂经历3期活动：中加里东期、晚海西期、燕山—早喜马拉雅期。
3.2 逆冲断裂活动期次的判断
逆冲断裂多引起上覆地层褶皱变形，形成断层相关褶皱[20]，比如研究区东河塘断裂、轮南断裂、桑塔木断裂、羊屋2断裂（图2）。在断层相关褶皱形成过程中，断层端点之上的地层并没有发生错断，而是通过褶皱变形吸收了下伏逆冲断裂的位移量，下伏断裂的形成时间应在上覆发生褶皱变形但未断开地层沉积之后[21]。图9为研究区逆冲断裂典型地震剖面，图9（a）为过东河塘断裂的地震剖面，东河塘断裂只断至志留系内部，但上覆泥盆系、二叠系—三叠系均发生褶皱变形，据此推断东河塘断裂活动期次为晚海西—印支期。轮南断裂、桑塔木断裂具有与此类似的特点，也属于晚海西—印支期断裂。图9（b）为过羊屋2断裂东西向地震剖面，该断裂只断至奥陶系O3 t以下，但上覆石炭系以下地层有明显的与羊屋2断裂相关的褶皱变形，因此，判定羊屋2断裂活动期为早海西期。
3.3 张扭断裂活动期次的判断
通过以上方法，本研究厘定轮南低凸起断裂主要的活动期次为：中加里东期、早海西期、晚海西—印支期、燕山期—早喜马拉雅期。
4 断裂形成演化过程
4.1 中加里东期
中加里东期研究区北部发育北东向大型逆冲断裂—轮台断裂，轮台断裂以南属于构造相对稳定区，主要发育走滑断裂。研究区中加里东期主要发育NNE、NNW、NE、NEE向走滑断裂，以S105井为界，西部发育NNE、NNW向走滑断裂组成的“X”型共轭走滑断裂，两者的夹角约为30°，夹角平分线大致沿近南北向[图11(a)]，反映了共轭走滑断裂为近南北向挤压作用下产生。S105井以东主要发育NE、NEE向走滑断裂，NW向断裂不发育。研究区北部于奇、轮西、于奇东地区断裂走向明显向偏东方向偏转，其原因可能是北部靠近轮台断裂，轮台断裂使应力方向发生偏转所致。
4.2 早海西期
早海西期，研究区内仅在南部、东部发育几条NNE—近SN向断裂[图11(b)]。TS301井南侧发育逆冲断裂——羊屋2断裂，TS301井东侧都为走滑断裂，只断至石炭系以下。早海西期断裂走向与轮南低凸起轴向近似一致，反映了断裂的形成与轮南低凸起的形成有一定的成因关系。早海西期逆冲断裂为该时期NWW—SEE向挤压应力作用下形成，走滑断裂为部分中加里东期走滑断裂活化产生。
4.3 晚海西期——印支期
晚海西期—印支期，研究区发育逆冲、张扭2种类型断裂。逆冲断裂包括NE、EW向2组断裂[图11(c)]。北东向逆冲断裂包括轮台断裂、东河塘断裂、轮西断裂，东西向的逆冲断裂包括轮南断裂、桑塔木断裂以及北部于奇东地区2条南倾逆冲断裂。这些逆冲断裂一般断至三叠系—侏罗系以下地层，有些甚至只断至奥陶系内部（如东河塘断裂），但卷入断裂相关构造变形的地层一直延续到三叠系—侏罗系。张扭断裂主要分布在研究区西部哈拉哈塘地区，包括4条NNW向断裂和1条NNE向断裂，为中加里东期走滑断裂活化产生的张扭断裂。这些断裂一般发育在志留系—二叠系，未断穿二叠系顶，地震上呈小型地堑样式，断裂深部都搭在奥陶系走滑断裂上，反映了晚海西期—印支期张扭断裂与深部断裂的继承关系[14]。
晚海西期—印支期，研究区新产生的断裂除了东河塘断裂为NE向外，其余大都是EW向逆冲断裂，反映了晚海西期—印支期研究区受到南北向挤压应力。相应的，东西方向为弱伸展作用，因此，部分中加里东期NNW、NNE向走滑断裂在拉张应力作用下活化，在志留系—二叠系中产生张扭断裂。
4.4 燕山期—早喜马拉雅期
燕山期—早喜马拉雅期，研究区主要发育几组沿深层走滑断裂或逆冲断裂展布的张扭断裂带。这些张扭断裂带由一系列左阶式展布的雁列正断裂组成，反映这些断裂为右旋张扭断裂[图11(d)]。对于燕山期—早喜马拉雅期张扭断裂的成因，前人认识有一定差异。赵岩等[23]认为是南天山印支期碰撞造山后平静期应力松弛的产物；邓尚等[24]根据阿蒙顿摩擦定律认为喜马拉雅期在NE—SW向挤压应力场下深部NNE向断裂处于破坏包络面以内，活化产生的张性T破裂。本研究通过测量上部雁列式正断裂与深部走滑断裂夹角，发现多数雁列式正断裂与深层走滑断裂夹角为30°~40°，根据走滑应力椭圆中各分支断裂与主位移带的夹角关系[25]，判断燕山期—早喜马拉雅期张扭断裂为深层走滑断裂右旋活动产生的张性断裂（张性T破裂）。
5 结论
（1）轮南低凸起主要发育7条逆冲断裂，分布较为分散，主要分布在研究区西北部、中部轮南地区和南部，为Ⅱ级断裂。研究区逆冲断裂既有沿层滑脱断裂，也有基底卷入型逆冲断裂。东河塘断裂为沿中寒武统膏岩层滑脱的逆冲断裂，断裂上盘发育断裂传播褶皱，即东河塘背斜。近EW向逆冲断裂轮南断裂带、桑塔木断裂带为基底卷入型逆冲断裂，断面高陡，逆冲位移小。
（2）走滑断裂发育在深层寒武系—奥陶系碳酸盐岩，为发育在克拉通内部的陆内小滑移距走滑断裂。主干走滑断裂为Ⅲ级断裂，分支断裂为Ⅳ级断裂。剖面上发育高陡直立、正花状、半花状3种构造样式，平面上发育线性延伸、棋盘格式、辫状构造、马尾状构造4种构造样式，沿走向具有一定的分段性。
（3）张扭断裂发育在上古生界、中生界，往深部大都搭在深层走滑断裂或逆冲断裂上。断层规模较小，长度为2~5 km，剖面上发育阶梯状、负花状、堑垒构造3种构造样式，平面上，呈雁列式、斜列式展布。
（4）利用断裂上下构造样式差异、卷入断裂构造变形地层时代、生长指数3种方法分别判定走滑断裂、逆冲断裂、张扭断裂活动期次，揭示研究区断裂演化经历中加里东期、早海西期、晚海西期—印支期、燕山期—早喜马拉雅期4期。中加里东期，研究区主要发育NNE、NNW、NE、NEE向走滑断裂，为近南北向挤压作用下产生。早海西期，研究区南部、东部发育几条NNE—近SN向断裂，与轮南低凸起展布一致，为NWW—SEE向挤压作用下形成。晚海西期—印支期，研究区发育逆冲、张扭2类断裂，为南北向挤压作用下产生的逆冲断裂和深部走滑断裂活化产生的张扭断裂。燕山期—早喜马拉雅期，研究区主要发育几组沿深层走滑断裂或逆冲断裂展布的张扭断裂带，为深层走滑断裂右旋活动产生的张性断裂。
甘公网安备 62010202000678号
