0 引言
库车坳陷构造建模经历了4个阶段：第一阶段是以断层相关褶皱理论为指导，基于二维地震资料、地面露头，针对浅层开展构造建模，建立了以薄皮逆断层及相关褶皱的构造模型，提出背斜主要受逆冲断裂控制，解决了库车坳陷浅层冲断带圈闭的基本样式［2-6］；第二阶段是发展了挤压型盐相关构造理论，基于野外露头、钻井和三维地震，发现膏盐岩具有较强的塑性，挤压过程中容易向应力低势区流动，控制着盐层上下地层的构造样式，纵向上具有整体挤压、分层变形的特征，提出盐下发育逆冲叠瓦构造，盐上滑脱逆冲的构造样式，造山带前缘发育盐相关楔形冲断体，但是对盐相关构造的发育特征与盐下圈闭的发育模式、控制因素认识不清［2-24］；第三阶段是创新发展了构造转换带建模理论，基本厘清了构造转换带构造变形的控制因素，认为膏盐岩分布差异、基底先存构造和差异挤压是控制构造变形的主要因素，建立了薄皮滑脱、基底卷入等模型，提出库车坳陷东西分段、南北分带、整体挤压、分层滑脱以及垂向叠置的构造变形特征，认为山前发育基底卷入的高角度逆冲构造，向盆地方向发育滑脱构造，并向下聚敛于深部下滑脱层。但是研究仅局限于白垩系以浅的构造层，对深层地质结构特征研究薄弱，没有深刻认识到库车坳陷深部存在煤层和泥岩等多套软弱界面，因此对下滑脱层的认识存在较大差异，认为上滑脱层库姆格列木群盐岩和下滑脱层之间的层系是整体变形，仅少部分研究者认识到盐下深层存在沿着三叠系—侏罗系煤系地层的滑脱变形，但都未进行系统研究［2-24］；第四阶段是创新提出了多滑脱层构造建模理论，认为膏盐岩、泥岩、煤系地层等非能干层，在构造挤压过程中具有分层滑脱变形的特征［25-32］，但是对深层煤系地层对构造变形的控制作用、煤层上下构造变形特征以及控圈模式认识不清，制约着深层油气勘探。随着地震、钻井以及油气勘探认识等资料的不断丰富，库车坳陷构造建模实现了从最初的断层相关褶皱模型到目前的多滑脱层分层叠加变形模型的转变，逐渐从以逆冲断裂为主导的简单冲断变形认识，转变为膏盐岩、泥岩和煤系地层等非能干层共同作用的多层收缩变形的认识，综合考虑了地层能干性、先存构造、差异挤压对构造变形的影响，更加符合库车坳陷的实际地质条件，建立的多滑脱层构造模型，更加符合库车坳陷的地质结构特征，能够有效地指导库车坳陷的多目的层油气勘探。
1 区域地质背景
上三叠统塔里奇克组（T3 t），在库车坳陷东部分布较局限，主要集中在吐格尔明及周缘地区，呈零星条带状分布，以煤系泥岩为主，含薄煤层或煤线，煤系泥岩单层厚度一般小于10 m，累计厚度约为20~50 m，局部可厚达80 m。下侏罗统阳霞组二段—四段（J1 y 2-4）为煤系地层，广泛分布于库车坳陷东部，阳霞凹陷和吐格尔明地区厚度较大，单层煤层厚度一般为2~10 m，局部厚达15 m，煤系地层累计厚度可达100~200 m。中侏罗统克孜勒努尔组（J2 kz）以沼泽—三角洲相沉积为主，煤层发育稳定，横向分布连续，覆盖范围广，是库车坳陷最稳定的煤系地层，煤系泥岩厚度约为150~300 m，煤层单层厚度为3~8 m，累计厚度可达30~50 m［36］。
2 库车坳陷东部构造变形样式
库车坳陷东部发育膏盐岩、泥岩和煤系地层等多套滑脱层，构造挤压过程中具备分层变形的条件，由于库车坳陷东部膏盐岩、泥岩和煤系地层的分布、岩性组合厚度、地层能干性、构造应力和先存构造等存在差异，可能会影响构造变形的样式和变形特征。
2.1 野外露头煤相关构造变形特征
库车坳陷东部煤相关构造以褶皱冲断构造为主，细分为7类构造样式，其共性是，在挤压背景下，煤系地层冲断，并发生褶皱变形。根据不同逆冲断裂和煤系地层的空间结构组合关系的差异，总结出不同的构造样式。露头区煤系地层冲断滑脱变形，断裂之间的煤系地层发生强烈褶皱，形成大量的次级裂缝。褶皱冲断构造主要是受到区域构造挤压作用形成的不同褶皱和断裂组合样式，根据煤系地层、逆冲断裂以及褶皱形态的空间结构组合关系，进一步细分为叠瓦逆冲构造、背冲构造、对冲构造、断褶构造、逆冲断块、对冲与推覆叠加构造以及逆冲牵引构造。滑脱构造主要是在区域构造挤压作用下形成，煤层内部发育叠瓦逆冲滑脱断裂。伸展构造以地堑构造为主，在强挤压背景下发生局部的应力松弛，形成了相向倾斜的正断层。
对冲与推覆叠加型构造主要表现为逆掩断层上盘低角度推覆于下盘之上，上盘发育对冲型断裂，整体构成逆冲三角带，煤系地层在三角带内聚集增厚，煤系地层内部发生强烈的褶皱变形，“S”型次级裂缝发育。
逆冲牵引构造主要表现为逆冲断裂上盘在持续活动过程中牵引下盘发生上翘变形，靠近逆冲断裂的下盘煤系地层受到牵引，倾角变陡，局部可能发生倒转。露头区相对较厚的煤系地层（5~8 m），在强挤压作用下发生滑脱冲断，煤系地层产状与周围地层产状基本一致，煤系地层内部发育大量“S”型调节小断裂。
滑动煤构造主要是在挤压作用下，煤系地层内部发育滑脱逆冲断裂，表现出叠瓦滑脱逆冲断裂的特征，多排逆冲断裂沿煤系地层滑脱逆冲，向下收敛于主滑脱逆冲断裂，煤系地层内部强烈揉皱变形。煤层内部滑移断裂易形成一系列的“S”型裂缝，煤系地层在滑脱逆冲前缘聚集增厚，强烈剪切作用导致煤系地层与其围岩混合在一起。
地堑构造主要是受局部伸展作用的影响，局部地层发生塌陷，煤系地层内部发育张性裂缝，断裂下降盘煤系地层埋深增加，露头区断裂下降盘煤系地层厚度约为1 m，被垂直层面的断裂切割，煤系地层与上下能干性地层整体变形，煤系地层局部发生揉曲，发育大量网状张性小裂缝。
2.2 库车坳陷东部构造变形特征
2.2.1 迪北2井段构造变形特征
迪北2井段位于库车坳陷东部迪北构造带，该井钻遇多套侏罗系克孜勒努尔组煤系地层，利用高精度三维地震资料进行井震标定、构造精细解释，该区域发育叠瓦状滑脱构造，造山带前沿侏罗系、三叠系煤系地层呈堆垛式滑脱逆冲，煤下发育多排背斜、断背斜构造，深层构造幅度平整、宽缓。
吉迪克组膏盐岩主要发育在康村—迪北断裂下盘，往造山带方向逐渐相变为泥岩和粉砂岩，膏盐岩在康村—迪北断裂下盘聚集增厚，不发育滑脱逆冲断裂，造山带附近吉迪克组与其上下地层整体变形（图4）。康村—迪北断裂作为冲断带的前锋，控制着整个冲断带发育的范围，强挤压作用下，康村—迪北断裂断穿多套煤系地层突破至地表，在浅层发育反冲断裂，形成地表的突发构造。克拉断裂、依奇克里克断裂、库北断裂及布古鲁断裂沿侏罗系、三叠系煤系地层逐渐滑脱逆冲，逆冲断裂向上消失于侏罗系煤系地层，向下往造山带方向收敛，多排断裂在垂向上堆叠。
侏罗系克孜勒努尔组煤系地层变形强烈，煤系地层内部次级滑脱断裂发育，冲断带前端多套煤系地层滑脱叠置，煤下构造以冲断片为主。侏罗系煤系地层厚度大、范围广，挤压过程中逆冲滑脱变形强烈，发育楔形冲断、断裂型层滑等构造。
2.2.2 依西1井段煤相关构造变形特征
依西1井段位于库车坳陷东部依奇克里克构造带，该井钻遇侏罗系克孜勒努尔组煤系地层，利用高精度三维地震资料进行井震标定、构造精细解释，该区域发育台阶式滑脱逆冲构造，逆冲推覆作用向盆地方向逐渐减弱，秋里塔格断裂控制着冲断带前缘发育的位置和范围，断裂向上消失于古近系，向下切割多套煤系地层。迪北—康村断裂活动性减弱，未突破至地表，克拉断裂、依奇克里克断裂沿侏罗系、三叠系煤系地层滑脱逆冲，垂向上叠置，煤系地层发生强烈的褶皱变形，次级滑脱逆冲断裂发育。
吉迪克组膏盐岩主要发育在康村—迪北断裂下盘，往造山带方向逐渐相变为泥岩和粉砂岩，膏盐岩在秋里塔格断裂冲断前沿聚集增厚，不发育滑脱逆冲断裂，造山带附近吉迪克组与其上下地层整体变形。台阶式逆冲滑脱断裂控制侏罗系煤系地层在垂向上叠置增厚，受逆冲推覆作用的影响，深层逆冲断裂下盘发生强烈褶皱变形，滑脱逆冲断裂下盘，煤系地层内部发育多排伴生的次级滑脱逆冲小断裂，造成煤系地层内部相对比较破碎。随着埋深的增加，煤系地层及其围岩的塑性逐渐增强，在强挤压作用下，深层三叠系、二叠系、石炭系同轴变形，表现出“M”型的褶皱形态。该区域煤系地层厚度大、范围广，逆冲推覆作用中等，发育楔形冲断，盖层滑脱褶皱等构造（图5）。
2.2.3 迪探1井段煤相关构造变形特征
迪探1井段位于库车坳陷东部依奇克里克构造带，该井钻遇侏罗系克孜勒努尔组、三叠系黄山街组多套煤系地层，利用高精度三维地震资料进行井震标定、构造精细解释，建立了该区域构造样式。该区域侏罗系、三叠系煤系地层厚度有所减薄，秋里塔格断裂作为冲断带的前锋控制冲断带范围。康村—迪北断裂、克拉断裂活动性减弱，依奇克里克断裂强烈逆冲突破至地表，在浅层发育断层相关褶皱，形成地表的背斜构造，伴生次级断裂发育，破坏了背斜构造的完整性。
吉迪克组膏盐岩主要发育在康村—迪北断裂以南的区域，往造山带方向逐渐相变为泥岩和粉砂岩，膏盐岩在冲断前沿聚集增厚，康村—迪北断裂向上消失于膏盐岩内，不发育滑脱逆冲断裂，造山带附近吉迪克组与其上下地层整体变形。
迪探1井段主要发育基底卷入式逆冲叠瓦构造，该区域煤系地层厚度有所减薄，挤压作用强烈，煤系地层滑脱作用减弱，煤系地层与上下地层整体变形。造山带前缘冲断变形强烈，往盆地方向煤系地层滑脱变形较弱，仅在冲断带前缘局部发育沿煤系地层表面的滑脱逆冲构造，煤下构造不发育（图6）。
3 库车坳陷东部构造变形的控制因素
库车坳陷东部发育吉迪克组膏盐岩、白垩系舒善河组泥岩、三叠系—侏罗系煤系地层等多套滑脱层，在挤压过程中具有分层变形、垂向叠置的特征。结合前期的油气勘探认识和大量的地震资料解释，认为三叠系—侏罗系煤系地层在库车坳陷东部分布较广，对构造变形起到了主要的控制作用，沿煤系地层表面发生滑脱逆冲，形成煤系地层上、下分层变形的构造样式。吉迪克组膏盐岩分布相对较小，岩性主要为泥膏盐、膏质泥岩和泥质粉砂岩互层，分层变形特征较弱，仅在膏盐岩地层的厚值区或者含盐量较高的区域，发育滑脱逆冲构造。白垩系泥岩通常发生局部的塑性揉皱变形，具有局部增厚的特征。笔者结合野外露头地质调查和地震解释，从构造变形特征，滑脱层的分布、滑脱层对分层变形的控制作用开展分析。结合数值模拟分析，重点论述了煤系地层对构造变形的控制作用。
3.1 古隆起对构造变形的控制
古隆起一般发育于远离造山带的位置，在构造挤压过程中古隆起附近构造应力相对较弱，逆冲推覆前缘终止于古隆起周缘，构造相对简单，主要形成宽缓的滑脱冲断构造，次级断裂不发育。认为基底古隆起主要存在两方面作用，其一是控制中生界煤系地层和泥岩沉积的可溶空间和变形空间范围；其二是对构造应力具有阻挡作用，应力向古隆起传递较弱，挤压端构造变形激烈，冲断前锋沿煤层尖灭处滑脱逆冲，发育反向逆冲断裂，形成宽缓的背斜构造。因此，古隆起主要控制构造的冲断规模和范围。
3.2 膏盐岩对构造变形的控制
膏盐岩具有较强的塑性，挤压过程中容易发生流动变形，局部聚集增厚，控制着构造的分层变形。前人［21-25］研究认为膏盐岩的脆塑性可能受到岩性组合和埋深的共同控制。纯的膏盐岩塑性流动能力较强，挤压过程中局部聚集形成盐丘和盐席等构造，随着泥质和砂质含量的增加，其塑性和活脱能力急剧降低，挤压过程中与上下地层整体冲断变形。同时，膏盐岩的脆塑性有可能随着埋深的增加而发生变化，在露头区或者浅表层，膏盐岩可能表现为弱塑性、强滑脱性，在挤压过程中主要发育沿膏盐岩表面的冲断滑脱构造。随着埋深的增加，地层温度不断升高，膏盐岩的塑性流动能力急剧增加，在构造应力的低值区聚集，局部地区可见到突破地表的盐刺穿构造，盐下的逆冲断裂很难突破强塑性膏盐岩的屏障，盐上通常形成滑脱逆冲构造。
3.3 泥岩对构造变形的控制
泥岩在库车坳陷中生界多个层系都有发育，是比较常见的地层组成岩性之一，其中白垩系舒善河组泥岩相对较发育。泥岩的塑性相对较弱，库车坳陷多年的勘探实践并未发现沿泥岩表面发育大规模滑脱逆冲断裂的现象。本文针对库车坳陷东部的野外地质考察和地震解释，发现泥岩在构造变形中主要表现为局部的塑性揉皱增厚，通常在逆冲断裂下盘或者冲断前缘的部位可见到厚层泥岩的揉皱变形。
泥岩的塑性滑脱能力通常与其厚度具有较大的关系，薄层的泥岩在构造变形中，通常与其上下地层整体变形，较厚的泥岩在构造变形中能够吸收构造应力，阻止逆冲断裂向上突破，其泥岩本身局部揉皱堆叠，沿泥岩表面可能会发育小规模的滑脱逆冲断裂。
3.4 煤系地层对构造变形的控制
煤系地层作为非能干层，对其在构造变形中的作用的研究相对较少。前人主要基于野外露头、地震解释等资料对煤相关构造样式进行了少量研究，提出煤相关构造样式主要发育挤压构造、伸展构造和层滑构造等构造样式。库车坳陷东部发育三叠系、侏罗系2套煤系地层，随着油气勘探向深层拓展，在地震解释过程中发现煤系地层上下具有分层滑脱变形的特征，构造变形存在较大差异，目前对煤相关构造变形特征、构造变形控制作用以及变形机理认识不清楚。因此，笔者从油气勘探实践出发，结合露头地质调查，分段建立了库车坳陷东部煤相关构造样式，结合煤系地层的分布、岩性组合、厚度和埋深的变化，探讨了煤系地层在构造变形中的作用。
煤系地层在构造挤压过程中表现出分层变形的特征。从库车坳陷东部的地质结构剖面可以看出，煤系地层与上覆白垩系主要表现为同轴变形的特征，煤系地层的塑性流动能力相对于膏盐岩较弱，主要表现为滑脱变形。煤系地层的厚度是导致分层变形的主要原因，库车坳陷东部造山带附近煤系地层相对较薄，在强构造应力作用下煤系地层的滑脱性较弱，与上覆地层整体变形，发育基底卷入构造，局部被推出地表，遭受剥蚀（图4—图6）。由造山带向盆地方向，煤系地层逐渐增厚，构造挤压过程中煤系地层表面发育多排滑脱逆冲断裂，在垂向上叠置增厚，煤系地层之下发育多排逆冲断裂，向上消失于煤系地层，向下具有收敛的趋势（图4，图5）。煤系地层在构造变形中的滑脱作用相对较弱，在煤系地层的厚值区发育小规模、多层次的滑脱逆冲堆叠，次级小断裂或者裂缝非常发育。
3.5 构造应力对构造变形的控制
因此，构造应力的大小对构造样式具有重要的控制作用，从造山带向盆地方向表现出不同的构造样式，结合地震解释，划分为老山推覆带、楔形逆冲叠置带和冲断前锋带。老山推覆带构造应力最强，以基底卷入为主，地层整体隆升幅度较大，褶皱变形和剥蚀严重。楔形逆冲叠置带构造应力适中，膏盐岩、泥岩和煤系地层厚度较大，发育多排滑脱逆冲断裂，整体构成楔形冲断的形态，塑性地层揉皱变形、叠置增厚，滑脱逆冲断裂消失于塑性地层内部。冲断前锋带由于受到基底先存古隆起的控制，构造应力急剧减弱，同时膏盐岩、泥岩、煤系地层的厚度急剧减薄，冲断构造不发育，局部见到沿煤系地层表面的小规模滑脱逆冲断裂，该区域由于构造应力小，膏盐岩容易聚集增厚，局部可见吉迪克组盐丘构造，煤系地层表面的滑脱逆冲断裂通常消失于吉迪克组膏盐岩内。
3.6 不同岩性组合对构造变形的控制
通过对比库车坳陷东西段的岩性组合和构造变形样式发现，膏盐岩、煤系地层的分布和厚度控制着构造变形样式。库车坳陷中部—西部，古近系膏盐岩较厚、三叠系—侏罗系煤系地层相对较薄，以古近系库姆格列木群膏盐岩，三叠系—侏罗系煤系地层为界，纵向上划分为五大构造层：盐上构造层、盐构造层、盐下构造层、煤构造层和煤下构造层。盐上构造层主要发育滑脱冲断构造，形成滑脱背斜、断层相关褶皱等构造样式［20-23，25-32］。盐层局部流动聚集，形成盐丘、盐席等构造样式。盐下构造层发育基底卷入构造，向盆地方向过渡为盖层滑脱构造。盐下层的滑脱断裂向下消失于煤系地层。煤构造层以剪切滑脱逆冲为主，上下地层整体变形，剪切滑脱断裂叠置区，煤系地层聚集增厚，煤系地层揉皱变形，主要有褶皱型层滑构造和断裂型层滑构造［25］，煤下构造层主要发育基底卷入构造。库车坳陷东部新近系吉迪克组膏盐岩相对较薄，往造山带方向发生相变，三叠系—侏罗系煤系地层较厚。以膏盐岩和煤系地层为界，纵向上划分为五大构造层：盐上构造层、盐构造层、盐下构造层、煤构造层和煤下构造层。从露头、钻井、地震资料来看，逆冲推覆作用强烈，整体表现出向北逐级抬升的阶梯冲断构造，中生界破碎程度小。吉迪克组膏盐岩厚值区，盐上构造层发育断弯褶皱和冲起构造，滑脱逆冲断裂向下消失于膏盐岩层内，东秋8井—中秋1井区发育“Y”字形突发构造，膏盐岩在滑脱断裂下盘聚集增厚［14-16，19，25］。盐下构造层发育基底卷入构造，断裂向上消失于膏盐岩。煤系地层被多排逆冲断裂切割，煤系地层厚值区滑脱逆冲断裂发育，垂向上多排滑脱叠置。煤下构造层发育多排向北抬升的基底卷入逆冲断裂（图4）。
由于膏盐岩、泥岩和煤系地层的塑性存在较大差异，挤压过程中对构造的控制作用不同，形成的构造样式也存在较大差异。厚层膏盐岩、泥岩和煤系地层同时发育的区域，挤压过程中分层变形特征较为明显，盐上层滑脱逆冲、盐层塑性聚集、盐下层叠瓦逆冲、泥岩局部揉皱增厚，煤上层滑脱逆冲，断裂向下收敛，煤层在滑脱叠置下盘聚集增厚，煤下层叠瓦逆冲［25］。薄层膏盐岩（或者膏盐岩不发育）、厚层泥岩和煤系地层发育的区域，地层的塑性整体降低，煤上构造层发育小规模的滑脱逆冲构造，垂向上叠置，煤层在断裂叠置区聚集增厚，强挤压应力区，煤系地层整体冲断变形，逆冲断块之间煤系地层内部发育大量的层滑断裂，煤下构造层以基底卷入构造为主（图4，图5）。薄层煤系地层、泥岩发育的区域，挤压过程中构造整体变形，发育基底卷入构造，往盆地方向随着埋深的增加，构造应力减弱，逆冲前沿煤系地层内部发育小规模的滑脱逆冲构造（图6）。
挤压构造应力作用下，膏盐岩主要表现为塑性流动聚集，形成盐丘、盐席、盐枕等构造，膏盐岩表面主要发育滑脱逆冲断裂。煤系地层的塑性流动能力较弱，挤压构造应力作用下，通常与其上下地层整体变形，仅在煤系地层厚值区或者逆冲构造前沿，发育沿煤系地层表面的层滑逆冲构造，煤系地层发生褶皱变形，在逆冲断裂叠置区聚集增厚。泥岩的塑性能力较弱，挤压构造应力作用下，与其上下地层整体冲断变形，泥岩内部揉皱增厚。因此，膏盐岩、泥岩和煤系地层对构造的控制作用，有一个共同点，就是通过增加地层的塑性来影响或者改变构造变形样式，在塑性层表面通常发育滑脱逆冲构造，塑性层下发育基底卷入构造，强塑性层流动聚集增厚，弱塑性层局部滑脱、垂向叠置，非塑性层整体冲断变形。膏盐岩以塑性流动变形为主，煤系地层主要表现为顺层滑脱，泥岩主要表现为局部的揉皱变形。
通过对比库车坳陷东部露头区煤相关构造变形样式发现，煤层的厚度、岩性组合、应力场大小（不同构造部位）对煤构造变形样式与裂缝发育具有重要的控制作用。当薄煤层夹厚层砂岩时，挤压作用下煤系地层的滑脱性减弱，以逆冲断裂为主，发育叠瓦逆冲构造、背冲构造、对冲构造、断褶构造及逆冲断块等构造，煤层内部砂质含量越高、厚度越大，裂缝越发育。当厚层煤夹薄层砂岩时，在挤压作用下发育大规模滑脱逆冲断裂，形成对冲与推覆叠加型、逆冲牵引与层内滑脱等构造，煤层揉皱剪切变形，离断裂越近裂缝的数量越多，煤层越厚变形越强烈，煤层内部裂缝越发育，以“S”型裂缝为主，煤层被裂缝切割，整体比较破碎，砂岩层主要发育与层面斜交或者近似垂直的裂缝。逆冲作用较强的区域，发育断层相关褶皱，薄煤层与周围砂岩地层同轴变形。当煤和泥互层沉积时，在挤压作用下煤层沿逆冲挤压方向以揉皱变形的方式聚集增厚，发育对冲与推覆叠加型、逆冲牵引与层内滑脱等构造，吐格尔明背斜南翼局部发育断层相关褶皱，煤层沿挤压方向在褶皱核部聚集增厚，强烈剪切导致煤与下伏岩层混合，煤层内部形成一系列的“S”形裂缝。
4 库车坳陷东部煤系地层的构造变形机理分析
库车坳陷东部发育三叠系、侏罗系2套煤系地层，煤系地层的分布、沉积厚度、基底先存构造等因素主导着构造变形样式。野外地质调查和地震资料解释认为煤相关构造变形具有多期活动、分层滑脱、垂向叠置的构造特征。根据库车坳陷东部构造变形特征，通过设计煤系地层的数量、埋深、厚度等不同边界条件的数值模型，根据不同数值模型的模拟实验结果，结合迪北2井、依西1井、迪探1井的构造解释模型以及露头的煤相关构造变形特征，系统分析不同地质因素对煤相关构造样式的控制作用，分析挤压过程中煤系地层的构造变形过程与构造变形特征，探讨煤系地层的变形机制。
离散元数值模型设计为3层结构（煤上层、煤层、煤下层），结合库车坳陷东部南北向地质结构剖面的长度，将模型的变形空间设置为长300 m×50 m（与实际的模型比例为1∶1 000），并在此变形空间范围内创建10 000个半径为0.8~1 m的离散颗粒集，并赋予9.8 m/s2的重力加速度，通过循环计算使模型的所有离散颗粒达到重力平衡的状态，得到初始模型的雏形。根据库车坳陷东部的地质结构特征，设置煤上层（厚20 m）、煤下层（厚30 m），对煤下层设置不同的煤层厚度、数量以及基底古隆起等边界条件来模拟分析不同边界条件对构造变形的控制作用。结合前人实验研究成果与认识，本文数值模型中通过设定煤上层、煤层、煤下层颗粒集不同的摩擦系数、密度、黏度等岩石物理参数来区分煤层及其围岩的物质属性。在模型的右端施加作用力，通过记录和分析不同收缩率条件下构造变形特征，分析不同因素控制下煤相关构造样式的差异，总结煤相关构造变形的控制因素。
4.1 煤层数量的控制作用
设置2组对比实验（图7），分别设置1套煤层和3套煤层，挤压过程中煤下层逆冲断裂开始发育，煤上层开始褶皱变形。当收缩率为10%时，煤上层开始发育滑脱逆冲断裂，煤层在挤压端发生褶皱变形，煤下层发育2~3排基底卷入逆冲断裂。当收缩率为20%时，挤压端隆升幅度逐渐增大，煤上层的滑脱逆冲断裂逐渐增多，形成小规模的断层相关褶皱，煤层被多排逆冲断裂切割，断裂叠置区煤层局部增厚，煤下层逆冲断裂持续发育，派生出多条次级调节断裂，与早期断裂构成“Y”字形组合样式。当收缩率为25%时，挤压应力持续传递，煤上层的滑脱逆冲断裂持续活动，断层相关褶皱幅度加大，在地表形成背斜和向斜构造，煤层被多排逆冲断裂切割，揉皱变形，煤下层发育多排冲断片，形成背斜和断背斜构造样式。
单套煤系地层存在条件下的数值模拟结果与迪探1井段煤相关构造变形样式具有一定的相似性，在构造挤压过程中，发育基底卷入式逆冲叠瓦构造，煤系地层及其围岩整体变形，仅在冲断前锋局部发育煤系地层的滑脱冲断，且规模较小（图6）。对比分析2组实验，结合地震解释，认为煤层数量主要控制逆冲断裂发育规模和幅度，煤系地层数量的增加，能够在一定程度上增强多套煤系地层之间的塑性，在构造挤压过程中，分层变形越强烈，煤下逆冲断裂带的范围更广，逆冲断裂的数量更多，煤下构造隆升幅度更大。
4.2 煤层厚度的控制作用
设置2组对比实验（图8），分别设置4 m和8 m厚的煤层，挤压过程中对比分析缩短率为10%、20%、25%时的构造变形特征，发现薄煤层与上下地层整体变形，分层变形特征较弱，形成多排逆冲断片，挤压端次级调节断裂发育，与主逆冲断裂构成“Y”字形组合。厚煤层在挤压过程中表现出明显的分层变形特征，煤上层发育多排滑脱逆冲断裂，煤层被多排逆冲断裂切割，发生强烈的揉皱变形、局部增厚，煤下层发育叠瓦状逆冲断裂，断裂向上消失于煤层。
不同煤系地层厚度的数值模拟结果与迪北2井段、迪探1井段煤相关构造变形样式具有一定的相似性。迪北2井段侏罗系煤系地层较厚，构造挤压过程中煤系地层变形强烈，次级滑脱断裂发育，造山带附近（对应模型的挤压端），多套煤系地层垂向上逆冲滑脱叠置，煤下构造以冲断片为主（图4）。而迪探1井段侏罗系煤系地层相对较薄，挤压过程中主要发育基底卷入构造（图6）。通过对比2组不同煤系地层厚度的模拟实验，结合地震解释，认为煤系地层的厚度主要控制煤相关构造的变形方式。薄煤层以基底卷入变形为主，上下地层同轴变形，挤压端变形强烈，变形向前传播得更远，煤下逆冲构造幅度更加宽缓。厚煤层塑性滑脱、揉皱变形，煤层上下逆冲断裂发育，形成多排背斜、断背斜构造，断裂叠置区煤层聚集增厚。
4.3 煤层埋深的控制作用
设置2组对比实验（图9），分别设置不同埋深的煤层，挤压过程中对比分析缩短率分别为10%、20%、25%时的构造变形特征，发现埋藏相对较深的煤层，塑性能力增强，煤上层发育多排逆冲滑脱断裂，变形范围更大，煤层褶皱变形相对于浅埋藏的煤层要强烈，煤下发育更多的逆冲断裂，在冲断前缘发育反向调节断裂，形成断背斜等构造。
5 库车坳陷东部多滑脱层构造演化特征
库车坳陷东部晚古生代以来经历了3期构造运动：海西—印支期，燕山期和喜马拉雅期［13-17，37-43］。石炭纪末受南天山洋关闭造山的影响，库车坳陷北部形成逆冲增生楔，冲断前锋受基底先存古构造和煤系地层的控制，可能到达秋里塔格构造带东段，形成海西—印支期冲断构造，控制了中生界沉积。三叠系、侏罗系煤系地层具有箕状沉积的特征，地层厚度向盆地方向逐渐减薄，超覆在海西—印支期古隆起之上。燕山期（侏罗纪—白垩纪），库车坳陷东部处于碰撞造山后的调整阶段，表现为弱伸展作用，发育断陷盆地，白垩纪继承性沉积，区域上大面积分布，早期断裂继承性活动。白垩纪末期，库车坳陷东部整体抬升，上白垩统基本被剥蚀殆尽，此时三叠系—侏罗系煤系地层开始滑脱逆冲，煤系地层上下开始分层变形。喜马拉雅期受南天山强烈隆升的影响，库车坳陷东部遭受强烈的挤压，地表以及浅层的煤系地层主要表现为脆性，挤压作用下主要发生冲断变形，造山带附近以基底卷入构造为主，部分煤系地层被冲出地表，随着煤系地层埋深的增加，塑性滑脱能力逐渐增强，逆冲断裂下盘煤系地层小规模多层逆冲滑脱叠置、聚集增厚，煤上层滑脱变形形成宽缓的滑脱向斜。挤压过程中，应力向海西—印支期古隆起传递较弱，构造相对简单，局部发育沿煤系地层表面滑脱的逆冲断裂，煤系地层消失的地方逆冲断裂不发育。受海西—印支期古隆起的控制，三叠系—侏罗系煤系地层向盆缘和古隆起双向超覆减薄，盆缘薄煤层以基底卷入变形为主，上下地层同轴变形，挤压端变形强烈。向盆地方向随着煤系地层的增厚，发生塑性滑脱、揉皱变形，煤层上下逆冲断裂发育，形成多排背斜、断背斜构。多套煤系地层滑脱叠置的区域，能够在一定程度上增强煤系地层及其间互地层的整体塑性，在构造挤压过程中，逆冲滑脱变形持续发育，分层变形越强烈，煤下逆冲断裂带的范围更广，逆冲断裂的数量更多，煤下构造隆升幅度更大。
煤相关构造形成于海西—印支期，定型于喜马拉雅期，由造山带向盆地方向，构造由基底卷入向盖层滑脱的有序转变，整个中生界受多套煤系地层的控制，发生堆垛式的滑脱逆冲，煤下冲断构造简单，形成多排的逆冲断裂（图10）。
6 结论
通过野外地质考察、结合高精度三维地震资料与钻井资料建立了塔里木盆地库车坳陷东部多滑脱层构造样式，结合多组单因素控制的数值模拟实验与构造演化分析，系统总结了塔里木盆地库车坳陷东部多滑脱层构造变形特征、构造变形机理与构造变形控制因素，取得以下几点认识：
（1）三叠系—侏罗系煤系地层在库车坳陷东部分布较广，对构造变形起到了主要的控制作用，沿煤系地层表面发生滑脱逆冲，形成煤系地层上、下分层变形的构造样式。吉迪克组膏盐岩分布相对较小，岩性主要为泥膏盐、膏质泥岩和泥质粉砂岩互层为主，分层变形特征较弱，仅在膏盐岩地层的厚值区或者含盐量较高的区域，发育滑脱逆冲构造。白垩系泥岩通常发生局部的塑性揉皱变形，具有局部增厚的特征。构造样式向东由堆叠式滑脱构造转变为基底卷入构造，迪北2—依西1井段，煤系地层厚度大、膏盐岩不发育、冲断强烈，煤系地层多层滑脱叠置，构造更发育。煤下层多排逆冲断裂叠置，发育楔形冲断、断块型层滑、断块、冲起构造及盖层滑脱等构造样式，为圈闭集中发育段。
（2）基底古隆起、膏盐岩、泥岩、煤系地层、构造应力以及不同岩性的组合关系共同控制着构造变形。基底古隆起控制中生界煤系地层和泥岩沉积的可溶空间和变形空间范围。膏盐岩控制着构造的分层变形，盐上滑脱逆冲，盐下逆冲叠瓦。泥岩的塑性滑脱能力通常与其厚度具有较大的关系，薄层的泥岩上下地层整体变形，较厚的泥岩局部揉皱堆叠。煤系地层主要表现为顺层滑脱变形。煤系地层的厚度是分层变形的主要原因，由造山带向盆地方向，煤系地层逐渐增厚，构造挤压过程中煤系地层表面发育多排滑脱逆冲断裂，在垂向上叠置增厚。膏盐岩、泥岩和煤系地层对构造的控制作用，有一个共同点，就是通过增加地层的塑性来影响或者改变构造变形样式，在塑性层表面通常发育滑脱逆冲构造，塑性层下发育基底卷入构造，强塑性层流动聚集增厚，弱塑性层局部滑脱、垂向叠置，非塑性层整体冲断变形。
（3）通过数值模拟认为煤层的数量、厚度、埋深、基底古隆起共同控制着煤相关构造变形，煤层数量控制逆冲断裂发育规模和幅度，多套煤层逆冲构造更发育，煤下构造宽缓，隆升幅度大；煤层厚度控制构造变形方式，薄煤层以基底卷入变形为主，厚煤层塑性滑脱、揉皱变形，厚煤层逆冲滑脱变形强烈，煤下层发育多排逆冲断裂，形成背斜、断背斜构造，逆冲叠置区煤层聚集增厚，薄煤层与上下地层同轴变形，变形向前传播得更远，煤下逆冲构造幅度更加宽缓；煤层埋深控制构造变形幅度和煤下构造变形样式，随着埋深的增加，煤层的塑性滑脱能力增强，煤下发育更多的逆冲断裂；基底古隆起控制冲断带规模和范围，逆冲断裂消失于煤层尖灭的地方。
（4）库车坳陷东部经历了晚海西—印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期构造活动，具有多期叠加、继承性活动的特征，晚海西—印支期古构造控制了中生界沉积，具有箕状分布的特征。
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