黃 誠

(中國石油化工股份有限公司 西北油田分公司，烏魯木齊 830011)

走滑斷裂是走向滑動(dòng)斷裂的簡稱，其標(biāo)志性特點(diǎn)是位移向量大致平行于斷裂走向。地質(zhì)學(xué)家對(duì)走滑斷裂的認(rèn)識(shí)始于美國、日本和新西蘭等地區(qū)的大(或超大)尺度走滑斷裂，斷裂延伸幾百到上千千米，向下貫穿整個(gè)地殼，斷裂累積位移量多達(dá)數(shù)百千米，具有破壞性的大型地震多沿此類走滑斷裂發(fā)生[1]。根據(jù)走滑斷裂活動(dòng)特征、構(gòu)造背景等因素的差異，已被記錄和研究的走滑斷裂可劃分為5種類型：(1)洋殼轉(zhuǎn)換斷裂；(2)大陸板塊邊界走滑斷裂；(3)陸—陸碰撞或弧—陸碰撞背景下形成的弧形走滑斷裂；(4)斜插俯沖背景下形成的弧前邊界走滑斷裂；(5)克拉通內(nèi)或板內(nèi)走滑斷裂。其中，克拉通內(nèi)走滑斷裂普遍發(fā)育于各類構(gòu)造—沉積盆地，是含油氣盆地內(nèi)部重要的油氣源斷裂，一直以來都是石油地質(zhì)工作者研究的重點(diǎn)對(duì)象[2-22]。

對(duì)于疊合盆地而言，先存斷裂作為克拉通內(nèi)的應(yīng)變承接帶，在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中通常會(huì)因板內(nèi)應(yīng)力集中而多期活動(dòng)，并發(fā)生遞進(jìn)走滑運(yùn)動(dòng)。走滑斷裂在斜壓或斜拉應(yīng)力背景下，普遍形成聚斂或拉伸型直立走滑構(gòu)造，在斷裂延伸方向呈現(xiàn)明顯的橫向分段性特征，在垂向不同構(gòu)造層的分層構(gòu)造變形過程中，形成各自獨(dú)立的走滑伴生構(gòu)造，構(gòu)成完整的垂向構(gòu)造序列。本文以疊合盆地構(gòu)造演化和分層構(gòu)造變形為指導(dǎo)原則，通過對(duì)疊合盆地不同構(gòu)造層走滑伴生構(gòu)造的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征解析，形成了基于地震資料的普適性走滑斷裂活動(dòng)期次判別方法系列，對(duì)疊合盆地內(nèi)部走滑斷裂活動(dòng)期次判定與形成演化研究具有理論和實(shí)踐意義。

1 研究區(qū)概況

近年來，中國石化針對(duì)塔里木盆地順北地區(qū)板內(nèi)小尺度走滑斷裂油氣勘探已進(jìn)入油氣田產(chǎn)能建設(shè)階段[2-3,23]，使得對(duì)疊合盆地內(nèi)走滑斷裂的認(rèn)識(shí)從二維的面結(jié)構(gòu)上升至三維空間的地質(zhì)體概念，走滑斷裂多期活動(dòng)與油氣運(yùn)聚、富集關(guān)系的系統(tǒng)研究成為熱點(diǎn)。前人[4-6]通過盆緣構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景分析，提出該區(qū)走滑斷裂具有多期活動(dòng)特點(diǎn)，并厘定了演化過程。從高產(chǎn)井與走滑斷裂的匹配性統(tǒng)計(jì)中，認(rèn)識(shí)到走滑斷裂是油氣運(yùn)移、富聚的有利構(gòu)造單元[7-8]。從斷裂與縱向復(fù)式聚集油氣藏關(guān)系的研究中，發(fā)現(xiàn)油氣源斷裂與儲(chǔ)層組成的運(yùn)聚體系具有流體分布的有序性[9-10]。隨著研究的逐漸深入，逐漸意識(shí)到含油氣走滑構(gòu)造帶的油氣聚集差異與斷裂的多期活動(dòng)和差異演化有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系[11]。因此，疊合盆地內(nèi)小尺度走滑斷裂幕式活動(dòng)特征及期次判別研究在勘探實(shí)踐和理論上均具有重要意義。

順北地區(qū)位于塔里木盆地塔中—塔北2大古隆起之間的構(gòu)造向斜區(qū)(圖1)，具有大陸地殼基底，顯生宙以來一直穩(wěn)定沉降，保存了最完整的疊合型盆地地層序列[3，12-14]。塔里木板塊在克拉通成盆階段共經(jīng)歷4期重大構(gòu)造變革，控制了小尺度直立走滑斷裂體系的幕式活動(dòng)機(jī)制與差異形成演化過程，是開展疊合盆地內(nèi)走滑斷裂活動(dòng)期次判定研究的典型地區(qū)[4-11，15,24]。

2 構(gòu)造層劃分

塔里木盆地是大型復(fù)合疊加盆地，由穩(wěn)定克拉通盆地、被動(dòng)陸緣盆地和前陸盆地疊加形成。加里東早—中期為穩(wěn)定克拉通盆地階段，發(fā)育大型碳酸鹽巖克拉通臺(tái)地；加里東中期Ⅰ幕，塔里木板塊受西昆侖弧陸碰撞影響，發(fā)生克拉通撓曲變形，塔里木板塊內(nèi)部形成東西橫亙、南北相間的隆坳格局；加里東中期Ⅲ幕，受北昆侖洋關(guān)閉和天山洋伸展影響，塔里木板塊進(jìn)入被動(dòng)陸緣盆地階段，自盆地南緣由南向北發(fā)生強(qiáng)烈隆升。海西早期，南天山洋向中天山微陸塊碰撞造山，沙雅隆起和中央隆起帶強(qiáng)烈隆升剝蝕；海西晚期，北天山洋向中天山島弧俯沖消減，南昆侖洋向中昆侖島弧俯沖消減，并入歐亞板塊南緣，結(jié)束被動(dòng)陸緣盆地階段。進(jìn)入中新生代，塔里木板塊經(jīng)歷盆—山構(gòu)造演化，整體進(jìn)入前陸盆地階段。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨皵嗔逊植?/p>

圖2 塔里木盆地順北地區(qū)構(gòu)造層劃分及斷裂特征

3 走滑斷裂垂向構(gòu)造序列

研究區(qū)走滑斷裂在平面上主要呈NE30°～50°、NW10°～20°走向線形展布[2，4-6]，部分斜列走滑斷層在幕式活動(dòng)下發(fā)生主滑移斷層疊接或焊接，形成大型弧線型走滑斷裂帶。走滑斷裂帶長度在50～150 km之間，地震資料顯示垂向發(fā)育深度超過10 km，累計(jì)滑移距離普遍在0.5～2 km。走滑斷裂在空間上呈現(xiàn)“直立走滑、斷入基底、多期活動(dòng)、小尺度滑移”特點(diǎn)。在走滑運(yùn)動(dòng)由深部向淺層傳遞過程中，構(gòu)造變形由深部向淺層傳遞，引起上覆蓋層的剪切變形，即在同期近地表構(gòu)造層形成特有的伴生構(gòu)造樣式，并經(jīng)歷后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加改造，最終構(gòu)成一個(gè)完整的垂向構(gòu)造序列(圖2)。

4 走滑斷裂幕式活動(dòng)期次判別方法

對(duì)于幕式活動(dòng)形成的小滑移距走滑斷裂，活動(dòng)期次厘定存在很大難度。傳統(tǒng)地下正/逆斷裂活動(dòng)期次判定方法多是利用斷穿地層時(shí)代、斷層生長指數(shù)、斷層生長速率及斷層牽引褶皺的變形特征等方式進(jìn)行判斷[25-27]。鑒于走滑斷層的獨(dú)特性，傾向斷層常用的期次判別方法無法簡單套用。實(shí)際上，從成熟期走滑斷裂帶的垂向理論結(jié)構(gòu)模式中，可以尋得幕式走滑斷裂活動(dòng)期次判別的核心要素，即分層走滑構(gòu)造或垂向構(gòu)造序列。走滑斷裂帶在幕式演化過程中，主滑移斷層向上覆構(gòu)造層傳遞應(yīng)力，受地層厚度、巖石物理性質(zhì)及摩擦強(qiáng)度控制，不同構(gòu)造層的巖層破裂、擴(kuò)展方式在幕式活動(dòng)中會(huì)存在明顯差異，進(jìn)而影響不同構(gòu)造層的構(gòu)造變形分解，形成獨(dú)立的新生構(gòu)造樣式。因此，圍繞“分層構(gòu)造變形分解”，開展走滑斷裂帶幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征解析，是厘定小尺度幕式走滑斷裂期次判定的關(guān)鍵。

4.1 基于幾何學(xué)特征(垂向構(gòu)造序列)的期次判定方法

走滑斷裂帶在不同構(gòu)造幕的會(huì)聚(或拉伸)應(yīng)力場(chǎng)中，會(huì)在同期近地表構(gòu)造層形成特有的伴生構(gòu)造樣式，最終構(gòu)成一個(gè)完整的垂向構(gòu)造序列。常見伴生構(gòu)造樣式包括：花狀構(gòu)造、馬尾構(gòu)造、雁列構(gòu)造和羽狀背斜帶等。如果將各構(gòu)造層特有的走滑伴生構(gòu)造作為同期走滑斷裂活動(dòng)的地質(zhì)記錄信息，即可從現(xiàn)今地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)中逐期恢復(fù)走滑斷裂幕式活動(dòng)過程，進(jìn)而判定斷裂活動(dòng)期次。

4.1.1 雁列構(gòu)造樣式判別法

以研究區(qū)為例，走滑斷裂在多個(gè)構(gòu)造層發(fā)育雁列構(gòu)造，呈現(xiàn)明顯垂向構(gòu)造序列。理論上，雁列構(gòu)造形成的力學(xué)機(jī)理、展布方式與深部主走滑帶在不同應(yīng)力背景下的活動(dòng)關(guān)系緊密。在純剪和張剪應(yīng)力背景下，雁列正斷層走向與深部走滑斷層走向的夾角不同；同處于張剪應(yīng)力背景下，區(qū)域主壓(或拉伸)應(yīng)力方向不同，雁列正斷層走向也會(huì)不同(圖3a)。因此，單個(gè)構(gòu)造層出現(xiàn)雁列構(gòu)造，表明同期發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)；多個(gè)構(gòu)造層均出現(xiàn)產(chǎn)狀各異的雁列構(gòu)造，則表明走滑斷裂存在多期活動(dòng)。

此外，由于走滑斷層多為遞進(jìn)走滑運(yùn)動(dòng)，主滑移斷層向上覆構(gòu)造層傳遞應(yīng)力也呈現(xiàn)遞進(jìn)演變特點(diǎn)。因此，雁列正斷層一般為同生斷層，可利用正斷層生長指數(shù)輔助判定期次和活動(dòng)強(qiáng)度。

圖3 基于走滑斷裂垂向構(gòu)造序列和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征解析的期次判別方法

4.1.2 復(fù)合花狀構(gòu)造樣式判別法

4.1.3 反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式判別法

反轉(zhuǎn)構(gòu)造為區(qū)域(或局部)應(yīng)力場(chǎng)變化的產(chǎn)物，是記錄多期構(gòu)造活動(dòng)的典型構(gòu)造樣式，常見于傾向斷層及相關(guān)的伸展(收縮)構(gòu)造樣式。對(duì)于小尺度走滑斷層而言，不同構(gòu)造幕的會(huì)聚(或拉伸)應(yīng)力場(chǎng)會(huì)造成斷層傾移性質(zhì)的反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的復(fù)合構(gòu)造變形與傾向斷層及相關(guān)的伸展(收縮)構(gòu)造具有可類比性，可以作為走滑斷層多期活動(dòng)的判定依據(jù)。在走滑斷裂多期活動(dòng)過程中，常見的伴生構(gòu)造樣式[28]，如花狀構(gòu)造、羽狀構(gòu)造、雁列構(gòu)造會(huì)疊加改造或繼承性活動(dòng)，甚至發(fā)生斷層性質(zhì)反轉(zhuǎn)(圖3c)。以雁列正斷層為例，在多期活動(dòng)過程中，當(dāng)區(qū)域(或局部)應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)形成正反轉(zhuǎn)斷層，斷層性質(zhì)發(fā)生改變，向淺層轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎鏇_斷層及相關(guān)褶皺構(gòu)造。通過對(duì)淺層逆沖斷層及相關(guān)褶皺構(gòu)造的解析，可以判定走滑斷裂活動(dòng)期次。

4.2 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的期次判定方法

走滑斷裂的標(biāo)志性特點(diǎn)是位移向量大致平行于斷裂走向。在走滑斷裂幕式滑移過程中，常會(huì)出現(xiàn)水平滑移方向改變和錯(cuò)斷構(gòu)造—沉積地質(zhì)體的現(xiàn)象。這2種現(xiàn)象實(shí)際上體現(xiàn)了走滑斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的核心內(nèi)容，即滑移方向和滑移距離。善加利用，即可作為走滑斷裂活動(dòng)期次判定的重要依據(jù)。

4.2.1 滑移方向反轉(zhuǎn)判別法

4.2.2 構(gòu)造—沉積地質(zhì)體與走滑斷層交切關(guān)系判別法

一般情況下，大型疊合盆地在其地質(zhì)演化史中均會(huì)形成非常重要、易于觀測(cè)的構(gòu)造變形和沉積響應(yīng)，它們是重要的地質(zhì)記錄。通過觀測(cè)走滑斷層與其呈現(xiàn)的空間交切關(guān)系，可以有效判定斷裂活動(dòng)期次，利用走滑斷裂斷穿地層時(shí)代來判定斷裂活動(dòng)時(shí)期便是其中最具代表性的判定方法。同樣以研究區(qū)為例，簡單闡述幾種常見構(gòu)造—沉積地質(zhì)體在走滑斷裂期次判定中的應(yīng)用。

(2)傾向斷層與走滑斷層的交切關(guān)系。傾向斷層活動(dòng)期次的判定方法較成熟，判定難度也不大。通過觀測(cè)走滑斷層與不同產(chǎn)狀傾向斷層的交切關(guān)系，可以約束或直接判定走滑斷層活動(dòng)期。以塔中地區(qū)卡塔克古隆起為例，隆起上發(fā)育眾多平行排列的NE30°走滑斷層，走滑斷裂錯(cuò)斷NW向延伸的不同序級(jí)逆沖推覆構(gòu)造(或逆沖斷層)，部分走滑斷層甚至錯(cuò)斷卡塔克古隆起中央主壘帶(f2)。通過對(duì)隆起上不同序級(jí)NW向逆沖推覆構(gòu)造(或逆沖斷層)的活動(dòng)期次判定，可以推斷與之呈交切關(guān)系的走滑斷層活動(dòng)期次。如圖1所示，F(xiàn)12、F13、F14走滑斷裂錯(cuò)斷f3、f4、f5逆沖斷層和中央主壘帶(f2)，3條走滑斷裂之間的次級(jí)走滑斷層僅錯(cuò)斷f3、f4、f5逆沖斷層，終止于中央主壘帶，不同序級(jí)的走滑斷裂之間也呈現(xiàn)明顯的交切關(guān)系。f4、f5逆沖斷層和中央主壘帶的構(gòu)造定型時(shí)期不同(圖5)，借助逆沖推覆構(gòu)造的定型期可以判定不同序級(jí)走滑斷層的活動(dòng)期次。

圖4 走滑斷層錯(cuò)斷地層角度不整合構(gòu)造判定期次

圖5 塔里木盆地卡塔克隆起東部三維工區(qū)斷裂特征

圖6 走滑斷層錯(cuò)斷侵入巖判定期次

此外，研究區(qū)上奧陶統(tǒng)廣泛發(fā)育輝綠巖脈[34]，走滑斷裂呈現(xiàn)明顯錯(cuò)斷輝綠巖脈現(xiàn)象(圖6)。通過對(duì)輝綠巖脈LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定[34]，判斷輝綠巖脈形成于晚二疊世火山巖噴發(fā)事件，據(jù)此亦可判定走滑斷裂在海西晚期仍有活動(dòng)。

5 結(jié)論

(1)在疊合盆地形成階段，小尺度走滑斷裂扮演著協(xié)調(diào)疊合盆地內(nèi)部差異收縮變形和旋轉(zhuǎn)應(yīng)變的角色。一般情況下，走滑斷裂的幕式形成演化過程與疊合盆地形成演化的重要構(gòu)造變革期匹配。不同構(gòu)造變革期的古應(yīng)力場(chǎng)一直在發(fā)生變化，走滑斷裂作為構(gòu)造損傷帶，其幕式應(yīng)變承接方式也并非一成不變。在不同構(gòu)造幕的會(huì)聚(或拉伸)應(yīng)力場(chǎng)中，會(huì)在同期近地表構(gòu)造層形成特有的伴生構(gòu)造樣式，最終構(gòu)成一個(gè)完整的垂向構(gòu)造序列。如果將各構(gòu)造層特有的走滑伴生構(gòu)造作為同期走滑斷裂活動(dòng)的地質(zhì)記錄信息，便可將走滑斷裂的幕式活動(dòng)過程從現(xiàn)今地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)中逐期恢復(fù)，還原走滑斷裂的形成演化過程，進(jìn)而判定走滑斷裂活動(dòng)期次。因此，沉積蓋層的構(gòu)造層劃分和垂向構(gòu)造序列描述是厘定走滑斷裂幕式活動(dòng)特征和期次判定的重要切入點(diǎn)。

(2)走滑斷裂的標(biāo)志性特點(diǎn)是位移向量大致平行于斷裂走向，其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的核心內(nèi)容包括滑移方向和滑移距離。在幕式滑移過程中，常會(huì)出現(xiàn)水平滑移方向改變和錯(cuò)斷構(gòu)造—沉積地質(zhì)體的現(xiàn)象。通過判定走滑斷裂在不同構(gòu)造時(shí)期的滑移方向、不同時(shí)期形成的構(gòu)造—沉積地質(zhì)體與走滑斷裂的交切關(guān)系，也可以為期次判定提供幫助。