库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析

库车坳陷东、西段盐下构造在北部构造带以南出现明显的差异构造变形特征,在西段的克拉苏构造带盐下发育由一系列逆冲断裂组成的叠瓦构造,而在东段的东秋构造带盐下发育一个大型的断背斜构造。本文基于地震资料构造解析,采用离散元数值模拟方法,设计了5组数值模拟实验来探究先存断层、同构造沉积和滑脱层强度对褶皱冲断带构造形态及演化的影响,进而分析库车坳陷东、西段构造特征差异的成因机制。模拟结果表明含盐褶皱冲断带往往发育垂向分层构造变形。先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式,导致盐下楔体形态、断裂数量和盐上构造样式的差异。同构造沉积会增强盐上和盐下的分层差异变形,滑脱层强度增强会减弱盐上和盐下的分层变形。通过将模拟结果与库车坳陷东、西段构造特征进行对比分析,我们认为先存断层可能是影响库车坳陷东、西段盐下构造差异演化的重要因素。库车坳陷东段的东秋构造带受先存断裂影响,在先存断裂的位置优先变形,形成东秋断裂和上覆东秋背斜,同时先存断裂既有助于应力释放,又阻拦应力向前传递,形成乱序式变形传播。库车坳陷西段的克拉苏构造带,没有先存断裂的影响,盐下主要发育前展式构造变形,形成由一系列逆冲断层组成的叠瓦构造楔体。     

塔里木盆地库车坳陷北部边缘构造特征

塔里木盆地库车坳陷北部边缘与南天山过渡带结构复杂,是了解塔里木盆地-南天山盆山关系的关键。利用2D、3D地震资料和钻井资料,分析塔里木盆地库车坳陷北部边缘的结构特征、构造样式,对比研究不同区段变形的差异和影响构造样式的主要因素。研究结果表明:①根据基底断裂的发育情况,库车坳陷北部边缘自北向南可划分为三区五带,自浅至深可划分为4个变形层。其中,山前克拉苏构造带以克拉苏断裂为界可细化为高角度基底卷入变形区、低角度基底卷入变形区和盖层滑脱变形区。②库车坳陷盆山过渡带主要发育收缩构造、盐构造和走滑构造,根据其表现形式可划分为15种样式。③库车坳陷北部克拉苏构造带可划分为6个主要的构造段,受先存基底断裂、膏盐岩分布和南天山差异推覆作用的影响,各构造段表现出差异变形的特征。④现今构造主要形成于新生代中晚期,经历了晚二叠世—三叠纪古前陆盆地、侏罗纪—白垩纪坳陷盆地、古近纪—中新世弱收缩挠曲盆地和上新世—第四纪陆内前陆盆地4个演化阶段。     

库车坳陷克拉苏构造带大北-克深区段差异变形特征及其成因分析

库车坳陷克拉苏构造带发育大量与膏盐相关的收缩构造,其深、浅构造变形不协调具有明显差异性。构造建模表明:克拉苏构造带属于库车坳陷北部强变形带,自西向东具有不同的变形样式。西部大北区段受前缘拜城断裂控制,发育断层规模小的基底卷入冲断叠瓦扇,东部克深区段则受后缘克拉苏断裂控制,发育大位移断层控制的盖层滑脱冲断叠瓦扇。克拉苏构造带基底断裂位移分布具有差异平衡的特点,基底断裂活动对膏盐层厚度及分布具有再调整作用。砂箱物理模拟结果显示,构造变形强度、膏盐层厚度及其分布差异是克拉苏构造带东、西段结构和垂向变形差异的主要控制因素。     

库车坳陷克深地区先存被动盐底辟挤压变形数值模拟

库车褶皱冲断带是一个典型的复杂含盐褶皱冲断系统。文章基于地震资料构造解析，采用离散元数值模拟方法，设计了2组数值模拟实验来探究先存被动盐底辟对含盐的双滑脱层褶皱冲断带构造形态及演化的影响，从而分析克深5构造区沿走向分段差异的盐构造变形特征和机制，并对盐下断层活动进行精细的定量分析。模拟结果表明先存被动盐底辟作为挤压构造变形优先发育的位置，是应力释放的优先区域，影响了盐上断层顺序和盐下断层的活动性，进而控制了构造沿走向的差异演化。通过将模拟结果与库车坳陷克深5构造区构造特征进行对比分析，吐孜玛扎背斜是盐盆地内部先存被动底辟受后期挤压变形的产物。吐孜玛扎背斜吸收大部分的缩短量，造成紧邻的盐下断片显著抬升，盐上受同构造沉积影响在背斜北侧形成一个宽缓的向斜，抑制了向斜内乱序断层的形成。先存被动盐底辟构造是控制克深5区域构造变形的主要控制因素之一。研究区东段不含先存被动盐底辟，依次发育有库木格列木背斜和喀桑托开背斜，背斜变形幅度向盆地方向减小，盐下断裂活动强度向盆地方向减弱，研究区西段含先存被动盐底辟，发育吐孜玛扎背斜，先存被动盐底辟的盐下断裂活动强度强于毗邻的断层。     

库车坳陷盐下构造对盐上盖层变形的影响因素分析

库车坳陷是在地壳或者岩石圈尺度整体挤压作用下,收缩构造变形形成的一个构造单元,膏盐岩层等软弱岩层可能导致滑脱断层发育,并引起盐上和盐下不协调收缩变形,区域挤压作用下一些先存基底断裂带的逆冲位移是控制盐上层冲断褶皱变形的主要因素。运用地震资料、地表露头、钻测井资料以及非地震资料等,对库车坳陷区域大剖面的盐上层、盐下层的构造变形样式进行分析,认为南天山在挤压收缩变形中隆升,诱导盆山过渡带发育基底卷入的高角度逆冲断层,先前基底断层的复活影响了盆地沉积盖层的构造变形,基底断裂与盖层断层组合样式在走向上基本一致,盖层强变形带与基底断裂带上下呼应。     

库车坳陷中部构造分层差异变形特征和构造演化

基于地表露头调查、地震资料解释、钻井及与盐相关的构造样式分析,对库车坳陷中部构造变形特征进行研究。结果表明:库车坳陷中部具有南北分带、东西分段、垂向分层的变形特征。以库姆格列木群膏盐岩为界可以分为盐上构造层、盐构造层、盐下构造层及基底构造层4层结构。该区域主要发育收缩构造样式及盐构造样式,盐上构造层、盐构造层及盐下构造层的构造样式及分布具有明显差异。盐上层主要发育逆冲断层及褶皱,盐岩层则以盐流动构造样式为主,盐下层则发育逆冲叠瓦断层等大规模推覆构造。研究区具有明显的分段变形特征,可划分为博孜—却勒构造段、大北—西秋构造段、克深—西秋构造段、克拉3—东秋构造段,其差异性主要表现为地表线性褶皱带分布、盐构造样式、盐下构造变形的差异。区域构造演化剖面研究表明库车坳陷主要经历了中生代伸展坳陷盆地(三叠纪—白垩纪)、新生代早期"挠曲"盆地(古近纪—中新世)及新生代晚期前陆盆地(上新世—第四纪)的演化过程。现今构造主要形成于库车组沉积的中晚期。     

库车坳陷西段新生代盐构造特征及演化

库车坳陷古-始新世沉积厚层膏盐岩,在沉积差异形成的重力负载作用下,膏盐岩发生塑性流动,山前的膏盐岩流向盆地内侧,发育盐底辟构造,形成吐孜玛扎盐墙、却勒盐丘,膏盐岩的塑性流动发生在膏盐层沉积后不久,并且持续到上新世库车早期,盐底辟构造主要通过被动底辟作用完成。上新世晚期,库车坳陷受到强烈的挤压作用,发生大规模的逆冲推覆,吐孜玛扎盐墙、却勒盐丘(应变强度薄弱部位)的北侧发育断层,盐岩沿断层刺穿地表,形成底辟型盐墙和喷出型盐席,同时发育整合型米斯坎塔克盐背斜和大宛齐盐枕。库车坳陷的盐构造分为两个阶段:构造平静期(渐新世-上新世),以重力差异负载作用为主,发育底辟型盐构造;构造挤压期(上新世晚期-现今),挤压作用强烈,形成逆冲推覆断层,在不同的构造部位分别形成盐席、盐墙、盐背斜,早期的盐构造对于后续挤压作用下盐构造的形成和演化具有重要的控制作用。     

库车坳陷东部晚白垩世古隆起及构造应力场恢复

库车坳陷东部具有丰富的油气资源,其构造变形机制与南天山造山带密切相关。综合采用露头共轭节理及白垩系残余厚度分布,分析了库车坳陷东部晚白垩世古隆起特征及构造应力场属性。吐格尔明、克孜勒努尔沟、库车河、卡普沙良河、吉迪克以及库车河西6条剖面的共轭节理分析表明,库车坳陷东部新生代构造挤压应力为NNW-SSE向,而中生代的构造挤压应力为NE-SW向。原型盆地恢复显示,库车坳陷白垩纪的沉积中心大致位于大北1井―吐北2井―克拉2井一线,且发育秋里塔格―新和―牙哈―提尔根古隆起带,白垩系原始沉积厚度总体上北厚南薄。在晚白垩世区域抬升剥蚀的构造背景下,坳陷东部受压隆升遭受剥蚀,白垩系残余厚度减薄,呈西厚东薄的趋势。位于坳陷东部的吐格尔明背斜在石炭纪―三叠纪为一个长期存在的继承性沉积古隆起,晚白垩世进一步隆升形成构造古隆起,背斜周缘的白垩系残余厚度进一步减薄。吐格尔明背斜和背斜周缘白垩系残余厚度等值线以及库北1井和库车河剖面周缘白垩系残余厚度等值线的长轴方向均为NW-SE向,进一步证实了库车坳陷东部晚白垩世的构造应力为NE-SW向。库车坳陷东部晚白垩世古隆起与构造应力场属性主要与特提斯造山带中地体增生和拼贴作用导致的特提斯北缘盆地群中发生的区域性抬升有关。     

库车前陆冲断带克拉苏构造带变形影响因素分析——基于离散元数值模拟研究

在解释库车前陆冲断带克拉苏构造带三维地震剖面的基础上,采用离散元数值模拟手段、单因素变量控制方法,通过六组模拟对比实验,探讨挤压背景下应变速率大小和作用时间、盐岩展布形态、先存盐底辟、基底先存断裂以及基底古隆起等因素,对库车前陆冲断带克拉苏构造带变形的影响。离散元数值模拟结果表明:相比于应变速率大小,应力作用时间对冲断带变形的影响更为显著,变形缩短率相同时导致挤压隆升幅度更大,可达70.25%,向前传播距离均更远,横向上变形范围可达73.82%,盐下层叠瓦状逆冲断裂倾角更小。先存底辟主要影响挤压端垂向变形规模,使得隆升幅度更大。先存断裂主要影响挤压端水平方向变形范围,挤压变形水平传播更远。基底古隆起和盐岩展布形态对克拉苏构造带变形也具有重要影响,基底隆起前沿形成应力集中带,盐岩在此聚集形成构造三角带。由于盐岩的分隔作用,盐上层变形相对较弱,靠近挤压端发育背斜和冲断构造,向盆地方向逐渐变为宽缓的向斜构造。     

同构造沉积速率对先存被动盐底辟挤压变形的影响:库车坳陷西秋里塔格构造带盐构造分析及物理模拟

文中构建了两组构造物理实验,对存在先存被动盐底辟构造的含盐盆地的厚皮挤压构造演化特征进行模拟,研究揭 示了库车坳陷西段秋里塔格构造带新生代盐相关构造演化过程。实验结果表明,同构造沉积速率对库车坳陷西段秋里塔格 构造带博孜-却勒区域（西段） 和秋里塔格-克拉苏区域（东段） 盐相关构造横向分段差异变形具有重要的控制影响作 用。在挤压过程中,博孜-却勒区域慢速同构造沉积使得先存被动盐底辟北翼（拜城凹陷南翼） 向南逆冲到底辟南翼之 上,并促使却勒盐推覆体和米斯坎塔克盐背斜形成;而秋里塔格-克拉苏区域快速同构造沉积使得先存被动盐底辟北翼快 速下沉,而其南翼在挤压应力作用下向北逆冲到底辟北翼（拜城凹陷南翼） 之上,形成南秋里塔格盐背斜。     

南天山库车秋里塔格中段构造结变形特征和变形机理

本文通过遥感影像解译和地表调查,利用二维地震剖面,结合钻、测井数据,分析秋里塔格中段构造结的构造特征,利用轴面分析和多余面积方法计算构造缩短量。研究表明,秋里塔格中段构造结的构造变形受3个滑脱面,即中新统吉迪克组(N1j)膏盐岩、古?始新统库姆格列木组(E1?2km)膏盐岩和侏罗系(J)煤层控制。构造结东部发育两个滑脱面,分别位于中新统吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤层,形成浅层的滑脱褶皱和深层的断层转折褶皱,构成复合型背斜; 西部发育一个滑脱面即库姆格列木组膏盐岩,膏盐岩聚集形成南秋里塔格滑脱褶皱。库车塔吾背斜向西倾伏,背斜下伏沿吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤层发育的断层(F1和F 3)的滑移量向西减小,如东部A?A′剖面上断层F3的滑移量为7.7 km,西部C?C′剖面上为3.8 km; 南秋里塔格背斜向东倾伏,背斜下伏沿库姆格列木组膏盐岩发育的断层的滑移量向西增大,东部的A?A′剖面断层不发育,西部的D?D′剖面构造缩短量达5.1 km。构造结地区3个滑脱面交汇： ①东、西段卷入变形的断层和褶皱在此发生了叠加干涉, ②断层的滑移量在此汇合转换, ③库车塔吾背斜、南秋里塔格背斜和托克拉克坦背斜在此交汇,交汇处发育多个高角度的逆冲剪切断层和表皮褶皱,形成了秋里塔格中段复杂构造结,构造结地区未发育大规模走滑断层。根据上述认识,我们提出了秋里塔格中段构造结的三维构造模型。     

库车褶皱冲断带东秋里塔格位移转换构造及其演化--兼论侧断坡相关背斜构造圈闭的形成

库车褶皱冲断带东秋里塔格构造带发育与侧断坡有关的位移转换构造.东秋里塔格冲断层是一条北倾盲冲断层,其错移地层自西向东逐渐降低,从东秋5井以西的新近系膏盐岩转换至迪那201井的古近系膏盐岩再到迪那11井的侏罗系煤系,地震剖面上侧断坡形态清晰.侧断坡东、西断坪分别是新近系吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤系,侧断坡发育在煤上-盐下构造地层组合中.通过DQ99-196、DQ00-226、DQ00-263等构造演化剖面恢复计算,东秋里塔格构造盐上地层位移梯度向西约为103.72m/km,而盐下东秋-迪那段的位移梯度为61.65m/km.在上述地震剖面上,盐上背斜和盐下隐伏背斜的轴线位置发生了相对变化,后者自东向西逐渐向南发生偏移;野外露头观察,盐上背斜的褶皱作用也随之向西增强.在走向上,东秋里塔格构造具有构造分段性,表明侧断坡的位移量变化具有突发性.西段为库车塔吾构造,东段为东秋-迪那构造.库车塔吾构造的盐下隐伏背斜是受东秋里塔格冲断层控制的断层相关褶皱,前、后断坪分别位于吉迪克组膏盐岩和侏罗系煤系,其隐伏的构造楔与南秋里塔格背冲断层组成库车塔吾三角带.东秋-迪那构造的隐伏背斜样式与库车塔吾段相似;但南翼缺乏背冲断层,不具备三角带形态.磷灰石裂变径迹测年表明,侧断坡的发育过程最早可以追索到康村期.东秋里塔格侧断坡相关背斜的形成与自北向南的盲冲断层和区域左行扭压复合作用有关.侧断坡相关背斜的主要构造特征是由侧断坡调节上、下滑脱层之间的应变差异,同时作为油气运移通道沟通气源岩和储层;其油气勘探意义是使得煤系烃源岩生成的天然气向上运移到侧断坡相关背斜构造圈闭如迪那2之中聚集成藏.     

褶皱相关断层——以库车坳陷新生界盐上构造层为例

以盐构造解析的方法,综合地震与地质资料,表明库车坳陷新生界中的盐上断层受控于褶皱作用。盐上地层首先发生褶皱变形,随着褶皱作用的加强,然后发生断裂作用,盐上构造层的变形方式为褶皱相关断层,其变形特征不同于断层相关褶皱。从断层成因机制可见:断层相关褶皱理论不适用于库车新生代坳陷盐构造发育区。库车坳陷膏盐层的发育造成盐上构造层与盐下构造层变形有差异,盐上构造层以褶皱作用为主,盐下构造层以冲断作用为主。库车坳陷盐上构造层主要为褶皱相关断层,发育张性断块、后翼突破断层、前翼突破断层及褶皱相关断层组合等构造样式,根据盐上构造层的变形特征总结了褶皱相关断层的演化。     

库车褶皱冲断带前缘盐层厚度对滑脱褶皱构造特征及演化的影响

库车褶皱冲断带前缘发育一系列滑脱褶皱,虽然卷入变形的新生代地层及底部滑脱层(古近系盐层)相同,但滑脱褶皱的构造特征及演化存在显著差异。文中结合野外地质调查结果以及钻井资料和高品质二维地震反射剖面解析,以南喀背斜和米斯坎塔克背斜为例,估算出盐层初始厚度,并讨论其对于滑脱褶皱样式及其演化过程的影响。结果表明,南喀背斜和米斯坎塔克背斜下伏盐层初始厚度不同,估算出前者厚度介于0.1~0.5 km,主要为0.1~0.3 km,而后者却大约为1.0 km。与此同时,南喀背斜和米斯坎塔克背斜均表现出分段差异变形特征。南喀背斜为低缓的滑脱褶皱,其东段隐伏地下,变形方式为褶皱作用;而西段出露地表,背斜核部发育隐伏的逆冲断层,变形方式为褶皱作用和断层作用。背斜西段平均隆升速率大于东段,导致西段隆升出露地表。米斯坎塔克背斜表现为大规模滑脱褶皱,根据变形特征的不同可以分为3段,东段背斜倾向北,盐岩在其核部及北翼下方聚集加厚;而中-西段背斜倾向南,其中中段背斜核部位置盐岩聚集加厚,两翼下伏盐岩减薄甚至形成盐焊接。而在西段背斜呈箱状,两翼下方盐岩厚度至少为1.0 km。笔者总结出库车褶皱冲断带前缘发育的7种滑脱褶皱变形样式,通过构造分析得出,研究区滑脱褶皱的变形主要受盐层厚度、构造缩短量及盐岩流动变形共同控制,其中盐层厚度起主导作用,控制了滑脱褶皱的发育位置,并影响了滑脱褶皱的变形样式。研究结果将为其他褶皱冲断带中滑脱褶皱的相关研究提供重要参考,特别是在缺少高品质地震资料,或者构造变形强烈、地震资料品质较差的地区。     

塔里木盆地主要山前带差异构造变形及对油气成藏的控制

塔里木盆地库车、塔西南和塔东南山前带在构造变形和活动强度等方面存在较大的差异性,这也决定了油气地质条件与油气分布的不均衡性。通过对3个山前带地质剖面的对比研究,结合对典型成藏模式的剖析,探讨山前带差异构造变形特征对油气成藏的控制作用。库车山前带以逆冲推覆及盐构造为主,构造圈闭规模大、幅度高;主要有盐下和盐上两种成藏模式,通源断裂十分发育,库姆格列木组膏盐岩对盐下油气的保存非常有利。塔西南山前带变形分段特征明显,包括三角带构造、双重逆冲、叠加背斜等,构造圈闭规模和完整性不如库车山前带;成藏模式也体现出分段差异,上白垩统-阿尔塔什组膏泥岩和普司格组泥岩的封闭效果较好,但运移路径复杂,先存油气易遭受后期调整和破坏。塔东南山前带具有一定构造分段性,若羌凹陷山前以冲断变形为主,远离山前的第二排背斜、断背斜圈闭具备基本的成藏条件;民丰凹陷山前以叠瓦逆冲和三角带构造为主,古近系膏泥岩封盖能力有限,深部逆冲断块及凹陷内部的低幅度背斜等是较现实的勘探目标。     

东秋里塔格构造带构造特征及油气勘探区带

东秋里塔格构造带是塔里木盆地库车坳陷的前缘构造带,整体表现为受新近系吉迪克组膏盐岩滑脱层控制的分层变形构造特征。盐上构造层主要发育断层相关褶皱,盐岩层以塑性流动变形为主,盐下构造层发育断层相关褶皱、冲起构造、逆冲断块等多种构造样式。依据盐下构造层变形特征,自西向东将东秋里塔格构造带划分为过渡构造段、叠瓦扇构造段、前端冲起构造段以及后端冲起构造段四段。过渡构造段内膏盐岩层发育层位由库姆格列木群转变为吉迪克组,盐下发育叠瓦扇构造;叠瓦扇构造段盐下发育典型的逆冲叠瓦构造样式;前端冲起构造段盐下发育断弯褶皱背斜,并在反冲断层的复合作用下发生冲起,主逆冲断层之下发育次级逆冲夹片;后端冲起构造段盐下发育断弯褶皱,并在背斜北翼发育一个独立的冲起构造。东秋里塔格构造带具备有利生储条件,构造分析表明过渡构造段、叠瓦扇构造段以及前端冲起构造段的盐下次级逆冲夹片具备勘探潜力,是有利的油气勘探区带。     

库车冲断带秋里塔格构造带东段构造样式与构造演化

秋里塔格构造带位于库车褶皱冲断前缘,其东段包括东秋里塔格背斜和库车塔吾背斜。野外调查和地震剖面解释表明:秋里塔格构造带东段盐下发育断层转折褶皱; 盐上东秋里塔格背斜为滑脱箱状背斜,库车塔吾背斜核部为南倾逆冲断层所破坏。演化剖面显示秋里塔格构造带东段在侏罗纪断陷期发育了正断裂,其后为平静期,直到库车晚期后逆冲断层和褶皱快速发育,背斜最终形成。膏盐岩及古构造对构造变形具有重要影响,一方面作为滑脱层,分割了盐下层与盐上层,导致二者形成不同的构造样式; 另一方面塑性流动充填于背斜核部。由于膏盐岩的厚度差异,东秋里塔格背斜盐上发育褶皱,而库车塔吾背斜核部被逆冲断层破坏,膏盐层厚度还影响了膏盐层上下构造高点的相对位置。盐下构造的发育受侏罗纪古构造控制,进而影响了盐上构造的发育。     

库车前陆褶皱-冲断带前缘盐构造分段差异变形特征

库车前陆褶皱-冲断带前缘秋里塔格构造带发育大量盐构造,其类型丰富多样。根据野外露头、钻井和地震资料识别出的盐构造样式主要有盐推覆、盐枕、盐墙、盐焊接、鱼尾构造、盐撤凹陷、突发构造、断层传播褶皱、断层转折褶皱和三角带构造等。秋里塔格构造带盐构造变形表现出明显的分段差异变形特征,其中西段却勒地区以古隆起(盐下)—盐枕(盐层)—逆冲推覆构造(盐上)为主;中段西秋地区以构造斜坡(盐下)—盐墙(盐层)—断层传播褶皱、向斜(盐上)为主;东段东秋地区则以断层转折褶皱(盐下)—盐推覆(盐层)—断层传播褶皱(盐上)为主。造成这种盐构造分段差异变形的主要控制因素包括基底断裂、含盐层系、构造转换带和变形空间等方面的差异性,其中基底构造和含盐层系的差异性起主导作用。