肖毓祥杜文博張波張進(jìn)江侯秀林王巍何欣李曉軍陰從元

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祁連山北緣老君廟沖斷帶構(gòu)造幾何學(xué)特征及演化

肖毓祥1,2杜文博1張波3,?張進(jìn)江3侯秀林2王巍1何欣2李曉軍1陰從元3

1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司玉門油田分公司, 酒泉735019; 2. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院, 北京100083; 3. 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京100871; ? 通信作者, E-mail: geozhangbo@pku.edu.cn

基于老君廟構(gòu)造帶三維地震資料, 結(jié)合以往研究成果, 分析祁連山北緣西段老君廟帶的構(gòu)造幾何特征及構(gòu)造演化。得到以下認(rèn)識(shí): 老君廟沖斷帶具有雙層結(jié)構(gòu), 包括淺部的三角剪切型褶皺-沖斷構(gòu)造以及沖斷帶層下盤隱伏的逆沖構(gòu)造楔體; 該沖斷帶自東向西與北東-南西走向的 134 斷裂鏈接, 形成統(tǒng)一的“134-老君廟彎曲斷裂”體系, 其后緣為134走滑兼逆沖性質(zhì)的調(diào)節(jié)斷裂, 前鋒為廟北三角剪切型褶皺-沖斷系; “134-老君廟-青頭山”斷裂圍限的上盤逆沖巖片向前陸方向擴(kuò)張, 導(dǎo)致平行沖斷帶近東西向的擠壓調(diào)節(jié)變形, 引起淺部新生代地層發(fā)生近南北走向的褶皺變形。

祁連山北緣沖斷帶; 老君廟背斜; 三角剪切型褶皺; 沖斷; 構(gòu)造楔體; 斷裂鏈接

前陸褶皺?逆沖帶構(gòu)造樣式及其油氣富集規(guī)律是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外聚焦的研究熱點(diǎn)。我國(guó)西部地區(qū)前陸逆沖帶油氣勘探已取得重大進(jìn)展, 如在庫車坳陷的天山山前沖斷帶發(fā)現(xiàn)克拉2大氣田、迪那 1 和迪那2 氣田, 在祁連山山前逆沖帶酒西盆地青西坳陷中發(fā)現(xiàn)青西油田, 在上揚(yáng)子北緣地區(qū)山前沖斷帶中發(fā)現(xiàn)孝泉-合興場(chǎng)等十幾個(gè)氣田等, 顯示前陸逆沖構(gòu)造系統(tǒng)具有廣闊的油氣勘探前景。

祁連山北緣沖斷帶位于青藏高原東北緣, 是新生代高原生長(zhǎng)的重要邊界和記錄。祁連山北緣發(fā)育北西-南東走向的河西走廊前陸盆地群, 其中酒西盆地位于沖斷系西段北側(cè), 向西終止于阿爾金走滑斷裂帶。祁連山北緣沖斷體系的逆沖變形進(jìn)入酒西盆地內(nèi)部, 導(dǎo)致盆地新生代地層卷入變形, 形成盆地內(nèi)部北西-南東走向的褶皺?沖斷體系——老君廟、石油溝、石油河構(gòu)造帶, 是祁連山北緣沖斷帶西段重要的油氣富集區(qū)[1-3]。

對(duì)祁連山北緣沖斷帶西段老君廟構(gòu)造帶的構(gòu)造樣式及其構(gòu)造演化爭(zhēng)議很大。該區(qū)域早白堊世發(fā)生強(qiáng)烈的伸展斷陷, 新生代經(jīng)歷坳陷沉積, 晚新生代以來遭受祁連山北緣逆沖體系北東向的逆沖推覆作用, 進(jìn)入陸內(nèi)前陸盆地演化階段[4-6]。本研究聚焦于酒西盆地老君廟構(gòu)造, 通過對(duì)新三維地震資料的構(gòu)造解釋, 揭示老君廟構(gòu)造帶主控?cái)嗔训娜S幾何特征、斷層屬性、沖斷巖席橫向構(gòu)造變形分布特征及構(gòu)造演化。

1 祁連山北緣構(gòu)造特征

祁連山北緣沖斷帶(山前)是北祁連造山帶新生代向河西走廊盆地群逆沖推覆構(gòu)造體系, 北界為龍首山斷裂, 東界為同心?固原斷裂與華北板塊相隔, 西緣以阿爾金走滑斷裂與塔里木板塊相連[4,7-9], 著名的老君廟構(gòu)造及石油溝構(gòu)造就位于祁連山北緣沖斷帶[2-3]。新近的深部大地電磁測(cè)深結(jié)構(gòu)解釋認(rèn)為, 北祁連山逆沖體系總體上呈 NWW 向展布, 向南以沖斷帶根部斷層為界深入北祁連山內(nèi)部, 向北以沖斷帶前鋒逆沖到酒西盆地腹部, 東西長(zhǎng) 1000 km, 南北寬 15~80 km, 大地電磁測(cè)深結(jié)構(gòu)剖面也顯示, 北祁連斷裂自深部向淺部逆沖在河西走廊中?新生代沉積物之上[10], 北祁連山根深度超過 50 km, 且河西走廊盆地群之下存在低導(dǎo)電率區(qū)域。

王洪潛[11]基于地震資料, 認(rèn)為祁連山之下至少隱伏 15 km 左右的中新生代地層。黃華芳等[12]通過對(duì)酒西坳陷南緣推覆構(gòu)造的地質(zhì)構(gòu)造特征、古地磁特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征分析, 推測(cè)北祁連山向北推覆開始于二疊紀(jì), 至今向北的推覆距離達(dá)200 km, 其中侏羅紀(jì)后的推覆距離為100 km左右, 并指出推覆構(gòu)造對(duì)酒西坳陷的盆地范圍、基底形態(tài)、沉積物類型、有機(jī)質(zhì)演化及油氣賦存條件等均有明顯控制作用。馮益民[13]則認(rèn)為大規(guī)模推覆體的形成不可能早于三疊紀(jì)末期, 推覆變形持續(xù)到侏羅紀(jì)末, 向北的推覆距離最大為50 km。

最近的研究及我們初步的野外勘查工作表明, 北祁連沖斷帶向河西走廊盆地群的逆沖擠壓變形主要發(fā)生在晚新生代, 這一變形時(shí)間和事件與青藏高原北緣地區(qū)新生代隆升、擠壓變形的時(shí)間基本上吻合[2,3,6,14]。趙賢正等[15]和陸潔民等[16]通過對(duì)酒西地區(qū)古流向分析和重礦物分析, 認(rèn)為北祁連山在白楊河組(E3b)沉積時(shí)期開始隆升變形，且北祁連山在新近紀(jì)開始由南向北沖斷。Liu 等[17]和方小敏等[5]通過對(duì)祁連山北緣老君廟背斜新生代的磁性地層年齡、構(gòu)造不整合面和逆沖斷裂發(fā)育分析, 推斷酒泉盆地南緣與祁連山?jīng)_斷有關(guān)的背斜開始形成時(shí)間略微早于8.3 Ma, 大致為9.0 Ma, 北祁連山即在該時(shí)期(或至少不晚于該時(shí)期)開始向北沖斷變形。陳柏林等[18]認(rèn)為祁連山?jīng)_斷以“前展式”向北擴(kuò)張, 變形年代向北變新, 并持續(xù)到第四紀(jì)?？梢? 北祁連沖斷帶晚新生代以來經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓, 這些擠壓變形在盆地內(nèi)發(fā)生普遍的逆沖推覆和疊瓦構(gòu)造, 導(dǎo)致新生代沉積物卷入變形。

根據(jù)沖斷帶理論模式, 程曉敢[19]和楊樹鋒等[3]提出祁連山北緣沖斷帶存在原地沖斷系統(tǒng)、近距離沖斷系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離沖斷系統(tǒng), 其中原地沖斷系統(tǒng)又可劃分為原地隱伏沖斷系統(tǒng)和原地顯露沖斷系統(tǒng)。酒泉盆地南緣的沖斷帶己證實(shí)至少存在 3 個(gè)滑脫面, 由南而北產(chǎn)生收縮變形的薄皮沖斷系統(tǒng), 沖斷體系北東向的沖斷推覆距離超過 50 km, 沖斷帶表現(xiàn)為“前展式”變形特征[3], 后續(xù)的多期活動(dòng)一直持續(xù)至第四紀(jì), 甚至至今尚處于活動(dòng)期[2,5-6,18,20]。一些研究也表明, 北祁連逆沖系統(tǒng)和酒西前陸沖斷帶垂向分層, 橫向構(gòu)造特征主要為拆離滑脫、斷層傳播褶皺和斷層突破[2-3,21-23]。

2 老君廟構(gòu)造帶結(jié)構(gòu)特征

老君廟構(gòu)造帶位于祁連山北緣逆沖斷裂的北東前陸盆地區(qū)內(nèi), 總體上呈北西-南東走向, 西緣與北東走向的 134 隱伏走滑斷裂鏈接, 向北東逐漸過渡為北西-南東走向, 南側(cè)以祁連山北緣逆沖推覆斷層為界, 東端被 NNE-SSW 走向的青頭山走滑斷層截切, 向東可能至嘉峪關(guān)隆起南緣(圖 1)。基于地表出露形態(tài)、三維地震剖面解釋及鉆井揭示的地層對(duì)比, 老君廟構(gòu)造帶整體構(gòu)造樣式為三角剪切型斷層傳播褶皺, 并遭受晚期(第四紀(jì)以來)沖斷改造。

為了確定老君廟沖斷帶剖面結(jié)構(gòu)的空間變化, 分別選擇老君廟沖斷帶東、中、西 3 個(gè)地段的代表性三維地震剖面, 對(duì)其構(gòu)造變形進(jìn)行分析和解釋。

2.1 沖斷帶中段

沖斷帶中段主要位于弓形山地區(qū), 在三維地震剖面上可以清晰地觀測(cè)到上下結(jié)構(gòu)的顯著差異: 深部表現(xiàn)為一個(gè)明顯的低幅背形結(jié)構(gòu)(圖 2(a)), 背形內(nèi)部楔體結(jié)構(gòu)明顯(圖 2(b)~(d))。上構(gòu)造層也存在兩種結(jié)構(gòu)差異, 即強(qiáng)烈不對(duì)稱背斜區(qū)和強(qiáng)烈變形區(qū), 強(qiáng)烈構(gòu)造變形區(qū)內(nèi)存在地層倒轉(zhuǎn)和向斜構(gòu)造, 強(qiáng)烈構(gòu)造帶內(nèi)地層的倒轉(zhuǎn)導(dǎo)致地震信號(hào)模糊(圖 2(a)~ (c))。在橫跨老君廟構(gòu)造帶中部位置的所有地震剖面上, 均可見到類似的剖面結(jié)構(gòu)特征, 指示老君廟構(gòu)造帶中部具有斷層傳播褶皺特點(diǎn)。斷層前緣變形地層存在倒轉(zhuǎn)、向斜等構(gòu)造, 表明斷層傳播前緣經(jīng)歷過三角剪切變形(圖 2(d)), 最終應(yīng)變積累發(fā)生斷層突破與沖斷[24], 在三角變形帶內(nèi)形成與褶皺變形有關(guān)的 3 組沖斷層(圖 2(b)~(c))。沖斷帶上盤白楊河組地層及以上年輕沉積地層基本上響應(yīng)上盤不對(duì)稱背斜構(gòu)造, 沖斷層下盤北東側(cè)沉積地層(白楊河組至現(xiàn)今地層)亦形成微弱的向斜結(jié)構(gòu), 表明中部沖斷層構(gòu)造形成時(shí)代非常年輕。

沖斷層下盤深部的“背形結(jié)構(gòu)”總體上呈現(xiàn)向北東前陸方向的構(gòu)造楔體形態(tài)(圖 2(b)~(d)), 楔體內(nèi)地層發(fā)生重復(fù)和加厚, 導(dǎo)致頂部形成低緩背斜(圖2(d))。該構(gòu)造楔體底板滑動(dòng)面幾乎與地層平行, 可能為古生界內(nèi)部石炭系?二疊系的滑脫層面, 楊樹鋒等[3]推測(cè)該滑脫層為石炭系太原組的黑色頁巖和煤系, 或二疊系大黃溝組的灰綠色頁巖。

在老君廟構(gòu)造帶中段, 上構(gòu)造層為沖斷結(jié)構(gòu), 引起地層垂向抬升; 下構(gòu)造層表現(xiàn)為局部地層重復(fù)與滑脫。上部三角剪切型斷層傳播褶皺結(jié)構(gòu)與深部逆沖構(gòu)造楔體共同構(gòu)成老君廟構(gòu)造帶中段的典型樣式(圖 2(d)), 沖斷層與構(gòu)造楔體共同起源于深部石炭系?二疊系頁巖滑脫層面。

2.2 沖斷帶東段

老君廟構(gòu)造帶東段上下結(jié)構(gòu)差異依然明顯。下部構(gòu)造層總體結(jié)構(gòu)為低緩背斜形態(tài), 內(nèi)部存在地層的有限重復(fù), 呈典型的構(gòu)造楔, 并引起上部地層低緩褶皺。上構(gòu)造層為沖斷構(gòu)造, 且沖斷帶上盤背斜頂面平緩, 變形主要集中于三角剪切變形帶內(nèi), 我們認(rèn)為存在 2 或 3 條沖斷層, 使得三角變形帶遭受破壞, 夾持在沖斷層之間的斷夾塊內(nèi)地震波信息模糊, 局部仍可識(shí)別出陡變的地層, 表明地層在該處強(qiáng)烈倒轉(zhuǎn)或呈陡立狀態(tài), 隱約可識(shí)別出斷夾塊內(nèi)部存在向斜構(gòu)造(圖 3)。在東端 L1096 地震剖面中, 上構(gòu)造層可識(shí)別出 3 條沖斷層, 且后緣沖斷層存在向上分支現(xiàn)象, 深部為構(gòu)造楔形體(圖3(a))。

2.3 沖斷帶西段

老君廟構(gòu)造帶的西段位于134斷裂與廟北斷裂過渡區(qū)域(圖 1), 在北東-南西向的地震剖面上, 構(gòu)造帶內(nèi)的斷裂結(jié)構(gòu)為陡立或完全直立, 斷裂面平行或分支向上傳播, 呈現(xiàn)花狀幾何特征, 東南盤強(qiáng)烈抬升, 高出北西盤對(duì)應(yīng)的地層(圖 4), 斷裂兩側(cè)地層雖然存在顯著高程差, 但地震反射界面指示的地層則表現(xiàn)為平緩或微弱褶皺。這些幾何學(xué)特點(diǎn)表明老君廟西段與 134 斷裂交匯位置為走滑斷裂, 且西南盤整體抬升, 逆沖分量相對(duì)較弱(圖 4)。以往研究普遍認(rèn)為 134 斷裂為本區(qū)一條走滑性質(zhì)的調(diào)節(jié)斷裂或撕裂斷裂, 但老君廟構(gòu)造帶西段位于134斷裂交匯位置, 我們認(rèn)為老君廟逆沖斷裂向西逐漸過渡為走滑性質(zhì)的134斷裂。

2.4 老君廟沖斷帶構(gòu)造樣式及差異性分析

就區(qū)域構(gòu)造而言, 老君廟構(gòu)造帶為祁連山北緣沖斷體系向酒西盆地逆沖的前鋒。該沖斷體系前緣剖面上總體表現(xiàn)為三角剪切型的斷層傳播褶皺構(gòu)造樣式, 且遭受后期褶皺相關(guān)斷層的高角度沖斷改造。沿走向, 該沖斷帶東段上盤褶皺相對(duì)寬緩, 向中段逐漸過渡為單斜、緊閉褶皺。再向西, 斷層轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂凶呋婺鏇_性質(zhì)、最終過渡為陡立的走滑斷裂(即134斷裂)。

上述剖面結(jié)構(gòu)及沿走向的結(jié)構(gòu)變化表明, 老君廟沖斷帶與其西側(cè)翼的 134 斷裂在深部可能為同一條斷裂體系, 即北東-南西走向的 134 走滑調(diào)節(jié)斷裂逐漸過渡為 NEE 走向走滑兼逆沖斷裂, 最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽?南東走向的逆沖前鋒(圖 5); 134 斷裂與老君廟斷裂組成統(tǒng)一的斷裂帶, 并與青頭山斷裂圍限的塊體構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的沖斷上盤巖片。

3 老君廟構(gòu)造帶東西向調(diào)節(jié)擠壓變形

根據(jù)1:20萬地質(zhì)圖分析, 深部隱伏的134斷裂在地表露頭表現(xiàn)為北東-南西走向的左旋走滑斷裂, 切割北祁連山古生界(圖 1), 結(jié)合老君廟構(gòu)造帶沖斷體系沿走向的結(jié)構(gòu)變化, 推測(cè)老君廟構(gòu)造帶沖斷帶與134斷裂是同一條斷裂體系。134斷裂在西側(cè)主要表現(xiàn)為斜斷坡性質(zhì), 其后緣靠近造山帶表現(xiàn)為走滑剪切性質(zhì), 向 NNE 前陸方向逐漸過渡為走滑兼逆沖, 且逆沖前鋒逐漸過渡為前斷坡, 以三角剪切型沖斷系向前陸方向推進(jìn)(圖 6)。

對(duì)老君廟逆沖前鋒?134 斷裂?青頭山斷裂圍限的沖斷巖片進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)在老君廟構(gòu)造帶內(nèi)不僅存在北西-南東走向的沖斷體系, 還存在近南北走向的寬緩褶皺, 褶皺軸跡與沖斷帶走向近垂直(圖5)。近南北走向的褶皺構(gòu)造中, 卷入變形的地層主要為中生界及其以上的新生界, 褶皺南端寬緩, 向北逐漸變得緊閉(圖 5)。這些褶皺變形幾何特征一方面暗示統(tǒng)一的134?老君廟斷裂體系的存在, 另一方面也表明 134?老君廟?青頭山斷裂體系圍限的上盤巖片向北逆沖過程中產(chǎn)生近東西向擠壓變形。

在橫跨石油溝?老君廟?青西坳陷的三維地震剖面(圖 6 和 7)上, 近東西向的收縮變形形成跨越本區(qū)的“三隆兩坳”格局, 即老君廟背斜、石油溝背斜、青西反轉(zhuǎn)背斜區(qū)以及兩個(gè)向斜坳陷(圖 6)。在134 斷裂上盤, 地層發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺與逆沖疊置, 廟北Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)斷裂的斷裂面也發(fā)生彎曲變形(圖 6)。廟北斷裂沖斷巖片向北的逆沖導(dǎo)致南盤地層多次重復(fù), 顯示南盤地層增厚、抬升及剝蝕。134 斷裂表現(xiàn)為向西逆沖在青西反轉(zhuǎn)構(gòu)造之上, 局部地區(qū)突破白楊河組地層(圖 6)。134 斷裂上盤的地層強(qiáng)烈增厚和抬升主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面, 其一為東西向的收縮變形導(dǎo)致的背斜構(gòu)造, 其二為老君廟逆沖巖片向北東方向的逆沖導(dǎo)致沖斷巖片的重復(fù)(圖 6 和 7)。最顯著的證據(jù)是在 134 斷裂的上盤可以觀察到廟北Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)斷裂的斷裂面與地層發(fā)生同步褶皺變形, 這 3 條沖斷巖席導(dǎo)致上盤地層重復(fù)(圖 6)。

東西向的收縮變形跨越134斷裂后進(jìn)入青西坳陷, 并導(dǎo)致青西坳陷淺部白楊河組地層及其以上地層發(fā)生明顯褶皺變形, 白楊河組地層發(fā)生同步褶皺變形(圖6和7)。由于134斷裂和509斷裂之間志留系古隆起的阻擋效應(yīng)[22], 以及東西向調(diào)節(jié)擠壓變形應(yīng)變量的限制, 我們認(rèn)為東西向調(diào)節(jié)擠壓應(yīng)變只發(fā)生在白楊河組及其以上地層。

從后緣造山帶向前陸方向, 134?老君廟沖斷帶系統(tǒng)及青頭山調(diào)節(jié)斷裂組成一個(gè)南寬北窄的逆沖巖席(圖8)。在后緣靠近造山帶方向, 134斷裂主要表現(xiàn)為走滑特征, 向北逐漸過渡為斜斷坡, 斷裂表現(xiàn)為左旋走滑兼南盤的逆沖(圖 8(a)和(b)), 斷面東傾, 向北逐漸過渡為南傾(圖 8)。這種斷面幾何的空間變化導(dǎo)致 134?老君廟斷裂體系上盤地層(尤其是中生界及其上覆新生界地層)不但經(jīng)歷自南向北的逆沖體系的褶皺?沖斷改造, 同期也發(fā)生近東西向的收縮應(yīng)變, 形成近南北走向的背斜?向斜, 且應(yīng)變量表現(xiàn)為南強(qiáng)北弱, 進(jìn)而導(dǎo)致褶皺向北東方向逐漸變得緊閉(圖8(c))。

上述斷裂空間結(jié)構(gòu)分析表明, 老君廟沖斷帶上盤巖片不但發(fā)生強(qiáng)烈的沖斷構(gòu)造變形, 而且發(fā)生垂直沖斷帶近南北走向的寬緩褶皺變形, 對(duì)沖斷層上盤巖席淺部新生代地層產(chǎn)生構(gòu)造疊加?？傊? 老君廟構(gòu)造帶內(nèi)同期發(fā)育兩組構(gòu)造: 北西-南東走向的三角剪切型沖斷體系和近南北走向的褶皺體系。

4 134-老君廟斷裂體系三維結(jié)構(gòu)

基于上述對(duì)青西?老君廟構(gòu)造帶三維地震剖面的構(gòu)造解釋, 我們認(rèn)為在平面上, 134 走滑斷裂表現(xiàn)為構(gòu)造調(diào)節(jié)邊界, 向北東方向延伸, 并入老君廟沖斷體系; 134調(diào)節(jié)斷裂以西為窟窿山?柳溝莊基底卷入型逆沖體系, 以東為老君廟三角剪切型褶皺?沖斷體系。在三維空間上, 134?老君廟斷裂體系結(jié)構(gòu)如圖9所示。

以往對(duì)老君廟構(gòu)造帶西緣 134 斷裂的構(gòu)造解釋中, 普遍認(rèn)為 134 斷裂為撕裂型走滑斷裂, 調(diào)節(jié)山前逆沖褶皺體系向北的差異位移。從 134 斷裂在地表的走向及地震剖面解釋結(jié)果來看, 用簡(jiǎn)單撕裂型走滑調(diào)節(jié)斷裂很難解釋區(qū)內(nèi)老君廟構(gòu)造帶內(nèi)的一些構(gòu)造現(xiàn)象: 1) 與老君廟沖斷帶近垂直的南北向褶皺; 2) 134 斷裂在靠近逆沖前鋒位置表現(xiàn)出強(qiáng)烈逆沖; 3) 134 斷裂東南盤表現(xiàn)出地層整體抬升; 4) 134 斷裂東南盤地層的多次重復(fù)效應(yīng); 5) 134 斷裂東南盤內(nèi)斷裂面發(fā)生的褶皺變形。

因此, 我們認(rèn)為, 134斷裂與老君廟沖斷帶為統(tǒng)一的斷裂體系(圖 9), 該體系由造山帶向盆地方向發(fā)生走向彎曲, 斷裂面靠近造山帶處為陡立、正花狀(側(cè)翼), 向盆地方向斷面逐漸過渡為東南傾(傾斜翼), 最終過渡為東西走向南傾沖斷體系(前鋒)。這種彎曲的斷面幾何引發(fā)老君廟沖斷巖席上盤地層在向北逆沖過程中變形空間的逐漸變小, 導(dǎo)致垂直逆沖方向(東西向)的收縮應(yīng)變。這種由逆沖巖片向北逆沖及變形空間變小引起的收縮應(yīng)變又反作用于逆沖巖片上, 進(jìn)而導(dǎo)致逆沖巖片和逆沖斷面的褶皺變形。因此, 在東西向地震剖面上可以觀測(cè)到地層褶皺、地層重復(fù)、廟北斷層的斷面彎曲變形, 以及廟北斷裂與 134 斷層相互交切等現(xiàn)象。在更大的區(qū)域, 如青西?老君廟?石油溝帶, 東西向的收縮應(yīng)變也導(dǎo)致白楊河組及其以上地層褶皺變形。

5 老君廟三角剪切型褶皺?沖斷帶構(gòu)造演化

斷層傳播褶皺作為褶皺沖斷帶內(nèi)重要的構(gòu)造樣式, 其基本特征如下: 1) 形態(tài)不對(duì)稱, 前翼陡、窄, 后翼寬、緩; 2) 向斜“固定”在斷層端點(diǎn)處; 3) 隨深度加大, 褶皺越來越緊閉; 4) 背斜軸面的分叉點(diǎn)與斷層端點(diǎn)在同一地層面上; 5) 背斜軸面在斷面上的終止點(diǎn)與斷層轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間的距離即為斷層的傾向滑動(dòng)量, 斷層滑動(dòng)量向上減小。

隨著斷層傳播褶皺在地表和地震剖面上的大量解釋與識(shí)別, 以及物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的佐證, 一些新的構(gòu)造現(xiàn)象和觀測(cè)結(jié)果[1,25-28]引起人們的重視: 1) 斷層下盤的向斜與斷層上盤的背斜常成對(duì)出現(xiàn), 斷層切過它們的共同翼; 2) 前翼地層存在加厚或減薄現(xiàn)象; 3) 褶皺前翼地層普遍發(fā)生旋轉(zhuǎn), 即靠近斷層端點(diǎn)處地層變陡, 而向上地層變緩; 4) 前翼地層變形強(qiáng)烈, 例如在前翼廣泛發(fā)育指向前陸的剪切, 顯示構(gòu)造變形復(fù)雜, 呈現(xiàn)非均一變形特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見, 三角剪切模式為解釋沖斷帶內(nèi)褶皺地層增厚、地層倒轉(zhuǎn)以及三角形變形帶等特征提供了幾何學(xué)支持。

基于三維地震剖面的構(gòu)造解釋, 發(fā)現(xiàn)老君廟構(gòu)造帶西段表現(xiàn)為走滑兼逆沖構(gòu)造, 中段和東段表現(xiàn)為典型三角剪切型褶皺?沖斷結(jié)構(gòu), 且中段背斜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為單斜, 具強(qiáng)烈不對(duì)稱性, 東段的上盤褶皺平緩, 表現(xiàn)為箱狀幾何特征, 逆沖斷裂面則表現(xiàn)為自深部向淺部逐漸變陡。這些結(jié)構(gòu)特征與 Branden-burg[29]對(duì)三角剪切型斷層傳播褶皺的幾何學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果基本上一致(圖 10)。傾角為 30°的逆沖斷裂向上傳播, 首先在斷裂上盤形成寬緩的三角形褶皺變形區(qū)(第一階段, 圖 10(a)), 隨著斷層向地表不斷突破, 斷層傾角逐漸變大, 上盤逐漸形成單斜結(jié)構(gòu),下盤形成單向斜, 距離斷層面越近, 背斜的不對(duì)稱性越強(qiáng)烈(第二階段, 圖 10(a))。隨著應(yīng)變逐漸增大, 斷層向上突破(圖 10(b)), 傾角逐漸變大, 上盤形成典型的箱狀褶皺(斷面主要沿褶皺樞紐突破), 頂面平緩(第三階段, 圖 10(a))。這些結(jié)構(gòu)特征在老君廟構(gòu)造帶前緣褶皺中均有保留。

6 結(jié)論

基于對(duì)祁連山北緣老君廟沖斷帶三維地震的構(gòu)造解釋，總結(jié)該沖斷帶構(gòu)造特征如下。

1) 134?老君廟斷裂為統(tǒng)一的斷層, 其后緣以走滑調(diào)節(jié)為主, 前鋒為褶皺?沖斷系, 是本區(qū)重要的構(gòu)造邊界。

2) 老君廟構(gòu)造帶為“雙層結(jié)構(gòu)”, 淺部為三角剪切型褶皺?沖斷構(gòu)造, 沖斷帶下盤深部發(fā)育向前陸方向的逆沖構(gòu)造楔體。

3) “134?老君廟?青頭山”斷裂圍限的上盤巖片向前陸強(qiáng)烈沖斷, 導(dǎo)致平行沖斷帶近東西方向的擠壓調(diào)節(jié)變形, 引起淺部新生代地層形成近南北走向的褶皺變形。老君廟沖斷巖片的上盤同期發(fā)育兩組構(gòu)造: 北西-南東走向的三角剪切型沖斷體系和近南北走向的褶皺體系。

4) 三角剪切型褶皺?沖斷演化模式暗示, 老君廟構(gòu)造帶先期曾形成過統(tǒng)一的背斜構(gòu)造, 后期經(jīng)歷沖斷改造。

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Geometry and Tectonic Evolution of the Laojunmiao Break-Thrust Belt in the Northern Margin of Qilian Mountain

XIAO Yuxiang1,2, DU Wenbo1, ZHANG Bo3,?, ZHANG Jinjiang3, HOU Xiulin2, WANG Wei1, HE Xin2, LI Xiaojun1, YIN Congyuan3

1. Exploration and Production Research Institute, Yumen Oilfield of CNPC, Jiuquan 735019; 2. Exploration and Production Research Institute, CNPC, Beijing 100083; 3. The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; ? Corresponding author, E-mail: geozhangbo@pku.edu.cn

On the base of the 3D seismic profile interpretations, combined with the previous findings, geometry and tectonic evolution across and along the Laojunmiao break-thrust belt in the northern margin of the Northern Qilian belt are deciphered. The Laojunmiao belt is a bi-layer thrust system, consisting of a trishear fault-propagation fold system in the upper part, wedge-shaped thrust in the lower part. The Laojunmiao thrust system is linked with the NE-SW striking-slip 134 fault in the western segment, which forms a unified system of fracture on the Laojunmiao belt. Thrusting sheet above the hanging wall of the 134-Laojunmiao fault system is folded under nearly E-S compressive stress field, which results in the N-S striking folding to superpose on the Cenozoic bedding.

Northern Qilian thrust belt; Laojunmiao anticline; tri-shearing fold; thrust; wedge-shaped thrust; fault linkage

10.13209/j.0479-8023.2016.054

P542

2015-09-19;

2015-12-02; 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2016-09-01

中國(guó)石油股份有限公司重大科技專項(xiàng)(2013E-3304)資助