楊克基 漆家福 劉傲然 張衛(wèi)剛 馬寶軍 李 冬

（1.河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北地質(zhì)大學(xué) 石家莊 050000；2.河北地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 石家莊 050000；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院 北京 102249；4.中國石油長慶油田分公司 西安 710000）

鹽構(gòu)造的形成演化是一個(gè)長期而復(fù)雜的過程，其觸發(fā)因素和控制條件眾多，在不同的構(gòu)造、沉積環(huán)境及不同演化階段控制因素也有所差異（Hudec and Jackson，2007；Li et al.，2012；Nikolinakou et al.，2014）。鹽構(gòu)造變形的控制因素總體可分為鹽層自身因素和外界條件兩方面，前者主要包括鹽層強(qiáng)度（Nikolinakou et al.，2014）、鹽層厚度（Li et al.，2021）、鹽層寬度、鹽體幾何形狀、鹽層在構(gòu)造層中所處深度等；后者主要包括構(gòu)造活動(dòng)速率和時(shí)間（李維波等，2017）、差異負(fù)荷（高麟等，2020）、同沉積和剝蝕作用及其速率（謝會(huì)文等，2014；Wu et al.，2021）、基底先存構(gòu)造（Dooley et al.，2017；Neng et al.，2018）等。在上述因素中，基底構(gòu)造在各種類型盆地中普遍存在，對后期鹽構(gòu)造變形具有十分強(qiáng)烈的控制作用?；讟?gòu)造有多種類型，常見的有基底斷裂、基底古隆起和基巖起伏等?；讛嗔炎鳛槌Ｒ姷囊环N先存構(gòu)造，對構(gòu)造變形的控制作用引起了眾多研究者的關(guān)注（Burberry，2015；Sun et al.，2018；Schori et al.，2021）。地震地質(zhì)資料分析以及模擬實(shí)驗(yàn)研究均表明，基底斷裂對上覆蓋層斷裂體系的展布、剖面和平面樣式、活動(dòng)性均有較強(qiáng)控制作用（馬寶軍等，2009；董敏等，2019）。基底斷裂控制盆地?cái)嗔洋w系發(fā)育的根本原因在于其優(yōu)先活動(dòng)，先存斷裂的規(guī)模越大，對后期斷層的控制作用就越強(qiáng)（童亨茂等，2009）?；讛嗔褜π律鷶嗔鸦顒?dòng)的控制作用可分為繼承型、派生型、調(diào)節(jié)型、誘導(dǎo)型等多種類型（束寧凱等，2017）。

庫車坳陷位于塔里木盆地和南天山之間的盆山耦合位置，其新生代鹽構(gòu)造的變形特征和形成機(jī)制一直是研究的熱點(diǎn)。前人對該地區(qū)的鹽構(gòu)造變形進(jìn)行了包括構(gòu)造變形解析、物理和數(shù)值模擬等定性和定量研究（Wu et al.，2014；李江海等，2020；Wang et al.，2020），認(rèn)為該地區(qū)鹽構(gòu)造變形的受控因素眾多，主要包括原始鹽湖數(shù)量（徐振平等，2009，2012）、含鹽盆地寬度（Wu et al.，2014）、鹽層厚度和性質(zhì)（李艷友等，2013；龍毅等，2020）、鹽層浮力（余一欣等，2008）、擠壓應(yīng)力（李曰俊等，2009；尹宏偉等，2011）、差異負(fù)荷（汪新等，2010；唐鵬程等，2012）、早期鹽底辟（Zhao and Wang，2016）等。庫車坳陷基底斷裂對鹽構(gòu)造變形的影響也引起了關(guān)注（Neng et al.，2018；徐雯嶠等，2020）。余一欣等（2006）和成亞等（2020）分別對庫車坳陷中段的西秋構(gòu)造帶，以及坳陷東段的土格爾明等構(gòu)造帶的基底斷裂在鹽構(gòu)造變形中的作用進(jìn)行了分析，認(rèn)為先存斷裂在后期構(gòu)造變形中會(huì)優(yōu)先活動(dòng)，在斷裂后緣產(chǎn)生新斷層，并將變形優(yōu)先限制在先存斷裂上盤。

前人對于庫車坳陷鹽構(gòu)造變形控制因素已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，但是目前專門針對庫車坳陷，尤其是在庫車坳陷中段這一鹽構(gòu)造變形最為典型的地區(qū)，基底斷裂幾何特征、演化以及不同構(gòu)造帶基底斷裂的差異，及其在擠壓應(yīng)力下對鹽構(gòu)造樣式和應(yīng)力應(yīng)變有何具體影響的研究還不夠全面。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，基于最新的二維和三維地震資料解釋方案，分析了不同構(gòu)造帶鹽下層斷裂的剖面樣式和平面展布特征，并運(yùn)用平衡剖面技術(shù)，恢復(fù)了庫車坳陷南北向區(qū)域剖面的演化過程，探討了基底斷裂可能的形成過程。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合物理和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，分析了基底斷裂對鹽構(gòu)造演化過程中變形樣式、應(yīng)力和應(yīng)變的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 庫車坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨皽y線位置圖Fig.1 Division of structural units and location of survey lines in the Kuqa Depression

2 庫車坳陷基底斷裂特征

2.1 基底變形解釋方案

由于鹽巖的屏蔽作用，庫車坳陷鹽下層地震資料品質(zhì)不佳，解釋方案有較大爭議。尤其是位于山前的克拉蘇構(gòu)造帶，鹽下層遭受了強(qiáng)烈的擠壓改造，變形尤為復(fù)雜，鹽下層的地震解釋方案有多種。漆家福等（2009a，2009b，2013）論述了克拉蘇構(gòu)造帶鹽下層可能的地震解釋方案，認(rèn)為淺層為蓋層滑脫褶皺、深層為基底卷入的楔狀疊瓦構(gòu)造的“分層滑脫”模型更能合理地解釋現(xiàn)有可靠的構(gòu)造信息。

結(jié)合近年來最新的研究成果（李勇，2018；Neng et al.，2018；楊克基等，2018；Li et al.，2021），本文將克拉蘇構(gòu)造帶的地震資料解釋為如圖2所示樣式。解釋依據(jù)主要如下：1）重磁資料清晰顯示，克拉蘇斷裂為切割深度超過16 000 m的陡傾基底卷入斷裂，在其下盤則發(fā)育鏟式蓋層滑脫斷裂（Neng et al.，2018）；2）平衡剖面恢復(fù)結(jié)果顯示克拉蘇地區(qū)北緣發(fā)育先存的基底卷入斷裂（高麟等，2020）；3）基于面積—深度法的定量計(jì)算表明，克拉蘇斷裂下盤的蓋層斷裂滑脫深度約為10 km，大致相當(dāng)于盆地基底與三疊系蓋層之間的軟弱面（Wang et al.，2017）。秋里塔格構(gòu)造帶鹽下層構(gòu)造變形相對簡單，解釋方案異議較小，現(xiàn)有研究多將其解釋為對沖或背沖斷塊樣式（余一欣等，2006；余海波等，2015；李勇，2018）。

2.2 基底斷裂剖面特征

在確立了鹽下層解釋方案的基礎(chǔ)上，本文對不同構(gòu)造帶基底斷裂幾何學(xué)特征的差異進(jìn)行了分析。

過克拉蘇構(gòu)造帶的三維地震剖面顯示，該地區(qū)鹽下層斷裂整體上分為兩部分：一是克拉蘇斷裂及克拉北斷裂等高角度基底卷入主干斷裂；二是主干斷裂下盤發(fā)育的次級鏟式逆沖斷裂，這些次級斷裂向深部聚斂于盆地三疊系蓋層底面，構(gòu)成疊瓦扇樣式（圖2）。在克拉蘇構(gòu)造帶內(nèi)部，自西向東從大北區(qū)段到克深區(qū)段鹽下層變形特征也有明顯差異。大北段的地震資料（圖2a）顯示，該地區(qū)克拉蘇斷裂逆沖斷距較小，而疊瓦扇前緣斷裂逆沖位移較大，鹽丘主要發(fā)育在疊瓦扇前緣斷裂的下盤，其規(guī)模遠(yuǎn)大于克拉蘇斷裂頂部的鹽丘。在大北和克深段的過渡區(qū)域（圖2b），克拉蘇斷裂的逆沖位移有所增大，而疊瓦扇前緣斷裂的逆沖位移則減?。幌鄳?yīng)地，克拉蘇斷裂下盤的鹽丘規(guī)模變大，而逆沖扇前緣斷裂下盤的鹽丘規(guī)模明顯減小，兩個(gè)鹽丘的規(guī)模相當(dāng)。在克深段，地震資料（圖2c）顯示鹽下層斷裂的斷距差異較大，斷距最大的為克拉蘇斷裂，而逆沖疊瓦扇南緣的斷裂位移很??；鹽丘主要發(fā)育在克拉蘇斷裂下盤，疊瓦扇前緣斷裂頂部鹽底辟十分微弱。整體上，克拉蘇構(gòu)造帶鹽層的構(gòu)造變形樣式，自西向東，由大北段的雙鹽丘，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭松疃蔚膯嘻}丘。

圖2 過克拉蘇構(gòu)造帶的三維地震剖面及其解釋圖（剖面位置見圖1）Fig.2 Interpretation results of seismic profiles crossing the Kelasu structure belt（section position in Fig.1）

秋里塔格構(gòu)造帶的地震資料（圖3）顯示，該地區(qū)基底斷裂的逆沖位移均較小，明顯弱于克拉蘇構(gòu)造帶的基底斷裂。這些基底斷裂在剖面上表現(xiàn)為對沖或背沖樣式，但在不同部位斷裂的發(fā)育數(shù)量有所差異。

圖3 過秋里塔格構(gòu)造帶的二維地震剖面及其解釋圖（剖面位置見圖1）Fig.3 Interpretation results of seismic profiles crossing the Qiulitage structure belt（section position in Fig.1）

2.3 基底斷裂平面特征

在對庫車坳陷中生代原型盆地構(gòu)造和古地理進(jìn)行恢復(fù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維地震數(shù)據(jù)體解釋成果，編制了庫車坳陷白堊紀(jì)末期的斷裂系統(tǒng)圖（圖4）。斷裂系統(tǒng)圖顯示，庫車坳陷除拜城凹陷外，其他各構(gòu)造帶均有基底斷裂發(fā)育。這些斷裂大多呈EW 走向，與構(gòu)造帶的延伸方向一致，但是不同構(gòu)造帶的基底斷裂規(guī)模、產(chǎn)狀和樣式差異較大。其中克拉蘇構(gòu)造帶的克拉蘇斷裂規(guī)模最大，其次為克拉北斷裂，而秋里塔格構(gòu)造帶的基底斷裂規(guī)模相對較小；克拉蘇構(gòu)造帶的基底斷裂均向北傾，而秋里塔格構(gòu)造帶的基底斷裂有南傾，也有北傾。在庫車坳陷的東段，也有較多數(shù)量的基底斷裂發(fā)育。

圖4 庫車坳陷白堊紀(jì)末期斷裂系統(tǒng)圖Fig.4 Fault system at the end of Cretaceous in the Kuqa Depression

3 基底斷裂演化過程

本文結(jié)合區(qū)域構(gòu)造—沉積背景，利用Move 2017 軟件，恢復(fù)了庫車坳陷NS 向區(qū)域大剖面的構(gòu)造演化過程（圖5），對庫車地區(qū)基底斷裂的演化過程進(jìn)行了分析，將其劃分為以下4 個(gè)階段：

1）海西期造山后伸展塌陷階段（圖5a、圖5b）：二疊紀(jì)末—三疊紀(jì)初，南天山洋關(guān)閉并碰撞造山，形成南天山海西期造山楔（李曰俊等，2009）；侏羅紀(jì)在板塊內(nèi)部的應(yīng)力松弛和造山后塌陷作用下，庫車坳陷發(fā)生陸內(nèi)裂陷，沉積了侏羅系厚層煤系烴源巖。位于盆山過渡帶的克拉蘇和北部單斜地區(qū)，在此期間很容易發(fā)生伸展塌陷，發(fā)育了數(shù)條NEE 向的高角度北傾伸展斷裂。2）中生代末期擠壓反轉(zhuǎn)階段（圖5c）：晚白堊世，由于青藏高原地區(qū)Kohistan-Dras 島弧與拉薩陸塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)，庫車坳陷整體遭受擠壓（湯良杰等，2003a，2003b），造成上白堊統(tǒng)區(qū)域性缺失，克拉蘇地區(qū)的先存斷裂發(fā)生發(fā)生反轉(zhuǎn)。在遠(yuǎn)離山前的秋里塔格地區(qū)，擠壓應(yīng)力誘發(fā)了對沖或背沖樣式的逆沖斷裂，但逆沖位移較小。3）古近紀(jì)弱伸展階段（圖5d）：古近紀(jì)以來，由于地殼均衡作用，庫車坳陷轉(zhuǎn)為近NS 向弱伸展構(gòu)造環(huán)境（何光玉等，2003），沉積了厚層鹽層。4）新近紀(jì)強(qiáng)烈擠壓階段（圖5e）：中新世以來，伴隨著印度—西藏碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)（劉志宏等，2000），南天山劇烈隆升，擠壓應(yīng)力達(dá)到峰值（鄭淳方等，2016）。坳陷內(nèi)基底斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，對上覆鹽構(gòu)造變形產(chǎn)生重要影響。

梯倫豪斯技術(shù)有限公司始終致力于表面精密加工技術(shù)領(lǐng)域，其超精研（Microfinish）技術(shù)在世界各地涉及到超精密的領(lǐng)域被當(dāng)做高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性加工的象征。梯倫豪斯超精研技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)已經(jīng)有60多年的歷史，主要應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和轉(zhuǎn)向器等運(yùn)動(dòng)部件的制造。產(chǎn)品主要包括超精平面類工件的MicorStar、超精軸類零件的CenterStar、超精軸承內(nèi)外圈的BearingStar以及超精球類零件的EndoStar四大類。

圖5 庫車坳陷構(gòu)造演化剖面Fig.5 Formation and evolution process of basement faults in the Kuqa Depression

4 基底斷裂對鹽構(gòu)造變形的影響

基底斷裂作為構(gòu)造薄弱帶，在后期構(gòu)造變形中常常會(huì)優(yōu)先活動(dòng)，進(jìn)而對構(gòu)造變形產(chǎn)生重要影響。庫車坳陷基底斷裂對后期構(gòu)造變形的控制作用，主要體現(xiàn)在以下方面。

4.1 對鹽層原始沉積厚度的影響

庫車坳陷白堊紀(jì)末期的古構(gòu)造地理圖顯示，克拉蘇大斷裂（圖6 中F1）位于當(dāng)時(shí)的湖盆中心，而秋里塔格構(gòu)造帶基底斷裂（圖6 中F2、F3 等）位于深湖的南部邊界。古新世初期庫車坳陷轉(zhuǎn)為弱伸展環(huán)境，先存的克拉蘇大斷裂位于盆山耦合薄弱帶，非常容易發(fā)生裂陷活動(dòng)，有利于沿著斷裂帶原始鹽層沉積厚度的增大，進(jìn)而對該地區(qū)后期鹽構(gòu)造劇烈的變形產(chǎn)生影響。而西秋構(gòu)造帶的基底斷裂，由于發(fā)育在西秋古隆起之上，且位于湖盆邊緣，其活動(dòng)對鹽層原始沉積厚度的影響較弱。

圖6 庫車坳陷白堊紀(jì)末期古構(gòu)造地理圖（據(jù)余海波等，2016）Fig.6 The paleotectonic geography at the end of Cretaceous in the Kuqa Depression

4.2 對鹽底辟發(fā)育位置的影響

基底斷裂作為構(gòu)造薄弱帶，在后期變形時(shí)容易沿?cái)嗔寻l(fā)生應(yīng)力集中。在擠壓作用的初期，即使遭受的應(yīng)力較小，基底斷裂也可優(yōu)先活動(dòng)，發(fā)生強(qiáng)烈逆沖。若斷裂逆沖位移較大，可在斷裂下盤形成可容空間，鹽巖在此聚集形成鹽背斜。克拉蘇構(gòu)造帶的地震剖面（圖2）顯示，鹽構(gòu)造主要發(fā)育在具有較大逆沖位移的基底斷裂的下盤。斷裂的逆沖位移越大，其下盤的底辟背斜規(guī)模也越大。

至于秋里塔格構(gòu)造帶，該地區(qū)的基底斷裂處于鹽湖沉積邊緣，原始沉積的鹽層厚度很薄，無法為鹽構(gòu)造的發(fā)育提供充足源鹽。中新世以來南天山的擠壓應(yīng)力向南傳遞過程中，甚至未能引發(fā)拜城凹陷鹽下層發(fā)生變形，理論上秋里塔格構(gòu)造帶遭受的擠壓應(yīng)力應(yīng)該更弱，不利于擠壓鹽構(gòu)造的形成。但地震資料清晰顯示秋里塔格構(gòu)造帶（尤其是西秋地區(qū)）鹽構(gòu)造規(guī)模巨大。經(jīng)分析，這與鹽下層斷裂的活動(dòng)有關(guān)：在中新世以來擠壓應(yīng)力向南傳遞過程中，基底斷裂即使遭受很小的應(yīng)力也可優(yōu)先活動(dòng)，鹽巖在斷裂頂部發(fā)生聚集增厚，形成規(guī)模巨大的鹽構(gòu)造。秋里塔格地區(qū)的地震剖面（圖3）表明，該地區(qū)的鹽背斜均發(fā)育在這些先存的基底斷裂之上，而其規(guī)模則與基底斷裂的數(shù)量有一定關(guān)系，基底斷裂越密集，在后期活動(dòng)時(shí)誘發(fā)的鹽構(gòu)造規(guī)模也越大。當(dāng)然，除基底斷裂外，西秋構(gòu)造帶規(guī)模巨大的鹽構(gòu)造還受到拜城凹陷同沉積等因素的影響，但基底斷裂的作用至關(guān)重要。

此外，從庫車坳陷基底斷裂和鹽底辟背斜的疊合圖（圖7）也可以看出，兩者具有很好的吻合關(guān)系，表明基底斷裂對鹽構(gòu)造的發(fā)育位置具有較強(qiáng)控制作用。

圖7 庫車坳陷基底斷裂與鹽背斜發(fā)育位置疊合圖Fig.7 Superimposition map of basement faults and salt anticlines in the Kuqa Depression

4.3 對鹽構(gòu)造變形樣式的影響

克拉蘇和秋里塔格構(gòu)造帶雖然都表現(xiàn)出分層收縮變形特征，但變形樣式有顯著差異。克拉蘇構(gòu)造帶大北段疊瓦扇前緣的鹽丘表現(xiàn)為隱刺穿，規(guī)模較大，鹽上層背斜完整，無斷層發(fā)育；疊瓦扇后緣的鹽丘刺穿圍巖，鹽上層發(fā)育一條逆沖位移較大的斷層。自大北段向東，隱刺穿鹽枕的規(guī)模逐漸減小，鹽上層變形隨之變得微弱，刺穿鹽丘的規(guī)模則有所增大。無論是大北段還是克深段，刺穿鹽丘的上覆層均表現(xiàn)出明顯的同沉積特征（上盤厚度小于下盤）。秋里塔格構(gòu)造帶鹽丘表現(xiàn)為“單峰”或“雙峰”形態(tài)，以刺穿或斷裂形式與圍巖接觸，鹽上層褶皺作用強(qiáng)烈，且有多條逆沖斷層發(fā)育，斷層切割背斜導(dǎo)致其形態(tài)復(fù)雜。

兩個(gè)構(gòu)造帶變形的差異可能與基底斷裂的活動(dòng)性有關(guān)?？死K構(gòu)造帶位于山前，遭受的逆沖作用較強(qiáng)，基底斷裂逆沖位移較大，鹽巖主要在下盤聚集形成鹽丘，形態(tài)較為簡單?；讛嗔训膹?fù)活，促進(jìn)了鹽上層逆沖斷裂的發(fā)育，導(dǎo)致鹽上層具有明顯的同沉積特征。而秋里塔格構(gòu)造帶的基底斷裂，在中新世晚期復(fù)活時(shí)逆沖位移較小，無法在下盤形成可容空間，但可在斷裂頂部形成應(yīng)力擾動(dòng)，促使鹽巖在斷裂頂部聚集增厚。在擠壓應(yīng)力和鹽巖底辟共同作用下，鹽上層發(fā)育多條逆沖斷層，對背斜進(jìn)行切割改造，導(dǎo)致其形態(tài)復(fù)雜。

此外，基底斷裂的發(fā)育，對于拜城凹陷的構(gòu)造變形也有重要控制作用。根據(jù)前文分析，拜城凹陷前新生代沒有發(fā)育先存斷裂。在中新世后期的構(gòu)造擠壓期間，其北側(cè)的克拉蘇構(gòu)造帶和南側(cè)的秋里塔格構(gòu)造帶，由于基底斷裂的復(fù)活，吸引了大量鹽巖的流入，兩者之間的拜城凹陷，則主要發(fā)生鹽巖的撤離減薄，最終導(dǎo)致拜城地區(qū)形成鹽撤凹陷，發(fā)育魚尾構(gòu)造，局部甚至發(fā)育焊接構(gòu)造。

5 基底斷裂影響鹽構(gòu)造變形的模擬實(shí)驗(yàn)

本文設(shè)計(jì)了有限元數(shù)值模擬和沙箱物理模擬實(shí)驗(yàn)，以定量分析基底斷裂對鹽構(gòu)造發(fā)育過程中應(yīng)力和應(yīng)變的影響。

5.1 沙箱物理模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用60～80 目的白色石英砂模擬鹽上和鹽下地層，用60 萬分子量的硅膠模擬鹽巖層。實(shí)驗(yàn)1 為原始模型，長度和寬度分別為60 cm 和30 cm，左側(cè)擠壓，擠壓速率0.002 mm/s、總擠壓量位移16 cm。實(shí)驗(yàn)2 在原始模型的基礎(chǔ)上，在距離擠壓端25 cm處，在鹽下層預(yù)先埋入一塊塑料薄片，用來模擬基底斷裂。實(shí)驗(yàn)變形過程如下：

在原始實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校▓D8），當(dāng)擠壓量為4 cm 時(shí)，鹽下層和鹽上層開始發(fā)生褶皺變形。當(dāng)擠壓量達(dá)到8 cm 時(shí)，鹽下層開始形成明顯的斷裂，鹽上層的褶皺數(shù)量增加。隨著擠壓作用的持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)擠壓量達(dá)到16 cm 時(shí)，鹽下層和鹽上層的變形都更加強(qiáng)烈，鹽下層以發(fā)育發(fā)育逆沖斷裂為主，鹽上層以褶皺為主，斷裂很少發(fā)育。整體上，鹽上層變形的傳播距離遠(yuǎn)大于鹽下層。

圖8 無基底斷裂鹽構(gòu)造變形的物理模擬實(shí)驗(yàn)Fig.8 Physical simulation experiment of salt tectonic deformation without basement fault

在基底斷裂模型實(shí)驗(yàn)過程中（圖9），當(dāng)擠壓量為4 cm 時(shí)，基底斷裂尚未開始活動(dòng)。當(dāng)擠壓量達(dá)到12 cm 時(shí)，基底斷裂開始有輕微活動(dòng)，與原始模型相比，鹽下層和鹽上層變形向左傳播的距離均較近。當(dāng)擠壓量達(dá)到16 cm 時(shí)，基底先存斷裂的逆沖位移明顯增大，在斷裂的下盤鹽巖聚集形成大規(guī)模鹽丘。在基底斷裂的頂部，鹽上層的變形也較原始模型強(qiáng)烈，發(fā)育了一個(gè)緊閉背斜，背斜核部被斷裂破壞。

圖9 基底斷裂影響下鹽構(gòu)造變形的物理模擬實(shí)驗(yàn)Fig.9 Physical simulation experiment of salt tectonic deformation with basement fault

與原始模型相比，基底斷裂對鹽構(gòu)造變形的影響主要表現(xiàn)在以下方面：1）當(dāng)達(dá)到一定擠壓量時(shí)，遠(yuǎn)離擠壓端的基底斷裂也可發(fā)生活動(dòng)，并在后續(xù)變形中促進(jìn)鹽巖在斷裂下盤聚集，形成大規(guī)模底辟背斜；2）基底斷裂的復(fù)活吸收了部分收縮位移，從而一定程度上減弱了近擠壓端鹽下層的沖斷作用；3） 先存斷裂的復(fù)活，促使了其頂部鹽上層斷裂的發(fā)育，并導(dǎo)致鹽上層的褶皺更加緊閉；4）受基底斷裂影響，鹽上層變形向前傳播的范圍有所減小，而鹽下層變形傳播范圍則增大（圖10）。這也表明雖然鹽層的“拆離作用”使得鹽上層和鹽下層具有分層滑脫特征，基底斷裂不能對鹽上層沖斷前鋒的遷移產(chǎn)生直接影響，但可通過影響鹽層的局部增厚以及鹽上層局部變形的增強(qiáng)，從而間接改變鹽上層沖斷前鋒向前陸的遷移距離。

圖10 不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ望}上層和鹽下層變形范圍對比Fig.10 Comparison of deformation range of suprasalt strata and subsalt strata in different experiment models

5.2 三維有限元數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

相較于物理模擬實(shí)驗(yàn)，數(shù)值模擬在設(shè)置巖石力學(xué)參數(shù)、邊界條件、載荷施加大小和方向等方面有極大優(yōu)勢。本次實(shí)驗(yàn)以圖5 中鹽層沉積之后，遭受強(qiáng)烈擠壓之前（蘇維依組沉積末期）的平衡剖面作為地質(zhì)模型，采用巖土工程領(lǐng)域通用的Midas GTS NX（New experience of geo-technical analysis system）軟件進(jìn)行三維數(shù)值模擬。模型長為96 km、高13 km、寬7 km，劃分為59 699 個(gè)節(jié)點(diǎn)，312 835 個(gè)網(wǎng)格（圖11）。結(jié)合前人關(guān)于庫車坳陷巖石力學(xué)性質(zhì)（王子煜，2002）和應(yīng)力場恢復(fù)（鄭淳方等，2016）的研究成果，模型具體參數(shù)設(shè)置如表1 所示，擠壓應(yīng)力大小為100 MPa。模型的左側(cè)約束X 方向位移，底面約束Z 方向位移，前后約束Y 方向位移，右側(cè)施力。考慮到模型中基底、鹽下層、鹽層和鹽上層的密度和層厚差異較大，自身重力對應(yīng)力場也有較大影響，因此在載荷設(shè)置中添加了巖體“自重”這一因素（模型中間紅色三角箭頭的方向），以更加確切的模擬巖層在遭受擠壓時(shí)應(yīng)力場分布情況。

圖11 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.11 Geological model of numerical experiment model

表1 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)表Table 1 Detailed parameters of numerical simulation experiment

最大剪應(yīng)力的數(shù)值模擬結(jié)果（圖12a）顯示，在遭受自北向南的擠壓時(shí)，剪應(yīng)力最大值為284 449 kN/m2，分布在克拉蘇基底大斷裂底部；最小值為1 289.68 kN/m2，分布在克拉蘇斷裂上覆蓋層的近地表位置。自地表向深部，最大剪應(yīng)力整體上呈遞增的趨勢，但基底斷裂的頂部均出現(xiàn)了明顯的剪應(yīng)力異?，F(xiàn)象，其中表現(xiàn)最為明顯的是克拉蘇斷裂頂部，剪應(yīng)力可達(dá)到63 011.91 kN/m2；秋里塔格構(gòu)造帶基底斷裂頂部的剪應(yīng)力可達(dá)到47 280.86 kN/m2；而位于兩者之間的拜城凹陷，由于無基斷裂發(fā)育，剪應(yīng)力的分布和地層展布趨勢一致，無異常出現(xiàn)，且值較小。最大剪應(yīng)變模擬結(jié)果（圖12b）顯示，剪應(yīng)變整體上沿著基底斷裂帶分布，最大值0.046 位于北部單斜帶基底斷裂中部，最小值0.000 20 位于該斷裂底部。在各構(gòu)造帶基底斷裂的頂部，也出現(xiàn)了明顯的剪應(yīng)變異常現(xiàn)象，尤其是秋里塔格構(gòu)造帶，其基底斷裂頂部剪應(yīng)變增大區(qū)非常明顯，且嚴(yán)格受斷裂分布范圍控制，剪應(yīng)變值可達(dá)到0.003 0；克拉蘇構(gòu)造帶基底斷裂頂部也出現(xiàn)了應(yīng)變增大區(qū)，但范圍相對較小，應(yīng)變值約0.002 2；位于兩者之間的拜城凹陷，剪應(yīng)變相對較小。

圖12 最大剪應(yīng)力和剪應(yīng)變數(shù)值模擬結(jié)果Fig.12 Numerical simulation results of maximum shear stress and strain

通過上述分析可知，即使在鹽層遭受擠壓的初期，遠(yuǎn)離山前的秋里塔格構(gòu)造帶，基底斷裂頂部也會(huì)出現(xiàn)明顯的剪應(yīng)力和應(yīng)變增大現(xiàn)象，進(jìn)而在后期持續(xù)擠壓過程中對鹽構(gòu)造的形成演化產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步證明，克拉蘇和秋里塔格構(gòu)造帶規(guī)模壯觀的鹽構(gòu)造，與基底斷裂復(fù)活造成的剪應(yīng)力和剪應(yīng)變增大有關(guān)，而拜城凹陷則因?yàn)闊o基底斷裂發(fā)育，鹽巖向兩側(cè)流走形成鹽撤凹陷。

6 結(jié) 論

（1）庫車坳陷克拉蘇和秋里塔格構(gòu)造帶基底斷裂均有發(fā)育，多呈近EW 向展布，但在樣式上差異較大?？死K構(gòu)造帶基底斷裂均為北傾，主干基底斷裂與下盤次生斷裂組成逆沖疊瓦扇構(gòu)造；秋里塔格構(gòu)造帶基底斷裂多為對沖或背沖式。這些基底斷裂向上均未刺穿鹽層。

（2）庫車坳陷基底斷裂對鹽構(gòu)造變形的影響主要體現(xiàn)在以下方面：基底斷裂的活動(dòng)對于原始鹽層的沉積厚度有一定控制作用；基底斷裂的分布控制了后期擠壓鹽底辟的發(fā)育位置；基底斷裂的樣式對上覆鹽構(gòu)造樣式有重要影響。

（3）物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)存在基底斷裂時(shí)，受斷裂復(fù)活影響，鹽下層的構(gòu)造變形范圍向前陸的擴(kuò)展距離變遠(yuǎn)，而鹽上層的變形范圍向前陸擴(kuò)展距離變近?；讛嗔训拇嬖?，也促進(jìn)了其頂部鹽上層發(fā)育新的逆沖斷裂。數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)表明，即使遠(yuǎn)離山前的盆地腹部，在遭受擠壓時(shí)，基底斷裂也很容易復(fù)活，在斷裂頂部和斷塊之間會(huì)出現(xiàn)明顯的剪應(yīng)力和剪應(yīng)變增大區(qū)域。先存斷裂復(fù)活造成的應(yīng)力和應(yīng)變集中，是斷裂附近大規(guī)模鹽構(gòu)造發(fā)育的重要誘因。