吴孔友+刘波+刘寅+贾春明+郭建勋+李思瑶

摘要：准噶尔盆地中拐凸起经历了多期构造运动，断裂叠加改造作用强烈，断裂关系极为复杂。利用最新采集的高精度三维地震资料，对中拐凸起发育的断裂进行了精细解析，识别出逆断裂、正断裂、走滑断裂等多种性质的断裂，它们发育具有明显差异性。剖面上，以三叠系底和白垩系底为界，将中拐凸起断裂划分为深层石炭系—二叠系挤压逆冲断裂体系、中层三叠系—侏罗系压扭走滑断裂体系和浅层白垩系—新近系伸展正断裂体系，并分析了不同断裂体系的叠加关系。平面上，将中拐凸起发育的断裂划分为红3井东逆冲走滑断裂系统、598井东逆冲走滑断裂系统、红山嘴东逆冲走滑断裂系统、五区南逆冲断裂系统、克拉玛依逆冲弱走滑断裂系统和拐6井走滑断裂系统，它们各自具有独特的构造与组合特征。根据准噶尔盆地西北缘构造演化背景，结合平衡剖面恢复，将中拐凸起断裂体系划分为二叠纪挤压逆冲阶段、三叠纪—侏罗纪压扭走滑阶段和白垩纪—新近纪掀斜伸展阶段。

关键词：断裂体系；特征；类型；组合；演化阶段；形成机理；中拐凸起；准噶尔盆地

中图分类号：P542+.3 文献标志码：A

Abstract： Zhongguai uplift in Junggar Basin experiences multi stages of tectonic movements. The superimposition and alteration mineralization of faults are strong， forming complex fault systems. According to the new collected highprecision 3D seismic data， the fault systems in Zhongguai uplift were interpreted， and the superimposed relation of different fault systems identified was discussed. The results show that the faults in Zhongguai uplift can be divided into thrust fault， normal fault and strikeslip fault， which have significant differences； according to the types， scale， activity and formation mechanism of these faults， the fault systems in Zhongguai uplift include CarboniferousPermian compression and thrust fault system， TriassicJurassic transpressive and strikeslip fault system and CretaceousNeogene extensive normal fault system； according to the difference of fault occurrence， corresponding relation of faults in plane and in profile， and genetic relationship with boundary fault， the faults in plane can be subdivided into the thrustslip fault group in the east of well Hong3， the thrustslip fault group in the east of well 598， the thrustslip fault group in the east of Hongshanzui， the thrust fault group in the south of Wuqu， the thrustweak slip fault group in Karamay， and the thrustslip fault group in the east of well Guai6； the structure and combination of each fault group are unique individually； according to the tectonic evolution setting in the northwestern margin of Junggar Basin， combined with balance section restoration， the fault systems in Zhongguai uplift can be divided into Permian compression and thrust stage， TriassicJurassic transpressive stage and CretaceousNeogene tilted extensive stage.

Key words： fault system； characteristic； type； combination； evolution stage； formation mechanism； Zhongguai uplift； Junggar Basin

0引言

斷裂体系是指具有成因联系的同一地质时期内，由统一应力场所产生的断裂总合[1]。断裂体系分析注重断裂间成因联系，一个断裂体系中可以包含不同等级、不同产状、不同性质、不同序次的断裂[2]。随着油气勘探的发展，前人不断将断裂体系理论应用于含油气盆地分析之中，以研究盆地的性质、演化过程、形成背景、圈闭类型及成藏条件等[25]。

准噶尔盆地西北缘由于构造变形特征的差异，被分为三大断裂带，即近SN向的红车断裂带、NE向的克百断裂带和NEE向的乌夏断裂带等[612]。其中，中拐凸起处于红车断裂带与克百断裂带的转换部位，构造极为复杂。前人的研究工作主要集中在三大断裂带上，中拐凸起常只作为附属构造单元而未被重视，因而忽略了这种特殊构造位置的重要性。

尽管前人对准噶尔盆地西北缘断裂带的研究工作较多，但在断裂性质、活动时间等方面还存在诸多分歧：在断裂性质方面，有大型叠瓦状前陆逆冲推覆断裂带[6，1314]、基底卷入的高角度冲断带[1516]、右行走滑断裂带[1719]、早期逆冲推覆与后期走滑冲断叠加的复合断裂带[2022]等多种认识；在断裂活动时间上，多数研究人员认为是石炭纪—三叠纪[6，14]，也有人认为是晚二叠世—中晚三叠世[18]，或是三叠纪末期—侏罗纪[23]，近年来，越来越多的研究人员认识到断裂活动具有多期性[2022]，还注意到准噶尔盆地西北缘NW向横断裂的发育。这些断裂通常具有调节作用，但是关于其活动时间及成因机制也还存在诸多分歧[68，2122]。造成以上分歧的原因是多数研究只是针对单一构造期的断裂，缺乏断裂分期及对不同构造期断裂叠加关系方面的研究，尤其缺乏对构造转换带——中拐凸起断裂系统性的研究。本文以新采集的高精度三维地震资料为基础，对中拐凸起断裂特征、类型、组合及演化开展精细解析，以期有助于认识准噶尔盆地西北缘断裂带的性质及演化过程，特别是中拐凸起的形成演化过程。

1区域地质背景

在大地构造位置上，准噶尔盆地西北缘位于哈萨克斯坦板块与准噶尔地块的交汇部位，并紧邻西准噶尔造山带（图1）[13，24]。石炭纪晚期，哈萨克斯坦板块与准噶尔地块碰撞造山，形成叠瓦状前陆冲断推覆构造[6，25]，准噶尔盆地西北缘为这一大型冲断推覆构造的前锋[26]。二叠纪—中生代，西准噶尔发育多期走滑构造，形成托里、达尔布特等大型走滑断裂[17，2729]。其中达尔布特断裂距离准噶尔盆地最近，受其产生的NW向分支走滑断裂切割[7]。准噶尔盆地西北缘由南向北可划分为近SN向的红车断裂带、NE向的克百断裂带和NEE向的乌夏断裂带等3段[6]。

中拐凸起处于准噶尔盆地西北缘克百断裂带与红车断裂带构造转换部位（图1），是晚石炭世—早二叠世挤压应力场作用下形成的宽缓鼻状古隆起，勘探面积约为2 200 km2[30]。中拐凸起整体上为西北高、东南低，高部位缺失中、下二叠统，上二叠统上乌尔禾组与下伏石炭系呈角度不整合接触；三叠系—侏罗系披覆于中拐凸起之上，顶部薄翼部厚，隆升幅度变小；燕山运动使隆起区又一次抬升，中、上侏罗统普遍遭受剥蚀，与上覆白垩系呈角度不整合接触；白垩纪及以后地层主要为简单的单斜形态[30]。

图件引自文献[16]，有所修改

2断裂类型及发育特征

准噶尔盆地中拐凸起经历了海西、印支、燕山和喜山等多期构造运动叠加改造，断裂十分发育。早期研究认为，中拐凸起主要发育晚海西期—早燕山期逆断裂及中晚燕山期正断裂[6]，而也有人提出走滑断裂的解释模式，并指出侏罗系中发育负花状构造[31]。本文通过对高精度三维地震资料进行精细对比解释，结合区域构造应力场分析，揭示了中拐凸起在晚海西期主要发育逆冲断裂，在印支期—早中燕山期主要发育走滑断裂，在晚燕山期—喜山期主要发育正断裂。由于早期逆冲断裂活动性强，地层变形剧烈，而后期走滑断裂又具有切穿深度大、分支断裂发育的特点，导致断裂在剖面及平面上组合极为复杂。本次研究采用分区、分层、分期的动态研究方法，将断裂发育的空间与时间特征相结合，对断裂体系进行剥离，发现逆断裂、走滑断裂、正斷裂的产状特征、分布规律、活动时间及形成机理等都具有明显的成生关系。

2.1逆断裂

K2d为上白垩统东沟组；K1s为下白垩统胜金口组；K1h为下白垩统呼图壁河组；K1q为下白垩统清水河组；J2x为中侏罗统西山窑组； P3w为上二叠统上乌尔禾组；P2x为中二叠统夏子街组；P1f为下二叠统风城组；P1j3为下二叠统佳木河组三段；P1j2为下二叠统佳木河组二段；P1j1为下二叠统佳木河组一段；剖面位置见图3

中拐凸起逆断裂主要发育于石炭系与二叠系，红山嘴东断裂、红3井东断裂、598井东断裂、五区南断裂等断面多上陡下缓呈铲式，垂向断距较大，与分支断裂组成叠瓦状冲断层系[图2（a）]。逆冲断裂以NW走向为主，根据倾向的不同可划分为两组：一组发育于红3井东断裂附近，倾向NE，与红3井东断裂近平行或小角度相交，这组断裂在主断裂下盘尤其发育，剖面上呈后缘叠瓦状冲断层系，它们共同组成红3井东逆冲断裂系统；另一组断裂发育于598井东断裂附近（包括598井断裂），倾向SW，剖面上呈后缘叠瓦状冲断层系，这组断裂组成598井东逆冲断裂系统[图3（a）]。而在紧邻中拐凸起的红山嘴转换带（即红山嘴断裂西侧）同样发育一组NW向逆冲断裂，这组断裂倾向SW，断开最高层位为侏罗系八道湾组底部，剖面上常呈前缘叠瓦状冲断层系和“Y”字型组合，将这组断裂划分为红山嘴东逆冲断裂系统。而在中拐凸起北部靠近克百断裂带附近，受扎伊尔山隆升、推覆的影响，发育一组NE向逆断裂，倾向NW，断开石炭系至下侏罗统地层，断裂向盆地方向规模逐渐减小，这些断裂形成于海西期，多平行于克拉玛依断裂，组成克拉玛依逆冲断裂系统。五区南断裂附近发育一组NWW—近EW向断裂，与五区南断裂近平行或小角度相交，倾向NE，断裂错断至三叠系顶部，断裂上盘三叠系—侏罗系发育断展褶皱，将这组断裂划分为五区南逆冲断裂系统[图3（a）]。

2.2走滑断裂

印支期—燕山中期，在西准噶尔达尔布特断裂左旋走滑的影响下，扎伊尔山向准噶尔盆地斜向挤压[32]，中拐凸起早期的逆冲断裂发生压扭；红山嘴东断裂、红3井东断裂、598井断裂、598井东断裂等转换为走滑断裂，切割三叠系—侏罗系，受边界走滑断裂的控制，在中拐凸起中部产生拐6井走滑断裂系统[图2（b）]。在平面和剖面上，研究区走滑断裂具有以下特征：①走滑断裂走向多为NW向[图3（b）]，平面延伸都较为平直，剖面上断面陡直，一般均大于70°，属于典型的高角度断裂；

②平面上，主走滑断裂常呈雁列状组合，派生次级分支断裂常呈羽状，主走滑断裂尾端发育马尾状构造；③剖面上，主走滑断裂与派生断裂常呈花状构造组合，由于多期构造叠加，中拐凸起发育正花状构造、负花状构造和复合花状构造（下部为代表压扭应力的正花状构造，而上部又叠加了代表张扭应力的负花状构造，如拐6井花状构造）；④走滑断裂局部弯曲部位常发育挤压隆升、拉张凹陷（红3井东走滑断裂）；⑤走滑断裂在空间上可见“海豚效应”和“丝带效应”，如红3井东走滑断裂和拐6井走滑断裂沿走向均出现倾向及倾角变化，均有视“正”断裂和视“逆”断裂的表现；⑥走滑断裂叠加于底部逆冲断裂之上，早期逆冲断裂常转化为走滑断裂或遭受走滑断裂改造，因此，常出现早期逆冲断裂被走滑断裂错断的现象，主走滑断裂的一侧为早期逆冲断面，而另一侧常出现被错断的早期逆冲断面留下的“尾巴”[图2（b）]。

2.3正断裂

准噶尔盆地中拐凸起正断裂规模较小，对凸起的演化及地层沉积均没有明显控制作用[图2（c）]，平面上多呈近EW向和NWW向[图3（c）]。正断裂可分为3类：第1类主要发育于白垩系及以上地层，走向近EW向，多向南倾，只有少部分向北倾，剖面上常呈阶梯状、堑垒式组合，此类断裂形成于喜山期；第2类发育于中拐凸起顶部及NE向斜坡区三叠系、侏罗系内，走向NW向，与凸起主轴平行，在凸起顶部呈相对倾斜、对称分布，此类断裂形成时区域构造应力场还是挤压环境，而内部为局部拉张环境，即“外压内张”环境[30]；第3类发育于逆断裂上盘，与下部逆断裂走向近平行，但倾向相反，共同组成似“y”字形构造。底部逆冲断裂的活动造成这些断裂上、下盘地层厚度及高度差异产生的差异压实作用在上、下盘地层之间产生局部拉张，形成与下部断裂倾向相反的正断裂；或是由于断裂上盘地层发育断展褶皱，地层弯曲产生局部拉张。

3断裂体系划分及平面叠加关系

3.1断裂体系划分

准噶尔盆地西北缘经历不同期次构造运动，周缘板块产生挤压的大小和方向均有所不同[24，33]。通过高精度三维地震资料解释，结合区域构造背景，根据断裂性质、规模、切穿层位、活动史及动力机制，以三叠系底和白垩系底为界，将中拐凸起断裂划分为深层石炭系—二叠系挤压逆冲断裂体系、中层三叠系—侏罗系压扭走滑断裂体系、浅层白垩系—新近系伸展正断裂体系等三大体系（图4）。

从断裂的规模来看，深层断裂体系占据主导地位，奠定了中拐凸起的构造格局，并对中、浅层断裂体系活动有重要影响。中层断裂体系形成期是一次重要转折期，区域应力场由挤压转变为压扭，中拐凸起也在该期定型。因早期岩石破碎，逆冲断裂带为构造的脆弱面，走滑断裂多叠加于这些逆冲断裂之上。浅层断裂体系形成时，中拐凸起已经埋藏并逐渐向南掀斜，地层多为简单单斜，因此，浅层断裂体系虽有发育，但对中拐凸起的构造格局基本没有影响。

深层石炭系—二叠系挤压逆冲断裂体系的断裂数量多，规模大，断面多呈铲式，以叠瓦状逆冲断裂组合及背冲构造为主，主要形成于晚海西期挤压构造环境，控制了中拐凸起的演化。其中，红3井东断裂和598井东断裂、红山嘴东断裂等规模最大，而向中拐凸起两侧断裂规模逐渐减小。红3井东断裂与598井东断裂走向近于平行，而倾向相反，夹持于其间的中拐凸起变形强烈，呈不对称背冲构造，顶部遭受剥蚀，从而缺失中、下二叠统。

中层三叠系—侏罗系压扭走滑断裂体系部分向下切至石炭系，形成于印支期压扭构造环境。走滑断裂叠加于底部逆冲断裂之上，并对深部逆冲断裂进行改造，早期的边界断裂（红3井东逆冲断裂、598井逆冲断裂、598井东逆冲断裂等）转化为走滑断裂并被错断，在剖面上留下一条“尾巴”。受这些边界走滑断裂的控制，中拐凸起发育扭动构造并且缓慢隆升，致使三叠系—侏罗系顶部薄翼部厚。走滑断裂平面上近平行排列，剖面上發育4组花状构造，以正花状构造为主，如中拐凸起中部的拐6井走滑断裂。一组侏罗系负花状构造叠加在三叠系正花状构造之上，组成一种特殊的复合花状构造。

克拉玛依逆冲弱走滑断裂系统和五区南逆冲断裂系统属于晚海西期；红3井东逆冲走滑断裂系统、红山嘴东逆冲走滑断裂系统和598井东逆冲走滑断裂系统属于印支期继承性发育的；拐6井走滑断裂系统属于印支期产生的；EW∠N表示走向为EW，倾向为南，以此类推

浅层白垩系—新近系伸展正断裂体系走向以近EW向为主，剖面上常呈阶梯状组合及堑垒式组合。浅层断裂体系形成于喜山期局部伸展构造环境，断裂数量少，规模小，断距小，对中拐凸起已无控制作用，白垩系—新近系呈简单单斜形态。

3.2断裂体系平面叠加关系

断裂的平面分布与组合关系反映了断裂的形成次序及区域应力场方向的变化。由于中拐凸起石炭系—二叠系中发育逆断裂，三叠系—侏罗系中发育走滑断裂，白垩系及以上地层中发育正断裂，断裂活动强度整体上具有由强减弱的特点。不同走向的断裂互相切割，早期断裂又遭受晚期断裂的叠加改造，使研究区内断裂体系组合关系复杂。

中拐凸起晚海西期逆冲断裂规模大，活动强，切穿石炭系—二叠系；印支系—燕山期形成的走滑断裂向下也切至石炭系，导致石炭系顶面多期次、多方向、多种类型的断裂互相叠加（图5）。石炭系顶面主要发育NW向、NWW向、NE向和NEE向断裂，其中以NW向断裂为主；断裂平面组合方式以斜交式、平行式、羽状、网状为主（图6）。根据前述不同断裂的产状差异、断裂在平面与剖面上的对应关系、断裂与边界断裂的成因联系及活动期次，将研究区石炭系顶面断裂划分为红3井东逆冲走滑断裂系统、598井东逆冲走滑断裂系统、红山嘴东逆冲走滑断裂系统、五区南逆冲断裂系统、克拉玛依逆冲弱走滑断裂系统和拐6井走滑断裂系统。

4断裂形成机理与演化期次

准噶尔盆地西北缘中拐凸起断裂体系是晚古生代挤压应力场与中生代压扭应力场叠加的结果。二叠纪是中拐凸起最重要的演化阶段，由于剧烈的构造抬升，中拐凸起顶部缺失中、下二叠统，而斜坡区二叠系分布主要受红3井东断裂及红山嘴东断裂控制，地层尖灭线延伸与断裂走向近平行；三叠纪—侏罗纪分布主要受克百及红车断裂带控制，地层尖灭线延伸与断裂走向近平行；白垩纪及以后地层分布已不受断层控制，主要为简单的单斜构造。因此，根据断裂体系的发育特征，结合区域构造背景及平衡剖面恢复，将中拐凸起断裂演化划分为二叠纪挤压逆冲、三叠纪—侏罗纪压扭走滑、白垩纪—新近纪掀斜伸展3个阶段（图7、8）。

图（a）、（b）为前陆盆地发育阶段；图（c）～（e）为挤压逆冲断裂发育阶段；图（f）～（h）为压扭走滑断裂发育阶段；图（i）为伸展正断裂发育阶段

4.1二叠纪挤压逆冲阶段

石炭纪末期—二叠纪早期，准噶尔地块与哈萨克斯坦板块碰撞造山，山前发育西北缘前陆盆地系统，中拐凸起与达巴松凸起构成前缘隆起[图8（a）][13，25，34]。沙湾凹陷的下二叠统佳木河组一段厚度稳定，但变形强烈，与上覆下二叠统佳木河组二段之间存在明显角度不整合，且下二叠统佳木河组二段厚度横向变化较大，表明两段之间存在大规模的构造运动。

早二叠世晚期，受扎伊尔山NW向和阿尔泰山NE向构造应力的共同作用[35]，产生NNE向合力，红3井东断裂剧烈逆冲，中拐凸起隆升、遭受剥蚀，并控制了斜坡带的地层分布[图8（b）]。晚二叠纪，中拐凸起隆升幅度变缓，湖平面扩张，上二叠统上乌尔禾组逐渐超覆于中拐凸起之上，并与下覆地层成角度不整合接触。此期地层尖灭线已不受红3井东断裂控制，而是与克拉玛依断裂近似平行，说明此期中拐凸起构造活动变弱，而受NW向克拉玛依断裂的控制，NW向还在继续抬升，朝SE向倾伏[图8（b）]。

4.2三叠纪—侏罗纪压扭走滑阶段

印支期，准噶尔盆地西北缘不仅受NW向挤压应力，还受NE向挤压应力，而且NE向挤压应力占主导地位[34]。在此背景下，达尔布特断裂走滑方向反转，发生左行走滑[21]，并产生Sylvester简单剪切模式中的次级R、R′（如大侏罗沟断裂）、P断裂（图9）[32，36]。此时，NW向红3井东断裂和598井断裂处于达尔布特主走滑断裂（PDZ）的次级R′断裂位置，发生右旋走滑（图10），并在中拐凸起内部形成压扭应力场。在对应构造演化剖面可以看出，与之前二叠系沉积不同，三叠系的沉积范围逐渐扩大，这一现象反映了逆冲活动已有所减弱，导致上盘隆升变缓，为三叠系沉积提供了更广的沉积空间。此时，中拐凸起上地层的沉积受克拉玛依断裂及红车断裂带共同控制，逐渐朝SE向倾伏。

φ为内摩擦角

侏罗纪，沉积范围进一步扩大，中拐凸起接受了较厚的中、下侏罗统沉积。中—晚侏罗世，拉萨地块与欧亚大陆碰撞，产生一个向北的挤压应力；同时，西伯利亚板块与华北板块随其间鄂霍茨克洋的快速闭合发生强烈的碰撞聚合作用[37]，西伯利亚板块向南的挤压应力使阿尔泰和东准噶尔山系均表现出强烈的挤压隆升。在两个挤压应力共同作用下，中拐凸起随车莫古隆起整体抬升[38]，侏罗系齐古组、头屯河组及西山窑组遭受强烈剥蚀，分布范围急剧减小，与上覆白垩系以削截不整合接触，由凸起向凹陷地层厚度变大。

4.3白垩纪—新近纪掀斜伸展阶段

白垩纪开始，中拐凸起构造运动趋于平静，稳定接受沉积，地层变形微弱，为简单的单斜形态，在斜坡区发育小型正断裂[图8（d）]。

新近系受印度板块与欧亚板块碰撞的影响，天山再次隆升，南缘发育再生前陆盆地，准噶尔盆地整体向南倾伏[3334]。中拐凸起位于南缘再生前陆盆地的前缘隆起位置，随盆地整体向南掀斜，地层由朝SE向倾伏，逐渐转变为向南倾伏。红3井东断裂及598井断裂已基本停止活动，而受南缘前陆盆地压陷挠曲的影响，产生近SN向张应力，凸起南部发育近EW向正断裂。

5结语

（1）中拐凸起逆断裂、正断裂、走滑断裂均有发育。逆断裂多呈铲式，以叠瓦状、背冲式组合为主；正断裂多呈板式，以阶梯状、堑垒式组合为主；走滑断裂断面陡直，以花状组合为主。

（2）中拐凸起断裂剖面上发育深层石炭系—二叠系挤压逆冲断裂体系、中层三叠系—侏罗系压扭走滑断裂体系、浅层白垩系—新近系伸展正断裂体系。

（3）中拐凸起断裂平面上可划分为红3井东逆冲走滑断裂系统、598井东逆冲走滑断裂系统、红山嘴东逆冲走滑断裂系统、五区南逆冲断裂系统、克拉玛依逆冲弱走滑断裂系统和拐6井走滑断裂系统。

（4）中拐凸起二叠纪受NE向挤压的控制，NW向边界断裂产生并控制了中拐凸起的剧烈隆升；三叠纪—侏罗纪受近SN向压扭应力及达尔布特断裂左旋走滑的影响，NW向走滑断裂发育；新近系受准噶尔盆地南缘再生前陆盆地的影响，中拐凸起向南掀斜，产生近EW向正断裂。

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