◇中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院 唐洁云

本次研究在断层相关褶皱理论的指导下，对乌伦古坳陷的地震剖面开展精细的构造解释，通过断层识别、解释和褶皱的识别和分析确定断层的类型，划定断层活动的期次。用Fault-Fold-Forward软件进行剖面的正演模拟，最终构建断层运动模型。研究显示乌伦古坳陷的控凹断层（红盆断裂、吐丝托依拉断裂和伦2井南断裂）符合基底卷入型褶皱活动机制结合三角剪切褶皱活动。基底应该为古生代的地层，中新生代的地层作为一套盖层被卷入变形。另外，控凹断层自身具有多期活动的特点。

准噶尔盆地北缘中、新生代以来的逆冲推覆作用已被很多学者所认可。师志龙（2002）认为在古近纪准噶尔盆地北缘发生了两次逆冲推覆作用[1]。陈正乐（2006）通过对沉积充填过程和构造运动的复原提出了准噶尔盆地北缘新生代四期沉积构造演化模型[2]。前人对于中、新生代时期准噶尔北缘的逆冲运动都是从沉积充填的角度出发，并没有真实直接的反映复活活动的地震剖面证据。

对于中、新生代断层活动的性质大家也有不同的意见：师志龙（2002）认为古近纪两期的挤压推覆构造以吐丝托依拉断裂带这条基底断裂带的复活逆冲作用为主，并且它的活动是间歇式的，不连续的[1]；陈正乐（2006）认为新生代时期准噶尔北缘先期的深部逆冲断层发生了再次活动，促使浅层地壳产生了拉张断裂[2]。但是他主要针对浅层地表拉张断层形成的过程进行了阐述，并未对深层先期断层的再次活动进行运动学方面的分析。

本文以工区内的地震剖面为基础，在断层相关褶皱理论的指导下，对地震剖面开展精细的构造解释，通过断层识别、解释和褶皱的识别和分析确定断层的类型，通过对与断层活动相关的不整合面和生长地层的分析得到断层活动的时间，并将断层活动的期次进行划定。用2D-move软件进行反演恢复，用Fault-Fold-Forward软件进行剖面的正演模拟，构建断层运动模型。

1 区域地质概况

乌伦古坳陷划分为3个二级构造单元：红岩断阶带（I1）、索索泉凹陷（I2）、乌伦古南斜坡（I3）。乌伦古坳陷在其演化过程中经历了多期的构造运动，形成了多期不同规模的地层不整合现象。这为确定和划分地震层序和构造-地层层序，解释坳陷演化阶段提供了可靠的依据。根据乌伦古坳陷内的不整合接触关系，结合沉积物组成特征，将乌伦古坳陷地区划分为五个构造层序：石炭系构造层；三叠系构造层；侏罗系构造层；白垩系-古近系构造层；新近系-第四系构造层。

2 主要断裂系统特征

乌伦古坳陷内已发现的断层数量多达30多条，根据断层发育的规模，其延伸距离以及活动期次可以将乌伦古坳陷地区的断层划分为两个级别：一级断层和二级断层[3]。

一级断层主要位于坳陷的北部边缘，属于边界断层，其发育规模较大，延伸距离长，断层性质多为逆断层，其上下盘构造面貌往往具有明显的差异。这类断层主要包括了吐丝托依拉断裂（F1）、乌伦古北断裂、乌伦古东断裂等。二级断层主要起到的是分割乌伦古坳陷与陆梁隆起以及二级构造单元的次一级的边界断层，这类断层延伸较长，断距较大，主要包括了伦2井南断裂（F2）、红盆断裂（F3）、陆北断裂、喀拉萨依断裂和滴水泉北断裂。索索泉凹陷与断阶带之间的断凹格局主要是受到控凹断裂的控制。在乌伦古坳陷的西段、中段和东段的控凹断裂分别是：吐孜托依拉断裂、伦2井南断裂以及红盆断裂。中、新生代以来，控凹断层的复活活动控制了红岩断阶带地区的构造变形，这三条断层是我们本次研究的重点。

2.1 吐丝托依拉断裂（F1）

吐丝托依拉断裂（F1）位于乌伦古坳陷的东北缘，总体走向为北西向，剖面上断裂的上盘一侧为红岩断阶带基岩浅埋区，受到剥蚀作用比较强烈，地层严重受到剥蚀。下盘一侧为索索泉凹陷的沉积凹陷区，地层发育相对完整，地层沉积厚度大，属于控凹断裂。断裂上陡下缓，上部近于直角。该断层切穿的地层自基底到白垩系，断距大。受吐丝托依拉断裂控制形成的褶皱表现为明显的不对称褶曲，靠近断层面的前翼相对于后翼倾角更大且更为狭窄；其次断层的断距自下而上（从三叠系到侏罗系）逐渐减小，在断层端点处为零；结合这些特点笔者认为该断层表现为典型的断层传播褶皱作用（又称断展褶皱）。

2.2 伦2井南断裂（F2）

伦2井南断裂（F2）相较于吐丝托依拉断裂更靠南，其西北端与吐丝托依拉断裂相接，东北端与红盆断裂以及乌伦古东断裂相接，整体在平面呈北西向弧形展布，弧线向索索泉凹陷内突出，剖面上该断层也是上陡下缓，切穿的地层自基底到侏罗系。受伦2井南断裂控制形成的褶皱也是表现为明显的不对称褶曲，靠近断层面的前翼相对于后翼倾角更大且更为狭窄；其次断层的断距自下而上（从三叠系到侏罗系）逐渐减小，在断层端点处为零，因此该断层也与吐丝托依拉断裂一样表现为典型的断层传播褶皱作用（又称断展褶皱）[4]。

从过伦2井南断裂各条侧线各个时期抬升幅度示意图（图1）中不难发现伦2井南断裂在三叠纪时期存在一期抬升，并存在两个抬升高点，因此推测可能在这个时期其实是存在两条断层。在八道湾组和西山窑组沉积时期：抬升的幅度相较于三叠纪时期小，但是仍然存在两个抬升高点，整体的西侧的高点位置向西运移，说明西侧断层向西伸展，而东侧的断层高点位置不变。头屯河组沉积时期：该时期的抬升幅度较大，西侧高点位置不变，但是东侧高点位置向西迁移，以此此时东段断层是向西伸展。白垩纪时期：这个时期是抬升幅度最大的一个时期，此时构造高点只有一个，因此推测该时期两条断层已合并为一条断层。综上所述，伦2井南断裂在三叠纪-侏罗纪时期是以两条独立的断层存在的，并且不断的延伸生长，直到白垩纪时期，两条断层相接合并为一条断层。

图1 过伦2井南断裂各条侧线上盘抬升幅度统计、示意图

2.3 红盆断裂（F3）

红盆断裂位于乌伦古坳陷的东北缘，与乌伦古东断裂近于平行，北西走向，剖面上该断层也是上陡下缓。受红盆断裂控制形成的褶皱也同样表现为明显的不对称褶曲，靠近断层面的前翼相对于后翼倾角更大且更为狭窄；其次断层的断距自下而上（从三叠系到侏罗系）逐渐减小，在断层端点处为零，因此该断层也与吐丝托依拉断裂一样表现为典型的断层传播褶皱作用。

从过红盆断裂各条侧线各个时期抬升幅度示意图不难发现（图2）：在三叠纪和八道湾组沉积时期，抬升高点位置是在断裂的中东段，因此推测此时断层是向东延伸生长；在西山窑组沉积时期，抬升高点移动至西段，因此此时断层是向西延伸生长；头屯河组和白垩纪时期，此时的断层抬升高点是位于断裂的中段，因此此时的断裂时相两侧延伸生长，另外明显可以看出在白垩纪之后的那期抬升幅度是最大的，构造作用是最为强烈的。综上所述，红盆断裂从三叠纪到白垩纪之后，一直都是一条断层，但是断层的生长方向在不同时期是有所不同的。

图2 过红盆断裂各条侧线上盘抬升幅度统计、示意图

3 运动学模型

乌伦古红岩断阶带处的控凹断层属于是断层传播褶皱，而断层传播褶皱又包括了不同类型活动作用：等厚和固定轴的断层传播褶皱作用、基底卷入褶皱（三联点）活动、三角剪切褶皱活动[4]。

基底卷入型褶皱一般具有几个特点：①有个单斜；②褶皱等构造一般形成在挤压性断层的上部；③基底一般表现为刚性块体，但在某些特殊情况下也能发生褶皱；④主断层进入并消失于上覆盖层层序中；⑤随着上盘的抬升，错断的基底上部的披覆盖层形成了褶皱的陡翼；⑥上覆盖层的变形主要集中在褶皱的陡翼。

基底断层向上传播进入沉积盖层时，由于两者流变学性质上的差异，常表现为基底中的脆性强破裂变形带被沉积盖层中的一个向上变宽的三角形分布变形带（distribution deformation zone）所替代，三角形顶点固定在断层端点上。随着断层端点的向前传播，该三角形变形带也不断向前迁移。对于这种与基底断层活动相关的强制褶皱（forced folds），Erslev提出了“三角剪切褶皱”的概念与运动学模型，借以描述“向上撒开的三角形分布式剪切”的几何形态。

结合乌伦古的剖面，笔者认为该区较为符合基底卷入型褶皱活动机制结合三角剪切褶皱活动。基底应该为古生代的地层，中新生代的地层作为一套盖层被卷入变形。但是较为特殊的情况是主断裂在中新生代发生基底卷入型褶皱前已经突破了基底，进入到侏罗系的地层中。对于三角剪切褶皱活动的正演模型的建立要受控于断坡倾角、断层滑动量、断层传播/断层滑动比值、三角剪切顶角、断层端点位置（x，y坐标或矢量大小与方位）等6个参数（图3a）。本次研究以Richard W.Allmendinger建立的Fault-Fold-Forward软件为基础工具结合2DMove的反演功能建立该区三角剪切褶皱活动的正演模型。

图3 a：三角剪切理论模型；b：乌伦古深度剖面参数图

在深度剖面中（图3b），断层原始端点位置为A，现今端点位置为B，断层传播总量（Ps）为4940m，断坡角（θ）约为60o，剪切角（Φ）也约60o。断层在三叠系地层中的断距（ST）为1600m，但是考虑到传播断层越靠近原始断点断距越大，因此该断层的断层滑移总量（S）一定大于ST。因此可以确定P/S值小于3.0。统计剖面中各套地层上下盘高差可得到：ΔN=140m，ΔE=420m，ΔK=750m，ΔJ2t=1160m，ΔJ2x=1450m，ΔJ1b=1570m，ΔT=2000m。以反演的方式来反推各个时期的抬升量：T（ΔT-ΔJ1b）=430m，J1b（ΔJ1b-ΔJ2x）=120m，J2x（ΔJ2x-ΔJ2t）=290m，J2t（ΔJ2t-ΔK）=410m，K（ΔK-ΔE）=330m，E（ΔE-ΔN）=280m，N（ΔN）=140m。在确定这些参数的基础上选取不同的P/S值（P/S=2.5，P/S=2.6，P/S=2.7等）进行模拟。通过模拟发现，虽然选取的P/S的不同，但是由于高差值的限制，每个时期滑移量（S）是确定的：ΔST=500m，ΔSJ1b=140m，ΔSJ2x=340m，ΔSJ2t=480m，ΔSK=380m，ΔSE=320m，ΔSN=160m，则Stotal=2320m，由此确定P/S=2.1。至此各个时期的演化参数都已得出（图4）。

图4 乌伦古坳陷控凹断层正演剖面图

4 结论

乌伦古坳陷的控凹断层（红盆断裂、吐丝托依拉断裂和伦2井南断裂）符合基底卷入型褶皱活动机制结合三角剪切褶皱活动。基底应该为古生代的地层，中新生代的地层作为一套盖层被卷入变形。另外，控凹断层自身具有多期活动的特点。