乌伦古坳陷断裂特征及其构造演化过程

乌伦古坳陷断裂特征及其构造演化过程
卫端;高志前;孟苗苗
【摘要】利用现有二维地震资料进行断裂解释,识别乌伦古坳陷主断裂及其衍生断裂的的展布特征,分析断裂形成的力学背景.乌伦古东断裂和吐孜托依拉断裂是主要的控坳断裂,属于逆冲推覆类型的断裂;伦2井南断裂是以逆冲推覆为主、走滑为辅的断裂.根据乌伦古坳陷中生代沉降中心的演化特点,认为在印支和燕山期乌伦古坳陷东北缘所受挤压力强于西北缘.
【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(018)004
【总页数】5页(P46-50)
【关键词】乌伦古坳陷;乌伦古东断裂;孜托依拉断裂;伦2井南断裂;逆冲推覆;走滑【作者】卫端;高志前;孟苗苗
【作者单位】中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】P618
乌伦古坳陷位于准噶尔盆地东北缘，可划分为南部的索索泉凹陷和北部的红岩断阶带。

相对于准噶尔盆地主体，乌伦古坳陷构造具有一定的独立性[1]。

乌伦古坳陷断裂体系发育充分，但勘探开发程度不高，且一度被视为生烃死亡区。

在最近钻探的几口钻井中却发现有油气的存在，这说明该区带发生过油气运移，具有一定的勘
探潜力。

准噶尔盆地是一个发育在早海西期变形基底上的多旋回陆内沉积盆地，从晚古生代至今，经历了海西、印支、燕山和喜山构造事件[2]。

其中海西运动是准
噶尔盆地坳隆构造格局形成和演化的最关键时期，在这一时期形成了NW向和NNW向为主的大型断裂带。

在关于乌伦古坳陷断裂体系的各类研究中，有研究者认为该断裂构造主要为逆冲推覆构造[3-4]，也有研究者提出位于索索泉凹陷的喀
拉萨依断裂属于走滑性质的断裂[5]。

本次研究将对乌伦古坳陷红岩断阶带二维地
震资料进行精细解释与对比分析，对其主要断裂带的形成机制及展布规律提出新的认识。

乌伦古坳陷位于准噶尔盆地东北部，坳陷的东北、东南侧为青格里底山和克拉美丽山，南部为陆梁隆起。

准噶尔盆地处于亚洲大陆腹地几大构造单元交会地区，与西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块、塔里木板块密切相关。

乌伦古坳陷的断裂构造主要由一系列逆冲断层组成，分为红岩断阶带和索索泉凹陷这2个次级构造单元[6-7]，其中红岩断阶带由吐孜依托断裂、乌伦古北断裂、乌伦古东断裂、伦2井断裂和
红盆断裂组成，呈阶梯状向北抬升。

乌伦古坳陷内中生代地层主要包括上三叠统黄山街组、下侏罗统八道湾组、下侏罗统三工河组、中侏罗统西山窑组、中侏罗统头屯河组合白垩系。

研究区面积约6 870 km2，地表以戈壁、沙漠、丘陵和山地为主，地势起伏较大，地貌大致呈东高西低、北高南低的走向，海拔为800～1 000 m。

根据断层在平面上的展布方向，可将乌伦古坳陷断裂划分为NW向、EW向和NNW向。

其中，NW向断裂主要分布于红岩断阶带附近；EW向断裂主要分布于索索泉凹陷；NNW向断裂主要分布于喀拉萨依断裂两侧[5]。

乌伦古坳陷包括整
个准噶尔盆地在内的断裂体系，在纵向上存在明显的分层性，可以划分为深层断裂和浅层断裂[8-9]。

深层断裂形成于二叠纪末、三叠纪的海西运动期，断开层位主
要为石炭系—三叠系，断距较大，平面延伸距离也较远。

倾角一般为上陡下缓，
属于高角度的逆冲断层，多数断层具有多期活动的特点。

浅层断裂形成于侏罗纪—白垩纪的燕山运动期，明显受控于基底和边缘断裂。

断开层位为三叠系及以上
地层，断距较小，平面延伸距离为数千米至数十千米，以正断层为主，只有极少数逆断层。

分析其成因，认为整体上深层断裂与中浅层断裂具有一定的继承关系，深层断裂上部往往发育一条或多条正断层，在剖面上常构成“Y”字型断裂组合。

地震测线基本覆盖了整个乌伦古坳陷，全区共有32条纵向测线，28条横向测线。

在此根据全区二维地震资料进行层位标定，再利用Discovery软件追踪断点，解
释断层。

绘制好地层和断层分布图后，将属于这个时间段的各个测线数据输入电脑，利用Discovery软件网格化，形成时间域构造图。

下面从断裂地震响应、断裂平
面特征的角度分析乌伦古坳陷断裂特征。

2.1 断裂地震响应
红岩断阶带包括了乌伦古东断裂、红盆断裂、乌伦古北断裂、吐孜托依拉断裂、伦2井南断裂等5条大的断裂带，是准噶尔盆地东北缘的主要控坳断裂带。

(1)乌伦古东断裂、红盆断裂。

对研究区6条SE向测线进行断层追踪和解释，识别出了乌伦古东断裂和红盆断裂2套断裂系统(见图1)。

由图1可看出，a断裂和d
断裂构成了断裂破碎带，且d断裂为控坳断裂，据此判断d断裂为伦古东断裂；
而b断裂为c断裂的伴生断裂，据此判断c断裂为红盆断裂。

乌伦古东断裂和红
盆断裂断开层位为古生界地层，其产状陡峻，基底逆冲推覆到中生代地层之上。

从图1中测线Z09WLG-NE390可看到，断裂两侧地层大幅度抬升很难看到走滑的
趋势，并且断层基本上都是逆断层，呈犁状推覆。

由此可以判断，乌伦古东断裂和红盆断裂主要为逆冲推覆断裂。

(2)乌伦古北断裂、吐孜托依拉断裂。

通过追踪地震剖面，确定f断裂属于吐孜托
依拉断裂，e断裂属于乌伦古北断裂。

其中，吐孜托依拉断裂是主要的控坳断裂，而乌伦古北断裂伴随吐孜托依拉断裂绵延数十千米，但是断距非常小。

石炭纪末准
噶尔盆地不断向北，削减于西伯利亚板块之下，大洋、岛弧沉积物受推挤而仰冲到准噶尔地块之上，最终促成吐孜托依拉断裂的形成[10]。

之后，吐孜托依拉断裂不断向盆地逆冲，在印支—燕山期继续活动，随后活动减弱并趋于终止。

在地震剖面图中没有看到花状构造和“Y”字型组合，因此认为吐孜托依拉断裂为逆冲推覆性质的断裂。

乌伦古坳陷西北部的乌伦古北断裂、吐孜托依拉断裂，与东北部的乌伦古东断裂、红盆断裂，均有较多相似。

它们都是由于板块的挤压抬升而造成，但相对来说西部断裂规模较小，对沉积作用的控制能力有限。

观察图2中测线Z12-WLG203右侧，可以看到不少产状与主控断层相反的一些小型断层。

这些小型断
层可能是由于南部板块的挤压碰撞而形成。

(3)伦2井南断裂。

伦2井南断裂位于吐孜托依拉断裂与乌伦古东断裂的弧形转弯处。

从图3可看出g断裂和h断裂共同构成伦2井南剪切断裂带，k断裂为h断
裂的一个分支。

从其断层分布平面图可以看到，此区分支断层较多且具有一定弧度。

分析图3中测线Z12-WLG2911和 Z12-WLG616E所显示的花状构造，可推测伦2井南断裂具有走滑性质。

准噶尔盆地处于哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块之间，在周围海槽闭引起的陆陆碰撞过程中，产生偏离主应力方向的分力，伦2井南剪切断裂带即在此分力的作用背景下形成。

其中，断裂带右侧是走滑的
起点，分布有羽状断裂。

在整个断裂带中，中间部位断距相对较大。

红岩断阶带范围内有3条处于不同位置的断裂带，断裂性质和规模大小均不同。

乌伦古东断裂是乌伦古东部地区的主要控坳断裂，而乌伦古西部地区的主要控坳断裂是吐孜托依拉断裂，且乌伦古东部两条断裂的控坳等级明显高于西边断裂。

伦2井走滑断裂带和红盆断裂带，在三叠系的断裂平面图上连接为同一断裂；但从图1中测线Z09WLG-NE3314可以看到，红盆断裂带延伸到西部的时候开始趋向消亡。

2.2 断裂平面特征
将各个测线的数据用Discovery软件网格化，形成三叠系、侏罗系底界构造图(见
图4)。

不同的颜色代表岩层不同的埋深；曲线代表时间域等值线，是从时间的角度来表示深度；等值线密的地方一般表示地层的起伏变化剧烈。

由图4可看到，乌伦古坳陷总体上东高西低，北高南低，断层主要集中于板块边缘。

中生代乌伦古坳陷沉降中心大致呈NW方向展布，表明乌伦古坳陷东缘所受挤压力强于西部，尤其是在印支晚期和燕山中期表现明显。

由于绘制的平面图比例较小，红岩断阶带在三叠纪、侏罗纪所显示的断层变化并不大，这也从侧面反映出这些断裂是乌伦古坳陷的主要控坳断裂。

虽然岩层覆盖区域变化很小，但是逆冲推覆构造的特点使得岩层覆盖基线随着时间的推移会逐渐向南推移。

乌伦古坳陷的主要控坳断裂为乌伦古东断裂、吐孜托依拉断裂和喀拉萨依断裂。

地震资料和平面构造分布图显示，该地区断裂表现出多期活动并兼具继承性特征。

石炭纪至二叠纪是准噶尔盆地构造格局形成与演化的关键时期，期间准噶尔周围海槽按照西北缘—东北缘—南缘的顺序依次关闭，先后与哈萨克板块、西伯利亚板块和塔里木板块发生陆陆碰撞。

经过一系列的碰撞造山运动，准噶尔盆地形成了三大前陆盆地系统，乌伦古坳陷北部断裂带也初具雏形。

此后经过石炭纪末期的天山运动和三叠纪早期阿尔泰造山带的运动，早期形成的褶皱造山带隆升并在盆地内逆冲，构成叠瓦式前陆冲断推覆构造；同时准噶尔盆地也向造山带下俯冲，形成了红岩断阶带。

随后，随着印支运动地壳缓慢抬升，导致在乌伦古地区二叠系全部被剥蚀，三叠系只留下白碱滩组。

自中生代以来研究地区进入了地层沉积的极盛期，准噶尔盆地进入陆内演化阶段，形成大小不等的隆起和坳陷。

断层也表现出明显的同生性，断层两边沉积厚度明显不同。

由于受力不均，断裂表现出走滑的特征，有旁侧断裂形成。

如图5所示，可以看出断裂有很明显的同生性。

印支—燕山期是构造最活跃的时期，而到了之后的喜马拉雅期则明显沉寂下来。

乌伦古坳陷在不断挤压—载荷—压陷的总体地质背景中形成。

根据地震剖面特征判断，这个区域的断层基本是由于挤压冲断而形成。

由于准噶尔盆地周围海槽闭
合，且后期天山运动、阿尔泰造山带运动形成沿断层走向的分力；因此，乌伦古坳陷地区部分断裂表现出以逆冲推覆为主、走滑为辅的特征。

通过对比乌伦古坳陷中生界不同时期的沉降中心的展布规律，断定在印支—燕山期乌伦古坳陷东北缘所受挤压力强于西北缘。