库车前陆冲断带克拉苏构造带变形影响因素分析 ——基于离散元数值模拟研究-李维波.pdf

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1、 收稿日期 : 2015-10-25; 改回日期 : 2016-03-17 项目资助 : 国家科技图书文献中心重大专项服务项目“深地资源勘查开采重点专项服务”(2017)和“库车盐构造变形特征分析和区域变形场建立”(041013100040)联合资助。 第一作者简介 : 李维波(1989), 男, 博士, 主要从事竞争情报学、低碳能源、石油地质学等相关研究。Email: DOI: 10.16539/j.ddgzyckx.2017.06.001 卷(Volume)41, 期(Number)6, 总(SUM)161 页(Pages)10011010, 2017, 12(December, 201

2、7) 大 地 构 造 与 成 矿 学Geotectonica et Metallogenia 库车前陆冲断带克拉苏构造带变形影响因素分析 基于离散元数值模拟研究 李维波1, 2, 3, 李江海2, 3, 王洪浩2, 3, 黄少英4, 能 源4(1.中国科学技术信息研究所, 北京 100038; 2.造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学 地球与空间科学学院, 北京 100871; 3.北京大学 石油与天然气研究中心, 北京 100871; 4.中国石油 塔里木油田研究院, 新疆 库尔勒 841000) 摘 要 : 在解释库车前陆冲断带克拉苏构造带三维地震剖面的基础上, 采用离散元数值模拟

3、手段、单因素变量控制方法, 通过六组模拟对比实验, 探讨挤压背景下应变速率大小和作用时间、盐岩展布形态、先存盐底辟、基底先存断裂以及基底古隆起等因素, 对库车前陆冲断带克拉苏构造带变形的影响。离散元数值模拟结果表明: 相比于应变速率大小, 应力作用时间对冲断带变形的影响更为显著, 变形缩短率相同时导致挤压隆升幅度更大, 可达 70.25%, 向前传播距离均更远, 横向上变形范围可达 73.82%, 盐下层叠瓦状逆冲断裂倾角更小。先存底辟主要影响挤压端垂向变形规模, 使得隆升幅度更大。先存断裂主要影响挤压端水平方向变形范围, 挤压变形水平传播更远。基底古隆起和盐岩展布形态对克拉苏构造带变形也具有

4、重要影响, 基底隆起前沿形成应力集中带, 盐岩在此聚集形成构造三角带。由于盐岩的分隔作用, 盐上层变形相对较弱, 靠近挤压端发育背斜和冲断构造, 向盆地方向逐渐变为宽缓的向斜构造。 关键词 : 库车前陆冲断带; 离散元数值模拟; 克拉苏构造带; 影响因素; 变形特征 中图分类号 : P542 文献标志码 : A 文章编号 : 1001-1552(2017)06-1001-010 0 引 言 塔里木库车前陆冲断带勘探面积 3.5104 km2, 是塔里木重要的油气勘探区(何登发等, 2013)。漆家福等(2009)通过地表露头、地震资料和钻井资料等, 归纳出库车坳陷具有“分层变形、垂向叠置”的变

5、形特征。古新统始新统库姆格列木群盐岩层之上主要发育滑脱褶皱、破冲断层或褶皱相关断层等(邬光辉等, 2007), 盐下层发育基底卷入的高角度楔状叠瓦构造(余一欣等, 2007; 能源等, 2012)。前人通过平衡剖面恢复和物理模拟实验等手段, 探讨出库车坳陷盐岩变形受盐岩分布(余一欣等, 2006, 2007)、基底构造(余一欣等, 2006; 汤良杰等, 2007)、南天山差异推覆作用(张传恒和李红生, 2002; 漆家福等, 2009; 李曰俊等, 2009)的影响, 具有较强的分带分段特征(黄少英等, 2009; 汪新等, 2010; 尹宏伟等, 2011)。孟令森等(2007)利用离散元

6、方法, 探讨岩石强度和应变速率对水平挤压变形的影响。本文以库车前陆冲断带克拉苏构造带为例, 在克拉苏构造带过克深 4 井三维地震解释剖面基础上, 采用离散元数值模拟手段, 通过单因素变量控制方法, 定量化手段探讨挤压背景下, 应变速率大小和作用时间、盐岩展布形万方数据 1002 第 41 卷 态、先存盐底辟、基底先存断裂、以及基底古隆起等因素对库车前陆冲断带变形的影响, 探讨库车前陆冲断带克拉苏构造带的变形机理。 1 地质背景 库车前陆冲断带位于塔里木盆地北缘与南天山过渡带, 其构造变形整体上具有“南北分带、东西分段、上下分层”的特征, 即从西到东以乌什凹陷、拜城凹陷和阳霞凹陷为主体分为三段;

7、 自北而南划分为北部单斜带、克拉苏依奇克里克构造带、中轴凹陷带、秋里塔格构造带、南部斜坡带五个构造变形带(漆家福等, 2009; 能源等, 2012)(图 1)。 克拉苏构造带地表发育南北两排构造, 以台阶状逆冲断层和线状开阔背斜为特征。过克深 4 井南北向主干剖面可以看出, 克拉苏构造带垂向上可分为 3 套构造层: 盐上构造层(QxE2-3s)、盐构造层(E1-2KM)、盐下构造层(K T) (图 2)。其中, 盐上层以滑脱构造为主, 地层变形相对较弱, 呈向北掀斜特征, 形成盐相关褶皱作用为主。盐上层地层岩性主体以泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩为主(图 3b)。盐岩层作为塑性滑脱层, 分隔盐上层

8、和盐下层变形, 在挤压端聚集加厚, 厚度可达 4500 m, 由于挤压变形形成盐枕、盐刺穿、盐断片等为主的多种盐构造; 库姆格列木群(E1-2KM)以盐岩和膏盐层为主, 夹杂一些泥岩和白云岩等能干性较强的地层, 由于盐岩的塑性流动特征, 盐内能干层发生褶曲, 形成紧闭褶皱、无根钩、M 型褶皱等(图 3cf)。盐下层以高角度基底卷入变形为特征, 受克拉苏断层控制, 中生界向北部强烈抬升, 在克拉苏背斜带形成大规模的冲起构造, 发育一系列叠瓦状冲断组合, 冲断带前缘最大断距可达4000 m(雷刚林等, 2007; 漆家福等, 2009; 唐鹏程, 2011; 王招明, 2013)。岩性以红色砂岩为

9、主(图 3a)。基于前人研究和塔里木物探中心地质力学室岩石实验确定出库车前陆冲断带克拉苏构造带盐上层、盐岩层和盐下层主要岩石物理学参数(表 1)。 2 离散元数值模拟方法和初始模型设计 2.1 方法介绍和实验参数确定 离散元方法是一种基于离散颗粒间接触准则的数值模拟方法。通过时间位移有限差分方法, 计算颗粒在牛顿定律下移动, 能有效的模拟弹塑性变形过程(Dean et al., 2013)。Cundall and Strack (1979)首次提出了离散元理论基础, 具体包括: (1) 离散单元为有限小圆盘; (2) 颗粒间的接触发生在很小的范围, 即点接触; (3) 接触特征为柔性接触, 接

10、触处允许有一定重叠量, 重叠量的大小与接触力有关; (4) 接触处有特殊的黏结强度。离散元方法基于应力与位移准则进行微粒位移变形计算, 并允许微粒间的滑动与破裂, 适应于大应变量构造变形样式分析模拟实验, 被广泛应用于模拟浅层地壳结构、断裂系及剪切带变形过程(Guo and Morgan, 2004; Morgan and McGovern, 2005; Naylor et al., 2005)。 颗粒间接触符合 Hertz-Mindlin 准则, 颗粒间的接触应力可转化为正应力和剪切应力(图 4): fn=knnfs=kssfn和fs分别代表正应力和剪切应力, n和s分别代表颗粒间正向和切向

11、上接触量, kn和 ks分别为颗粒间正向黏结系数和切向黏结系数。通过设定球体颗粒黏结系数大小, 可对应岩石的物理学参数。在任意时刻, 每个小球所受的外力是此时刻周围小球对它作用力的矢量和(图4): Fp=Fc, c为其周缘接触小球的个数。剪切应力大小与颗粒间的摩擦系数相关, 当颗粒间的黏结强度被破坏后, 颗粒间的运动遵循滑动接触, 即符合摩擦效应。 图 1 库车前陆冲断带构造单元图(据 Zeng et al., 2010) Fig.1 Tectonic outline of the Kuqa foreland thrust belt 万方数据 第 6 期 李维波等 : 库车前陆冲断带克拉苏构造

12、带变形影响因素分析 1003 红色层为库姆格列群盐岩层, N2k. 上新统库车组; N1k. 中新统康村组; N1j. 中新统吉迪克组; E3s. 渐新统苏维依组; E1-2KM. 古新统始新统库姆格列木群。 图2 克拉苏构造带过克深4井南北向主干剖面地震解释剖面 Fig.2 Seismic interpretation profile of the N-S transverse sections from the Keshen 4 in the Kelasu tectonic belt 表 1 塔里木库车前陆冲断带岩石物理学参数表 (据塔里 木物探中心地质力学室岩石实验; Cotton et

13、 al., 2006; Koyi et al., 2008; 汪新等, 2010; Fuchs et al., 2013; Nikolinakou et al., 2014) Table 1 The rock physics parameter of the Kelasu tectonic belt in the Kuqa foreland thrust belt 参数 岩盐层 盐上层 盐下层 密度(kg/m3) 2200 2400 2600 体积模量(MPa) 1104 剪切模量(MPa) 4103 黏度(PaS) 1019 杨氏模量E(MPa) 60 60 泊松比v 0.25 0.25 内

14、聚力C(MPa) 10 10 内摩擦角() 35 40 PFC2D方法模拟过程中使用的参数是模型颗粒(圆盘)单元的微观参数, 包括颗粒强度及颗粒间连结强度、颗粒间摩擦因数, 这些参数并不直接对应实际岩石物理学参数, 需要经过一系列岩石二轴数值试验来获得微观参数与宏观岩石参数的对应关系(图 5)。实验中施加轴向恒定压缩速率, 并利用平台伺服施加指定围压(5 MPa、10 MPa、20 MPa), 以获得岩石试样破坏全应力应变曲线, 进一步计算对应的杨氏模量(E)、内聚力(C)以及内摩擦角()。应力应变曲线显示该参数下的虚拟岩石样品呈现典型的弹塑性, 弹性应变阶段之后, 当达到弹性极限强度时, 模

15、型颗粒间的黏结被破坏, 并呈现典型的应力软化现象, 塑性试样的极限强度随围压的增加而增强(图 5)。 对盐上层、盐岩层和盐下层分别进行二轴数值试验, 获得岩石全应力应变曲线, 通过围压最大轴向主应力绘制对应的应力摩尔圆及莫尔圆包络线, 可获得试样的内聚力以及内摩擦角。对比预设的岩石宏观材料参数, 可将此岩石试验的参数确定为模型的微观输入参数, 其中盐岩层参数以相对很弱的黏结强度表现其塑性特征, 与表 1 中体积模量、剪切模量及黏度相对应(表 2)。 2.2 初始模型设计 离散元模型(PFC)是颗粒集合的建立, 实际地层存在重力压实和地应力。为此, 参照库车前陆冲断带克深 4 地震解释剖面(图

16、2), 剖面实际长约 500 km, 垂向深度约60 km。将离散元数值模型尺寸按 1100比例设置为250 m60 m。在该区域内建立 10000个颗粒半径在0.70.8 m之间, 且符合高斯分布的颗粒(圆盘)集, 加载重力加速度(9.81 m/s2), 使其在重力作用下自然压实并达到自平衡, 获得数值模拟初始模型(图 6)。 根据过克深 4 井地震解释剖面, 分别设定盐下层(20 m250 m)、盐岩层(15 m250 m)和盐上层(25 m250 m)。为了更好地显示变形结果, 在盐上层和盐下层设置3 m厚标志层。盐岩层设置两套3 m厚能干层, 赋予泥岩层属性特征, 观测盐岩层流动特征和

17、变形过程。 以初始模型为基础, 固定模型的左端墙体以及底板, 从右端(施力端)施加压力。通过调试, 将右侧挤压速率设定为 0.001 m/step(计算循环), 直至缩短率达到 30%, 记录变形过程, 分别选取了缩短量在10%、20%和 30%的变形结果进行对比分析。根据前人对克拉苏构造带物理模拟实验和平衡剖面研究, 探讨出库车坳陷盐岩变形受盐岩分布(余一欣等, 2006, 2007)、基底构造(余一欣等, 2006; 汤良杰等, 2007)、南天山差异推覆作用影响(张传恒和李红生, 2002; 漆家福等, 2009; 李曰俊等, 2009)。通过设定挤压应变速率大小模拟南天山推覆作用强弱、

18、盐岩形态、盐岩先存底辟、基底先存断裂和基底古隆起等因素, 采用单因素分析的方法探讨不同因素对克拉苏构造带变形的影响。 万方数据 1004 第 41 卷 (a) 盐下层巴什基奇克组(K1bs)与库姆格列木群(E1-2KM)接触界面, 巴什基奇克组主要为红色砂岩地层; (b) 盐上层吉迪克组(N1j)地层, 岩性主要为一套泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩; (c) 库姆格列木群(E1-2KM)盐岩晶体; (d) 库姆格列木群(E1-2KM)盐内石膏夹层; (e, f) 盐内强岩层发生褶皱, 形成紧闭褶皱和膝折等构造变形样式。图 f 位置对应图 e 中红色框范围。 图 3 库车前陆冲断带克拉苏构造带野外地层

19、特征 Fig.3 Field stratigraphic photographs of the Kelasu tectonic belt in the Kuqa foreland thrust belt 图 4 离散元数值模拟颗粒间接触准则(据 Dean et al., 2013修改) Fig.4 Models of the discrete element numerical simulation 万方数据 第 6 期 李维波等 : 库车前陆冲断带克拉苏构造带变形影响因素分析 1005 图 5 PFC双轴岩石力学数值试验颗粒集模型(a)和双轴试验全应力应变曲线(b) Fig.5 PFC bi

20、axial rock mechanics numerical test model (a) and stress-strain curves by biaxial test (b) 表 2 克拉苏构造带各层离散元 (PFC2D)岩石微观物理学参数 Table 2 The micro physical parameters of the discrete element (PFC2D) in the Kelasu tectonic belt 参数(单位) 盐上层 盐下层 岩盐层 盐内能干层 密度 (kg/m3) 2400 2600 2200 2300 颗粒强度(Pa) 1108110811081

21、108黏结强度(Pa) 1106106103105粒间摩擦因数 0.7 0.7 0.1 0.5 移动边界摩擦因数 0.7 底边界摩擦因数 0.2 重力加速度g (m/s2) 9.81 图 6 克拉苏构造带离散元数值模拟初始几何模型 Fig.6 The initial geometric model of the discrete element numerical simulation of the Kelasu tectonic belt 3 离散元数值模拟变形结果分析 3.1 模型一: 较快水平挤压速率模型 水平挤压模型右侧施加 0.001 m/step 挤压速率, 分别运算50000 s

22、tep、100000 step和150000 step, 记录和分析缩短量在10%、20%和30%的变形结果(图7)。 缩短量 10%时, 盐上层首先发生变形, 出现褶曲和高角度逆冲断裂, 盐岩层受水平方向挤压而向远端流动, 盐下层变形相对较弱。缩短量20%时, 盐上断裂进一步发育, 形成大型背斜构造, 盐岩在垂向上聚集, 形成盐底辟构造, 盐内泥岩层发生复杂的褶曲, 盐下层发育前展式逆冲推覆断裂、Y 字型反向调节断裂组合(图 7)。缩短量 30%时, 挤压端形成大型背斜构造, 盐岩层发育盐背斜构造, 盐内泥 图 7 较快水平挤压模型变形结果对比图 Fig.7 Deformation resu

23、lts of the fast horizontal extrusion model 岩层形成 Z 字型紧闭褶皱、无根钩等变形特征, 盐下层逆冲断裂进一步发育, 在挤压端形成背冲构造和对冲构造等冲断构造组合。 万方数据 1006 第 41 卷 3.2 模型二: 较慢水平挤压速率模型 为对比水平挤压速率对模型的影响, 降低挤压速率, 在相同缩短量时对比变形结果差异。模型右侧施加0.0005 m/step挤压速率, 分别运算100000 step、200000 step和 300000 step, 记录和分析对应缩短量在 10%、20%和 30%的变形结果(图 8)。 缩短量 10%时, 变形首先

24、发生于盐上层, 盐上层发生褶曲和高角度逆冲断裂, 盐岩层发生水平方向的挤压流动, 盐下层变形相对较弱(图 8)。缩短量20%时, 盐上断裂进一步发育, 形成大型背斜构造, 盐岩在垂向上聚集, 盐内泥岩层发生褶曲, 盐下层发育前展式叠瓦状逆冲推覆断裂组合, 但反向调节断裂不发育; 缩短量 30%时, 挤压端形成大型背斜构造, 盐岩层发育盐底辟, 盐内泥岩层形成紧闭褶皱、无根钩和复杂褶皱等, 盐下层逆冲断裂进一步发育, 断层倾角变小, 向前传播到 60%左右位置, 形成低角度叠瓦状逆冲断裂组合(图 8)。 3.3 模型三: 先存底辟模型 在初始模型的基础上, 在盐上层设定规模 24 m 18 m的

25、先存盐底辟, 右侧施加0.001 m/step挤压速率, 分别运算50000 step、100000 step和150000 step, 记录和分析缩短量在 10%、20%和 30%的变形结果(图 9)。 初始变形过程中, 变形主要集中于先存底辟处, 底辟作用进一步发育, 形成盐刺穿构造。盐上层发 图 8 较慢水平挤压速率模型变形结果对比图 Fig.8 Deformation results of the slow horizontal extrusion model 育背斜构造, 盐岩发育盐底辟构造, 盐内泥岩层褶曲, 盐下层变形较弱(图 9)。缩短率达到 20%时, 先存底辟盐刺穿进一步发

26、育, 形成盐墙构造; 盐岩层顶部泥岩层与盐上层构造特征一致, 以 M 型褶皱为主, 底部泥岩层发育紧闭褶皱和牵引背斜; 盐下层发育叠瓦状逆冲断裂组合和反向断层, 构成 Y 字型断裂组合。缩短率达到 30%时, 变形形成前展式逆冲断裂组合, 盐底辟导致盐上层发生掀斜, 形成构造三角带; 盐内泥岩层变形形成紧闭褶皱、无根钩和牵引背斜等构造(图 9)。 3.4 模型四: 先存断裂模型 在初始模型的基础上, 在靠近挤压端盐下层设计 4 条先存断裂, 右侧施加 0.001 m/step 挤压速率, 分别运算50000 step、100000 step和150000 step, 记录和分析缩短率在10%、

27、20%和30%的变形结果(图10)。 存在先存断裂时, 变形主要集中于先存断裂处, 在盐下层形成大规模叠瓦状逆冲断裂组合。缩短率为 10%时, 初始变形较弱, 盐上层形成宽缓背斜构造; 基底先存断裂活化, 发育逆冲推覆断裂; 盐岩层加厚, 沿水平方向流动, 盐内泥岩层连续性较好。缩短率为 20%时, 先存断裂进一步向前发育, 挤压前沿形成一系列叠瓦状逆冲推覆断裂; 盐内泥岩层 图 9 先存底辟模型变形结果对比图 Fig.9 Deformation results of the pre-existing salt diapir model 万方数据 第 6 期 李维波等 : 库车前陆冲断带克拉苏

28、构造带变形影响因素分析 1007 图 10 先存断裂模型变形结果对比图 Fig.10 Deformation results of the pre-existing faults model 发生褶曲, 形成紧闭褶皱和断层牵引背斜等。缩短率为 30%时, 变形继续向前拓展, 盐下层发育垂向叠置的叠瓦状逆冲断裂组合; 盐内泥岩层变形形成紧闭褶皱、无根钩和W 型褶皱等(图 10)。 3.5 模型五: 先存底辟和先存断裂综合模型 在初始模型的基础上, 综合了模型三先存底辟作用和模型四先存断裂, 右侧施加0.001 m/step挤压速率, 分别运算50000 step、100000 step和 150

29、000 step, 记录和分析缩短量在10%、20%和 30%的变形结果(图 11)。 初始变形过程中, 变形受控于先存底辟和先存断裂的共同作用, 挤压前沿的隆升幅度更大。缩短率为 10%时, 变形主要集中于先存底辟处, 底辟作用进一步发育, 发生盐刺穿。盐上层发育低缓背斜构造, 盐内泥岩层发生褶曲, 盐下层先存断裂开始活化, 变形较弱。缩短率到达 20%时, 水平挤压造成基底逆冲断裂进一步向上逆冲, 先存底辟进一步发育, 形成盐墙构造; 盐岩层顶部泥岩层以M型褶皱为主, 底部泥岩层发育紧闭褶皱和牵引背斜; 盐下层发育向上叠置的叠瓦状逆冲断裂组合。缩短率达到 30%时, 变形进一步向前拓展,

30、先存盐底辟刺穿出露于地表; 盐上层发生掀斜, 形成构造三角带; 盐内泥岩层发生揉皱(图 11)。 图 11 先存底辟和先存断裂综合模型变形结果对比图 Fig.11 Deformation results of the pre-existing salt diapir and pre-existing faults model 3.6 模型六: 基底古隆起模型 在初始模型的基础上, 在盐下层设计了基底先存断裂和古隆起, 盐岩层受古隆起影响, 盐岩形态往挤压端向上展布, 右侧施加0.001 m/step的挤压速率, 分别运算50000 step、100000 step和150000 step, 记

31、录和分析缩短率在 10%、20%和 30%的变形结果(图 12)。 初始变形集中于挤压前沿带, 盐上层发育背斜构造, 盐岩发育盐底辟构造, 盐内泥岩层发生揉皱。盐下层先存断裂活化, 发育叠瓦状逆冲断裂。缩短率达到 20%时, 变形向前拓展, 盐上层发育背斜构造和少量逆冲断裂; 盐底辟进一步发育, 盐内泥岩层发育紧闭褶皱和牵引背斜, 盐下层发育前展式逆冲推覆构造和 Y 字型反向调节断层组合。缩短率达到 30%时, 盐上层发育背斜构造和逆冲断裂。盐岩层在挤压端聚集, 形成构造三角带, 盐下层发育前展式逆冲推覆构造(图 12), 与过克深 4 井的地震解释剖面具有较好的相似性。 4 讨 论 库车前陆

32、冲断带克拉苏构造带变形受控于应变 万方数据 1008 第 41 卷 图 12 基底古隆起模型变形结果对比图 Fig.12 Deformation results of the basement uplift and the salt distribution model 速率和作用时间、先存盐岩底辟、先存基底断裂和基底古隆起等多种因素。模拟过程中, 分别设计了较快水平挤压模型、较慢水平挤压模型、先存盐底辟模型、先存断裂模型、先存盐底辟断层综合模型以及基底古隆起模型, 通过比较变形过程中的构造形态, 分析各构造要素对前陆冲断带变形的影响。 对比挤压速率对盐岩变形的影响, 盐上层均以高角度逆冲断裂

33、为特征, 盐下层以低角度逆冲断裂组合为特征。以0.001 m/step挤压速率运行时, 挤压前沿构造三角带隆升幅度可达 66.25%, 横向挤压变形范围达 71.09%, 盐下层发育有叠瓦状逆冲断裂和反向调节断层, 主逆冲断裂倾角为45左右。但当右侧运动速率较小, 与挤压速率较快相比, 缩短率到30%时变形所需时间更长, 盐底辟隆升幅度可达70.25%, 水平变形范围横向上可达 73.82%, 向前传播距离较远。由于应变速率作用时间久, 盐内泥岩层变形复杂形成紧闭褶皱和复杂褶皱, 盐下层叠瓦状逆冲断裂倾角较小, 为 38左右, 反向调节断裂不发育。由此可以看出, 相比于挤压应变速率大小, 应力

34、作用时间对盐岩变形的影响较强, 导致挤压隆升幅度和水平变形范围更大, 与孟令森等(2007)的模拟实验结果相一致。 当存在先存底辟时, 变形主要集中于先存底辟处, 挤压前沿隆升幅度可达 71.33%, 水平方向挤压变形范围相对较小为65.91%。盐内泥岩层变形复杂, 发育有复杂褶皱、无根钩等变形。盐下层逆冲断裂倾角可达到 55左右, 垂向断距与水平挤压模型相比较大, 表明先存底辟主要影响挤压端垂向变形规模, 使得隆升幅度高, 与克深 4 井地震解释剖面中构造三角带变形特征具有很好的一致性。 存在先存断裂时, 变形主要集中于先存断裂处, 盐下层形成规模巨大垂向叠瓦状逆冲断裂组合, 盐内泥岩层变形

35、形成紧闭褶皱、无根钩和W 型褶皱等缩短率达到 30%时, 挤压前沿构造三角带隆升幅度为 69.35%, 水平变形范围可达 71.93%, 逆冲断裂倾角为 46左右, 表明先存断裂主要影响挤压端水平方向变形范围, 挤压变形横向传播较远。 当同时存在先存底辟和先存断裂时, 变形首先发育于盐上层先存底辟处, 盐岩在变形过程中刺穿到地表, 挤压前沿隆升幅度达 74.65%, 水平方向变形影响范围为68.52%。盐下层叠瓦状逆冲断裂垂向断距大, 逆冲断裂倾角较大, 可达 50左右。挤压变形过程中, 先存底辟主导挤压端变形作用, 先存断裂进一步促进垂向的隆升规模。 当存在基底古隆起和先存断裂时, 变形结果

36、与过克拉苏构造带克深 4 井的地震解释剖面也具有很好的相似性, 垂向隆升幅度为 69.72%, 水平变形影响范围达70.78%。挤压端盐岩层受基底古隆起和先存断裂向上的逆冲作用影响, 形成构造三角带。由于盐岩的分隔作用, 盐上层变形相对较弱, 靠近挤压端发育背斜和冲断构造, 向盆地方向逐渐变为宽缓的向斜构造, 表明克拉苏构造带受基底隆起、先存断裂和盐岩展布等因素共同作用导致。 5 结 论 离散元数值模拟表明库车前陆冲断带变形受控于应变速率和作用时间、先存盐岩底辟、先存基底断裂和基底古隆起等多种因素: (1) 相比于应变速率大小, 应力作用时间对冲断带变形的影响更为显著, 导致挤压隆升幅度高和水

37、平变形范围大。 (2) 存在先存底辟时, 挤压变形主要集中于先存底辟处, 挤压前沿隆升幅度可达 71.33%, 水平方向挤压变形范围相对较小为65.91%。盐下层逆冲断裂倾角可达到 55左右, 垂向断距与水平挤压模型相比较大, 先存底辟主要影响挤压端垂向变形规模, 万方数据 第 6 期 李维波等 : 库车前陆冲断带克拉苏构造带变形影响因素分析 1009 使得隆升幅度更高。 (3) 存在先存断裂时, 变形主要集中于先存断裂处, 盐下层形成规模巨大的垂向叠瓦状逆冲断裂组合。先存断裂主要影响挤压段水平方向的变形范围, 挤压变形横向传播较远。 (4) 基底古隆起和盐岩展布形态对克拉苏构造带变形也具有重

38、要影响, 盐岩在基底隆起前沿聚集, 形成构造三角带。由于盐岩的分隔作用, 盐上层变形相对较弱, 靠近挤压端发育背斜和冲断构造, 向盆地方向逐渐变为宽缓的向斜构造。 致谢: 感谢中国石油塔里木油田研究院王兵和曹淑娟等在现场研究中耐心指导与帮助! 感谢南京大学尹宏伟教授和匿名审稿人对本文所做的仔细审理和指导！ 参考文献 (References): 何登发, 李德生, 何金有, 吴晓智. 2013. 塔里木盆地库车坳陷和西南坳陷油气地质特征类比及勘探启示. 石油学报, 34 (2): 201218. 黄少英, 王月然, 魏红兴. 2009. 塔里木盆地库车坳陷盐构造特征及形成演化. 大地构造与成矿学

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