地质科学  2016, Vol. 51 Issue (4): 1059-1073   PDF    
祁连山北缘深部弧形褶皱—逆冲带及其油气勘探前景*

杜文博1, 张进江2, 肖毓祥1,3, 张波2, 李晓军1, 侯秀林3, 王盟2, 李景1, 程光瑾1     
( 1. 中国石油玉门油田分公司勘探开发研究院 甘肃酒泉 735019; 2. 北京大学地球与空间科学学院 北京 100871; 3. 中国石油勘探开发研究院 北京 100083 )
杜文博, 男, 1967年生12月生, 硕士, 高级工程师, 石油地质学专业。E-mail: duwb@petrochina.com.cn
2015-06-20 收稿, 2015-12-01 改回。
基金项目: 中国石油玉门油田重大科技专项“青西—老君庙构造带整体评价及有效开发关键技术研究”(编号: 2013E-3304)资助
通讯作者: 张进江, 男, 1964年9月生, 博士, 教授, 构造地质学专业。本文通讯作者。E-mail: zhjj@pku.edu.cn
摘要: 祁连山北缘—河西走廊西段位于青藏高原东北缘, 是新生代陆内构造活动最强烈地区。基于野外构造观测、 横跨山前及前陆盆地区的三维地震构造分析与解释, 结合地震地质属性提取分析, 识别出祁连山北缘—酒泉盆地西段窟窿山—柳沟庄带隐伏的弧形褶皱—逆冲带, 该弧形构造是造山带基底逆冲构造楔体垂向差异抬升与向前陆方向差异运动的产物; 该弧形结构控制本区下白垩统地层裂缝发育、 分布与破裂强度, 并与本区先期断裂、 裂缝带产生构造叠加效应, 形成弧形构造“中央强裂缝发育带”, 是形成构造裂缝型油气藏的有利区域。
关键词: 弧形构造      褶皱—逆冲带      基底变形      裂缝油藏      北祁连山      酒泉盆地      窟窿山—柳沟庄带     

中图分类号:P313.2, P313.5    doi: 10.12017/dzkx.2016.047

祁连山北缘山前褶皱-逆冲体系为中国西部一条重要的新生代构造带, 在该带西段逆冲岩席及其深部构造体系中已经发现了老君庙、 石油沟、 鸭儿峡、 青西等油田, 探明储量占盆地总储量的90%以上。近十年, 在窟窿山-柳沟庄带发现了近亿吨级储量规模的青西油田, 展示了祁连山北缘山前西段褶皱-逆冲体系为良好的油气勘探区, 对祁连山北缘山前新生代褶皱-逆冲体系的构造研究、 对于认识盆地早期断陷和新生代前陆盆地的形成及其油气勘探前景均具有重要意义。

本文基于祁连山北缘山前酒泉盆地窟窿山-柳沟庄构造带深部弧形褶皱-逆冲带的地质构造、 岩石破裂特征的观测与解析、 三维地震资料的构造解释, 结合地震地质信息属性平面分析等手段, 揭示和解决如下关键问题: 1)前陆深部褶皱-逆冲带弧形构造的几何学与运动学特征; 2)前陆弧形褶皱-逆冲带形成的基底和盖层属性制约效应; 3)前陆弧形褶皱-逆冲带与油气运移-聚集-成藏的关系。

1 祁连山北缘山前褶皱-逆冲带

祁连造山带位于青藏高原东北缘, 是被华北克拉通、 阿拉善块体、 塔里木块体和柴达木块体之间围限的三角地带(图 1), 是中央造山带的重要组成部分, 也是我国西部一条重要的造山带(肖序常等, 1978; 张旗等, 2001; Xiao et al., 2009; Song et al., 2012), 被认为是秦岭-大别造山带向北西方向的延伸(张国伟等, 1995), 较为完整地记录和保留了新元古代、 古生代板块汇聚、 俯冲、 碰撞、 造山等地球动力学过程, 同时又经历了晚古生代到新生代以来的陆内构造变形, 尤其是晚新生代以来, 喜马拉雅造山运动远程效应的逆冲推覆和差异升降, 使祁连山逐渐逆冲推覆和隆起形成高山区(Tapponnier et al., 2001; 张培震等, 2006), 在造山带北侧发育了平行于造山带的狭长的河西走廊前陆盆地群, 包括酒泉盆地、 民乐盆地和武威盆地(图 1)。

祁连山北缘山前冲断带位于北祁连带和河西走廊盆地群的过渡部位(图 1), 是北祁连造山带向河西走廊盆地群逆冲推覆系统(李明杰等, 2005; 杨树锋等, 2007), 窟窿山-柳沟庄、 老君庙、 石油沟构造就位于祁连山北缘冲断带的西段, 冲断带总体上呈北西西向展布, 西端被阿尔金走滑断裂切割(图 1), 向东止于六盘山断裂带, 大地电磁测深结构揭示冲断带根部断层向南深入北祁连深部(Xiao et al., 2012), 该冲断带前锋向北逆冲到盆地腹部, 东西长1 000 km, 南北宽15~80 km, 北祁连断裂自深部向浅部逆冲于河西走廊中-新生代沉积物之上, 并导致中-新生代地层卷入变形(张培震等, 2006; 杨树锋等, 2007; Xiao et al., 2012), 深部结构剖面也显示北祁连山根深度超过50 km, 且河西走廊盆地群之下存在低导电率区(Xiao et al., 2012), 河西走廊盆地群位于这个低导电率区域之上, 酒泉盆地、 民乐盆地和武威盆地3大盆地在大地构造背景、 沉积特征和构造变形特征上具有一定相似性和可比性(李明杰等, 2005; 程晓敢, 2006; 杨树锋等, 2007)。

前人研究认为, 祁连山北缘为冲断体系, 主构造变形开始于中新世晚期(约9.5 Ma), 并持续活动至第四纪(张培震等, 2006; 万景林等, 2010), 呈多层次的逆冲结构(李明杰等, 2005; 杨树锋等, 2007), 浅表层次为远距离冲断系统、 中层为近距离冲断系统和深层原地冲断系统, 杨树锋等(2007)强调原地冲断系统又可划分为原地隐伏和原地显露冲断系统。冲断带分段特征明显, 自西向东可分为3段: 窟窿山-柳沟庄逆冲推覆带、 老君庙-石油褶皱-沟逆冲带、 金佛寺逆冲推覆带, 且自西往东应变量逐渐减小(杨树锋等, 2007)。

图1 祁连山北缘-河西走廊盆地群构造地貌特征 Fig.1 Regional structure and geomorphology of northern Qilian Mountains and Gansu Corridor Basins

图2 祁连山北缘窟窿山地区逆冲推覆体系(观测点位置见 图 1) Fig.2 Thrust system in the Kulongshan area of the northern Qilian Mountains(observation site shown in Fig. 1)
2 窟窿山-柳沟庄褶皱-逆冲带 2.1 逆冲断裂几何学

窟窿山-柳沟庄构造带位于北祁连山前逆冲带西段, 是造山带向前陆盆地的过渡变形区, 冲断带西段的北界(逆冲前锋)已经扩展到盆地内部(图 1, 图 2), 大致沿青草湾-老君庙-青头山-金佛寺一线展布(杨树锋等, 2007), 冲断带南界以前震旦系卷入变形为标志, 沿昌马堡子-大河坝谷底南侧-牛头山-摆浪河一线, 整个冲断带宽度约40 km(杨树锋等, 2007)。

在窟窿山地区, 北祁连山山前冲断带表现为古生代地层(主要为志留系)逆冲推覆于中生代(白垩系)地层和新生代地层之上(图 2), 向前陆方向, 中生界地层逆冲在第四纪砾石层之上, 断裂主要表现为中、 高角度逆冲性质, 出露的断裂体系走向呈北西-南东, 是酒泉前陆盆地与北祁连造山带之间的构造边界, 这些逆冲推覆构造可在二维和三维地震剖面上得以印证(图 3)。

然而, 在酒泉盆地南缘穿越窟窿山地区的北东-南西三维地震剖面上(图 3), 逆冲推覆体仅仅出现在浅层次, 而深部构造样式并非简单的逆冲推覆结构。该带存在“双层结构”: 浅部受控于北祁连山主冲断层, 在古生界地层中发育叠瓦状冲断岩片, 形成窟窿山逆冲推覆构造, 冲断岩片向祁连山深部延伸可能收敛于同一个滑脱面(图 3); 逆冲推覆体下盘则表现为基底断块的差异抬升, 断块边界陡立, 且向上逐渐变倾缓; 这种差异抬升在中生界-新生界盖层中又以背斜-向斜方式响应(柳沟庄构造带), 这些几何形态表现为“类基底变形卷入式褶皱-冲断构造”, 此类构造形成柳沟庄褶皱-逆冲带几何(图 3)。柳沟庄基底卷入型褶皱-逆冲带类似于杨树锋等(2007)认为的冲断距离较小的原地隐伏冲断系统, 窟窿山叠瓦状推覆体系大致对应近距离冲断系统(杨树锋等, 2007)。

图 3所示, “类基底卷入型”褶皱-逆冲构造的几何样式相对较简单, 主要由深部基底岩石局部差异抬升引起上部盖层褶皱和相关逆冲断层组成, 基底断层向上部盖层延伸并向前陆方向扩展, 断面在深部高角度或陡立, 向上逐渐弯曲变缓, 且逆冲断层出现分支, 断层运动差异又导致断夹块内部地层发生褶皱变形(图 3)。酒泉盆地南缘柳沟庄地区褶皱-逆冲带的变形构造具有如下特点: 1)位于深部, 具有隐伏性; 2)基底差异抬升导致的盖层褶皱变形; 3)自深部向浅部和前陆方向断层面逐渐弯曲变缓; 4)深部逆冲前锋类似构造楔体向北楔入中生界下白垩统地层, 形成隐伏的基底卷入式变形前锋。柳沟庄构造带整体隐伏于窟窿山逆冲推覆体下盘, 中生界变形受控于深部基底的原地系变形(杨树锋等, 2007), 其垂向变形和位移量较大, 但向前陆方向运动距离非常有限。

2.2 深部弧形褶皱-逆冲带

在下白垩统各主要层位的顶界构造平面图上(图 4), 窟窿山-柳沟庄褶皱-逆冲带沿走向延伸形迹非常特殊: 1)褶皱-逆冲构造带主边界断裂和次级断裂在平面上均呈弧形几何弯曲, 总体走向为北西-南东, 断裂形迹的弧形凸出面指向前陆方向; 2)在弧形断裂的侧翼, 发育一系列北北东-南南西方向调节性走滑断裂, 规模不一, 既有切割弧形逆冲断裂的, 也有夹于逆冲断裂之间的; 3)弧形褶皱-逆冲带向东南方向终结于或并入北东-南西走向的调节断裂或变形带。

图3 祁连山北缘西段穿越窟窿山-柳沟庄构造带北东-南西向三维地震剖面及构造样式解释(测线位置见 图 1) Fig.3 NE-SW 3D-seismic profile and structural type across the Kulongshan-Liugouzhuang belt to the northern Qilian Mountains(location in Fig. 1)

图4 窟窿山-柳沟庄构造区弧形褶皱-逆冲体系平面形迹展布(位置见 图 1) Fig.4 The distribution of planar track of arc fold and thrust structure in Kulongshan-Liugouzhuang belt(location in Fig. 1)
3 弧形褶皱-逆冲带岩石破裂特征

三维地震数据的裂缝预测技术方法发展迅速, 如通过平方差振幅、 相干数据体、 断层检测、 地层倾角、 玫瑰图及曲率属性比较, 这些技术手段都能够直观地反映岩石破裂空间展布; 在地层高倾角区, 曲率信息(如曲率值和曲率属性信息)可以有效推测地层微小断裂、 产状变化, 可定量预测裂缝的发育方向、 定性预测裂缝发育密度。

本次研究对窟窿山-柳沟庄带下白垩统主要储层进行地震属性切片分析。考虑到窟窿山-柳沟庄带穿层裂缝和微断裂发育这一显著特征, 实验分析中进行了中值相干、 浮雕相干以及协方差矩阵特征时间切片信息提取, 利用浮雕相干得到的相干效果更为精细, 该信息结果可以较为直观地描述断层及微断裂的分布规律和延展形态, 为柳沟庄基底卷入式褶皱变形平面展布几何及其构造裂缝分布特征的准确刻画提供重要的数据支持和依据。

图5 下白垩统下沟组(K1g31)地震地质属性平面特征分析 本区划分为弧形属性特征区、 过渡区和叠加区。a. 最大曲率属性图; b. 相干能量梯度(时间域)平面特征; c. 多属性融合(深度域)特征; d. 杨氏模量与泊松比交汇刻画裂缝分布 Fig.5 Analysis of planar characteristics of the seismic geological properties in bedding K1g31 in Kulongshan-Liugouzhuang area

在下白垩统下沟组(K1g31)最大曲率属性平面分布特征图上, 强属性信息呈弧形结构展布, 在弧形两翼属性信号减弱或消失(图 5a), 如果该属性信息可以被用来指示岩石破裂发育强度的“响应信号”, 那么最大曲率属性信息所暗示的微破裂平面分布也具有弧形构造特征, 且弧形破裂分布带与弧形断裂基本吻合, 在对该组地层进行的相干能量梯度、 多属性融合、 杨氏模量与泊松比交汇信息分析所揭示的破裂平面分布图上也呈现类似的结构特征(图 5b图 5d), 表明窟窿山-柳沟庄隐伏的弧形褶皱-逆冲体系控制本区岩石破裂/裂缝的发育和展布。在多属性融合(深度域)平面分布特征图上(图 5c), 除弧形破裂分布带特征外, 另一显著特征是在弧形带凸面中央位置属性信息更显著, 可能暗示断裂、 微断裂或裂缝强发育区域。

在浮雕相干、 中值相干和矩阵特征结构1 300~1 780 ms的时间切片上均清晰显示出柳沟庄构造带内存在近北东-南西走向的属性高值, 该方向的高值带在小时间切片中最为显著, 如1 380 ms、 1 580 ms和1 780 ms(图 6a图 6c)。在矩阵特征结构时间切片上(图 6c), 这种属性高值带具有一定的宽度, 可能暗示分布有一定宽度的岩石破裂, 这种宽度带呈北东-南西走向。在1 780 ms时间切片上, 这个走向的属性高值带逐渐减弱(见相应的中值相干和浮雕相干1 780 ms切片, 图 6a图 6b), 且隐约出现北西-南东走向的高属性带, 这些近高属性带在超过2 000 ms的时间切片中最为显著(图 7), 上述属性特征暗示, 从浅部向深部, 卷入变形的岩石均发育了较为相似且强烈的破裂或裂缝。

图6 地震地质信息特征分析 a. 浮雕相干(时间切片); b. 中值相干(时间切片); c. 矩阵特征结构(时间切片) Fig.6 Characteristics analysis of seismic geological information in the Kulongshan-Liugouzhuang area

在浮雕相干和中值相干的大于2 000 ms的时间切片上(图 7), 尤其是在2 300~2 580 ms的时间切片面上, 可以观测到两组甚至3组高属性值走向, 第1组为北东-南西走向, 第2组为北西-南东走向, 第3组在2 530~2 580 ms时间切片中较为明显呈北东-南西走向(图 7)。第1组属性高值在平面上呈弯曲几何, 发育在第2组属性高值带前缘; 第2组属性高值区呈弧形弯曲; 第3组属性高值或陡变带呈现切割第2组属性带。基于地震属性与岩石相关性, 这些属性从不同角度响应了岩石破裂、 微断裂或裂缝分布, 那么地震属性信息所揭示的平面几何特征及其切割关系就是窟窿山-柳沟庄带断裂及其响应的岩石破裂分布的基本展布与叠加关系。

图7 窟窿山-柳沟庄地区地震地质信息特征分析 a. 浮雕相干(时间切片); b. 中值相干(时间切片) Fig.7 Characteristics analysis of seismic geological information in the Kulongshan-Liugouzhuang area

基于上述三维地震地质信息综合分析揭示, 北祁连山山前窟窿山-柳沟庄带深部隐伏的大型弧形褶皱-逆冲带形成了弧形裂缝带。从断裂平面展布几何与岩石破裂或裂缝分布特征综合分析, 可得出: 1)弧形破裂分布带完全响应弧形褶皱-逆冲带; 2)岩石裂缝分布差异显著, 大致可分为叠加区、 过渡区和弧形区(图 5a, 图 8a); 3)叠加区: 位于弧形构造带东南侧, 断裂和破裂在空间上呈现两组走向, 一组为北东-南西向, 另一组为北西-南东向, 且互相切割关系, 南段以北东-北西向切割北东-南西向为主, 而北段以北东-南西向切割北西-南东向为主, 相互的切割关系呈现出“类构造叠加特征”; 4)过渡区: 该区位于弧形褶皱带的东南翼部, 呈狭窄条带, 大致北东-南西走向, 带内岩石破裂/裂缝发育程度低, 明显小于两侧; 5)弧形区: 位于过渡区的西北侧, 裂缝分布呈一系列北西-南东走向“高信息条带”, 且呈弧形, 沿走向发生向前陆方向的弧形凸出, 与该区内的断裂平面形迹基本一致; 向北东方向, 弧形曲率属性逐渐变弱(图 8a)。

4 弧形褶皱-逆冲带及其对裂缝型油气藏制约效应

窟窿山-柳沟庄构造带主要岩石类型为泥质白云岩, 裂缝型储层是其重要的油气勘探领域之一(杜文博等, 2003)。从窟窿山-柳沟庄构造带断裂与裂缝平面分布、 截切关系等特征(图 5图 8), 推测本区存在3期主要的构造叠加作用(图 8b): 第1期(D1)为北东-南西走向断裂及其高裂缝发育带, 位于弧形构造带东北端; 第2期(D2)为弧形褶皱-逆冲带及其相伴生的高裂缝分布带; 第3期(D3)位于弧形构造带东侧, 以构造叠加高裂缝发育为特征。因此, 本文预测在柳沟庄构造带沿弧形褶皱轴线为高裂缝分布区域, 在弧形弯曲区, 破裂、 微断裂也强烈发育, 主要形成弯曲相关的裂缝、 弯流褶皱相关的破裂、 剪裂缝等(Ries and Shackleton, 1976; Weil and Sussman, 2004; Fossen, 2010; 图 8b)。

基于弧形褶皱-逆冲带岩石应变理论模型(Ries and Shackleton, 1976), 弧形构造带两翼(过渡区)以剪切调节变形为主, 发育剪切破裂与裂缝, 形成低裂缝区域(图 5a), 这与钻井揭示多为干井或低产井相吻合(图 9), 这些特征暗示右旋走滑调节区内相关走向调节断裂和裂缝不利于流体的运移或储存。

弧形高裂缝发育区: 主控因素为弧形褶皱-逆冲系, 高裂缝展布也呈现弧形, 且在弧形带突出中央形成“弧形高产走廊”(图 9a), 表明弧形褶皱变形进一步促进了弧形凸出部位的岩石破裂, 同时伴随弧形褶皱-逆冲带向前陆的推进(D2), 弧形带与先期构造形迹(D1)产生叠加区, 提高弧形端部的裂缝密度, 两组裂缝系统的相互切割, 改善“走廊”储层的储集及渗滤能力, 并控制了油气的局部富集与高产(图 9b)。

构造叠加高裂缝区(图 8a): 本区位于青西凹陷, 邻近北东-南西走向的159反转断裂(图 8a), 159正断经历晚新生代的东西向调节挤压变形(应变动力源于134-老君庙构造带)发生强烈反转(D3), 形成于盆地反转相关的构造裂缝, 东西向的挤压作用也叠加在柳沟庄弧形褶皱带上, 导致弧形构造带两翼发生一定的简单剪切变形分解, 构造形迹和岩层发生右旋剪切变形, 形成过渡区(图 5a); 在反转区发生改造叠加, 促进裂缝发育。

图8 窟窿山-柳沟庄带构造裂缝分带及演化序列 a. 窟窿山-柳沟庄带裂缝分带: 弧形区、 叠加区和过渡区; b. 窟窿山-柳沟庄带断裂及构造裂缝发育期次、 叠加与改造效应及其区域构造应力场分析 Fig.8 Structural fracture zoning and evolution stages of Kulongshan-Liugouzhuang belt

图9 柳沟庄带构造形迹、 裂缝分布与油气关系 a. 下白垩统最大曲率属性平面图; b. 弧形褶皱-逆冲带与油气产能响应关系 Fig.9 The relationship among structure, fracture distribution and hydrocarbon productivity in the Kulongshan-Liugouzhuang belt

总之, 窟窿山-柳沟庄隐伏的弧形褶皱-逆冲是本区构造形迹的独特之处, 也是构造裂缝发育与分布的主控要素; 不同期次的宏观断层几何相对于祁连山北缘弧形褶皱-逆冲前锋的相对位置均对柳沟庄储层的构造裂缝产生重要影响(杜文博等, 2003), 不同时代断层形成的局部构造圈闭的轴部, 也是裂缝发育的集中部位, 断裂相互作用及断层相关褶皱作用的叠加效应有效地促进了天然构造裂缝的发育程度, 优化了本区构造裂缝型油藏, 对局部产量产生影响(杜文博等, 2003)。在平面上, 新生代晚期弧形褶皱-逆冲带为有效裂缝发育带, 逆冲前锋向前陆方向弧形突进过程对应一系列高产能井, 并形成弧形高产走廊(图 9); 而低产能井和干井主要分布于过渡区, 属于微弱右旋走滑剪切变形区, 且走滑剪切正处初始阶段, 即正在孕育的一个走滑调节断裂, 小规模的走滑剪切运动不可能对地层产生切割和大位移, 裂缝和岩石破裂相对较弱, 也就不能在测井上识别出来。

5 弧形褶皱-逆冲带形成机理及其油气暗示

板块构造为解释全球构造演化动力提供了理论基础, 然而在解释陆陆汇聚碰撞造山动力学方面遇到瓶颈, 弧形造山带(山弯构造)和弧形褶皱-逆冲带在全球广泛发育, 是陆陆碰撞造山带(如新生代喜马拉雅造山带)最显著构造特征之一, 对其成因机制的理解是揭示陆内造山和大陆构造变形动力学的关键。

祁连山北缘山前隐伏弧形褶皱-逆冲带的地质条件及几何学特征既有弧形结构的普遍特征, 也有自身的独特性。就构造位置而言, 弧形褶皱-逆冲带位于山前与前陆盆地过渡区域, 是断陷期地层与前陆盆地地层卷入变形的重要构造因素, 因此是构造圈闭和构造裂缝型油气藏形成的有利部位, 也是油气运移的指向、 油气富集区(Kazmi and Riaz, 1982; Lu, 1994), 与油气的运移-聚集-成藏密切相关(Macedo and Marshak, 1999)。窟窿山-柳沟庄弧形构造带位于酒泉盆地西段, 深部为前中生代地层, 其上为早白垩世北北东-南南西走向的青西断陷盆地沉积和晚新生代前陆盆地沉积; 窟窿山-柳沟庄带的东侧, 即青西断陷的东边界可能存在志留系古潜山(胡文瑞等, 2014)。这些中生代原型盆地沉积结构、 沉积厚度、 控坳边界断裂、 先期古潜山的阻挡效应等均可能成为形成该弧形构造的地质因素。

图10 “刚性块体楔入”弧形构造效应模型(Macedo and Marshak, 1999) a. 刚性构造楔体砂箱模型实验, 沿走向水平拆离强度差异产生向前陆方向弧形突进; b. 构造楔体突进效应引起的弧形逆冲带内的应变模式, 注意弧形翼部的剪切变形; c. 构造楔体引起的弧形构造平面几何 结构模型, 在弧形构造的顶端收缩应变量最大 Fig.10 Thrust wedge mode for arc-structure development(Macedo and Marshak, 1999)

砂箱模拟分析为弧形构造形成过程及其主控因素提供了正演模型, 如Macedo and Marshak(1999)通过砂箱模拟实验分析造山带前缘薄皮构造卷入变形的沉积层厚度对弧形构造的制约效应; Davy and Cobbold(1991)的砂箱实验分析提出刚性块体楔入是控制弧形构造的主要因素; Macedo则模拟了沉积盆地原型和边界对弧形构造的影响。其中Macedo and Marshak(1999)的砂箱实验正演了“刚性块体楔入”的弧形构造效应(图 10a), 该模型强调深部刚性块体的抬升与突进效应将诱发顶部前缘更大的缩短应变量(图 10b), 同时形成顶部两侧构造形迹沿走向的弯曲及弧形翼部的剪切应变作用(图 10a图 10b), 这一模拟结果与本次研究非常类似, 窟窿山深部变形存在基底的差异抬升, 基底变形的卷入非常接近刚性块体的楔入效应, 必然在盖层产生类似的弧形弯曲变形带。

结合窟窿山-柳沟庄弧形构造带剖面结构和平面几何展布特征, 本文引用“逆冲楔体”诱发弧形构造模型解释祁连山山前基底卷入式弧形褶皱-逆冲带(图 10c)。

根据窟窿山-柳沟庄带弧形构造运动的指向与弧形构造的凸向方向表现出的一致性, 表明该弧形构造属于背形弧(Spraggins and Dunne, 2002), 此类型弧形结构所受的最大主应力来自其后缘造山带; 窟窿山-柳沟庄构造带的剖面构造特征暗示该弧形构造为基底参与变形的产物, 即前中生界岩石向前陆方向发生显著的抬升或挤出(图 3), 属于典型的厚皮构造, 而薄皮弧形构造参与变形的地层主要为滑脱层之上的沉积地层, 厚皮弧形构造由沉积层及其下覆的基底岩系共同卷入变形, 这些特征表明中生代原型盆地沉积结构和沉积厚度可能对窟窿山-柳沟庄弧形构造的形成影响效应有限。

本文强调窟窿山-柳沟庄弧形褶皱-逆冲带是其深部基底岩石局部构造抬升或挤出形成的造山带构造楔作用的产物(图 11)。晚新生代祁连山北缘开始强烈隆升, 并伴随向前陆方向的褶皱逆冲变形, 造山带深部发生强烈差异抬升和局部挤出, 基底变形的横向差异性, 导致了盖层岩石褶皱变形和褶皱相关断层向前陆方向的差异运动(胡文瑞等, 2014), 形成深部隐伏的弧形结构, 如窟窿山-柳沟庄弧形带; 而浅层发生远距离的逆冲推覆作用(杨树锋等, 2007), 形成展布地表的线性逆冲带, 如旱峡-大黄沟逆冲断裂。祁连山北缘山前的弧形构造在形成过程中, 其前缘先期构造均可能对其产生影响, 如志留系古潜山也一定程度上扮演了阻挡物, 在弧形褶皱-逆冲带向前陆突进过程中, 窟窿山-柳沟庄带东侧潜山阻碍效应将进一步加剧构造形迹沿走向的弯曲变形。

图11 北祁连山山前弧形褶皱-逆冲构造形成的大陆动力学模型 Fig.11 Continental dynamics model for the formation of arc fold and thrust structure in the foreland of northern Qilian Mountains
6 结论

(1)祁连山北缘-河西走廊西段存在双层结构, 浅表为逆冲推覆构造, 深部为基底卷入型褶皱-逆冲构造。

(2)祁连山北缘山前弧形构造受控于北祁连造山带逆冲构造楔体垂向差异抬升或局部挤出, 并制约盖层褶皱变形与褶皱相关断层向前陆方向的差异运动。

(3)祁连山北缘西段山前深部存在隐伏弧形褶皱-逆冲带, 该弧形构造控制本区下白垩统地层的构造裂缝发育, 并形成强裂缝弧形分布带。

(4)酒泉盆地南缘晚新生带弧形褶皱-逆冲带与本区先期断裂、 裂缝带的构造叠加效应, 形成弧形构造“中央强裂缝发育带”, 是形成构造裂缝型油气藏的有利区域。

参考文献
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Arcuate fold-thrust belts and its oil gas exploration prospect

Du Wenbo1, Zhang Jinjiang2, Xiao Yuxiang1,3, Zhang Bo2, Li Xiaojun1, Hou Xiuliu3, Wang Meng2, Li Jing1, Cheng Guangjin1     
( 1. Exploration & Production Research Institute, Yumen Oilfield of CNPC, Jiuquan, Gansu 735019; 2. 2. The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 3. Exploration & Production Research Institute, CNPC, Beijing 100083 )
Abstract: The northern Qilianshan thrust belt in the southern Hexi Corridor Basins is an important boundary in the northeastern Tibetan Plateau. The belt plays a key role in the Cenozoic intracontinent deformation. Based on the field structural surveys, seismic profile interpretations and attributes of seismic data, the blind arcuate fold-thrust belts are identified under the thrust nappe in the Kulongshan-Liugouzhuang belt in the western segment of the Jiuquan Basin. Our observations demonstrate that the curved trend lines are indenter-controlled salients. The salient geometry resulted from vertical variations in basement uplifting and differential movements to foreland direction. Specifically, fracture development and distribution are response to the structural trend lines in the indenter-controlled salients. The central zone in the curved fold-thrust belt is characterized by high fractures and micro-fault networks, which is favorable area to develop fractured reservoirs.
Key words: Arcuate structure     Fold-thrust belt     Base-related deformation     Fractured reservoir     Northern Qilianshan     Jiuquan Basin     Kuloushan-liugouzhuang belt