柴达木盆地位于青藏高原东北部，由于受到印藏碰撞的远程效应影响，新生代盆地变形改造非常强烈。位于柴达木盆地西部的阿尔金断裂，是青藏高原和塔里木板块的重要分界线。阿尔金断裂的形成和活动对于释放板块碰撞的巨大应力有重要作用。因此，对于该区域的研究一直是地学界的热点话题(任收麦等，2003；许志琴等，2004；吴光大等，2006)。作为高原上规模巨大的陆内走滑断裂之一，阿尔金断裂的形成机理和后期运动特征尚未达成共识，它的隆升过程、大规模左旋走滑的起始时间、走滑位移量等还是诸多学者争议的科学话题(葛肖虹等，2001；Yin et al., 2002；刘永江等，2007；王亮等，2010；Wu et al., 2012a, b )。研究阿尔金断裂的发育与柴达木盆地的构造变形之间的关系，则能从沉积盆地的角度来更好的理解阿尔金断裂的形成演化过程。

阿尔金断裂的活动与柴达木盆地中、新生代以来的构造演化有着密切关系。根据目前对柴达木盆地西北缘的研究，阿尔金断裂的走滑对盆地内局部构造的形成以及后期的改造有着直接的影响(王亮，2009；吴磊，2011)。本项研究选取阿尔金山前的小梁山背斜(图 1)为研究对象，利用3D地球物理技术分析断裂构造在地震属性上的响应，提取相应的断裂分布信息，客观地界定断裂的空间位置，并将断裂进行分类组合，整合不同的断裂系统。依据断裂系统所表现的几何学、运动学特征，推断其成因机理及与阿尔金活动的关系。

图 1

Fig. 1

图 1 研究区地质简图 Fig. 1 Sketch geological map of study area

柴达木盆地位于青藏高原东北部，分别被东昆仑、阿尔金山、南祁连所合围，地处古亚洲构造域南缘，紧邻特提斯构造域。盆地海拔由西北向东南逐渐降低，西部以山区为主，东部地势平坦。自新生代以来，盆地经历多期不同性质构造应力作用，形成复杂断裂系统(Yin et al., 2007, 2008; Meng and Fang, 2008)。盆地基底主要为前中生代的变质岩、花岗片麻岩和花岗岩组成，其上为巨厚中-新生代沉积盖层，平均厚度8km，沉积物主要为陆源碎屑(表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 柴达木盆地新生代地层表 Table 1 Cenozoic stratigraphy in the Qaidam Basin

表 1 柴达木盆地新生代地层表 Table 1 Cenozoic stratigraphy in the Qaidam Basin

小梁山背斜构造位于柴达木盆地西部北区，主体呈NW-SE走向，地面构造为一短轴背斜，轴向约125°，长约19km，宽约8.6km。地表主要是砂泥质地形，以砂泥质硬盐碱壳为主，整体地势较为平坦，平均海拔2770m。根据青海油田的构造级别划分，小梁山构造属于小梁山凹陷的一个三级构造。

由于3D地震勘探技术的进步，能够获得高信噪比的地震资料，剖面的分辨率有极大的改善。随着3D地震的发展和广泛应用，相应的地震资料处理手段日趋丰富，正是在这种背景下，地震属性分析逐渐成为一个研究热点，成为构造分析、地质解释的重要辅助手段。

地震多属性的应用能较为精确解释断裂等复杂构造系统，不但可以细致的解析断裂系统的空间展布，而且有助于根据断裂特征进行系统归类，合理推断其活动过程及成因机制。通过研究多种地震属性的算法及影响因素，并将处理后的数据体进行仔细对比，本文采用相干和边界增强属性来提取小梁山地区的断裂分布。

相干属性经多年的应用和不断完善，无论从方法理论还是实践应用，都已逐渐成为断裂识别和分析的首选方法。相干体的计算也经历了从简单到复杂，从单参数到多参数的提高(Bahorich and Farmer, 1995；Marfurt et al., 1998；Chopra, 2002, 2007)。边界增强属性来源于模式识别，具体的算法各有不同(Greenberg et al., 2002; Hastings, 2007; 杨培杰等, 2010)。

在数据处理过程中，为达到最佳分辨率，根据算法的要求，对地震数据的主频和带宽进行了细致分析，再结合本研究区断裂发育情况，选择合适的计算时窗和步长。通过地震属性运算，收敛了断点、断面引起的地震波的绕射现象，让断点的位置更加清晰，突出了断裂的边界特征。从得到的最终数据体来看，不同规模的断裂在空间上的展布非常清楚，断裂带内的各个分支断裂更加容易区分(图 2)。

图 2

Fig. 2

图 2 小梁山地区相干体和地震剖面的局部椅状显示图 箭头所指背斜翼部的大断裂在地震剖面中反映很清楚，相干体也有很好的对应关系；椭圆中的地震剖面上只可见波状起伏的地震同相轴，但相干体指示这是小断裂造成的同相轴异常 Fig. 2 A local chair chart of coherence cube and a seismic section in Xiaoliangshan area The large fault pointed out by white arrows is clear in both seismic section and coherence cube. The wavy anomalies boxed by white ellipse in the seismic section are actually caused by small faults as shown in coherence cube

在地震数据断裂解释过程中，控制背斜的大断裂在叠后地震剖面上就能很好的追踪，再结合相干体反映的断裂边界，可以对大断裂的空间展布进行细致刻画。对于深部的断裂，由于存在多期叠加，不同系统的断裂在空间上有切割关系，因此需要结合断裂在平面和剖面上的特征进行解释。相干属性能很好的揭示断裂的横向分布情况，而边界增强属性能更直观的分析断裂在纵向上的延伸特征。依据不同级别断裂在叠后地震剖面以及地震属性体中的表征情况，就能对断裂体系进行精细解释，绘制该区域的断裂结构图。

根据原始地震剖面并结合相干和边界增强属性的结果，可以对小梁山构造的断裂系统进行深入解析。依据断裂的走向、倾向、在空间上的分布特征以及活动时间对不同级别的断裂进行分类，进而确定与构造运动有关的断裂构造样式及其相互间的关系。

整体来看，地震剖面显示小梁山地区具有深、浅层两套断裂系统。浅部沿背斜两翼发育两条大断裂，呈“两断夹一隆”的剖面形态；深部基底断裂向上切割地层，断面一直到T3反射层(图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 典型剖面结构图 位置见图 1和图 6a中B-B′ Fig. 3 A typical section chart For location, see B-B′ in Fig. 1 and Fig. 6a

梁南断裂为浅层背斜的主控断裂，自上而下切割地层T0-T3，断距达200m左右，断裂破碎带范围也达数百米。断裂向下在下干柴沟组上段的泥岩和膏岩等软弱介质内形成滑脱，滑脱面向NE延伸，剖面上已经超出测区范围。断面具有由深至浅呈逐渐变陡的弧形特征，平面上走向NW，倾向NE，在测区内延伸超过15km。梁北断裂走向与梁南断裂平行，倾向SW，测区内延伸长度超过14km。切割地层包括T0-T3，断距较梁南断裂小，在数十米以内，断裂破碎带影响范围与梁南断裂近似。断面陡立，向上达测区顶部，向下收敛于梁南断裂的滑脱层附近。从小梁山背斜与梁南、梁北两条断裂空间上的形态和发育特征来看，背斜南翼地层变形幅度大，北翼相对平缓；梁南断裂与梁北断裂相比，梁南断裂破碎带规模更大，断距也更大。正是在这两条大断裂的共同作用下，控制了背斜主体的发育和分布，形成了现今地貌上的小梁山背斜构造(图 3)。

受梁北断裂和梁南断裂的影响，浅层还分别发育与这两条断裂产状一致的多个次级小断裂。这些小断裂延伸长度不大，切割的地层不多，只是在局部范围发育，系这两组断裂的伴生断裂(图 4a)。

图 4

Fig. 4

图 4 小梁山地区T2’(a)和T4 (b)反射层时间域构造图 Fig. 4 Structural maps of reflection horizons T2’ (a) and T4 (b) of the Xiaoliangshan area in time domain

深部主要发育NW和近EW向两组断裂(图 4b)。NW向断裂倾向SW，测区内延伸长度超过18km，断层破碎带向西甚至超出测区范围。结合剖面(图 3)上NW向断裂的分布特征和平面(图 4)上的延伸特征，可以明显看出深部NW向断裂和浅层梁南断裂组成共轭逆冲断裂系统，这组共轭逆冲在空间上组成“楔形”构造特征。据此可推测在“楔形”逆冲作用下，引发浅部岩层的褶皱变形，形成了现今小梁山背斜构造。伴随构造变形的强烈作用，岩层内积聚的应力需要通过断裂来释放，因而同期产生诸如梁北断裂之类的次级伴生断裂。

通过地震属性所揭示的断裂在平面上的延伸和展布特征，发现在基底还发育3条近EW向断裂(图 4b、图 5a)。近EW向断裂在测区最大延伸长度超过10km，向东延伸超出测区范围。两组不同走向的断裂在深部表现为近EW向断裂被NW向断裂切割。EW向断裂规模较NW向断裂小，断裂破碎带更窄。根据两组断裂的切割关系以及在平面上反映的特征来看，NW向“楔形”逆冲具有压扭性质的斜向冲断的特点。

图 5

Fig. 5

图 5 断裂结构切片图(a)及浅部NW向断裂和深部EW向断裂结构模型(b) (a)图为相干属性时间切片和边界增强属性剖面图的叠加显示, 实线箭头指示EW向断裂的空间位置及展布情况；虚线箭头所指为沿背斜两翼分布的NW走向的断裂;(b)图为解释的断裂结构空间模型 Fig. 5 Faults structure diagram (a) and a model of shallow NW trend faults and deep EW trend faults (b) Fig. 5a is a overlay display of coherence slice and ridge enhancement profile. The solid arrows show the spatial location of EW trend faults and dotted arrows point the NW trend faults along the two limbs of Xiaoliangshan anticline

从深、浅层断裂的空间展布状态来看，深层近EW向断裂主要在深部发育，断裂的活动并未影响浅部地层的变形和破坏。浅层NW向断裂沿背斜两翼延伸，自上而下切断地层直至T4反射层，深部NW向断裂向下切穿基底。根据剖面形态反映的构造特征以及平面延伸特征来看，深、浅层NW向断裂的“楔形”构造表明NW向断裂应为晚期同一构造事件形成的同期断裂系统。而近EW向断裂发育于深部地层，且被深部NW向断裂切割，据此可判断近EW向断裂为早期活动断裂，晚期受到NW向断裂的切割改造。

在剖面图上(图 6b-e)背斜北翼的浅层结构中有明显的自核部向翼部地层增厚的现象，“生长地层”特征明显，说明在背斜的定型期有过剧烈的构造运动。在上油砂山组沉积时期(T1-T2’)，地层厚度变化不大，背斜核部比翼部略微有增厚的迹象，但是根据区域活动的情况来看，该阶段应该存在大规模的构造活动事件，据此推测该阶段为构造活动的启动时期，断裂活动并不强烈。通过对深部反射层△T值分析来看(图 6a)，沿小梁山背斜核部向NE方向△T值逐渐减小，说明地层沉积厚度逐渐减薄，地层的沉积过程受早期断裂的活动所控制。由此可推测，小梁山背斜核部区域早期为古洼陷，其早期活动主要受深部EW向断裂的影响；在洼陷被沉积物填平以后，晚期的构造运动促成了小梁山背斜的形成。根据前人基于柴达木盆地西北缘的研究成果(王亮等，2010；Wu et al., 2012a, b )认为，阿尔金断裂存在两个期次的活动，第一期为早期断裂孕育，主要表现为强烈的挤压抬升作用，第二期为阿尔金断裂开始大规模走滑。据此可以判断，阿尔金山前小梁山地区的断裂活动可以分为两期构造事件，依据它们交切关系可以判断近EW向具逆冲性质断层形成时间较早，NW向“楔形”断裂则是晚期活动的斜向冲断。综合分析，认为EW向断裂形成于上干柴沟组以后(约36Ma后)，而NW向断裂则与阿尔金断裂走滑运动相关，开始于上油砂山组之后(约15Ma)。该地区浅层的褶皱形成时间应该在NW向断层之后，受NW向断裂斜向冲断所引发。

图 6

Fig. 6

图 6 反射层△T图及相应位置地震剖面 为消除逆冲断层上下盘叠置带来的厚度增加的假象，只计算了断层上盘的△T值.地震剖面中白色箭头指示的是“生长地层”发育的界线；黑色箭头指示背斜核部区域存在“顶厚翼薄”的特征 Fig. 6 A △T diagram between T2’ and T3 and the seismic profiles of corresponding locations In order to eliminate the false thickness because of the overlay both hanging wall and footwall, △T values calculated only in hanging wall. White arrows indicate the growth strata boundaries and black arrows indicate the character of thick top and thin limb in the core of anticline area

根据对研究区地下断裂的分析结果，并结合前人关于阿尔金的地面露头以及地表断裂和节理的研究(刘俊来等，2003；尹成明等，2011；Wu et al., 2012a, b )，我们认为，小梁山地区新生代以来的构造活动与阿尔金的隆升和走滑密切相关。自上干柴沟组(N₁)沉积开始，随着阿尔金的基底剪切和快速隆升，山前地层受到挤压作用，形成了自基底引发的早期具斜向冲断性质的近EW向断裂系统(图 7a)。上油砂山组(N₂²)沉积以后，伴随阿尔金断裂再次活动，开始大规模左旋走滑，引起柴达木盆地西北地区浅部地层的强烈变形，直接造就了大量现今地貌上的构造特征。由走滑引起的自深层到浅层的“楔形”逆冲，其应力作用效应在狮子沟组(N₂³)时期传递到小梁山地区，形成地面背斜构造。阿尔金的左旋走滑使得阿尔金南缘地区受到“楔形”逆冲作用，小梁山地区深、浅层NW向断裂正是在这样的构造背景下强烈发育，晚期NW向断裂不但对早期近EW向断裂有明显的切割改造作用，同样也控制了小梁山背斜构造的发育(图 7b)。

图 7

Fig. 7

图 7 小梁山背斜断裂活动演化模型 (a)-第一阶段与阿尔金山的隆升相关，受阿尔金山的隆升所影响，形成早期近EW向基底断裂；(b)-第二阶段伴随阿尔金断裂的走滑作用，形成“楔形”的冲断，不但改造了早期EW向断裂，也形成了控制现今背斜的NW向断裂 Fig. 7 A fault evolution model in Xiaoliangshan anticline area (a)-the first stage was relevant to the uplift of Altyn Mountains and generated the early EW trend basement faults; (b)-the second stage accompanied Altyn Tagh Fault strike-slip, formed a wedge thrust. The late faults movement not only transformed the early EW faults, but also formed the NW faults in the limb area of Xiaoliangshan anticline

通过运用近年来地球物理技术中成熟的3D地震属性分析方法，对小梁山地区断裂系统进行深入解析，结合前人的研究成果，可以得出以下认识：

(1) 阿尔金山前小梁山地区自新生代以来主要经历了两期构造运动;

(2) 第一期的发育时间为上干柴沟组以后(约36Ma)，形成了早期EW向断裂；第二期构造活动发生在上油砂山组之后(约15Ma)，由于“楔形”逆冲，产生了深、浅层同时发育的NW向断裂。

(3) 晚期的NW向断裂不仅对早期EW向基底断裂有明显改造作用，还形成了现今地貌上的小梁山背斜构造。