吴林等-JAES：塔里木盆地应力状态与动力机制

　　塔里木盆地是我国最古老、面积最大的含油气盆地，毗邻全球构造运动最活跃的青藏高原与帕米尔高原，独特的大地构造位置，使其成为研究陆内变形、盆山耦合的天然实验室。新生代以来，随着印度板块与欧亚板块的持续碰撞，青藏高原犹如一部巨型“地质发动机”，向北释放出强大的挤压应力。这股应力持续作用于塔里木盆地，不仅重塑了盆地周缘的造山带格局，更在盆地内部催生出复杂多变的应力环境：从浅部的断裂活化、褶皱变形，到深部的岩石流变、应力重分布，不同构造层的现今应力状态呈现出显著的差异性，这给地球圈层尺度的力学耦合变形认识带来了巨大挑战。

　　然而，受限于超深层探测技术的瓶颈，塔里木盆地的应力研究长期面临两大难题：一是深部应力数据“极度匮乏”，使得塔里木盆地几乎成为青藏高原周缘应力场研究中的“空白区”；二是应力分布规律“迷雾重重”—不同构造单元的应力方向、大小差异缺乏系统厘定，浅部与深部应力的关系不明确。这一现状不仅阻碍了盆山耦合动力学机制的深入解析，更严重制约着深层油气资源的高效开发。

　　因此，准确解读塔里木等大型含油气盆地内部的应力分布规律，已成为当前构造地质学与油气勘探领域亟待突破的关键课题。本研究基于钻井、地震、GPS、监测等多类型数据，进行多维度的盆地应力模拟、解译、预测和分析，提出了塔里木盆地现今应力解耦状态及其动力学机制。主要亮点认识如下：

　　（1）塔里木盆地应力方向呈平面共轭式分布

　　深部地震数据分析表明，塔里木盆地最大水平主应力SHmax方向呈NW-NE两组，其中东南、西北部表现为NW向，西南、东北部表现为NE向，两组SHmax方向均与盆缘走向垂直，指示区域活动构造对盆地SHmax方向的一级控制作用（图1）。对比浅表应力模拟数据发现，盆地东南、西北部深部SHmax方向逆时针旋转约20°-40°，盆地西南、东北部顺时针旋转约20°-40°，这与古地磁报道数据高度一致。由此可见塔里木盆地SHmax方向及其旋转方向表现出共轭式对称的分布规律。

　　（2）塔里木盆地应力机制呈垂向多层楼式解耦

　　基于超深油气井应力预测表明，盆地北部坳陷总体表现为走滑型应力机制（图2），其中部分层位兼具正断型应力机制（反射层T40~T50与T60~T74）。基于深剖面应力数值模拟表明，库车坳陷最大主应力方向总体分为四个区间：水平、过渡、垂向和水平/垂向，指示应力机制纵向上的多次转换。因此，盆地巨厚盖层（~10km）的应力机制垂向表现为多层楼式分异、解耦，这与多层楼式构造组合样式高度吻合（图3）。

　　（3）塔里木盆地应力状态的弧形控制模型

　　塔里木盆地共轭式、多层楼式复合应力格架，说明青藏高原并非是塔里木盆地的单一边界条件，而是多源边界条件，这与喜马拉雅碰撞引发的弧形对称构造结相互印证，即东构造结的NE向挤压和西构造结的NW向挤压，这是塔里木盆地应力场的独特之处（双重控制的应力系统，图4），也是盆地现今菱形结构的主要成因。因此在印亚碰撞中，尽管地壳-上地幔变形在大尺度上表现为力学耦合，但在盆地尺度内却是力学解耦状态，即没有形成统一应力方向和应力机制的挤压应力场，这在我国长期发育的青藏高原周缘叠合盆地尤为明显，同时在伊朗、澳大利亚等全球其它大型盆地中也有类似现象。

　　该研究成果近期发表于地球科学领域期刊《Journal of Asian Earth Sciences》，我所吴林同志为第一兼通讯作者，研究得到国家自然科学基金面上项目（42372179）重点资助。近年来，研究团队围绕油气地质力学领域重大科技问题，持续开展大型含油气盆地深部构造变形与应力响应关系研究，形成系列成果如下：

　　塔里木盆地：Lin Wu*, Shuwei Guan, Lei Zhou, et al. 2026.Present-day stress decoupling in the Tarim basin, China.Journal of Asian Earth Sciences, 306, 107106.https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2026.107106

　　四川盆地：Huiju Shi, Lin Wu*, Shuwei Guan, et al. 2026. Present-day structural deformation and stress regime in the southern Sichuan basin, China: insights from deep geophysical data and numerical modelling. ActaGeologicaSinica (English Edition), 1-16. https://doi.org/10.1111/1755-6724.70049

　　准噶尔盆地：Lin Wu*, XingqiangFeng, Lei Zhou, et al. 2024.Spatially varying stress regime in the southern Junggar Basin, NW China. Tectonophysics, 891, 230516. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2024.230516；吴林*，朱明，冯兴强，等，2022. 准噶尔盆地四棵树凹陷构造应力场与构造变形解析，石油学报，43(4)：494-506. https://doi.org/10.7623/syxb202204004

　　

　　图1  塔里木盆地及其周缘的应力-应变方向。(a) GPS速度(Wang和Shen, 2020);(b)基于GPS模拟的SHmax方向(Kreemer et al.,2014;Zhang et al., 2024);(c)基于前人(Heidbach et al., 2018)和本研究的SHmax方向。(a)、(b)、(c)的数据标准化后指示明显的方向旋转，与各向异性测井和成像测井数据相互印证(Sun et al., 2018;Wang et al., 2024)。

　　

　　

　　图2塔里木盆地应力机制垂向解耦模型（ND为北部坳陷；KD为库车坳陷）。应力状态不随深度线性变化，而与地层岩性及其流变性相关，呈多层楼式变化。

　　

　　图3塔里木盆地北部坳陷重点油气区多层楼式走滑构造变形

　　

　　

　　图4  塔里木盆地共轭式应力状态的弧形控制模型