0 引言
四川盆地于2011年在德阳—安岳槽盆周缘深层震旦系—寒武系获得大气田，逐渐建立“相控”气藏模式[14⇓⇓-17]，深层—超深层碳酸盐岩储集层成为重点勘探方向[17-18]。由于深层储集层更致密，走滑断层发育，有望形成大型断控气藏，走滑断层发育特征引发学者争相探索[19⇓⇓-22]。马德波等在高石梯—磨溪地区6 600 km2三维地震的基础上，通过解析相干、振幅属性特征认为古生界发育右行和左行的张扭性走滑断层，经历早加里东期、晚海西期两期活动[20]。Li等以四川盆地中部（简称川中）2 778 km2三维地震资料为基础，提出兴凯旋回发育右行张扭走滑断层、加里东旋回发育弱挤压左行走滑断层[21]。管树巍等解析川中三叠系断裂系统，认为断层经历晚奥陶世—志留纪右行走滑阶段、晚古生代—三叠纪断层沉寂阶段以及中侏罗世至今左行走滑阶段，认为其受加里东期和中侏罗世以来周缘造山影响而成[22]。研究表明川中走滑断裂系统成因复杂且经历多期断层活动，但利用年代学证据证明断层形成时期及其动力机制的研究较少。
1 构造背景
四川盆地经历多旋回伸展-挤压运动，在周缘形成一系列逆冲构造，在中部克拉通内形成走滑断裂系统[19⇓-21,28]，呈现明显的平面构造分区特征（见图1 a）。川中地区经历震旦纪末初始隆升、晚加里东期—二叠纪前多次强烈隆升形成主体，最终在喜马拉雅期定型形成乐山—龙女寺古隆起[29-30]。另外盆地经历两次重要的伸展阶段[31-32]，一是兴凯运动作用下震旦纪末期至寒武纪龙王庙组沉积期的伸展旋回，形成走向近南北向的安岳槽盆;二是峨眉地裂运动作用下的晚二叠世—早三叠世弱伸展旋回，发育北北西—南南东向开江—梁平海槽。研究区自下而上主要发育震旦系、寒武系、奥陶系、二叠系，全区普遍缺失泥盆系，奥陶系—石炭系仅在古隆起边缘有残留（见图1 b）。
2 川中地区走滑断层特征
2.1 走滑断层的分布
解释结果表明大型走滑断裂带发育34条，长度一般30~80 km，最大（FI6）可达160 km，并向三维工区外部延伸。走滑断层走向主要为北西西—东西向、北西向、北东向，其中近20条长度大于50 km的北西西—东西向构成整个断裂系统的格架，断层间距在10 km左右，最小接近5 km，最大距离可达15 km，一些北西向断层在这些断块中斜交发育，以北西西向断层为轴发散撒开，北东向断层也在该区穿插发育。在高石梯—磨溪地区（简称高磨）以北的斜坡地区（见图2 分区线以北），主要发育3组北西西向—近东西向断层，其连续性差、断续发育，单条断层延伸极短，以F1断层及其周边次级断层为主，断层走向由北西向逐渐转变为近东西向，向东南方向撒开形成马尾构造，单条断层仍呈断续线性展布（见图2 ）。
按照断层延伸长度以及高差等参数将其划分为3个级别（见图2 ）：①一级断层总延伸长度多大于50 km，最大落差多大于60 m。②二级断层长度一般大于20 km，最大高差大于40 m。③其他的短距离断层为更低级序的断层，在此不作区分。按照此划分方案，川中地区寒武系底界发育12条一级走滑断层，以北西西向—近东西向为主，总长约832 km。其中FI12向二维区延伸，断层响应明显、落差较大，将其也定义为一级断层。二级走滑断层共22条，总长约570 km，包括6条总长约146 km的北东向和17条总长约424 km的北西西向—近东西向走滑断层。更低级序的小断层近700段，其中北东向总长约450 km，北西向和北西西向总长约970 km。在川中古隆起区域，走滑断层延伸长、断层样式清晰，断层多以线性特征为主，少见雁列、斜列断层发育，但也常见马尾构造、叠覆构造等。
2.2 走滑断层分层特征
地震剖面显示川中走滑断层主要分布在震旦系—二叠系，多断至二叠系的底部，有少量断层向上延伸至二叠系内部，极少数可延伸至三叠系及其之上（见图3 ）。断层在剖面上具有明显的走滑断层典型样式，如花状构造、高陡直立、倾向反转等。走滑断层纵向上具有分层特征，不同层位表现形式不同，有些断层分布在寒武系底面不整合之下，有些断层在寒武系内部发育，寒武系内部反射波同相轴明显错断，而顶部靠近二叠系底部的同相轴变形微弱。地震剖面显示一些走滑断层具有明显的多层花状构造，且断层断穿上下地层的地震响应特征、变形幅度、性质均具有差异。
在川中高磨地区完成震旦系灯影组底界、寒武系底界、龙王庙组底界、下二叠统底界及上二叠统底界走滑断层分层精细解释（见图2 、图4 ）。从走滑断层分布及其特征来看，断层以北西西向和北东东向两组为主，5层断层格局基本未变，构造样式及发育规模具有明显的继承性和一定的差异性。
①震旦系灯影组主要以刚性的碳酸盐岩为主，在灯影组底界（见图4 a），高磨地区断层延伸较长、延续性较好，在地震剖面上同相轴具有明显错断特征（见图3 ）。②灯影组顶界（见图2 ），断层延伸较长，以线性、斜列构造为主，局部可见马尾构造、叠覆构造、斜交构造以及右行雁列构造等，基本继承灯影组底界构造格局，断层样式有所复杂化。③在寒武系龙王庙组底界（见图4 b），雁列构造是最显著的特征，多数一级和部分二级断层段具有明显的右行运动作用下的雁列展布特征，如FI6—FI11。部分一级断层尾端撒开的马尾构造也是右行作用下的产物。龙王庙组与震旦系灯影组之间发育巨厚的筇竹寺组泥岩，其塑性特征容易造成走滑断层在其内部抵消位移而消失，这也是寒武系底界断层（见图2 ）特征最为成熟、规模和长度最大的原因之一。④下二叠统底界是川中地区剥蚀程度最高的不整合界面（见图4 c），该界面断层依然与寒武系底界的具有继承性，但断层规模明显减小，往往成对出现，主位移带更加破碎复杂化，横向延续性明显减弱，呈断续状分布在各个区域。构造样式则以雁列、斜交及马尾构造为主，这与剖面上走滑断层由下至上由单根断层向上撒开的规律吻合。该层面仍发育较多的雁列构造，但有些断层其旋向发生转变，如FI11西北部以右行雁列断层为主，而东南部则由左行雁列断层组成，FI12也具有左行雁列的特征。⑤上二叠统底界（见图4 d），断层规模急剧减小，川中高磨地区的北西西向断层也大量减少，很多断层具有明显的左行雁列特征（FI9—FI12），仅在局部地区仍沿早期断裂带发育一些断续的断层段。断层整体上以断续、斜列构造为主，但北东向的FII19依然表现为连贯的断裂带。
3 走滑断层形成时期
3.1 地震-地质分析
3.1.1 大多数断层终止的层位
3.1.2 雁列构造终止的层位
雁列断层的消失揭示走滑断层活动终止。根据主要层系的解释结果，寒武系龙王庙组底界、下二叠统底界和上二叠统底界的不同部位都发育雁列构造，龙王庙组底界可见右行雁列构造（见图6 a），下二叠统底界右行、左行雁列构造共存（见图6 b、图6 c），而上二叠统底界主要发育左行雁列构造（见图6 d、图6 e）。结合地震剖面，龙王庙组底界雁列断层终止于龙王庙组内，在下二叠统底界并未继承性发育（见图6 f）;下二叠统底界的雁列构造也于该界面终止，上二叠统底界雁列断层终止于上二叠统内（见图6 g）。这些雁列断层终止的地层年代约束了断层的最晚活动时间，揭示在早寒武世、二叠纪前和晚二叠世均发生走滑断层活动。
3.1.3 断层上下变形样式与性质的变化
四川盆地经历多期构造运动，区域应力场的性质和方向发生转变，断层激活伴随伸展、挤压和走滑分量的差异分配，造成断层规模、样式、性质的差异，如多层花状构造和张扭—压扭性质转变，可以判别走滑断层活动时间。
地震剖面显示震旦系内部（寒武系底界之下）断层变形比较复杂，多条断层自基底开始发育并向上发散，多条次级断层终止于寒武系底界，也有很多断层仅在下寒武统发育，且具有较大的断距（见图3 、图5 、图7 ）。图5 中FII13断层带发育至少3层花状构造：①第一层发育在寒武系底界之下，自基底向上发散，地震反射波同相轴明显错断，且形成一个断裂破碎区，一些次级断层向上消失于下寒武统。②第二层发育在二叠系底界之下，少数断层自震旦系向上继续发育，断层具有明显的错断同相轴特征，例如龙王庙组底被明显错断，在二叠系底部仅有轻微挠曲变形，也可见发育于二叠系之下的花状构造（见图7 a、图7 b）。③在二叠系及以上也发育一层花状构造，由于断层活动微弱，断层小位移错断同相轴且很多形成挠曲变形。图7 所示断层在寒武系具有明显的负花状特征，图7 c显示上二叠统中则体现为正花状构造，证实晚二叠世的走滑断层叠加活动。下寒武统内、二叠系底界之下、上二叠统内部发育的3层花状构造指示至少3期走滑断层活动。
断层性质转变更是走滑断层多期活动的重要证据。具体表现为：①雁列断层运动方向的上下差异，下寒武统内部大规模发育的右行雁列构造和上二叠统底界的左行雁列构造代表至少早寒武世和晚二叠世两期走滑断层活动（见图6 ）。②下寒武统的“强下掉”张扭特征（见图6 f、图7 ）、二叠系界面之下断层相关挠曲的压扭特征（见图6 f、图7 a）、上二叠统的“弱下掉”张扭特征（见图6 f、图6 g）反映了走滑断层经历早寒武世张扭、二叠纪前压扭和晚二叠世弱张扭等3期走滑活动。③二叠系底界之下的寒武系下部层系断层落差大、地震响应强，断层落差小、地震响应弱，也代表至少两期活动（见图7 ）。
3.1.4 大型不整合的分隔
大型不整合界面上下断层变形样式和性质往往差异较大。寒武系底界、二叠系底界、上二叠统底界等关键不整合界面分别是桐湾运动Ⅱ幕、海西运动、峨眉地裂等重要运动的产物，二叠系底界和寒武系底界分隔走滑断层规模与样式，形成多层花状构造（见图3 、图5 、图7 ），特别是二叠系底界上下断层性质变化、雁列断层旋向差异和断层落差差异显著，无不佐证二叠纪前后的走滑断层差异活动。
寒武纪前走滑断层是否活动往往难以通过地震剖面或者断距判断，因为最大垂向错断位移往往发育在下寒武统内。但断层两侧地震相差异显著（见图8 ），平面图显示其相变边界与某些走滑断层段高度吻合（见图8 a、图8 b），揭示走滑断层在震旦纪晚期已经出现雏形，并且可能影响着局部的沉积相变，震旦纪末的剥蚀以及后期的断层活动叠加使早期断层活动判识难度增大。
3.2 断层构造缝胶结物U-Pb同位素测年
近些年断层裂缝胶结物碳酸盐岩U-Pb定年逐渐成为厘定断层活动时期的重要方法，并在塔里木盆地取得较好的应用效果[27,35]。四川盆地震旦系—二叠系碳酸盐岩地层中广泛发育各种裂缝，岩心可见构造缝大量发育[36]。选取距离断层1.5 km范围内的3口井岩心，包括震旦系、二叠系的断层角砾岩、裂缝胶结物等碳酸盐岩样品，利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）进行测试，获得了比较精确的裂缝胶结物U-Pb年龄（见图9 ）。川中高磨地区PT1井位于FI7断层上，灯二段发育大量构造缝，其测井资料显示其裂缝走向与断层走向基本一致，其裂缝胶结物碳酸盐岩年龄为（474±24）Ma和（531±24）Ma（见图9 a、图9 b）。GS1井位于FI10断层带上，其灯四段断层角砾岩碳酸盐岩年龄为（510±26）Ma（见图9 c）。GS2井紧邻北西向走滑断层，其栖霞组断层相关裂缝胶结物年龄为（267.7±1.2）Ma和（260.8±1.4）Ma（见图9 d、图9 e）。测定的沉淀时间指示了早寒武世、奥陶纪和晚二叠世至少3期断层-流体活动。由于断层活动应早于或与裂缝胶结物同期，裂缝胶结物的年龄与地震剖析的走滑断层活动时间具有较好的匹配关系。
另外，何顺等对川中地区构造缝进行流体包裹体测温揭示3期构造裂缝活动[36]，即桐湾运动二幕、加里东期和燕山期—喜马拉雅期，该研究成果也一定程度上反映了川中地区走滑断层的活动时期。
3.3 走滑断层活动时期
综合地震-地质分析、裂缝胶结物测年和前人包裹体测温资料，证实川中地区走滑断层存在多期发育特征。多层花状构造的底层和相当一部分断层在震旦系底界终止消失、震旦系灯四段两侧地震相差异是走滑断层在震旦纪末期活动的证明。早寒武世，走滑断层发生右行强张扭活动，主要依据包括很多断层在下寒武统消失、雁列断层在下寒武统内终止、下寒武统的强“下掉”张扭与上覆二叠系底界之下弱变形或挠曲存在性质差异、最大的断层落差、断裂破碎带裂缝胶结物测年成果（见图9 b、图9 c）及包裹体的年代学证据[36]等。二叠系沉积前，断层弱压扭激活，地层变形微弱，一些断层附近发生压扭挠曲变形;大规模断层在区域不整合二叠系底界终止;另外，U-Pb测年数据（见图9 a）也指示了奥陶纪断层-流体活动。弱张扭的左行雁列构造在上二叠统内终止、晚二叠世的U-Pb测年结果（见图9 d、图9 e）以及相当一部分断层在二叠系顶界下终止都证明了晚二叠世的走滑断层激活。仅有极少量断层激活并在三叠系内发育，其陡直的特征及弱变形很难判定其具体的活动时间（见图7 a）。
可见，川中地区的走滑构造是在早期基底上发育起来的，主要可以分为南华纪走滑断层萌芽阶段、晚震旦世—早寒武世右行张扭走滑运动阶段、奥陶纪—二叠纪前弱压扭走滑运动阶段、晚二叠世左行弱张扭走滑运动阶段等多期演化阶段。
4 走滑断层形成演化
4.1 南华纪走滑断层萌芽阶段
四川盆地西北缘广泛发育新元古代700~1 000 Ma火成岩[37⇓-39]，其所在的华南板块可能卷入了罗迪尼亚超大陆的拼合和裂解，近期研究认为华南板块属于活动大陆边缘环境[40⇓⇓⇓-44]，与距今730~850 Ma的环罗迪尼亚俯冲系统的存在相一致[45⇓⇓-48]。根据四川盆地西北缘发育的北东走向的南华纪岩浆岩带[37⇓-39]以及盆地北东向展布的高磁异常带[32]，认为四川盆地的西北缘在新元古代经历来自原特提斯洋的北西—南东向前展—后撤俯冲作用，俯冲方向垂直于岩浆岩带。来自板块边缘（简称板缘）的俯冲作用力向板块内部（简称板内）传递，差异收缩变形可能直接诱导形成北西向板内走滑断层（见图10 a）。随后，板块俯冲后撤在板内形成伸展背景，板内沿早期的岩浆带开始裂解，形成以北东向为主、北东东向和近东西向共同发育的南华纪裂谷体系，或北西向正断层控制的裂谷体系[37,47 -48]，裂陷边界正断层通过与之垂直的变换断层连锁在一起（见图10 b），这些变换断层可以成为后期走滑断层激活的先存构造萌芽，但该时期断层性质与活动很难通过资料证实。重力异常与航磁异常等深部地球物理资料[46]揭示盆地基底发育十余条深部北西向和北东向深大基底断层[32]，在川中地区存在明显的北东向磁异常高带并有被北西向构造分隔的构造特征[49]。这些深部一系列北东向、北东东向和北西向断层体系与震旦系及以上走滑断层体系具有一致性，是后期走滑断层发育的基础。
4.2 晚震旦世—早寒武世右行张扭走滑阶段
走滑断层的分布与德阳—安岳“槽盆”的发育演化具有时空联系。虽然众多学者针对德阳—安岳“槽盆”形态、构造沉积特征已开展大量研究[49⇓-51]，但德阳—安岳“槽盆”的形成时间和形成机制都存在争议。归根到底，“槽盆”内是否存在灯三段和灯四段依然存疑，造成“槽盆”是在震旦纪还是寒武纪发育的时间争议，以及该槽是拉张槽还是侵蚀槽的成因机制争议。随着钻井资料解剖、野外剖面分析[51]以及震旦系沉积特征[50-51]的解剖，越来越多学者认为：①德阳—安岳“槽盆”形成于拉张环境，但可能不是典型的裂谷体系。②槽内可能发育灯影组深水沉积，并且在槽内北部并未发现明显的灯影组剥蚀现象，即该槽在震旦纪就开始发育，受控于桐湾运动，古隆起逐渐抬高，槽内海水退却暴露剥蚀，残留沿台缘边缘发育的高能相带。
晚震旦世灯影组沉积期—早寒武世德阳—安岳“槽盆”为北宽南窄的喇叭口形态，槽盆走向与深部南华纪裂谷走向大角度斜交，其盆地结构也非典型裂谷。槽盆的喇叭口形态与克拉通内拗陷结构揭示该地质历史时期盆地处于北强南弱的不均匀差异弱伸展背景，极容易发育斜向走滑断层体系来调节南北部位差异伸展位移。北西向、北西西向和北东东向走滑断层在东西向伸展应力下产生右行张扭活动，一些北东向和北东东向断层在此背景下发生激活并影响沉积相[52]（见图8 ），有些断层与北西向断层相互作用形成错断交叉构造，或者与北西向断层连接形成弯曲形态的断层（如FI8）。
从晚震旦世到早寒武世，“槽盆”具有从雏形进入快速发展期的演化特征[50,53 -54]，早寒武世槽盆特征最为显著，在槽内沉积了巨厚的筇竹寺组泥页岩，而下寒武统内也发育特征最为明显的张扭构造。相较于震旦纪，早寒武世“槽盆”内与台内沉积厚度差异巨大，槽内沉积了巨厚的下寒武统泥岩，往往被认为发生了强烈的伸展，台缘也被解释为正断层，但该“正断层”并未明显错断灯影组或错断的垂直位移远小于寒武系底界的落差，不符合生长断层发育规律。因此，大规模、大位移的正断层并不发育，彼时盆地结构类似于克拉通内坳陷盆地，走滑断层为调节南北不均匀伸展的变换断层。地震资料解析揭示了下寒武统具备最大规模的断层体系和最大的断层落差，走滑断层的活动强度与槽盆强烈伸展时期具有一致性，另外，走滑断层与台缘带呈垂直或高角度斜交关系，无明显的水平错断位移（见图2 ），暗示着槽盆发育与断层发育在时间上的一致性。断层胶结物U-Pb测年揭示了一期不晚于早寒武世的断层-流体活动（距今（531±24）Ma、（510±26）Ma，见图9 ），这与早寒武世更强烈的槽盆沉积具有时间上的匹配性。震旦纪后，桐湾运动Ⅱ幕致使构造反转，德阳—安岳槽盆的发育连续性中断，这也是在震旦纪末期检测到弱走滑活动的原因。
4.3 奥陶纪—二叠纪前弱压扭走滑阶段
在寒武纪甚至早古生代，无论是近东西向伸展的安岳“槽盆”亦或是近北东东向展布的乐山—龙女寺古隆起，都暗示着四川盆地受控于近南北向的最大挤压应力和近东西向的伸展应力，挤压应力和伸展应力在不同时期的主导作用形成了川中地区典型的槽盆—古隆起构造叠加现象。在这种应力场状态下，近东西向、北西西向断层和北东东向断层容易复活，因此震旦系—下寒武统内发现很多负花状构造的走滑断层，在二叠系底界之下也有断层相关的尖棱褶皱构造发育，揭示压扭断层活动的叠加。
多数断层直接终止于二叠系之下，指示断层可能在加里东运动的某一幕复活发育，裂缝胶结物U-Pb测年检测到奥陶纪流体活动，揭示二叠纪之前的断层活动。另外，地震剖面显示大多数断层在二叠系底界面上下变形差异巨大，且二叠系底界下有些断层伴生明显的尖棱褶皱现象，暗示二叠纪前受挤压应力作用形成压扭性构造。由于古隆起缺失大量地层，很难通过地震解析来准确厘定二叠纪前走滑断层经历多少期的复活。
4.4 晚二叠世左行弱张扭走滑阶段
在二叠纪，区域应力场由早期的长期隆升挤压状态转变为伸展背景，峨眉地裂运动是影响四川盆地乃至整个扬子板块的一次大的构造事件[55]，在中、晚二叠世甚至早三叠世形成北西—南东向隆坳相间的盆地构造格局，暗示北东—南西方向的伸展应力场，造成上二叠统底界的主位移带呈北西向左行雁列张扭构造的形成。
在印支期—燕山期乃至后来的喜马拉雅期，不排除依然有断层复活的可能性，但二叠系断层变形已较弱，且三叠系存在泥岩、膏盐岩等塑性层，在后期以挤压应力状态主导的构造运动中，川中克拉通地区的变形位移可能通过这些塑性层传递调节，并且塑性层上下极可能发生分层变形，即使上部地层中发现陡直线性断层，也有可能是塑性层之上调节板内收缩变形的浅层走滑断层体系，该套断裂系统需要大量资料支撑与实际分析。
5 结论
四川盆地川中地区发育34条大型走滑断裂带，具有负花状构造、高陡直立、马尾构造、雁列构造等典型走滑特征，主要发育在震旦系—二叠系中，少量延伸至三叠系及以上地层。
通过大多数断层终止层位、雁列断层终止层位、断层上下结构与性质差异等地震-地质解析方法和最新的断层方解石胶结物U-Pb测年分析结果，综合判定走滑断层在晚震旦世已形成雏形，在震旦纪末—早寒武世大规模发育右行张扭断裂系统，其后经历二叠系沉积前弱压扭、晚二叠世左行张扭和三叠纪及其后多期复活。
走滑断层形成与德阳—安岳槽盆演化具有时间和活动强度的匹配性，是调节德阳—安岳喇叭口式“槽盆”北强南弱不均匀伸展的板内变换断层，同时北西向、北西西向、北东东向、北东向前震旦系断层体系是走滑断层形成发育的先存构造。
致谢
感谢四川创源微谱科技有限公司刘嘉伟、唐浩、邹禺等同志在研究过程中提供的帮助。