0 引言
二八台地区构造上位于塔里木盆地雅克拉断凸东部,主体受北部亚南断裂和南部轮台断裂所围辖[1],是塔北隆起重要的油气富集区,目前已在二八台地区周缘发现了雅克拉凝析气藏等一系列的大型油气田。二八台地区与雅克拉气田构造环境基本相似,因此二八台地区是雅克拉气田东扩的有利部位。雅克拉断凸的形成演化受多期构造运动的影响,众多学者认识到其内部是由大量走滑断裂构成的复杂构造体系,近年来,塔北地区的勘探方向正在从“岩溶缝洞”向“走滑断裂带”拓展,并取得了一系列的勘探成果,已认识到走滑断裂对于研究区油气运移和富集有重要的控制作用[2⇓⇓-5]。因此,开展研究区内部走滑断裂研究,明确其内部断裂特征及形成机制,不仅具有重要的理论意义,还可为下一步走滑断裂带的油气勘探部署提供科学依据。
针对二八台地区存在的问题,对研究区原始地震资料采用倾角+方位角+构造导向滤波技术处理,在增强同相轴一致性的前提下,提高小断裂断点识别精度。提取地震相干体、最大似然体、蚂蚁体等属性,并对多属性进行对比分析,建立不同地震属性识别技术与不同级别断裂间的对应耦合关系,形成多级嵌套技术方法,获得二八台地区不同级别走滑断裂的空间展布特征,明确断裂组合规律。该方法技术的使用可使走滑断裂的识别数量及解释精度得到显著提升,并且通过对走滑断裂进行系统构造解析,结合区域地质背景,明确断裂时空演化的成因机制,为二八台地区下一步勘探开发提供依据。
1 走滑断裂的地震识别技术
为进一步提高小断裂识别能力,首先对原始地震体开展倾角+方位角扫描,对原始地震资料采用构造导向滤波的断裂可解释性预处理;其次,对不同的地震属性进行提取,由于断裂检测技术原理差异,导致不同尺度断裂检测效果有一定差异性,通过识别走滑断裂的不同级次、尤其是次级微断裂的地震响应特征,明确不同尺度断裂检测的最优属性,形成多级嵌套技术方法。该方法可有效刻画走滑断裂体系的断裂展布规律(图1)。
图1
图1
走滑断裂体系下的地震精细解释技术流程
Fig.1
Flow chart of seismic fine interpretation technology under strike-slip fault system
1.1 构造导向滤波
研究区位于塔里木盆地(图2),受多期构造运动影响,区内发育各种形态及规模的断裂。苏维依组主要发育倾角在40°~50°的断裂,走向NEE的走滑断裂带,地质构造十分复杂,地震资料干扰噪声比较大。为了优化二八台地区的断裂地震刻画效果,需要减弱对断裂刻画起干扰作用的地震成像,同时增强断裂发育位置同相轴的错断。首先对地震数据体进行倾角、方位角计算,结合断裂倾角、方位角,在其约束下对整个数据体做构造导向滤波处理以去除随机噪音和增强同相轴的连续性,提高信噪比,改善断裂的预测效果。
图2
结合二八台工区Xline640剖面原始地震数据处理结果进行分析。由图3可见,经过处理后的地震资料有效地压制了由地层弯曲造成的断层假象,突出断层错断特征,压制了地层横向岩性和相带变化,能将不同尺度的断层清晰地刻画出来。因此,将经过倾角+方位角扫描+构造导向滤波处理的数据作为断裂检测用地震解释数据体。
图3
图3
二八台地区原始地震资料(a)及处理后的地震资料(b)
Fig.3
Original seismic data (a) and processed seismic data (b) in Erbatai area
1.2 多属性识别复杂走滑断裂
1)相干体。通过对三维地震数据体作相干处理而得到新的数据体来识别断层,其原理是利用地震资料断层处的不连续性。相干体属性可突出相邻道或相邻点之间的差异性。但该算法抗干扰能力差,需要地震资料具有较高的信噪比,且当地层倾角过大或变化过快时,地层变化可能会被错误地当成断层信息。
图4
图4
二八台地区Inline1872测线地震剖面
Fig.4
Seismic section of Inline1872 survey line in Erbatai area
图5
图5
二八台地区Inline1872测线三种苏维依组顶界沿层属性对比
Fig.5
Comparison of top boundary layer attributes of three Suweiyi Formations along Inline1872 survey line in Erbatai area
1.3 多级嵌套断裂解释技术应用
通过分析相干体、蚂蚁体和最大似然体等多种断裂检测方法结果(图6)可以看到:相干体检测地震同相轴最小差异性特征,在识别大断裂时优势明显;似然体和蚂蚁体属性识别小断裂效果好,但干扰因素较多;似然体属性对断裂识别的吻合度最高。
图6
基于此,总结出适用于二八台地区复杂断裂识别技术:通过对构造导向滤波增强断点可识别性;基于倾角扫描得出断裂纵向错断、方位角扫描确定断裂横向展布;通过相干体识别出主断裂空间格架体系,相干体属性对主断裂位置及延伸长度刻画都较为清晰,结果可信,可用于识别断距在80 m以上大尺度断裂,再通过最大似然和蚂蚁体判别次级断裂。由于二八台地区地层变化明显,对利用蚂蚁体属性进行断裂识别有一定的干扰,通过最大似然体和蚂蚁体对比分析,可确定断距在20 m以下的微断裂特征。遵循主断裂格架控制,建立多种属性搜寻派生断裂的多级嵌套断裂识别技术(图6),可以识别出复杂背景下断距小于20 m的微断裂。
2 二八台复杂走滑断裂解释
经过上文所述的新方法解释后,识别出主走滑断裂带由多条规模较小的正断裂组成,并且对内部次级及派生断裂进行刻画,可认识到二八台地区发育一套以EW向为主的主干断裂,次级伴生断裂为NE走向的雁列式、斜列式等走滑伴生断裂。从主干断裂及次级断裂的平面组合特征来看,研究区内断裂整体有明显的左行走滑特征,轮台断裂带在平面上呈线性展布,向两端辐射断裂数量逐渐减少。
2.1 相干体属性识别
本次研究将地层倾角参数运算与相干性匹配(图7)。倾角参与相关性运算有两种方式,即倾角限制相关性和倾角扫描。倾角限制相关性是指在一定倾角内(本次设定为4 ms/trace,即相邻地震道地震波形有4 ms以内的上下浮动)不认为是断层,而视为地层倾角所造成的差异,所以,倾角限制对于地层产状近水平的区域适用性没有多少意义,相反会压制微断裂的识别。对倾角扫描相关性中的倾角设定,本次研究设定为±2 ms/trace,即相邻地震道波形2 ms以上的上下浮动被认为是断层所导致。倾角扫描恰好与倾角限制相反,倾角扫描会增强地层变化,如地层弯曲等都将视为断裂。
图7
图7
二八台地区苏维依组顶界沿层相干体属性识别
Fig.7
Coherence attribute recognition along the top boundary of Suweiyi Formation in Erbatai area
针对二八台地区地层产状稳定、断裂大多数走滑正断裂的地质背景,应该选取非倾角限制最小相干体为最优相干体算法。本次研究总共提取倾角限制最小相干、非倾角限制最小相干、倾角限制最大相干、非倾角限制最大相干4种对研究区断裂响应敏感的常规相干进行二八台地区的断裂识别(图7),结果显示:非倾角限制最小相干最为敏感,可识别断距大于80 m以上的断裂,属性刻画的强值区与解释出的大尺度断裂位置十分吻合,形态刻画准确。
2.2 蚂蚁体属性识别
二八台地区沿层属性蚂蚁体识别(图8)相对其他属性体识别较差。由于地层变化较多,地层倾角变化会被识别为断层,干扰因素较多,因此忽略了延伸长度0.5 km以下识别出的可能存在的断层,但对于主干断裂识别依然有效,可以识别断距20 m以下的断裂。图中可以看出,在S8、S20井区南部为一条EW走向的由雁列式断层组合形成的断裂带。
图8
图8
二八台苏维依组顶界沿层蚂蚁体地震属性识别
Fig.8
Ant tracking attribute recognition along the top boundary of Suweiyi Formation in Erbatai area
识别结果表明蚂蚁体属性下对断层特征反应明显,相应位置比较准确,对断裂的边界形态刻画的也较好。
2.3 似然体属性识别
二八台地区沿层属性似然体识别(图9)相对其他属性体识别较好,然而对于浅层地层中有明显采集脚印的区域,由于地层的变化可能会被识别为断层,使得最大似然体识别断层时存在的干扰因素较多,因此,对于延伸长度0.5 km以下识别出可能存在的断层“最大似然体”程度不做考虑。从目前几种属性对地层内部小断层识别的精细程度来看,最大似然体属性对于断裂特征反应明显,对断裂的刻画精度最高,受地层杂乱反射影响最小,对于细节部分表现也较好,复杂构造区刻画边界更清楚,可以识别出断层的轮廓和发育的具体位置。
图9
图9
二八台地区Inline1857测线苏维依组顶界沿层最大似然体地震属性识别
Fig.9
Likelihood attribute recognition along the top boundary of Suweiyi Formation along Inline1857 survey line in Erbatai area
图10为利用三维融合显示技术刻画出的二八台地区断裂系统,从中可以明显看出大断裂和隐蔽小断裂的行迹,断面走向清晰,断点轨迹清楚,断裂的构造样式和相互切割关系明显。
图10
3 二八台复杂走滑断裂体系解析
通过对二八台三维地震资料精细解释,可以发现该区发育大量走滑断裂特有的构造样式,如雁列式组合、花状构造等,证实二八台地区发育走滑断裂。经过重新解释,识别并统计了二八台41条大小断裂的走向、倾向、倾角、断距等特征。
二八台地区S20、S8井区南部区域发育有轮台断裂,为有许多次级NE—SW走向正断层组合而成的EW走向主干断裂,次级断裂组合形式主要为典型的雁列式走滑断裂。平面显示其组合形式主要以北倾断层居多,由轮台断裂向两端辐射形成其他次级断裂,常见雁列式、斜列式断层。剖面可见花状构造,有明显走滑断裂体系特征,走滑作用强度北面比南面强,有一定的规模,倾角在10°~90°之间,以40°~50°为主,判断为左行走滑作用。
3.1 断裂平/剖面组合规律
二八台走滑断裂带的主位移带平面上呈线性延伸,由于走滑作用使主断裂带附近区域发生破裂,平面上的构造组合主要集中在主位移带附近的有限区域内,次级断裂与主位移带呈一定角度,整个走滑断裂体系在平面上呈明显的带状分布。二八台地区发育NE走向的走滑断裂带,微断裂平面发育并列式、斜列式、雁列式及杂乱状断层,其中并列式和斜列式断层在工区内成对发育,在全区大量分布。雁列式断层为研究区典型断裂组合样式,在工区南部沿一系列NE向断裂大量分布。平面上浅层雁列正断层表现出明显的左行走滑特征,受下伏主干与分支断裂向南收敛影响[21-22],发育北宽南窄的扇形雁列带。对雁列轴与主位移带夹角进行分析,其与主断裂带呈锐夹角,所交锐角指示对盘滑动方向,判断为左行走滑作用。在研究区北部发育杂乱状断层,为小型断裂发育特征。
3.2 断裂体系
基于断裂的活动强度、平剖特征、延伸长度、断距以及断穿层位等因素,将研究区断裂分为3个级别(图11):一级断裂位于主位移带上,延伸长度一般在1.5~5 km,断距一般大于25 m,断穿上、下层段,地震剖面上具有同相轴明显错断、断距大等特点;二级断裂位于次级构造带上或为主干断裂的伴生断裂,其延伸长度介于1.1~2.2 km,断距通常在5~25 m,在地震剖面上表现为同相轴挠曲、断距明显等特点;三级断裂位于次级构造带上,延伸长度一般小于1.5 km,断距一般小于20 m,仅断开目的层,地震剖面上表现为同相轴小幅度挠曲。二八台断裂延伸长度在0.5~5.5 km之间,以1.5 km以内为主,断距在20~120 m之间,以20~60 m为主。
图11
通过二八台地区苏维依组顶界断裂系统图(图11)分析可以看出:二八台中部发育断裂走向呈NE—SW向展布,平面上表现为线性延伸、带状分布的特点,发育典型的雁列式组合,剖面上发育花状构造,说明二八台地区断裂属走滑断裂体系。其中,近EW向断裂延伸长度大,连续性好,是该区主干走滑断裂;NE—SW向走滑断裂为主干断裂伴生次级走滑断裂,对雁列轴与主位移带夹角分析,与主断裂带相交呈锐夹角,判断为左行走滑作用,表明为左旋扭动产生的张破裂,表现为右阶式雁列正断层系。
图12
由于盆地早期古洋盆消减闭合、碰撞造山等活动,造成该地区发育多套复杂的构造体系。自加里东中期开始,盆地西南缘古昆仑洋向中昆仑地块俯冲消减达到高峰,由此在二八台地区产生区域NE向挤压应力,研究区缓慢隆升,至华力西晚期,伴随着古特提斯洋的打开与扩张,二八台所处雅克拉地区大幅度抬升并遭受强烈剥蚀,自此形成NNE 向断凸 [27⇓⇓-30]。燕山中—晚期至喜马拉雅早期,由于印度板块和欧亚板块碰撞逐渐影响到塔里木盆地,研究区内部遭受NS向挤压,由于基底断裂走向为NNE向,导致挤压应力分解为走向方向的走滑剪切应力和垂直于该方向的挤压应力,同时二八台地区处于雅克拉断凸东部,位于库车前陆盆地前缘隆起部位,隆起表面弯曲产生张应力,与挤压应力合成左旋张扭应力,故二八台地区在燕山中—晚期至喜马拉雅早期发生走滑作用,在白垩系和古近系为主的地层中形成了断层系[31]。
4 结论
1)通过构造导向滤波增强断点可识别性,基于倾角扫描得出断裂纵向错断、方位角扫描确定断裂横向展布,以相干体识别主断裂空间格架体系,最大似然体和蚂蚁体判识次级断裂,遵循主断裂格架控制,多属性搜寻派生断裂的多级嵌套断裂识别技术,可以识别出破碎复杂背景下断距小于20 m的微断裂。
2)通过多级嵌套断裂解释技术,识别并统计了二八台苏维依组顶界41条断裂的几何特征,认识到二八台地区发育走向近EW向为主的主走滑断裂带和NE走向的次级伴生断裂带,平面呈雁列式展布,剖面呈负花状、半负花状构造。该成果为二八台后续构造油气藏的评价提供了借鉴意义。
3)二八台地区主走滑位移带在平面上呈线性延伸,研究区走滑作用使得轮台断裂主断裂带附近区域发生破裂,雁列轴与主位移相交呈锐夹角,判断为左行走滑作用,表明为左旋扭动产生的张破裂,表现为右阶式雁列正断层系,受下伏主干与分支断裂影响发育北宽南窄的扇形雁列带。
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根据下—中三叠统嘉陵江组和雷口坡组膏盐岩层内的伴生构造及上震旦统灯影组台缘带被错动的位置、方向与距离,判定川中及北斜坡地区主干走滑断裂带的性质与分布规律。嘉陵江组和雷口坡组膏盐岩层内发育多排呈左阶排列的NW向雁列式构造,与深部(盐下)走滑断裂构成2种伴生组合。第1种组合主要发育在磨溪地区,膏盐岩层内的雁列式构造位于深部走滑断裂的正上方;第2种组合主要发育在北斜坡地区,膏盐岩层内的雁列式构造发育在2条主干走滑断裂带之间。根据这2种组合及灯影组台缘带的错动位置,共识别出6条主干走滑断裂带。在盆地整体演化格架的制约下,通过川中地区代表性生长构造的定量解析,将走滑断裂演化划分为3个阶段:(1)晚奥陶世—志留纪右行走滑阶段;(2)晚古生代—三叠纪走滑断裂沉寂阶段;(3)中侏罗世至今左行走滑阶段。其中,上震旦统灯影组二段台缘带呈现出有规律的向东逐段错动(错动距离20~40 km)的特征,可作为加里东期右行走滑活动的间接证据;川中及北斜坡地区在晚三叠世处于扬子地块北缘和雪峰山前陆盆地前缘隆起的隆后稳定地区,而中侏罗世以来周缘造山带的急剧隆升与差异性演化使得川中地区遭受持续的挤压和抬升,激发了基底断裂与早期走滑断裂的再次活动。
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白云凹陷深层断裂发育复杂。研究区位于断裂转换带,深层地震资料品质差,常规的相干及其改进技术难以准确刻画研究区内断裂的展布规律,不能有效指导裂缝性储层发育区的预测。针对研究区断裂发育特征,采用增强断裂构造滤波和构造导向滤波降低背景噪声。综合利用似然属性和地震剖面确定背景噪声值,计算最大似然属性,在大断裂或者小、微断裂不同倾角、走向控制下,采用边缘增强迭代技术计算得到适用于主干断裂和微、小断裂预测的两个不同高清似然属性数据,与相干、方差及基于方差的蚂蚁体相比,其背景噪声明显降低,主干断裂分布规律清晰明确,微、小断裂发育区更加聚焦,预测结果与已钻井和地震剖面特征相一致,符合构造转换带、断裂交汇位置为裂缝密集发育区的地质认识,有效指导了研究区断裂精细解释和圈闭落实,指导构造裂缝发育优势区优选及井位优化设计。
Application of high-definition likelihood attributes based on structure orientation in the prediction of deep faults in Baiyun Sag
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The study area is located in the back-to-superimposed fault transition zone of the Baiyun Sag,where the development of deep faults is complex,and the quality of deep seismic data is poor.Conventional coherence and improved techniques cannot accurately describe the distribution of faults in the study area and effectively guide the prediction of fractured reservoirs.Enhanced filtering and structure-oriented filtering were used to reduce background noise according to the development characteristics of faults in the study area.The fault likelihood attribute and seismic profile were combined to determine the background noise value.The tracking data volume was used to automatically analyze the difference in the dip and direction of the main and micro faults,and the clip attribute of the maximum likelihood attribute under the constraints of the background noise threshold was then calculated.Under the control of different inclination angles and strikes of large or micro faults,two different high-definition likelihood attribute data suitable for the prediction of main faults and fractures were obtained through edge enhancement iteration technology.Compared with coherence,variance,and ant tracking data-based variance,the background noise was significantly reduced,the distribution of the main faults was clear,and the fracture development area was more focused.This is consistent with the characteristics of well-drilled and seismic profiles and in line with the geological understanding that the back-superimposed transition zone and intersection of faults are areas with densely developed fractures.The result of this study can be used to effectively guide the fine interpretation of faults and the implementation of traps in the study area.In addition,it can be used to indicate the optimization of a dominant area of structural fracture development and optimal design of well locations.
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断裂是重要的油气储集空间和渗流通道，控制着油气藏形成与分布。断裂的精细刻画是油气藏勘探开发的关键环节。利用最大似然属性进行哈拉哈塘地区热瓦普区块奥陶系走滑断裂识别，取得良好的应用效果。最大似然属性是通过对整个地震数据体扫描计算数据样点之间的相似性，获得研究区内断裂发育的最可能位置及概率，提升断裂刻画精度。关键步骤包括：①断裂的地震反射特征分析；②倾角控制下断裂成像加强；③最大似然属性的提取(Likelihood属性、Thin Likelihood属性)；④属性切片的解译。热瓦普区块奥陶系走滑断裂的刻画证实最大似然属性刻画的断裂效果优于相干体，其中Likelihood属性对于分支断裂的刻画效果较好，Thin Likelihood属性对于分支断裂以及断裂带内部结构的刻画较为清楚，还对裂缝密集发育区的预测有一定的效果。
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Fault is an important reservoir space and percolation channel，which controls the formation and distribution of oil and gas reservoirs.The fine depiction of faults is the key step in the exploration and development of oil and gas reservoirs.In this paper，the maximum likelihood attribute is applied in Rewapu block，Halahatang area，and it works well in identifying the Ordovician strike slip faults.The maximum likelihood attribute is to get the most probable location and probability of fault development in the study area by scanning the similarity between the seismic data points in the whole seismic volume，and improving the accuracy of fault identification.The key steps include：(1) Analysis of seismic reflection characteristics of faults；(2)Imaging enhancement for faults under the control of dip angle；(3)Extraction of maximum likelihood attribute (likelihood，thin likelihood)；(4)Interpretation of attribute slice.The case study in Rewapu block proves that fault distribution depicted by maximum likelihood attribute is better than that of coherence body.The likelihood attribute is better for the portrayal of branch fault，and thin likelihood attribute is more applicable to the depiction of the branch fault and the internal structure of the fault zone，and it also works well on the prediction of the fractured dense zone.
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扭动走滑构造是最常见的构造样式之一,走滑拉分盆地也是重要的含油气盆地类型。大地构造运动本质是岩石圈在区域应力场作用下的变形过程,然而真正将走滑断裂和走滑拉分盆地的成因以及它们的特征和岩石圈性质联系起来研究的文献却很少。显然,区域应力场是形成构造运动的前提条件,是外因,决定了运动的基本方式,如走滑、拉张或挤压等(构造类型);而岩石圈是构造运动的主体,是内因,其性质决定了形成构造的规模和具体形态(样式)。中国境内发育的大量走滑断裂体系和走滑盆地展示:古老克拉通上发育大面积分布的多条小位移走滑断裂体系,如塔里木盆地古生代走滑断裂体系;被后期热活动破坏了的克拉通发育多条扭动断裂系,例如华北克拉通东部的郯庐断裂系、兰聊—盐山断裂系、太行山东麓断裂系,并和区域拉张应力场耦合形成雁列式断陷群(如渤海湾盆地);相对较弱的古生代基底岩石圈发育大型单一走滑断层,如郯庐断裂东北段,并沿断裂发育一些相互独立的走滑拉分盆地;而在固结较差的中新生代造山带往往形成一条平直的大型走滑断层,例如阿尔金走滑断裂、海原断裂等。本文内因外因相结合,从扭动应力场和岩石圈强度以及流变学特征,建立了不同岩石圈性质下下部韧性层和顶部(上地壳或上地壳上部)刚性层之间的耦合作用机制以及扭动构造形成和演化模式,较好地解释了中国陆内发育的典型走滑断裂和走滑拉分盆地的成因机制。
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Strike-slip faults and strike-slip pull-apart basins are widely distributed in China. At present, few researches are concerned with the large variety patterns of strike-slip faults related to the different rheological structures of the lithosphere. There is no doubt that the lithosphere is the subject of the tectonic movement driven by regional stress field, hence, the stress field determines the way of movement, such as strike-slipping, stretching etc., whilst the nature of a lithosphere determines the movement scale and its specific form. Study of the large quantity and variety forms of strike-slip faults and basins show: many small strike-slip faults are distributed widely in the ancient craton, e.g., the strike-slip fault systems of Paleozoic strata in the Tarim Basin; a “destroyed craton” develops multiple strike-slip fault belts, e.g., the Tan-Lu fault belt, Lanliao-Yanshan fault belt and the eastern piedmont fault zone of Taihang Mountain in the eastern part of the North China Craton, and it can couple with the regional extensional stress field to form an echelon grabens (like the Bohai Bay Basin); large strike-slip faults (such as the northeastern segment of the Tan-Lu fault) develop on the relatively weak Paleozoic lithosphere, and its related independent strike-slip pull-apart basins. In the Meso-Cenozoic orogenic belt with poor consolidation, a linear large strike-slip fault is often formed, e.g., the Altyn and Haiyuan faults. Based on the strike-slip stress field and the strength and rheological characteristics of the lithosphere, we establish the coupling mechanism between the lower ductile-layer and the top brittle-layer of lithosphere properties. On this basis, the formation and evolutionary models of strike-slip faults with different lithosphere properties are established to better explain the genetic mechanisms of typical strike-slip faults and related basins developed in China.
四川盆地川中地区走滑断裂的分布、类型与成因
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The distribution,type and origin of the strike-slip faults in the central Sichuan basin
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塔里木盆地中北部断裂体系划分及形成机制探讨
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Classification and formation mechanism of fault systems in the central and northern Tarim Basin
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塔里木盆地雅克拉断凸走滑作用及其形成机理
[J].
Strike-slip movement and its genetic mechanism in Yakela faulted salient,the Tarim Basin
[J].
塔里木盆地顺北5号走滑断裂隆起段发育特征与演化机制
[J].
Development characteristics and evolution mechanism of the uplifted segment of the No.5 strike-slip fault zone in Shunbei area,Tarim Basin
[J].
