塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)與沖斷帶變形特征

范小根, 程曉敢, 陳漢林, 王 聰, 王春陽

(浙江大學(xué) 地球科學(xué)系, 浙江 杭州 310027)

塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)與沖斷帶變形特征

范小根, 程曉敢, 陳漢林, 王 聰, 王春陽

(浙江大學(xué) 地球科學(xué)系, 浙江 杭州 310027)

塔西南新生代前陸盆地受西昆侖山造山帶南北向擠壓和帕米爾弧形構(gòu)造帶向北突進(jìn)的影響, 導(dǎo)致盆山結(jié)構(gòu)與盆地沖斷帶構(gòu)造變形在平行造山帶方向表現(xiàn)出明顯差異。本文通過地震資料解釋, 系統(tǒng)研究了塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)與沖斷帶的構(gòu)造變形特征, 認(rèn)為塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為西昆侖造山帶向北大規(guī)模沖斷, 盆地區(qū)撓曲沉降, 前陸地區(qū)發(fā)育寬的褶皺沖斷帶, 沖斷帶前鋒已擴(kuò)展至捷得背斜一線, 褶皺沖斷帶與前淵坳陷存在大范圍重疊。盆地東段的褶皺沖斷帶在縱向上可以分為基底卷入變形帶、滑脫變形帶。山前第一排變形帶受多期構(gòu)造疊加影響,產(chǎn)生橫向變形的分異: 西段柯東段早期為構(gòu)造楔形體變形形成的背斜構(gòu)造, 后期被甫沙–克里陽右行走滑斷裂改造, 剖面呈現(xiàn)復(fù)雜的變形特征; 東段克里陽段構(gòu)造變形以早期的逆沖推覆為主。結(jié)合生長(zhǎng)地層與磁性地層分析, 沖斷帶的變形總體表現(xiàn)出前展式的構(gòu)造變形特征, 上新世阿圖什組沉積期開始形成柯東構(gòu)造帶; 隨后變形向北傳播, 在上新世早中期形成柯克亞構(gòu)造帶; 至早中更新世晚期, 構(gòu)造變形擴(kuò)展至固滿–合什塔格構(gòu)造帶。

塔西南; 前陸盆地; 盆山結(jié)構(gòu); 變形特征; 構(gòu)造演化

0 引 言

新生代以來, 受印度–歐亞板塊持續(xù)匯聚產(chǎn)生的遠(yuǎn)距離效應(yīng)影響, 塔里木板塊周緣的天山、昆侖山等造山帶再次活動(dòng)(Tapponnier et al., 1986), 不僅形成了塔西南新生代前陸盆地, 還形成了大規(guī)模的前陸褶皺沖斷帶。塔西南坳陷南緣受西昆侖山造山帶南北向擠壓和帕米爾弧形構(gòu)造帶向北突進(jìn)的影響,山前褶皺沖斷帶構(gòu)造變形在空間上表現(xiàn)出明顯的差異性, 自西而東分為烏泊爾逆沖構(gòu)造帶、蘇蓋特走滑逆沖構(gòu)造帶、柯克亞–柯東逆沖構(gòu)造帶與和田逆沖推覆帶(肖安成等, 2000; 曲國(guó)勝等, 2005; 胡建中等, 2008; 程曉敢等, 2012)。

由于西昆侖山前沖斷帶東段地震資料品質(zhì)差、地表露頭少, 對(duì)該地區(qū)的盆山結(jié)構(gòu)與構(gòu)造建模存在較大爭(zhēng)議。伍秀芳等(2004)認(rèn)為柯東地區(qū)存在深部和淺部?jī)商捉厝徊煌臉?gòu)造形態(tài): 淺部為西昆侖造山帶推覆的逆掩席, 深部為一系列前沖斷層與反沖斷層圍限的構(gòu)造三角帶; 張瑋等(2010)認(rèn)為褶皺沖斷帶內(nèi), 垂向地層能干性的差異與先存斷裂控制著區(qū)域上的構(gòu)造發(fā)育, 形成“分層收縮, 垂向疊置”的構(gòu)造樣式; 楊海軍等(2011)結(jié)合玉參1井與地震測(cè)線,認(rèn)為柯東地區(qū)構(gòu)造也包含深–淺兩個(gè)不同層次的構(gòu)造樣式, 在淺部為前沖斷層、反沖斷層圍限的構(gòu)造三角帶, 而在深部發(fā)育逆沖斷層作用下的斷層轉(zhuǎn)折褶皺, 整體表現(xiàn)為“后緣基底卷入, 前緣蓋層滑脫”的構(gòu)造特征。綜合上述各種觀點(diǎn), 其模型構(gòu)建主要基于構(gòu)造三角楔的框架。而最新的鉆井資料和地震資料表明在該地區(qū)并不存在大規(guī)模的反沖斷層, 前述所建立的地質(zhì)模型與實(shí)際地質(zhì)環(huán)境并不完全匹配。

本文依據(jù)地震資料, 結(jié)合鉆井和野外考察, 在前人研究基礎(chǔ)上, 對(duì)西昆侖造山帶東段的盆山結(jié)構(gòu)與沖斷帶構(gòu)造變形特征進(jìn)行研究, 以期建立更為合理的地質(zhì)模型。

1 地質(zhì)概況

中新世開始, 受印–藏碰撞作用遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響, 塔里木盆地周緣構(gòu)造格局發(fā)生強(qiáng)烈變化, 周緣造山帶重新活化, 在其西南緣的西昆侖發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺沖斷作用, 鐵克里克推覆體開始向北逆沖抬升,阿爾金斷裂帶也開始發(fā)生走滑–逆沖作用, 從而使塔里木盆地處于擠壓構(gòu)造背景。位于盆地西南部的西昆侖褶皺沖斷帶、塔西南坳陷、麥蓋提斜坡和巴楚隆起構(gòu)成一個(gè)完整的前陸盆地。本文研究區(qū)位于該前陸盆地東段(圖1a,1b), 向北延伸至巴楚隆起。南端鐵克里克逆沖斷裂系近EW向展布, 延伸超過300 km, 將西昆侖造山帶與塔里木盆地隔開, 斷層上盤主要為元古界、古生界, 下盤主要出露中–新生代沉積地層; 西端邊界庫(kù)斯拉甫斷裂隸屬喀什–葉城轉(zhuǎn)換帶, 為一右行走滑斷裂, 總體呈NNW走向,北穿克孜勒陶, 向南延伸至麻扎, 并被康西瓦斷裂截?cái)? 斷面傾向西, 傾角50°～70°, 向下切穿中泥盆統(tǒng), 斷裂帶西側(cè)主要出露古生界和中生界, 東側(cè)則大面積出露侏羅系–白堊系; 東端桑株左行走滑斷裂將研究區(qū)與和田構(gòu)造段分開, 斷層走向NE, 延伸長(zhǎng)度約30 km, 左行走滑距離>10 km, 錯(cuò)斷兩側(cè)中生界–新生界。

圖 1 西昆侖山前東段新生代構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified tectonic map of the eastern section of the piedmont of the West Kunlun mountains

在盆地區(qū), 中新世開始的強(qiáng)烈擠壓使得前陸地區(qū)撓曲沉降, 為沉積物提供了巨大的可容空間, 形成區(qū)域內(nèi)巨厚的沉積地層。在露頭區(qū), 中新統(tǒng)下部的克孜洛依組底部以紅棕色細(xì)砂巖為主, 向上逐漸變?yōu)榧?xì)碎屑砂巖與泥巖不等厚互層, 夾薄層石膏,為近海平原咸化濱淺湖沉積; 中新統(tǒng)中部的安居安組為一套河流–三角洲相、扇三角洲和沖積扇相的紅色和雜色碎屑巖、粗碎屑沉積, 向頂部粒徑變粗, 并出現(xiàn)含礫粗砂巖、小礫巖等粗碎屑沉積; 中新統(tǒng)上部帕卡布拉克組為一套辮狀河–淺湖相沉積, 發(fā)育了紅色中厚層–塊狀細(xì)砂巖夾薄層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖; 上新統(tǒng)阿圖什組以細(xì)砂巖和粉砂巖為主, 并夾有中–薄層的細(xì)–中礫巖, 礫石含量與粒徑向上呈增加的趨勢(shì), 為山麓河流–三角洲沉積; 在阿圖什組上部不整合堆積山前沖洪積扇成因的第四紀(jì)礫石層, 夾有條帶狀、透鏡狀砂巖層, 頂部為厚層黃土所覆蓋。

2 塔西南新生代前陸盆地東段盆山結(jié)構(gòu)

根據(jù)構(gòu)造特征可將前陸盆地系統(tǒng)劃分為褶皺沖斷帶、前緣坳陷、前緣斜坡、前緣隆起以及隆后坳陷(Peter and Katherine, 1996)。本文基于北東向切穿盆地的地震測(cè)線TLM-Z10(圖 1b), 結(jié)合地質(zhì)圖、鉆井和野外地質(zhì)調(diào)查資料, 構(gòu)建了從西昆侖造山帶到巴楚隆起的區(qū)域大剖面(圖2)。根據(jù)該剖面, 將東段的前陸盆地構(gòu)造單元自南而北依次劃分為西昆侖造山帶、西昆侖山前褶皺沖斷帶、葉城凹陷、麥蓋提斜坡和巴楚隆起。其中, 葉城凹陷南緣與西昆侖山前褶皺沖斷帶北緣為一變形過渡區(qū), 兼具前陸沖斷帶與前緣坳陷的雙重構(gòu)造特征, 造成前緣坳陷與褶皺沖斷帶大范圍重疊。

剖面最南端為西昆侖造山帶北帶, 主要由古元古代中深變質(zhì)巖和少量花崗巖組成, 鐵克里克沖斷系(F1、F2)的逆沖作用導(dǎo)致基底巖石大規(guī)模抬升, 斷裂帶內(nèi)擠壓破碎強(qiáng)烈, 發(fā)育斷層泥和斷層角礫巖(于曉飛, 2010)。沿?cái)嗔褞律貙影l(fā)生褶皺變形, 說明該斷裂帶表現(xiàn)出明顯的新生代活動(dòng)性(崔軍文等, 2006)。西昆侖山前褶皺沖斷帶構(gòu)造變形以逆沖為主,自后陸向前陸, 構(gòu)造變形由高陡直立逆斷層及其錯(cuò)斷沖起的斷塊變?yōu)槠骄彽哪鏇_斷層和寬緩背斜, 構(gòu)造幅度逐漸變緩, 呈階梯式下降。研究表明該地區(qū)在深部、淺部分別沉積了寒武系膏鹽和古近系膏泥巖, 上覆新生界同沉積作用導(dǎo)致各自滑脫性存在差異(Wang et al., 2013), 使得褶皺沖斷帶的變形樣式在縱向上發(fā)生變化, 形成近山前的基底卷入式變形和近盆地滑脫變形兩種。前者包括柯東背斜和柯克亞背斜; 后者包括固滿–合什塔格背斜以及局部發(fā)育的捷得背斜。

(1) 柯東背斜(圖 2): 基底卷入斷層(F4)自深部至淺部產(chǎn)狀逐漸變緩, 最終切穿古近系, 發(fā)育斷層傳播褶皺, 背斜南翼地層抬升較高; 后期受甫沙–克里陽壓扭斷裂(F3)活動(dòng)的影響, 斷裂切穿背斜核部及先存斷裂, 與主斷裂伴生的次級(jí)斷裂在背斜核部形成正花狀構(gòu)造, 使得早期完整的背斜被破壞, 背斜北翼的地層被錯(cuò)斷掀斜。在地表表現(xiàn)出地層產(chǎn)狀發(fā)生截然變化, 野外實(shí)測(cè)結(jié)果表明北翼地層產(chǎn)狀由近軸部的超過70°驟降至翼部的小于50°。

(2) 柯克亞背斜(圖 2): 隨著褶皺沖斷帶向盆地方向擴(kuò)展, 一組基底卷入斷層系(F5)錯(cuò)斷古生界、中生界, 最終消止于古近系膏泥巖中, 斷夾塊沿?cái)嗝娑讯庑纬莎B瓦構(gòu)造, 上覆新生界被動(dòng)抬升形成柯克亞背斜。在背斜北翼上新統(tǒng)阿圖什組沉積表現(xiàn)出生長(zhǎng)地層特點(diǎn), 說明柯克亞背斜在阿圖什組沉積期開始形成。

圖 2 地震剖面TLM-Z10解釋圖(剖面位置見圖1b)Fig.2 Tectonic profiles of the seismic section TLM-Z10 (location shown in Fig.1b)

(3) 固滿–合什塔格背斜(圖 2): 在上覆同沉積地層的影響下, 寒武系膏鹽層表現(xiàn)出滑脫性, 沿寒武系膏鹽層發(fā)育的逆斷層(F6)向前擴(kuò)展, 突破古生界、中生界形成斷層傳播褶皺, 并導(dǎo)致新生代地層發(fā)生小幅度的褶皺; 該排構(gòu)造相對(duì)前兩排構(gòu)造變形強(qiáng)度較弱、變形時(shí)間較晚。

(4) 捷得背斜(圖 2): 捷得背斜的形成受深、淺兩套滑脫層的控制, 沿寒武系膏鹽層傳播的滑脫斷層(F7), 在捷得向上突破, 形成斷層傳播褶皺; 沿古近系膏泥巖傳播的滑脫斷層(F8)沿著初始背斜南翼向上突破, 新生代地層進(jìn)一步變形, 導(dǎo)致捷得背斜新生代地層較下伏地層褶皺更為緊閉。

葉城凹陷位于固滿–合什塔格北緣斷裂與捷得背斜之間, 作為前陸盆地的主要沉積區(qū), 中新統(tǒng)–第四系最大沉積厚度可達(dá)10000 m。自中新統(tǒng)克孜洛依組至上新統(tǒng)阿圖什組, 發(fā)育數(shù)個(gè)向上變粗的沉積旋回。在地震剖面上, 自下而上反射連續(xù), 各組之間整合接觸, 且在縱向上沉積厚度相對(duì)穩(wěn)定, 表明葉城凹陷在盆地演化過程中以平穩(wěn)的速度緩慢沉降。

捷得背斜北部至麻扎塔格斷裂帶(F9)之間為麥蓋提斜坡, 區(qū)內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育, 是山前深凹陷與巴楚隆起的過渡地帶。前人研究表明(何登發(fā)等, 1999),早古生代麥蓋提斜坡為一北傾的克拉通內(nèi)斜坡, 晚古生代麥蓋提地區(qū)接受較厚沉積, 形成南高北低、東高西低的構(gòu)造格局, 至中生代轉(zhuǎn)化為向南緩傾的單斜, 并處于無沉積狀態(tài), 新生代形成前陸斜坡帶。新生代沉積地層直接覆蓋于古生界之上, 地震剖面上表現(xiàn)為向前陸方向減薄超覆沉積, 上斜坡靠近巴楚斷隆處變形較強(qiáng), 下斜坡靠近前緣坳陷處發(fā)育小斷裂, 其間廣大范圍變形不強(qiáng)烈。

巴楚隆起為盆地前緣隆起帶, 中新世西昆侖造山帶和南天山造山帶的強(qiáng)烈逆沖推覆作用導(dǎo)致巴楚南北兩側(cè)的麻扎塔格斷裂(F9)與吐木休克斷裂(F10)重新活動(dòng), 形成了“兩坳夾一隆”構(gòu)造格局。根據(jù)構(gòu)造變形特征可將地層分為深淺兩部分: 深部為古生界,在巴楚隆起南部古生界局部彎曲形成小型背斜, 北部為一寬緩向斜; 淺部沉積了新生界, 向北厚度逐漸減薄, 新生代地層主要以上新統(tǒng)阿圖什組為主,局部中新統(tǒng)向上超覆于古生界之上。前陸盆地演化過程中, 前緣隆起的位置受構(gòu)造薄弱帶控制(Waschbusch and Royden, 1992)。巴楚隆起兩側(cè)斷裂自加里東期開始活動(dòng), 經(jīng)歷多次拉張–擠壓構(gòu)造轉(zhuǎn)換(劉海濤, 2011), 使巴楚地區(qū)成為前陸地區(qū)一構(gòu)造薄弱段。巴楚隆起受控于兩側(cè)斷裂, 繼承早期古隆起并進(jìn)一步抬升, 構(gòu)成中新世前陸盆地的前緣隆起。

3 前陸盆地的時(shí)空演化

年代學(xué)(王永等, 2006; 黎敦朋等, 2010a, 2010b)和古氣候(安芷生等, 2006)的研究揭示了中新世以來青藏高原多期隆升的構(gòu)造事件; 山前更多的沉積學(xué)記錄(鄭洪波等, 2002;司家亮等, 2007; Zheng et al., 2003)表明青藏高原北緣上新世以來加劇隆升。在葉城、皮山等剖面, 中新世地層主要為以砂巖、泥巖為主的河流相–湖相沉積, 同時(shí)發(fā)育大量交錯(cuò)層理,少見礫巖, 表明物源較遠(yuǎn), 古流域坡度較緩, 搬運(yùn)距離較長(zhǎng); 上新世地層則以礫巖為主, 為山麓堆積,自下而上礫石成分、結(jié)構(gòu)成熟度逐漸降低, 反映物源變近, 沉積物在短距離搬運(yùn)后快速雜亂堆積于山前。沉積相的突變印證了上新世開始西昆侖造山帶強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng), 并與山前褶皺沖斷帶的構(gòu)造變形特征相吻合。關(guān)于西昆侖山前褶皺沖斷帶的時(shí)空演化, 前人(伍秀芳等, 2004; 梁翰等, 2014)做過大量研究, 認(rèn)為其自上新世開始經(jīng)歷多期的構(gòu)造變形,向前陸呈前展式演化過程。

在西昆侖山前盆地沉積區(qū), 尤其是在三排背斜北翼(圖 3), 沉積了明顯的生長(zhǎng)地層。活動(dòng)構(gòu)造環(huán)境中, 沉積作用受生長(zhǎng)構(gòu)造控制, 生長(zhǎng)地層作為構(gòu)造活動(dòng)的直接產(chǎn)物, 記錄了構(gòu)造變形的生長(zhǎng)過程, 因此通過對(duì)生長(zhǎng)地層的分析可以約束構(gòu)造變形的時(shí)限(郭召杰等, 2006; 郭衛(wèi)星和漆家福, 2008; Suppe et al., 1992)。研究區(qū)保留的生長(zhǎng)地層記錄可以較好地反映構(gòu)造變形在盆地沉積過程的時(shí)空演化。

山前第一排背斜北翼生長(zhǎng)地層自阿圖什組底部開始發(fā)育(圖3), 在柯東背斜北翼地震反射自翼部向軸部逐漸超覆收斂, 是一套典型的同沉積地層。由于第一排構(gòu)造帶活動(dòng)劇烈, 地層抬升較快, 因此生長(zhǎng)地層沉積較薄。野外觀察發(fā)現(xiàn), 巖石粒度由南向北逐漸變粗, 礫石含量逐漸增加, 反映了生長(zhǎng)地層的沉積特征。對(duì)比磁性地層數(shù)據(jù)(Sun and Liu, 2006),山前第一排背斜自上新世開始形成(距今約5.3 Ma)。第二排構(gòu)造柯克亞背斜的北翼阿圖什組底部地層厚度均一, 為前生長(zhǎng)地層, 自阿圖什組中下部起, 地震反射由背斜翼部向軸部逐漸收斂, 整體呈現(xiàn)向南減薄的楔形, 說明此時(shí)柯克亞背斜開始形成, 在背斜北翼沉積了生長(zhǎng)地層, 因此大致將柯克亞背斜啟動(dòng)時(shí)間限定在阿圖什組沉積早中期。第三排構(gòu)造固滿–合什塔格背斜形成的時(shí)間相對(duì)較晚, 發(fā)育于西域組沉積期中上部, 對(duì)比磁性地層, 判斷其形成時(shí)間大約為早更新世中晚期(約2 Ma)。

圖 3 生長(zhǎng)地層在褶皺沖斷帶的記錄(磁性地層柱參考Sun and Liu, 2006)Fig.3 Records of growth strata in the fold-and-thrust belt (magnetic stratigraphic column from Sun and Liu, 2006)

作者利用Geosec軟件(岳華等, 2002)對(duì)構(gòu)造剖面進(jìn)行平衡恢復(fù), 并作出構(gòu)造演化圖, 以此分析塔西南新生代前陸盆地褶皺沖斷帶的變形過程。

古近紀(jì)沉積期(圖 4e), 盆地整體處于構(gòu)造平靜期, 古生代–中生代地層中保留有三疊紀(jì)擠壓推覆形成的疊瓦狀構(gòu)造的記錄; 中新世沉積期開始(圖4d), 印–藏碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)使得塔里木盆地周緣造山帶活化, 西昆侖造山帶沿高陡的鐵克里克逆斷層抬升; 上新世沉積期開始(圖 4c), 基底卷入逆斷層切穿古生界–中生界, 最終消止于中新世克孜洛依組, 形成斷層傳播褶皺, 發(fā)育柯東同沉積背斜, 在背斜北翼沉積生長(zhǎng)地層, 自翼部向軸部逐漸減薄;早–中上新世(圖 4b), 沖斷活動(dòng)擴(kuò)展至柯克亞, 一組基底逆斷層切穿前新生代地層并消止于古近系膏鹽層, 形成斷層傳播褶皺, 即柯克亞背斜; 同期(圖4b), 在柯東背斜核部發(fā)育近東西向的甫沙–克里陽走滑斷層, 錯(cuò)斷早期逆斷層, 并發(fā)育花狀構(gòu)造, 改造背斜核部; 早更新世中晚期(圖 4a), 三疊紀(jì)殘留逆斷層沿?cái)嗝嬷匦禄顒?dòng), 上覆新生代地層被動(dòng)抬升,形成固滿背斜; 同時(shí), 甫沙–克里陽走滑斷層發(fā)育一對(duì)背沖逆斷層, 進(jìn)一步錯(cuò)斷背斜核部, 形成現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。

4 柯東構(gòu)造帶的構(gòu)造變形解析

西昆侖山前沖斷帶包括柯東等三排構(gòu)造帶和位于捷得一線局部顯露出來的沖斷前鋒帶, 其中位于第一排構(gòu)造帶東段的柯東構(gòu)造帶的變形最為復(fù)雜,且表現(xiàn)出明顯的空間差異性。本文選取柯東構(gòu)造帶不同位置的地震測(cè)線(圖 1), 對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造建模,分析該構(gòu)造帶構(gòu)造變形的空間差異性。

圖 4 西昆侖山前褶皺沖斷帶新生代構(gòu)造演化過程Fig.4 Cenozoic tectonic evolution of the western Kunlun foreland fold-and-thrust belt

圖 5 地震測(cè)線AA′構(gòu)造建模(剖面位置見圖1b)Fig.5 Structure modeling of the seismic section AA′ (location shown in Fig.1b)

地震測(cè)線AA′(圖 5)位于柯東構(gòu)造帶西段, 測(cè)線過甫2井并切穿柯東背斜。剖面南部高陡的鐵克里克斷裂北側(cè)的次級(jí)斷裂(F2)將石炭系、二疊系抬升至地表, 覆蓋于新生界之上; 斷裂北側(cè)的褶皺沖斷帶為一復(fù)雜構(gòu)造帶。該構(gòu)造整體表現(xiàn)出一個(gè)背斜的形態(tài), 北側(cè)地層向北傾, 南側(cè)同時(shí)代地層向南傾,在核部發(fā)育了近直立的主斷層和分支斷層構(gòu)成的正花狀構(gòu)造, 表現(xiàn)出明顯的走滑斷層特征。通過野外地質(zhì)調(diào)查和區(qū)域?qū)Ρ确治稣J(rèn)為, 構(gòu)造活動(dòng)早期, 在逆斷層F4(圖 2)作用下形成柯東背斜雛形, 晚期,走滑逆沖斷裂F3(又稱甫沙–克里陽斷裂)切穿背斜核部, 向西延伸至喀什–葉城轉(zhuǎn)換帶, 向東延伸至桑株左行走滑斷裂。壓扭斷層兩側(cè)派生的次級(jí)斷裂使得背斜核部被強(qiáng)烈改造, 剖面構(gòu)造形態(tài)呈現(xiàn)明顯“正花狀構(gòu)造”。改造后的柯東背斜南翼遭受進(jìn)一步抬升、剝蝕, 導(dǎo)致南翼中新世安居安組及以上地層缺失, 更新世西域組直接覆蓋于中新世克孜洛依組之上; 北翼地層受壓扭斷裂影響, 次級(jí)斷層切穿新生代地層, 由深至淺, 斷距逐漸增大, 錯(cuò)斷的地層沿?cái)嗝嫣? 使得古近系多次重復(fù), 上覆地層產(chǎn)狀驟然變陡, 核部地層近于直立。

地震測(cè)線BB′(圖 6)位于柯東構(gòu)造帶中段, 該段保留有完整背斜形態(tài)。在剖面南端, 鐵克里克斷裂(F1)將元古界沖斷至新生代地層之上。在剖面中部,背斜兩翼的產(chǎn)狀清晰, 在核部存在一“倒三角形”地震反射雜亂帶。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、三維電法剖面解釋成果(陳漢林等, 2012)分析對(duì)比發(fā)現(xiàn), 該雜亂帶沿玉力群、克里陽一線穩(wěn)定展布, 為甫沙–克里陽走滑逆沖斷層(F3)及其派生斷層形成的破碎帶, 地震剖面解釋成果揭示該破碎帶為正花狀構(gòu)造。在背斜兩翼, 古近系及上覆地層地震反射連續(xù)清晰, 南翼地層產(chǎn)狀自翼部遠(yuǎn)端至近核部逐漸由平緩變陡, 但其對(duì)應(yīng)層位較北翼埋深淺; 北翼地層表現(xiàn)為明顯的北傾, 但在地表存在一個(gè)地層產(chǎn)狀從>70°突降至<50°的截然變化界線。上新世阿圖什組的反射呈現(xiàn)向背斜核部收斂減薄的趨勢(shì), 表現(xiàn)出生長(zhǎng)地層的特征, 表明該背斜發(fā)育于上新世阿圖什組沉積期。綜上, 剖面構(gòu)造變形受深部斷層(F4及相關(guān)斷層)控制,在上新世阿圖什組沉積期開始形成斷層傳播褶皺,晚期甫沙–克里陽走滑斷層切穿背斜核部, 派生出的兩條背沖斷層改造早期背斜核部形態(tài), 使得核部地層產(chǎn)狀與翼部地層產(chǎn)狀產(chǎn)生明顯的差異。

地震測(cè)線CC′(圖 7)位于柯東構(gòu)造帶東段。在剖面南端, 高陡的鐵克里克逆沖斷裂(F2)將元古代地層抬升至地表; F2斷層下盤緊鄰斷層處出露古生代地層, 往北大部分地區(qū)為第四系所覆蓋, 但是鉆井資料揭示第四系直接覆蓋于二疊系之上。在剖面中部, 出露了白堊系至第四系, 地層產(chǎn)狀較陡。該剖面構(gòu)造形態(tài)對(duì)比西、中段地震剖面發(fā)生了較大變化:相較于西段、中段普遍受甫沙–克里陽右行走滑斷裂改造, 形成花狀構(gòu)造, 東段構(gòu)造變形表現(xiàn)為持續(xù)地強(qiáng)烈逆沖推覆作用, 地層深部發(fā)育3條產(chǎn)狀平緩的逆沖斷層, 切穿地層形成斷層傳播褶皺, 構(gòu)成最初的背斜雛形, 背斜形態(tài)較構(gòu)造帶西段寬緩, 結(jié)合上新世阿圖什組中發(fā)育的生長(zhǎng)地層, 判斷柯東背斜形成時(shí)間為上新世; 隨著逆沖作用加強(qiáng), 在斷層上盤發(fā)育一系列次級(jí)逆斷層, 錯(cuò)斷背斜南翼地層并逐級(jí)抬升至出露地表, 同時(shí)造成斷層上盤新生代地層產(chǎn)狀的變陡。

圖 6 地震測(cè)線BB′構(gòu)造建模(剖面位置見圖1b)Fig.6 Structure modeling of the seismic section BB′(location shown in Fig.1b)

圖 7 地震測(cè)線CC′構(gòu)造建模(剖面位置見圖1b)Fig.7 Structure modeling of the seismic section CC′ (location shown in Fig.1b)

通過對(duì)柯東構(gòu)造帶不同位置地震測(cè)線的構(gòu)造建模發(fā)現(xiàn), 柯東構(gòu)造帶存在兩期構(gòu)造活動(dòng), 并且由于構(gòu)造變形的差異性導(dǎo)致構(gòu)造帶橫向分段。早期構(gòu)造活動(dòng)時(shí)間限定在上新世阿圖什組沉積期, 區(qū)域內(nèi)發(fā)生大規(guī)模的推覆作用形成柯東背斜, 但是逆沖作用東段明顯要強(qiáng)于中、西段, 東段發(fā)育一系列低角度的逆沖斷層及其派生的斷層, 導(dǎo)致背斜南翼大幅度抬升。晚期, 甫沙–克里陽右行走滑逆沖斷層切穿背斜西段、中段核部, 壓性應(yīng)力派生的次級(jí)走滑逆沖斷裂破壞背斜核部構(gòu)造形態(tài), 形成正花狀構(gòu)造; 而構(gòu)造帶東段則沒有受該逆沖走滑斷層的影響。

5 結(jié) 論

通過對(duì)地震測(cè)線的解釋, 并綜合前人資料, 研究了塔西南新生代前陸盆地的盆山結(jié)構(gòu)與構(gòu)造變形特征, 得出如下結(jié)論:

(1) 新近紀(jì)以來, 西昆侖山及其以南地區(qū)持續(xù)的向北擠壓推覆作用, 造成塔西南撓曲沉降, 形成塔西南前陸盆地, 且褶皺沖斷帶與前緣坳陷存在大范圍的重疊。

(2) 山前褶皺沖斷帶于上新世開始形成, 沖斷帶自山前向前陸方向擴(kuò)展: 上新世(約5.3 Ma), 基底卷入逆沖斷裂切穿老地層, 形成斷層傳播褶皺, 即柯東構(gòu)造帶雛形; 上新世早中期, 受深部斷層控制,形成山前第二排構(gòu)造, 柯克亞背斜帶; 更新世中晚期,構(gòu)造變形傳播至固滿–合什塔格一帶, 沿寒武系鹽巖發(fā)育的疊瓦狀構(gòu)造使得上覆地層被動(dòng)抬升, 形成第三排構(gòu)造帶; 斷層沿古近系膏鹽層向前陸擴(kuò)展至捷得一線, 形成前陸盆地現(xiàn)今褶皺沖斷帶的前鋒。

(3) 柯東構(gòu)造帶構(gòu)造變形不僅經(jīng)歷了兩期變形的疊加, 而且在東西方向上表現(xiàn)出明顯的空間差異。早期以逆沖作用為主, 深部斷層作用形成山前第一排背斜帶, 但是沖斷變形在東段明顯要比中、西段強(qiáng); 晚期逆沖走滑斷裂對(duì)早期形成的中、西段背斜進(jìn)行改造, 形成了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

致謝: 浙江大學(xué)地球科學(xué)系李康博士在文章寫作過程中給予大量幫助, 南京大學(xué)賈東教授和北京大學(xué)郭召杰教授兩位審稿老師對(duì)本文初稿提出許多詳實(shí)、寶貴的修改意見, 中石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院塔西南組的李勇、黃智斌、杜治利等在研究過程中給予很多幫助, 在此一并致謝。

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Basin-range Coupling Structure and Deformation Features of the Eastern Cenozoic Foreland Basin in SW Tarim

FAN Xiaogen, CHENG Xiaogan, CHEN Hanlin, WANG Cong and WANG Chunyang
(Department of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China)

The Cenozoic foreland basin at the southwestern Tarim basin was inflicted by both N-S compression of the west Kunlun orogen and northward indentation of the Pamir, which led to significant variations in structural architecture and deformation style. New results from interpretations of seismic profiles in the east segment of the basin are presented here to discuss such spatial variation in structural deformation and temporal variation in structural evolution. The results suggest that the segment commonly exhibits significant northward thrusting, coupled with flexural basin subsidence. Broad fold-and-thrust belt (FTB) is evidenced in the profiles with its front reaching Jiede anticline, resulting in a structural architecture of superposition of the FTB and foredeep of the flexural basin. In the vertical view, the segment is featured by basement-involved deformation belt overlain by detachment deformation belt. The first row of the deformation belt presents spatial variation in structure. The west Kedong portion exhibits anticlines controlled by thrust wedge that has been reworked by dextrally strike-slipping. In contrast, the east Keliyang portion is featured by mainly thrust deformation. Combined with the results from growth strata and magnetostratigraphy, we suggest that the segment presents a northwardly forward breaking pattern, with the deformation occurring along the Kedong belt during the early Pliocene, within the Kekeya belt at early- to mid-Pliocene and in the Guman-Heshitage belt during early- to mid-Pleistocene.

southwestern Tarim foreland basin; basin-range coupling structure; deformation features; structure evolution

P542

A

1001-1552(2015)02-0241-009

2013-12-03; 改回日期: 2014-05-23

項(xiàng)目資助: 國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): 41330207)和國(guó)家科技重大專項(xiàng)(編號(hào): 2011ZX05009-001)資助。第一作者簡(jiǎn)介: 范小根(1988–), 男, 碩士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: fanxiaogenhao@126.com

程曉敢(1974–), 男, 副教授, 從事造山帶和盆地構(gòu)造研究。Email: chengxg@zju.edu.cn陳漢林(1964–), 男, 教授, 從事造山帶和盆地構(gòu)造研究。Email: hlchen@zju.edu.cn