库车盆地基底构造特征

冲断构造带基底拆离构造~

Bally等（1966）根据地表地质和地震反射波及测井资料，最早论证了加拿大南部落基山脉的基底拆离构造的特征，提出基底拆离构造是造山带冲断带构造的一个普遍特征。随着大陆地质研究的进展和地球物理探测技术的应用，特别是地震方法的应用。美国地球物理学家 Schilt等（1979）对阿巴拉契亚山脉南部首次进行大陆反射剖面的研究，发现该山脉5～15 km的深度有一个巨大规模的拆离构造，从谷岭区朝东南方向插入内皮特蒙特山麓之下。地表地质构造研究也证明，兰岭构造窗内确有沉积层盖在结晶岩之下，上覆的结晶基底呈薄岩席状沿着这条巨大的近水平滑脱面从东南向西北方向作远距离的滑移，其水平位移量超过200 km。喜马拉雅山脉是一条年轻的新生代陆陆碰撞造山带，该山脉也发育有一系列向北缓倾的大型叠瓦状岩片（Windley，1983）。Seeber（1983）根据喜马拉雅山弧西北端地震台网的地震资料和石油勘探的地下资料，认为这些大型叠瓦状推覆岩片之下，有一个向西藏方向倾斜的大型拆离面，倾角很缓，从锡瓦利克向北延伸到喜马拉雅山下，深度5～10 km。Mattauers（1986）认为该拆离面延伸到地幔，终止于地幔。由于以上这些重大发现，国际地学界许多学者逐渐认识到大陆内部也存在类似于大洋板块那样的俯冲作用，但与大洋板块不同的是大陆内部是一种硅铝层内的俯冲，即一部分陆壳俯冲到另一部分陆壳之下，Cook等（1979）、Hsu（1979）、Seeber等（1983）把这种构造称之为薄皮构造。Bally、Snelson（1980）根据1906年首先提出这种作用的Ampferer的名字把大陆基底的地壳缩短与俯冲作用叫做A型消减作用。人工地震测深台站观察和大地电磁测深也揭示出我国秦岭造山带也存在这种大型拆离构造，该拆离构造可能延伸到下地壳。Sober、Barber（1982）研究苏格兰莫因断层深部构造特征后认为，莫因逆断层向深部延伸与莫霍面发生拆离构造，类似的大型壳幔拆离构造在扎格罗斯山也有发现（Bird，1978）。

图6-1 库车盆地冲断构造主要褶皱π圆图


图6-2 由Elliot 弓箭法确定冲断构造运移方向

以上实例说明，如果造山带存在这样一个大型拆离构造，那么造山带连续活动，必将造成这些拆离构造重新活动从而产生山脉再次隆升以及克拉通方向挠曲盆地的发育（Deway等，1986）。中新生代天山造山带重新活动和山前发育的库车陆内挠曲盆地是否也是这种情况，这取决于天山造山带及山前库车盆地是否存在这样一个大型拆离构造。天然地震资料表明（汪振文，1988），天山地区中地壳下部存在纵波速度为6.3 km/s的壳层，其下纵波速度为7.0 km/s（汤良杰，1986）。杨福忠和张恺（1991）认为库车-拜城冲断带在古生界被动大陆边缘沉积建造层顶面有滑脱现象，并造成人工地震资料反映低速层存在（见表6-1），这个低速层反映了20 km深左右拆离层的存在。根据现代地震震源深度资料（表6-2），也从另一方面证实了库车盆地冲断带下伏20 km左右存在拆离构造，结合人工地震资料，这个深度是该冲断构造带更深层次上的拆离层的深度。
表6-1 塔里木盆地北部地壳分层结构


表6-2 库车盆地震源深度表


世界上大多数造山带的冲断带都具有一个共同特征是存在一个拆离的基面（basal surace）或滑离的基面（basal detachment）（Seeber，1983；Mattauer，1986），在此面之下为相对未变形岩石。一般把拆离基面作为构造平衡地质剖面的下部边界，所选取的剖面下面边界为最下面逆冲席之下的未变形原地基底。在许多逆冲构造区，这一构造基底同地层变质和（或）结晶岩石基底一致（Woodward等，1989）。基底的深度可用地球物理方法计算出来，因此本文根据库车盆地冲断构造带比较清楚的冲断前峰带南侧（即库尔勒-库车公路附近）的地震剖面资料（图6-3），以及速度谱资料计算出未变形沉积盖层基底深度为海平面以下7 km深，加上地表海拔高度，基底面深度近似为8 km。该基底面向北延伸，倾向北，倾角为2.5°。这个倾角即为库车盆地冲断构造基底面倾角，即库车盆地冲断带中构造发育的拆离基底面倾角。显然，该基底面的深度比较大，其原因可能为冲断层前缘发育挤压盆地，堆集巨厚沉积物的缘故。研究表明，2°～3°的基底倾角是大多数逆冲带内的平均倾角（Bally等，1966；Dalstrom，1969，1970；Dixon，1982；Roeder、Witherspon，1978）。如怀俄明冲断构造带Darby冲断层到Paris冲断层基底倾斜度为61 m/km（3.5°），从Absaroka到Meade冲断带基底倾斜度为79 m/km（4.5°）；加拿大落基山冲断带的基底倾角为2.5°～3.5°（Woodward等，1989）；阿巴拉契山冲断带的基底倾角为1.15°～2.5°（Roeder、Witherspon，1978），巴基斯坦苏尔加山基底倾角2.5°（向北倾）（McDougall，1991）；新巴布亚几内亚冲断带基底倾角为3°（Hobson，1986）；巴基斯坦Sulainman lobe冲断层的基底倾角为2.5°（Jadoon等，1992）；波利维亚安底斯山冲断带及前陆盆地的基底倾角为1°～3°（Barby等，1992）。Roeder（1988）还认为年青的冲断带可具有倾斜较陡的基底，倾斜度可达4.8°。

图6-3 库车盆地冲断构造带依奇克里克背斜—亚肯背斜地震剖面图（示基底拆离面位置）

由此可见，2.5°基底倾角也是库车陆内挠曲盆地及发育的冲断构造带的基底斜度。如假设这个斜度不变，且能延伸到天山内部，一直到中、南天山缝合线。由1∶200万新疆地质图（1985）可以测得从库尔勒-库车公路到此缝合线大约有100 km，该基底延伸到此处，其基底的深度可达14 km左右（包括地表高程），这个深度正好位于脆韧性转换带上。由于天山地区缺乏大陆深部地震反射研究，故此其基底延伸只能是推测性的。
对库车盆地冲断构造带上布置的其他地震测线的反射剖面资料，也证实了库车盆地冲断构造存在倾角2.5°的基底拆离面，这个基底拆离面是库车盆地冲断构造发育的最下部界面。根据现有的资料分析，基底面之下为古生代和早前寒武纪岩石。由于库车盆地存在基底拆离构造，因而盆地内部沉积构造楔形体可沿一系列软弱滑脱面形成次一级拆离构造。根据野外地表地质调查和地震剖面构造解释、钻井资料，控制库车盆地中新生代地层变形的拆离面主要为晚三叠世黄山街组厚层页岩和塔里奇克组煤系地层，以及中新世古迪克组膏盐岩（表6-3）。次级构造拆离面为晚侏罗世齐古组红色泥岩和早白垩世巴西改组下部泥岩。实际上，由于沉积岩石岩性和相变关系，这些拆离面会发生阶梯状变化，具体断层迹线需要精确平衡剖面技术来确定。
表6-3 库车盆地地层系统、滑动面位置及盆地构造演化阶段划分

江汉盆地位于湖北省江汉平原中部，东西长约230km，南北宽150～200km，总面积约2800km2。在构造位置上处于扬子准地台中扬子凹陷的中部，是在中、古生界海相沉积岩基底上，燕山运动后发展起来的一个中、新生代内陆盐湖断陷盆地。
江汉盆地是以白垩纪-古、新近纪为主体的断陷盆地，基底断裂发育，它们不同程度地影响和控制了盆地内中、新生界的构造格局和沉积分布。由于基岩块断的不均一性，使该盆地形成了多断、多凸、多凹的构造特征。盆地北为大巴山褶皱带，南邻华容隆起，东与下扬子台褶带及淮阳地盾接壤，西以鄂、湘、黔褶皱带为界(图1-1)。盆地在北西西—北北西和北北东—北东东两组基岩断裂的控制下形成了大小不同的次一级构造单元，主要可划分为7个凹陷和5个凸起，自西向东依次为：枝江凹陷、江陵凹陷、丫角-新沟低凸起、潜江凹陷、通海口凸起、沔阳凹陷、陈沱口地堑、沉湖低凸起、小板凹陷、天门凸起、龙赛湖低凸起、云应凹陷(图1-1和表1-1)。

图1-1 江汉盆地构造单元图

(据刘安林等，1987)
江汉盆地的发育主要受基底断裂的控制，在地幔物质活动的背景上，盆地基岩受区域深大断裂作用，将基岩切割成许多近乎菱形的块体，这些块体的活动，控制了盆地的时空发展。

表1-1 江汉盆地主要构造单元划分表

(据《中国含油气盆地图集》，1988)
江汉盆地的块体活动，从时间上可划分7个阶段，即：拱升张裂(早、中白垩世)、整体断陷(晚白垩世)、区域坳陷(古新世至早始新世)、拱升张裂(中始新世)、分化断陷(晚始新世)、萎缩坳陷-上升剥蚀(渐新世)、区域坳陷(新近纪至第四纪)。
从白垩纪到古近纪期间，江汉盆地可以划分为两个构造旋回。第一构造旋回为早白垩世—早始新世。早、中白垩世为上隆阶段，沉积物以山麓沉积为主。晚白垩世为断陷发育阶段，湖盆整体断陷，古地形不断夷平，水体不断扩展，具有一定面积的湖泊环境(浅湖盐湖)，局部地区有湖相暗色泥岩沉积，同时还伴有玄武岩喷溢。古新世至早始新世进入坳陷发育阶段，基底缓慢下沉，且振荡频繁，接受了浅湖相为主的含石膏和钙芒硝的砂泥岩沉积。
第二构造旋回为中始新世至渐新世末。底盘上升，湖盆收缩，盆地内断陷活动加剧，由于断陷活动的持续和发展，盆底凹凸分化，江汉盆地次一级构造单元基本形成。沉积中心收缩于潜江一带，造成了潜江和小板凹陷半闭塞-闭塞环境，发育了潜江组盐湖成油建造。从沉积-构造角度来看，盐湖沉积已浓缩至钾盐阶段，断陷期快速沉降，年沉积速率达0.32mm/a。
渐新世(荆河镇组沉积时期)开始，由于地壳抬升，湖盆面积开始萎缩，水介质淡化，盐湖消亡，只在江陵、潜江、小板等前期凹陷的中心残留小面积的水体，接受河流、浅湖相砂泥岩沉积，其余地区开始遭受剥蚀。渐新世末期，盆地整体抬升消亡，结束裂陷盆地发育史。
新近纪、第四纪，在区域重力均衡作用下，形成超出原有盆地范围的统一内陆坳陷，接受河、湖、沼泽沉积，最终演变成今日的平原面貌。
在区域拉张应力环境下，盆地构造格局主要受北西、北北西和北东、北东东两组基底断裂控制，不仅导致各自控制形成的次一级构造单元发育的差别，而且造成盆地具有凹陷类型多，次级单元呈“丁”字形接触，深浅层构造不协调，后期活动的断层对前期构造强烈改造，以及盐岩分布区内构造较发育等复杂情况。
江汉盆地的发育和构造演化有如下特点：①盆地发育，是由小到大再到小，直到消亡的过程。期间，中新世末期和晚始新世晚期盆地有两次明显的萎缩。②经历了“断陷-坳陷”互相转化的两个构造旋回的断陷活动，由局部断陷发育为整体断陷，奠定了盆地轮廓，形成北西向为主的构造带；第二构造旋回的断裂活动，以盆地内部北东向断层强烈活动为主，导致盆地凸凹分化，次级构造单元形成。③就盆地发育的两个构造旋回，白垩纪—古、新近纪沉积具两个大的成盐旋回。第一成盐旋回是白垩纪到早始新世。第二成盐旋回是中始新世到渐新世早期。相比之下，第二成盐旋回盐湖沉积较发育、沉积速率快，生油岩系发育，厚度大。④就每个断陷的中、晚期(晚白垩世晚期和晚始新世早期)和每个坳陷阶段的早、中期(古新世晚期至早始新世早期及晚始新世中、晚期)，均发育了程度不同的生油岩系。
综上所述，江汉盆地的构造演化特征是：由两个断-坳相互转化的次级构造旋回组成的一个大的伸展扩张旋回，相应在沉积上构成两个正粒序旋回、两个成盐期、两次玄武岩活动、两套含油岩系。其中，第一个次级构造旋回的块断活动主要发生在盆地边缘；第二个次级旋回的块断活动主要发生在盆地主体部分，造成凹、凸分化和各凹陷二级构造带发育、定型。两个构造旋回都有生油岩系发育。从构造演化角度分析，生油岩系主要发育于断陷阶段的晚期和坳陷阶段的早、中期。

塔里木板块基底是双层结构，下构造层是高度固结的克拉通基底，由强烈褶皱变形的变质岩系（包括结晶变质岩系）组成的前震旦纪结晶基底及变质岩系基底，上构造层是震旦纪到古生代末稳定的台型沉积盖层。研究结果表明，塔里木北缘有在30亿～32亿年前形成的太古宙岩石。长城纪前1800 Ma，即中元古宙长城纪兴地塔格群与其下伏元古宙达格拉布拉克群之间角度不整合，证明此时塔里木地区形成颇具规模的陆块，中晚元古宙板块俯冲作用产生典型的高压变质岩组合（肖序常等，1992）。塔里木地盾主要形成时间大约在700 Ma，造成震旦纪冰碛岩同下伏元古宙变质岩系之间的角度不整合。自震旦纪开始，除库鲁克塔格地区发生局部裂陷作用、形成含中基性火山岩的巨厚浊积岩外，绝大部分地区接受陆棚浅海相沉积，这一沉积环境一直持续到早二叠世末期。震旦纪—早二叠世末的稳定台型沉积，实质上为塔里木克拉通的盖层。

库车盆地主要沉积有中新生代陆相地层，地层发育齐全，从二叠纪一直到第四纪均有沉积，但厚度变化较大。盆地的基底主要由中生代地层之下的古生代和元古宙地层所组成，基底埋藏深度较深，因而对库车盆地中新生代以下的基底性质认识不清。根据库车盆地吐格尔明背斜核部出露的元古宙浅变质石英片岩、花岗岩，认为这套元古宙浅变质岩系代表库车盆地的基底；但是根据航磁测量资料，在背斜核部之下3～5 km深部存在磁性基底，表层出露的元古宇可能是推覆而来的断片，构造样式上应属前陆卷入基底褶皱，作者将在后面章节详细论述这一特征。由此看来，库车盆地基底性质只能靠地球物理方法和区域地质演化分析来认识。根据重力资料，库车盆地古生界基底埋深7～10 km，相邻的塔北地区古生界基底埋深为5～7 km，这与航磁资料和地震反射剖面资料求得的基底埋深是一致的（基底埋深7～10 km），并且推测库车盆地基底主要是晚古生代浅海相碎屑岩及火山岩建造。丁道桂等（1990）根据地震反射剖面资料认为，库车盆地确实存在东西向展布，与塔北隆起同期沉积，厚度相当的古生代沉积地层。地震剖面显示，库车盆地亚肯以南存在早古生代地层。

根据已完成的航磁资料（朱英，1989），塔里木盆地北缘地区乌什、库车、库尔勒等地及南天山分布着一片面积广大的负磁场背景区，磁场强度为-100～-200 nT，即南天山-北塔里木负异常区。由于这一带出露的基底变质岩主要是弱磁性绿片岩，因此将这片负磁场区解释为绿片岩系组成的早元古宙基底构造区，而且该负异常区的北界，大致沿中、南天山构造界线分布。负异常区的南界比较平直，包括塔北地区、南天山、库车盆地广大范围内磁场变化不明显，这反映了这些地区存在共同的基底。位于乌鲁木齐—库尔勒以西大面积负磁场区的库车块体明显与此线以东地区不同，西部磁异常变化小，分带性不明显，磁性结构较均匀；东部变化大，并且具有明显的条带状。由于南天山古生代冲断构造带和塔里木北部克拉通具有相似的深部（磁性）结构特征，故推测南天山造山带可属上叠性质的构造（朱英，1989）。

众所周知，区域重力异常是地表以下物质密度不均匀性的综合反应。根据重力资料，天山地区东西两段有明显的差异，其界线仍在乌鲁木齐—库尔勒一线。西天山布格重力异常一般在-250 mgal，局部高达-300 mgal，而东天山一般为-150 mgal左右，东西相差100 mgal以上。在卫星磁异常图上，西天山为正2.0 nT，而东天山为2.0～4.0 nT。根据卫星磁异常图换算的上地幔莫霍面等深度图，西天山地壳厚度可达50 km以上，最深可达60 km，而东天山地壳厚度为45 km，东西天山地壳厚度由45 km递变到50 km，两者相差达5 km以上。根据天然地震资料，在依奇克里克地震台下求得的地壳厚度可达60 km，拜城、库尔勒等地的地壳厚度已接近60 km。根据最新资料，塔里木盆地沿温宿一库尔勒一线向北，重力异常值向北东方向从-200 mgal减少至-300 mgal左右，梯度值最窄达到-1.2 mgal/km，最宽处达到1 mgal/km。库车盆地已发现的依奇克里克油田正处于天山与塔里木盆地之间的布格重力梯度带上，梯度值为1.2 mgal/km；梯度带北部重力低，重力值为-270 mgal，而梯度带南部（库车）以南达-200 mgal。区域布格资料表明，库车盆地深部构造为塔里木地幔隆起区向天山地幔坳陷区的过渡带，利用布格重力资料初步计算莫霍面埋深可达50 km以上，向天山方向莫霍面埋藏深度增大，向南侧则减小。布格重力异常图反映了塔里木盆地北缘库车盆地深部构造形态为塔里木板块向天山方向变深的弯曲形态，因此布格重力异常也被广泛用来研究大陆碰撞作用产生的岩石圈挠曲，揭示造山带和挠曲前陆盆地的深部构造（Karner、Watts，1983；Lyon、Molnar，1985）。横穿造山带和挤压盆地的重力异常，显示出在挤压盆地上方重力异常明显比造山带和前陆重力异常要低（Steckler，1978）。喜马拉雅山、安第斯山和比利牛斯山、阿尔卑斯山等造山带与相邻前陆盆地局部重力达到均衡。如在喜马拉雅山前陆盆地为负100 mgal均衡异常，表明该区存在质量亏损；相反，在造山带为负的均衡异常，常常超过-100 mgal，表明造山带存在质量过剩（Angevine，1983）。Burov等（1990）发现天山造山带出现明显重力亏损，而与均衡模式有一定的差距，说明了库车盆地具有挤压挠曲性质。

首次完成的穿越天山连接塔里木、准噶尔盆地的大地电磁测深区域剖面表明，在塔里木盆地与南天山之间存在宽达30 km的挤压破碎带。电性反映岩石破碎带由多条断裂组成，在30 km深度范围内，电阻有时高达5000～10000 Ω，这种现象被解释为深变质岩与岩体的综合反映（贾润胥，1992）。电磁测深表明，南天山有10 km厚沉积体存在，中天山30 km深度范围由古老变质岩和岩体组成的高阻体；库车盆地为一不对称的挠曲盆地，靠近南天山厚度大，向塔北隆起方向厚度明显减薄。

构造演化分析表明，库车盆地在古生代位于塔里木板内北缘，与塔里木盆地具有共同的古生界、震旦系盖层及前寒武纪结晶基底，而且与南天山造山带演化是一致的。古生代，塔里木北缘——南天山是一个稳定被动大陆边缘沉积环境，包括库车盆地在内当时属于被动陆缘的一个组成部分，该被动陆缘南部靠稳定区面向（北部）洋盆。在被动大陆边缘上沉积了一套北厚南薄的沉积楔形体，如塔里木柯坪地区志留系为稳定陆源碎屑沉积，沉积厚度小，厚几百米，而南天山地区志留系为类复理石建造组成的碎屑岩和碳酸盐岩、火山岩，沉积厚度达万米，虽然后来的造山事件掩盖了这一特征，但是原始沉积体系未被破坏，因此作者认为库车盆地中生界之下应该残留有古生界，无须质疑，库车盆地古生界之下也存在有前寒武纪基底，该基底和塔北隆起出露的前寒武纪基底是相同的，这与丁道桂等（1990）根据地震资料解释是一致的。作者认为，库车盆地基底泛指三叠系之下由古生界、元古宇、太古宇组成的统一基底，库车盆地是在此基础上发育的中新生代地质构造单元。盆地沉积物为一套陆相碎屑沉积，这些沉积物由天山造山带因隆升而被剥蚀下来的碎屑物组成，它记录了天山造山带岩石出露和剥蚀历史。

前陆挤压盆地主要是力学性质的盆地，由造山带前缘的岩石圈坳陷和造山带载荷作用控制。盆地形状直接反映岩石圈刚度，即前陆盆地宽度和深度是岩石圈刚度和岩石圈热力学状态的函数。宽、浅前陆盆地发育在厚、冷岩石圈之上，而深、窄前陆盆地发育在更薄、更热岩石圈之上，也就是说挠曲的波长取决于岩石圈的热年龄。喜马拉雅山恒河前渊位于印度板块太古界岩石圈之上，出现的长波长弯曲；而瑞士平原前渊则在海西岩石圈上，出现的是短波长弯曲。Watson（1987）认为天山北部的准噶尔盆地是一个短波长、深沉积中心，而天山南部的塔里木盆地是长波长的沉积中心。近年来McNutt等（1988）研究表明：俯冲板块的倾角、造山带前缘的弯曲度、造山带长度都取决于岩石圈的挠曲刚度；弹性板的厚度和造山带冲断平面上地表弯曲度之间存在明显的关系，即造山带弯曲度越大、弹性厚度越低，剖面上挠曲板弯曲度越高、倾角越大，刚度就弱，产生较短的冲断席体，并且对较长冲断层缺少整体上的连续性（Fleming、Jordan，1989）。研究表明，板块年龄与刚度关系不大，主要与基底性质有关（McNutt等，1988；Allen、Allen，1990）。由此可以认为，塔里木板块北缘的基底性质控制了南天山冲断带长度和库车板内挠曲盆地的形态，从而最终控制盆地的沉积、造山带剥蚀和隆升及其演化。

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阿巴嘎旗15020601505： 库车地形、地势、地貌特点 - ？
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阿巴嘎旗15020601505： 盆地和洼地有什么区别 - ？
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阿巴嘎旗15020601505： 四川盆地成因简洁答案 - ？
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