中新生代构造特征及其演化

准噶尔盆地北部新生代构造活动特征及其对砂岩型铀矿的控制作用~

准噶尔盆地位于天山、东西准噶尔山和阿尔泰山之间，蓄含了丰富的石油资源，其基底为海西褶皱构造层，盖层由晚古生界和中、新生界组成。新生代，由于印度与亚洲大陆的碰撞及其随后的陆陆汇聚效应，准噶尔盆地周缘的褶皱山系，南侧的天山和北侧的阿尔泰山脉在新生代都发生了快速的隆升-剥露作用，新生代构造变动剧烈；盆地周缘的一些大型断裂带，如盆地北侧额尔齐斯河活动断裂带、东北侧的二台-可可托海断裂带、西北侧的达尔布特断裂及其盆地南缘的天山山前逆冲断裂带等新生代活动强烈，并控制了区域或局部地形地貌的形成与演化。然而对盆地内部的新构造活动研究相对较为薄弱，普遍认为盆地内部为相对稳定的块体，新生代构造活动不显著。
准噶尔盆地北部顶山地区是我国寻找可地浸砂岩型铀矿远景区段之一，具有一定的铀矿资源潜力。自20世纪80年代初期水成铀矿理论引入以来，经过多轮钻探找矿工作，在准噶尔北部的顶山地区，已经发现了层间氧化带砂岩型铀矿化点，有3个钻孔见到了具工业意义的砂岩型铀矿（图2-6-17）。

图2-6-17 准噶尔北部顶山地区区域地质构造简图及根据擦痕、节理统计推测的主压应力作用方向图

1—第四系；2—中新统索索泉组；3—始新统-渐新统乌伦古河组；4—古新统-始新统红砾山组；5—侏罗系；6—古生界；7—花岗岩；8—实测和推测断层；9—正断层；10—节理、擦痕野外统计点位置及编号；11—主压应力作用方向；12—矿化点位置
本节主要通过野外实地调查研究，结合遥感卫片解译分析，探讨该地区新生代构造活动特征，及其对地浸砂岩型铀矿的控制作用，指出区域成矿有利的远景地段。
一、区域地质背景
准噶尔盆地位于天山、东西准噶尔山和阿尔泰山之间，其基底为海西褶皱构造层，盖层由晚古生界和中、新生界组成。研究区位于盆地北部顶山地区（图2-6-17），出露的地层主要是新生界，包括古新世-始新世红砾山组、始新世—渐新世乌伦古河组，中新世索索泉组和第四系（图2-6-18）。目前，本区砂岩型铀矿的找矿目的层主要为古近系乌伦古河组。
红砾山组（E1-2h）为一套干旱-半干旱气候下形成的河流相沉积物，沉积物总体上呈下粗上细、北粗南细的变化趋势。底部为砾质冲积扇，往上过渡为砂质辫状河，至曲流河沉积。岩性从底部的砾岩、粗砂岩、薄层泥岩的韵律层，变化为厚层砂岩和泥岩互层，至砾岩、砂岩、泥岩韵律层，厚约63～403m，顶部含有钙结壳，不整合覆盖于下伏的中-古生界之上。
古近系乌伦古河组（E2-3w）总体上为一套湿热条件下形成的、以河流相为主的灰色砾-砂-泥岩组合，总体上由北东往南西，粒度变细。其主体分布在乌伦古河南岸的广大地区，厚度10～155m，其内发育大量的钙结核，顶部有钙结壳。可分为三个旋回，下部为砾质冲积扇体和扇缘沼泽沉积，岩性为砾岩、砂岩和薄层泥岩的韵律层，顶部有厚层泥岩，含炭化植物碎屑；中部为辫状河及水下重力流沉积物质，由砾岩、砂岩及薄层砂质泥岩或泥质砂岩组成；上部为近端曲流河、浅水湖沉积，岩性下部为砂岩，上部为厚层红色泥岩夹薄层砂岩。与下伏的红砾山组成假整合或角度不整合接触，或直接角度不整合覆盖在古生界之上。
中新世索索泉组（N1s）为一套干旱炎热气候条件下形成的红色-杂色细碎屑沉积物，以泥岩为主，含泥质砂岩、粉砂岩，富含碳酸盐岩。研究区内出露广泛，但一般只保留在向斜的相对低洼处，往东南方向砂质层增多，出现砂-泥互层。为浅水平原湖泊和蒸发盐渍沼泽沉积，间有河道砂体，部分地区为三角洲相。与下伏的乌伦古河组呈假整合或整合接触，与下伏的红砾山组、古生界以角度不整合接触。平均厚度约60m。
第四系主要为一套松散的冲积、洪积砂土堆积物，研究区内主要是上更新统的新疆砾岩（Q3x），不整合或假整合于下伏的第三系、中生界、古生界之上。
二、新生代构造活动特征
在新生代新疆处于南部印度板块与欧亚板块碰撞及其随后印度板块向北推挤、北部西伯利亚板块不断从NE方向向挤压的联合作用中，盆地南部的天山和北侧的阿尔泰山新生代构造活动强烈，盆地内部新生代变形总体上不强，地形相对较为平坦，但喜马拉雅运动在盆地仍有显示，主要表现为间歇性沉积了不同时代的沉积地层，造成了地层间的角度不整合接触，也导致了基底断裂的复活，并而由此产生了一些地表的破裂和断块的掀斜，造成了第三系轻微的褶皱变形，形成了独特的多断块、多洼地的构造-地貌形态（图2-619）。
（一）地貌特征
准噶尔盆地北部基本上全为荒漠区，该区一个典型的地貌特征是，在荒漠区内展布有众多大小不同、深浅不一的封闭型洼地，如黄花沟洼地、顶山盐池洼地（图2-6-19、2-6-20）、萨尔多依洼地等，和荒漠峡谷型洼地，如三个泉EW向峡谷型洼地等（图2-6-20）。这些洼地地形较周围地区明显低洼，也是周围地区暂时性地表径流的汇集场所，但一般都没有出口，水只进不出。洼地的深度在100m以上，盐池洼地为210m，黄花沟洼地为280m，最大的如三个泉洼地，可达350m。对于其成因，彭希龄（1987）认为这些洼地是流水和风共同作用的结果。

图2-6-18 准噶尔盆地北部顶山地区新生代地层柱、沉积环境及其接触关系图


图2-6-19 准噶尔北部遥感卫片图像（ETM1.4.5波段）

①三个泉峡谷；②顶山盐池洼地
经野外实地踏勘，笔者发现这些洼地和峡谷或者位于不同方向隐伏断裂的交汇处，如黄花沟洼地位于NE走向克-夏断裂带的分支断裂与隐伏的NW向断裂、EW向交汇处；或者位于隐伏的东西向断裂地表破裂处，如三个泉峡谷型洼地和盐池洼地分别位于隐伏的EW向三个泉断裂和吐兹多依拉断裂通过处。
石油勘探资料表明，这些断裂都是隐伏的基底逆冲断裂。笔者认为正是由于深部的隐伏断裂逆冲作用，控制了地表洼地或峡谷型洼地的形成：虽然隐伏基底断裂逆冲作用切割的深度仅达到侏罗系，但造成了之上白垩系、新生界的上拱，从而使地表呈现为张性破裂（图2-6-20），导致了固结不老、近似水平的白垩纪、新生代岩石张性破碎，并发育了大量的与深部断裂密切相关的张性节理。地表暂时性的径流从而不断地沿其节理面、破碎面切割，搬运碎屑物质。暂时性的水流消失后，未来得及固结的碎屑物质，由于风暴的搬运而吹往它地。如此往复，形成了这种特殊的洼地或峡谷。因此，这种由于深部断裂的逆冲推覆、导致地表张性破裂而破碎、受降水冲蚀及风力共同作用而形成洼地或峡谷的现象，也是本区新生代构造活动，结合大自然的流水和风力共同作用的结果。

图2-6-20 准噶尔盆地北部深部逆冲推覆导致的地表形成洼地示意图

（以三个泉为例，CD位置见图2C-D）
Q3—晚更新统；N—索索泉组；E1-2w—乌伦古河组；E1-2h—红砾山组；K—白垩系；J—侏罗系；C-T—石炭系-三叠系
（二）断裂和褶皱构造特征
从TM合成图像中（图2-6-19），可以发现本区地貌平坦，新构造活动不强，但是也可以清晰地发现盆地内部发育了一系列NWW-近EW、NE和NW走向的断层。其中NE走向的断层一般都发育在研究区的西部，EW走向的断层，发育在研究区的中部、盆地内部。另有少数隐伏的SN向和NW向断裂。由于不同方向隐伏基底断裂的发育，浅部地表的张性破碎而风化及其断裂的掀斜作用（图2-6-20），将研究区切割成地表浅部多个相互独立、深部可能又相互联通的块体（图2-6-17、2-6-19）。
大型的NWW-EW向断裂包括了吐兹多依拉断裂（图2-6-17、2-6-19中的F1）、三个泉断裂（图2-6-17、2-6-19中的F2）和乌伦古河断裂，皆是隐伏断裂。吐兹多依拉断裂（F1），是准噶尔盆地乌伦古坳陷北侧的边界，也是准噶尔地块北部边界壳层断裂的组成部分。经地震验证为一组宽约500m，高角度的逆冲断裂破碎带，断面北倾，倾角70°以上，断距约900m，断开最高层位为侏罗系，白垩系未见断开。在地表，该断裂通过处，可见一系列泉水发育。在顶山盐池北坡，该断裂虽然没有出露地表，但是深部断裂的逆冲推覆，地表上拱，使白垩系及以上地层发生上拱形成掀斜褶皱，产生张性破裂，局部地段上覆的地层已经被剥蚀，另外地段仍保留掀斜褶皱，形成一个向东张开峡谷型洼地（图2-6-19中的①，图2-6-21），成因可见于图2-6-20。
三个泉断裂（F2）位于准噶尔盆地的腹地，总体上呈近EW-NWW走向，也是一条基底隐伏断裂，具有长期的活动历史。断裂带切穿了基底古生代地层，表现为一条逆冲性质的断层。由于断裂的深部逆冲、浅部上拱，导致了地表的拉张破碎和断块的掀斜，形成了一条约1～1.5km宽、几十公里长近EW-NWW向展布的大峡谷（图2-6-19中的②），将准噶尔盆地一分为二，其南侧为第四纪沙漠覆盖区，即古尔班通古特沙漠，北侧为戈壁荒漠带，峡谷带地表有多个泉水沿断裂带展布。

图2-6-21 顶山盐池北坡吐兹多依拉断裂的地表上拱褶皱和张性破裂带

1—砾岩；2—砂岩；3—粉砂岩；4—泥岩；5—张性破裂带；
Q3x—晚更新统；N1s—索索泉组；E2-3w—乌伦古河组
NE-NEE向断裂带主要分布于盆地的西侧，最大的断裂为克-夏断裂带，与吐兹多依拉断裂带呈“入”字型相交，是一条在海西运动基础上又经印支运动推覆断裂带（图26-17、2-6-19中的F3），由一系列舌状滑脱体联合组成。在研究区的小海子（吉力湖）的东南侧，可见该方向的断裂带出露（F4）。断裂带下盘为石炭系的火山岩，上盘为索索泉组的红色砂、砾岩。断面倾向北西，倾角大约60°～70°。沿断裂带有一系列泉水展布，同时可见索索泉组的红色砂岩靠近断裂带产状明显变陡（图2-6-22），指示了该断裂新生代仍在活动。卫片解译也可以发现，在盆地的西部有一系列北东走向的线性构造。
盆地内部NE-NEE向断裂发育不多。结合卫片解译（图2-6-19），在杜热村西北乌伦古河的北岸，新发现了一条NE走向的断裂（图2-6-17、2-6-19中F5，图2-6-23）。断裂带走向NE60°，倾角近似直立，为一条具有走滑性质的正断层。断层的南东盘为乌伦古河组的砂、砾岩，北西侧为红色泥岩（可能为索索泉组）。断裂带内发育有20～30cm宽的断层泥，由红色泥岩和砂岩组成，夹有上盘的砾岩。往北东方向追索，沿断裂可见多个断层陡坎，显示了该断层现今仍有活动。
研究区内总体上地层产状平缓，一般倾角都小于10，总体上倾向南西。倾角陡的地层仅见于断裂带两侧，是由于断裂的掀斜作用而致，如顶山盐池的北坡，乌伦古河组地层局部可达25°（图2-6-21）。第三系组成的褶皱总体上不发育，主要是一些十分开阔的平缓褶皱，如在顶山盐池一带可见，主要由索索泉组红色泥岩、砂岩层组成。

图2-6-22 小海子（吉力湖）南东NEE向正断层示意图

1—砾岩；2—砂岩；3—火山岩；4—正断层；Pz—古生代火山岩；N1s—中新世索索泉组

图2-6-23 杜热NEE向正断层（F5）示意图

1—砾岩；2—砂岩；3—泥岩；4—电子自旋共振测年采样点；N1s—索索泉组；E2-3w—乌伦古河组
（三）节理和擦痕统计分析
为了进一步确定主压应力作用方向，野外对发育在乌伦古河组和索索泉组的节理进行了统计分析。所测得节理基本不切穿层面，倾角在80°以上，大都是直立的节理，为张节理或剪节理。室内进行统计分析，得到了节理走向的玫瑰花图（图2-6-24）。图中可以得到，乌伦古河组中的节理集中在NNW、NEE和NE三个区间内，索索泉组、哈拉玛盖组中的节理集中在NNE、NW两个区间内，其中顶山盐池索索泉和西干渠索索泉组中的节理走向明显受深部隐伏的吐兹多依拉断裂的影响，出现较多的NWW走向的张节理。由于节理或为张节理或为剪节理，因而根据节理走向的集中方位，可以推测区域的应力作用方向，为NNW或NEE方向的挤压应力，总体上受近似南北向的应力作用（图2-6-17）。
野外对红砾山组和乌伦古河组发育的擦痕也开展了实地测量统计分析。擦痕主要发育在红砾山组、乌伦古河组的泥岩和砂岩中，擦痕面上往往都有方解石阶步发育，可以判断擦痕的运动方向。根据擦痕的运动学性质和擦面、擦线产状，通过电算或吴氏网投影，可以推测主应力的方位。本次研究，利用吴氏网进行了投图分析，其结果如图2-6-25所示。从图中可以区分出两个主应力作用方位：NNW向和NE、NEE向，红砾山组中擦痕推断的主应力方向为NNW和NEE向，乌伦古河组、索索泉组的以NNE、NE向为主，因此可以推测，NWW向和NEE向的主应力作用稍早，NEE方向的应力作用较晚。

图2-6-24 顶山地区第三系中节理走向玫瑰花图


图2-6-25 顶山地区第三系中擦痕产状的吴氏网投影图

综合节理和擦痕统计分析结果，可以得到区域可能存在两期的应力作用：早期为近似SN向的应力作用，晚期为NEE方向的应力作用。杜热NEE60°方向正断层的存在，也表明了区域存在NEE方向的应力作用。
三、新生代构造活动定年
（一）野外证据
在635西干渠第二个隧道处，在索索泉组红色砂岩中发现了一条NNE20°走向的节理，其内充填了上覆的新疆砾岩（中更新世）（图2-6-26）。节理宽约15～20cm，呈锯齿状，呈现出张性构造特征，其内充填的砾岩成灰白色，十分松散，其成分与上覆的新疆砾岩相同。因而可以确定，该节理形成于上覆的新疆砾岩沉积（中更新世）之前。

图2-6-26 顶山635西干渠索索泉组节理及其内充填的第四纪砾岩示意图

Q3x—晚更新统；N1s—索索泉组
（二）电子自旋共振（ESR）测年结果分析
在杜热断层中，有大量的都层泥发育（图2-6-23）。在断层破碎带中，等间距采集了五个断层泥岩样品，挑选了其中两个做电子自旋共振测年（ESR）分析（Z28-3和03-581）。同时在西干渠索索泉泥岩中，也有NE向的裂隙发育，在裂隙面上，有垂直脉壁的石膏生长，野外进行了采样（03-50-1）。电子自旋共振（ESR）测试工作由中国地质科学院地质力学开放实验室ESR实验室完成，其结果如表2-6-2所示。实验过程可以参考相关文献，如陈文寄（1991，1999）、Grun（1992）和Wu等（1999）。结果显示断层的活动年龄为0.13～0.44Ma，NE-NEE向裂隙发育的时代早于0.1Ma。因此，可以确定NE-NEE向的裂隙和断层活动的时代应该在0.1～0.4Ma之间。

表2-6-2 ESR（电子自旋共振）测年结果表

注：断层泥经过筛洗后，测试时主要矿物为石英；年龄计算公式为：TD/D，D是根据样品围岩中U、Th、K的含量来计算的，样品的测试分析工作由地质力学研究所ESR实验室完成。测试仪器为由Bruker公司生产的EMX-ESR仪器。样品中U、Th、K的含量由核工业地质分析测试中心测试完成的。
四、准噶尔盆地北部新生代构造演化
新生代沉积物质充填和新构造运动特征表明准噶尔盆地北部在新生代具有多期次的构造活动：受喜马拉雅运动的影响，准噶尔盆地从第三纪开始，盆地周缘山系不断上升，盆地总体下沉接受沉积，但其南缘下沉强烈，沉积厚度巨大，北部沉积薄，并受新构造的影响发生倾斜变形，形成北高南低的单斜坡状构造-地貌（图2-6-27）。

图2-6-27 准噶尔盆地北部新生代构造地貌演化示意图

（一）第一期：古新世—始新世（红砾山期）
该期（相当于红砾山组沉积期间）新疆北部的阿尔泰山、西准噶尔山脉等山系开始隆升，盆地北缘断裂发生逆冲推覆作用，盆地北部在断裂带前缘形成了厚层的粗碎屑沉积，以砾和砂质冲积扇为主，在远离断裂区发育河流冲积平原相沉积。晚期构造活动平稳，沉积了曲流河沉积（图2-6-27A）。
（二）第二期：始新世—渐新世（乌伦古河期）
在始新世早期（乌伦古河组开始沉积时），新一期的构造活动，表现为新疆北部山脉的又一次隆升和北缘断裂的逆冲推覆作用，在盆地北部的沉积了接近山脉和断裂带的冲积扇体沉积和远离活动带的河流相沉积，盆地内部则导致了红砾山组上部岩石被剥蚀［因而彭希龄（1998）称之谓“红砾山运动”］。之后至渐新世晚期，构造趋于平稳，从而在粗碎屑沉积之上，又沉积了近端曲流河相沉积体系和远端浅水湖泊体系。
（三）第三期：中新世（索索泉期）
从渐新世晚期，盆地北部整体上可能有一次轻微的抬升［即彭希龄（1998）的“乌恰运动”］，导致了乌伦古河组顶部大量姜结石和钙结壳的形成，及其与下伏的红砾山组、古生界一起掀斜抬升而被剥蚀。至中新世索索泉组沉积时期，研究区再次下沉，但地表地形可能存在多个起伏，局部出现河湖，在炎热干旱的条件下，接受红色碎屑沉积（图26-27）。至中新世哈拉玛盖组沉积时，气候条件变为稍为湿热，碎屑沉积物质颜色变为灰白色和灰绿色。
（四）第四期：中新世末-中更新世
中新世之后至中更新世，准噶尔盆地南部由于天山的强烈隆升，前缘断裂向盆地逆冲推覆，前陆盆地继续深坳，沉积了厚度巨大的山前碎屑沉积。而在盆地北部研究区内，除局部地段可能有少量沉积外，由于北部和西部的盆缘断裂主要表现为走滑性质，逆冲推覆作用不强，因而研究区总体上受北部山系隆升的影响而处于隆升剥蚀的状态，缺失了上新统至中更新统沉积，新构造活动不强。
乌伦古河组、索索泉组和哈拉玛盖组中发育的NE、NNE和NNW向的节理，及其红砾山组、乌伦古河组和索索泉组发育的擦痕主要形成于这段时间内。根据擦痕的发育层位，结合野外实地调查发现，及其断层泥、裂隙面上生长的石膏的电子自旋共振测年结果，推断在该构造平稳活动期间，也可以区分区两期的构造活动：即早期近似N-S向的挤压变形，晚期（0.1～0.4Ma）NEE向的挤压变形。
（五）第五期：晚更新世-至今
晚更新世期间，盆地北部再次下沉，区域接受了晚更新统新疆砾岩组的沉积。此后，盆地再次整体抬升，遭受剥蚀。这期间，研究区的新构造活动则主要表现为受基底隐伏断裂逆冲推覆的影响，造成了第三系地层的倾斜变形和轻微的宽缓褶皱，并造成了地表块体的掀斜。在地表，岩石中节理发育，并由于地表径流和风力的共同作用，形成了研究区独有的洼地或峡谷型洼地的构造-地貌形态（图2-6-27）。
五、对砂岩型铀矿的控制作用初析
准噶尔盆地北部新生代构造活动虽然其强度不大，但与砂岩型铀矿的成矿作用关系密切：新生代构造活动则控制了区域的构造-地貌演化，影响了地下水补径排体系，从而控制了可地浸砂岩型铀矿成矿作用（图2-6-28）。

图2-6-28 准噶尔北部地区层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式图

（据林双幸等，2003，改编）
1—第四纪砾岩；2—索索泉组红色泥岩；3—不透水层（泥岩层）；4—透水层（砂岩层）；5—逆冲断层；6—正断层或张裂隙；7—黄铁矿和炭化植物；8—铀矿体；9—层间氧化带前锋线；10—深部还原性气体
上升方向；11—层间含氧含铀水运移方向和大气补给水；Q3x—晚更新统；N1s—索索泉组；E2-3w—乌伦古河组；E1-2h—红砾山组；H2S—含硫化物气体；O2+U6+—含氧含铀（6价）地下水
首先，由于研究区新生代构造活动不强，盆地整体下降接受沉积，在相对还原性质下，沉积了河流相含炭质碎屑的砂体，形成了本区砂岩型铀矿的原始堆积和赋矿地层；晚新生代适度的构造运动，造成了研究区内找矿目的层——乌伦古河组地层在内的第三系的总体抬升和掀斜，构成了完整的地下水补-径-排体系；而且，找矿目的层出露地表而遭受剥蚀，有利于含氧含铀地下水进入砂岩层，顺层流动，与砂体中的含炭有机物质发生氧化还原作用，在氧化还原带前锋沉淀而形成砂岩型铀矿床；第三，根据石油资料，研究区含有多个油气田，因而隐伏断裂的发育，也有利于深部的油气沿断裂带上升（图2-6-28），与还原剂含量不高的原生砂体发生还原反应，增加地层的还原剂的含量，有利于后期再次与含氧含铀地下水发生氧化作用而成矿。
其次，由于本区有多个方向的基底隐伏断裂发育，将研究区切割成多个相互独立的块体；基底隐伏断裂的逆冲推覆，导致了地表地形的上拱而产生张性破裂，形成了该区独特的洼地或峡谷型洼地地貌形态，洼地的深部可达300多米，这些洼地或峡谷就成为地下水局部性的排泄源；根据唐鸿赞（2002）、何江涛等（2000）等研究，本区地下水的主要补给源来自于向东北部的阿尔泰山，这样来自于东北方向的地下水，在浅地表由于多个局部排泄源（如黄花沟、盐池等）的存在而排泄地表（图2-6-28）；同时各个块体之间由于断裂为压性的逆冲推覆，对地下水具有一定的封闭性，阻止了地下水之间的顺利连通，促使地下水沿断裂带上涌而可能排泄至地表，因此，含氧含铀的地下水不能顺畅地在地层中长距离的贯通流动，没能大规模地搬运沉积地层中的铀，进而在氧化还原带前锋成矿；第三，即使在早期地下水的顺层流动作用下形成了的层间氧化带型铀矿，但是由于后期隐伏断裂的逆冲作用，地表块体的掀斜作用而影响了块体的地表地貌，从而影响了地下水的流动方向的改变，造成早期的矿化体再次溶解、搬运，因而矿体的规模受限制，也增加了找矿难度。
上述分析表明在该区块体面积大、具有稳定的斜坡带，应该是成矿的有利区域。研究发现，本区三个泉斜坡带（图2-6-17、2-6-19），具有类似的地质条件：斜坡带面积巨大，达6000多平方公里，找矿目的层乌伦古河组在斜坡带上埋藏较浅，地层呈向南稳定倾斜的单斜带，地层倾角小于10°，深部隐伏断裂不发育，浅部无张性断裂发育，斜坡带新构造运动弱，具有相对独立的地下水补经排体系。此外，根据石油资料显示，该斜坡带深部含有石油，深部含油气物质可以沿断裂带上升，还原地层中的砂体，增加地层的还原剂含量（图2-6-28），有利于后期含氧含铀地下水与砂体发生氧化还原作用，从而形成层间氧化带砂岩型铀矿。
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（陈正乐，刘健，宫红良，郑恩玖，王新华）

研究区位于N30°～38°，E108°～120°之间，总面积约100万km2，包含40景MSS图像（表1），其中约70%为第四系覆盖区。利用遥感图像对大面积覆盖区进行中、新生代含油气沉积盆地的综合研究，尚属初步尝试，国内、外均无成熟经验和现成方法可以借鉴，因此难度很大。但充分发挥遥感图像本身所具有的宏观、真实的特点，以及通过微地貌景观、水系展布格局、植被分布规律的分析和地下地质结构由于相关因素的作用而反映在地表波谱的不同反射率，能获得许多可供使用的间接地质信息。这些间接地质信息，通过钻井地质、地球物理资料及它们在外围露头区的各种相关特征的综合分析与验证，便可成为认识地下地质规律的重要证据。

表1　研究区MSS卫片索引表

一、区域地质背景概述
研究区的主体位于华北平原南部，属中国东部巨型新华夏系构造体系的第二沉降带的中段，华北地块的南缘。东北部有鲁西南隆起，西北、西南及南部为太行山及大别隆起（图1）。
华北地块在加里东旋回初期表现较为稳定，发育了一套台地相碳酸盐岩为主的沉积建造。旋回末期至海西构造旋回初期，块体上升，遭受长期剥蚀。海西构造旋回的中晚期复又下沉，并沉积了一套海陆交互相及陆相砂泥岩建造，且也是华北的主要成煤期。二叠纪末、三叠纪初的印支运动波及本区，使区内形成了一系列近东西走向的宽缓状褶皱，促使地壳进一步隆起，并逐渐转入以块断活动为主要形式的崭新的构造发展时期，这就是区内中、新生代沉积盆地赖以形成和发展的地质背景。

图1　河南及邻区构造体系分布图

二、影像特征及其初步地质分析
（一）影像的宏观特征及相应的地质地球物理场背景
从1:600万中国黑白影像概貌图上可以看到：研究区以灰及浅灰色调显示了一个巨形的环状体，长轴呈北东或近南北向，部分延入渤海海域（图2）。在宏观上具有均一的特点，其灰度从西向东有变浅的趋势。在1:50万MSS彩色镶嵌图上则显示为淡绿至淡红色。从局部看，又在上述灰度背景上表现为巨大的隐斑夹杂北西向条带状影像的结构特征。它们相互交结在一起构成一幅色调丰富的复杂图案。该区从莫霍面的深度剖面上看，恰处于自西向东抬升的第三台阶上（图3），其平均深度约为35km。从地壳深度等值线图上看，尚有北西走向的次级起伏圈闭（图4）。不论从总体上或其内部结构上看与该区影像结构颇有类似的特征。从重力场看，区内重力场走向呈北北东或近南北向，其值由西向东升高，即新野、南阳一带的-60毫伽，升至泌阳、长垣一带的-50毫伽；濮阳的-40毫伽，永城一带的-30毫伽，向东至连云港升为-10毫伽。这与莫霍面由西向东抬升有着相应的关系。因此，图像中显示的不仅是地面的各种信息，而且还可能包含着来自地壳深部的地质信息。

图2　河南及邻区卫片宏观构造解译略图


图3　兰州—大连莫霍面剖面图


图4　中国东部地壳厚度等值图

（二）线性影像的解译与分析
1.线性影像的解译及统计上的特点
线性影像（线性特征、线性轨迹）是影像分析与解译中最易捕捉到的影纹结构特点。下面讨论的主要是延伸长度在50km以上的影像特征。
（1）线性影像的解译标志　对第四系覆盖区来说，其主要标志有：①不同面状色调（或灰度）的界线。如兰聊断裂，系由东侧深色调与西侧浅色面状色调构成；②不同影纹结构的界线。如宿县—商丘断裂，由南侧的深色粗斑状影纹结构与北侧浅色细斑状影纹结构构成；③不同影纹结构与不同面状色调的界线。如南召—溧阳断裂，由北侧的树枝状影纹结构与南侧灰色面状色调构成；④直线型水系或大型水体线状边界。如洪泽湖—台前断裂带，由洪泽湖、骆马湖、微山湖及东平湖呈北西向展布而构成的深色带状影像等等。

图5　河南及邻区遥感地质构造解译图

1—主要线性构造（影像特征明显）；2—次要线性构造（影像特征较明显）；3—一般线性构造（影像特征呈隐显状）；4—带状构造；5—垒堑式构造；6—深色影像反映的环状构造；7—浅色影像反映的环状构造；8—斑点状影纹反映的环状构造；9—湖泊；10—河流
根据上述标志，对区内的线性影像作了全面的分析和解释。共解译出线性影像176条，其中明显的27条，较明显的81条及隐显的68条。此外，对在宏观上有明显表现而具体界线不清的带状或宽带状影像也进行了初步解译（图5）。
（2）统计上的特点　将上述线性影像的延伸方位，以10°作为摆动区间，共分成18个组系。其中以60°～69°、320°～329°及330°～339°三组，为数中之冠，分别为28条、18条及16条（图6）。其结果与区内历年提供的地震勘探及外围地面区测结果之断裂统计的相对数值有高度的相似性。

图6　（a）河南及邻区卫片线性影像走向玫瑰图（b）豫西地面破裂结构面走向玫瑰图

2.线性影像与结构面的关系
露头区及覆盖区的地震、重力与磁力资料表明：区内不同比例尺遥感图像上反映出来的线性影像，绝大多数为地表及覆盖层之下的断裂、断裂带或地质结构面要素的反映。地表自然是这些要素的生动记录，而覆盖区是通过地表的微地貌、水系、湿度、土壤、植被等因素反映出来的间接结果。尽管有些问题的成因机制未被充分揭示，但它却是以物理场（热力场、重力场、磁场及应力场等）和地球化学场（蚀变、矿化、地下水交替带等）的形式而存在的某种特征。因此，将线性影像作为地表或地下某深度的结构面要素、软弱带、断裂带看待是不无道理的。
3.结构面的地表特征及线性构造的初步配套
（1）结构面的地表特征豫西、豫西南地区的野外调查表明：线性影像出现的方位、概率与露头区破裂结构面的统计结果极为相似。区域对比如此，相应地区对比亦是如此。这显然是内在规律的客观反应。
结构面或破裂结构面是指地质构造应力场中的不连续界面，是地壳中应力场更叠的记录，其规模与性质取决于应力的大小和应力场的特点。在野外调查中，共收集了110余组破裂结构面数据。其中性质尚不能确定的约30组，张性11组，压性31组，余皆为扭性或压扭性。在性质已确定的80余组数据中，张性约占14%，压性约占39%，扭性或压扭性占47%。
（2）线性构造的初步配套仍如前述，线性影像是地表或地下一定深度的地质结构面的反映，而结构面是特定应力场中的构造产物。从结果来探索过程，乃至重塑构造应力场的特征，是地质分析中顺理成章的事，下面将据此进行讨论。南阳、许昌等幅区测报告认为，南北向挤压应力是区内构造形成的最早控制因素。它源于吕梁期，而加里东期仍有表现。笔者在豫西北济源地区太行山南缘进行野外调查时收集到：太行山前沿存在由震旦系、寒武系及三叠系构成的触目之东西向膝状褶皱，南翼伴有巨大的北倾逆断层（产状7°∠60°），东西延伸长达10余公里，沿带有严重的矿化，局部有花岗闪长岩脉穿插。从膝状褶皱北翼平缓、南翼陡折及其与北倾逆断层的关系来看（图7），无疑是太行山南推的结果。从卷入褶皱的地层来看，则系印支期或其后运动所致。因此，区内存在NE30°与NW330°两组共轭剪切结构面是理所当然的。

图7　济源紫陵八一水库倒转褶皱素描图

如果上述构造特征与区内中生代侏罗纪二个宽缓状负向构造——开封及信阳东西向展布的沉积区结合起来分析，就可获得区内自中生代以来，影响较早的完整的南北向挤压之应力图案。
在上述过程的后期，即燕山构造旋回的早、中期，中国东部大陆受中国大陆与太平洋基底呈近南北向逆时针扭动的影响，形成巨大的“多”字型构造体系，即新华夏系构造。它对区内中生代沉积盆地的形成有强烈的控制作用，如东濮凹陷等。因为东濮凹陷是受其东侧兰聊大断裂的控制，而兰聊大断裂与东部的郯庐断裂、西部的紫荆关断裂一样，都是新华夏先压后扭的主要结构要素之一。与之配套的尚有NE50°左右、NW330°～340°和NW290°～300°的扭压性、扭张性和张扭性逆时针扭动的结构面。华北地块在这些结构面作用下，形成了大小不等的菱形块体。稍后，区内又形成了明显的东西向挤压应力场并产生了相应的结构面。如近南北向伸展的宽缓状鹿邑—新蔡负向构造带与NE50°～60°、NW300°～310°左右的一对共轭剪切结构面和近东西向的追踪式断裂。这些断裂使被前期构造分割的断块作南北向的不同拉张，从而使中生代沉积盆地进一步加深和扩大。新生代的喜马拉雅运动，又出现了北东—南西向的挤压应力，形成了盆地中第三系的NW向鼻状构造和一些NW向的褶皱构造及NE45°左右的追踪断裂。受其控制的典型例子就是兰考—东平县段的黄河故道（见36页图6）。该断裂构造直至近代（1855年后）仍有活动。
因此，区内各方位纵横交错的线性构造，除前古生代残存的构造形迹之外，叠置有中、新生代的多期构造要素（参见图9）。
（三）环圆形构造的解译与分析
1.环（圆）形影像的主要解译标志
（1）深、浅色调的异常显示在浅色背景上的深色环形或圆形色调异常，如浚县—内黄间的圆形色调异常。在深色背景上的浅色环形或圆形色调异常，如南阳浅色异常。
（2）影纹结构的异常显示在一种影纹结构背景中的另一种影纹结构的异常显示。如郑州—长葛间的粗斑状圆形影纹结构（背景为细斑点状影纹结构）。
（3）水系绕流或水系曲流造成的圆形或环形异常　如兰考地区浅色圆形影像（35页图4）等。
2.环（圆）形影像的地球物理场分析
根据上述解译标志，在全区初步解译出环（圆）形影像133个（见图5）。其中浅色环（圆）形影像54个，斑状结构环形影像6个。这些环（圆）形影像同线性构造一样，也是地质结构或地球物理场在遥感图像上的间接反映。例如，前面提到的郑州—长葛间，由粗斑状影纹结构构成的圆形影像就是地面上生长茂盛的阔叶泡桐树林引起的，而不同植被分布又显然受地质、水质、土壤条件制约。又如唐河—泌阳间的圆形影像，其内部同－40毫伽的重力圈闭线的位置、形状完全吻合，基本上同泌阳盆地相一致。通过重力资料与影像解译图的叠合，发现在（重力资料覆盖区）82个环（圆）形中有28个与重力异常圈闭相吻合，吻合率为34%。与区域航磁资料叠合，也有较高的吻合率。这些现象表明了：环（圆）形影像同地球物理场、地下地质结构之间存在着一定的对应关系。在豫北地区，明亮的环圆形影像多与重力低相吻合。而这些明亮的环圆形影像一般为近代洼陷，其内部多被高反射率的第四系泥沙所充填。因此，在遥感图像上构成了明亮的环（圆）形。而这种洼地，又恰好与重力低相吻合。这就从不同角度反映了地貌上的起伏特征，圆满地解释了为什么对于用重力资料勾绘出的盆地能够在卫片上得到明显的反映。
三、线性构造与中、新生代沉积盆地的关系
（一）中、新生代沉积盆地的分布特点
区内沉积盆地就其空间展布来说是有规律可寻的。
1.盆地方位排列的变化
若以N32°和N34°（即襄樊—信阳—合肥北和洛南—许昌—永城）二线为界，可将全区分为北、中、南三带；北带自西而东由北东向的渭河地堑、三门峡盆地、项城盆地、卢氏盆地、洛阳盆地、伊川盆地等，转为东西向的洛阳盆地（主体部分）、中牟凹陷等；继而转为北北东向的汤阴地堑、东濮凹陷、成武凹陷（主体部分）和济宁断陷等。鲁西隆起另有特点，此不赘述。中带自西而东则由北西向的瓦穴子盆地、五里川盆地、西峡盆地、夏馆盆地、留山盆地、李官桥凹陷、襄城凹陷、舞阳凹陷、任店盆地等，（当然也偶有北东向盆地）转为近东西向的沈丘凹陷、黄川固始凹陷等，继而转为北东向的临泉凹陷、泗县凹陷、大庄凹陷、柳泉凹陷等。而南带，则又另有一番特色，即在北东向（如石柱复向斜、利种复向斜、花果坪复向斜、江汉盆地和潜山凹陷、望江凹陷等）凹陷的基础上，在中部地区，间以北北西向的断陷和盆地如荆门断陷、汉水断陷，等（见图8）。

图8　研究区盆地（坳陷或凹陷）分布略图

1—项城盆地；2—卢氏盆地；3—瓦穴子盆地；4—潭头盆地；5—嵩县盆地；6—伊川盆地；7—大金店盆地；8—留山盆地；9—马市坪盆地；10—夏馆盆地；11—西峡盆地；12—浙川盆地；13—板桥盆地；14—石滚河盆地；15—任店盆地；16—桐柏盆地；17—全淑凹陷；18—句容凹陷；19—苏家咀凸起；20—人东凸起；21—沐阳断陷；22—板浦凹陷；23—蒿沟坳陷；24—桃园凹陷；25—莱芜凹陷
2.盆地类型的变化
全区自西而东从单体型盆地，如临汾、项城、西峡等→复合型盆地，如中牟凹陷、鹿邑凹陷、沈丘凹陷、汝南凹陷、临泉凹陷及江汉盆地等→以单向型盆地为主，间以复合型盆地（单向型如桃园、潜山凹陷等，复合型如蒿沟、泗县坳陷东部等），再→复合型盆地（如苏北的有关盆地）。若从南北分带来看，其规律自西而东是：北带，由北西向单向型盆地转为近东西向与北北东向的复合盆地（如开封坳陷、黄口坳陷），再转化为北东向与北西向复合型盆地（如鲁西区莱芜坳陷等）；中带，由北西单向型盆地（如五里川盆地、西峡盆地、任店盆地等），转为北西与北东向复合兼或有东西向的特征，前者如南襄盆地、周口坳陷，后者有罗山—黄川凹陷。继而由以东西向为主逐渐过渡到由东西向与北东向的复合盆地，前者有合肥坳陷，特别是其北部，后者有苏北盆地；南带，由北东向的单向型盆地，如利川复向斜、花果坪复向斜等，转为由北北西向、北东向、东西向的复合盆地，如潜江坳陷和与之北邻的鄂北地区。继而转为北东单向型盆地，如望江、潜山坳陷等等（图8）。上述盆地的空间分布特点，清楚地说明了本区各种盆地形成和发展是多期和多种构造因素控制的结果。就目前资料分析，区内自中生代以来先后至少有四次构造应力场的更叠。
（二）线性构造与中、新生代沉积盆地形成的关系
前已述及，区内沉积盆地（坳陷或凹陷）的边界多呈直线形或折线状，显然是一组或二组以上线性（断裂）构造联合或复合控制的结果。从沉积盆地形成的时间来看，似有自西而东、自北而南由老变新的趋势。中生代初期的沉积盆地多数分布在研究区的西北隅，其延伸方位为北西和东西二个方向，前者如双槐树盆地、五里川盆地、米坪次凹及马市坪盆地、留山盆地等；后者有洛阳盆地、济源盆地及杜营次凹等，这与南北向挤压的印支期东西向构造有着成因上的联系。这种联系一直延续到侏罗纪的中、晚期。此后，区内开始出现北北东向及北北西向的沉积盆地（坳陷或凹陷）或断块。这些盆地或次凹有东濮、鹿邑的东部次凹、泌阳凹陷等。断块有荆门断陷、汉水断陷等。这与燕山运动的南北向力偶作用有关。在上述构造背景上，又由东西向挤压而形成商水—新县南北向的负向构造带和一些复合型的沉积盆地。如鹿邑凹陷、沈丘凹陷及汝南—临泉凹陷等。喜马拉雅运动以来又由于受到来自北东—南西向的挤压作用，使前述各沉积盆地中的部分地层产生北西向褶皱、鼻状隆起及各种断鼻，并在周缘露头区留有该期构造的北东向（约NE45°）追踪断裂。1855年改道的黄河河道之兰考—台前段，就是其控制的结果（参见38页图6）。
四、中、新生代构造发展模式初步探讨
（一）中、新生代沉积盆地形成机理的初步讨论
区内各沉积盆地在时空上的表现与不同期的构造作用有着密切的关系，这种关系就成了盆地形成机理分析的基础。区内的三叠系（北部）—侏罗系（南部）盆地，就是印支运动中形成的二个负向构造（复向斜）带，也就是与主压应力轴相垂直的结构要素的反应。与之配套的则有NE30°—NW330°左右的二组共轭的扭性结构面。它虽然在该期沉积之初没有起控制作用，但对后来沉积盆地的发生和发展中起着重要的潜在影响。中生代的初、中期，在强大的南北力偶和东西向挤压应力作用下，区内产生了北北西向及近东西向的局部追踪式张裂，形成了一批具有本期构造特点及又不同程度地反映了前期构造要素的白垩系—老第三系复合型盆地，这从中、新生代沉积盆地分布图中可一目了然（图8）。
（二）中、新生代构造发展模式初步探讨
从区域观点来看，研究区为中国东部地壳引张带的一部分，但在总的背景上，区内又有自身的应力特点：这就是在南北向挤压所形成的东西向宽缓褶皱基础上，于燕山旋回的初、中期叠置了南北向力偶作用所形成的各种构造线。并于燕山旋回的中、后期又叠置了东西向挤压的各种构造线。此时，由于东西向挤压，造成了南北向的拉张，又由于拉张使得受力范围内的各种结构面（包括前期构造结构面）在重力影响下产生开启和滑移作用，进而促使沉积盆地的形成和扩展。喜马拉雅构造旋回则又受到了北东—南西向挤压，在老第三系及其以前的地层中留下一些北西向强度不大的褶皱、鼻状隆起和部分与之配套的断裂构造（见图9）。

图9　不同期构造要素叠合示意图

五、有利的含油气盆地及对今后的勘探部署意见
上文曾提及，区内在中生代初期存在三个东西向的大型负向（复向斜）构造带，可能属于印支运动的产物。自北而南依次为济阳—开封—丰县带、南阳—板桥—阜阳带和黄川—合肥带。就三带来说，其形成由北向南推进，故北带形成早，沉积三叠系。中带次之，有少量的三叠—侏罗系存在。南带较晚，主要为侏罗系。三带的特点自北而南有自西向东迁移的趋势。稍晚在上述三带的背景上又叠复二个南北向的大型负向（复向斜）构造带，西为济阳—南阳带，东为兰考—新蔡带。这二条负向构造带在近东西向追踪断裂的影响下，沉积了较厚的白垩系和老第三系。区内的中牟—黄口坳陷、南襄盆地及周口坳陷处在上述二负向构造带的交点上，又加上北北东向断裂的控制而有丰厚的生油岩系存在（尤其是周口坳陷），因此，除南阳、泌阳凹陷继续勘探之外，应加强对周口坳陷，中牟—黄口坳陷的区域勘探，以便及早发现新油田。
上述是以卫片解译为手段，从构造发展角度提出的纲要性讨论，今后，一方面，将加强中、新生代各盆地沉积—构造体系的研究，对上述有利含油盆地（坳陷）作出具体评价；另一方面，利用遥感信息特征对重点区作深入细致的解译与分析，以便探索重点区油气形成的基本规律，为扩大油区和发现新油田发挥遥感技术的最大作用。
参考文献
河南省地质矿产局.河南省构造体系与地震图说明书.北京：地质出版社，1980.
河南省地质矿产局.河南省前晚第三纪基岩地质图说明书.北京：地质出版社，1980.
山东省地质矿产局.山东省前晚第三纪基岩地质图说明书.北京：地质出版社，1985.
中国科学院地理研究所.黄淮海平原地貌图说明书.北京：中国地图出版社，1985.

一、断面中新生代构造分区及特征

新疆北部的主要大地构造单元成型于华力西运动末期。 中新生代以来,位于蒙古高原与青藏高原之间这样一个特殊的大地构造环境,一直受到南北两个方向构造运动的作用和影响,成为板内造山与构造活动的典型地区。 根据断面所处的大地构造部位、中新生代沉积、中新生代构造特别是新构造活动及基底构造特征,将断面划分为如下构造单元(表2-2;图2-2)。

表2-2 沙雅-哈纳斯地学断面中新生代构造分区

(一)阿尔泰隆起地块(Ⅰ)

位于断面北端,主要由前中生界组成,地貌上表现为阶梯状的高山隆起区,总体走向呈NW向,主体海拔在3000～4000m以上(图2-3)。 其南以阿尔泰山前大断裂为界,与准噶尔掀斜地块相邻。 阿尔泰现代隆起景观是在华力西褶皱带基础上,经过中新生代以来的多期构造断块隆升,以及相应的多旋回和多阶段性剥蚀—夷平过程逐步发展形成的。 根据夷平面研究(王树基,1998),阿尔泰山在华力西造山运动以后,山体及邻区作整体性抬升,但存在着间歇性,即在二叠纪晚期—早侏罗世早期、侏罗纪晚期—白垩纪早期、晚白垩世—渐新世存在剥蚀、夷平。 渐新世早期,古夷平面又出现区域性的抬升,沿NW向及近EW向断裂发生继承性活动,阿尔泰山前及山间盆地出现粗大的砾石堆积,此时抬升幅度不是很大。晚第三纪(新近纪)再次进入构造平静期。 上新世末—早更新世时,构造运动不再以古生代褶皱基底的穹形隆起为特征,此时,古生代基底断块的复活开始占居主要地位,许多老断裂复活,出现了明显的差异升降运动。 中更新世以来,阿尔泰山体强烈抬升,山前及山间盆地堆积物颗粒变粗,堆积速率加大,此时阿尔泰山南缘的抬升量在1100～2200m之间(沈军,1998)。 由于NWW向断裂和NNW向断裂的同时活动,局部断块间的差异运动非常明显,造成了阿尔泰山复杂的地貌形态。

图2-2 新疆阿尔泰-天山地学断面中新生代构造分区略图

图2-3 地学断面三维立体地貌图

(二)准噶尔掀斜地块区(Ⅱ)

在大地构造上,位于哈萨克斯坦-准噶尔板块东部,其北侧为西伯利亚地块。 新疆北部自古生代末期进入板内演化阶段以来,构造活动以各陆块之间的调整为主。 印度板块与欧亚板块的碰撞,并通过塔里木、天山作用于本区南部。 中生代亚洲大陆的向南增生,西伯利亚古板块的持续向南推挤、东欧板块的相对向东挤压等,都对该区产生了非常重要的影响,形成了一系列NWW向和NE向的大型推覆平移断层。 地壳的均衡调整使原来的地块下降构成盆地基底,造山带隆起成山,总体上处于不均匀的升降和断块运动,形成中部隆升(西准噶尔盆岭区),南北两侧沉降的现代地貌格局(图2-3)。 本区包括3个构造单元:斋桑-布尔津断陷盆地(Ⅱ₁)、西准噶尔盆岭断块区(Ⅱ₂)、准噶尔盆地沉降区(Ⅱ₃)。

斋桑-布尔津断陷盆地(Ⅱ₁):位于阿尔泰山前断裂和额尔齐斯河断裂之间,其南北两侧都是古生代基岩区。 本区自古生代末地槽封闭后,主体一直处于隆升状态,至白垩纪末方接受沉积,第三纪(古近纪)和第四纪都有沉积。 现地表大部分为阿尔泰山前冲积-洪积裙,沿河有冲洪积物分布。 自中更新世以来,表现出区域性的抬升和向西的掀斜运动。 该断陷盆地的沉降中心在境外斋桑泊一带,中新生代沉积总厚达3500m,断面所经布尔津一带主要是新生界沉积,厚1000～1500m(王务严等,1997),(图2-4)。

西准噶尔盆岭断块区(Ⅱ₂):本区北界为额尔齐斯河断裂,南至准噶尔盆地西北缘的克-乌断裂。从早二叠世至中生代,区内除极个别断陷盆地外,基本处于上升剥蚀状态,大部分地区缺失上二叠统和中生界,在和什托洛盖和乌尔禾地带有中生界沉积,且与石炭系呈不整合接触。 喜马拉雅运动以来,在近南北向区域构造应力场作用下,该区构造运动要弱于北部的阿尔泰山和南部的天山,主要表现为断裂复活和断块升降运动,形成了自北向南相间的科克森套、萨吾尔山、谢米斯台-阿尔加提山、扎依尔山等隆起山系和托斯特断陷谷地 、和布克赛尔断陷谷地 、白杨河-和什托洛盖断陷盆地 、克拉玛依-乌尔禾断阶 等中新生代凹陷。从沉积特征来看,这些凹陷由南向北依次形成于晚二叠世、三叠纪及侏罗纪,新生代以来凹陷继续有所扩大,且中新生界厚度也由南向北呈变薄的趋势(图2-4)。 凹陷内中生界和第三系(古近系、新近系)主要为河湖相粗碎屑红层,第四系主要为冲洪积和风成堆积。

准噶尔盆地沉降区(Ⅱ₃):现在的准噶尔盆地是从古准噶尔洋发展而来的。在早二叠世,整个新疆北部都处于大规模造山运动的末期,地壳由强烈活动逐渐转向稳定,此时,准噶尔南北缘天山、阿尔泰山隆起成山,准噶尔盆地则处于海陆交互阶段,二叠系沉积以填平补齐为特点,沉积中心主要在玛湖凹陷和乌鲁木齐以东博格达山山前。 三叠纪基本继承了二叠纪末的构造格局,准噶尔盆地以整体沉积为主,与其北部的山间盆地联合进入了一个泛准噶尔盆地统一发展体制下的坳陷发育阶段,此时沉积主要受控于重力的均衡作用(吴庆福,1986;伍致中,1986),沉积中心仍在玛湖凹陷和博格达山前,厚2500～3000m(图2-5)。 侏罗纪准噶尔盆地沉积中心位于天山山前坳陷、玛湖凹陷和北部的乌伦古凹陷。 由于燕山运动的作用,来自南方的挤压作用增强,而表现出南北沉积的差异性,即南厚北薄的特征,在乌鲁木齐山前坳陷最厚可达4000m以上。 盆地在早白垩世时为浅水湖泊相沉积,沉积范围较侏罗纪有所扩大,波及湖盆周围的一些山间洼地,晚白垩世气候干燥,沉积环境不及早白垩世稳定,但基本保持了早白垩世的沉积范围。 白垩纪的沉积中心在盆地腹部偏南,最大厚度3000m以上。 早第三纪(古近纪)时,阿尔泰山前和乌伦古凹陷北部开始接受沉积,成为准噶尔盆地的一部分,盆地保持稳定下沉,沉积中心迁移到西部乌苏一带,下第三系(古近系)沉积厚度达3000m以上。 晚第三纪(新近纪)仍保持了早第三纪(古近纪)的沉积特征,表现为南深北浅,沉积中心在乌苏—独山子一带,总厚达4000m以上,其中,中新统厚约900m,上新统厚达3000 m以上。 进入第四纪以来,由于新构造运动所引起的气候急剧变化,准噶尔盆地南缘山前坳陷中以厚层状的山麓冲洪积砾石层为特征,沉积中心迁至西部四棵树一带,厚度可达2000m。 在盆地中心,沉积物粒度变细,结构复杂,成因类型多样,厚达300～500m。

图2-4 新疆西准噶尔盆岭断块区中新生界厚度

根据基底构造形态和中新生代构造及沉积演化,准噶尔盆地可分为盆地稳定沉降区 和乌鲁木齐山前坳陷 两个三级构造单元。

图2-5 准噶尔盆地中新生代沉积厚度分布

盆地中心沉降区 :该区在西北部以克-乌断裂与西准噶尔盆岭断块区(Ⅱ₂)相邻,南部以奎屯-玛纳斯-呼图壁北隐伏断裂与乌鲁木齐山前坳陷相邻。在前中生代基底的基础上,在中新生代,区内构造差异运动和断裂活动较弱,总体呈下沉状态,但下沉幅度南大北小呈一南倾斜坡,其南缘为盆地中新生代以来沉降中心。

乌鲁木齐山前坳陷 :北界为奎屯-玛纳斯-呼图壁北隐伏断裂,南以准噶尔南缘断裂与天山隆起区分界。 前中生代基底呈断阶状向北下降。 中生代以来,坳陷持续下沉,喜马拉雅运动以来,构造下沉速率显著增大,一直持续至今(图2-6)。 中新生界沉积最厚处位于坳陷北部,二叠纪至早、中三叠世为巨厚的磨拉石建造,沉积中心在阜康—昌吉一带;晚三叠世为稳定的砂、泥岩建造,沉积中心在乌鲁木齐附近;早、中侏罗世为含煤、生油建造,晚侏罗世为红色建造,坳陷最深处在玛纳斯以南;白垩纪至第三纪(古近纪、新近纪)主要为湖相、河湖相建造,沉降中心在沙湾、安集海一带,晚第三纪(新近纪)以乌苏一带沉积最厚;第四纪主要为磨拉石建造,沉降中心已迁至乌苏以西。 自中生代特别是新生代以来,构造差异运动和新构造运动强烈,中新生界强烈变形,在坳陷内由南到北有老到新,形成了四排活动逆断裂-褶皱带,目前仍处于逆冲隆起状态。

图2-6 准噶尔盆地南缘中新生代沉降曲线

(三)天山隆起地块(Ⅲ)

即现代天山隆起区,北界以准噶尔南缘断裂与准噶尔盆地相隔,南部与塔里木盆地以库尔勒断裂为界。 华力西运动末期形成的古天山山系进入中生代以后,成为隆起剥蚀区。 从中生代初直至第三纪(古近纪、新近纪)末,天山地区的地壳运动相对平静,隆起的天山长期遭受强烈剥蚀,最终天山准平原化,而南北两侧的山前坳陷与山间断陷盆地则处于沉降状态,不断接受沉积,如伊犁断陷盆地和尤路都斯盆地。 晚第三纪(新近纪)末,特别是上新世和早更新世,天山地区发生了非常强烈的造山运动,即新构造运动,众多老的大断裂复活,并产生了许多新生断裂。 沿着这些活动的与山体走向近一致的大断裂,整个天山地区发生剧烈的差异升降运动,产生明显的断块位移和构造变形,导致天山山系形成断块山脉与断陷盆地相间的格局(图2-3)。 因此,天山地区又可划分为3个二级中新生代构造单元:北天山强烈隆起区(Ⅲ₁)、中天山盆岭断块区(Ⅲ₂)、南天山强烈隆起区(Ⅲ₃)。

北天山强烈隆起区(Ⅲ₁):北界为准噶尔南缘断裂,南界为喀什河断裂(尼勒克断裂),为近东西走向的长条状隆起。形成于华力西运动末期,至早第三纪(古近纪)基本被夷平,喜马拉雅运动以来,又强烈隆起,形成主脉海拔4000m以上的高山区。

中天山盆岭断块区(Ⅲ₂):位于天山中部,北界为喀什河断裂,南界为尤路都斯盆地南缘。 该区自中新生代以来,总体上以隆起为主,但隆起幅度要弱于南、北天山。 由活动断裂所围限的断块在这一时期的差异运动,使得一些断块下降成盆,如伊犁盆地、大、小尤路都斯盆地等,接受了部分中新生代沉积,由于天山整体抬升的背景,断面所经盆地内的中新生界沉积并不厚。盆地周围的断块则间歇性隆起成山。 断面经过的断陷盆地为伊犁断陷盆地 东缘和尤路都斯断陷盆地 。

南天山强烈隆起区(Ⅲ₃):北部以哈尔克山北麓与尤路都斯断陷盆地为界,南部以库尔勒断裂与塔里木盆地为界。为近东西走向的长条状隆起。形成于华力西运动末期,至早第三纪(古近纪)基本被夷平,喜马拉雅运动以来,又强烈隆起,形成主脉海拔4000m以上的高山区。

(四)塔里木盆地沉降区(Ⅳ)

库尔勒断裂以南广大的中新生界沉积区,即现今塔里木盆地范围。 塔里木盆地是大型叠合复合克拉通盆地(贾承造等,1995),沉积体系包括震旦系—下二叠统海相-海陆交互相沉积和上二叠统—第四系陆相沉积两套沉积系统,盆地沉积岩最大残余厚度15000余米,累计最大沉积厚度25000余米,是我国最大的沉积盆地。 盆地基底为前震旦系中-深变质岩系。塔里木盆地是塔里木板块的核心稳定区部分。塔里木板块在早古生代为一独立漂移的大陆板块。 晚古生代它与哈萨克斯坦-准噶尔板块碰撞拼贴为一体,并形成古天山褶皱系。在欧亚大陆南缘成为大陆边缘增生活动带的一部分。其构造演化受古天山褶皱系活动的控制,盆地内构造变动与古天山褶皱系息息相关。 在晚古生代末期到中生代塔里木板块受特提斯构造带控制,由于羌塘地块、印度板块等与欧亚大陆碰撞,特提斯洋关闭,塔里木成为大陆内部稳定地块及沉降的山间盆地。新生代则主要受喜马拉雅构造带控制。 断面仅涉及塔里木河以北的盆地北部。 根据基底形态和中新生代构造特征,该区划分为库车山前坳陷(Ⅳ₁)和塔北隆起(Ⅳ₂)两个二级构造单元。

库车山前坳陷(Ⅳ₁):位于塔里木盆地北部,以库尔勒断裂与南天山分界,南部以近东向二八台断裂与塔北隆起分界。坳陷中出露地层为上二叠统和中、新生界,其中,中、新生界是一套厚8000m(图2-7)以上的陆相碎屑沉积,厚度大,层序较完整,具有明显的前陆坳陷沉积特征(表2-3)。 中生代以来,坳陷持续下沉,喜马拉雅运动以来,构造下沉速率显著增大,一直持续至今(图2-8)。

中新生代各时期沉降中心逐渐南移,新生代以秋里塔格一线坳陷最深,形成北薄南厚的楔状体。坳陷为一强烈变形的山前逆冲带,中新生界广泛发育线状褶皱、逆冲断层和推覆构造,地层变形倾角甚至可达近90°,这些逆冲构造近似平行于天山向盆地方向逆冲推覆,地震剖面上也可见发育断面近水平的拆离滑脱构造,上下盘构造明显不协调,深层构造极为复杂。 由于库车坳陷中新生界沉积基本连续,第四系也卷入构造变形,因此,库车坳陷是中新生代连续沉降的坳陷构造,并伴随褶皱隆起与逆冲,而且这种活动一直持续到现在。

塔北隆起(Ⅳ₂):位于塔里木河以北、库车坳陷以南,呈NEE向展布,其北界为二八台断裂。 塔北隆起是埋藏在中新世—上新世前陆凹陷中的古隆起。 三叠系不整合覆盖于古生界之上,侏罗系—白垩系广泛分布,第三系(古近系、新近系)是塔北隆起厚度最大的地层,中新统—上新统可达4000m厚。 华力西期晚期—印支期即石炭纪—三叠纪,是塔北隆起主要形成期、主要断裂活动和主要局部构造产生期,主要的构造事件包括石炭纪末塔里木板块与北方的哈萨克斯坦-准噶尔板块最终碰撞拼合,二叠纪塔里木板块北缘古天山褶皱带的形成以及三叠纪末羌塘地块与塔里木板块南缘拼贴等。 受这些构造事件的影响,塔北隆起地区表现出了很强的构造活动性,在断裂断隆发育的同时,塔北隆起统一形成。 燕山期—喜马拉雅期早期即侏罗纪—早第三纪(古近纪),塔北隆起地区进入稳定沉降构造发展阶段。侏罗系、白垩系、下第三系(古近系)广泛分布于塔北隆起地区,其中侏罗系主要为一套湖相的深灰色泥岩、棕红、紫红色砂岩、砂砾岩,厚度一般300～600m;白垩系为湖相的紫红、棕红色砂岩、砂砾岩、泥岩,厚400～600m;下第三系(古近系)则为一套砂砾岩,厚度一般百余米。

图2-7 塔里木盆地不同年代中新生界等厚图(单位:m)

表2-3 库车山前坳陷新生代以来构造沉降量及沉降速率

图2-8 库车坳陷中新生代沉降曲线

整个侏罗系—下第三系(古近系)厚度分布较均匀,一般变化不大,反映了构造稳定期的特征。 另外,侏罗纪—早第三纪断裂活动微弱,仅在塔北隆起的中部断隆地区发育少量燕山期的正断层。 喜马拉雅期晚期即晚第三纪(新近纪)—第四纪,塔北隆起地区整体快速下沉,成为库车前陆坳陷的重要组成部分,塔北隆起由长期发展的隆起构造转化为埋藏在喜马拉雅期晚期前陆坳陷中的前侏罗纪隆起。 晚第三纪(新近纪),随着始新世末印度板块与欧亚大陆板块碰撞造成的天山山系的迅速抬升,塔里木盆地北部地区天山山前急剧沉降,形成山前前陆坳陷,塔北隆起地区演化为前陆坳陷与前缘隆起间的斜坡地带,沉积了一套厚2700～4000m的细磨拉石建造,由南向北厚度急剧增厚,反映了前陆坳陷沉积和沉降速率快的特征。

二、区域中新生代构造演化

新疆北部的塔里木盆地北缘、伊犁盆地、准噶尔盆地,自早二叠世末海相前陆盆地转化成内陆盆地之后,其中沉积了厚度不等的二叠系—中、新生界。 在盆地下降的同时,已形成的阿尔泰山、东西准噶尔造山带、天山等造山带一方面继续隆起遭受剥蚀,另一方面沿已形成的盆地边缘逆断裂向盆地内部逆掩。 在阿尔泰山和东准噶尔造山带,以由北东向南西的逆冲推覆为主,西准噶尔造山带以由北西向南东的逆冲推覆为主,而天山造山带则分别向南北两侧逆冲推覆。 这种构造变动,一方面促使该区地壳持续大规模缩短,另一方面,使北疆各盆地周缘均处于挤压状态,与此同时,在周缘隆起带内的主干断裂复活,多呈逆、逆-走滑活动。 盆地的构造演化大体经历了6个时期:

1)晚二叠世强烈的构造沉降;

2)晚二叠世末至三叠纪的盆地收缩期;

3)侏罗纪的构造沉降;

4)晚侏罗世至白垩纪的盆地收缩期;

5)早第三纪(古近纪)盆地沉降期;

6)上新世至现今湖盆收缩期。 每次盆地收缩期都伴随有山脉的构造抬升。

天山南北两侧中、新生界沉积物特征与沉积序列反映了新疆北部盆地的这种演化历史,即在晚二叠世末至三叠纪末、晚侏罗世末至白垩纪末、上新世至今,盆地边缘普遍以磨拉石沉积为主,且上新世以来形成的磨拉石堆积规模最大、最厚。

新疆北部山脉构造抬升和盆地构造沉降的脉动式特点,其根源与古、中、新特提斯洋的关闭密切相关,也就是与羌塘、拉萨、印度3个地块先后依次与古亚洲大陆南部边缘的碰撞有关(图2-6,图2-8)。 3次碰撞,在新疆形成3次粗碎屑堆积,其中以印度碰撞(喜马拉雅期)最为强烈,形成的磨拉石沉积最厚,山体抬升最高。

晚二叠世时,在新疆北部,山系开始强烈抬升,在山间盆地形成巨厚的磨拉石堆积,而盆地急剧构造下降,普遍形成粗碎屑沉积,构成新疆北部陆相盆地主要的生油层。

自晚二叠世末至三叠纪末,新疆北部以内陆盆地的超补偿堆积作用和大陆地壳明显的缩短增厚为特征。 造成该期地质事件的动力学机制是这一时期古特提斯洋南的羌塘地块迅速向北运动,以及由此而产生的巨大影响,形成昆仑山(肖序常等,1992)。

早侏罗世时,中特提斯洋扩张使北部地壳处于引张状态,盆地下沉,形成3000～5000m厚的侏罗纪含煤沉积,地形趋于准平原化。 从晚侏罗世开始,中特提斯洋南地块拉萨地块迅速北移,到早白垩世与古亚洲大陆南侧碰撞形成藏北褶皱山系(肖序常等,1992)。

在准噶尔地区,伴随山脉的构造抬升,盆地仍在沉陷。 而在塔里木则是山脉构造抬升,盆地基底也抬升,特别是晚白垩世,可见,拉萨碰撞对塔里木的影响要比对天山以北的大一些。 晚白垩世另一重要的构造事件是塔里木西部喀什一带遭到来自西部新特提斯洋的海侵,在相对较低洼的地带形成浅海。 这一海侵事件在喀什一直持续到渐新世。

第三纪(古近纪、新近纪)重要的地质事件是印度碰撞和喜马拉雅山系的形成,以及由此而产生的对亚洲大陆的巨大影响。 这一影响在新疆北部表现为山体抬升和盆地沉降。

早第三纪(古近纪)时,盆地范围空前扩大,在规模上仅次于晚二叠世时的内陆湖盆。盆缘山麓河流相粗碎屑沉积和盆地中心湖相软泥沉积并存,充分体现了这一时期新疆北部地壳运动的特点。 到第三纪(古近纪、新近纪)末,塔里木盆地西部的喀什海也因受这次碰撞事件的影响而退出,形成塔里木西部大量澙湖相沉积,构成新疆境内最大的石膏及蒸发盐类矿产资源。 到上新世时,山体构造抬升大于盆地沉降,因此,内陆湖盆逐渐被磨拉石沉积所填充。 从上新世开始到更新世,在天山南北形成倒序的磨拉石堆积,其特点是粗碎屑越来越多,粒径越来越大(任纪舜等,1990)。 该期磨拉石堆积厚达4000m左右,天山北麓的也近2000m。 这种情况可能反映了天山产生南高北低不均衡的抬升运动。 更新世至全新世新疆境内山岳冰川的形成也与印度碰撞有关。 此外,印度碰撞的挤压应力还通过上地壳刚性块体向北传递,其结果使新疆北部产生大规模的走滑和共轭剪切,并导致旧有断裂系统的复活,在天山两侧及盆地周缘再次发生冲断和逆掩(Feng, et al., 1989; Graham, et al.,1990),使盆地周缘的第三纪和第四纪沉积也卷入到冲断及逆掩构造系统中。 如北天山山前坳陷中的四排活动褶皱-逆断裂带及南天山山前库车坳陷中的四排活动褶皱-逆断裂带。

三、新疆北部构造沉降中心与迁移

塔里木盆地晚古生代沉降中心在塔里木西南叶城一带,次沉降中心在满加尔、阿瓦提、唐古孜巴斯地区,民丰—于田一带也有次沉降中心发育。 中新生代,克拉通内部不再发育沉降中心,主沉降中心大都迁移至克拉通边缘,这与盆地性质的转变密切相关。 三叠纪库车地区快速沉降,沉降、沉积中心吻合,发育浅、深湖相沉积;侏罗纪有库车、满加尔、塔西南3个沉降中心,而沉积中心在东南缘也存在,相比之下,侏罗纪沉降沉积中心最远离盆地腹部,表明该期盆地范围较大;白垩纪及其以后,库车、满加尔地区沉降中心向盆地腹部迁移(图2-7),这与岩石圈板块弹性厚度增大、冲断负荷作用强烈,前陆盆地向前陆方向推进密切相关。

准噶尔盆地自二叠纪以来的沉降特征表现为三段式,由二叠纪、三叠纪—早第三纪(古近纪)和晚第三纪(新近纪)—第四纪3个阶段组成,反映出快速沉降—缓慢沉降—快速沉降的旋回特征。 盆地沉降量以二叠纪为最大,反映了早期复理石前陆盆地发育阶段地壳较薄对构造负荷作用敏感的特征;随着碰撞向陆内进行,三叠纪由于地壳厚度的增大地壳挠曲幅度在相同的负载下必然相应减小;侏罗纪—早第三纪(古近纪),构造沉降幅度和速率较为稳定,反映了较为稳定的以振荡运动为特征的陆内坳陷型盆地沉降特征;晚第三纪(新近纪)至第四纪由于强烈的陆内俯冲,天山山系强烈隆升,产生巨大的构造负载作用于盆地基底之上,其沉降速率和沉降量又一次明显增大,反映了陆内俯冲型的前陆盆地构造沉降特征。

二叠纪以西北缘玛湖坳陷沉降速率最快,沉降量最大,天山山前坳陷次之,而中央坳陷和克拉美里山前坳陷则相对沉降缓慢;三叠纪—侏罗纪各坳陷沉降速率与前期相比均大大减小,此期以天山山前坳陷沉降速率为最大,玛湖凹陷退居第二位,乌伦古凹陷和四棵树凹陷开始发育,并接受了较厚的中生代沉积;白垩纪—早第三纪(古近纪)各地区沉降速率进一步减小;至晚第三纪(新近纪)—第四纪盆地大部分地区变化不大,但南缘天山山前和四棵树地区表现为沉降速率再次迅速增大,且横向上表现为由东向西沉降速率逐渐增大的趋势(图2-5)。

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