克拉通区构造变形沿走向的变化及其控制因素

　克拉通盆地区基本变形特征~

克拉通盆地区构造变形主要与海西早期运动以来的板块聚敛性活动引起的挤压构造环境有关，以发育褶皱和逆冲断层为主，其次为调节性走滑断层及其相关褶皱，局部发育挤压构造背景下的伸展构造。
依据构造变形过程中基底是否卷入（Harding和Lowell,1979），构造变形样式可分为基底卷入（厚皮）型和盖层滑脱（薄皮）型两大类（张光亚等，1994）。克拉通盆地区主要发育基底卷入型逆冲断层及其相关褶皱，以这些断层为边界的冲起构造、挤压断块等厚皮构造（图4-1、4-2）是主要变形样式，另外还发育由古生界组成的盖层滑脱褶皱逆冲断层等薄皮构造（图4-3）。向克拉通内部构造变形程度总体上减弱。这些构造主要形成于海西早、晚期，后期变形总体上较弱。部分地区如巴楚凸起上遭受喜马拉雅期后期改造程度较强烈。后期构造变形可表现出：①继承性及叠加性，如早期逆冲断层在晚期的继承性活动，在早期背斜构造之上叠加了中—新生代背斜；②改造性，后期活动往往掩盖了早期构造活动程度；③新生性或反转性，如在早期坳陷中发育晚期背斜构造，此为正反转，而沿袭早期逆冲断层发生正断层活动则为负反转。
在柯坪－塔北隆起区，以发育基底卷入型逆冲断层及其相关褶皱为主，这些断层包括沙雅—轮台断层、亚南断层、沙井子断层等，它们一般构成二级或三级构造单元的边界。以这类断层为边界，可形成基底卷入型背冲挤压断块（冲起构造），如轮台凸起（图4-1），或单断式挤压断块，如柯坪隆起东段挤压断块（图4-4）。与基底卷入型断层有关的褶皱也可分为断弯、断展型。在前缘隆起的斜坡地带，如英买力、哈拉哈塘地区主要分布沉积盖层滑脱型褶皱，它们的形成均与非能干软弱层有关。在北部坳陷区主要发育低幅度基底翘曲构造。
克拉通盆地区构造变形除表现为横向上的分带性外，在平行于区域构造方向上往往由于调节性走滑断层等横向构造切割而表现出“分块性”，块间变形差异较大。例如，被喀拉玉尔滚－柯吐尔断层分隔的柯坪、塔北隆起两地区构造变形特征有明显差别。这里称此类横向构造带为横向构造转换带。与之相对应，在同一块内平行于构造延伸方向上，断层与断层、断层与褶皱以及褶皱与褶皱间可发生缩短量或位移的纵向转换。
在塔北隆起还可见中、新生代伸展构造（正断层及小型断陷盆地），不过其分布的区域很局限。

图4-1　库车坳陷依奇克里克背斜－秋里塔克背斜－塔北隆起轮台凸起构造横剖面图

（据张光亚，1994a）

图4-2　塔北隆起轮南凸起－库车坳陷吐格尔明背斜构造剖面图

（据张光亚，1994a）

图4-3　库车坳陷吐孜玛扎背斜－秋里塔克背斜－塔北隆起英买力构造剖面图


图4-4　乌什凹陷－阿克苏凸起－阿瓦提凹陷构造横剖面图

（一）基底卷入型构造
在含油气区，基底（basement）通常指刚性的结晶火山岩或变质岩（Harding和Lowell,1979）。这里基底是指岩石力学性质相对均一、由前震旦系各类变质岩和岩浆岩组成的、岩石力学性质各向相对均一的地质体。
基底卷入型构造变形主要表现为基底卷入型逆冲断层发育和基底缩短变形形成褶皱，它们可以组合为下列不同的构造样式。
1.基底卷入型冲起构造（basement—involved pop—up structure）
它是由两条基底卷入型逆冲断层夹持的背冲挤压断块。
塔北隆起轮台凸起可作为该类构造的典型代表（图4-1、4-5）。该构造为夹持在分别向北和向南倾斜的轮台－沙雅和亚南逆冲断裂带之间的背冲断块，北东东向延伸约300km，宽8～40km。该构造边界断层具有上陡下缓的断面形态，基底顶面最大垂直断距可达4000m，最大水平断距3500m。根据大地电磁测深资料，轮台及亚南断层向深处可能延至20～30km深处的高导层（软弱层）甚至莫霍面附近。根据地震反射资料（图4-6），亚南断层向深处产状逐渐变缓，切割深度可达20余km（汤良杰，1992），其在基底岩系中的产状与基底顶面近一致，具有上盘断坪特征，表明前震旦纪末其可能呈近水平状态产出。丁道桂等（1990）、汤良杰（1992）认为其具有韧性剪切带特征。据上述分析，作者认为亚南断层是在前震旦纪近水平的古韧性剪切带的基础上于海西晚期发育的逆冲断层带，它与海西期（主要是海西晚期）发育的轮台一沙雅逆冲断层带一起使上述两条断层间的断块挤压抬升，古生界及部分基底遭受剥蚀。这里，基底或壳内软弱带（韧性剪切带）是造成其上覆岩层缩短及前冲和后冲断层发育的重要条件（Morley,1987）。巴楚凸起古董山构造亦属基底卷入型冲起构造（图4-7b-3，付建奎等，1999）。

图4-5　TBB-85-NW444测线地震地质解释剖面图

（据新星石油公司）
另一类冲起构造由“Y”字形断层夹持，两条边界逆冲断层发育程度不等，主干逆冲断层为基底卷入型，而另一断层则仅发育在沉积盖层内。轮南断垒构造（图4-3）即属此类构造。巴楚凸起南缘罗斯南2号构造也属于这种类型（图4-7b-2）。
2.单断式挤压断块
柯坪隆起东段（阿恰断裂以东）阿克苏凸起属于此类构造（图4-4）。该断块西南边界为向前陆方向逆冲的沙井子断裂或断阶带（图4-8），沿主断裂寒武系—奥陶系顶面最大垂直断距可达5000m，最大水平断距达4500m，上盘缺失全部中生界及部分新生界，中—新生代具生长特征，其中中新世早、中期生长指数可达2.0。沿断裂带强烈的海西晚期岩浆活动显示它可能是一条延至中—下地壳的深断裂。巴楚凸起南缘康塔库木构造属此类型（图4-7b-1）。
3.逆冲断阶带
一系列同向倾斜的基底卷入型逆冲断层可组成断阶带。在沙井子断裂带中、东段（图4-8），沙井子主断裂与其上盘同向倾斜的次级断层将柯坪隆起东段东南翼切割成向隆起方向依次抬升的几个台阶。在库尔勒鼻凸西南部（图4-9），一系列大致平行的向北倾斜的基底卷入型逆冲断层平面上呈斜列式展布，在横切它们叠覆处的剖面上这些断裂组合为断阶形式（图4-10）。

图4-6　TBB-86-NW417测线地震剖面解释图

（据新星石油公司）

图4-7　巴楚地区主要构造样式图

（据付建奎等，1999）
（a-1）—断展背斜（群苦恰克构造，沿下寒武统滑脱）；（a-2）—叠瓦状逆冲断片（柯坪塔格逆冲推覆构造，沿下寒武统滑脱）；（a-3）—逆冲断块（沿老第三系滑脱）；（b—1）—单斜式断块（康塔库木构造）；（b-2）—“Y”字形断裂夹持的断块（罗斯南2号构造）；（b-3）—冲起断块（古董山构造）
4.三角带构造
在沙井子断裂带中、东段，沙井子主断层（前冲）与其下盘黑孜尔断层（背冲）均属基底卷入型逆冲断层，二者与可能发育于基底岩系内部的底板逆冲断层一起围限成一个三角带构造，三角带内为一宽缓的向斜构造（图4-11）。
5.与逆冲断层作用有关的褶皱
当相对均质脆性的基底与其上覆非均质、层状沉积盖层一起变形时，由于能干层在下，相对非能干层在上，构造变形样式将完全受能干层（基底）控制（Morley,1987）。与一般前陆（前陆盆地）薄皮褶皱－逆冲断层带中较常见的层状岩石有关的断坡－断坪几何形态明显不同，自基底发育的逆冲断层断坡倾角一般较大且断面常呈犁式。基底卷入型逆冲断层断面的这种特殊几何形态（McClay和Buchanan,1992）以及基底卷入变形等特点使得与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱变形特征明显不同于前陆盆地中薄皮构造变形。
克拉通地区与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱具有以下特点：
（1）褶皱类型以断展褶皱为主，它们主要形成于海西早期（东部）或海西晚期（西部），中—新生代生长明显。例如：①在轮台断层西端，断层上盘发育断展背斜（图4-6），表现在背斜前翼地层与下盘断坡交截，断裂沿与背斜前翼相邻的向斜轴部发育，并终止于前三叠系顶面。三叠系自下盘向上盘背斜上超，显示断裂及其相关褶皱在三叠纪的同沉积生长作用。②库尔勒鼻凸一带发育的一系列鼻状构造（图4-9、4-12），如巴里英、托不协鼻状构造、普惠构造等均具断展褶皱特征。以巴里英鼻状构造为例，在90-N153测线（图4-12）上其表现为翘曲构造形态，向东（N165、N170测线，图4-10）其幅度加大并在陡翼（南翼）产生普惠2号逆冲断层。③沙井子断裂带下盘一侧恰奇力克构造亦为断展褶皱（图4-11）。该背斜构造在震旦系以上的古生界中表现为明显的断展褶皱，前翼地层较陡且与下盘断坡交截，黑孜尔断层即发育在背斜的陡翼，在此层次上，与前翼相邻的向斜形态亦较明显。在中—新生界中，该构造具生长－断展褶皱特征。但在震旦系及基底中，褶皱幅度逐渐减小至消失，地层产状与上部断展背斜后翼近一致，可能显示了断弯褶皱特征。Chester和Chester（1990）研究表明，自厚层、块状脆性单元向薄层状、非均质单元扩展的逆冲断层所引起的褶皱上部具断展褶皱特征，下部地层则表现出断弯褶皱特征。

图4-8　A-82-236地震测线地质解释剖面图

示沙井子断裂带（中段）特征

图4-9　库尔勒鼻凸倾伏端构造图

（前石炭系顶部）

图4-10　库尔勒鼻凸西南部构造联合剖面图

（剖面位置见图4-9）

图4-11　TBB-90-NW192测线地震解释剖面图

示沙井子主断裂（北东段）及其上、下盘伴生构造
（据新星石油公司）

图4-12　90-N153测线地震解释剖面图

（2）这些断展褶皱与库车前陆盆地薄皮构造变形带中断展褶皱特征明显不同，表现在：①背斜开阔平缓，略不对称，而库车坳陷中断展背斜多为不对称至倒转紧闭背斜；②背斜构造后翼地层产状与其下伏断坡明显不平行（图4-6、4-11），这是与典型薄皮型断展褶皱明显不同之处；③这些断展背斜的后翼一侧往往发育与主断层倾向相反的背冲断层（图4-6、4-11），这种现象在薄皮型断展背斜中很少见。
（3）上述特征表明，与基底卷入型逆冲断层有关的褶皱（主要是断展褶皱）与薄皮型断展褶皱应具有不同的成因机制。显然，用于解释薄皮型褶皱作用的平行褶皱剪切模型（例如，Sanderson,1982）或称同向剪切模型（平行于主断层断坡的剪切作用，Mitra,1993）不完全适合于解释克拉通地区的基底卷入型褶皱。作者提出，上述断展褶皱的形成必须考虑同向剪切与反向剪切（即平行于反向断层的剪切作用，Mitra,1993）的联合作用，即当上盘基底及其上覆沉积盖层沿主断层位移（同向剪切）时，由于断坡陡倾并呈犁式，基底岩系能干性、均质性强，上盘岩席位移和褶皱均受到阻碍，势必发生反向剪切作用，使背斜后翼倾角明显变缓，从而与主断层断坡不平行，并发育反向断层，由此造成的断展褶皱几何学特征与薄皮型断展褶皱显著不同，而与由基底卷入型正断层反转而形成的褶皱特征（Mitra,1993;McClay和Buchanan,1992）相似。
6.基底翘曲构造（basement warps）
这类构造的显著特点是分布相对零散、基底卷入变形、构造极为平缓、无明显的断层发育，是克拉通内部普遍存在的一种构造（Harding和Lowell,1979）。
满加尔凹陷北部地区总体上成带分布的一批构造及构造显示属这类构造，它们主要表现为短轴背斜，构造闭合主要表现在三叠系及其以下层位中，幅度低，一般为40～140m。它们的展布与其相邻构造带如塔北隆起、孔雀河斜坡的走向近一致。这类构造可以学堂构造等为例。学堂构造是满加尔凹陷内于印支期发育的一个正反转构造。从图4-13上可以看出，在该构造及其附近，各时代地层厚度尤其是中—上奥陶统、志留系—泥盆系变化剧烈。该构造在前三叠系直至基底顶面均有明显的显示，在石炭系底面构造图上，其幅度为110m。推测该背斜及其相邻向斜的形成与震旦纪—奥陶纪伸展盆地发育阶段的基底卷入型正断层于印支期反转有关。
翘曲构造的成因目前尚不完全清楚。据上述特征，推测塔里木克拉通内这些构造的发育与基底或地壳的不均一性及板块边界挤压作用力传递到克拉通内部并局部集中有关。
（二）盖层滑脱型构造
塔里木克拉通区古生界沉积盖层内发育有三套分布范围相对局限的滑脱层：①寒武系底部滑脱层，主要分布于英买力低凸起至阿瓦提、柯坪和巴楚一麦盖提一带，系寒武纪早期浅滩—蒸发潮坪相沉积，以发育膏泥岩、白云质泥岩等塑性层为特征，最厚可达千米；②下石炭统滑脱层，大致分布在哈拉哈塘凹陷、轮南凸起南缘及其以南地区，为潮坪相石膏岩、盐岩、膏泥岩、泥晶灰岩沉积物；③老第三系膏盐、膏泥岩，主要分布在巴楚南缘—麦盖提一带。
1.冲起构造
桑塔木断垒构造（图4-2）系由两条自寒武系一奥陶系内部发育的背冲断层夹持的背冲断块，具冲起构造特征。构造主要形成于海西早期及海西晚期—印支期。

图4-13　EW-500测线地震解释剖面图

2.断展褶皱
东河塘背斜（图4-l4）属此类型。东河塘断层呈犁式，断层向深处可能沿寒武系底部滑脱层发育，断层上盘背斜具断展背斜特征。由于东河塘断层和东河塘南断层在剖面上构成“Y”型，因此它们夹持的背斜又具冲起构造特征。

图4-14　TBA-86-NW409测线断裂样式剖面示意图

麦盖提斜坡上，群苦恰克背斜为受沿下寒武统滑脱层滑脱断层控制的断展背斜（图4-7a-1）。
3.滑脱－底辟构造
这类构造主要见于英买力低凸起一带，包括英买1号、2号构造（图4-15）等。它们在平面上表现为短轴背斜，呈北东—北东东向。剖面上（图4-15）寒武系下部塑性层在背斜核部加厚，向斜部位减薄，滑脱层上覆层表现为平行褶皱，下伏震旦系产状平缓或有小型基底卷入型逆冲断层发育。古生界构造变形显然与其在挤压作用下沿寒武系下部塑性层滑脱、褶皱、塑性物质向上覆负荷相对较小的背斜核部富集并发生底辟作用有关。这些构造基本上形成于海西晚期，三叠纪有生长活动，因而下伏背斜之上三叠系显示披覆－生长背斜特征（图4-15）。
4.滑脱低幅度背斜
分布于轮南凸起南缘的一系列低幅度背斜均与沿下石炭统塑性层的滑脱作用有关，褶皱变形主要发生在石炭系—三叠系中，系海西晚期—印支期运动的产物。
5.披覆－生长背斜
塔北前陆克拉通区构造变形主要发生在海西早期和海西晚期。中—新生代构造活动特别是印支期及喜马拉雅期活动造成前中生代构造基础上的披覆－生长构造，例如英买1号古生界背斜之上的三叠系披覆背斜（图4-15）、恰奇力克古生界断展背斜之上的三叠系、白垩系—第三系生长背斜（图4-11）、巴里英鼻状构造三叠系—侏罗系披覆背斜（图4-12）等。巴楚凸起南缘—麦盖提斜坡海西早期、晚期运动均发生过构造变形，但大多在喜马拉雅期被改造，并发育沿老第三系滑脱的褶皱－逆冲构造（图4-7a-3）。
（三）伸展断层
在塔北前陆克拉通地区见伸展断层，但分布局限，主要表现为三种形式：
（1）新生基底卷入型正断层，如温宿北断层（图4-4），其发育于乌什凹陷与阿克苏凸起的过渡带上，东西向延伸55km，断面倾角上陡（55°）下缓，呈犁式，基底顶面断距约为6000m。以其为边界断裂的半地堑中充填了新第三系—第四系沉积（下部可能有部分白垩—老第三系）。

图4-15　TBA-86-310-4测线地震解释剖面图

（2）先存基底卷入型逆冲断层后期部分负反转，浅部表现为正断层，如轮台、亚南逆冲断层的浅部正断层（图4-1、4-2），正断层对白垩系—老第三系乃至新第三系沉积有明显的控制作用。
（3）横向正断层。轮南凸起东南翼的达里亚断层为近南北向、东倾（倾角60°）正断层，延伸长度约10km，切割寒武系—侏罗系，断距小，最大垂直断距为150m。该断层的形成可能与南北向挤压作用派生的东西向拉张应力有关，与其西北侧沙9井中近南北向（0°～5°）横张裂缝（张光亚等，1991）的形成机理相似。
（四）横向构造
前陆克拉通地区亦发育横向构造，包括走滑断裂－褶皱带，如喀拉玉尔滚－柯吐尔断裂带，阿恰—图木休克走滑—逆冲断裂带，它们有些仅分布在前陆克拉通地区，有些则自前陆盆地延伸而来。

由于上述横向构造转换带的发育，塔北克拉通区沿区域构造走向可分为若干变形区块。在每一区块内变形程度相对均一，构造样式相似，不同区块之间变形则有明显差异。

塔北前陆克拉通地区由喀拉玉尔滚－柯吐尔走滑断裂带分隔，可分为塔北隆起及阿满低隆起－满加尔凹陷变形区（东区）和柯坪隆起东段及阿瓦提凹陷变形区（西区）。东、西区间横向走滑断裂带的产生可能与塔里木板块北界形态有关。由本书厘定的塔里木板块北部边界形态及海西期南天山造山带走向变化显示，阿克苏北侧是板块边界及造山带走向变化较突然的区域，该区域东侧为北东东—南东东向，而西段则为北东向。据塔北地区构造裂缝研究结果（张光亚等，1991），海西晚期塔北地区区域挤压应力方向为近南北。因此，沿东段板块边界发生近正向碰撞（拼贴），西段则为斜向碰撞（拼贴）。对塔北地区古地磁研究结果表明，晚古生代塔里木板块向北俯冲及与伊犁－中天山板块拼贴过程中发生了顺时针旋转，也反映了上述特点。这种不均一碰撞（拼贴）作用使阿克苏北东侧过渡带处发生横向左行走滑断裂，以调节两侧不均一构造缩短。

阿恰－图木休克断裂带亦具有横向转换构造带特征。该带的产生可能与海西晚期及中—新生代时期柯坪隆起西段受到巴楚隆起的阻挡不易产生基底卷入型逆冲断层、柯坪隆起东段则沿其与阿瓦提凹陷的分界处产生向克拉通内部逆冲的基底卷入型断层所引起的不均一缩短有关。

由上所述，可以看出以下几点：

（1）塔北前陆克拉通地区以基底卷入型（厚皮型）为主兼具薄皮型变形带，主要与海西早、晚期塔里木板块向中天山板块俯冲、造山有关。

（2）前陆克拉通地区发育的主要构造样式有：基底卷入型冲起构造、单断式挤压断块、逆冲断阶带、三角带与基底卷入型逆冲断层有关的断展褶皱、基底翘曲构造以及盖层滑脱型底辟构造、低幅度背斜、断展褶皱、冲起构造、披覆－生长背斜、纵向伸展断层。构造样式在垂向上的变化规律是：深层为基底卷入型构造，中层为盖层滑脱型构造，浅层为披覆－生长构造。自北而南分带规律是：基底卷入型冲起构造等挤压断块及相关褶皱→盖层滑脱型构造一基底翘曲构造。这主要受应力大小、滑脱层分布、先存构造格局的控制。

（3）构造样式沿走向的变化通过纵向转换和横向转换来调节。横向转换可将构造变形沿走向分为若干块，块内变形样式、变形程度相对均一，块间则差异较大。横向构造带发育则可能与其北缘板块边界条件有关。

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