塔里木盆地与天山山脉晚新生代盆山耦合机制

根据塔里木盆地北缘地质构造几何学和运动学资料、油气勘探地震剖面、人工地震测深、地震层析成像以及地热资料,提出了塔里木盆地、准噶尔盆地岩石圈地幔在天山岩石圈之下碰撞并发生拆沉的盆山耦合机制的概念模型。由于印藏碰撞,青藏高原的北部前缘岩石圈地幔与塔里木盆地岩石圈地幔形成V字形碰撞结构,推动塔里木地块的高强度岩石圈向北运动并俯冲到天山岩石圈之下,以水平俯冲作用在中天山北缘岩石圈之下与准噶尔盆地向南俯冲的岩石圈地幔碰撞,并发生后剥拆离。塔里木岩石圈俯冲的过程中,形成库车再生前陆盆地和再生前陆冲断带以及再生天山山脉。冲断量约为塔里木俯冲量的20％。这一盆山耦合模型可以解释盆地构造、盆地沉降、山脉隆升、岩石圈深部构造和热特征。

塔里木盆地北缘—南天山造山带盆-山耦合和构造转换

文章探讨了塔里木盆地北缘和南天山造山带的盆-山耦合和构造转换过程。塔里木盆地属于典型的叠合盆地,经历了多期构造演化。研究表明,在地史时期中,塔里木盆地北缘和相邻南天山造山带经历了多期和复杂的盆山耦合和盆山转换过程,形成多种类型盆山耦合和转换方式。(1)按时间域可划分为:早古生代陆内裂陷盆地-早期伸展造山-晚期挤压造山耦合,晚古生代陆内裂陷盆地-弧后造山-晚期碰撞造山耦合,中生代陆内前陆盆地-挤压造山耦合,古近纪前陆盆地-挤压造山耦合,新近纪—第四纪再旋回前陆盆地-挤压造山耦合;(2)按深度域可划分为:深部地幔俯冲型盆-山耦合,地壳分层滑脱拆离型盆-山耦合,基底滑脱拆离型盆-山耦合,古生代伸展和逆冲推覆型盆-山耦合,中—新生代逆冲推覆型盆-山耦合;(3)按运动学和动力学可划分为:逆冲推覆型盆-山耦合和接触关系、重力滑脱型盆-山耦合和接触关系、走滑转换型盆山耦合和接触关系、深部岩浆上涌焊接型盆-山耦合和接触关系、鳄鱼嘴型盆-山耦合和接触关系。

塔里木盆地与南天山的耦合关系:来自(U-Th)/He年龄的新证据

塔里木盆地与南天山构造-沉积耦合关系是目前国内地质研究的热点之一。文中首次利用盆地内钻井样品的磷灰石和锆石(U-Th)/He年龄探讨了塔里木盆地与南天山构造-沉积耦合关系。塔北隆起He年龄为15～3Ma的磷灰石和锆石来自于南天山,热史模拟结果揭示了南天山在晚中新世开始快速抬升的时间约为15Ma,一直持续到5Ma左右。在此基础上,建立了南天山与塔里木盆地北缘新近纪的构造-沉积耦合关系演化模式。晚中新世,南天山开始快速隆升遭受剥蚀,而塔里木盆地北缘剧烈沉降接受来自南天山的沉积物。盆地内的磷灰石和锆石He年龄有效地记录了这些地质信息,为盆-山耦合关系研究提供了新证据。

塔里木盆地西北缘与南天山早-中二叠世盆山耦合特征

通过对塔里木盆地西北缘及相邻南天山造山带的早-中二叠世岩相古地理、构造和岩浆作用的分析表明,塔里木盆地西北缘在早-中二叠世由于地幔柱作用而导致玄武质岩浆活动,南天山造山带内部则发育几乎同时代的碰撞后花岗岩。盆山结合部位早-中二叠世的沉积中心处于不断沉降的状态,而且沉积中心逐渐向塔里木地块之上迁移。南天山在早-中二叠世碰撞后伸展背景下的隆升作用导致塔里木岩石圈向南天山之下发生陆内俯冲作用,在山前形成类似周缘前陆盆地的构造环境,山前沉积中心相当于周缘前陆盆地系统的前渊相带。塔里木盆地内部早二叠世的地幔柱活动与南天山的碰撞后伸展作用没有明显的相关关系,但是南天山在早-中二叠世的碰撞后伸展作用则与塔里木盆地西北缘的沉积-构造作用具有良好耦合关系。

西南天山—塔里木盆地结合带浅深构造关系——深地震反射剖面的初步揭露

盆山结合部的浅-深结构样式是进行陆内造山动力学研究与讨论的重要依据.2007年,在喀什东的天山与塔里木盆地之间的过渡带上,完成了一条近南北向的长度为121km的主动源深地震反射剖面,显示出盆山结合部现今地壳尺度的构造格架.剖面南部呈现出10～12km巨厚的沉积盖层,沉积盖层内发育滑脱断层;盆山结合部多排隆起构造以及天山山前上地壳显现出向北倾斜的断裂与地表地质观察吻合;盆山结合带展现出滑脱与逆冲推覆构造相关的断层褶皱;与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差;时间剖面上可以追踪到比较连续的Moho反射,从南向北有加深的趋势.深地震反射剖面揭露出的西南天山与塔里木盆地的这些浅-深构造,展现出塔里木盆地盖层向南天山滑脱与南天山向塔里木盆地逆冲推覆的特征,反映出陆内汇聚下的盆山耦合关系.

塔里木盆地白垩纪—新近纪盆山耦合过程的层序地层响应

根据塔里木盆地西南坳陷区和北部坳陷区白垩系—新近系典型露头剖面的层序地层研究,结合地震和钻井资料的分析,在塔西南坳陷区划分出32个三级层序,塔北坳陷区27个三级层序。通过三级层序的叠置方式和构造层序的研究发现,两坳陷区白垩系—新近系中识别出4个以不整合面为主的构造层序界面,划分为4个二级超层序(SS1～4),并可以进行全盆地等时对比,建立层序地层格架。每一个超层序均表现由退积向进积演化的沉积旋回,在不同方向上具有不同的层序组合特征。构造沉降和物源分析表明:天山和西昆仑山前坳陷沉降沉积过程具有前陆盆地分段式和双物源特征,即早白垩世的中等沉降至晚白垩世的缓慢沉降至古近纪—新近纪快速沉降,物源区变化为:再旋回造山带—克拉通内部—再旋回造山带。同时,由于构造活动对物源区影响的差异,层序构成、沉积速率和沉积体系配置沿造山带方向存在明显的分带性,总体上为西强东弱,反映了塔西南坳陷区和塔北坳陷区沉积充填过程与天山造山带和昆仑造山带升降演化具有盆山耦合特征。

盆山结合部近地表速度结构与静校正方法研究——以西南天山与塔里木盆地结合部为例

盆山结合部位近地表结构复杂,地震资料信噪比低,静校正问题突出。以横穿西南天山与塔里木盆地的某二维地震测线为例,通过分析盆地、盆山结合部和山区的典型单炮记录,确定了一套基于浮动基准面的层析静校正流程——对起伏地表的高程进行平滑,将其作为浮动基准面;在该基准面上应用初至波层析反演方法计算炮、检点静校正量,并应用于数据体上;之后对该数据体进行速度分析和动校正等常规处理,再应用高程法计算浮动基准面到最终基准面的炮、检点静校正量。实际应用效果表明,该方法能较好地解决盆山结合部资料中的中、长波长静校正问题,地震剖面的成像质量得到了明显提高。

库车和北塔里木前陆盆地与南天山造山带的耦合关系

一个完全发育的陆－陆碰撞造山带往往会形成双前陆盆地。库车前陆盆地和北塔里木前陆盆地构成了南天山造山带的双前陆盆地。前者是中生代南天山造山带陆－陆碰撞造山阶段的原前陆盆地，后者则是新生代南天山造山带大规模陆内逆冲推覆阶段所形成的新前陆盆地。库车前陆盆地被后期的造山作用严重破坏，其楔顶带和前渊带的很大部分都已卷入了后期的造山作用。北塔里木前陆盆地是一个完整的前陆盆地，各沉积带发育齐全。分隔伊犁－中天山地块和塔里木古陆的古南天山洋盆于二叠纪末完全闭合（东部可能早一些），两陆壳地块完全碰撞到一起，库车前陆盆地形成；新生代喜马拉雅造山作用的远程效应导致南天山造山带重新活动，发生陆内造山，形成北塔里木前陆盆地。

塔里木盆地及邻区岩石圈拆离解耦与盆山格局关系的天然地震分析

与洋陆俯冲关系不同,在板内汇聚过程中,大陆岩石圈固有的多圈层、多界面结构的特点,使得地块的俯冲变形伴有多圈层顺层拆离解耦的行为,使变形结构复杂化。虽然多圈层界面拆离解耦所引发的地震点群空间分布不像洋陆俯冲关系那么规则完美,但是依据地震群与破裂位置、破裂与岩石圈分层力学特性的依次控制关系,运用深度/频次、平面密度等统计方法,再以各种地球物理实测手段得到的岩石圈结构构造数据作为界面标定依据,还是能够得出诸如拆离解耦的界面深度、界面归属和区域层间变形范围等重要的几何学信息,这些变形几何学、运动学数据是构建大陆岩石圈板内汇聚造山特别是盆山耦合模式时的关键性的依据。文中通过对塔里木盆地及周缘造山带的相关研究,在岩石圈层拆离解耦状态及其与盆山构造格局之间的关系方面得出以下几点认识:(1)塔里木盆地及周缘造山带岩石圈的主拆离解耦层均发育于中地壳,但随各区中地壳的具体深度位置不同而有所差别;(2)塔西南/西昆仑盆山构造耦合关系是构建于岩石圈尺度上的,塔北/南天山盆山耦合关系是构建于地壳尺度上的;(3)地震活动的密集程度及密集带的展布与天山的变形强度、隆升状态和地貌阶段类型的变化规律有着近乎完美的精确匹配关系;(4)塔北/南天山和塔西南/西昆仑对应于岩石圈的强拆离解耦区,塔东北/东天山和塔东南/阿尔金山之间无耦合关系,其边缘带对应于岩石圈弱拆离解耦和无拆离解耦区;(5)塔里木盆地总体上的弱变形状态与其岩石圈弱或未拆离解耦类型占据总面积90%的情形相适应;(6)塔里木地块以驱动、阻挡约束、平移滚筒约束和克拉通过渡等多重“身份”存在于相邻单元“包围”的力学环境中。

塔里木盆地西北缘柯坪逆冲构造带与巴楚隆起的叠加关系

塔里木盆地西北缘柯坪逆冲带是天山和塔里木盆地在新生代盆山耦合作用下形成的构造变形区 ,为印度板块和欧亚板块碰撞所影响的最明显地区之一。柯坪逆冲带逆冲方向是从天山向塔里木盆地内逆冲 ,构造变形样式是以寒武系蒸发岩层为滑动拆离面的薄皮构造 ,也有卷入前寒武系 元古界结晶基底的逆冲推覆构造 ,以及北西向走滑断层。以皮羌断层和印干断层为界 ,根据构造样式的差异 ,柯坪逆冲带可分为 3个构造区 ,即西克尔区、柯坪区和阿克苏区。西克尔区逆冲推覆构造卷入地层厚度大 ,基底拆离面深度为 7～ 8km ;柯坪区逆冲推覆构造卷入地层厚度小 ,基底拆离面深度为5～ 6km ;阿克苏区则为卷入前寒武系结晶基底的逆冲推覆构造。这些构造样式的差异是由于北西向的巴楚隆起对近北东走向的柯坪逆冲构造带叠加的结果 ,尤其巴楚隆起的南界———皮羌高角度逆冲断层与柯坪逆冲带发育的皮羌左旋走滑断层 ,以及巴楚隆起的北界———印干逆冲断层与柯坪逆冲带发育的印干右旋走滑断层对柯坪逆冲构造带的叠加最为明显。

塔北前陆盆地与南天山造山带的耦合关系及油气分布特征

南天山造山带和塔北前陆盆地是一对共轭的、正负相依的构造地貌单元,它们自北而南分为6个构造单元:拉尔墩基底卷入厚皮冲断带、哈尔克山褶皱冲断带、库勒前缘叠瓦冲断带、拜城—阳霞前渊坳陷带、塔北前陆斜坡带和塔中前缘隆起带。南天山造山带和塔北前陆盆地的发育演化共同控制了塔北前陆盆地的沉积特征、变形特征和构造样式。塔北前陆盆地油气资源丰富,成藏条件优越;油气分布主要受含油气系统和区域盖层控制,克拉苏构造带、依奇克里克构造带、秋立塔格构造带和塔北轮台断隆带等4个构造带是油气最富集的构造带;已发现克拉2特大型气田等多个油气田,预计仍能发现更多的大油气田。

西昆仑—塔里木—天山岩石圈深地震探测综述

沿新疆地学断面走廊域实施了3种深地震探测方法:近垂直深地震反射剖面、宽角反射与折射深地震测深剖面和移动式宽频地震观测,揭露出西昆仑—塔里木—天山岩石圈的结构与横向变化,发现了塔里木大陆地块与青藏高原西北部西昆仑造山带碰撞的地震学证据,揭示出天山与塔里木、天山与准噶尔,以及昆仑山与塔里木之间的岩石圈尺度盆山耦合关系。阶段成果发表后引起国内外学者广泛注意,本文结合相关资料对这些新成果进行了系统综述,旨在对比研究青藏高原南北两缘不同的碰撞变形之深部过程。

区域伸展体制下盆-山构造耦合关系的探讨——以渤海湾盆地和太行山为例

根据地质、地球物理和构造地貌等资料研究了渤海湾盆地和太行山之间的耦合关系。盆地和山脉是在晚白垩世形成的华北准平原上经新生代裂陷作用产生的。盆地阶段性下沉与山区间歇性抬升彼此相应,相反相成。盆山之间的太行山山前断裂带是上地壳中的大型拆离构造,沿它拉张滑脱而盆降、山隆;区内现今地壳上地幔结构等差异可能是盆-山构造发育过程中形成的,总体为分层拆离、脆韧转换和伸展-收缩组合而成的岩石圈结构构造剖面。盆地和山脉具统一的形成机制和同一动力条件,盆地深部软流圈上隆和侧向分流导致岩石圈地幔和下地壳自下而上同向连锁流变,不仅拖曳传力使上覆壳层拉张裂陷成盆,而且往西推挤山区相同层圈的物质使之缩短增厚并隆升,为盆地伸展让位;山脉伴随盆地发育而形成。

天山深浅构造特征及盆山耦合关系

由地质、地球物理综合研究表明,天山构造带具有复杂的深浅构造关系。以纳伦-那拉提-红柳河构造缝合带为轴,天山南北两侧构造表现出明显的对称性,在纵向上,则表现出上、下硬、中间软的"三明治"式独特的圈层结构。在南北向构造挤压作用下,天山南侧显示塔里木板块向北作陆内俯冲,与天山地壳岩石圈发生层间插入与拆沉作用,在山前,基底卷入盖层变形;天山北侧准噶尔板块向天山挤入,发生构造挠曲,并形成山前深坳陷。天山南北两侧表现出不同的盆山耦合特征。

天山北坡山盆系统耦合与农业结构调整

本文在论述天山北坡农业结构现状的基础上,指出其农业结构调整的必要性,提出了农业结构调整的目标就是改变目前天山的放牧性畜牧业,恢复山地生态系统,发挥山地的生态服务功能,在绿洲-扇缘带建立新的草地农业的产业结构,实现生态经济双赢;并提出了以棉粮为主转向实行草棉粮(饲)的综合性的改造以及从淡水绿洲转向咸水绿洲的农业结构调整的战略对策。

准噶尔盆地南缘东段、东北缘盆山耦合研究

针对准噶尔盆地东部多单元的复杂变形格局以及准东与博格达山、卡拉麦里山及东北缘山系的多山系盆山关系的特点,探寻它们之间动力学联系、建立盆山构造耦合模式,预测有利油气运移和聚集的区带。认为,在昌吉-准东存在一个东西向挤压推覆构造系统,并且在晚石炭世-新生代长期持续活动;准东与周缘山系,是由起始于不同时间、但一直在持续或断续活动的三个构造系统,即加里东-海西期造山带形成的北西向构造带,晚石炭世-中新生代东西向挤压推覆构造和新生代博格达-准东-卡拉麦里山盆山组推覆构造,以时间上穿插或同时活动、联合形成的复杂盆山构造耦合;断弯-断展褶皱和逆冲断裂叠瓦扇构造,是准东、乌伦古地区构造变形的基本样式,复杂地区还出现捩断层和转换构造;创建了准东与周缘山系的盆山构造耦合模式,并预测了10个有利于油气运聚的区带。

克拉美丽山南缘西段盆山耦合机制

克拉美丽山位于准噶尔盆地东部，晚古生代克拉美丽洋盆向北俯冲消亡，西伯利亚板块与准噶尔地块在该地区发生碰撞造山。目前，就石炭纪之后克拉美丽山的构造活动存在持续挤压、拉分、伸展、挤压-伸展转换多种观点，构造样式也各不相同。本文应用断层相关褶皱理论，从盆山过渡带现今构造样式人手来探讨克拉美丽山南缘西段盆山耦合机制。研究结果表明，克拉美丽山西段在石炭纪之后经历了中二叠世早期、早三叠世早期、晚三叠世末期、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世早期和古新世末期6次构造隆升。前4期相对稳定沉积，晚白垩世早期，晚古生代地层沿着下二叠统底部的泥岩层滑脱面以叠瓦状构造楔样式向南楔人，构造缩短量大于15km，现今盆山构造样式初步形成。始新世构造楔遭受后期突破断层改造。始新世后，克拉美丽山大规模的构造活动基本停止，地层遭受剥蚀最终形成现今地质结构。

中新生代天山剥蚀与塔里木盆地北缘沉积耦合过程:新疆库车河剖面的低温热年代学证据

天山造山带中新生代快速剥露对于了解天山构造演化过程意义重大.然而,人们对于中新生代精确的冷却时间还一直存在争议.本文报道了塔里木盆地北缘库车河剖面中生界砂岩中碎屑磷灰石裂变径迹数据和早二叠世流纹岩热史演化模拟结果.热年代学年龄趋势显示碎屑磷灰石裂变径迹的主要年龄组分为143.0~148.9 Ma和35.7~38.1 Ma,其中较年轻的组分已经完全重置,揭示了库车坳陷的剥露信息.热史模拟结果显示了160~140 Ma的快速冷却事件.结合库车河剖面前人的碎屑锆石U-Pb和重矿物数据,笔者认为欧亚南缘拉萨地体的拼贴是通过刚性的塔里木将挤压应力传递至天山,导致其在晚侏罗世‒早白垩世强烈隆升剥蚀,大量碎屑被搬运沉积在塔里木盆地北缘,造成库车坳陷中广泛发育的早白垩世亚格列木组砾岩及其与晚侏罗世地层之间的角度不整合.在欧亚板块南缘多块体持续拼贴的远程效应下,天山经历始新世快速隆升变形,变形持续向南扩展,导致库车坳陷在晚始新世遭受变形和抬升.

盆山耦合与沉积作用

盆山耦合是重要的地质现象。根据动力学机制 ,可以识别出 6种盆山耦合类型 :引张、挤压、走滑引张、走滑挤压、垂直应力和冲击。本文讨论各种盆山耦合类型的构造特征和典型的沉积作用。

天山南北麓中-新生界碎屑锆石U-Pb年代学记录、物源体系分析与陆内盆山演化

大批量、原位高精度碎屑矿物同位素分析为盆地(盆山)动力学等前沿领域的研究注入了新的活力。针对天山北麓(准噶尔盆地南缘)、天山南麓(塔里木盆地北缘)中生界及新生界露头剖面,重点通过13个(新补充4个)砂岩样品的碎屑锆石U-Pb同位素的LA-ICP-MS分析,本文解析了其年代学、物源特征及其构造属性等高分辨率信息,并开展了沉积记录与物源体系对比,探索了天山及其邻近盆地的表壳演化过程与地球动力学机制。研究显示,上三叠统-中侏罗统天山南麓碎屑锆石U-Pb年龄构成相对单一,年龄偏老(峰值区间380～450Ma),而同层位天山北麓碎屑锆石物源年龄构成总体宽泛复杂(160～470Ma);上侏罗统-下白垩统天山南麓碎屑锆石年龄构成复杂化(150～470Ma),而天山北麓则趋于相对简单(但仍然保留250～430Ma较宽范围);新近统以上,天山南、北麓主物源碎屑锆石年龄构成均趋向单一,即南麓年龄偏老(峰值区间380～460Ma),而北麓偏新(峰值区间260～310Ma)。可能说明山盆构造分异活动可以分为四个阶段:中晚三叠世-中侏罗世平稳或渐弱,天山主分水岭位于南天山;晚侏罗世-早白垩世天山区域整体抬升剥露加剧,并伴随主分水岭相对北移;晚白垩世-古近纪相对较弱,而新近纪再度活跃并达到最强,南、北天山强烈隆升,分水岭各成系统。这也反映同期在欧亚板块南缘的一系列拼合-碰撞作用中,拉萨、印度板块对天山地区陆内构造变形和改造作用效果明显,而羌塘块体的影响较小;另一方面,与晚侏罗-早白垩世拉萨板块碰撞事件相关的天山隆升导致陆内区域气候-沉积演化的重要转折,但天山南北盆地局域气候-沉积记录的分异在新近纪印度板块碰撞以前是有限的。