盆地与周缘造山带的深部构造关系

发布网友 发布时间：2022-04-23 09:38

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热心网友 时间：2023-10-07 03:45

塔里木盆地是塔里木板块的重要组成部分，其发展演化明显受板块边缘活动控制。盆内的构造变形样式与周缘造山带的形成、发展密切相关。因此，分析盆地形成演化的地球力学环境与背景，探讨盆地与周缘造山带的深部构造关系，对了解塔里木盆地的性质、结构和构造具有重要的意义。下面我们依据横穿塔里木盆地并联系天山、昆仑山、阿尔金山等构造带的地球物理剖面对上述问题进行分析和讨论。

4.5.1　盆地西南部与西昆仑造山带的关系

（1）塔里木西南缘深部地球物理特征与地壳构造

图4-10　为经过滤波后得的1°×1°平

图4-10　中国西部1°×1°平均布格重力异常图均布格重力异常，它主要反映地壳深部地质构造及物质分布不均匀的重力效应。从图中可知，西昆仑与塔里木盆地接触边缘地区为一条向南凸出的弧形重力梯度带，由北向南梯度逐渐增大，总体趋势呈北西—近东西向分布，反映了该区可能是一条地壳或上地幔内部的构造变异带。联系盆地与西昆仑构造带的布格重力异常图（图1-1）和莫霍面深度分布图（图4-1、2）以及构造地质与地球物理剖面（图4-11、12）来看，该区布格重力异常分布与莫霍界面的起伏有明显的关系。盆地与西昆仑之间以宽达10km重力等值线密集梯度带为界。盆地内侧异常轴向为近东西向，地壳厚度为53～54km。而西昆仑地区深部构造轮廓总体呈“凹”字形展布，由北往南地壳厚度由50km增至62km。莫霍面大致以8°的倾角向南逐渐加深。相应的重力值从—180×10－5m/s²减至—480×10^-5m/s²。此地壳厚度陡变带往西沿西昆仑山呈北西向延伸，在北帕米尔附近受几条断裂带的控制，而分别转为近纬向和北东向，后者与天山地壳厚度陡变带合为一体（武传真，1993）。区域重力异常所反映的盆地西南缘北西—近东西向的上地幔构造轮廓与航磁资料揭示的地壳上部磁性基底呈北东向展布的构造特征不一致。地壳—上地幔深、浅层次的这种结构、构造关系，表明该区发生过剧烈的构造变动，从而引起莫霍面的起伏变化。上地壳与深部岩石圈板块之间在构造上不存在明显相关关系，推断与该区可能发育的壳内或壳幔之间的拆离滑脱构造有关。这与其所处的大地构造位置和构造应力场是紧密相联的。

由联系盆地与西昆仑的MTS资料所揭示的盆缘深部地电断面来看，塔里木盆地和西昆仑构造带之间以铁克里克北缘断裂为界，其南、北两侧地壳深部电性结构明显不同，断裂以南铁克里克隆起和西昆仑构造带均显示为高阻块体，与其北侧盆地内沉积层的地电结构极不协调。在麻扎－康西瓦断裂以北至铁克里克北缘断裂之间，岩石圈深部地电构造所呈现的高阻纵、横向不均匀性以及地壳中出现的异常“中阻”＜500Ω·m）和低阻特征，可能与该区曾经历的多期次板内构造变形有关。由于板块活动所形成的水平挤压力，使地壳上部不同构造层发生推覆、叠置作用，形成复杂的高阻不均匀。同时在挤压构造背景下，地壳中下部的岩石圈介质之间因刚性程度差异发生相互制约与协调，沿壳内及壳幔边界处的软弱层发生拆离，使地壳横向上强烈缩短和增厚。电性横剖面上表现为高阻变质岩块向盆地内侧低阻沉积层逆掩推覆的构造样式，而深断裂为上地幔物质的上涌提供了通道。

（2）西昆仑与塔里木之间的陆内俯冲关系

造山带无论以何种方式进行造山形成复杂山链后，并不意味着构造运动的终结，而通常是继之以陆内俯中怀逆冲推覆青藏高原北麓。其现今的构造展布形态，壳幔结构的地球物理特征，反映了海西晚期的造山运动及其后期的历次构造运动以来，壳幔岩石圈物质不断调整后的总格局。

研究和建立该区陆内俯冲模式，以解决*岩石圈深部的空间变化即岩石圈平衡问题，其主要的事实根据突出表现在：

重力均衡异常：由于前陆盆地的发生和发展，代表一个碰撞造山带前缘地壳叠加增厚使前陆岩石圈发生挠曲（flexure）的产物。因而几乎所有前陆盆地均发育以冲断褶皱－薄皮构造为特征的活动翼（Thrust belt）和紧邻活动翼即位于逆冲带下盘的深坳陷（trough），而且二者之间，不管规模大小，都是一种A型关系（孙肇才，1993）。前陆盆地的这种构造关系在重力均衡异常上表现为前陆区的质量亏损以及活动翼上的质量过剩。从塔里木盆地及邻区的均衡重力异常图（图4-13）看，西昆仑总体呈北西—近东西向分布的正异常，均衡异常值为（60～80）×10^-5m/s²，而盆地西南部则呈现为北西向展布负异常，异常值为（—60～—80）×10^-5m/s²，异常的幅度变化与形态轮廓，明显地反映出基底下坳的构造特征。盆地与西昆仑构造带之间为一条北西向的均衡异常急剧变化带，它与该区深部构造变异相带对应。这表明均衡异常变化的地段，地壳厚度的陡变以及岩石中密度的横向变化都可能部分地与均衡调整力作用有关。西昆仑地区的正均衡异常，说明该处地壳下面区域山根补偿不足，有剩余质量存在。而盆地西南部则处于补偿过剩，质量亏损状态。由联接西昆仑和塔里木的条带域均衡异常图（图4-10）可见，该区最大的正均衡异常为150×10^-5m/s²（麻扎以南）以上，而负均衡异常达—70×10^-5m/s²，这说明该区的地壳运动远没有达到均衡补偿程度，西昆仑地区所发生的频繁地震活动也说明地壳正处于剧烈的均衡调整过程中。根据以上分析，可以认为该区情况与青藏高原南部的喜马拉雅地区相似，正均衡异常区均衡调整力应使地壳下降，山根也相应增厚，但该区因受印度板块向北与欧亚板块相互挤压的应力作用，挤压构造力大于均衡调整力，使西昆仑地壳总体趋势保持上升，并沿*内部的脆弱地带发生向塔里木的仰冲（根据大地测量结果，迄今昆仑仍以15～20mm/a的速度向塔里木之上推覆），从而造成地下质量过剩，出现正均衡异常。因仰冲过程的不断进行，致使盆地西南部在前陆构造负荷的影响下，地壳弯曲下沉，沉积加厚并插入地幔层，造成质量亏损出现负均衡异常。Helene lyon-Caen,P.Molnar等依据横穿盆地西部和昆仑山脉的重力异常资料也得出了类似的结论即西南坳陷所在的塔里木块体质量是亏损的，而西昆仑表现出质量过剩，并由此推断塔里木所在块体向南部昆仑山下潜没了80km。这证实了Norin提出“由于塔里木盆地向南俯冲到昆仑山下，使得这个地区在第三纪曾发生地壳的缩短作用”的论断。此外，卫星重磁资料也反映，昆仑山上地幔物质有别于新疆其它山系，它具有双重地壳。并且具有变异的上地幔物质（张良臣，1991；孟令顺，1990）。这种异常地幔，可能因陆内俯冲时与少量*地壳物质被带入地幔有关。

图4-12　大红柳滩－老虎台构造地质－地球物理剖面图

F₁—麻扎康西瓦断裂；F₂—铁克里克断裂；F₃—铁克里克北缘断裂；F₄—杜瓦断裂；F₅—和田2号断裂；F₆—和田1号断裂；F₇—麻扎塔格断裂；F₈—吐木休克断裂

（图例同图4-11）

图4-11　麻扎－克尔维亚布拉克构造地质－地球物理剖面图

F₁麻扎－康西瓦断裂；F₂—库地断裂；F₃—铁克里克深断裂；F₄—铁克里克北缘断裂；F₅—和田断裂；F₆—色力布亚断裂；F₉—阿恰断裂；F₁₁—沙井子断裂；F₁₃—索格当他包断裂；F₁₅—喀拉铁克断裂

图4-13　塔里木盆地及邻区1°×1°均衡重力异常图

地震活动：对现代地壳构造形变与地震活动关系研究表明，板块的碰撞作用是*地震的重要原因。地震构造带大都多沿着板块边界地带和中间地块的边缘分布。由于目前所有大洋俯冲都是以深部地震活动为特征，因此这一特征也可用来确定陆内俯冲面的位置（M.Mattauer,1990）。M.Mattauer通过对喜马拉雅构造带的地震活动研究，认为帕米尔和兴都库什这两个地区存在有陆内俯冲带，兴都库什地区的俯冲倾角朝北，而在帕米尔则倾向朝南，这与该区地震震源面的倾斜方向相一致类似的陆内俯冲也可能存在于昆仑山脉西部和天山构造带，（滕吉文，1980）。对塔里木西南缘—西昆仑地区的中源地震分布研究表明，该区地震构造带沿西昆仑山脉呈北西向分布，并且明显受深断裂活动控制。由横穿喜马拉雅和西昆仑山的震源深度分布剖面图中可以看出，西昆仑与塔里木之间有一个沿南西方向倾入西昆仑山脉之下的震源带，震源面倾角45°～50°。显然倾斜的地震震源带与一定的俯冲构造形态有关。它反映了现代活动的岩石层消减带，由于帕米尔—西昆仑弧向北强烈仰冲，迫使其下的卡拉库姆地台—塔里木地块的岩石层向下弯曲，并大部分消减于地幔中（林文环，1980）。由帕米尔及邻近地区震源机制的主压力轴投影图可见，和田河以西的盆地西部构造区，主要受到来自帕米尔北东东方向强大的作用力，西昆仑地区的主压应力轴走向几乎与塔里木地块的西南边界垂直，这说明印度板块向北的挤压力，在西昆仑地区是呈北东方向的，该区仍然是现代构造应力集中的地区。地幔流现今势态计算表明，目前地幔流主要由盆地北部向盆地南部流动并下插，地壳被拖带向着青藏高原昆仑山带俯冲（滕吉文，1991）。

西昆仑与塔里木的接触边缘地带，除表现为地壳厚度的急剧变化，频繁的地震活动和强烈的地形差异外，还广泛发育以强烈褶皱和逆冲断层活动为主要构造特征的陆内变形。区域地质资料证实，该区逆冲推覆构造发育，由南向北，老新地层依次叠覆。局部地段存在山体向盆地逆冲，造成地层倒转。在MT-I线No.3附近（阿卡子达板以北）发育有东西延伸，向北推覆的宽阔构造变形带。以往称为的“铁克里克断隆”很可能是大规模推覆造成的薄皮变形带（张或丹，1988）。盆地与西昆仑山脉接触地区的上述构造特征也为该区的陆内俯冲模式的建立提供了一定根据。

根据以上事实，我们认为西昆仑和塔里木之间具有特征的陆内俯冲模式（图4-14）。陆内俯冲带的形成与该区所经历的多期构造变形有关，它可能受海西—印支期的早期构造格局控制。新生代尤其是始新世—渐新世，印度板块与欧亚*板块南非汇聚碰撞和帕米尔突刺的向北推进，导致新的造山作用，它所产生的挤压应力远大于由特提斯洋壳向亚洲板块之下俯冲时产生的侧压力（李国栋，1980）。这一强大的主压力场，一方面使西昆仑地壳不均衡增厚和横向强烈缩短，产生造山漂浮（orogenic float）（轻的地壳厚度增大，且保持上浮），导致褶皱山系形成。另一方面，在挤压构造背景下，塔里木块体的刚性基底呈现出向软地层下冲（underthrust）趋势，并沿*内部的脆弱地带，产生了*岩石圈的陆内俯冲作用，从而使塔里木板块*岩石发生壳幔拆离，并向南产生一定规模的消减，只有这样塔里木本身才不被抬升，从而使青藏高原（包括西昆仑）产生整体向上的抬升运动。由于二者接触带的地壳深部存在陆内俯冲的构造关系，从而在地壳浅部形成了盆地边缘褶皱冲断山系，同时受前陆冲断带的构造负荷影响，沉积负荷以及因陆内俯冲和壳幔拆离而形成的地壳叠加楔约的加积负载的共同作用，使塔里木板块*岩石圈，发生粘弹性变形，岩石圈挠曲、下沉，沿西昆仑山前形成典型的南断北超，不对称的塔西南中新生代前陆盆地和广泛发育的逆冲推覆构造格局。

图4-14　塔里木与西昆仑之间陆内俯冲模式图

1—软流圈；2—中新生界；3古生界；4—低阻层；5—基底中上地壳；6—莫霍面；7—变质岩系

4.5.2　盆地东南部与阿尔金块体的构造接触关系

（1）塔里木东南缘的地球物理与地壳深部构造

从1°×1°平均布格重力异常图（图4-10）可见，巨大的阿尔金重力梯度带把该区分为三个特征异常区。东南部的塔里木盆地平缓高异常区，异常值在（—150～—200）×10^-5m/s²；中部为阿尔金重力梯度带，梯度带由北向南逐渐增大，由西向东突然减少，到柴达木盆地为平缓低异常区。北东向重力梯度带由阿尔金断裂系引起。这种区域重力异常的起伏形态反映了莫霍面深度总体变化，指示出盆地为幔隆区，而阿尔金山区为幔坳区。

由联系阿尔金隆起和塔里木盆地构造地质与地球物理剖面图（图4-15）来看，塔里木东南缘以罗布庄断裂为界，其西北侧为北东方向的阿拉干变化异常区，异常呈封闭状，由周围向中间异场值逐渐增大。东南侧直到阿尔金断裂均呈现为规模巨大的重力异常梯度带，整个梯度带沿阿尔金断裂系呈北方向延伸，仅在局部地区有所变化。依据已有资料可将该区划分为东南断阶区和阿尔金隆起带，二者之间以阿尔金山前重力梯度带为界。阿尔金山系地段重力梯级带方向为北东东向，异常宽近400km，场值从南面的—350×10^-5m/s²急剧增至若羌附近的—265×10^-5m/s²，其梯度变化为每公里（1.0～1.3）×10^-5m/s²。地壳厚度由塔里木东南缘的48～52km向阿尔金方向加厚致52～60km，莫霍面呈向南东方向倾斜的陡坡，反映出阿尔金断裂的存在。

横穿塔里木盆地东南部和阿尔金隆起的MT-V线资料揭示，现今塔里木盆地东南缘（若羌凹陷）与阿尔金隆起之间以阿尔金山前断裂为界（F₇），其南、北两侧地电结构明显不同。断裂南侧除浅层发育有3000～4000m的沉积层外，其地壳深部几十公里均显示为高阻块体，而断裂以北地壳深部电性特征为低阻的层状结构，在电性横剖面上，阿尔金山前断裂表现出强烈的由南往北推覆的趋势。此外，遥感影像特征表明，沿阿尔金山西北侧与盆地交界处，有一条北东走向的断裂，构成了盆地东南部的边界断裂，航磁资料也指出此断裂带的存在。

（2）深部构造关系分析

该区的重力场特征揭示，塔里木盆地东南缘的罗布庄—若羌断裂带与阿尔金构造带内部断裂展布方向均呈北东东向，二者大体平行。它们与其南缘的阿尔金断裂共同构成了阿尔金断裂系的南、北边缘和基本构造格架。在航磁异常上塔里木东南部表现为西起车臣河以西，东止于阿尔金以东，宽约40～50km，沿北东方向延长1000km的异常条带，与阿尔金山系方向一致。这表明塔里木盆地东南部的构造演化，明显的受控于阿尔金构造系，它们很可能是塔里木地台（古陆核）东南侧的一个独立构造单元，有着自己独立的演化历史（朱英，1989）。东南断阶区隆坳相间的构造格局很可能是在基底断裂作用下基底抬升与沉降以及阿尔金断裂走滑作用的结果。

最新研究成果表明，阿尔金断裂是一条类似于板块缝合线的超深断裂。在该断裂附近发现有古生代的蛇绿岩（吴汉宁，1993）。该断裂可能形成于元古宙晚期，后期曾发生多次活动。尤其是喜马拉雅运动使其发生了大规模左旋水平扭动，为一条*内部走滑断裂系。随着阿尔金隆起沿阿尔金断裂（或称为阿尔金断换断裂带）发生的裂陷（J-K），平移（E-N）和断块隆升作用（N₂-Q）（张恺，1990），在断块区的北缘因差异升隆的内侧挤压和构造负荷作用，产生一系列逆冲断裂构造，在阿尔金山前断裂和罗布庄断裂所控制的断块区内，形成了一条北东东走向的大型逆掩推覆构造带，推覆带主体由前震旦系变质岩及其上覆的新生界组成。由于逆冲推覆构造作用，使元古宇变质基底构造抬升很高，断裂上盘的元古宇岩块逆掩在古生界和新生界之上。这一大型推覆构造带，控制了塔东南断阶区的发展和演化。

4.5.3　盆地东北部与南天山造山带的关系

（1）盆地东北缘的地球物理特征与地壳深部构造

在1°×1°平均布格重力异常场图上（图4-10），盆地东北部位于塔里木*重力高和天山重力低区过渡的梯级带上。梯级带异常近东西方向，南北有70×10^-5m/s²的变化。这表明盆地与南天山之间在地壳、上地幔结构方向存在较大差别。从塔里木盆地及天山地区布格重力异常图（图1-1）及联系盆地与南天山构造带的三个条带域重力资料来看。盆地与南天山的边缘地区，重力异常等值线总体呈向北凸出的巨大弧形梯级带。M－Ⅰ、Ⅳ条带域经过的盆地北缘西段，重力梯级带呈北东走向，所对应的是阿合奇—喀拉铁克大断裂带。盆地北缘东段（M-v条带域经过地区），异常陡变带呈近东西向为主，反映的是辛格尔断裂带。整个重力梯级带构成了塔里木盆地北部与南天山的边界，这是一系列逆冲断裂带的综合反映。由三个条带域莫霍面深度分布图（图4-1、2、3）来看，盆地北部地区显示为稳定地块的上地幔隆起区，地壳厚度为46～50km，南天山为明显幔坳区，地壳厚度达50～52km，天山南部的地壳厚度变异带与南天山褶皱山系及前缘地区的深大断裂带相对应。大地电磁测深资料在莫霍面的对应深度附近无显示，意味着莫霍面在本区不是一个明显的电性界面。

联系盆地与南天山的MTS剖面，有“七五”期间完成的MT－Ⅱ、Ⅲ线和本次测深完成的MT－Ⅰ、V线。对电性资料的综合分析表明，现今的盆地与南天山之间均以一条断面向北陡倾的深大断裂为界，该断裂往深部延伸达20～50km，部分地段切割了第二壳内高导层，其中MT－Ⅲ线资料揭示，塔里木盆地与南天山之间有宽达30余km的挤压断裂带，其接触边界，电性反映岩石破碎，发育的断裂多为逆断层，岩层褶皱严重。MT－Ⅱ线资料证实，盆地与南天山之间存在宽达18km的挤压－推覆构造带（No.22～No.25），电性断面图上呈现为夹持于F₁₄和F₁₂断裂之间的褶皱冲断带。由于南天山南缘断裂（F₁₄断裂）向南强烈逆冲推覆，在山前的库车坳陷，形成了由F₁₁、F₁₂、F₁₃断裂组成的冲断隆起带。受挤压构造和逆冲断块叠置所形成的构造负荷影响，塔里木块体上地壳明显叠置加厚。电性剖面上盆地变质基底整体挠曲下拗，南天山的高阻变质岩块由北往南逆掩在盆内低阻的中、新生代地层之上，其最小水平推覆距离达18km以上。MT－Ⅱ线揭示的盆地北缘库车坳陷的地电结构形态，具有典型的前陆地构造特征。此外，盆地东部的MT-V线资料也表明，盆地东北边缘存在深大断裂带－辛格尔断裂，该断裂在电性横剖面上表现出强烈的由北往南逆冲推覆的趋势，沙雅隆起的形成与该断裂的发展、演化密切相关。在磁场上该断裂表现为宽约20km的断裂异常带，沿断裂带多处出现超基性和有磁性的中酸性岩体。

图4-15　阿拉尔－五家渠构造地质－地球物理剖面图

（图例同图4-11）

F₁—柴达木盆地北缘1号断裂；F₂—柴达木盆地北缘2号断裂；F₃—阿尔金断裂；F₅—阿尔金北断裂；F₇—阿尔金山前断裂；F₈—若羌断裂；F₉—罗布庄断裂；F₁₀—普惠断裂；F₁₁—兴地断裂；F₁₂—辛格尔断裂；F₁₃—乌瓦门－包尔图断裂；F₁₄—巴仑台－库米什断裂；F₁₇—博罗科努－阿其库都克断裂；F₂₀—北天山山前断裂带

（2）构造接触关系分析

上述地球物理资料所揭示的塔里木盆地东北缘和南天山构造带的深部地质构造特征，反映了塔里木板块自古生代以来的历次构造运动，尤其是二叠纪末的晚海西运动和第三纪的喜马拉雅运动，对塔里木块体岩石圈内部格局产生的深刻影响。同时，也说明盆地北缘的构造演化与南天山活动构造带的时空变化是紧密相关的。

塔北地区大地构造位置处在塔里木板块接近南天山活动构造带的边缘，盆地北缘现今的褶皱－逆冲构造带是在早期被动*边缘基础上产生的。晚古生代的海西运动使天山造山带形成，并造成该区构造环境和动力系统发生巨大变化。由电性资料可知，该区的构造发展受控于塔里木地块的俯冲作用和南天山造山带山前断块叠置形成的构造负荷和沉积负荷作用。中、新生代，尤其是新第三纪末至第四纪的喜马拉雅运动，使天山山系强烈上升，由北向南依次发生逆冲活动，使盆地高阻基底进一步向北俯冲。受挤压作用影响，盆地北缘的岩石圈结构发生形变，构造应力沿壳内弱化层—高导层（它很可能是反映了岩石的韧性、脆性过渡变形机制）得以释放，横向上表现为地壳强烈缩短。塔北地区广泛发育的铲状断裂是有其深部地质原因的。