岩石学报  2012, Vol. 28 Issue (8): 2557-2568   PDF    
引用本文
赵岩, 李曰俊, 孙龙德, 郑多明, 刘亚雷, 王道轩, 魏红兴, 管文胜. 2012. 塔里木盆地塔北隆起中-新生界伸展构造及其成因探讨. 岩石学报, 28(8): 2557-2568  
ZHAO Y, LI YJ, SUN LD, ZHENG DM, LIU YL, WANG DX, WEI HX and GUAN WS. 2012. Mesozoic-Cenozoic extensional structure in North Uplift of Tarim basin and its genetic discussion. Acta Petrologica Sinica, 28(8): 2557-2568(in Chinese with English abstract)   
塔里木盆地塔北隆起中-新生界伸展构造及其成因探讨
赵岩1, 李曰俊1, 孙龙德2, 郑多明3, 刘亚雷1, 王道轩4, 魏红兴3, 管文胜3     
1. 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
2. 中国石油天然气股份有限公司, 北京 100007;
3. 中国石油塔里木油田分公司, 库尔勒 841000;
4. 合肥工业大学, 合肥 230009
2011-10-01 收稿; 2012-05-10 改回.
基金项目: 本文受国家科技重大专项项目 (2011ZX05028-003)、国家自然科学基金项目 (40972085)、国家“973”项目 (2006CB202301) 和中石油塔里木油田联合资助
第一作者简介: 赵岩, 男, 1981年生, 博士生, 构造地质学专业, E-mail: zhaoyan_oo@hotmail.com
摘要: 中-新生代伸展构造一直是中亚地区地质研究的薄弱环节。作为中亚地区的一个重要的中新生代沉积盆地, 塔里木盆地也不例外。精细的地震资料解释发现, 塔里木盆地塔北隆起发育大量中-新生代伸展构造。这些伸展构造由一系列规模不大的正断层组成。这些小型正断层往往构成左阶或右阶式雁列束, 平面上, 组成多条张扭性正断层带；剖面组合形态则是小型堑-垒构造或阶梯状正断层束。根据伸展构造的空间展布、构造样式、组合关系、形成演化时间和成因分析, 可以划分出侏罗纪-白垩纪早期和白垩纪晚期-新近纪两期伸展构造。前者是南天山碰撞造山后应力松弛阶段的产物, 后者的成因是喜马拉雅碰撞造山作用远程效应引起的塔里木相对于南天山向东偏南方向的构造逃逸。
关键词: 塔里木盆地     中-新生代伸展构造     张扭性断层带     侏罗纪-白垩纪早期     白垩纪晚期-新近纪     造山后应力松弛     构造逃逸     地震剖面    
Mesozoic-Cenozoic extensional structure in North Uplift of Tarim basin and its genetic discussion
ZHAO Yan1, LI YueJun1, SUN LongDe2, ZHENG DuoMing3, LIU YaLei1, WANG DaoXuan4, WEI HongXing3, GUAN WenSheng3     
1. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
2. PetroChina Company Limited, Beijing 100007, China;
3. PetroChina Tarim Oilfield Company, Korle 841000, China;
4. Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
Abstract: Study on Mesozoic and Cenozoic extensional structure deformation is a weak part in Central Asian geological research. As one of the important Mesozoic and Cenozoic sedimentary basins, the research about Tarim basin has no exception. Some fine seismic interpretation shows that a large number of extensional tectonics which are composed of a set of small normal faults arise in Mesozoic and Cenozoic in northern Tarim basin. The small normal faults are clearly seen to array in en ethlon form, composing a series of fracture belts in planes, and their pattern in profile is a ladder and graben or horst. Based on their spatial distribution, structural styles, composite relations, the ages of growth strata, and genetic mechanism, the formation of normal faults can be divided into two phases: Jurassic-Early Cretaceous and Late Cretaceous-Neogene extensional tectonics. The former is a product of the stress releasing after the orogenic period of southern Tianshan, and the latter is caused by the escaping structures of Tarim basin towards east by south relative to South Tianshan, which were produced by the long distance effect of Himalayan collisional orogeny.
Key words: Tarim basin     Tenso-shear fault zone     Mesozoic-Cenozoic extensional structure     Jurassic-Early Cretaceous     Late Cretaceous-Neogene     Stress releasing after the orogenic period     Structures escaping     Seismic profile    
1 引言

伸展构造是岩石在拉张应力作用下形成的构造变形, 是构造变形的三种基本类型之一, 也是长期未得到应有重视的一种类型。由于露头条件优越、构造现象丰富, 构造地质研究主要源于造山带；而造山带以压缩构造变形占主导地位, 伸展构造变形不发育, 因而, 伸展构造长期被忽视, 研究相对薄弱。直到70年代后期到80年代早期情况才有所改变, 伸展构造才逐渐得到重视 (马杏垣, 1982；马杏垣等, 1983；杨继良, 1983；Burke, 1980, 1983；孙枢等, 1993；汪新文等, 1993；刘和甫, 1995；陈发景等, 2004)。

塔里木盆地是中亚地区的一个大型中新生代含油气盆地 (图 1)。受喜马拉雅造山作用的远程效应, 中亚地区在晚新生代处于区域性强烈的挤压构造背景 (郭令智等, 1992；Sobel and Dumitru, 1997；李曰俊等, 2001), 挤压冲断构造异常发育, 伸展构造保存很少, 所以, 盆地周缘的挤压冲断构造长期为地质界所瞩目, 研究较多 (Allen et al., 1999；Scharer et al., 2004；Sobel and Dumitru, 1997；Yin et al., 1998；Bullen et al., 2001；Lu et al., 1994；卢华复等, 2000；刘志宏等, 2000；陈楚铭等, 1998；贾东等, 1997；李曰俊等, 2001, 2009, 2010；孙龙德等, 2002；杨海军等, 2010；郑民等, 2007；张培震等, 1996；汤良杰等, 2004；汪新等, 2002；王国林等, 2009), 盆地内部的构造变形研究也主要针对挤压构造 (孟庆龙等, 2008；李曰俊等, 2008a, b, c；郑民等, 2009；杨海军等, 2007；2011；齐英敏等, 2012), 而关于该地区伸展构造的研究很少。

图 1 塔里木盆地及邻区大地构造略图 Fig. 1 Schematic tectonic framework of Tarim Basin and its adjacent areas

塔北隆起位于塔里木盆地北部 (图 2)。其北部牙哈断裂构造带的中-新生代伸展构造, 规模较大, 二维地震剖面上就可以清晰地识别出来, 已经被发现 (汤良杰等, 1999；汤良杰和金之钧, 2000；魏国齐等, 2001)。新的三维地震资料解释发现, 塔北隆起广泛发育中-新生代正断层, 平面分布不局限于牙哈断裂带。本文对其进行了认真的刻画, 讨论了其成因机制和形成演化过程。

图 2 塔里木盆地构造单元划分及塔北隆起在塔里木盆地的位置 Fig. 2 Tectonic elements of Tarim Basin, showing the location of Tabei Uplift

鉴于本文的研究主要基于地震资料解释, 在讨论塔北隆起中-新生代伸展构造前, 有必要对研究区的 (地震) 地层系统做一简要交代 (表 1), 以便于阅读后文, 特别是其中的地震剖面。

表 1 塔里木盆地塔北隆起地层划分 Table 1 Stratigraphic classification in Tabei Uplift, Tarim Basin
2 塔北隆起中-新生界发育两期伸展构造

塔北隆起上的中-新生代正断层广泛分布 (图 3), 平面分布经常具有成带性, 一条条小规模的正断层呈雁列状展布, 组合成张扭性断层带；剖面上, 往往形成堑-垒构造或阶梯状组合关系。部分正断层带下面存在较大规模的古断裂 (如牙哈断裂、轮台断裂, 等), 说明中-新生代伸展构造的发育在一定程度上受先存断裂构造的控制。同时, 正断层的发育又不局限于深部古断裂构造带, 在没有深部先存断裂的地区 (如桑塔木油田以南地区), 也有大量中-新生代正断层发育。研究结果表明, 塔里木盆地塔北隆起上中-新生代发育两期伸展构造：一期是侏罗纪至白垩纪早期, 主要发育于轮南低凸起的东部；另一期是白垩纪中晚期至新近纪早-中期, 主要发育于塔北隆起西部和北部, 对轮南低凸起的东部影响较小。

图 3 塔北隆起中-新生界正断层分布图 位置见图 2. Ⅰ-塔北隆起：Ⅰ1-轮南低凸起, Ⅰ2-轮台凸起, Ⅰ3-英买力低凸起；Ⅱ-库车坳陷 Fig. 3 The normal faults in Tabei Uplift
2.1 侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造

侏罗纪-白垩纪早期的正断层主要见于塔北隆起的东南部, 集中发育在轮南低凸起的东部, 对轮台凸起也有一定的影响。

A-A′剖面是轮南低凸起桑塔木油田南上的一条三维地震剖面 (图 4), 位于一条NEE走向的中-新生界正断层带上 (图 3)。这条正断层带是研究区侏罗纪伸展构造存在的最确凿、可靠的证据之一。平面上, 一系列右阶式雁列状排列的小规模的正断层构成一条左旋剪切张扭性断层带。

图 4 轮南低凸起A-A′地震剖面 剖面位置见图 3；地震反射层代号见表 1 Fig. 4 A-A′ seismic profile in Tabei Lower Uplift

地震剖面上发育一系列较小规模的正断层。多条同倾向的正断层组合成台阶状构造样式, 不同倾向的正断层组合成小型堑-垒状构造样式。正断层向上断至侏罗系下部, 向下断达石炭系。断层明显断开了二叠系的底 (Tg2), 进入了石炭系, 但是, 断距迅速减小, 直至消失；在有的断层上甚至存在“下逆上正”的现象 (如图 4最右侧的断层)。这种现象的出现说明, 可能存在早期冲断构造。

桑塔木断裂、轮南断裂和轮西断裂是轮南地区规模较大的三条断裂构造带, 它们都清楚地记录了二叠纪末-三叠纪初开始的挤压冲断作用, 特别是桑塔木断裂, 非常清晰地记录了这一挤压冲断事件 (图 5)。

图 5 过桑塔木断裂带和轮南断裂带的南北向三维地震剖面 剖面位置见图 4；地震反射层代号见表 1 Fig. 5 A 3D seismic profile across Sangtamu and Lunnan fault belts in N-S direction

在过桑塔木断裂构造带的三维地震剖面上 (图 5), 桑塔木断裂构造带由南北两条断层组成。受两条断层的挤压冲断作用的控制, 断层间的地层褶皱形成背斜。Tg反射层以下断层的断距很大, 而Tg反射层以上的断层断距较小, 甚至在地震剖面上不易识别, 仅显示为褶皱。Tg反射层以下的背斜幅度明显大于Tg反射层以上。古生界的背斜褶皱是一致的, 幅度较大, 背斜核部遭受明显的削蚀, 地层缺失较多；而Tg以上的背斜褶皱的幅度逐渐减小, 直至三叠系顶部背斜基本消失。说明桑塔木断裂构造带形成于古生界沉积之后, 三叠系沉积之前。桑塔木断裂及其相关的背斜构造形成于二叠纪末-三叠纪初, 此后持续演化。挤压冲断作用贯穿整个三叠纪, 一直到三叠纪末才结束冲断作用。由此可见, 轮南地区在二叠纪末-三叠纪处于挤压构造状态, 发生的构造变形以冲断层及其相关褶皱为代表。这就给了本地区中-新生代伸展构造一个起始时间的制约：中-新生代伸展构造形成于三叠纪之后。

生长系数是研究断层 (尤其是正断层) 形成演化过程的一个常用的参数 (汤良杰等, 2000；魏国齐等, 2001), 它是断层下降盘和上升盘相应地层的厚度比值称。用Ei代表生长系数, H1代表下降盘厚度, H2代表上升盘厚度, 则, Ei=H1/H2。Ei=1时, 反映断层下降盘和上升盘相应地层厚度相等, 表明该段地层沉积期间断层没有活动；Ei>1时, 反映断层下降盘地层厚度大于上升盘相应地层的厚度, 代表该段地层沉积期间断层活动；Ei值越大, 说明断层活动越强烈。

以A-A′地震剖面上具代表性的断层计算生长系数 (图 6), 分析断裂形成演化历史。二叠纪-三叠纪可能存在的冲断构造不属于本文研究范畴, 这里不做深入讨论。三叠系顶、底断距相同, 断层两侧的三叠系厚度相等, 生长系数为1.00, 说明正断层在三叠纪没有活动。侏罗系下部, 断层两盘地层厚度差异明显, 下降盘厚度明显大于上升盘, 生长系数为1.14。断层未断开侏罗系中-上部及其以上地层, 其生长系数自然为1.00。分析结果显示, 这条断层带的形成演化期是侏罗纪早期, 形成后迅速稳定, 演化期较短, 是塔北地区侏罗纪伸展构造的典型代表。

图 6 轮南低凸起A-A′地震剖面断层的生长系数 a二叠系上部；b三叠系；c侏罗系下部；d侏罗系中上部；e白垩系 Fig. 6 The growth index of fault in A-A’ seismic profile in Lunnan Lower Uplift

B-B′剖面是轮南低凸起东侧的一条近南北向三维地震剖面。沿剖面方向, 大量规模不大的正断层左阶式雁列状排列, 形成的一条近南北走向的右旋剪切张扭性正断层带 (图 3、图 7)。

图 7 轮南低凸起东侧的B-B′地震剖面 表 1.Ta是断层断至的最高层位, 此界面之上没有受到正断层的影响；Tb是为计算生长系数而在三叠系内部选取的一个界面 Fig. 7 B-B′ seismic profile in eastern Lunnan Lower Uplift

正断层向下断开Tg界面进入古生界后不清楚；向上断达白垩系中部, 白垩系上部未受正断层影响。断层倾角在T8-3反射层附近发生变化, 上陡下缓。这可能是由岩性变化造成的断层折射现象。断层与其左侧的断层构成一个小型地堑, 与其右侧的断层构成阶梯状断层组合。取进行生长系数计算 (图 8), 分析断层形成演化过程。

图 8 轮南低凸起东侧的B-B′地震剖面断层生长系数 a三叠系上部；b侏罗系；c白垩系下部；d白垩系上部 Fig. 8 The growth index of F1 fault in B-B′ seismic profile in eastern Lunnan Lower Uplift

三叠系上部 (Tb到T8-3之间的地层) 的生长系数为1.00, 说明正断层尚未形成。侏罗系生长系数为1.04, 代表正断层开始形成。白垩系下部的生长系数系数最大, 为1.11, 代表正断层持续活动并进入该期伸展作用的高峰期。白垩系上部未受正断层影响, 生长系数为1.00, 代表正断层已经停止活动。

B-B′剖面上的正断层与A-A′剖面上的正断层形成时间一致, 都是侏罗纪 (早期), 所不同的是B-B′剖面上的正断层活动时间较长。它们应该归属同一期断裂构造, 形成于同一构造应力场。该期伸展构造晚期影响到轮台凸起, 在牙哈断裂构造带上, 不仅有白垩纪晚期至新近纪的伸展构造, 还有白垩纪早期伸展构造记录 (如图 9所示的D-D′剖面, 具体论述见2.2)。

图 9 过牙哈断裂带的D-D′地震剖面 剖面位置见图 3；地震反射层代号见表 1 Fig. 9 D-D′ seismic profile across Yaha fault belt
2.2 白垩纪晚期-新近纪的伸展构造

白垩纪晚期-新近纪的伸展构造广泛发育与塔北隆起的中-西部和北部。其中, 沿牙哈断裂带发育的中-新生代正断层是两期伸展构造的产物：白垩纪早期的正断层应该归属侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造, 新近纪的两次正断层活动归属白垩纪晚期-新近纪的伸展构造。

D-D′剖面是过牙哈断裂带的一条近南北向的三维地震剖面 (图 3、图 9)。该剖面上, 是牙哈断裂带的主干断裂, 是牙哈断裂晚期正断层的派生断层, 是牙哈断裂早期逆断层的伴生断层, 总体构成一小型地堑。从地震剖面上可以看出, 沿牙哈断裂构造带, 白垩系直接不整合于下古生界甚至前寒武系之上, 其间为一个巨大的沉积间断。牙哈主干断裂在白垩系以下, 表现为逆冲断层性质；自白垩系往上, 表现为正断层, 呈现出负反转构造特征。断裂两侧的古生界底界非常靠近, 说明早期的逆断层已经几乎完全反转。

作为牙哈主干断裂早期逆冲断层的伴生断层, 后期稳定, 未发生负反转, 是早期冲断构造的有力证据。本文重点讨论中-新生界伸展构造。取断层为代表, 计算中-新生界正断层的生长系数 (图 10), 讨论其形成演化过程。

图 10 D-D′地震剖面断层生长系数 a卡普沙良群；b巴什基奇克组-古城组；c库姆格列木组-苏维依组；d吉迪克组；e康村组；f库车组中-下部；g库车组上部-第四系 Fig. 10 The growth index of fault in D-D' seismic profile

白垩系直接不整合在寒武系之上, 其间为一巨大的地层间断；白垩系沉积之前, 该地区长期处于隆升-剥蚀状态, 断层的伸张作用尚未发生。白垩纪早期, 牙哈断裂两侧的卡普沙良群厚度差异巨大, 下降盘的厚度是上升盘的两倍, 生长系数为2.00, 伸张作用开始。此后, 白垩纪中晚期的巴什基奇克组-古城组和古近系的库姆格列木组-苏维依组在断层两侧厚度相同, 生长系数均为1.00, 断层停止活动。新近纪吉迪克组沉积时期, 牙哈断裂再次发生伸张作用, 生长系数为1.38。康村组沉积过程中, 牙哈断裂再次停止活动, 生长系数为1.00。到库车组中-下部沉积时期, 牙哈断裂发生第三次伸展作用, 生长系数为1.08。

牙哈断裂的第一次伸展作用, 即白垩纪早期卡普沙良组沉积时期的正断层属于侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造。吉迪克组沉积时期和库车组中-下部沉积时期发生的两次伸展作用属于白垩纪晚期-新近纪的伸展构造。

C-C′剖面是塔北隆起轮南低凸起西部哈拉哈塘地区的一条NE-SW走向的三维地震剖面 (图 3、图 11)。沿该剖面方向, 众多的小型正断层平面上呈左阶式雁列状分布, 构成NNE走向的右旋张扭性正断层带；剖面上, 组合成一系列小型堑-垒构造。正断层向下断开Tg进入二叠系之后不清楚；向上断开T8进入古近系, 最高可以断至新近系的底 (T6)。取断层计算正断层的生长系数 (图 12), 分析中-新生界伸展构造的形成演化过程。

图 11 轮南低凸起西部C-C′地震剖面 剖面位置见图 4；地震反射层代号见表 1 Fig. 11 C-C′ seismic profile in western Lunnan Lower Uplift

图 12 C-C′地震剖面断层生长系数 Fig. 12 The growth index of fault in C-C’ seismic profile

侏罗系和白垩系下部, 断层两侧的地层等厚, 生长系数为1.00, 伸展作用尚未开始。白垩系上部开始, 断层两侧地层厚度开始出现差异, 生长系数为1.07, 代表伸展构造自白垩纪早期开始形成。古近纪, 伸展作用持续, 断层两侧的地层厚底仍然不同, 生长系数为1.08。断层向上断至T6, 断开古近系之后未断入新近系及以上地层, 自然, 生长系数为1.00, 伸展作用结束。

白垩纪晚期-新近纪的伸展构造在塔北隆起的西部也有发育。E-E′剖面是轮台凸起西端的一条近南北向的三维地震剖面 (图 3、图 13)。剖面上, 沿古近系底部 (T8上方, 靠近T8) 的盐层发育一条明显的顺层滑脱断层。正断层见于此滑脱断层以下；滑脱断层以上见到的断层基本上都是冲断层, 它们是顺层滑脱断层的派生断层。下方的正断层被该顺层滑脱断层截切, 是否断入滑脱断层以上的地层？因为后期的滑脱、冲断作用而无法识别, 找不到该正断层被截断的部分, 所以, 无法直接识别正断层完整的形成演化过程。不过, 我们可以通过判定正断层形成演化时间的上、下限, 分析其形成演化过程。

图 13 塔北隆起西部E-E′地震剖面 剖面位置见图 3；Ta是新近系吉迪克组内部的一个反射层, 其它地震反射层代号见表 1 Fig. 13 E-E′ seismic profile in western Tabei Uplift

正断层断开T8-2和T8, 而且断距相等, 说明正断层上、下盘的白垩系厚度相同, 生长系数为1, 伸展作用在白垩纪尚未开始；该正断层形成于白垩系沉积之后。那么, 该正断层是什么时候停止活动的呢？

沿古近系盐层发育的顺层滑脱断层切割正断层, 所以, 顺层滑脱断层及其派生的冲断层的形成时间晚于正断层形成演化的时间。通过判别顺层滑脱断层及其派生冲断层的形成时间, 可以限定正断层形成演化的上限。

顺层滑脱断层的形成时间, 需要通过研究其派生的断层和褶皱来判定。E-E′剖面上, Ta是新近系吉迪克组内部的一个反射界面。该界面与顺层滑脱断层之间的地层同步变形, 包括滑脱背斜和冲断层。冲断层的断距在Ta以下是相同的, 即Ta以下, 冲断层两盘的地层厚度相等, 冲断构造尚未形成。Ta以上, 滑脱褶皱逐渐平缓, 直至消失；冲断层的断距逐渐缩小, 直至断距为零, 断层消失。断层断至的最高层位是康村组上部。根据上述分析, 我们可以判定：沿古近系底部盐层发育的顺层滑脱断层及其上方的冲断层的形成时间是新近纪吉迪克组沉积的中-早期。伸展作用应该在此之前就结束了。

根据以上分析, 我们认为, E-E′剖面上的正断层形成于古近纪, 活动持续至新近纪初。

总之, 通过大量地震资料的精细解释, 根据断层的形成演化时间和成因机制, 研究区的中-新生界伸展构造可以划分为两期：一期是侏罗纪至白垩纪早期的正断层, 主要发育与塔北隆起轮南低凸起的东部, 以A-A′剖面和B-B′为代表；另一期是白垩纪晚期至新近纪的正断层, 除轮南低凸起东部之外, 在塔北隆起广泛分布。

3 构造应力分析

研究区主要发育4组正断层带, 走向分别是NS、NEE、NNE和近EW向。根据断层形成演化时间、性质、构造样式、组合关系, 可以划分为两个断层系。以A-A′剖面为代表的NEE走向左旋剪切张扭性正断层带, 和以B-B′剖面为代表的近NS走向右旋剪切张扭性正断层带, 是一对共轭断层带, 构成一个断层系, 形成于侏罗纪-白垩纪早期；以C-C′剖面为代表的NNE走向右旋剪切张扭性正断层带, 和近EW走向左旋剪切张扭性正断层带, 为一组共轭断层带, 构成一个断层系, 形成于白垩纪晚期-新近纪。

将塔北隆起上的两期中-新生界伸展构造形成的两个正断层系分别进行构造应力分析 (图 14、图 15)。

图 14 侏罗纪-白垩纪早期伸展构造应力分析 位置见图 3 Fig. 14 Tectonic-stress analysis of the Jurassic-early Cretaceous extensional tectonics

图 15 白垩纪晚期-新近纪伸展构造应力分析 位置见图 3 Fig. 15 Tectonic-stress analysis of the later Cretaceous-Neogene extensional tectonics

侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造 (图 14), 主要分布于轮南低凸起东部, 一系列小型正断层平面上组成近NS向和NEE向两组雁列状断层带。右旋剪切形成的近NS走向的张扭行正断层带和左旋剪切形成的NEE走向的张扭性正断层带, 组成一个共轭断层系。该断层系的主压应力σ1方向为NNE-SSW, 相应的最大主张应力σ3的方向是NWW-SEE, 表明研究区在侏罗纪-白垩纪早期经受NWW-SEE向的拉张作用。σ1分解出两个剪应力, NS向剪应力τ1明显大于EW向剪应力τ2, 说明当时研究区在南北方向上经受右行剪切作用。

白垩纪晚期-新近纪的伸展构造 (图 15), 广泛分布于塔北隆起的大部分地区。一系列小规模的正断层平面上雁列状分布, 组成近NNE向和NEE向两组正断层带。右旋剪切形成的近NNE走向的张扭行正断层带和左旋剪切形成的NEE走向的张扭性正断层带, 组成一个共轭断层系。该断层系的主压应力σ1方向为NE-SW, 相应的最大主张应力σ3的方向是NW-SE, 表明研究区在白垩纪晚期-新近纪经受NW-SE向的拉张作用。σ1分解出两个剪应力, NS向剪应力τ1小于EW向剪应力τ2, 说明当时研究区在东西方向上经受左行剪切作用。

4 成因机制探讨

前人关于塔北隆起中-新生代伸展构造研究认为, 其成因机制为挤压背斜构造顶部的纵张作用。该背斜即库车周缘前陆盆地的前缘隆起 (汤良杰等, 1999; 汤良杰和金之钧2000；魏国齐等, 2001)。

塔北隆起的大型背斜构造形成于早古生代晚期, 在晚古生代持续演化, 二叠纪末-三叠纪定型为库车前陆盆地的前缘隆起。背斜的形成演化时间与该地区中-新生代伸展构造不匹配。穿越塔北隆起的区域性地震剖面显示, 中-新生代伸展构造发育过程中 (J-N), 塔北隆起没有发生大型背斜构造变形 (图 16)。而且, 新的地震资料显示, 中-新生代伸展构造并非仅限于塔北隆起的顶部 (图 3)。因而, 不能用前陆盆地前缘隆起顶部纵张作用解释该地区中-新生代伸展构造的成因。

图 16 过塔北隆起的TLM-Z50地震剖面 地震反射层代号见表 1 Fig. 16 TLM-Z50 seismic profile which across Tabei Uplift in N-S direction

侏罗纪-白垩纪早期伸展构造的紧随南天山二叠纪末-三叠纪碰撞造山作用 (Li et al., 2001, 2002；李曰俊等, 2001, 2005, 2009, 2010；Xiao et al., 2004, 2008) 之后形成, 我们认为其成因可能是南天山碰撞造山带的造山后应力松弛。

南天山的碰撞造山作用起始于二叠纪末-三叠纪初, 持续到三叠纪末。侏罗纪-白垩纪早期进入造山后应力松弛阶段。在此应力松弛过程, 塔里木地块相对于南天山同时还发生了轻微的逆时针旋转, 从而在塔里木东部形成近南北向右行剪切。

除了正断层, 侏罗系煤系地层的广泛分布也是该期区域性伸展构造演化阶段的重要记录 (新疆地质矿产局, 1993；王思恩等, 2011；王富强等, 1999)。

侏罗纪的煤系地层不仅分布于塔里木盆地, 在 (南) 天山的山间盆地中也有分布。(南) 天山所有山间盆地中, 侏罗系之下几乎缺失全部三叠系, 侏罗系往往直接不整合于前中生代岩石之上。这一地质事实从一个方面记录了南天山从碰撞造山到造山后的地质演化过程：自二叠纪末-三叠纪初开始的南天山碰撞造山作用, 一直持续到三叠纪末。整个三叠纪期间, 南天山都处于碰撞造山过程中, 山体隆升, 遭受风化剥蚀, 因而缺失三叠纪的沉积。到侏罗纪, 南天山进入了造山后应力松弛阶段, 发生区域性的构造伸展作用, 加之风化剥蚀作用, 南天山山脉逐渐夷平、沉降, 并沉积了侏罗系含煤建造。

白垩纪晚期-新近纪的伸展构造形成时期, 属于喜马拉雅碰撞造山作用阶段, 中亚地区已经进入区域性挤压构造背景, 其成因不能再用区域性的构造伸展作用来解释。我们认为其成因可能是区域构造挤压构造背景下的块体逃逸兼旋转作用。

喜马拉雅造山作用的远程效应, 结束了中亚地区侏罗纪以来的区域性构造伸展状态, 进入区域性挤压构造背景。在此挤压构造背景下, 中亚地区发生强烈的挤压冲断作用的同时, 各地质体之间发生构造调整, 导致块体的构造逃逸和旋转作用。当时, 塔里木相对于南天山向东偏南方向逃逸, 在研究区形成局部伸展构造应力场, 而且, 塔里木相对于南天山发生顺时针旋转, 形成左旋剪切张扭行性正断层带。这是在大的区域性挤压构造背景下, 局部地区形成的较小范围的伸展构造的一个典型范例。

5 结论

塔里木盆地塔北隆起广泛发育中-新生代伸展构造。平面上, 一系列较小规模的正断层往往呈左阶式或右阶式雁列状排列, 组成多条张扭性正断层带。剖面上, 形成堑-垒构造和阶梯状正断层组合。

塔北隆起上发育4组中-新生代雁列状张扭性正断层带, 走向分别是：近NS向、NEE向、NNE向和近EW向。它们组成两个共轭正断层系：一个是近NS向左阶右旋张扭性正断层带与NEE向右阶左旋张扭性正断层带组成的共轭断层系, 另一个是NNE向左阶右旋张扭性正断层带和近EW向右阶左旋张扭性正断层带组成的共轭断层系。它们分别代表塔北隆起侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造和白垩纪晚期-新近纪的伸展构造。

侏罗纪-白垩纪早期的伸展构造的成因, 可能是南天山碰撞造山后的应力松弛作用, 同时伴有塔里木地块相对于南天山的轻微逆时针旋转。

白垩纪晚期-新近纪的伸展构造的成因, 可能是喜马拉雅碰撞造山作用远程效应引起的块体逃逸作用和块体逃逸过程中的一定程度的旋转作用。当时塔里木相对于南天山向东偏南方向逃逸并伴有一定程度的顺时针旋转。

致谢 衷心感谢中国石油塔里木油田提供给我们研究塔里木盆地地震资料的机会；对匿名专家审稿时所提的宝贵意见表示由衷的感谢。
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