中-新生代大巴山前陸盆地-沖斷帶的形成演化.pdf

1、毗鄰的沉積盆地與造山帶是大陸構(gòu)造的基本單元和形成于統(tǒng)一地球動力學(xué)系統(tǒng)中的一對孿生體。對于前陸盆地．造山帶系統(tǒng)，二者間的耦合關(guān)系是通過其間的沖斷帶建立起來的。由于其重要的大陸動力學(xué)意義并富含油氣，20世紀(jì)70年代以來前陸盆地和沖斷帶被給予了極大的關(guān)注。論文選擇大巴山前陸盆地及毗鄰的沖斷帶作為研究對象，以盆．山耦合研究思想為指導(dǎo)，通過地表地質(zhì)的詳細(xì)調(diào)查并結(jié)合鉆井和地震資料，對其構(gòu)造特征、沉積充填特征、沉降和隆升歷史進(jìn)行了詳細(xì)解剖。在此基礎(chǔ)上

2、，重點討論了中新生代大巴山前陸盆地和沖斷帶的形成和演化歷史，并對其形成和演化機制進(jìn)行了探討。同時，對大巴山前陸盆地的含油氣條件和有利勘探區(qū)域進(jìn)行了初步分析。 大巴山?jīng)_斷帶位于四川盆地和秦嶺造山帶的過渡部位，向西與漢南一米倉山隆起、龍門山?jīng)_斷帶和松潘一甘孜褶皺帶相連，東端止于黃陵隆起，總體上為一向南西凸出的弧形構(gòu)造帶。習(xí)慣上，以城口斷裂為界，將大巴山?jīng)_斷帶分為北大巴山和南大巴山兩個構(gòu)造-地層單元?，F(xiàn)已變形的南大巴山(包括米倉山)和

3、四川盆地北部共同組成了本文討論的中生代大巴山前陸盆地(T3-K<,1>)。古生代至中三疊世晚期，南大巴山和四川盆地北部一直是特提斯秦嶺洋南側(cè)的被動大陸邊緣。中三疊世末以來，伴隨華南地塊與華北地塊間的碰撞拼合以及此后燕山期秦嶺大型陸內(nèi)俯沖，四川盆地北部和南大巴山響應(yīng)于南秦嶺造山帶上地殼載荷發(fā)生撓曲沉降而演化成為陸內(nèi)前陸盆地。早白堊世中晚期以來，隨著南秦嶺逆沖推覆構(gòu)造的逐漸向南擴展，大巴山前陸盆地也逐漸卷入變形并隨之抬升遭受剝蝕。晚三疊世至

4、白堊紀(jì)期間的前陸盆地沉降和北東一南西向擠壓變形發(fā)生于華南與華北地塊碰撞拼接之后，表明成盆和造山事件具有陸內(nèi)性質(zhì)。 北大巴山以脆一韌性變形和發(fā)育厚皮構(gòu)造為主要特征，由一系列北傾南倒的沖斷層和不對稱褶皺組成。南大巴山為一薄皮沖斷楔，以脆性變形和類侏羅山式褶皺為主要特征，褶皺形態(tài)主要包括箱狀褶皺、緊閉倒轉(zhuǎn)一同斜褶皺和復(fù)雜閉合褶皺。按照斷層和褶皺的組合特征，南大巴山可進(jìn)一步分為疊瓦斷裂帶、斷層一褶皺帶和滑脫褶皺帶三個次級構(gòu)造帶。疊瓦斷層

5、系、斷層相關(guān)褶皺、反沖斷層和沖起構(gòu)造、(被動頂板)雙重構(gòu)造(或Ⅱ型三角帶)等是南大巴山以及四川盆地東北部的主要變形樣式。北東一南西向擠壓和滑脫層是大巴山?jīng)_斷帶構(gòu)造變形的主要控制因素。大巴山?jīng)_斷帶共發(fā)育四套主要的滑脫層：中下三疊統(tǒng)、志留系、中下寒武統(tǒng)和元古界頂部。大巴山?jīng)_斷帶正是南秦嶺大型滑脫推覆構(gòu)造向南擴展的過程中借助上述滑脫層由深到淺地順層滑脫或向上切層逆沖形成的。 將詳細(xì)的節(jié)理構(gòu)造研究納入?yún)^(qū)域構(gòu)造演化的框架中，結(jié)合石英ESR

6、測年、巖石聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)等的研究表明，中新生代南大巴山主要經(jīng)歷了七期構(gòu)造活動。按照節(jié)理的形成依次為：①早期平面x型節(jié)理(T<,3>-K<,1>早期)；②“斷坪一斷坡”型節(jié)理和早期剖面X節(jié)理(K<,1>早期)；③具逆沖趨勢的縱節(jié)理(～132Ma)：④具走滑趨勢的斜節(jié)理及橫節(jié)理(～100Ma)；⑤右旋走滑趨勢的縱節(jié)理(K<,2>-E)；⑥逆沖趨勢的斜節(jié)理(～28Ma)；⑦左旋趨勢的縱節(jié)理和正斷趨勢的縱節(jié)理(N-Q)。其中最為重要的是

7、①、③和④期，代表了南大巴山褶皺形成的主要時期，最大構(gòu)造應(yīng)力(NE向)平均值為26.9MPa，最小構(gòu)造應(yīng)力(NW方向)平均值為6.6MPa。從印支晚期到燕山早期，南大巴山構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生了順時針旋轉(zhuǎn)。 大巴山前陸盆地由下向上依次充填了上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)涼高山組和沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組和下白堊統(tǒng)，殘余厚度逾7000m。主要發(fā)育有沖積扇-扇三角洲、河流(辮狀河、曲流河)、河流三角洲(辮狀河、曲流河

8、、網(wǎng)狀河三角洲)、湖泊等四種類型的沉積體系。按照不整合面性質(zhì)及其對應(yīng)面(主要是大的相轉(zhuǎn)換界面)，由下向上可將大巴山前陸盆地充填序列劃分為5個亞構(gòu)造層序：SBTSl——須家河組、SBTS2——自流井組和涼高山組、SBTS3——沙溪廟組、SBTS4——遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組、SBTS5——下白堊統(tǒng)。它們分別對應(yīng)于不同的成盆階段，也是對南秦嶺造山帶中生代構(gòu)造活動的沉積響應(yīng)。大巴山前陸盆地的沉降曲線具有上凸型的緩-陡-緩三段式特征。晚三疊世至中侏羅世

9、早期為緩慢沉降期，中侏羅世中晚期至早白堊世為快速沉降期，沙溪廟組沉積期的沉降速率達(dá)250m/Ma(ca170～161Ma)。自晚白堊世開始盆地逐漸抬升，并有抬升速率隨時代變新而逐漸加快之趨勢，平均剝蝕厚度約為3～5km。 中生代大巴山前陸盆地的充填特征和沉降歷史可用于解釋盆地演化并揭示同時的盆地周緣沖斷帶構(gòu)造活動。與亞構(gòu)造層序?qū)?yīng)，反映在沉降速率上，大巴山前陸盆地經(jīng)歷了初始沉降(T<,3>)、過渡沉降(J<,1-2>)、強

10、烈沉降(J<,2>)、穩(wěn)定沉降(J<,3>)、萎縮(K<,1>)和隆升-變形(K<,2>-Q)等六個發(fā)展階段。中三疊世末，隨著華南地塊與華北地塊沿著勉略縫合帶碰撞拼貼，大巴山地區(qū)也隨之隆起遭受剝蝕。晚三疊世中晚期(ca 210-200Ma)，受南秦嶺逆沖推覆活動和川西龍門山逆沖推覆活動遠(yuǎn)端效應(yīng)的雙重影響，大巴山前陸盆地開始沉降，接受了近端相礫巖堆積，但總的看來印支期華南和華北碰撞運動對南大巴山的影響較小。早侏羅世至中侏羅世早期(ca 2

11、00-170Ma)，是南秦嶺構(gòu)造活動平靜期，也是盆地沉積范圍最大的時期，以湖相沉積發(fā)育為特征。中侏羅紀(jì)中晚期至晚侏羅世(ca 170-145Ma)，南秦嶺陸內(nèi)造山活動強烈，并導(dǎo)致其前緣強烈坳陷，沉積厚度逾4000m。白堊紀(jì)早期，受南秦嶺逆沖推覆活動的繼續(xù)向南擴展影響，盆地開始逐漸萎縮，南大巴山在～130Ma開始褶皺變形并逐漸向南西擴展，大致在100Ma全面變形，隆起遭受剝蝕。晚白堊世以來，隨著中國大陸東西部構(gòu)造分異以及秦嶺地區(qū)的新一輪裂

12、解，大巴山及其前緣總體以隆升為主、兼有沖斷褶皺變形。 從假設(shè)的沖斷系統(tǒng)與前陸盆地的力學(xué)關(guān)系這個角度來說，沖斷活動的側(cè)向變化應(yīng)該導(dǎo)致盆地沉降的側(cè)向變化。中生代四川盆地演化過程中，沉降中心曾發(fā)生過一次明顯的遷移，即從晚三疊世的川西地區(qū)遷移至早中侏羅世的川東北地區(qū)，此后又逐漸向西過渡到晚侏羅世—早白堊世的川西北—川北地區(qū)。此外，構(gòu)造應(yīng)力場也從印支期至燕山期發(fā)生了順時針旋轉(zhuǎn)。這些現(xiàn)象均可能反映了華南地塊與華北地塊在中晚三疊世碰撞后的相對

13、持續(xù)旋轉(zhuǎn)。晚三疊世中晚期，隨著華南地塊的持續(xù)向北俯沖和順時針旋轉(zhuǎn)，西秦嶺發(fā)生強烈擠壓，松潘-甘孜盆地回返褶皺并向東逆沖推覆，龍門山發(fā)生沖斷和左旋走滑活動，并在其前緣形成川西前陸盆地；同時華南地塊在北西方向受阻的情況下通過龍門山左旋走滑運動的調(diào)節(jié)逐漸轉(zhuǎn)為向北東推擠。經(jīng)過早侏羅世至中侏羅世早期的構(gòu)造平靜期后，中侏羅世中晚期華南地塊強烈的向北東推擠導(dǎo)致秦嶺陸內(nèi)俯沖，受其影響川東北地區(qū)強烈沉降形成大巴山前陸盆地。晚侏羅世以來，華南地塊的持續(xù)向北

14、擠壓和順時針旋轉(zhuǎn)運動在北西、北東兩個方向受阻的情況下，強烈向北擠入秦嶺，北西側(cè)龍門山左旋走滑斷裂沿勉略帶與寧陜左旋走滑斷裂相連，北東側(cè)城口斷裂以北的北大巴山發(fā)生右旋走滑運動，中秦嶺物質(zhì)側(cè)向向西和向東逃逸，川北地區(qū)在秦嶺陸內(nèi)俯沖影響下發(fā)生強烈沉降，導(dǎo)致大巴山前陸盆地的沉降中心發(fā)生西移。 大巴山前陸盆地具有良好的烴源條件和封蓋條件，但儲集條件較差。在導(dǎo)致砂巖致密化的成巖因素中，壓實作用造成的孔隙度顯著大于膠結(jié)作用；而環(huán)邊綠泥石膠結(jié)物