川西前陸盆地構造演化與變形模式

川西前陸盆地構造演化與變形模式

中國中部高原盆地具有獨特的構造發(fā)育過程和構造變形特征。它的構造發(fā)育通常由特提斯主導。中生代初期和中生代晚期的前陸盆地形成兩次。其中在川西—龍門山地區(qū)發(fā)育了與金沙江特提斯洋演化相關的中生代早期周緣前陸盆地和與班公湖—怒江洋盆、雅魯藏布江特提斯洋演化相關的新生代再生前陸盆地。大量研究結果表明,川西兩期前陸盆地的南、北兩段在新生代構造、沉積作用等方面均存在諸多差異。筆者利用川西—龍門山地區(qū)重磁等地球物理資料,研究了該區(qū)基底性質(zhì)和主要斷裂帶的分布,探討了川西前陸盆地南、北兩段差異的深部制約因素。1盆地構造演化川西兩期前陸盆地的南、北兩段在新生代構造、前淵帶沉積作用及前陸盆地發(fā)育程度等方面的差異明顯(圖1),具體表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)龍門山推覆構造帶的構造特征龍門山推覆構造帶的北段疊瓦狀沖斷層發(fā)育,飛來峰不發(fā)育;在南段,不僅前鋒褶皺沖斷構造表現(xiàn)復雜,而且在其上疊置了20多個大大小小的飛來峰構造,新生代變形范圍較廣大。(2)盆地沉積作用盆地中普遍沉積了很厚的侏羅系和下白堊統(tǒng)地層,新生代沉積僅局限在盆地南段,而在北段缺乏。(3)前陸盆地各構造單元發(fā)育程度北段表現(xiàn)為典型前陸盆地的結構與構造特征。從龍門山向揚子克拉通方向,前陸盆地的沖斷帶、前淵、前緣斜坡和前緣隆起發(fā)育完整;南段主要表現(xiàn)為新生代的構造變形,褶皺沖斷帶發(fā)育,前淵坳陷、前緣斜坡等構造單元均不明顯1?？傮w上看,盆地南、北兩段的界線大致位于安縣—三臺一線。北段表現(xiàn)為典型的前陸盆地結構和構造演化特征,沖斷構造主要形成于三疊紀晚期,后期以總體隆升為主;南段在三疊紀晚期沖斷構造形成后,新生代表現(xiàn)為強烈的構造活動性?。天然氣氣藏發(fā)育總體上受構造格局控制,不同的構造演化決定了成藏條件的不同。因此,這些差異導致了兩段天然氣的分布、聚集規(guī)律和勘探對象都有所不同,但目前對造成這些差異的大陸動力學機制尚不清楚。2南北結構發(fā)展的地球物理證據(jù)2.1川中地區(qū)—磁場特征和基底性質(zhì)為消除地磁場斜磁化的影響,對航磁ΔT異常進行了化極處理,獲得了磁異常垂直分量Za(化極)。從圖2中可見,蒲江—三臺—蒼溪一線為密集異常梯度帶。該線東南側為南充—巴中一線的正值異常圈閉,該圈閉范圍廣,異常值高,與噴溢玄武巖引起的變化劇烈的局部高磁異常有明顯差別,反映出基底的磁性特征。參照前人對川西地區(qū)基底的研究,推測基底性質(zhì)為強磁性的太古界—早元古界深變質(zhì)剛性結晶基底,向南西方向延伸至簡陽一線,向北西延伸到綿陽—德陽一帶,平面上呈向北西凸起的“品”字型分布特征。在Za上延10、20、30km后,這一特征更加明顯(圖3),反映了川西地區(qū)剛性基底的分布范圍。綿陽—德陽磁異常值相對偏小,這可能與基底埋藏深度較大有關?；ㄊ瘝{—邵陽地震剖面的地殼結構也顯示,川中地區(qū)的基底深度一般約為8km,往北西方向進入川西前陸盆地后開始逐漸變深,達到10～12km。磁性基底反演也取得了一致的結果:南充附近的基底深度為4km,往西北逐漸加深,成都—旺蒼一線基底深度大于8km,其中德陽附近深度達10～12km。這些剛性基底的存在,在區(qū)域性北西—南東向擠壓應力作用過程中阻擋了應力的傳播,為龍門山逆沖?推覆構造帶及川西前陸盆地的形成提供了條件。須強調(diào)指出的是,當印藏碰撞派生的側向擠壓作用傳遞到川西地區(qū)時,“品”字型基底中向北西凸起的綿陽—德陽基底對新生代變形作用由南向北的傳播勢必造成阻擋,成為新生代變形北弱南強不可忽視的制約因素。2.2布格異常等值線與盆地南北段對比川西地區(qū)布格重力異常(圖4)等值線總體上走向北東,由南東向北西遞減,莫霍面反演結果顯示出川西地區(qū)地殼厚度由東南向北西逐漸變大的趨勢。有趣的是,布格異常等值線在德陽—三臺一線發(fā)生明顯轉折,呈向北西凸起的弧形構造。北段呈北東走向,南段轉變?yōu)楸北睎|走向,布格異常向上延拓10～30km(圖5),異常轉折仍然明顯。考慮到盆地北段中生代變形多為北東走向,而南段的新生代構造多轉為北北東走向,它們的分界線恰好也大致接近安縣—三臺一線,因而可以認為布格重力異常走向的變化與盆地南北兩段的主要構造線一致。兩期不同方向應力作用的記錄結果是該地區(qū)經(jīng)歷了中生代和新生代兩期構造運動的直觀反映。2.3扭曲的負異常帶從磁異常Za總體特征上看(圖2),南充—巴中的正值異常圈閉與簡陽、德陽—綿陽正值異常圈閉之間為一明顯轉折、扭曲的負異常帶,呈北西—南東走向,上延10km后該異常轉折扭曲帶依然存在(圖3),三臺以南尤為明顯。這一特征在重力異常及其延拓結果(圖4和圖5)上也有所反映。這條深部地球物理界線的平面位置與前面提到的川西前陸盆地南北段界線基本吻合,揭示了川西前陸盆地南北段的差異不僅存在于地表附近,還存在于地殼深部,其性質(zhì)有待進一步研究。2.4斷裂構造的時間順序根據(jù)布格重力異常水平梯度模量(圖6)0°、45°、90°、135°方向的水平方向?qū)?shù),并綜合布格重力異常、磁異常Za及其向上延拓不同高度的結果以及區(qū)域地質(zhì)情況,推斷出研究區(qū)內(nèi)主要的(基底)斷裂如圖7所示。按斷裂帶走向來分,可以劃分為北東向、北西向和東西向3組。這3組斷裂構造存在著相互切割、錯動的現(xiàn)象。其中,東西向斷裂帶被北東向斷裂帶切割并有明顯位移,而北東向斷裂帶又為北西向斷裂帶切割、錯動。由此推斷,3個方向構造帶形成的時間先后順序依次為東西向、北東向和北西向。東西向斷裂帶的形成與華北板塊和揚子塊體的碰撞作用有關。川西和龍門山地區(qū)的斷裂構造走向主要為北東向和北西向。其中北東向斷裂形成于早中生代強烈的北東—南西向擠壓構造環(huán)境下,斷裂性質(zhì)為典型的逆沖斷裂。北西向斷裂構造帶與北東向擠壓構造可能形成于同一時期,在擠壓背景下伴隨的局部拉張、走滑,還可能與后期新生代印度板塊向北的持續(xù)擠壓作用有關。一系列北西向走滑斷裂(圖7中BF1、BF2、BF3及BF4)進一步削弱了新生代變形作用力在川西地區(qū)由南西向北東的傳播,促成了新生代變形南強北弱的格局。3北西向基底走滑斷裂的存在和傳播作用川西地區(qū)太古界—元古界的深變質(zhì)結晶基底平面上呈“品”字型分布,向北西凸起至德陽—綿陽一帶。德陽—綿陽一帶剛性基底的存在直接阻擋了印藏碰撞派生的側向擠壓作用所形成的新生代變形的傳播,奠定了新生代變形南強北弱的格局;同時,該帶一系列北西向基底走滑斷裂的存在進一步減弱了新生代變形在川西地區(qū)由南到北的傳播作用。北西向走滑斷裂的存在和基底性質(zhì)