川西前陆盆地构造演化与变形模式

川西前陆盆地构造演化与变形模式

中国中部高原盆地具有独特的构造发育过程和构造变形特征。它的构造发育通常由特提斯主导。中生代初期和中生代晚期的前陆盆地形成两次。其中在川西—龙门山地区发育了与金沙江特提斯洋演化相关的中生代早期周缘前陆盆地和与班公湖—怒江洋盆、雅鲁藏布江特提斯洋演化相关的新生代再生前陆盆地。大量研究结果表明,川西两期前陆盆地的南、北两段在新生代构造、沉积作用等方面均存在诸多差异。笔者利用川西—龙门山地区重磁等地球物理资料,研究了该区基底性质和主要断裂带的分布,探讨了川西前陆盆地南、北两段差异的深部制约因素。1盆地构造演化川西两期前陆盆地的南、北两段在新生代构造、前渊带沉积作用及前陆盆地发育程度等方面的差异明显(图1),具体表现在以下几个方面:(1)龙门山推覆构造带的构造特征龙门山推覆构造带的北段叠瓦状冲断层发育,飞来峰不发育;在南段,不仅前锋褶皱冲断构造表现复杂,而且在其上叠置了20多个大大小小的飞来峰构造,新生代变形范围较广大。(2)盆地沉积作用盆地中普遍沉积了很厚的侏罗系和下白垩统地层,新生代沉积仅局限在盆地南段,而在北段缺乏。(3)前陆盆地各构造单元发育程度北段表现为典型前陆盆地的结构与构造特征。从龙门山向扬子克拉通方向,前陆盆地的冲断带、前渊、前缘斜坡和前缘隆起发育完整;南段主要表现为新生代的构造变形,褶皱冲断带发育,前渊坳陷、前缘斜坡等构造单元均不明显1。总体上看,盆地南、北两段的界线大致位于安县—三台一线。北段表现为典型的前陆盆地结构和构造演化特征,冲断构造主要形成于三叠纪晚期,后期以总体隆升为主;南段在三叠纪晚期冲断构造形成后,新生代表现为强烈的构造活动性?。天然气气藏发育总体上受构造格局控制,不同的构造演化决定了成藏条件的不同。因此,这些差异导致了两段天然气的分布、聚集规律和勘探对象都有所不同,但目前对造成这些差异的大陆动力学机制尚不清楚。2南北结构发展的地球物理证据2.1川中地区—磁场特征和基底性质为消除地磁场斜磁化的影响,对航磁ΔT异常进行了化极处理,获得了磁异常垂直分量Za(化极)。从图2中可见,蒲江—三台—苍溪一线为密集异常梯度带。该线东南侧为南充—巴中一线的正值异常圈闭,该圈闭范围广,异常值高,与喷溢玄武岩引起的变化剧烈的局部高磁异常有明显差别,反映出基底的磁性特征。参照前人对川西地区基底的研究,推测基底性质为强磁性的太古界—早元古界深变质刚性结晶基底,向南西方向延伸至简阳一线,向北西延伸到绵阳—德阳一带,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,这一特征更加明显(图3),反映了川西地区刚性基底的分布范围。绵阳—德阳磁异常值相对偏小,这可能与基底埋藏深度较大有关。花石峡—邵阳地震剖面的地壳结构也显示,川中地区的基底深度一般约为8km,往北西方向进入川西前陆盆地后开始逐渐变深,达到10～12km。磁性基底反演也取得了一致的结果:南充附近的基底深度为4km,往西北逐渐加深,成都—旺苍一线基底深度大于8km,其中德阳附近深度达10～12km。这些刚性基底的存在,在区域性北西—南东向挤压应力作用过程中阻挡了应力的传播,为龙门山逆冲?推覆构造带及川西前陆盆地的形成提供了条件。须强调指出的是,当印藏碰撞派生的侧向挤压作用传递到川西地区时,“品”字型基底中向北西凸起的绵阳—德阳基底对新生代变形作用由南向北的传播势必造成阻挡,成为新生代变形北弱南强不可忽视的制约因素。2.2布格异常等值线与盆地南北段对比川西地区布格重力异常(图4)等值线总体上走向北东,由南东向北西递减,莫霍面反演结果显示出川西地区地壳厚度由东南向北西逐渐变大的趋势。有趣的是,布格异常等值线在德阳—三台一线发生明显转折,呈向北西凸起的弧形构造。北段呈北东走向,南段转变为北北东走向,布格异常向上延拓10～30km(图5),异常转折仍然明显。考虑到盆地北段中生代变形多为北东走向,而南段的新生代构造多转为北北东走向,它们的分界线恰好也大致接近安县—三台一线,因而可以认为布格重力异常走向的变化与盆地南北两段的主要构造线一致。两期不同方向应力作用的记录结果是该地区经历了中生代和新生代两期构造运动的直观反映。2.3扭曲的负异常带从磁异常Za总体特征上看(图2),南充—巴中的正值异常圈闭与简阳、德阳—绵阳正值异常圈闭之间为一明显转折、扭曲的负异常带,呈北西—南东走向,上延10km后该异常转折扭曲带依然存在(图3),三台以南尤为明显。这一特征在重力异常及其延拓结果(图4和图5)上也有所反映。这条深部地球物理界线的平面位置与前面提到的川西前陆盆地南北段界线基本吻合,揭示了川西前陆盆地南北段的差异不仅存在于地表附近,还存在于地壳深部,其性质有待进一步研究。2.4断裂构造的时间顺序根据布格重力异常水平梯度模量(图6)0°、45°、90°、135°方向的水平方向导数,并综合布格重力异常、磁异常Za及其向上延拓不同高度的结果以及区域地质情况,推断出研究区内主要的(基底)断裂如图7所示。按断裂带走向来分,可以划分为北东向、北西向和东西向3组。这3组断裂构造存在着相互切割、错动的现象。其中,东西向断裂带被北东向断裂带切割并有明显位移,而北东向断裂带又为北西向断裂带切割、错动。由此推断,3个方向构造带形成的时间先后顺序依次为东西向、北东向和北西向。东西向断裂带的形成与华北板块和扬子块体的碰撞作用有关。川西和龙门山地区的断裂构造走向主要为北东向和北西向。其中北东向断裂形成于早中生代强烈的北东—南西向挤压构造环境下,断裂性质为典型的逆冲断裂。北西向断裂构造带与北东向挤压构造可能形成于同一时期,在挤压背景下伴随的局部拉张、走滑,还可能与后期新生代印度板块向北的持续挤压作用有关。一系列北西向走滑断裂(图7中BF1、BF2、BF3及BF4)进一步削弱了新生代变形作用力在川西地区由南西向北东的传播,促成了新生代变形南强北弱的格局。3北西向基底走滑断裂的存在和传播作用川西地区太古界—元古界的深变质结晶基底平面上呈“品”字型分布,向北西凸起至德阳—绵阳一带。德阳—绵阳一带刚性基底的存在直接阻挡了印藏碰撞派生的侧向挤压作用所形成的新生代变形的传播,奠定了新生代变形南强北弱的格局;同时,该带一系列北西向基底走滑断裂的存在进一步减弱了新生代变形在川西地区由南到北的传播作用。北西向走滑断裂的存在和基底性质