Evidence of two-stage strike-slip structural deformation of Shaya Uplift, northern Tarim Basin
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摘要: 沙雅隆起（塔北隆起）是塔里木盆地北缘极为重要的近东西向构造带。前人研究认为，沙雅隆起以逆冲变形为主，但是，这一认识既与地震剖面上的花状构造样式相矛盾，又与平面图上断层呈扫帚状和拖尾状分布的特征相矛盾。该文基于高分辨率的三维地震剖面，提出塔里木盆地北缘沙雅隆起经历了2个阶段的走滑构造变形：第一阶段为加里东晚期—印支期的压扭构造变形，形成了深部构造层中的大型正花状构造，同时地层被大幅抬升并遭受剥蚀；第二阶段为喜马拉雅期的负反转—张扭构造变形，形成了浅部构造层中的负花状构造。这一认识表明，塔里木盆地北缘可能并非统一的构造—沉积环境，沙雅走滑构造带为一重要的构造—沉积分隔带，而加里东晚期与喜马拉雅早期是塔里木盆地北缘非常重要的2个构造变革期。Abstract: The Shaya Uplift, an important structural belt in the northern Tarim Basin, northwestern China, has been regarded as a thrust belt. However, this recognition is not only incompatible with the flower structures on the seismic profiles, but also contradictory with the fault distribution in a broom or trailer mode in plan view. High-resolution 3D seismic profiles indicate that a two-stage strike-slip structural deformation happened in the Shaya Uplift. The first is from the Late Caledonian to the Indosinian, in which transpressional deformation occurred and a huge positive flower structure was thus formed in the deeper part, and strata were eroded because of the structural uplifting. The second is during the Himalayan, in which a negative inverted/transtensional deformation occurred and a negative flower structure was formed in the shallower part. These results indicate that it is not a uniform tectonic-sedimentary environment in the northern Tarim because of the Shaya Uplift barrier and that the Late Caledonian and the Early Himalayan may be two important structural transformation periods.
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Key words:
- strike-slip /
- flower structure /
- structural transform /
- Shaya Uplift /
- Tarim Basin
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沙雅隆起即塔北隆起，位于塔里木盆地北缘，走向北东东；其北邻库车坳陷，南接顺北低隆，西与阿瓦提凹陷以喀拉玉尔滚走滑断裂为界，东邻孔雀河斜坡，东西长约360 km，南北宽约70~100 km，面积约25 200~36 000 km2(图 1)。
图 1 塔里木盆地沙雅隆起构造位置F1.轮台断裂；F2.亚南断裂；F3.轮南断裂；F4.喀拉玉尔滚断裂；F5.羊塔克断裂；F6.英买7断裂Figure 1. Tectonic location of Shaya Uplift, Tarim Basin前人研究[1-3]表明，沙雅隆起断裂活动东西有别：东段主要发育轮台、亚南和轮南等近东西向断裂，活动于加里东期、海西期和印支—喜马拉雅期；西段主要发育喀拉玉尔滚北西向断裂与羊塔克、英买7等近东西向断裂，早、晚古生代逆冲活动强烈。由于东段亚南断裂与轮台断裂的强烈活动，造成其间的雅克拉断凸为沙雅隆起抬升最高的区带，呈近东西走向，面积约4 400 km2[4]。
沙雅隆起主要经历了4期构造演化阶段，即震旦纪—中奥陶世的斜坡阶段、晚奥陶世末—三叠纪的逆冲阶段、侏罗纪—古近纪的反转阶段与新近纪—第四纪的改造阶段[5]。构造变形时间与变形特征不仅存在东、西差异[6]，而且还存在上、下差异：在元古界和古生界中发育逆断层，而在中新生界中发育正断层[7]，表现出负反转构造的特征[8]。
总的来看，前人对于沙雅隆起构造变形的认识，主要是下部逆冲、上部伸展，早期逆冲、晚期伸展。这一认识，既与剖面上主干断层的产状沿走向多变相矛盾，又与平面上基底断层呈“扫帚状”与“叠瓦扇状拖尾”等分布的特征相矛盾。因为，这些都是走滑断裂的特征。
基于三维地震剖面的精细地质解释，结合断层平面成图，本文首次提出沙雅隆起两阶段走滑变形的特征，以期能起到抛砖引玉的作用。
1. 地质背景
前人研究[9-10]表明，塔里木盆地为一稳定的克拉通盆地，内部构造变形很弱，早震旦世普遍处于隆起状态，缺失沉积；晚震旦世进入伸展状态，发育小型断陷；寒武纪至二叠纪，西部和北部发育台地，沉积了巨厚的海相碳酸盐岩，东部发育深盆，接受了更大厚度的海相碎屑岩沉积；期间于中奥陶世末、晚奥陶世早期和晚奥陶世末，由于北侧天山洋的俯冲与消减，发生加里东中期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ幕构造运动[11]。
中—晚志留世，由于南侧阿尔金洋的关闭和阿尔金造山带的隆升，发生加里东晚期运动，塔里木盆地南部抬升，普遍缺失志留系的沉积。至中泥盆世末，西昆仑早古生代火山岛弧与塔里木大陆碰撞，海西早期运动发生，昆仑洋关闭，库地缝合线形成，塔里木西北部发生抬升，地层遭受强烈剥蚀，大面积缺失泥盆系[12-13]。在沙雅隆起及其以北地区由于构造隆升，造成了志留纪晚期和泥盆纪的沉积间断，下石炭统角度不整合于志留系之上。沙雅隆起东部主要为近东西展布的潮坪相与浅海陆棚相，西部主要为滨岸相与三角洲相[14]。
晚泥盆世—石炭纪，塔里木板块处于弱伸展构造环境之中，沉积了一定厚度的石炭系和二叠系，在塔中地区伴随有少量基性岩浆活动。早二叠世晚期—晚二叠世，伊犁地块与塔里木板块碰撞，南天山洋自东向西呈剪刀式闭合，海西晚期运动发生，南天山造山带形成，在塔北地区伴随有中—酸性岩浆活动。同时，塔北地区快速抬升，遭受强烈剥蚀，并一直持续至三叠纪，因而大面积缺失古生界[15]。
侏罗纪以来，受西昆仑造山带的影响[16]，塔里木盆地西部处于相对隆升，沉积缺失，而包括库车在内的塔里木盆地东部则处于大面积沉降，接受沉积，并一直持续至早白垩世。早白垩世末，挤压作用增强，沙雅隆起西部地区处于抬升状态，缺失相应沉积。
古近纪末，印度—西藏板块碰撞发生，南天山复活[17-20]，在山前地带发育前陆盆地，沉积了巨大厚度的新近系。
2. 数据与方法
本次研究，以构造变形最为强烈的雅克拉断凸带为例，该断凸带位于沙雅隆起的中—东部；研究数据主要来源于中国石化西北油田分公司2个三维地震工区(LT3d与KUD3d)的数据体。其中，轮台三维地震工区(LT3d)面积约1 400 km2，库都三维地震工区(KUD3d)面积约3 300 km2(图 1)。数据采样与处理成像精度为100 m×100 m。
上述数据所采用的是中国石化西北油田分公司与中国石油塔里木油田公司的综合地震分层。该分层从钻井出发，做到了纵、横向地震剖面的闭合。
根据钻井资料，研究区地震波的平均速度约为4 000 m/s。因此，从地表面往下1 s处的埋深约为4 000/2=2 000 m。
3. 走滑变形的证据
三维地震剖面分析表明，沙雅隆起走滑变形的证据主要有：(1)在地震剖面上，下部构造层为正花状构造，上部构造层为负花状构造；(2)在断层平面图上，形成上述花状构造的断层呈“扫帚状”与“叠瓦扇状拖尾”分布。
3.1 剖面上的花状构造变形特征
众所周知，走滑变形的一个重要特征是剖面上的花状构造。其中，压扭变形形成正花状构造，张扭变形形成负花状构造[21]。
三维地震分析表明，沙雅隆起的雅克拉断凸带既具有压扭变形特征，也具有张扭变形特征。这是因为，该区深部发育典型的正花状构造，浅部发育典型的负花状构造(图 2, 3)。图 2表明，在轮台三维地震工区，雅克拉断凸带的深部(古生界—前古生界)主要发育轮台南、轮台、雅克拉、亚南和库南等5条断裂，它们倾向南或北，相向倾斜，相背逆冲，整体表现为向上撒开，向下收敛，且直插基底的大型正花状构造特征。断层活动的结果，造成断裂断层上盘的前寒武系直接逆冲于下盘的古生界与中生界三叠系之上。
图 2 塔里木盆地沙雅隆起轮台地区A-A’测线地震剖面剖面位置见图 1。
F1.轮台南断裂；F2.轮台断裂；F3.雅克拉断裂；F4.亚南断裂；F5.库南断裂Figure 2. Seismic profile A-A' of Luntai area, Shaya Uplift, Tarim Basin
图 3 塔里木盆地沙雅隆起库南地区B-B’测线地震剖面剖面位置见图 1。
F1.轮台南断裂；F2.轮台断裂；F3.轮台北①号断裂；F4.轮台北②号断裂；F5.雅克拉断裂；F6.亚南断裂；F7.库南断裂Figure 3. Seismic profile B-B' of Kunan area, Shaya Uplift, Tarim Basin图 2表明，在轮台三维地震工区雅克拉断凸带的浅部(中—新生界)，主要发育轮台、雅克拉和亚南等3条具有伸展性质的主干断裂，并形成了3个半花状构造，一起组成了一个一定规模的负花状构造。该负花状构造主要分布于侏罗系、白垩系和古近系构造层之中，其次分布于新近系吉迪克组之中，再次分布于康村组与库车组之中，表明构造活动逐渐减弱。
与图 2相比，图 3也具有类似的特征。不同的是，图 3所示的库南地区花状构造的断层数量更多，断距更大，因而花状构造的规模也更大。
3.2 平面上断层的分布特征
本区走滑变形的第二个证据是在断层平面图上，形成上述花状构造的断层呈“扫帚状”与“叠瓦扇状拖尾”分布(图 4)。
图 4 塔里木盆地沙雅隆起雅克拉断凸带白垩系底面断层分布平面图位置见图 1。Figure 4. Fault distribution of Cretaceous in Yakela Fault Uplift, Shaya Uplift, Tarim Basin图 4为根据前述三维地震剖面解释好的断层，投影到白垩系底界面编制而成。图 4表明，雅克拉断凸带的断层整体上具有向东收敛、向西撒开的“扫帚状”分布特点；同时，还可见次级断层或分支断层的展布具有“叠瓦扇状”拖尾的现象。
4. 走滑变形的时间
三维地震剖面分析表明，塔里木盆地北缘沙雅隆起经历了两阶段的走滑构造变形：第一阶段为加里东晚期—印支期的压扭构造变形；第二阶段为喜马拉雅期的张扭构造变形。
4.1 第一阶段的压扭构造变形
图 2与图 3表明，沙雅隆起雅克拉构造带侏罗系下伏前寒武系的古老地层，该古老地层向南、北分别逆冲于古生界和中生界三叠系之上，表明三叠纪末的压扭构造变形。同时，图 3可见轮台南断裂在寒武—奥陶—志留系中向南的逆冲特征，以及在上泥盆统—石炭系中轻微的褶皱特征，表明该压扭构造变形向前还可以追溯到海西期与加里东晚期。
4.2 第二阶段的张扭构造变形
图 2与图 3表明，沙雅隆起雅克拉构造带在侏罗系及其以上的中—新生界构造层中发育大量正断层。但是，真正控制沉积的是古近系及其以上构造层，且控制沉积的正断层向上逐渐不发育，这说明第二阶段的张扭构造变形开始于古近纪，进入新近纪后逐渐减弱。
5. 地质意义
众所周知，走滑构造属于基底卷入构造，属于原地的东西，向下往往断达岩石圈。因此，上述雅克拉走滑构造带的厘定，表明塔里木盆地北缘存在断达深部的构造分隔带。由于这一构造分隔带形成于加里东晚期—印支期，因此可以推断在加里东晚期—印支期，塔里木盆地北缘不存在统一的构造—沉积环境，沙雅走滑构造带为一重要的构造—沉积分隔带。
此外，上述分析表明，雅克拉构造带的压扭构造变形始于加里东晚期(志留纪)，自加里东晚期至印支—燕山期一直处于压扭构造变形阶段；而张扭构造变形始于喜马拉雅早期(古近纪)，自喜马拉雅早期—晚期一直处于张扭构造变形阶段。因此，加里东晚期与喜马拉雅早期应该是塔里木盆地北缘非常重要的2个构造变革期。
6. 结论
(1) 塔里木盆地北缘沙雅隆起经历了两阶段的走滑构造变形：第一阶段为加里东晚期—印支期的压扭构造变形；第二阶段为喜马拉雅期的张扭构造变形。
(2) 剖面上，早、晚两期走滑变形造成了沙雅隆起正、负花状构造的上、下叠合，属于叠合花状构造；平面上，这些断层呈“扫帚状”和“叠瓦扇状拖尾”展布。
(3) 塔里木盆地北缘可能不存在统一的构造—沉积环境，沙雅走滑构造带为一重要的构造—沉积分隔带，加里东晚期与喜马拉雅早期是塔里木盆地北缘非常重要的2个构造变革期。
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图 1 塔里木盆地沙雅隆起构造位置
F1.轮台断裂；F2.亚南断裂；F3.轮南断裂；F4.喀拉玉尔滚断裂；F5.羊塔克断裂；F6.英买7断裂
Figure 1. Tectonic location of Shaya Uplift, Tarim Basin
图 2 塔里木盆地沙雅隆起轮台地区A-A’测线地震剖面
剖面位置见图 1。
F1.轮台南断裂；F2.轮台断裂；F3.雅克拉断裂；F4.亚南断裂；F5.库南断裂Figure 2. Seismic profile A-A' of Luntai area, Shaya Uplift, Tarim Basin
图 3 塔里木盆地沙雅隆起库南地区B-B’测线地震剖面
剖面位置见图 1。
F1.轮台南断裂；F2.轮台断裂；F3.轮台北①号断裂；F4.轮台北②号断裂；F5.雅克拉断裂；F6.亚南断裂；F7.库南断裂Figure 3. Seismic profile B-B' of Kunan area, Shaya Uplift, Tarim Basin
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