高志勇，馮佳睿，李小陪，趙雪松，郭美麗，梅加洛

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)研究中心，北京100083;2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京100083;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，湖北武漢430074)

針對(duì)前陸盆地動(dòng)力學(xué)機(jī)制分析的研究成果［1－9］，前人多是從整個(gè)前陸盆地的角度對(duì)構(gòu)造－沉積演化開(kāi)展研究，如C.Beaumont and G.Quinlan等運(yùn)用彈性或粘彈性流變模型，模擬了前陸盆地?cái)D壓撓曲沉降過(guò)程［2－3］。劉少峰認(rèn)為前陸盆地形成的主控因素為逆沖帶的構(gòu)造負(fù)荷、盆地沉積物負(fù)荷以及在造山過(guò)程中形成的地殼內(nèi)部水平擠壓力［4－6］。3種構(gòu)造力同時(shí)作用于地殼，導(dǎo)致地殼在克服地幔均衡反力作用的同時(shí)發(fā)生撓曲沉降。張明山等認(rèn)為構(gòu)造逆沖強(qiáng)烈時(shí)，沖斷楔位移增強(qiáng)，盆地坳陷加深，沉積補(bǔ)償不足;相反，沖斷楔位移減弱時(shí)，盆地內(nèi)沉積過(guò)剩，以淺水相為主［7］。王家豪等認(rèn)為庫(kù)車(chē)前陸盆地白堊系具有逆沖構(gòu)造活動(dòng)期、寧?kù)o期的兩期基底變形特征，下白堊統(tǒng)兩個(gè)粗—細(xì)—粗沉積旋回分別為逆沖構(gòu)造活動(dòng)期、寧?kù)o期的盆地充填記錄，兩個(gè)旋回底部的礫質(zhì)粗碎屑分別為逆沖活動(dòng)開(kāi)始、逆沖活動(dòng)停滯的沉積響應(yīng)［8］。顧家裕等認(rèn)為前陸盆地沖斷作用期粗粒沉積物的疊加可形成連續(xù)的裙邊狀沉積體，沖斷作用松懈期發(fā)育的煤系地層及泥質(zhì)巖可形成良好的烴源巖［9］。前人普遍認(rèn)為我國(guó)陸相前陸盆地具有粗?！?xì)?！至５某练e充填序列，且構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劃分為活動(dòng)期與寧?kù)o期兩個(gè)階段。但是，基于“擠壓撓曲沉降”是前陸盆地形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，使不同學(xué)者出現(xiàn)了:①構(gòu)造活動(dòng)期粗粒沉積，寧?kù)o期細(xì)粒沉積;②構(gòu)造活動(dòng)期粗－細(xì)粒沉積，寧?kù)o期粗粒沉積的認(rèn)識(shí)分歧。其原因可能還是對(duì)前陸沖斷帶構(gòu)造逆沖作用本質(zhì)及作用效果認(rèn)識(shí)不清，沉積砂體對(duì)構(gòu)造逆沖作用響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及力學(xué)原理分析不夠精細(xì)。因此，筆者通過(guò)對(duì)中西部前陸盆地沖斷帶垂直隆升高度與水平擠壓縮短的分析，認(rèn)為發(fā)育于前陸沖斷帶的構(gòu)造逆沖作用是一種綜合作用，垂直方向的隆升力和水平方向的前展力聯(lián)合作用控制了沖斷帶的砂泥巖沉積充填序列。

1 前陸沖斷帶沉積動(dòng)力學(xué)機(jī)制

1.1 構(gòu)造逆沖作用的力學(xué)性質(zhì)

圖1 準(zhǔn)噶爾南緣與庫(kù)車(chē)前陸盆地沖斷帶構(gòu)造樣式與構(gòu)造逆沖作用力關(guān)系Fig.1 Relationship of structural patterns to thrusting forces in thrust belts in the south margin of Junggar Basin and Kuqa foreland basins

發(fā)育在我國(guó)中西部前陸盆地沖斷帶的構(gòu)造樣式多種多樣［10－15］，雖然不同盆地的沖斷帶垂直隆升高度與水平擠壓縮短距離有顯著差異(圖1)，但是，若將現(xiàn)今每個(gè)前陸沖斷帶的構(gòu)造樣式由繁化簡(jiǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)沖斷帶既存在垂直位移變化又存在水平位移變化，且極少存在只發(fā)育單一的垂直隆升或者水平前展的獨(dú)特構(gòu)造樣式。因此，筆者認(rèn)為前陸沖斷帶的構(gòu)造樣式具有統(tǒng)一規(guī)律，是板塊碰撞機(jī)制下地殼應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化所產(chǎn)生的構(gòu)造逆沖作用力造成的結(jié)果，即沖斷帶垂直隆升高度差異是構(gòu)造逆沖力中垂直隆升力不同的體現(xiàn)，水平擠壓縮短距離的差異是構(gòu)造逆沖力中水平前展力不同的作用結(jié)果。推測(cè)構(gòu)造逆沖作用力是板塊碰撞后，地殼應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)部的水平擠壓力［4－6，16］向上地殼及地表釋放過(guò)程中產(chǎn)生的矢量合力，這種矢量合力分別由垂直方向的隆升力和水平方向的前展力組成。如圖1中A－A'剖面圖所示，準(zhǔn)南前陸盆地西段沖斷帶垂直隆升高程較大，說(shuō)明是構(gòu)造隆升力做了主要貢獻(xiàn)。圖1中B－B'剖面圖所示準(zhǔn)南中段沖斷帶隆升高程相對(duì)低，而主要體現(xiàn)前展形式的構(gòu)造樣式，說(shuō)明該區(qū)域的構(gòu)造逆沖力以水平前展力為主，垂直隆升力為輔。圖1中C－C'剖面圖所示是庫(kù)車(chē)前陸盆地沖斷帶中段隆升高程較大，同樣表明是構(gòu)造隆升力做了主要貢獻(xiàn)?？梢哉f(shuō)，構(gòu)造逆沖作用力在不同的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)不同的作用方式既控制了前陸沖斷帶的構(gòu)造樣式，又是前陸沖斷帶沉積砂體充填響應(yīng)的關(guān)鍵。

1.2 垂直隆升力與水平前展力存在的證據(jù)與效果

前人對(duì)前陸盆地造山帶隆升、沖斷帶構(gòu)造樣式及斷裂特征分析取得的大量的研究成果，為構(gòu)造逆沖作用力的存在提供了有力證據(jù)，①垂直隆升作用:王清晨等對(duì)庫(kù)車(chē)盆地與天山邊界的新近紀(jì)斷層活動(dòng)性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)的研究后認(rèn)為，盆山邊界的總體應(yīng)力狀態(tài)以伸展為主，局部疊加了走滑斷層的影響，天山基底存在垂向隆升作用，山前高角度正斷層和逆斷層并存是天山基底垂向隆升的結(jié)果［17］;許志琴等通過(guò)大陸俯沖作用與青藏高原周緣造山帶崛起關(guān)系的研究后認(rèn)為，青藏高原周?chē)焐綆е泄爬献冑|(zhì)體是以垂向擠出方式上隆的，其是垂向擠出作用產(chǎn)物［18］;②水平前展作用:漆家福等對(duì)庫(kù)車(chē)坳陷克拉蘇構(gòu)造帶的結(jié)構(gòu)模型及其形成機(jī)制研究后，認(rèn)為天山的擠壓隆升作用使山前地帶在水平擠壓作用的基礎(chǔ)上疊加了垂直向上的剪切作用，致使盆山過(guò)渡帶發(fā)生撓曲變形［19］;張銳等定量分析了準(zhǔn)南獨(dú)山子背斜和安集海背斜的構(gòu)造幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，認(rèn)為在水平擠壓作用下，獨(dú)山子背斜和安集海背斜的最小縮短量分別為4 340和1 240 m，縮短率分別為15.74%和7.2%［20］;方世虎等通過(guò)中、新生代天山及其兩側(cè)盆地性質(zhì)與演化研究，認(rèn)為天山地區(qū)的地殼水平縮短速率具有由西向東逐漸減小的特征，喀什以西的天山水平縮短速率約為20 mm/a，喀什以東為13 mm/a左右，庫(kù)車(chē)一帶約為7 mm/a，至庫(kù)爾勒一帶減少為2 mm/a［21］?？傊?，由上述研究成果表明，前陸沖斷帶具有明顯的垂向隆升和水平擴(kuò)展的特征，構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的構(gòu)造逆沖型斷層可形成垂直向運(yùn)動(dòng)位移量，致使沖斷帶山體垂向隆升、盆地沉降;走滑型斷層可形成較大的水平滑動(dòng)位移量，致使沖斷帶山體水平前移。以上的兩種沖斷帶山體表現(xiàn)形式，對(duì)山前盆地內(nèi)沉積物充填具有重要控制作用。

1.3 構(gòu)造逆沖作用的動(dòng)力來(lái)源

沖斷帶的褶皺與斷裂作用的發(fā)生究其根源還是板塊碰撞機(jī)制下地殼應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化所產(chǎn)生的構(gòu)造逆沖作用力造成的。天山南北的庫(kù)車(chē)前陸盆地與準(zhǔn)南前陸盆地自白堊紀(jì)之后發(fā)生的構(gòu)造逆沖作用嚴(yán)格受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響。賈承造等提出喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)分為早、中、晚3期，分別對(duì)應(yīng)于始新世晚期、古近紀(jì)與新近紀(jì)之間、新近紀(jì)與第四紀(jì)之間的構(gòu)造活動(dòng)［10］。早喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)發(fā)生始新世晚期距今40～50 Ma，此時(shí)印度板塊和歐亞大陸全面碰撞接觸，我國(guó)西部普遍發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，造成普遍的不整合接觸關(guān)系，即庫(kù)車(chē)前陸盆地古近系庫(kù)姆格列木群底部與準(zhǔn)南古近系的紫泥泉子組底部的不整合(圖2，圖3)。中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)發(fā)生在古近紀(jì)與新近紀(jì)之間，這次地殼運(yùn)動(dòng)在整個(gè)喜馬拉雅期中最為強(qiáng)烈，界線對(duì)應(yīng)于中新統(tǒng)底部的不整合面(圖2，圖3)。晚喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)發(fā)生在新近紀(jì)末期，即新近系與第四系之間，這時(shí)印度板塊向歐亞板塊快速楔入，天山和昆侖山產(chǎn)生強(qiáng)烈擠壓縮短、大幅度隆升并分別向庫(kù)車(chē)盆地和準(zhǔn)噶爾盆地逆沖推覆。

2 沉積砂體對(duì)構(gòu)造逆沖作用響應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

2.1 垂直隆升作用形成垂向運(yùn)動(dòng)位移量，產(chǎn)生可容納空間

楊曉平等［22］對(duì)南天山博古孜河流階地研究后認(rèn)為，河流地貌和沉積特征對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有很敏感的響應(yīng)，博古孜河流階地在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生快速的河流下切應(yīng)與構(gòu)造隆升有關(guān)。同時(shí)指出，2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)生在龍門(mén)山逆沖斷裂上，在其主發(fā)震斷裂映秀－北川斷裂上形成長(zhǎng)達(dá)240 km的地震破裂帶，最大垂直位移達(dá)6.2 m;灌縣－江油斷裂也同時(shí)發(fā)生破裂，形成長(zhǎng)約70 km的地震破裂帶，最大垂直位移達(dá)3.5 m，龍門(mén)山的同震抬升高度至少應(yīng)為9.5 m。李海兵等也認(rèn)為汶川地震普遍產(chǎn)生了龍門(mén)山的隆升，映秀鎮(zhèn)地區(qū)地震后地形變形測(cè)量獲得四級(jí)階地面的垂直累計(jì)位錯(cuò)為42 m［23］。前陸盆地中生長(zhǎng)地層的存在充分證明了垂直隆升作用可使山體抬升、盆地沉降。圖4為南天山庫(kù)車(chē)前陸盆地經(jīng)過(guò)迪那地區(qū)的地震剖面［24］，新近系吉迪克組與康村組內(nèi)地層超覆現(xiàn)象明顯，表明隨著南天山在新近紀(jì)以來(lái)的山體快速隆升，導(dǎo)致庫(kù)車(chē)拗陷沉降加快，天山山前帶湖平面相對(duì)上升，水體加深，沉積可容納空間增大。沉積物源流出山口后直接進(jìn)入湖盆區(qū)，堆積在古近系沉積的扇三角洲沉積體之上，形成全部沒(méi)于水下的扇形砂礫巖體與湖相泥巖沉積。以上資料充分表明前陸沖斷帶山體具有明顯的垂向隆升、盆地沉降并提供沉積場(chǎng)所的特點(diǎn)。

圖2 庫(kù)車(chē)前陸盆地古近紀(jì)—新近紀(jì)構(gòu)造逆沖作用力下沉積砂體充填響應(yīng)綜合柱狀圖Fig.2 Column of sedimentary facies response to thrusting forces in the Paleogene-Neogene in the Kuqa foreland basin

2.2 水平前展作用形成水平滑動(dòng)位移量，使山體前移、物源前進(jìn)

徐紀(jì)人等認(rèn)為自2000年以來(lái)，昆侖山發(fā)生多次以走滑運(yùn)動(dòng)為主的大地震，其最大水平位移可達(dá)6.6 m以上，汶川地震最大水平滑動(dòng)位移可達(dá)6.7 m［25］。史興民等對(duì)新疆瑪納斯河山前地貌對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)研究后認(rèn)為，天山北麓隨著天山主體不斷抬升，持續(xù)地由南向北推擠，使山麓范圍不斷地向盆地方向擴(kuò)張［26］。同時(shí)，在山前依次形成了3排褶皺低山丘陵和第四排正在發(fā)育的西湖隆起，沖積扇也在歷次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中不斷向北推進(jìn)，呈串珠狀發(fā)育。張銳等對(duì)天山北緣河流的變遷進(jìn)行了研究，由于受第四紀(jì)構(gòu)造隆起的影響，北天山金鉤河和安集海河道向東的遷移與獨(dú)山子背斜的隆升幅度明顯大于安集海背斜有關(guān)［20］。由此表明，沖斷帶山體受構(gòu)造擠壓作用的影響，水平前展作用可形成水平滑動(dòng)位移量，從而使山體發(fā)生前移，導(dǎo)致物源前進(jìn)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣古近紀(jì)—新近紀(jì)構(gòu)造逆沖作用力下沉積砂體充填響應(yīng)綜合柱狀圖Fig.3 Column of sedimentary facies response to thrusting forces during the Paleogene-Neogene on the south margin of the Junggar foreland basin

3 沉積砂體對(duì)構(gòu)造逆沖作用響應(yīng)過(guò)程分析

3.1 構(gòu)造沉降史與礫巖沉積的關(guān)系

天山南北庫(kù)車(chē)與準(zhǔn)南前陸盆地的構(gòu)造沉降史及水平縮短量前人已開(kāi)展了較詳細(xì)的研究［27－31］，表明在古近紀(jì)—新近紀(jì)的前陸盆地演化階段，巨厚礫巖段的沉積、盆地沉降中心的遷移與大規(guī)模構(gòu)造沉降的發(fā)生具有緊密關(guān)系。如圖5a所示，三疊紀(jì)庫(kù)車(chē)前陸盆地演化階段，盆地的沉降范圍較小，沉降中心在現(xiàn)今南天山山前及其以北位置，沉降速率中等，平均為60 m/Ma;在侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)伸展盆地演化階段，沉降范圍明顯增大，沉降中心在不斷南移的同時(shí)還不斷西遷。盆地沉降的幅度較小，沉降速率較低，平均僅 25 ～30 m/Ma［27］;距今 65 Ma 的古近紀(jì)初期，沉降中心進(jìn)一步南移、東遷至現(xiàn)在的拜城凹陷和陽(yáng)霞凹陷，沉降幅度較大，沉降速率較高，平均達(dá)133.3～200.0 m/Ma，此時(shí)巨厚的古近系庫(kù)姆格列木組底礫巖段開(kāi)始沉積。至上新世庫(kù)車(chē)組沉積時(shí)期，構(gòu)造沉降幅度更大，沉降速率達(dá)到了1 428 m/Ma，庫(kù)車(chē)組沉積巨厚礫巖。同時(shí)，張明山等通過(guò)平衡剖面分析，認(rèn)為自古近紀(jì)以來(lái)，庫(kù)車(chē)前陸盆地東部總縮短率在10.2% ～16.6%，西部滑脫面以上為5% ～10%，滑脫面以下為36.8% ～43.4%［7］。5.2 Ma以來(lái)，縮短量最大達(dá)4 km左右，表明南天山山體與沉積物源均水平前移4 km左右。

圖4 庫(kù)車(chē)前陸盆地古近系—新近系地震剖面(圖據(jù)文獻(xiàn)［24］，有修改)Fig.4 Seismic profile of the Paleogene-Neogene in the Kuqa foreland basin［24］

圖5 天山南北前陸盆地構(gòu)造沉降史與巨厚礫巖沉積時(shí)間關(guān)系Fig.5 Relationship between subsidence history and timing of conglomerate sedimentation in the foreland basins in southern and northern Tianshan

準(zhǔn)南前陸盆地中、新生代以來(lái)的構(gòu)造沉降同樣具有階段性變化［31］:如圖5b所示，晚三疊世—侏羅紀(jì)構(gòu)造沉降曲線段有較明顯的陡傾段，曲線斜率大，沉降速率平均為27.8 m/Ma，反映該時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)劇烈，這與該時(shí)期的印支－燕山運(yùn)動(dòng)作用有關(guān)。白堊紀(jì)—古近紀(jì)階段構(gòu)造沉降曲線段較平緩、斜率小，反映構(gòu)造負(fù)荷的減少及山系的夷平過(guò)程，沉降速率為13.7 m/Ma，構(gòu)造活動(dòng)較弱。古近系紫泥泉子組底部發(fā)育巨厚的礫巖沉積，表明構(gòu)造活動(dòng)在古近紀(jì)又開(kāi)始發(fā)生。新近紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造沉降曲線為明顯的陡傾段，有顯著的上凸形態(tài)，反映此時(shí)盆地南緣構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈和快速沉積的地質(zhì)環(huán)境，沉降速率平均為83.2 m/Ma，成為中新生代以來(lái)沉降最為快速的一個(gè)階段。此時(shí)期，新近系下部的沙灣組與上部的獨(dú)山子組均有大規(guī)模的礫巖沉積出現(xiàn)。

3.2 沉積砂體對(duì)構(gòu)造逆沖作用的響應(yīng)過(guò)程

圖6 前陸沖斷帶沉積砂體對(duì)構(gòu)造逆沖作用響應(yīng)過(guò)程模式Fig.6 Model of sedimentary process response to thrusting in the Paleogene-Neogene thrust belts

表1 準(zhǔn)噶爾南緣古近紀(jì)—新近紀(jì)構(gòu)造逆沖作用力與沉積時(shí)間Table 1 Timing of sedimentation and thrusting forces during the Paleogene-Neogene on the south margin of theJunggar foreland basin

縱觀天山南北準(zhǔn)噶爾南緣與庫(kù)車(chē)前陸盆地［32－34］，古近系至新近系沉積地層的巖性表現(xiàn)為3套粗粒夾2套細(xì)粒的沉積序列(圖2，圖3)。此5套砂泥巖沉積對(duì)構(gòu)造逆沖作用響應(yīng)的過(guò)程分析如下(圖6):①古近系底部砂礫巖(圖3)，在準(zhǔn)噶爾南緣霍爾果斯剖面、瑪納斯河西岸及齊古背斜等多個(gè)剖面中均見(jiàn)白堊系與古近系之間的不整合，不整合面之上的古近系紫泥泉子組主要發(fā)育紅褐色、灰褐色細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖、砂礫巖的扇三角洲砂體。紫泥泉子組扇三角洲砂體是在白堊紀(jì)北天山隆升基礎(chǔ)上［32］，構(gòu)造逆沖作用力中水平前展力與垂直隆升力聯(lián)合作用的結(jié)果，也是早喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)構(gòu)造逆沖推覆的標(biāo)志;②古近系細(xì)粒沉積序列，圖3中古近系安集海河組明顯發(fā)育湖相泥巖沉積，巖性主要為灰綠色、深灰色泥巖、灰色粉砂質(zhì)泥巖夾淺灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。安集海河組湖相泥巖超覆沉積于紫泥泉子組砂礫巖之上，其沉積動(dòng)力學(xué)機(jī)制為當(dāng)安集海河組沉積時(shí)，隨著水平前展力的逐漸減弱，構(gòu)造逆沖作用仍在發(fā)生，且演變?yōu)榇怪甭∩Φ闹饾u增強(qiáng)，從而導(dǎo)致山體以垂直隆升為主，山前沉降作用加強(qiáng)，由于垂直隆升力作用增強(qiáng)，逆沖體的重力加載引起快速撓曲沉降，導(dǎo)致區(qū)域性的水進(jìn)，進(jìn)而在早期粗粒沉積之上出現(xiàn)區(qū)域性的半深湖－深湖相細(xì)粒沉積物。隨后，由于垂直隆升力作用減弱，水平前展力逐漸增強(qiáng)，致使逆沖造山作用降低，盆地底部發(fā)生粘彈性流變回彈，湖平面下降，山體遭受剝蝕，粗碎屑砂體向前推進(jìn)到前淵帶，從而出現(xiàn)安集海河組頂部較粗粒沉積的出現(xiàn)，并呈反旋回特征(圖3);③新近系底部礫質(zhì)粗碎屑沉積體，如圖3所示在中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)發(fā)育早期，北天山在中新世出現(xiàn)明顯的抬升，從距今約25 Ma開(kāi)始，構(gòu)造逆沖作用主要表現(xiàn)為水平前展力。新近紀(jì)沙灣組巖性主要為褐紅色泥巖夾褐灰色含礫細(xì)砂巖、灰色礫狀砂巖［32］。砂礫質(zhì)扇三角洲砂體是由前展力推動(dòng)山體水平方向前移，物源前進(jìn)，砂礫巖快速進(jìn)積并超覆于安集海河組湖相泥巖之上，同時(shí)沙灣組砂礫巖沉積也是中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)逆沖推覆重新活動(dòng)的標(biāo)志;④新近系中部細(xì)粒沉積序列，新近系塔西河組湖相泥巖超覆沉積于沙灣組粗碎屑之上，由于湖平面上升導(dǎo)致了泥巖沉積的出現(xiàn)，而湖平面上升的作用機(jī)制同樣是垂直隆升力的作用結(jié)果，塔西河組下部發(fā)育的以細(xì)粒沉積為主的湖泊－小型扇三角洲沉積。在塔西河組沉積后期，由于巖石圈發(fā)生應(yīng)力松弛以及侵蝕卸載作用，臨近逆沖斷裂處將發(fā)生回彈上升，湖平面下降，此時(shí)物源又轉(zhuǎn)變?yōu)楣┙o充分，山體遭受剝蝕，粗碎屑體系向前推進(jìn)到前淵帶，在先前塔西河組中下部細(xì)粒沉積物之上形成較粗粒的扇三角洲沉積;⑤新近系頂部庫(kù)車(chē)組/獨(dú)山子組底部礫質(zhì)粗碎屑沉積體，發(fā)育在中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)晚期，準(zhǔn)噶爾南緣前陸盆地完全進(jìn)入以水平前展力為主的作用階段，表現(xiàn)為新近系頂部獨(dú)山子組砂礫巖沉積體超覆、削截下伏塔西河組泥巖，并大規(guī)模進(jìn)積，且獨(dú)山子組砂礫巖比沙灣組碎屑粒度更粗、砂體展布規(guī)模更大(圖3)，其是基底回彈抬升后期、水平前展力作用下大量沉積物供給、砂體進(jìn)積的沉積充填產(chǎn)物。

值得注意的是，構(gòu)造逆沖力作用中的垂直隆升力與水平前展力主要作用階段是交替發(fā)生的，且在發(fā)育垂直隆升力時(shí)，也存在水平前展力作用，只是其作用結(jié)果很小而已。同樣，在發(fā)育水平前展力時(shí)，更存在垂直隆升力的影響，同樣是其作用結(jié)果很小罷了。天山南北緣古近系－新近系垂向相序與粒級(jí)變化對(duì)構(gòu)造逆沖作用的響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間見(jiàn)表1。如表1所示準(zhǔn)南前陸盆地古近紀(jì)初始前展期沉積了近28 Ma，首次隆升期安集海河組湖相泥巖沉積了約5 Ma。新近紀(jì)構(gòu)造前展期發(fā)育的沙灣組砂礫巖沉積持續(xù)時(shí)間較短，只有4.7Ma，之上再次隆升期的塔西河組泥巖沉積則持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，將近18 Ma。構(gòu)造逆沖作用末次前展期雖持續(xù)了3 Ma左右，但卻沉積了巨厚的獨(dú)山子組磨拉石建造。由此可知，準(zhǔn)南前陸盆地構(gòu)造逆沖作用中水平前展力作用的時(shí)間逐漸縮短，但活動(dòng)力逐漸增強(qiáng)，沉積砂體充填響應(yīng)特征表現(xiàn)為更大規(guī)模、更粗粒級(jí)碎屑沉積。垂直隆升力作用的時(shí)間由古近紀(jì)至新近紀(jì)逐漸增長(zhǎng)，是山體緩慢隆升、構(gòu)造應(yīng)力緩慢凝聚的過(guò)程，表現(xiàn)為山前沉降逐步增強(qiáng)，湖平面逐步上升，從而廣泛發(fā)育泥巖沉積。

4 結(jié)論

天山南北緣的構(gòu)造逆沖作用力在早喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期具有2期演變，在中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)期存在3期變化，從而造成古近系—新近系的3套砂礫巖夾2套泥巖的沉積充填響應(yīng)。其中3套砂礫巖體主要是構(gòu)造逆沖作用水平前展力作用的結(jié)果，古近紀(jì)—新近紀(jì)構(gòu)造前展力作用時(shí)間逐漸縮短，但作用強(qiáng)度逐漸增大，從而導(dǎo)致了沖斷帶砂礫巖體大規(guī)模進(jìn)積的充填響應(yīng)特征。古近系與新近系的2套泥巖沉積，是構(gòu)造逆沖作用垂直隆升期山體隆升積聚應(yīng)力、山前沉降導(dǎo)致湖平面上升的沉積產(chǎn)物。劉貽軍認(rèn)為在海相前陸盆地中，構(gòu)造期后(構(gòu)造寧?kù)o期)全球海平面變化和沉積物補(bǔ)給主要控制可容空間，這一觀點(diǎn)在海相前陸盆地中是適用的［35］。但是，天山南北緣前陸盆地屬陸相湖盆，受全球海平面變化影響很小，因此前陸盆地中大面積巨厚泥巖沉積的出現(xiàn)是湖平面上升的結(jié)果，而導(dǎo)致湖平面上升的機(jī)制是構(gòu)造逆沖作用的發(fā)生。

由此表明，前陸盆地沖斷帶水平與垂直方向組成的構(gòu)造逆沖作用合力是控制前陸盆地沖斷帶沉積充填的力學(xué)基礎(chǔ)，垂直隆升作用主要產(chǎn)生沉積可容納空間，水平擠壓(前展)作用使山體前移、物源前進(jìn)，盆地邊緣巨厚的砂礫巖沉積是對(duì)水平前展作用的響應(yīng)，大面積的泥巖沉積則主要是對(duì)垂直隆升作用的響應(yīng)，前陸湖盆不同部位沉積巖性有差異。

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