帕米尔东缘山前晚新生代构造变形时空发育特征及其对帕米尔弧形构造带扩展的启示

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对于帕米尔弧形构造带往北扩展的机制一直存在众多争议。不同学者提出了较多解释模型,主要可分为走滑模型、径向逆冲模型、复合模型、撕裂断层模型这四种模型。但前人给出的解释几乎都是单一的端元模型,不能较好匹配帕米尔弧形构造带晚新生代的活动特征,存在一定的局限性。因此,帕米尔弧形构造带往北扩展的过程与方式究竟是怎样的?其扩展是受单一因素控制还是受多种因素控制?这些因素是如何影响帕米尔弧形构造带的扩展过程?这些问题值得探究。帕米尔弧形构造带向北扩展过程中对周边盆地内部的构造变形和沉积都产生了重要的响应。例如,在帕米尔东缘山前形成了复杂的褶皱冲断带和巨厚的新生代沉积。反之,这些新生代构造变形和沉积则记录了帕米尔弧形构造带扩展过程。开展帕米尔东缘山前褶皱冲断带构造变形的时空发育特征研究,分析山前褶皱冲断带的变形速率的变化规律,有助于揭示帕米尔弧形构造带的扩展过程与方式。本论文以帕米尔东缘山前为研究对象,基于Zheng et al.(2015)与Wei et al.(2018)在塔西南地区磁性地层年代最新研究成果,建立全新的地震地层年龄对比框架再结合野外地质调查资料、钻井资料、测井资料以及地震资料,对帕米尔东缘山前褶皱冲断带的地震反射剖面资料展开了精细解释,揭示褶皱冲断带变形的几何学特征。通过识别与追踪地震剖面中生长地层发育,结合地震地层年龄对比框架,获得山前褶皱冲断带变形时间的空间变化。在此基础上,再利用2D MOVE构造恢复软件对帕米尔东缘山前的褶皱冲断带进行平衡恢复,恢复出各个构造段的变形过程,从而建立起帕米尔东缘山前褶皱冲断带晚新生代构造变形的时空发育特征,厘定不同变形阶段变形速率的变化。结合帕米尔地区的古地磁、公格伸展系统的数值模拟、热年代学等研究资料,探讨了帕米尔弧形构造带扩展的方式与控制因素。取得如下主要认识:(1)帕米尔东缘山前构造晚新生代变形呈现分段性的特征。在走向上可分为乌泊尔构造段、七美干-英吉沙构造段、棋北-柯克亚构造段。乌泊尔构造段以浅层发育背驮盆地、深层发育基底卷入断层形成的堆垛构造为特征。七美干-英吉沙构造段以发育构造楔为特征:山前发育的构造楔是由一系列基底逆冲断层和古近系顶板反冲断层以及二者之间所夹持的逆冲断片组成,这些逆冲断片的不断堆垛造成了新生代地层呈现出大的单斜;盆地内发育的背斜是由深部断层产生的分支断层沿下滑脱面往盆地滑移,然后沿上滑脱面将变形往山前反冲形成。棋北-柯克亚构造段中的棋北段以发育构造楔为特征,而柯克亚段则以山前发育高角度逆冲推覆构造与花状构造,盆地内发育薄皮滑脱构造为特征。(2)帕米尔东缘山前褶皱冲断带变形总体上表现出阶段性。~15-13Ma,帕米尔东缘南边山前的第一排构造-甫沙背斜与达木斯背斜开始启动发育;~11.5-8Ma,帕米尔东缘山前的第二排构造开始发育,发育了柯克亚背斜、七美干背斜、苏盖特背斜、乌泊尔背驮盆地;~5.7-3.5Ma,帕米尔东缘山前的第三排构造-棋北背斜与固满背斜开始启动发育;~2.5-1.0Ma,帕米尔东缘山前构造变形前锋带开始发育,发育了捷得背斜、英吉沙背斜、阿克陶背斜、目什背斜与明遥路背斜。(3)帕米尔东缘山前褶皱冲断带的变形速率在空间上和时间上表现出迁移性。在空间上,山前褶皱冲断带的各排构造的变形速率整体上表现出由SE往NW呈增大的趋势,而每排构造由山前构造往盆地内部构造变形速率呈现出减小的趋势。在时间上,约11-8Ma,山前第二排褶皱冲断带苏盖特-七美干背斜的变形速率发生陡增,达到了4.4-5.8km/Ma,且该排NW段变形速率大,NE段变形速率小。约2.5Ma,位于第二排褶皱冲断带苏盖特-七美干背斜以东的前锋变形带中英吉沙背斜、阿克陶背斜的变形速率也发生陡增,比前锋变形带中其余背斜的变形速率大得多,达到了2.5-3km/Ma。(4)帕米尔东缘山前11-8Ma和2.5Ma-现今两次变形加速可能与公格尔伸展系统的启动与后期的快速伸展有关,两者之间存在着时空的关联性。在时间上,公格尔伸展系统启动于10-5Ma,在2.5Ma加速伸展。而帕米尔东缘山前第二排褶皱冲断带形成于11-8Ma,在2.5Ma山前构造变形前锋带也加速变形;在空间上,公格尔伸展系统启动时的变形速率为4-5km/Ma,且北段伸展速率大,南段伸展速率小,加速伸展时北段伸展速率大。而山前第二排褶皱冲断带形成时的变形速率也为4.4-5.8km/Ma,且NW段变形速率大,NS段变形速率小,山前构造变形前锋带加速变形时也是NW段变形速率大。(5)帕米尔弧形构造带晚新生代以来的往北扩展过程可以划分为两个阶段,并受多种因素控制。约15-5Ma,东缘受喀什叶城走滑系统的右旋走滑控制背景下,帕米尔东北部公格尔伸展系统在10-5Ma开始形成,由于构造带的伸展垮塌对山前地区产生了挤压作用,导致山前第二排褶皱冲断带变形速率陡增;5Ma以来,弧形构造带总体向北扩展的背景下,公格尔伸展系统在约2.5Ma开始快速伸展,下盘北段重力垮塌对山前地区产生的挤压作用增强,导致山前构造变形前锋带中英吉沙背斜与阿克陶背斜的变形速率陡增。
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