南天山山前柯坪冲断带变形的几何学、运动学与机制研究

论文摘要

柯坪冲断带位于天山南侧,塔里木盆地西北侧,由一系列近北东东-南西西走向、向南逆冲的冲断片组成。柯坪冲断带作为塔里木盆地周缘唯一一个以寒武系为滑脱层的薄皮冲断带,在新生代天山造山带变形往盆地内部扩展的过程中扮演着极其重要的角色。本文利用柯坪地区及邻区的勘探地震资料与地表露头资料,结合生长地层与低温热年代学数据分析以及沙箱构造物理模拟等手段,从几何学、运动学与变形机制等三个方面对柯坪冲断带的构造变形进行综合研究,探讨柯坪冲断带新生代构造演化模型。论文取得了以下主要成果和认识:厘定了柯坪冲断带西、中、东三段的变形特征。西段具有较深的寒武系滑脱层与较厚的上覆沉积层厚度,并且滑脱层的倾角较小,其最小缩短量为47.3km,最小缩短率为38.0%。中段具有较浅的寒武系滑脱层与较薄的上覆沉积层厚度,并且滑脱层的倾角较小,其最小缩短量为32.5 km,最小缩短率为27.7%。东段的寒武系滑脱层埋深北深南浅,具有明显北倾的特点,上覆层地层厚度北厚南薄,其最小缩短量为42.7km,最小缩短率为34.0%。揭示了柯坪冲断带变形的时间序列。论文根据磷灰石裂变径迹测试结果分析和热史模拟以及生长地层分析,揭示出南天山断裂在23-16 Ma左右开始活动,之后变形往盆地方向传递,到新近纪中晚期变形传递到托克散阿塔能拜勒褶皱带（T4）,在3 Ma左右以来南天山断裂活动加速,导致柯坪冲断带柯坪塔格褶皱带（T1）和奥兹格尔它乌褶皱带（T2）在中晚更新世（1.4-0.04 Ma）左右开始活动。揭示了柯坪冲断带分段性变形的机制。根据柯坪冲断带中段上覆层厚度比西段薄的特点,设计了三组沙箱两侧砂层厚度具有差异的沙箱构造物理模拟实验。沙箱构造物理模拟研究表明柯坪冲断带西段和中段的变形差异主要受到了上覆层厚度差异的影响。在相同缩短量的情况下,上覆层越厚,产生的冲断片数量越少,冲断片之间的间隔越大,变形前锋往前传递的越快越远。此外,由于变形前锋扩展速度受到上覆层厚度影响,因此会在上覆层厚度差异处产生撕裂断层,以此来调节两侧的变形差异。建立了柯坪冲断带新生代构造演化模型。南天山断裂在23-16 Ma左右开始活动,之后变形往奥依布拉克褶皱带（T8）、卡拉布克塞塔格褶皱带（T9）、科克布克三山褶皱带（T7）、皮羌山褶皱带（T6）传递,在新近纪中晚期变形传递至托克散阿塔能拜勒褶皱带（T4）。此时皮羌断裂东西两侧的科克布克三山褶皱带（T7）、托克散阿塔能拜勒褶皱带（T4）和皮羌山褶皱带（T6）是连为一体的。在新近纪末期,与巴楚隆起相关的断裂和不均一的隆起构造开始发育,皮羌-色力布亚断裂作为巴楚隆起的边界断裂,改造了之前形成的科克布克三山褶皱带（T7）、托克散阿塔能拜勒褶皱带（T4）和皮羌山褶皱带（T6）。这期构造同时也造成了柯坪冲断带在东西方向上滑脱层深度与倾角以及上覆层厚度的差异。3 Ma以来南天山断裂活动速率加快,变形又快速往前传递,导致柯坪塔格褶皱带（T1）、奥兹格尔它乌褶皱带（T2）、塔塔埃尔塔格褶皱带（T3）以及衣木干它乌褶皱带（T5）在第四纪发生强烈的冲断活动。由于这期冲断发生在巴楚隆起造成的不均一基底地形之上,根据基底形态特征,柯坪冲断带出现了东、中、西三段的分段性特征。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题的目的与意义
•   1.2 研究现状与存在问题
•   1.3 研究内容与研究思路
•   1.4 完成的主要工作量
•   1.5 创新性认识
• 2 区域地质概况
•   2.1 区域大地构造背景
•     2.1.1 天山造山带
•     2.1.2 柯坪冲断带
•   2.2 地层划分
• 3 柯坪冲断带新生代构造变形特征研究
•   3.1 柯坪冲断带平面结构与空间展布
•   3.2 柯坪冲断带剖面结构分析
•   3.3 柯坪冲断带剖面平衡恢复
•   3.4 变形空间差异性分析
• 4 柯坪冲断带新生代构造变形时间研究
•   4.1 裂变径迹低温热年代学分析
•     4.1.1 裂变径迹低温热年代学
•       4.1.1.1 磷灰石裂变径迹定年原理
•       4.1.1.2 磷灰石裂变径迹年龄计算
•       4.1.1.3 磷灰石裂变径迹退火行为
•     4.1.2 样品采集及测试
•     4.1.3 磷灰石裂变径迹测试结果
•     4.1.4 磷灰石裂变径迹热史模拟
•       4.1.4.1 南天山断裂上盘
•       4.1.4.2 奥兹格尔它乌褶皱带（T2）西侧
•       4.1.4.3 柯坪塔格褶皱带（T1）西侧
•     4.1.5 热史模拟结果讨论
•   4.2 生长地层研究
•     4.2.1 生长地层方法简介
•     4.2.2 柯坪冲断带生长地层结构特征分析
•     4.2.3 柯坪冲断带生长地层发育机制探讨
•     4.2.4 生长地层对变形时间的约束
• 5 柯坪冲断带新生代构造变形机制研究
•   5.1 物理模拟方法简介
•   5.2 实验模型设计
•     5.2.1 实验目的
•     5.2.2 地质模型
•     5.2.3 实验模型
•       5.2.3.1 实验材料
•       5.2.3.2 模型设计
•       5.2.3.3 相似性分析
•   5.3 实验结果
•     5.3.1 实验1（东西两侧上覆层厚度差异为1cm）
•     5.3.2 实验2（东西两侧上覆层厚度差异为2cm）
•     5.3.3 实验3（东西两侧上覆层厚度差异为3cm）
•   5.4 实验结果分析与讨论
•     5.4.1 上覆层厚度对冲断带变形传播的影响
•       5.4.1.1 理论预测
•       5.4.1.2 实验中的变形前锋传播规律
•     5.4.2 上覆层厚度对逆冲断层间距的影响
•     5.4.3 实验对柯坪冲断带变形机制的启示作用
• 6 讨论
•   6.1 巴楚隆起对柯坪冲断带的影响
•   6.2 柯坪冲断带新生代构造演化
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张耀

导师: 陈汉林

关键词: 柯坪冲断带,几何学,运动学,热年代学,构造物理模拟,构造演化

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 浙江大学

分类号: P542

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000617

总页数: 139

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