塔里木盆地新生代沉降及天山隆升过程研究

论文摘要

新生代,印度板块与亚洲大陆之间的碰撞引起了亚洲大陆内部广泛的变形,并复活了天山、西昆仑等古老造山带。天山造山带的隆升引起塔里木盆地北侧基底的挠曲沉降,在塔里木盆地北侧形成与天山造山带耦合的前陆盆地。前陆盆地内的沉积层序和沉降历史有效记录了造山带的隆升过程。我们基于对南天山前陆盆地沉降和充填过程的详细解译,限制天山新生代的初始隆升时间,约束塔里木盆地向天山之下的俯冲速率。天山和西昆仑造山带在新生代的快速隆升引起塔里木盆地北部和西南部的挠曲沉降;西昆仑和西南天山之间的走廊不断变窄直至关闭使塔里木盆地成为封闭的内流沉积盆地,在盆地内形成披覆沉积。挠曲沉降和披覆沉积共同形成了新生代塔里木盆地。我们使用弹性有限板模型模拟盆地内的挠曲沉降与披覆沉积过程。我们根据模拟结果分离挠曲沉降与披覆沉积,获得盆地中部挠曲凸起的迁移和盆地南、北两侧地形荷载变化。为解析南天山前陆盆地的构造、地层和沉降历史,我们分析了一条353千米长横跨南天山前陆盆地的近南北向地震反射剖面和剖面旁的四口钻井的数据。地震剖面的解释结果显示盆地内的显生宙沉积层由下往上分为寒武系-志留系构造层、泥盆系-二叠系构造层、三叠系构造层、侏罗系构造层、白垩系构造层、古近系构造层和晚渐新世-第四纪前陆沉积单元。根据磁性地层学的研究结果,前陆沉积单元内最古老的吉迪克组地层从～26 Ma开始沉积。这表明南天山的初始隆升时间不晚于～26 Ma。此外,南天山地形隆升导致的岩石圈挠曲使南天山的前陆地区的构造沉降速率从～26 Ma也开始明显加速。前陆沉积单元内朝前陆方向的反射面终结点的包络线是前陆沉积单元向南上超的地质记录,反映南天山前陆沉积单元在～26.3 Ma至～12 Ma,以1.6±0.1 mm/yr的速度向南上超,而在～12 Ma以后,向南上超的速度加速至14.6±0.1 mm/yr。前陆沉积单元向前陆方向的上超速率可作为俯冲板块和仰冲板块的汇聚速率的上限。在～12 Ma迁移速率的增加反映南天山与塔里木板块的加速汇聚。我们采用有限板模型,以一条北-北东向贯穿盆地的地震剖面为约束,模拟新生代塔里木盆地内的挠曲沉降和披覆沉积。这条地震剖面揭示新生代塔里木盆地沉积地层包括盆地南、北两侧的挠曲坳陷中的沉积和盆地范围的披覆沉积。以此地震剖面为约束,我们通过回剥新生代地层获得了～26 Ma、～13 Ma、～5 Ma和现今的横跨盆地的沉降剖面。我们利用二维弹性有限板的数值模型拟合了这些沉降剖面。模拟显示古近纪以来盆地南、北侧挠曲相互干涉,形成单个中部挠曲凸起。中部挠曲凸起自～26 Ma至今向南迁移了～52 km,揭示盆地南侧高于北侧的荷载差值自～26 Ma以来不断减小。根据模拟结果,我们分离了～26 Ma以来的挠曲沉降与披覆沉积。披覆沉积的厚度从～26 Ma的230±30 m增加到现今的1910±200 m,至少占剖面内新生代地层的～30%。通过矫正披覆沉积的沉积物荷载,盆地的沉积基准面自古近纪以来至少抬升了 356±80 m。基于对南天山和西昆仑前陆沉积层序的精确解析结果,限制了塔里木板块向天山和西昆仑之下的俯冲速率。我们依据俯冲速率推算出塔里木盆地在～26 Ma、～13 Ma和～5 Ma的南北向宽度。采用这一不断减小的盆地宽度模拟挠曲沉降显示西昆仑和南天山在～26 Ma开始快速隆升,在～13 Ma-～5 Ma地形高度不再增加,从～5 Ma开始再次快速隆升。模拟还显示在塔里木盆地的沉降史模拟中,忽视披覆沉积的影响会导致高估有效弹性厚度和构造荷载。模拟显示的～26 Ma以来塔里木盆地岩石圈有效弹性厚度的增加与盆地地温梯度不断降低的趋势一致。在沉降史模拟中完全忽视塔里木岩石圈的俯冲引起的盆地宽度减小,则会低估地质历史时期塔里木盆地岩石圈的有效弹性厚度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景与研究意义
•   1.2 研究现状与存在的问题
•     1.2.1 新生代天山隆升过程
•     1.2.2 新生代塔里木盆地沉降过程
•     1.2.3 主要问题
•   1.3 研究思路与方法
•   1.4 完成工作量
•   1.5 主要创新点
• 第二章 区域地质构造演化
•   2.1 塔里木盆地
•   2.2 天山造山带
•   2.3 西昆仑造山带
• 第三章 塔里木新生代地层划分和年代限定
•   3.1 塔里木盆地北部
•   3.2 塔里木盆地西南部
• 第四章 基于地震剖面解析的天山新生代隆升证据
•   4.1 剖面内的构造
•   4.2 构造层的划分
•     4.2.1 寒武纪-志留纪构造层
•     4.2.2 泥盆纪-二叠纪构造层
•     4.2.3 三叠纪构造层
•     4.2.4 侏罗纪构造层
•     4.2.5 白垩纪构造层
•     4.2.6 古近纪构造层
•     4.2.7 前陆沉积层
•   4.3 南天山前陆盆地一维沉降史
•     4.3.1 回剥分析
•     4.3.2 回剥结果
•   4.4 南天山前陆盆地的演化
•     4.4.1 中新世之前的演化历史
•     4.4.2 新生代前陆沉积层对天山隆升的启示
•   4.5 本章小结
• 第五章 塔里木盆地新生代沉降史的二维数值模拟
•   5.1 基础数据
•   5.2 有限板模型
•     5.2.1 数值模型
•     5.2.2 模型测试
•   5.3 内流盆地的沉降模拟
•     5.3.1 披覆沉积厚度的计算
•     5.3.2 挠曲沉降的模拟
•   5.4 模拟结果
•     5.4.1 披覆沉积
•     5.4.2 挠曲沉降
•     5.4.3 模拟重建的沉降史
•   5.5 模拟结果讨论
•     5.5.1 有效弹性厚度
•     5.5.2 披覆沉积过程
•     5.5.3 盆地边缘不对称的地形荷载演化
•     5.5.4 盆地宽度减小的模拟反映的天山、西昆仑隆升过程
•   5.6 本章小结
• 第六章 主要结论与认识
• 参考文献
• 致谢
• 附录
•   附录1: 子程序功能与需设定的参数说明
•   附录2: 源程序
• 发表论文情况
• 参加学术会议情况

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李超

导师: 王良书,王胜利

关键词: 塔里木盆地,天山,前陆沉积,地震剖面,数值模拟,挠曲沉降,披覆沉积,西昆仑

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 南京大学

基金: 国家自然科学基金委

分类号: P542;P534.6

DOI: 10.27235/d.cnki.gnjiu.2019.000149

总页数: 136

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