扬子板内大娄山渐变型盆-山结构带多期构造特征及其对板内-板缘构造的响应

邓　宾, 刘树根 覃作鹏, 李智武 罗　超李金玺 李煜伟 苟乔欣

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川 成都 610059; 2.国土资源部构造成矿成藏重点实验室,四川 成都 610059; 3.成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059; 4.中海石油(中国)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院, 天津 300452)

扬子板内大娄山渐变型盆-山结构带多期构造特征及其对板内-板缘构造的响应

邓宾1,2, 刘树根1, 覃作鹏3,4, 李智武1, 罗超1,
李金玺1, 李煜伟3, 苟乔欣1

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川 成都 610059; 2.国土资源部构造成矿成藏重点实验室,四川 成都 610059; 3.成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059; 4.中海石油(中国)有限公司 天津分公司 渤海石油研究院, 天津 300452)

板内多期构造变形与盆-山建造是板缘和/或板内构造动力学的综合体现, 它们与隆升剥蚀和沉积建造等作用过程具有明显的响应与互馈。大娄山渐变型盆-山结构带地处中国扬子板块内部四川盆地南缘, 为特提斯-喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域的交接转换部位, 走向NEE-NE, 长~250 km、宽~80 km, 缺少山前地形地貌陡变带, 具渐变性山-盆地貌; 浅部构造具挤压-坳陷结构, 以隔槽式构造样式为主, 构造变形缩短量约12~20 km。基于水平缩短变形、多期节理构造和古应力反演等揭示大娄山地区晚中生代-新生代发生了四期具不同应力场特征的构造变形事件与盆-山建造过程: 第一期晚侏罗世-早白垩世近E-W向主应力场挤压变形事件; 第二期晚白垩世(~80 Ma)近S-N向主应力场挤压变形事件; 第三期古近纪晚期(40~20 Ma)NE-SW向主应力场挤压变形事件; 第四期晚新生代(10~5 Ma以来)NW-SE向主应力场抬升剥蚀事件。大娄山渐变型盆-山结构带晚中生代-新生代的多期构造事件、中国南方大陆板缘主要板块事件、板内构造与隆升事件具有明显的相关性, 表现为它们之间的沉积建造、构造和岩浆热事件、低温热年代学等具有一致性和同步性特征,共同揭示出区域晚中生代-新生代由滨太平洋构造域向特提斯-喜马拉雅构造域逐渐转换的重要过程。

平行层缩短; 多期节理; 古应力反演; 盆-山结构; 大娄山

卷(Volume)39, 期(Number)6, 总(SUM)149

页(Pages)973~991, 2015, 12(December, 2015)

0　引　言

陆内(或板内)造山不仅详细记录着板内应力演化与应变过程, 也有效反馈板缘变形与应力的远程效应, 同时由于陆内变形过程的复杂性(如: 板块均质性与非均质性、应变集中等), 导致陆内变形与板缘或板内构造作用的互馈机理具有独特魅力(Dayem et al., 2009; Cloetingh et al., 2010; Reece et al., 2013;张国伟等, 2013)。四川盆地地处青藏高原东侧, 位于特提斯-喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域的交接转换部位, 盆地南缘大娄山结构带以长波长、低起伏度地貌特征为主的渐变型山-盆地貌结构(图1)显著区别于Himalaya、Alps 和Andean等盆-山系统线性山-盆地貌特征(Nemcok et al., 2005; Lacombe et al., 2007; Barnes and Ehlers, 2009), 以及四川盆地西部龙门山、东北部米仓山-大巴山线性突变型盆-山结构地貌特征(Clark et al., 2004; 刘树根等, 2011; Liu et al., 2012), 反映出盆地南缘中-新生代独特的陆内(或板内)山-盆地貌形成演化过程(安艳芬等, 2008; Deng et al., 2013; 邓宾等, 2013a)。由于川南地区缺乏大规模逆冲推覆负载挠曲前陆盆地, 岩石地层沉积建造明显区别于典型前陆盆地形成演化(Allen and Allen, 2013), 同时, 其晚期隆升剥蚀作用导致新生代沉积与构造变形载体——地层普遍剥蚀(图1), 这也是我国南方地区普遍特点和特殊性。

20世纪60年代以来(1964年我国第一个大气田——威远震旦系灯影组气田, 探明储量408亿立方米),四川盆地南部及其周缘地区长期是盆地下古生界油气勘探的主要区域。尤其是, 21世纪初以来大娄山及其前缘地区已成为我国南方下古生界海相页岩气(下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组)勘探开发最具代表性和示范性的地区之一(邹才能等, 2010)。截止目前, 页岩气勘探仅在本区取得实质性突破、已有多口下古生界页岩气井钻获工业气流并投入生产(邹才能等, 2010; 郭彤楼和张汉荣, 2014)。因此, 本文基于平行层缩短变形及多期节理等研究, 揭示川南大娄山地区中-新生代多期变形构造及其盆-山结构建造特征, 不仅能为理解四川盆地大型叠合盆地演化动力学(滨太平洋构造域中国南方大陆陆内构造体系或者印-亚大陆碰撞相关的青藏高原向东扩展体系)提供重要的佐证, 还能为川南地区常规油气藏和非常规页岩气研究提供基础地质条件。

1　区域构造背景

扬子板块与华夏板块构建了我国南方大陆, 其北与秦岭造山带相连、西与青藏高原东缘松潘-甘孜褶皱带相接(图1)。自前寒武纪变质结晶基底形成以来, 中上扬子地区普遍经历了离散构造背景下的稳定台地与隆坳镶嵌的构造演化格局, 加里东-海西构造运动导致区域阶段性埋藏-抬升-埋藏等过程(郭正吾等, 1996; 刘树根等, 2011)。印支期后多期构造运动的改造, 形成了构造展布各异、变形程度与期次明显不同的周缘褶皱-冲断带盆-山结构(张国伟等, 2001; Yan et al., 2003; 刘树根等, 2006; Liu et al., 2012)。虽然显生宙经历多次构造变形作用, 但其沉积盖层构造变形微弱-中等, 地层常呈中低角度展布、具多期多向弱构造叠加改造特征, 形成四川盆地南缘典型的渐变型盆-山结构(刘树根等, 2011)。晚三叠世伴随扬子板块西缘由北向南的扩展造山过程, 盆地西南缘发育大规模左旋逆冲推覆构造与典型陆相前陆盆地(Chen et al., 1995; Deng et al., 2012a)。同时受扬子板内雪峰陆内印支-燕山期SE-NW向扩展造山运动影响(Yan et al., 2009; 李三忠等, 2011; 张国伟等, 2013), 四川盆地南缘形成典型的NE向、EW向和近SN向宽缓叠加-复合构造(乐光禹等, 1996; 刘树根等, 2011)。新生代受印度-亚洲大陆碰撞及青藏高原东向扩展生长影响, 盆地西南缘早期构造受晚期叠加变形改造、构造活化(Burchfiel et al., 1995; Wilson et al., 2006; Jia et al., 2006), 区域发生快速隆升、剥露与高原地貌的建造(郭正吾等, 1996; 刘树根等, 2011; 邓宾等, 2013a)。

大娄山位于四川盆地南缘、近东西展布, 为扬子板块西缘特提斯-喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域的交接转换部位(图1)。大娄山缺乏大规模逆冲推覆负载及其相应的挠曲沉降前陆盆地, 盆缘造山带以NE向至SN向侏罗式向、背斜构造变形样式为主, 盆内主要以宽缓构造变形为主、地层近水平或低角度展布。由于受滨太平洋构造域中国南方大陆陆内构造体系NW向扩展构造变形作用(Yan et al., 2003; Li and Li, 2007; Li et al., 2012b)和印度-亚洲大陆碰撞相关的青藏高原向东扩展体系变形作用(乐光禹等, 1996; Li et al., 2012a; Deng et al., 2013)影响, 大娄山地区受控不同深度的滑脱层变形展现出不同的构造变形样式(如: 隔槽式和隔挡式), 区域断裂和节理等破裂构造具有明显的多期性活动特征(邓宾等, 2008; 覃作鹏等, 2013)。

2　大娄山盆-山结构地貌与构造

2.1渐变性山-盆地貌特征

大娄山构造带长~250 km, 宽~80 km, NEE-NE走向, 平均海拔高度在1000~1800 m, 最高峰~2000 m左右, 山前的盆地高程为600~1400 m (图1), 至盆内泸州一带海拔高程逐渐降低至400 m左右; 盆缘造山带与其山前盆地的高差大致相当, 盆山地貌特征总体相似(主要为高山与深切沟谷)、边界不明晰,不存在前陆盆地盆-山系统中的典型山前陡变带,如: 龙门山和喜马拉雅造山带等。因此, 基于大娄山及其前缘盆地山-盆地貌反差极小, 盆山界线不清,缺少山前陡变带, 盆山深部岩石圈结构相似等特征,刘树根等(2011)和邓宾(2013)定义大娄山盆-山系统为渐变型盆-山结构体系。

图1　四川盆地南缘大娄山区域构造特征及其地貌-地质简图Fig.1　Geological map and DEM topography of the Daloushan structure, Southern Sichuan

大娄山西段叙永-大方廊带剖面揭示大娄山平均海拔高程为1300~1800 km, 与盆内~500 m平均海拔高程具有明显的差异, 渐变性盆山过渡带为叙永以南地区、达50 km宽(图1A), 逐渐由盆地南部平原-丘陵地貌过渡为造山带深切沟谷-山区地貌。东段綦江-夜郎-遵义廊带剖面中, 大娄山地区平均海拔高程为1000~1500 km, 盆内平均海拔高程为500~600 m(图1B), 其渐变性盆山过渡带为綦江以南地区、宽~30 km, 可能受廊带剖面走向影响较西段盆山过渡带窄。

2.2渐变型盆-山结构剖面特征

由于大娄山地区不发育大规模冲断推覆体系,盆缘浅部构造具挤压-坳陷结构, 而不存在逆冲负载挠曲形成的前陆盆地及其沉积体系, 其构造动力学主要受控于邻区(盆外)的构造变形和盆内沉积盖层中多层次滑脱作用, 盆缘造山带具有较强的构造变形、盆内变形微弱形成宽缓向、背斜结构。因此,基于1∶20万区域地质图、野外露头详测、钻井岩芯数据(即丁山1井和林1井)和地震剖面解释等绘制两条大致垂直大娄山结构带的主干构造剖面, 即綦江-夜郎构造剖面和叙永-赤水-大方构造剖面(图2、图3)。

叙永-赤水-大方构造剖面位于大娄山西段(图1B, 图2), 其主体构造变形样式以隔槽式向背斜为主, 盆缘强褶皱变形与盆内弱变形具明显对比。盆内宽缓构造变形特征的赤水向斜与盆缘叙永-后山体系衔接, 盆缘地表构造形迹体现出明显的多期变形特征(如: NW向和NEE向展布)。后山和新街断层分别切割叙永-后山带形成紧闭背斜(如: 摩尼背斜)和宽缓向斜(石坎向斜)组成的隔槽式变形带。向南至普宜-大河-赤水地区, 强烈北向挤压变形导致普宜-三坝箱状背斜北向逆冲于大河紧闭向斜之上, 同时大河向斜南东翼地层普遍发生倒转, 倾角70°~80°。普宜-大河-赤水地区强变形特征明显区别于其北部盆地边缘和其南部大溪-飘儿井地区, 体现出盆山结构上典型的分带性, 因此推测其可能为早期盆地边缘, 受盆地向扩展变形或者后期差异抬升剥蚀作用, 现今盆-山地貌边缘北移至叙永-后山地区。

綦江-夜郎-遵义构造剖面(图1A, 图3)位于大娄山东段与南北向南川-遵义构造带复合部位, 其构造复合特征明显, 形成较宽缓的夜郎侏罗系向斜,剖面南部靠近南川-遵义主断裂带附近由于强烈挤压变形地层发生倒转。盆缘强变形与盆内低角度-近水平展布的弱变形地层特征形成明显对比, 体现出盆-山结构的差异性和分带性。四川盆地南缘上白垩统与下伏地层不整合接触共同卷入变形, 形成赤水向斜, 以宽缓变形特征为主。赤水向斜南翼地层倾角~10°、倾向北, 向南与石壕背斜系统相接。丁山1井钻井和地震资料揭示石壕背斜为与北向逆冲断层相关的复背斜构造, 其次级背斜(打通构造)与赤水向斜衔接(图3)。南倾、约40°~60°倾角展布的石壕断裂切割古生界, 形成箱状背斜构造变形样式。向南, 受南川-遵义断裂强烈挤压变形, 导致夜郎南部地区向斜南东翼高角度展布、乃至倒转, 断裂带附近牵引构造揭示断裂带受EW向挤压作用产生强右旋走滑逆冲变形。

平衡剖面恢复已经被广泛应用于造山带研究过程, 根据面积守恒平衡原理和AreaErrorProp平衡剖面软件(Judge and Allmendinger, 2011), 通过校正地层厚度、滑脱层深度、剥蚀的上盘截止点, 作者分别恢复上述两条剖面缩短量和缩短率。綦江-夜郎-遵义构造剖面缩短量为19.4±6.8 km, 缩短率为(16.8± 6.9)%; 叙永-赤水-大方构造剖面缩短量为11.9± 3.7 km, 缩短率为(8.8±3.2)%; 总体体现出缩短量和缩短率大娄山构造带东段向西段逐渐减小的趋势。

3　大娄山地区多期构造变形特征

3.1多期变形构造及其交切关系

大娄山盆-山结构带构造形迹具有明显的多向展布性, 如: NE向、SN向、近EW向和NW向(图1)。大娄山前缘局部地区(即四川盆地南缘)上、下白垩统整合接触共同卷入近EW向和NNW向背、向斜构造, 地层年代性表明盆-山建造期为晚白垩世后。野外研究表明, 多期节理具有明显一致性、普遍发育于古生界至白垩系。为了有效建立大娄山盆-山结构带多期变形应力场特征, 作者开展了野外断层、(共轭)节理、擦痕等破裂变形构造研究, 获得了600多组有效观测数据, 且详细记录了其几何学和运动学特征(如: 正反阶步、交切关系)。值得指出的是, 由于新生代地层普遍缺失, 单独通过节理擦痕等破裂变形构造及其出露地层年龄难以有效回剥揭示多期变形序列(Ratschbacher et al., 2003; Li et al., 2012a), 如: 每个构造地层单元内普遍出露多期节理组(表1~4)。因此, 野外露头研究工作中, 作者尤其注意多期破裂变形构造的交切关系和世代性(图4), 结合平行层缩短变形构造(见后详述)与应力恢复等初步鉴定出大娄山地区多期变形序列。此外,露头出露的擦痕等矢量数据也能为多期变形序列提供一定的甄别参考, 即基于其矢量数据的古应力反演, 单一露头上(具相似运动学特征)多组矢量数据若能够满足某一构造变形事件应力场特征, 则表明它们属于同一事件; 若不能满足则表明它们属于多期变形事件形成。

图4　川南大娄山渐变型盆-山结构带多期节理擦痕交切关系Fig.4　Cross-cutting relationships of the striations on faults showing the temporal relationship of the stress fields

大娄山地区近EW向挤压应力变形构造普遍被晚期不同应力场变形破裂构造所错切, 如: 被晚期NE-SW向挤压应力变形构造(桐梓县夜郎地区, 图4a)、晚期近SN向挤压应力变形构造(綦江县打通镇地区, 图4f)、晚期NW-SE向应力场变形构造(图4e)。同时, 近EW向应力场变形构造普遍被后期褶皱变形相关劈理切割, 或者发生翻转变形等, 尤其是南川-遵义断裂带出露多期叠加变形褶皱, 近EW向挤压变形相关褶皱枢纽普遍受后期构造叠加发生变形形成不同展布特征(覃作鹏等, 2013)。因此, 我们认为近EW向挤压变形为大娄山第一期构造变形事件。进一步基于破裂变形交切关系等, 厘定大娄山地区四期构造变形相关的破裂构造为: 第一期近EW向主应力场挤压变形构造、第二期近SN向主应力场挤压变形构造、第三期NE-SW向挤压变形构造和第四期NW-SE向挤压变形构造。同时在野外露头观察过程中, 发现部分张性破裂变形构造, 基于区域特征等我们推测其为主变形事件晚期或者后期部分应力松弛变形成因或者与晚期抬升剥蚀应力释放相关, 可能对于早期挤压变形有一定的指示作用(邓宾等, 2009), 同时由于野外观测数据有限, 暂未将其纳入所厘定的主要构造变形期次中, 也未对其进行系统应力反演。

3.2平行层缩短变形

大娄山地区新生代沉积和构造变形载体——沉积地层的普遍剥蚀导致对晚中生代-新生代多期构造变形解译存在一定难度。除典型的叠加变形结构外(如: 叠加向背斜、叠加枢纽变形等(张忠义和董树文, 2009; 孙东等, 2011; 邓宾等, 2013b)), 早期平行层缩短变形构造(Layer-parallel shortening structure)为我们甄别缺失地层, 记录地区多期构造变形研究提供了较好的思路和证据(如: Weil and Yonkee, 2012), 尤其是在前陆盆地和盆山结合带(如: Bahroudi and Koyi, 2003; 张忠义和董树文, 2009; Weil and Yonkee, 2012; Viola et al., 2012)。在大娄山地区鉴别出两类早期平行层缩短变形构造: 平面X共轭节理组和平行层缩短挤压变形相关擦痕(图5)。前者由两组高角度-近垂直相交(且垂直于地层层面)X共轭节理组成; 后者则主要为平行于地层层面擦痕, 其线理方向高角度或垂直于地层变形形成的褶皱枢纽, 地层复平校正后其三主应力轴空间分布位置符合Anderson应力模式。它们复平校正后反演得到的主应力场都揭示出地层最早期的(第一期)构造变形翻卷前或者同期(即同构造变形期)主应力场特征(Ahmadhadi et al., 2008; Weil and Yonkee, 2012)。平行层缩短构造主要出露于枢纽近水平或低角度倾伏褶皱翼部, 或者出露于断层断坡前缘(如:石壕地区和南川-遵义断裂带附近), 因此本文地层复平校正方法主要基于地层走向或其褶皱枢纽走向。倾伏褶皱地区平行层缩短构造变形的地层复平校正首先旋转移除褶皱枢纽倾伏角, 随后基于褶皱枢纽走向逐步旋转(部分)复平地层层面。

大娄山盆-山结构带平行层缩短构造反演主应力场与多期节理反演古应力场一致, 共同揭示出四期(同构造)挤压变形应力场特征。第一期近EW向挤压应力场形成的平行层缩短变形构造主要出露于大娄山东段桐梓-习水地区, 如: 南川-遵义断裂带和石壕背斜附近。仁怀沙滩乡北部地区沙滩向斜南翼下三叠统发育大量平行层缩短挤压变形相关擦痕,擦痕面普遍被后期节理错切。基于擦痕组现今展布特征的古应力反演不符合Anderson应力模式和具较大的Cd值(见后详述), 但经地层复平校正后擦痕组古应力场符合Anderson应力模式(Cd值小于30°), 揭示出褶皱变形同期(或略早于同变形期)最大主应力为近EW向(图5a)。局部地区发育第一期近EW向缩短变形形成的平行层擦痕和平面X共轭节理组,如: 綦江大通镇等。此外, 中-高角度倾角的晚三叠世须家河组常常发育平面X共轭节理组, 如: 桐梓县夜郎镇和威信林正村地区(图5b, c), 节理组普遍由于变形相关的地层翻卷发生旋转。平面X共轭节理组地层复平校正后揭示两期最大主应力场方向为近SN向(第二期)和NE-SW向(第三期)的多期挤压构造变形特征, 尤其是第二期近SN向挤压变形平面X共轭节理常被晚期节理组切割。同时, 在大娄山西段盐津-叙永地区出露平面X共轭节理组, 由于地层倾角普遍近水平或低角度(倾角小于10°), 水平缩短变形结构未进行地层复平校正, 但平面X共轭节理组赤平投影反映出较好的集中性、揭示第四期NW-SE向主应力场挤压变形(图5d)。

3.3多期构造变形应力场恢复

大娄山地区多期构造变形应力场反演恢复主要基于野外600余组擦痕等破裂变形数据及其结构序次和世代性。利用擦痕等破裂变形矢量数据反演主应力场原理主要基于Wallace-Bott假设(Wallace, 1951; Bott, 1959), 即断面最大剪切力方向应平行于破裂变形擦痕等线理方向, 且断面中剪切应力(τ)和主应力(σ)应该满足Mohr-Coulomb标准。因此, 大多数古应力场恢复方法都是通过迭代算法计算得到最匹配的应力场矢量, 从而满足计算反演的最大剪切力与野外实际观测得到的滑动矢量之间存在最小的误差(通常为判定误差角, Misfit angle α)。值得指出的, 单一鉴定标准通常难以有效甄别不同分组之间和相同应变过程中局部破裂面分组类型, 因此, 系统评价应力反演计算过程的有效性等级方式受到普遍推荐(Delvaux and Sperner, 2003; Sperner and Zweigel, 2010)。通常三轴主应力比值, 即R=(σ2-σ3)/ (σ1-σ3), 其中σ1, σ2, σ3分别为最大、中间和最小主应力, R为应变形态比率(R>0.5为压扁型, R<0.5为拉长型)。R伴随各组破裂矢量及其判定误差角变化而产生系统变化。

图5　大娄山渐变型盆-山结构带平行层缩短变形构造Fig.5　Layer-parallel shortening structures across the Daloushan area

本文主要采用TENSOR软件(Delvaux and Sperner, 2003)进行破裂变形矢量数据反演多期主应力场。它主要基于旋转优化迭代算法(rotational optimization)计算最匹配应力场矢量, 即通过逐步旋转计算得到的剪切矢量最终达到与野外实际观测得到的滑动矢量间存在最小误差; 同时通过误差角匹配函数(包括最小化主应力、最大化剪切应力和最小化判定误差角)控制优化迭代算法; 最终基于Cd综合兼容性评估值(Counting Deviation, %)、基本擦痕等破裂变形数据来评价迭代算法得到的最匹配应力场矢量的优劣性, 一般而言当Cd值<30 %, n>10~20被认为可接受的反演应力场矢量(Cd值越小、有效矢量数据占总数据40%~80%且n 越多, 认为反演应力场矢量数据越好)(Delvaux and Sperner, 2003)。

野外擦痕等矢量通常结合轴面劈理、旋转的共轭节理组和/或平面X共轭节理组等变形构造鉴定其与褶皱变形关系, 从而决定擦痕等矢量是否首先进行地层复平校正, 复平校正方法同前述平行层缩短变形构造校正一致。但是, 地层倾角和/或后期变形相关翻转角小于~10°的擦痕矢量数据未进行复平校正(Hippolyte et al., 2012)。首先我们基于擦痕等破裂变形几何学和运动学、多期构造变形序次性和世代性等对矢量数据进行分期、分类, 然后通过计算机软件对各露头剖面各组矢量数据进行依次反演古应力场; 部分相近和相关露头剖面擦痕等矢量数据被合并为一组数据组(为提高矢量数据量)进行古应力场反演(如: Saintot et al., 2011)。总体而言, 大娄山地区大部分露头剖面中各组擦痕等破裂变形矢量数据与多期变形具有较高一致性(表1、2、3、4)。值得指出的是, 虽然我们难以通过擦痕等破裂变形构造与其出露地层年龄来准确限定多期构造变形时代性, 但是基于破裂变形交切关系、平行层面缩短变形和擦痕等分期及其矢量数据古应力场恢复交叉检验, 仍然能够尽量减少多期构造变形序次性和时代性的鉴定误差。

表1　大娄山地区第一期近EW向挤压变形相关擦痕古应力反演数据表Table 1　Inversion analysis of fault-slip and stress orientation for the first phase nearly EW compression in the Daloushan area

表2　大娄山地区第二期近SN向挤压变形相关擦痕古应力反演数据表Table 2　Inversion analysis of fault-slip and stress orientation for the second phase nearly SN compression in the Daloushan area

野外600余组擦痕等破裂变形数据古应力场反演及其结构序次和世代性, 揭示出四期不同挤压应力场变形事件。基于12处约140组破裂变形矢量数据(断层、擦痕和共轭节理等)揭示其最大主应力轴方向近EW向、呈近水平或低角度倾伏(σ1), 最小主应力轴NNW-NW向、近水平展布(σ3), 综合兼容性评估值(Cd为20%~30%)和基本矢量数据量(n主要为10~25), 说明反演应力场矢量具有较高的可信性,反映第一期构造变形事件主应力场为近EW向挤压和NNW-NW向张性应力场(表1, 图6)。由于部分露头地层倾角高陡, 其相关破裂变形矢量进行了地层复平校正, 如: 点位G504和G227, 其复平校正后古应力场与区域第一期变形古应力场具有一致性。该期古应力场与大娄山地区大量出露的平行层缩短变形揭示第一期近EW向挤压应力场一致, 同时也与叠加褶皱变形作用反映的第一期EW向主应力场一致(覃作鹏等, 2013)。第一期近EW向主应力场挤压破裂变形构造主要出露于二叠系-上白垩统, 大量破裂面发育低角度-中等角度倾伏的线理(如: 擦痕和阶步等), 尤其是部分破裂面明显具有多期活动特征, 反映第一期近EW向挤压变形结构被后期构造切割或再活动, 如: 点位G77、G107和G375-L(图4)。

表3　大娄山地区第三期NE-SW向挤压变形相关擦痕古应力反演数据表Table 3　Inversion analysis of fault-slip and stress orientation for the third phase NE-SW compression in the Daloushan area

表4　大娄山地区第四期NW-SE向挤压变形相关擦痕古应力反演数据表Table 4　Inversion analysis of fault-slip and stress orientation for the fourth phase NW-SE compression in the Daloushan area

大娄山地区广泛发育由NE-SW走向和NW- SE走向的两组X共轭节理, 且部分共轭X节理组发育中等-陡倾的擦痕线理, 其古应力反演揭示出第二期近SN-NWW向挤压应力(σ1)和近EW向张性应力场特征(σ3)(图7)。点位G375-L, NW向中等角度倾伏线理被后期SE向中等角度倾伏线理切割, 反映近SN向主应力场挤压变形(第二期)晚于近EW向挤压变形事件(第一期)。基于14处约130组破裂变形矢量数据揭示其最大主应力轴方向近SN向、呈近水平倾伏(σ1), 最小主应力轴EW向、近水平或低角度展布(σ3), 中间主应力轴普遍近垂直(σ2)。部分露头剖面矢量数据复平校正后揭示区域应力场较好的一致性, 如: 点位G316-L和G236。综合兼容性评估值(Cd为10%~30%)和基本矢量数据量(n主要为10~20)说明反演应力场矢量具有较好的可信性, 反映第二期构造变形事件主应力场为近SN向挤压和EW向张性应力场(表2, 图7)。

图6　大娄山渐变型盆-山结构带第一期近EW向挤压变形擦痕反演古应力场特征图Fig.6　Fault-slip data and computed stress axis of EW compression in the Daloushan area

大娄山地区NWW走向和NEE走向(共轭)节理组(普遍发育低角度-中等角度擦痕或阶步线理)古应力反演, 揭示出区域第三期NE-SW向挤压和NW-SE向张性应力场特征(表3, 图8)。该期破裂变形发育于中上寒武统-上侏罗统中(14处露头剖面、约170组数据), 除点位G229外, 其最大主应力轴(σ1)和最小主应力轴(σ3)近水平展布、中间主应力轴(σ2)近垂直展布。破裂面上多期活动线理交切关系揭示NE-SW向主应力场挤压变形事件发生于(第一期)近EW向和(第二期)近SN向主应力场挤压变形事件之后、(第四期)NW-SE向主应力场挤压变形事件之前(图4)。

基于13处约160组破裂变形矢量数据, 揭示大娄山地区第四期最大主应力轴方向近NW-SE走向、呈近水平或低角度倾伏(σ1), 最小主应力轴NE-SW走向、近水平-中等角度倾伏(σ3), 反映部分地区变形以走滑变形为主。本期相关破裂变形构造主要出露于近水平或低角度展布的中上寒武统-上侏罗统,因此未进行复平校正。总体而言, 综合兼容性评估值(Cd为10%~30%)和基本矢量数据量(n总体为10~20)说明反演应力场矢量具可信性, 反映第四期构造变形事件主应力场为NW-SE向挤压和NE-SW向张性应力场(表4, 图9)。

图7　大娄山渐变型盆-山结构带第二期近SN向挤压变形擦痕反演古应力场特征图(图例同图6)Fig.7　Fault-slip data and computed stress axis of SN compression in the Daloushan area

图8　大娄山渐变型盆-山结构带第三期NE-SW向挤压变形擦痕反演古应力场特征图(图例同图6)Fig.8　Fault-slip data and computed stress axis of NE-SW compression in the Daloushan area

图9　大娄山渐变型盆-山结构带第四期NW-SE向挤压变形擦痕反演古应力场特征图(图例同图6)Fig.9　Fault-slip data and computed stress axis of NW-SE compression in the Daloushan area

4　讨　论

4.1大娄山盆-山结构带多期构造变形事件及其与板内和板缘事件响应关系

造山带多期变形过程、隆升剥蚀、盆地沉积建造具有明显的响应过程, 因此地层的热演化史(抬升冷却或沉降增温)能够有效再现造山带的建造过程。大娄山前缘及四川盆地西南缘地区广泛出露的晚白垩世红层与下伏地层呈平行不整合接触关系, 它们被卷入不同展布的背、向斜结构中, 表明大娄山结构带主要建造变形期事件为晚白垩世后期, 与其前缘低温热年代学样品反演的地层热演化史具有明显的一致性(李双建等, 2011; 邓宾等, 2013a)。同时, 低温热年代学样品揭示出大娄山地区晚白垩世(~80 Ma)埋深增温过程发生反转、逐渐抬升剥蚀(图10), 导致大娄山前缘有限分布的古近系与下伏晚白垩世地层呈角度不整合接触(如: 仁怀茅台镇), 因此我们认为大娄山地区晚白垩世发生的(第二期)近SN向主应力场挤压变形事件是其主要构造变形事件(图10, D2)。结合前述平行层缩短变形、多期叠加变形结构和区域构造地质特征, 我们推测晚白垩世前大娄山地区也具有一期构造变形事件(D1), 主要理由如下: (1)大娄山东段西向或NW向挤压变形结构, 如: 南川-遵义断裂带(覃作鹏等, 2013); (2)区域晚三叠世-侏罗纪雪峰陆内北西向穿时扩展变形过程(金宠等, 2009; Li et al., 2012b); (3)大娄山南部沅麻盆地上下白垩统之间具有中-高角度不整合面(Li et al., 2012a); (4)四川盆地南缘上-下白垩统之间广泛存在平行不整合接触关系; (5)大娄山南川-遵义断裂带以东和以南地区下白垩统普遍剥蚀, 且以近SN向展布结构为主。这期变形事件与大娄山地区上白垩统下伏平行不整合面相关, 同时也在上扬子其他地区具有明显的构造变形(如: 沅麻盆地)和岩浆热液活动(如:华南)响应过程(Li et al., 2012b; Wang et al., 2013),因此我们认为第一期构造变形事件发生在晚侏罗世-早白垩世, 尤其是大娄山东段南川-遵义构造带,我们推测本期构造变形大娄山东段区域可能与川东弧形构造带共同发生构造变形, 为主构造变形期前期的局部变形。

陆内(或板内)构造变形或造山过程是板缘构造和板内构造动力学的综合体现。基于野外露头结构构造分析, 揭示大娄山地区四期具明显不同应力场特征的构造变形事件, 表明它们与中国南方大陆板缘主要板块事件、板内构造、隆升事件具有明显的相关性。大娄山第二期近SN向主应力场挤压构造变形事件可能与区域扬子板块西缘晚白垩世末期古特提斯构造域-新特提斯构造域转换事件(Deng et al., 2012b)、扬子板内的NW向穿时扩展变形过程相关(金宠等, 2009; Li et al., 2012b)。板内变形事件与大娄山第二期变形事件具有明显的一致性(图10), 晚白垩世龙门山、米仓山、大巴山以及雪峰地区都发生明显的构造变形和/或强抬升剥蚀事件(沈传波等, 2007; 常远等, 2010; 李建华等, 2010; Yang et al., 2013; Wang et al., 2013)。同时, 由于大娄山北西部(即川西南地区)上-下白垩统具有整合接触关系(如:柳家场背斜地区), 而大娄山构造带上白垩统与下伏地层具平行不整合接触关系, 因此我们认为前新生代(即第二期构造变形事件, D2)大娄山地区主要受控于滨太平洋构造域动力学背景。

图10　大娄山渐变型盆-山结构带、周缘板内造山带、板缘事件等综合对比图Fig.10　Synthesis of the stratigraphy, thermal history and paleostress of the Daloushan area and its correlation with deformation events in surrounding blocks and orogens

中-晚三叠世华南和华北板块碰撞事件是我国南方最重要的构造事件, 结束了我国南方中上扬子地区稳定台地与隆坳镶嵌的构造演化过程, 进入复合前陆盆地演化阶段; 而新生代印度-亚洲大陆碰撞则对整个亚洲的构造变形活动产生了重要的影响(Yin, 2010), 四川盆地于40~20 Ma 发生区域抬升剥蚀过程(刘树根等, 2008; Richardson et al., 2008; Li et al., 2012c; Deng et al., 2013)。磷灰石裂变径迹显示大娄山西段于40~30 Ma发生抬升剥蚀作用, 早于东段抬升剥蚀时期20~5 Ma(李双建等, 2011), 揭示抬升剥蚀的东向扩展过程(古近纪中-晚期), 这与四川盆地南缘部分残存的古近系特征一致。因此, 我们认为晚古近纪(40~20 Ma)代表大娄山地区第三期NE- SW 向主应力挤压变形构造事件(D3)。本期变形事件在中上扬子四川盆地南缘、沅麻盆地和巴东盆地具有明显的响应特征(Wilson et al., 2006; Li et al., 2012a; Liu et al., 2012; Shi et al., 2012; 王令占等, 2012), 同时龙门山和大凉山地区也发生了同期构造变形与隆升事件(廖忠礼等, 2003; Wilson and Fowler 2011; Wang et al., 2012), 但是雪峰造山带、米仓山和大巴山地区新生代以来甚少见本期构造变形与隆升事件的报道(图10)。因此, 我们认为大娄山地区第三期NE-SW向主应力挤压变形构造事件(D3)主要受控于特提斯-喜马拉雅构造域动力学背景, 新生代早期区域发生了重要的构造动力学背景转换, 由早期滨太平洋构造域转变为特提斯-喜马拉雅构造域。

新生代晚期四川盆地及其周缘都发生了明显的快速抬升剥蚀, 尤其是四川盆地西南缘沿边界主断裂发生大规模左旋走滑构造变形, 大娄山地区10~5 Ma发生快速抬升剥蚀过程(图10)。因此, 我们认为大娄山地区第四期(D4) NW-SE向主应力场挤压变形事件发生在新生代晚期(10~5 Ma)。值得指出的是, 大娄山地区第四期平行层缩短变形和擦痕等破裂变形恢复古应力场特征, 所有数据都未进行复平校正(不同于第一、二、三变形期的复平校正)体现出明显的一致性, 因此我们推测大娄山第四期事件主要体现为受控于NW-SE向主应力场的抬升剥蚀作用, 地层未发生重要的褶皱变形与翻转。

4.2大娄山盆-山结构带建造过程

晚三叠世以来受控于华南-华北大陆碰撞和滨太平洋构造域的动力学过程(如: 板块低角度俯冲或雪峰陆内造山过程(Li and Li, 2007; 张国伟等, 2013)), 由SE向NW的穿时扩展陆内变形构造活动控制了扬子板内构造变形格架, 同时由于多层次滑脱变形控制区域主体构造变形组合样式(Yan et al., 2009; 张小琼等, 2013)。穿时扩展过程至晚白垩世已经强烈控制川东齐岳山构造带区域, 导致区域白垩纪以前地层褶皱变形、与上覆上白垩统角度不整合接触。低温热年代学证据反映本期构造事件导致山前坳陷逐渐由早期构造沉降过程转变为抬升剥蚀,同时热史模拟也揭示区域发生一定程度抬升剥蚀作用(梅廉夫等, 2010; 王平等, 2012)。大娄山地区近SN向南川-遵义断裂带早期为张性断裂, 控制和影响大娄山地区古生代-早新生代沉积特征。晚侏罗世-早白垩世受雪峰陆内造山系统SE-NW向挤压应力场控制, 大娄山东段发生近EW向主应力场挤压变形, 逐步发生构造反转、形成逆冲走滑变形, 形成南川-遵义地区近SN向构造(D1)、四川盆地南缘有限强度的构造变形、白垩系与下伏地层区域呈假整合接触。此时, 南川-遵义断裂构造活动可能与紫云-罗甸断裂早期活动性相关, 它们和扬子板块北缘神农架-黄陵古隆起带近SN向走滑断裂组成板内的构造走滑体系, 有效调节雪峰陆内造山系统NW向扩展变形构造活动的不同步或非均一性变形, 并可能控制着川东地区八面山弧形构造系统形成。

晚白垩世雪峰陆内造山系统仍处于NW向扩展变形构造活动之中, 黔中地区沿紫云-罗甸断裂带强烈NW向楔入大娄山一带(Yang, 2013), 同时受四川盆地刚性基底的强烈阻挡, 导致大娄山构造带发生近SN向挤压褶皱变形(D2), 这期褶皱变形可能与早白垩世-早新生代全国广泛发育的四川期运动具有一定的成因关系(万天丰, 2011)。紫云-罗甸断裂和盆内华蓥山断裂西南分支可能发生不同剪切性质的走滑运动, 有效地调节盆缘NW向扩展变形的不同步或非均一性变形。大娄山前缘上白垩统发生近EW走向褶皱变形, 形成赤水向斜; 大娄山南部白马向斜地区古近系近水平展布、角度不整合覆盖下伏地层, 预示川南大娄山构造带晚白垩世末期构造格架基本形成。野外露头观察发现大量的水平缩短变形构造, 揭示构造变形以弯滑变形机制为主, 这与区域多层次滑脱变形相一致, 共同控制着区域扩展变形和侏罗式构造变形样式(Yan et al., 2009; Li et al., 2012b)。低温年代学证据也揭示川南地区晚白垩世发生由早期构造沉降阶段向后期抬升剥蚀的过程逐渐转换(图10), 且具有由南向北逐渐抬升剥蚀的过程(李双建等, 2011)。与四川盆地西缘逐渐由古特提斯构造域向新特提斯构造域构造转换过程相一致(Deng et al., 2012b), 大娄山地区也逐渐开始经历由滨太平洋构造域向特提斯-喜马拉雅构造域逐渐转换的过程。

新生代早期, 四川盆地西南缘和南缘受印-亚板块碰撞远程效应影响, 古新世开始逐步发生构造反转与变形(D3)。盆地西南缘大凉山前缘地区(柳嘉场向斜)古近系与下伏白垩系整合接触, 共同卷入NW-NNW走向宽缓向斜构造。大娄山构造带形成第三期NW至近SN走向的构造线理, 其前缘盆内赤水向斜早期近EW走向褶皱后期叠加变形形成近SN走向褶皱, 呈现出典型的叠加样式, 最终形成四川盆地南缘大娄山渐变型盆-山结构。伴随持续的新生代晚期大规模青藏高原地壳物质向东扩展, 沿东构造节非均匀穿时性顺时针旋转, 鲜水河-安宁河-小江断裂系大致为其顺时针走滑主边界、发生大规模左旋走滑(王二七和尹纪云, 2009)。同时, 盆地西南缘发生最晚一期构造变形(D4), NE-SW向应力场挤压变形形成NW走向构造叠加改造早期NE走向构造(D3), 如: 柳嘉场向斜。受控于印-亚板块碰撞远程效应影响的大娄山构造带及其周缘第三期和第四期(D3、D4)构造变形主应力场的变化, 可能与印度板块不断北东向运移作用密切相关(万天丰, 2011)。低温热年代学特征反映出晚新生代快速抬升剥蚀(图10), 最终形成大娄山渐变型盆-山结构现今地貌。

5　结　论

四川盆地南缘大娄山渐变型盆-山结构带NEE-NE走向, 长约250 km、宽约80 km, 缺少山前地形地貌陡变带, 具渐变性山-盆地貌; 浅部构造具挤压-坳陷结构, 以隔槽式构造样式为主, 构造变形缩短量约12~20 km。基于水平缩短变形、多期变形构造和古应力反演等揭示大娄山地区晚中生代-新生代发生了四期具不同应力场特征的构造变形事件。第一期晚侏罗世-早白垩世近EW向主应力场挤压变形事件, 第二期晚白垩世(~80 Ma)近SN向主应力场挤压变形事件, 第三期古近纪晚期(40~20 Ma) NE-SW向主应力场挤压变形事件和第四期晚新生代(10~5 Ma) NW-SE向主应力场抬升剥蚀事件。大娄山渐变型盆-山结构带晚中生代-新生代多期构造事件、中国南方大陆板缘主要板块事件、板内构造与隆升事件具有明显的相关性, 揭示出大娄山区域晚中生代-新生代由滨太平洋构造域向特提斯-喜马拉雅构造域逐渐转换的重要过程。

致谢： 在研究过程中得到李双建、王平博士的指导与帮助, 野外工作得到童奎、苏小慧和田梦娜等大量帮助, 中国地质大学(北京)万天丰教授和颜丹平教授对文章的修改提出宝贵意见和建议, 在此谨表谢意。

安艳芬, 韩竹军, 万景林. 2008. 川南马边地区新生代抬升过程的裂变径迹年代学研究. 中国科学(D辑), 38(5): 555–563.

常远, 许长海, Reiners P W, 周祖翼. 2010. 米仓山-汉南隆起白垩纪以来的剥露作用: 磷灰石(U-Th)/He年龄记录. 地球物理学报, 53(4): 912–919.

邓宾. 2013. 四川盆地中-新生代盆山结构与油气分布. 成都: 成都理工大学博士学位论文: 1–216.

邓宾, 刘树根, 李智武, 刘顺, 王国芝, 李巨初. 2008. 青藏高原东缘及四川盆地晚中生代以来隆升作用对比研究. 成都理工大学学报(自然科学版), 35(4): 477–486.

邓宾, 刘树根, 杨锁, 张志敬, 黄文明, 宋光永. 2009. 林滩场构造多期节理构造特征及其意义. 矿物岩石, 29(3): 83–90.

邓宾, 刘树根, 王国芝, 李智武, 刘顺, 曹俊兴. 2013a.四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究——低温热年代学证据. 地球物理学报, 56(6): 1958–1973.

邓宾, 李智武, 刘树根, 孙东, 钟勇, 李金玺, 汤聪. 2013b. 大巴山城口弧形断裂带右旋走滑构造特征及其意义. 吉林大学学报(地球科学版), 43(5): 1501–1516.

郭彤楼, 张汉荣. 2014. 四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式. 石油勘探与开发, 28(2): 28–37.

郭正吾, 邓康龄, 韩永辉. 1996. 四川盆地形成与演化.北京: 地质出版社: 1–201.

金宠, 李三忠, 王岳军, 张国伟, 刘丽萍, 王建. 2009. 雪峰山陆内复合构造系统印支-燕山期构造穿时递进特征. 石油天然气地质, 30(5): 598–607.

乐光禹, 杜思清, 黄继钧. 1996. 构造复合联合原理——川黔构造组合叠加分析. 成都: 成都科技大学出版社: 1–285.

李建华, 张岳桥, 董树文, 施炜, 李海龙. 2010. 北大巴山凤凰山基底隆起晚中生代构造隆升历史——磷灰石裂变径迹测年约束. 地质科学, 45(4): 969–986.

李三忠, 王涛, 金宠, 戴黎明, 刘鑫, 周小军, 王岳军, 张国伟. 2011. 雪峰山基底隆升带及其邻区印支期陆内构造特征与成因. 吉林大学学报(地球科学版), 41(1): 93–105.

李双建, 李建明, 周雁, 沃玉进, 汪新伟. 2011. 四川盆地东南缘中新生代构造隆升的裂变径迹证据. 岩石矿物学杂志, 30(2): 225–233.

廖忠礼, 邓永福, 廖光宇. 2003. 四川锦屏地区新生代冲断作用. 大地构造与成矿学, 27(2): 152–159.

刘树根, 邓宾, 李智武, 孙玮. 2011. 盆山结构与油气分布——以四川盆地为例. 岩石学报, 27(3): 621–635.

刘树根, 李智武, 刘顺, 罗玉宏, 徐国强, 龚昌明, 雍自权. 2006. 大巴山前陆盆地-冲断带的形成与演化. 北京: 地质出版社: 1- 223.

刘树根, 孙玮, 李智武, 邓宾, 刘顺. 2008. 四川盆地晚白垩世以来的构造隆升作用与天然气成藏. 天然气地球科学, 19(3): 293–300.

梅廉夫, 刘昭茜, 汤济广, 沈传波, 凡元芳. 2010. 湘鄂西-川东中生代陆内递进扩展变形: 来自裂变径迹和平衡剖面的证据. 地球科学——中国地质大学学报, 35(2): 161–174.

覃作鹏, 刘树根, 邓宾, 李智武, 孙玮. 2013. 川东南构造带中新生代多期构造特征及演化. 成都理工大学学报(自然科学版), 40(6): 703–711.

沈传波, 梅廉夫, 徐振平, 汤济广, 田鹏. 2007. 大巴山中-新生代隆升的裂变径迹证据. 岩石学报, 23(11): 2901–2910.

孙东, 刘树根, 邓宾, 李智武, 钟勇, 黄耀宗, 谢志良. 2011. 米仓山与龙门山接合部叠加褶皱特征及构造演化. 成都理工大学学报(自然科学版), 38(2): 157–168.

万天丰. 2011. 中国大地构造学. 北京: 地质出版社: 1–497.

王二七, 尹纪云. 2009. 川西南新生代构造作用以及四川原型盆地的破坏. 西北大学学报(自然科学版), 39(3):359–367.

王令占, 田洋, 涂兵, 曾波夫, 谢国刚. 2012. 鄂西利川齐岳山高陡背斜带的古应力分析. 大地构造与成矿学, 36(4): 490–503.

王平, 刘少峰, 郜瑭珺, 王凯. 2012. 川东弧形带三维构造扩展的AFT记录. 地球物理学报, 55(5): 1662–1673.

张国伟, 郭安林, 王岳军, 李三忠, 董云鹏, 刘少峰,何登发, 程顺有, 鲁如魁, 姚安平. 2013. 中国华南大陆构造与问题. 中国科学(D辑), 43(10): 1553–1582.

张国伟, 张本仁, 袁学诚, 肖庆辉. 2001. 秦岭造山带与大陆动力学. 北京: 科学出版社: 1–855.

张小琼, 单业华, 聂冠军, 倪永进. 2013. 中生代川东褶皱带的数值模拟: 滑脱带深度对地台盖层褶皱型式的影响. 大地构造与成矿学, 37(4): 622–632.

张忠义, 董树文. 2009. 大巴山西北缘叠加褶皱研究. 地质学报, 83(7): 923–936.

邹才能, 董大忠, 王社教. 2010. 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力. 石油勘探与开发, 37(6): 641–653.

Ahmadhadi F, Daniel J M, Azzizadeh M and Lacombe O. 2008. Evidence for pre-folding vein development in the Oligo-Miocene Asmari Formation in the Central Zagros Fold Belt, Iran. Tectonics, 27. doi: 10.1029/2006TC001978 Allen P A and Allen J R. 2013. Basin Analysis: Principles and Application to Petroleum Play Assessment. UK, West Sussex: Wiley-Blackwell: 1–619.

Bahroudi A and Koyi H A. 2003. Effect of spatial distribution of Hormuz salt on deformation style in the Zagros fold and thrust belt, an analogue modelling approach. Journal of the Geological Society of London, 160(5): 719–733.

Barnes J B and Ehlers T A. 2009. End member models for Andean Plateau uplift. Earth-Science Reviews, 97: 117–144.

Bott M H P. 1959. The mechanisms of oblique slip faulting. Geological Magazine, 96: 109–117.

Burchfiel B C, Chen Z L, Liu Z P and Royden L H. 1995. Tectonics of the Longmen Shan and adjacent regions, central China. International Geology Review, 37: 661–735.

Chen S F, Wilson C G L and Worley B A. 1995. Tectonic transition from the Songpan-Ganzi Fold belt to the Sichuan Basin, southwestern China. Basin Research, 7: 235–253.

Clark M K, Schoenbohm L M, Royden L H, Whipple K X, Burchfiel B C, Zhang X, Tang W, Wang E and Chen L. 2004. Surface uplift, tectonics, and erosion of eastern Tibet. Tectonics, 23. doi: 10.1029/2002TC001402

Cloetingh S, van Wees J D, Ziegler P A, Lenkey L, Beekman F, Tesauro M, Förster A, Norden B, Kaban M, Hardebol N, Bonté D, Genter A, Guillou F, Ter Voorde M, Sokoutis D, Willingshofer E, Cornu T and Worum G. 2010. Lithosphere tectonics and thermo-mechanical properties, an integrated modelling approach for Enhanced Geothermal Systems exploration in Europe. Earth-Science Reviews, 102: 159–206.

Dayem K E, Molnar P, Clark M K and Houseman G A. 2009. Far-field lithospheric deformation in Tibet during continental collision. Tectonics, 28. doi: 10.1029/2008TC002344

Delvaux D and Sperner B. 2003. New aspects of tectonic stress inversion with reference to the TENSOR program. Geological Society, London, Special Publications, 212: 75–100.

Deng B, Liu S G, Jansa L F, Cao J X, Cheng Y, Li Z W and Liu S. 2012a. Sedimentary record of Late Triassic transpressional tectonics of the Longmenshan thrust belt, SW China. Journal of Asian Earth Sciences, 48: 43–55.

Deng B, Liu S G, Li Z W, Cao J X and Sun W. 2012b. Late Cretaceous Tectonic change of the Eastern Margin of Tibetan Plateau, Results from Multi-system Thermochronology. Journal of the Geological Society of India, 80: 241–254.

Deng B, Liu S G, Li Z W, Liu S, Wang G Z and Sun W. 2013. Differential Exhumation in the Sichuan Basin, Eastern Margin of Tibetan Plateau, from Apatite Fission-track Thermochronology. Tectonophysics, 951: 98–115.

Hippolyte J, Bergerat F, Gordon M B, Bellier O and Espurt N. 2012. Keys and pitfalls in mesoscale fault analysis and paleostress reconstructions, the use of Angelier's methods. Tectonophysics, 58: 144–162.

Jia D, Wei G Q, Chen Z X, Chen Z X, Li B L, Zeng Q and Yang G. 2006. Longmen Shan fold-thrust belt and its relation to the western Sichuan Basin in central China: New insights from hydrocarbon exploration. AAPG Bulletin, 90(9): 1425–1447.

Judge P A and Allmendinger R W. 2011. Assessing uncertainties in balanced cross sections. Journal of Structural Geology, 33: 458–467.

Lacombe O, Lave J, Roure F and Verges J. 2007. Thrust belts and foreland basins: From fold kinematics toHydrocarbon systems. Berlin: Springer: 1–491.

Li J H, Zhang Y Q, Dong S W and Li H L. 2012a. Late Mesozoic-Early Cenozoic deformation history of the Yuanma Basin, central South China. Tectonophysics, 570–571: 163–183.

Li S Z, Santosh M, Zhao G C, Zhang G W and Jin C. 2012b. Intracontinental deformation in a frontier of super-convergence. A perspective on the tectonic milieu of the South China Block. Journal of Asian Earth Sciences, 49: 313–329.

Li Z W, Liu S G, Chen H D, Deng B, Hou M C, Wu W H and Cao J X. 2012c. Spatial variation in Meso-Cenozoic exhumation history of the Longmen Shan thrust belt (eastern Tibetan Plateau) and the adjacent western Sichuan basin, Constraints from fission-track thermochronology. Journal of Asian Earth Sciences, 47: 185–203.

Li Z X and Li X H. 2007. Formation of the 1300-km-wide intracontinental orogen and postorogenic magmatic province in Mesozoic South China: A flat-slab subduction model. Geology, 35: 179–182.

Liu S G, Deng B, Li Z W and Sun W. 2012. Architectures of basin-mountain systems and their influences on gas distribution: A case study from Sichuan Basin, Southwest China. Journal of Asian Earth Sciences, 47: 204–215.

Nemcok M, Schamel S and Gayer R. 2005. Thrustbelts: Structural architecture, thermal regimes and petroleum systems. UK, Cambridge: Cambridge University Press: 1–541.

Ratschbacher L, Hacker B R, Calvert A, Webb L E, Grimmer J C, McWilliams M, Ireland T, Dong S and Hu J. 2003. Tectonics of the Qinling (Central China), tectonostratigraphy, geochronology and deformation history. Tectonophysics, 366: 1–53.

Reece R S, Gulick S P S, Christenson G L and Horton B K. 2013. The role of farfield tectonic stress in oceanic intraplate deformation, Gulf of Alaska. Journal of Geophysical Research, Solid Earth, 118: 1–11. doi: 10.1002/jgrb.50177

Richardson N J, Densmore A L, Seward D, Fowler A, Wipf M, Ellis M A, Li Y and Zhang Y.2008. Extraordinary denudation in the Sichuan Basin, insights from low-temperature thermochronology adjacent to the eastern margin of the Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research, 113. doi: 10.1029/2006JB004739

Saintot A, Stephens M B, Viola G and Nordgulen O. 2011. Brittle tectonic evolution and paleostress field reconstruction in the southwestern part of the Fennoscandian Shield, Forsmark, Sweden. Tectonics, 30. doi: 10.1029/2010TC002781

Shi S, Zhang Y Q, Dong S W, Hu J M, Wiesinger M, Ratschbacher L, Jonckheere R, Li J H, Tian M, Chen H, Wu G L, Ma L C and Li H L. 2012. Intra-continental Dabashan orocline, southwestern Qinling, Central China. Journal of Asian Earth Sciences, 46: 20–38.

Sperner B and Zweigel P. 2010. A plea for more caution in fault-slip analysis. Tectonophysics, 482: 29–41.

Viola G, Kounov A, Andreoli M A G and Mattila J. 2012. Brittle tectonic evolution along the western margin of South Africa, More than 500 Myr of continued reactivation. Tectonophysics, 514–517: 93–114.

Wallace R E. 1951. Geometry of shearing stress and relation to faulting. Journal of Geology, 59: 118–130.

Wang Y J, Fan W M, Zhang G W and Zhang Y H. 2013. Phanerozoic tectonics of the South China Block, key observations and controversies. Gondwana Research, 23: 1273–1305.

Wang E, Kirby E, Furlong K P, van Soest M, Xu G, Shi X, Kamp P J J and Hodges K V. 2012. Two-phase growth of high topography in eastern Tibet during the Cenozoic. Nature Geoscience, 5: 640–645.

Weil A B and Yonkee W A. 2012. Layer-parallel shortening across the Sevier fold-thrust belt and Laramide foreland of Wyoming, spatial and temporal evolution of a complex geodynamic system. Earth and Planetary Science Letters, 357–358: 405–420.

Wilson C J L and Fowler A. 2011. Denudational response to surface uplift in east Tibet, Evidence from apatite fission-track thermochronology. GSA Bulletin, 123: 1966–1987.

Wilson C J L, Harrowfield M J and Reid A J. 2006. Brittle modification of Triassic architecture in eastern Tibet, implications for the construction of the Cenozoic plateau. Journal of Asian Earth Sciences, 27: 341–357.

Yan D P, Zhang B, Zhou M F, Wei G Q, Song H L and Liu S F. 2009. Constraints on the depth, geometry and kinematics of blind detachment faults provided by fault-propagation folds, an example from the Mesozoic fold belt of South China. Journal of Structural Geology, 31: 150–160.

Yan D P, Zhou M F, Song H L, Wang X W and Malpas J. 2003. Origin and tectonic significance of a Mesozoic multi-layer over-thrust system within the Yangtze Block (South China). Tectonophysics, 36: 239–254.

Yang Z. 2013. An unrecognized major collision of the Okhotomorsk Block with East Asia during the Late Cretaceous, constraints on the plate reorganization of the Northwest Pacific. Earth-Science Reviews, 126: 96–115.

Yang Z, Ratschbacher L, Jonckheere R, Enkelmann E, Dong Y P, Shen C B, Wiesinger M and Zhang Q. 2013. Late-stage foreland growth of China’s largest orogens (Qinling, Tibet), evidence from the Hannan-Micang crystalline massifs and the northern Sichuan Basin, central China. Lithpshpere, 5: 420–437.

Yin A. 2010. Cenozoic tectonic evolution of Asia, a preliminary synthesis. Tectonophysics, 488: 293–325.

Mutli-stage Structural Evolution of Intracontinental Daloushan Basin-Mountain System, Upper Yangtze Block: Implications for a Coupling of Deformation Events Across South China Plate and its Periphery

DENG Bin1,2, LIU Shugen1, QIN Zuopeng3,4, LI Zhiwu1, LUO Chao1, LI Jinxi1, LI Yuwei3and GOU Qiaoxin1
(1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. MLR Key Laboratory of Tectonic Controlled Mineralization and Oil Reservoir, Chengdu 610059, Sichuan, China; 3. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China; 4. Bohai Oil Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Limited, Tianjin 300452, China)

Mountain building processes of intracontinental basin-mountain system record deformation from the stress of continental collision at both plate margins and within continental interiors, which shows a coupling relationship with uplift and exhumation, sedimentary deposits etc. The Daloushan intraplate basin-mountain system lies at the southern margin of the Sichuan basin that is situated in upper Yangtze Block, and the southeastern margin of the Tibetan Plateau. The Daloushan strikes nearly E-W with ~250 km in length and 80 km in width, and a gradual topography changing from mountain to basin. The gentle Daloushan fold belt is of Jura-style with shorten distance of 12-20 km. In this study, layer-parallel shortening, multi-stage structural data and fault-slip analysis are used to decipher the deformational characteristics and evolution of the Daloushan basin-mountain system. The results suggest that four stages of deformation occurred across the Daloushan during Late-Mesozoic to Cenozoic, which is simultaneous with the multi-stage collision and deformation both in the plate margin and the interior of the South China plate. The first two phases of compressional, approximately E-W and S-N oriented shortening events (D1and D2) generated sets of layer-parallel shortening structures and multistage conjugate joint sets. These sets formed by the NW-ward diachronous thrusting of the Xuefeng Orogen related to far-field effects of distal flat-slab subduction of the Pacific plate under the South China plate during Early-Late Cretaceous and Late Cretaceous (~80 Ma). Then, the third phase of NE-SW oriented (D3) and the NW-SE oriented (D4) shortening deformation occurred during Late Paleogene (40-20 Ma) and Late Cenozoic (10-5 Ma), respectively, as far-field effects of India-Asian continental collision. Thus, we suggest that an intracontinental transfer of Paleo-Pacific Tectonic Domain to Tethys-Himalayan Domain occurred here during Late-Cretaceous to Early Cenozoic (D2to D3).

layer-parallel shortening; multi-stage joints; fault-slip analysis; basin-mountain system; Daloushan

P541

A

1001-1552(2015)06-0973-019

10.16539/j.ddgzyckx.2015.06.001

2014-03-18; 改回日期: 2014-07-12

项目资助: 本文受国家自然科学基金(41230313, 41402119, 2014JQ0057, 41472107)、国家基础研究发展计划“973”项目(2012CB214805)和油气藏地质及开发工程国家重点实验室开放基金联合资助。

邓宾(1980-), 男, 副教授、博士, 研究方向为盆-山耦合与低温热年代学。Email: dengbin13@mail.cdut.edu.cn