准噶尔盆地南缘山前带阿什里背斜精细构造建模*

甄宇 何登发** 李涤 张磊 赵永福 张奎华

1. 中国地质大学(北京)能源学院，北京 1000832. 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 1000833. 中石化胜利油田分公司，东营 257000

陆内造山作用是前陆冲断带研究的前沿热点问题(Giacosa and Heredia, 2004；Yin, 2006；Fekkaketal., 2018)。随着大规模地壳的缩短，强烈的构造变形往往发育在陆内造山带内部及其前陆地区，成为控制造山隆升和盆-山转换的关键因素。前陆地区地质结构复杂，以发育多期冲断推覆构造为特征(王平在等，2002)，保存了较为完整的陆内变形历史。剖析山前带地质结构和构造演化过程对于讨论陆内造山变形机制具有重要意义。

天山作为中亚造山带南部的重要组成部分，在晚古生代洋-陆转换后经历了多期陆内变形改造作用。新生代晚期以来，随着印度板块与欧亚大陆的碰撞，天山地区的地壳发生强烈的挤压缩短，在晚古生代定格的构造格局基础上再度复活，形成了规模宏大的年轻陆内再生造山带(Molar and Tapponnier, 1975；Tapponnier and Molnar, 1979；王宗秀和李涛，2004)。准噶尔盆地南缘前陆冲断带夹持于准噶尔盆地与北天山之间(图1)，在中新世开始的剧烈造山活动中，以递进式的方式形成了一系列薄皮逆冲推覆构造。前人对准噶尔盆地南缘地质结构的研究中，确立了以侏罗系、白垩系以及古近系滑脱层为主的分层滑脱控制山前带变形(邓起东等，1999；汪新伟等，2005；陈书平等，2007；Guanetal., 2016)。分层滑脱变形是准噶尔盆地南缘纵向分带、横向分段的差异变形的关键控制因素，随着在该地区深部地球物理信息被不断挖掘，许多学者在针对造山带前缘上古生界和中生界地质结构的剖析中，提出了在造山带后缘广泛发育的构造楔形体以及复合构造楔模式，基本完善了准噶尔盆地南缘三排背斜带构造转换机制(管树巍等，2009；陈伟等，2010；李本亮等，2012)。但近年来，新部署的大批地震测线可以清晰地识别在山前带后缘的上古生界与中生界多个不整合面，古构造的识别引起了许多学者对区域内深-浅层构造叠合性、继承性的讨论(王天宝等，2013；彭天令等，2014；马德龙等，2018；Qiuetal., 2019)。

图1 准噶尔盆地南缘大地构造位置(据Xu et al., 2015修改)

阿什里背斜位于北天山和准噶尔盆地南缘第一排背斜带之间的过渡部位，即夹持于伊林黑比尔根山与齐古断-褶带之间，其形成演化历史受控于北西走向的伊林黑比尔根山和北东走向的博格达山隆起(严叔澜等，2008；李学良等，2012)。受博格达山和伊林黑比尔根山活动控制，阿什里地区在多次构造运动中均处于应力集中的核心部位。阿什里地区由于地处北天山造山带后缘推举带，其构造位置恰好介于厚皮逆冲推覆构造与薄皮逆冲推覆构造的衔接部位。对阿什里地区的研究为揭示造山带与造山前缘带之间的过渡转换关系提供了很好的现实例子。同时，阿什里地区受北天山强烈造山活动影响，上古生界-中生界整体隆升幅度大，为探讨准南地区构造继承关系以及上古生界滑脱体系提供了良好场所。因此，探讨阿什里背斜构造成因机制对进一步了解陆内造山活动中的分层滑脱变形以及构造继承性具有重要的科学意义。由于早期地震资料的匮乏和资料清晰度等问题，致使在认识阿什里地区构造变形特征上存在较大争议。近年来，中石化胜利油田分公司在此部署了高分辨率二维地震测线和钻井，为厘清阿什里地区地质结构提供了可靠依据。

本文在阿什里背斜及邻区1:20万野外地质填图浅表构造、地震反射资料以及阿1井钻井资料中识别出了可靠的、保存比较完整的关键不整合面，可作为判断晚古生代以来阿什里地区及邻区多期次构造演化及属性的重要证据。本文基于断层相关褶皱理论对阿什里背斜及邻区进行了精细的构造解析，提出了阿什里背斜构造几何学和运动学模式，并利用2DMOVE软件对阿什里背斜进行构造反演、正演模拟，对该区域进行了构造定量化分析与验证，并据此剖析阿什里背斜构造成因机制，深入讨论了多期次构造活动背景下构造叠加以及位移转换规律。

1 地质背景

准噶尔盆地南缘前陆冲断带紧邻北天山造山带，发育自中亚造山结束后完整的古生界-新生界沉积地层，在地表呈成排的褶皱冲断带。自南向北划分为南缘推覆带、过渡带和变形前缘带(陈书平等，2007)，分别对应南安集海背斜-南玛纳斯背斜-清水河背斜-齐古背斜-昌吉背斜-南(北)小渠子-西山背斜和喀拉扎背斜、独山子南背斜-霍尔果斯背斜-玛纳斯背斜-吐谷鲁背斜和独山子-安集海背斜-呼图壁背斜。东西方向上，其西段和中段的边界限定在托斯台背斜和西湖背斜的东倾覆端一线，中段和东段的界限位于昌吉背斜和呼图壁背斜西倾覆端一线。在伊林黑比尔根山前缘，构造变形以逆冲推覆构造为典型，表现为组成造山带的石炭系推覆在中-新生代地层之上。第一排背斜带构造变形主要为基底卷入型褶皱，以托斯台背斜、齐古背斜为典型；第二排背斜带常见基底卷入型褶皱和盖层滑脱型褶皱叠加复合，以霍尔果斯背斜为典型；第三排背斜带为盖层滑脱型褶皱，以安集海背斜、呼图壁背斜为典型。

准噶尔盆地南缘自石炭纪以来经历了多期挤压-伸展构造旋回(马德龙等，2018)，海西晚期开始初始造山，这一活动在印支期达到顶峰。中生代，准噶尔盆地南缘进入调整期，以早侏罗世弱伸展-坳陷和晚白垩世隆升为主要代表。新生代受欧亚大陆与印度板块碰撞远程效应影响，北天山发生构造复活，剧烈隆升再造山活动则在中新世开始(Sunetal., 2004；李传新和郭召杰，2011)。

阿什里背斜夹持于伊林黑比尔根山前与齐古断褶带之间，整体走向为北西西-南南东，北部临近齐古背斜、昌吉背斜、阿克屯背斜以及喀拉扎背斜，东部临近小渠子背斜带。从地表上看，阿什里背斜区域形态为较宽缓的背斜，断裂不太发育，仅在背斜核部可见高角度的逆冲断层(图2)。阿什里地区及邻区地表可见多套地层不整合接触关系(图2)，按照分布规模可分为：①区域性不整合面：T1-2cf、T3xq、J1b、J2x/C2q、N1q/(K2-E2)dg；②局部不整合面：J3k/J3q、K1tga/J3k、J2t、N2cha+b/E-K、Q/N2-N1。其中，Q/N2-N1角度不整合在阿什里地区北部广泛分布，反映了喜马拉雅期的构造活动；N1q/(K2-E2)dg角度不整合处于阿什里地区构造变形的最前端，记录了燕山构造期向喜马拉雅期构造活动的转变；T1-2cf、T3xq、J1b、J2x/C2不整合主要分布在阿什里背斜西南侧的山前石炭系推覆体，三叠系及侏罗系超覆在石炭系之上反映了石炭系沉积间断后再次接受沉积，抑或是石炭系抬升时间的上限是三叠系沉积前。

阿什里背斜及邻区地层发育齐全，涵盖从石炭系到第四系的沉积盖层，由南向北出露地层越新。其中，石炭系以中-上石炭统为代表，出露在阿什里背斜南部伊林黑比尔根山前。阿什里背斜和齐古背斜、昌吉背斜、喀拉扎背斜等出露中生代地层为主，而靠近盆地一带被新生界所覆盖。阿什里背斜及邻区发育的主干滑脱层包括中-上石炭统泥岩、中-下二叠统泥岩、侏罗系八道湾组和西山窑组煤层(图3)。

作为区域内主要滑脱层，阿什里背斜及邻区中-上石炭统为滨浅湖相沉积，因此形成了细粒的泥岩沉积，野外可见腕足类、珊瑚等化石。中二叠统芦草沟组(P2l)、红雁池组(P2h)虽未在地表剥露，但阿1井钻探结果表明，芦草沟组和红雁池组岩性中含厚度超过300m的泥页岩。水西沟群(J1sx)主体为一套河流-沼泽相沉积，在伊林黑比尔根山和博格达山多处可见含煤地层。其中以侏罗系八道湾组(J1b)、西山窑组(J2x)两套含煤层。

2 数据与方法

本文在构造建模过程中充分利用乌鲁木齐-达西河1:20万野外地质填图以及DEM高程数据分析区域内地层展布以及浅表断裂分布，刻画阿什里背斜浅表地质结构。在此基础上结合中石化胜利油田分公司在阿什里地区采集的10条高分辨率二维地震反射剖面分析地震地质结构。地震层位的标定是依据2018年完钻的阿1井结合地震剖面进行合成地震记录，通过侏罗系八道湾组(含煤层)、二叠系芦草沟组、红雁池组(泥岩层)建立标志层以约束阿什里地区二叠系-侏罗系的地震地质层位。

图2 准噶尔盆地南缘阿什里背斜及邻区构造纲要图

图3 阿什里地区地层综合柱状图

在浅表地质结构的约束下，通过井-震结合，准确刻画阿什里地区的地质结构特征。并以断层相关褶皱理论作指导，对深部地质结构利用轴面分析的方法加以约束，刻画阿什里背斜的构造几何学特征。通过地表出露不整合和地震剖面中所识别的不整合，制作A-A′-A″地震剖面对应的年代地层格架，划分阿什里背斜构造活动的关键期次。

在开展不整合分析的过程中，本文对阿什里背斜核部的阿1井在二叠系梧桐沟组下部深度约1.8km钻遇一套的凝灰岩/凝灰质砂岩进行样品采集，在廊坊市诚信地质公司进行岩芯样品淘洗出重砂后，分选锆石后在双目镜下挑选晶形完好的锆石颗粒，具体挑选分析过程见宋彪等(2002)的描述。在显微镜下对锆石颗粒进行透射光、反射光及阴极发光拍摄后，挑选较好的岩浆锆石环带构造进行SHRIMP定年(图4)，定年实验及数据采集均在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心，定年实验按照标准流程进行(Compstonetal., 1992；Williamsetal., 1987)。

在二维地震剖面中确立阿什里地区构造几何学特征后，应用Petrel软件对深部断裂进行组合成图，在三维空间上刻画研究区深部主干断裂的展布发育情况。最后利用MOVE软件对构造进行反演及正演模拟，对阿什里地区构造模型进行定量化分析与验证，进一步限定研究区晚古生代至现今的构造几何学与运动学特征。

3 阿什里地区不整合特征及构造地层层序

3.1 阿什里地区关键不整合面

准噶尔盆地南缘山前带及邻区自晚石炭世以来发育不同构造旋回控制下的不同构造-沉积组合体，石炭系之上存在多套地层间不整合面。从构造意义来说，大规模的不整合反映了区域构造的演化，小规模的不整合也与相应规模构造的形成具有密切的匹配关系。

阿什里地区及邻区沉积盖间发育多套地层不整合，其中在阿什里背斜南部出露的三叠系、侏罗系超覆不整合覆盖在石炭系之上，指示了在区域范围内三叠系沉积前便已存在构造活动事件。结合地震剖面和阿1井的钻井资料，可以进一步细化侏罗系之下的不整合界面。主要包括：侏罗系与三叠系之间不整合、二叠系内部不整合。不整合类型主要为超覆型和削截型。

(1)下侏罗统八道湾组与三叠系不整合

准噶尔盆地南缘地区三叠纪末期发生的构造挤压运动，致使区域抬升并遭受剥蚀，形成区域性的不整合面(图5)。阿什里背斜核部局部可见三叠系和侏罗系之间呈削截角度不整合接触，背斜前翼过渡为整合接触关系。背斜核部出现的不整合面被明显改造。下侏罗统八道湾组与三叠系不整合面可作为阿什里地区印支末期构造活动的关键证据。

(2)二叠系梧桐沟组底界削截不整合

阿1井凝灰岩/凝灰质砂岩样品A1锆石U-Pb同位素分析结果显示(表1、图6)，除2个分析点给出350±7Ma和451±7Ma的较大年龄可能为岩浆捕获锆石的年龄外，其余206Pb/238U年龄结果在误差范围内一致，主要集中分布在289.1±7Ma(95%置信度)，代表该火山岩喷发时代约在早二叠世。依据在地震剖面识别的信息，阿什里地区在背斜核部发育的断裂上盘可以明显看到梧桐沟组(P3w)与下伏地层之间明显的削截关系(图5)，说明晚海西期该区域有局部的构造活动造成上石炭统-中二叠统隆升剥蚀。

表1 阿1井凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb同位素分析结果

Table 1 SHRIMP zircon U-Pb data of tuff from Well A1

测点号ThU(×10-6)Th/U同位素比值年龄(Ma)206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ208Pb232Th1σA1-11935470.36.0464.0006 0.0523 0.039 0.334 0.041292.13.62978929014A1-26597020.97.0450.0007 0.051530.019 0.3187 0.023283.03.5265442765A1-31411890.77.0480.0008 0.0512 0.038 0.338 0.040301.74.3250862928A1-4932510.38.0739.0010 0.0568 0.020 0.579 0.024459.75.94844447111A1-51283050.43.0446.0006 0.0512 0.0333 0.314 0.035281.03.7248762708A1-61031550.69.0478.0008 0.0497 0.040 0.327 0.043300.94.4183942919A1-71661531.12.0559.0010 0.0536 0.079 0.411 0.080348.65.135417833913A1-82091811.20.0482.0012 0.0498 0.053 0.330 0.056303.36.21861222979A1-92014010.52.0449.0006 0.0513 0.043 0.316 0.045281.73.62579826110A1-101091001.12.0215.0006 0.0426 0.111 0.125 0.011 136.42.9-1892791276A1-1164750.88.0514.0011-0.077 0.363-0.47 0.360 321.85.7A1-127932723.01.0203.0007 0.0417 0.139 0.115 0.140 128.52.0-2423511253A1-13115010531.13.0094.0002 0.0415 0.041 0.0531 0.04359.90.8-255103561A1-14169116931.03.0461.0006 0.053090.018 0.3341 0.021287.43.3333412734

图4 阿1井取芯锆石阴极发光图像

在阿什里背斜北部的构造变形末端所形成的向斜和北倾的单斜部位，分布着规模不等的燕山期、喜马拉雅期不整合。燕山期不整合以局部微角度不整合为代表，J3k/J3q、K1tga/J3k、J2t、N1q/(K2-E2)dg、N2cha+b/E-K不整合指示了燕山期的同构造沉积活动向新生代区域强烈造山隆升剥蚀的转变。靠近盆地广泛分布的Q/N2-N1削截不整合指示了现今造山作用在区域内仍未停止。

3.2 构造地层层序划分

根据不整合面的分布及其所反映的盆地沉积构造特征，基于A-A′-A″剖面将阿什里背斜及邻区石炭系以上地层自下而上可划分为5个大的构造层序：中石炭统之下构造层序、中上石炭统-中二叠统构造层序、上二叠统-三叠系构造层序、侏罗系构造层序、白垩系-古近系构造层序(图7)。

(1)中石炭统之下的构造层序

石炭系经历了多期火山活动旋回，主要为火山岩沉积，阿什里及邻区中-下石炭统主要为火山岩，以安山岩、英安岩等中酸性火山岩为主，顶部可见砂岩、泥质砂岩。下石炭统及下伏地层在区域内目前资料不足。

(2)中上石炭统-中二叠统构造层序

阿1井钻揭的1.8km处下二叠统以凝灰岩/凝灰质砂岩为主，上部则以砂砾岩为主。根据阿什里地区北东-南西向年代地层格架(图7)，中-上石炭统在阿什里背斜南部与侏罗系-三叠系呈不整合接触，背斜核部处下二叠统与上二叠统梧桐沟组呈不整合接触。

(3)上二叠统-三叠系构造层序

上二叠统-三叠系构造层主要分布在山前石炭系推覆体以北。地表上阿什里背斜西部出露的三叠系与石炭系推覆体呈超覆不整合接触。根据年代地层格架显示，在背斜后翼存在局限的梧桐沟组(P3w)与三叠系底界之间呈微角度不整合，上三叠统与侏罗系底界呈削蚀不整合接触，上三叠统部分缺失(图7)。

图5 阿什里背斜不整合局部放大特征

图6 阿1井凝灰岩SHRIMP U-Pb定年谐和图

(4)侏罗系构造层序

该套地层层序在阿什里地区广泛发育，是阿什里地区地表出露的最主要地层，侏罗系构造层与上覆白垩系以微角度不整合接触，并且内部也多以假整合或角度不整合接触。

阿什里地区侏罗系自下而上发育八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)。八道湾组(J1b)主要为一套煤系地层，超覆不整合在阿什里背斜西南侧石炭系推覆体上，在背斜核部则与下伏三叠系呈削截不整合接触。阿什里地区侏罗系内部为整合/假整合接触关系。

(5)白垩系-古近系构造层序

该套地层层序主要发育在阿什里背斜与阿克屯、喀拉扎背斜之间连接的不对称向斜部位。白垩系主要由下白垩统吐谷鲁群(K1tg)和上白垩统东沟组(K2d)组成。吐谷鲁群在阿什里背斜北翼与下伏喀拉扎组呈不整合接触。古近系底部与东沟组呈整合或假整合接触关系。

需要明确的是，阿什里地区5个构造层序在空间上的分布有明显差异，其中阿什里背斜南侧二叠系-侏罗系剥蚀情况严重，而区域内白垩系-古近系构造层序局限分布在阿什里背斜北翼向斜内。且构造层序之间的接触关系复杂，在阿什里背斜南侧中、下侏罗统-三叠系超覆覆盖在石炭系推覆体之上，在阿什里背斜核部及北部则未直接接触，反映了区域内海西期和印支期构造作用有限，因而剥蚀情况不同。

4 阿什里地区构造几何学特征

4.1 浅表地质特征

图7 北东-南西向A-A′-A″地震剖面年代地层格架

图8 阿什里背斜浅表构造地质剖面AA′和BB′

图9 北东-南西向A-A′-A″地震剖面及细节图

北西西走向的阿什里背斜形态较宽缓，长轴与短轴之比约为3:2。通过2条北东走向的阿什里背斜浅表构造地质剖面AA′和BB′的对比，初步认识阿什里背斜浅表地质结构(图8)。其中AA′测线经过阿什里背斜核部，BB′测线穿过阿什里背斜东侧。DEM数据显示，地表出露最大高程约海拔2.1km，最大高差不超过1km，地势起伏差异不大。最大高程位于测线AA′南段的石炭系逆冲推覆体，其南北两侧被侏罗系超覆不整合掩盖，石炭系推覆体内部地表出露多条高角度南倾的逆断层，根据地质填图断层最大倾角超过70°。石炭系推覆体下盘出露的中-上侏罗统西山窑组-头屯河组呈倒转向斜，最大地层倾角约40°。

阿什里背斜核部出露侏罗系八道湾组和三工河组，地层倾角不超过10°。两翼中上侏罗统-白垩系均遭受不同程度的剥蚀，按照厚度相等原则对被剥蚀地层恢复后可发现，阿什里背斜呈北陡南缓的不对称背斜。将背斜北翼一侧补全至前翼向斜转折端，该背斜最大高差约3.5km，代表了最小构造抬升量。根据补全的阿什里背斜形态，估算该背斜沿北东向最大延展约16km。背斜北翼终止于喀拉扎背斜与阿什里背斜之间向斜轴面。根据地层倾角变化以及厚度，在AA′测线中阿什里背斜前翼可划分5个等倾角区，地层倾角由核部的10°至26°依次增加，而在BB′测线中背斜前翼只有3个等倾角区，倾角范围在13°至30°(图8)。结合对阿什里背斜构造抬升量、褶皱矢量以及三叠系-二叠系地层厚度的估算等因素，阿什里背斜深部构造底板滑脱层至少在地下6km之下。

AA′和BB′剖面浅表地质结构中阿什里背斜两翼倾角在侧向上呈现差异性。AA′中背斜前翼等倾角区变化均一有规律性，而BB′中背斜前翼倾角域存在突变现象。BB′测线中背斜核部出现局部小背斜，可能为深部发育小规模逆断层所致，该断层在背斜核部东侧局限出露。值得注意的是在AA′和BB′，阿什里背斜两翼侏罗系三工河组-西山窑组地层厚度明显不一致：北翼厚度明显较大，反映了地层沉积时南高北低的现象。

因此，对阿什里背斜浅表地质结构的刻画较好地约束了褶皱的基本形态，并初步揭示了其具备分层滑脱层变形的特征，而侏罗系滑脱层则是沟通上下层变形的重要部分。而褶皱的不对称性暗示了在阿什里背斜深部可能存在更为复杂的构造。

4.2 构造几何学特征

4.2.1 A-A′-A″测线构造解释方案

A-A′-A″测线自南向北依次穿过伊林黑比尔根山前石炭系推覆体-阿什里背斜-阿克屯背斜等3个主要构造。对该测线的解释方案是基于浅表地质结构的刻画以及钻穿背斜核部的阿1井地层约束的基础上进行细致的刻画。

阿什里背斜核部的阿1井在地下深度约1.8km处的二叠系梧桐沟组之下钻遇一套凝灰岩/凝灰质砂岩，对该岩性取芯并进行锆石U-Pb同位素分析后表明该套火山岩喷发时期属于早二叠世。将钻井地层数据投影到地震剖面中进行井-震结合(图5)，在阿什里背斜核部至少可以识别出2个不整合面，分别为P3w/P1削截不整合、J1b/T3xq削截不整合，分别代表两期关键的构造事件。同时，在P3w/P1削截不整合面之下，通过削截点识别出在背斜核部南倾的高角度逆断层F0，断层自下二叠统泥岩层或石炭系内部滑脱层切穿背斜核部二叠系，终止于三叠系。F0断层倾角特征表现为从深部向浅部依次由缓变陡再变缓，最缓处倾角约13°，最陡处倾角超过30°。其水平断距远大于垂向上的断距。根据轴面分析，背斜核部断层F0在断层上盘所形成的背斜、向斜轴面终止于侏罗系底界不整合面，意味着断层F0的活动在侏罗系八道湾组沉积之后并未复活。

在前文章节4.1中刻画的阿什里背斜的浅表地质结构表明该背斜垂直走向方向上延展约16km(图8)，而在地震剖面中可以清晰的看出阿什里背斜垂向上均表现为深、浅部构造层为不同变形强度的褶皱(图9)。浅部的侏罗系构造层与二叠系-三叠系呈差异变形，而若将侏罗系底界不整合面形成时接近水平来分析，侏罗系底界不整合在后期经历了明显的被动改造。因此，可以在阿什里背斜保存较好并且成像清晰的北翼进行细致的轴面分析来约束深部构造。根据地层平均厚度估算，深部构造变形的顶板反冲断层收敛在下二叠统之下约2km处(水平校正)。侏罗系构造层背斜前翼形成多个等倾角区，等倾角区倾角范围为8°～35°，指示了深部地层变形受多个断层组成的复合构造楔控制。因此，以深部楔形体的顶板反冲断层为界，通过断点组合识别了以F1、F2、F3断层为主的叠加构造楔，根据叠加构造楔前翼膝折带长度及倾角，根据断层相关褶皱理论，厘定基底滑脱层在地下约在12～15km发育的脆韧性转换带。

图10 北东-南西向A-A′-A″地震剖面及解释结果

图11 北东-南西向BB′地震剖面

图12 北东-南西向BB′地震剖面局部细节

图13 北东-南西向BB′地震剖面局部细节及剪切型断层转折褶皱模式(据Suppe et al., 2004)

阿什里背斜向北部沿F2前冲断层沿顶板向上切穿，与阿克屯背斜深部一条反冲断层组成构造楔。该反冲断层向盆地方向收敛于侏罗系八道湾组滑脱层。F2断层的再活动使得F3断裂及其所控制的早期褶皱被改造。阿克屯-喀拉扎背斜核部侏罗系发育多条前冲、反冲断层，切穿八道湾组-西山窑组并收敛于背斜北翼西山窑组-头屯河组，并且此断裂与地表出露的阿克屯-喀拉扎背斜翼部的反冲断裂最终在阿克屯-喀拉扎背斜北翼向盆地方向收敛于西山窑组煤层。因此阿克屯-喀拉扎背斜实质上也属于分层滑脱变形(图10)。

阿什里背斜南部山前推覆带侏罗系不整合面之下，识别出了突破型楔形体构成的古隆起，该楔形体内部组成的地层推测为D-C2。该构造垂向上夹持于深部叠加构造楔与地表石炭系推覆体之下。但根据其顶部的侏罗系底界不整合面来看，不整合面几乎呈水平状，因此可以表明该套楔形体的活动时期要早于八道湾组沉积。并且该楔形体的端点收敛于石炭系，与F0断层收敛的滑脱面一致。因此根据二者关系判断，F0断层活动的动力来源，本质上属于楔形体的前端突破。

4.2.2 BB′测线构造解释方案

BB′测线位于A-A′-A″以东约5km处，自南向北依次穿过石炭系推覆体和阿什里背斜(图11)。B-B′测线中所识别的构造样式与A-A′-A″大体相似。背斜核部同样可以识别出F0断层控制着核部二叠系-三叠系构造层，并且F0断层上盘P3w/P1不整合面、J1b底界不整合面清晰可见。F0断层自石炭系滑脱层核部突破，终止于三叠系。在对BB′测线细节刻画中还可见到在背斜核部三叠系内发育调节逆断层(图12)。

BB′测线中阿什里背斜北翼的地层倾角变化与A-A′-A″明显不同，考虑到两条测线相对临近，在浅表地质结构的刻画中，将这一现象归因于深部构造的差异所导致。但在地震剖面中针对这一现象进行解释时，如果按照侏罗系构造层在背斜前翼的倾角变化约束深部构造，可以发现侏罗系构造层的向斜转折端在深部无法延伸。因此在解释过程中，采取先在深部楔形体内识别断点，先行刻画出深部叠加构造楔的形态。叠加构造楔的规模相比之A-A′-A″测线中的构造形体规模略小，根据膝折带的垂向高差判断，该构造导致的垂向隆升约为4km，同时叠加构造楔内部组成上仅存2组冲断席F2、F3。侧向上造成这种差异现象表明了叠加楔形体在活动中存在优势方向叠加，断层的形成和突破具备倾向性。

BB′中叠加楔形体F3断层活动端点所形成的向斜轴面终止于中三叠统克拉玛依组(图13)，并未延伸至浅部侏罗系。对背斜翼部的三叠系进行细节刻画后，根据地震反射轴垂向上的倾角变化，识别出一条北倾的反冲逆断层。该断层的出现影响了深部叠加构造楔的轴面向上传递，并且导致在局限范围内形成了前翼短，后翼长的隐伏背斜。该断层倾角约12°，而断层上盘膝折带地层倾角约3°～6°，其几何形态与剪切型断层转折褶皱十分相似(Suppeetal., 2004)。同时根据阿1井钻井地层结果，在三叠系底部存在一套薄层的泥岩，为该断层活动提供了必备的物质条件。

图14 北东-南西向BB′地震剖面及解释结果

图15 阿什里背斜深部叠加构造楔断片三维形态

4.3 断裂三维结构特征

本文对阿什里地区5条NE-SW方向以及4条NW-SE方向二维地震测线进行构造解释后，在三维空间上将主干断裂组合，刻画了阿什里背斜深部复合构造楔三维展布形态。阿什里地区主干断层在三维空间上表现为整体走向NW-SE的复杂断裂带，在阿什里背斜主要由6个主要断面构成(图15)。

4.4 阿什里背斜构造运动学特征

基于前文提到的依据阿什里及邻区地表出露地层不整合关系以及地震剖面中识别的不整合，可以将阿什里构造演化划分为以下几个期次：中-晚二叠世山前形成古隆起、晚二叠世阿什里背斜浅部发育小型冲断构造、晚三叠世阿什里地区断层F0复活发生二次突破，早侏罗世稳定沉降或弱坳陷、晚侏罗世-晚白垩世燕山多幕构造活动形成深部复合叠加构造楔、中新世以来强烈逆冲构造活动造成阿什里背斜深部叠加构造楔向北突破，形成阿克屯-喀拉扎背斜三角带(图16)。

图16 阿什里背斜构造形成演化运动学模拟

图17 阿什里背斜深部叠加构造楔正演模拟

中-晚二叠世，受伊林黑比尔根山初始造山活动影响，阿什里背斜西南侧通过石炭系滑脱层逆冲推覆形成古隆起，经过夷平剥蚀后中-下二叠统在山前隆起带前端坳陷沉积，与山前石炭系呈超覆接触关系。在这一时期阿什里背斜的中、上石炭统-二叠系沿石炭系滑脱层发育逆断层F0形成背斜，背斜核部中-下二叠统局部被剥蚀。根据构造楔前翼膝折带长度计算，这一时期的构造活动造成剖面缩短量约10km，缩短率11.2%。

晚三叠世末期，受伊林黑比尔根山持续隆升影响，阿什里背斜西南缘古隆起整体作为一个构造楔通过石炭系滑脱层向北东向突破，这一期构造活动造成原始与石炭系超覆不整合的二叠系-三叠系向西南方向反冲形成褶皱，与此同时阿什里背斜核部F0断层再活动向上突破使得上二叠统(P3)-三叠系(T)与下伏已经变形的上石炭统-中下二叠统再度发生变形，形成一个新的叠加复合的背斜。根据F0断距计算，这一时期的构造活动造成剖面缩短量约6.5km，缩短率7.3%。

整个侏罗纪前期阿什里地区构造活动不发育，同期内准噶尔盆地南缘地区整体沉积稳定，区域上伊林黑比尔根山内部及其边缘多出可见侏罗系含煤地层不整合超覆于下伏的石炭系之上。

晚白垩世-古近纪阿什里背斜深部地层(推测为下石炭统及之下地层)形成向北逆冲的复合构造楔，构造楔内部发育双重构造，断层的活动次序最开始为后展式，并改造了上覆的早期形成的褶皱。深部构造楔的活动可分为三期，其中最强烈的第三期约在晚白垩世-古近纪之间。这一时期的构造活动造成剖面缩短量约24km，缩短率26.9%。

中新世-第四纪，受北天山造山活动影响，阿什里背斜深部构造楔F2断层复活，向前突破切穿石炭系-二叠系收敛于下三叠统滑脱层，同时在前翼沿侏罗系八道湾组煤层形成反冲断层，致使阿什里北部形成了新的北陡南缓的非对称背斜(图16)。这一时期的构造活动造成剖面缩短量约11km，缩短率12.4%。

因此，阿什里背斜的构造演化受多期构造活动影响，总缩短量为48km，总缩短率约53%。阿什里背斜作为分层滑脱变形的复合构造，根据平衡恢复结果显示，石炭系之下地层缩短量为48km，缩短率53%，而中部及浅部地层二叠系-侏罗系缩短量仅为12.5km，缩短率14.1%，深、浅变形层在构造演化中呈解耦式。

5 讨论

5.1 阿什里背斜构造模型

分层滑脱变形体系是控制准噶尔盆地南缘地区构造样式的关键因素。前人对准噶尔盆地南缘地区的研究中确立了第一排背斜发育以楔形构造为主的厚皮构造，向盆地方向深部滑脱层逐渐过渡到侏罗系煤层及古近系膏盐层，并发育多个切穿中生界的逆冲断层，在二、三排背斜带形成一系列薄皮构造(董臣强等，2007；李本亮等，2012)。

阿什里背斜夹持于伊林黑比尔根山与准噶尔盆地南缘第一排背斜之间，处于典型的造山带后陆位置。阿什里背斜整体抬升幅度大，侏罗系之上地层被剥蚀殆尽，在地表上表现为形态宽缓且仅有小规模冲断层出露的特点。前人在地震剖面中刻画了阿什里背斜分层滑脱形成的非对称结构。侏罗系及以上地层发生被动变形，下伏构造层发育冲断构造，卷入地层为石炭系-三叠系(严叔澜等，2008；李学良等，2012；李学良，2014)。

本文对阿什里背斜结构进行精细刻画后发现，背斜深部石炭系-三叠系内发育的冲断构造并未突破侏罗系，并且侏罗系底界不整合面的形态与石炭系-三叠系构造层不相匹配。因此，很明显阿什里背斜晚期整体抬升的成因并非来自于石炭系-三叠系发育的构造再复活，而是来自石炭系地层之下，但究竟源自基底发育冲断构造或是构造楔形体则存在争议。但通过连接阿什里-喀拉扎背斜的地震测线可以发现(图10)，侏罗系八道湾组在阿什里背斜核部和喀拉扎背斜前翼变平位置的垂向高差可达6.5km，这表明阿什里背斜整体抬升了6.5km，与准南第一、二排背斜的缩短量接近(李传新和郭召杰，2011)。因此，基底构造楔模式和沿基底发育高角度冲断层模式难以匹配阿什里地区。相比之下，多组冲断席构成的叠加构造可以较好的平衡如此大的垂向构造抬升量，同时反冲断层吸收了较大位移量。因此阿什里的形成受控于晚新生代的强烈造山活动造成地壳大规模缩短，巨大的位移缩短沿基底滑脱层释放，中部构造层发育的古断裂没有复活。

在AA′测线进行平衡剖面恢复的基础上，对阿什里背斜深部叠加构造楔进行正演模拟分析进行验证。模拟过程主要针对叠加构造楔内部3条逆断层，位移设置取决于断层滑移量(7km、17km、13km)，地层厚度的设置按真实厚度比例换算，断层倾角的设定与地震剖面中所解析的一致。构造活动采取先以F1-F2-F3的后展式活动次序，后期仅使F2断层活动，而F3断层被动变形的方式。构造正演模拟分析结果显示(图17)，阿什里背斜深部多个构造楔叠加属于乱序式的逆冲，即逆冲断层从腹部向前陆方向增生，老断层在后期未发生活动，被新断层被动拖曳向前整体移动，称之谓背驮式(Morley, 1988；Lietal., 2016)。

需要强调的是，阿什里背斜深部叠加构造楔冲断席的以乱序方式活动的原因在于区域上存在燕山期和喜马拉雅两期构造活动，并且燕山期南强北弱、喜马拉雅期北强南弱。此外，燕山期阿什里背斜深部的叠加构造楔可能处于临界或次临界的状态，因此在喜马拉雅期造成继续向北发生冲断作用以降低楔顶角。对于叠加构造楔的形成机制的探讨可通过物理模拟及数值模拟实验加以验证。

5.2 阿什里地区多期次构造活动背景

5.2.1 晚古生代构造演化背景

准噶尔盆地南缘地区由于受到多期次构造活动影响，构造变形强烈，因此该地区晚古生代以来至三叠纪山前构造属性争议很大(Wartesetal., 2002；苏春乾等，2006；Xiaoetal., 2008；Hanetal.,2010；廖卓庭等，2011；刘冬冬等，2012；Yangetal., 2013)。Xiaoetal. (2008)将艾维尔沟发现的三叠系小泉沟群与上二叠统芦草沟组间的不整合，作为北天山洋在二叠纪末期闭合的证据。

Wartesetal. (2002)认为北天山地区早二叠世处于伸展构造环境，而晚二叠世转变为挤压构造环境，天山北缘和吐哈盆地就是在该环境下形成的前陆盆地。陈发景等(2005)、方世虎等(2006)、苏春乾等(2006)、刘冬冬等(2013)和Yangetal. (2013)通过对准噶尔盆地南缘盆地沉积物源体系和艾维尔沟二叠系与三叠系不整合露头的分析，认为二叠纪-三叠纪准南为伸展环境；而Carrolletal. (1995)、何登发等(2004)、陈新等(2005)、吴孔友等(2005)、王家林等(2016)通过分析沉积物充填特征、地层发育，认为准南二叠纪-三叠纪为挤压环境。马德龙等(2018)对小渠子背斜T/P不整合以及P-T沉积旋回特征分析认为在该地区晚二叠世-早三叠世经历了强烈挤压隆升-稳定的构造演化过程。

基于本文对阿什里背斜的不整合面识别以及构造演化模拟分析，准噶尔盆地南缘晚古生代构造演化至少存在中-晚二叠世及晚三叠世两期构造挤压活动。阿什里背斜核部及翼部识别的P1/P3和P3/T1不整合记录了这两期关键构造事件，而这两期构造活动极有可能与晚海西期、印支末期的伊林黑比尔根山的初始造山活动相关。而对于早二叠世该区域是否拉张伸展环境，由于受到后期强烈改造作用则无法给出直接证据。

5.2.2 中新生代构造演化背景

晚侏罗世-古近纪，天山山脉处于局部挤压环境发生明显隆升(方世虎等，2006)，同期博格达山也开始强烈隆升(汪新伟等，2007；郑有伟等，2015)。受博格达山和伊林黑比尔根山隆升的影响，阿什里背斜与邻区整体抬升，以古近纪末期沿基底滑脱层发育叠加构造楔为高峰。阿什里邻区出露的喀拉扎组与白垩系不整合/假整合关系记录了这次事件。前人在准噶尔盆地南缘进行过比较系统的裂变径迹分析揭示了北天山西段约80Ma就已经开始缓慢隆升冷却，而在北天山东段后峡地区的侏罗系样品中，也记录了约80Ma以来一直处在隆升冷却阶段(Hendrixetal., 1994；Dumitruetal., 2001；郭召杰等，2006；方世虎等，2007)。

新生代晚期以来，随着印度板块与欧亚大陆的碰撞，天山地区的地壳发生强烈的挤压缩短。中新世-第四纪由于伊林黑比尔根山和博格达山的造山活动达到顶峰，阿什里地区地表大面积出露的N/E、N/Q不整合记录了这期构造活动。受北西走向的伊林黑比尔根山和北东走向的博格达山西缘的隆升影响，晚新生代阿什里背斜深部叠加构造楔复活，位移进一步向盆地传递。昌吉、阿克屯、喀拉扎背斜在地表呈三角带分布可能是受到来自两个方向的挤压应力。

6 结论

(1)阿什里地区处于后方前陆部位，为一大型复式叠加背斜。阿什里背斜发育深、浅多层滑脱构造变形系统：浅层薄皮推覆构造；中-深层复合构造楔。构造变形主要通过基底滑脱层、石炭系及中二叠统泥页岩、侏罗系八道湾组、西山窑组煤层分层滑脱来实现。

(2)阿什里地区侏罗系底部不整合面的变形受新生代发育的深部复合构造楔控制，深部叠加构造楔是由2～3个冲断席构成，被动顶板之上为石炭系-三叠系构成的不对称背斜。断裂三维结构显示叠加构造楔整体向NWW倾伏，表明构造楔叠置向SEE方向叠加活动更强。

(3)锆石SHRIMP U-Pb同位素分析结果显示阿1井核部二叠系梧桐沟组之下钻遇的凝灰岩/凝灰质砂岩年龄为289.1±7Ma(95%置信度)，约束了阿什里背斜核部二叠系内部的不整合，指示了晚海西期的构造活动。

(4)阿什里及邻区构造演化经历了5个关键构造期次：中-晚二叠世山前形成古隆起、晚二叠世-晚三叠世阿什里地区两期小规模逆冲活动、早侏罗世区域稳定沉降或弱坳陷、晚侏罗世-晚白垩世燕山多幕构造活动在阿什里背斜深部沿基底发育叠加构造楔、中新世以来强烈逆冲构造活动使得阿什里前缘阿克屯-喀拉扎背斜带形成。构造反演及正演模拟结果揭示阿什里-喀拉扎背斜总缩短量为48km，缩短率约53%。

致谢感谢北京离子探针中心提供锆石SHRIMP测年。感谢管树巍教授、鲁人齐研究员和本刊编辑对本文提出的宝贵修改意见。中石化胜利油田研究院提供了相应的钻井和地震资料，在此表示诚挚的感谢。