库车盆地基底构造特征

塔里木板块基底是双层结构，下构造层是高度固结的克拉通基底，由强烈褶皱变形的变质岩系（包括结晶变质岩系）组成的前震旦纪结晶基底及变质岩系基底，上构造层是震旦纪到古生代末稳定的台型沉积盖层。研究结果表明，塔里木北缘有在30亿～32亿年前形成的太古宙岩石。长城纪前1800 Ma，即中元古宙长城纪兴地塔格群与其下伏元古宙达格拉布拉克群之间角度不整合，证明此时塔里木地区形成颇具规模的陆块，中晚元古宙板块俯冲作用产生典型的高压变质岩组合（肖序常等，1992）。塔里木地盾主要形成时间大约在700 Ma，造成震旦纪冰碛岩同下伏元古宙变质岩系之间的角度不整合。自震旦纪开始，除库鲁克塔格地区发生局部裂陷作用、形成含中基性火山岩的巨厚浊积岩外，绝大部分地区接受陆棚浅海相沉积，这一沉积环境一直持续到早二叠世末期。震旦纪—早二叠世末的稳定台型沉积，实质上为塔里木克拉通的盖层。

库车盆地主要沉积有中新生代陆相地层，地层发育齐全，从二叠纪一直到第四纪均有沉积，但厚度变化较大。盆地的基底主要由中生代地层之下的古生代和元古宙地层所组成，基底埋藏深度较深，因而对库车盆地中新生代以下的基底性质认识不清。根据库车盆地吐格尔明背斜核部出露的元古宙浅变质石英片岩、花岗岩，认为这套元古宙浅变质岩系代表库车盆地的基底；但是根据航磁测量资料，在背斜核部之下3～5 km深部存在磁性基底，表层出露的元古宇可能是推覆而来的断片，构造样式上应属前陆卷入基底褶皱，作者将在后面章节详细论述这一特征。由此看来，库车盆地基底性质只能靠地球物理方法和区域地质演化分析来认识。根据重力资料，库车盆地古生界基底埋深7～10 km，相邻的塔北地区古生界基底埋深为5～7 km，这与航磁资料和地震反射剖面资料求得的基底埋深是一致的（基底埋深7～10 km），并且推测库车盆地基底主要是晚古生代浅海相碎屑岩及火山岩建造。丁道桂等（1990）根据地震反射剖面资料认为，库车盆地确实存在东西向展布，与塔北隆起同期沉积，厚度相当的古生代沉积地层。地震剖面显示，库车盆地亚肯以南存在早古生代地层。

根据已完成的航磁资料（朱英，1989），塔里木盆地北缘地区乌什、库车、库尔勒等地及南天山分布着一片面积广大的负磁场背景区，磁场强度为-100～-200 nT，即南天山-北塔里木负异常区。由于这一带出露的基底变质岩主要是弱磁性绿片岩，因此将这片负磁场区解释为绿片岩系组成的早元古宙基底构造区，而且该负异常区的北界，大致沿中、南天山构造界线分布。负异常区的南界比较平直，包括塔北地区、南天山、库车盆地广大范围内磁场变化不明显，这反映了这些地区存在共同的基底。位于乌鲁木齐—库尔勒以西大面积负磁场区的库车块体明显与此线以东地区不同，西部磁异常变化小，分带性不明显，磁性结构较均匀；东部变化大，并且具有明显的条带状。由于南天山古生代冲断构造带和塔里木北部克拉通具有相似的深部（磁性）结构特征，故推测南天山造山带可属上叠性质的构造（朱英，1989）。

众所周知，区域重力异常是地表以下物质密度不均匀性的综合反应。根据重力资料，天山地区东西两段有明显的差异，其界线仍在乌鲁木齐—库尔勒一线。西天山布格重力异常一般在-250 mgal，局部高达-300 mgal，而东天山一般为-150 mgal左右，东西相差100 mgal以上。在卫星磁异常图上，西天山为正2.0 nT，而东天山为2.0～4.0 nT。根据卫星磁异常图换算的上地幔莫霍面等深度图，西天山地壳厚度可达50 km以上，最深可达60 km，而东天山地壳厚度为45 km，东西天山地壳厚度由45 km递变到50 km，两者相差达5 km以上。根据天然地震资料，在依奇克里克地震台下求得的地壳厚度可达60 km，拜城、库尔勒等地的地壳厚度已接近60 km。根据最新资料，塔里木盆地沿温宿一库尔勒一线向北，重力异常值向北东方向从-200 mgal减少至-300 mgal左右，梯度值最窄达到-1.2 mgal/km，最宽处达到1 mgal/km。库车盆地已发现的依奇克里克油田正处于天山与塔里木盆地之间的布格重力梯度带上，梯度值为1.2 mgal/km；梯度带北部重力低，重力值为-270 mgal，而梯度带南部（库车）以南达-200 mgal。区域布格资料表明，库车盆地深部构造为塔里木地幔隆起区向天山地幔坳陷区的过渡带，利用布格重力资料初步计算莫霍面埋深可达50 km以上，向天山方向莫霍面埋藏深度增大，向南侧则减小。布格重力异常图反映了塔里木盆地北缘库车盆地深部构造形态为塔里木板块向天山方向变深的弯曲形态，因此布格重力异常也被广泛用来研究大陆碰撞作用产生的岩石圈挠曲，揭示造山带和挠曲前陆盆地的深部构造（Karner、Watts，1983；Lyon、Molnar，1985）。横穿造山带和挤压盆地的重力异常，显示出在挤压盆地上方重力异常明显比造山带和前陆重力异常要低（Steckler，1978）。喜马拉雅山、安第斯山和比利牛斯山、阿尔卑斯山等造山带与相邻前陆盆地局部重力达到均衡。如在喜马拉雅山前陆盆地为负100 mgal均衡异常，表明该区存在质量亏损；相反，在造山带为负的均衡异常，常常超过-100 mgal，表明造山带存在质量过剩（Angevine，1983）。Burov等（1990）发现天山造山带出现明显重力亏损，而与均衡模式有一定的差距，说明了库车盆地具有挤压挠曲性质。

首次完成的穿越天山连接塔里木、准噶尔盆地的大地电磁测深区域剖面表明，在塔里木盆地与南天山之间存在宽达30 km的挤压破碎带。电性反映岩石破碎带由多条断裂组成，在30 km深度范围内，电阻有时高达5000～10000 Ω，这种现象被解释为深变质岩与岩体的综合反映（贾润胥，1992）。电磁测深表明，南天山有10 km厚沉积体存在，中天山30 km深度范围由古老变质岩和岩体组成的高阻体；库车盆地为一不对称的挠曲盆地，靠近南天山厚度大，向塔北隆起方向厚度明显减薄。

构造演化分析表明，库车盆地在古生代位于塔里木板内北缘，与塔里木盆地具有共同的古生界、震旦系盖层及前寒武纪结晶基底，而且与南天山造山带演化是一致的。古生代，塔里木北缘——南天山是一个稳定被动大陆边缘沉积环境，包括库车盆地在内当时属于被动陆缘的一个组成部分，该被动陆缘南部靠稳定区面向（北部）洋盆。在被动大陆边缘上沉积了一套北厚南薄的沉积楔形体，如塔里木柯坪地区志留系为稳定陆源碎屑沉积，沉积厚度小，厚几百米，而南天山地区志留系为类复理石建造组成的碎屑岩和碳酸盐岩、火山岩，沉积厚度达万米，虽然后来的造山事件掩盖了这一特征，但是原始沉积体系未被破坏，因此作者认为库车盆地中生界之下应该残留有古生界，无须质疑，库车盆地古生界之下也存在有前寒武纪基底，该基底和塔北隆起出露的前寒武纪基底是相同的，这与丁道桂等（1990）根据地震资料解释是一致的。作者认为，库车盆地基底泛指三叠系之下由古生界、元古宇、太古宇组成的统一基底，库车盆地是在此基础上发育的中新生代地质构造单元。盆地沉积物为一套陆相碎屑沉积，这些沉积物由天山造山带因隆升而被剥蚀下来的碎屑物组成，它记录了天山造山带岩石出露和剥蚀历史。

前陆挤压盆地主要是力学性质的盆地，由造山带前缘的岩石圈坳陷和造山带载荷作用控制。盆地形状直接反映岩石圈刚度，即前陆盆地宽度和深度是岩石圈刚度和岩石圈热力学状态的函数。宽、浅前陆盆地发育在厚、冷岩石圈之上，而深、窄前陆盆地发育在更薄、更热岩石圈之上，也就是说挠曲的波长取决于岩石圈的热年龄。喜马拉雅山恒河前渊位于印度板块太古界岩石圈之上，出现的长波长弯曲；而瑞士平原前渊则在海西岩石圈上，出现的是短波长弯曲。Watson（1987）认为天山北部的准噶尔盆地是一个短波长、深沉积中心，而天山南部的塔里木盆地是长波长的沉积中心。近年来McNutt等（1988）研究表明：俯冲板块的倾角、造山带前缘的弯曲度、造山带长度都取决于岩石圈的挠曲刚度；弹性板的厚度和造山带冲断平面上地表弯曲度之间存在明显的关系，即造山带弯曲度越大、弹性厚度越低，剖面上挠曲板弯曲度越高、倾角越大，刚度就弱，产生较短的冲断席体，并且对较长冲断层缺少整体上的连续性（Fleming、Jordan，1989）。研究表明，板块年龄与刚度关系不大，主要与基底性质有关（McNutt等，1988；Allen、Allen，1990）。由此可以认为，塔里木板块北缘的基底性质控制了南天山冲断带长度和库车板内挠曲盆地的形态，从而最终控制盆地的沉积、造山带剥蚀和隆升及其演化。