中国西北塔里木盆地背隆凹陷区由于压实作用引起的三叠纪地层及沉积相的演化

塔里木盆地中央坳陷三叠纪沉积序列在构造压缩作用下呈现四个三阶层序，发育浅湖相辫状河三角洲沉积体系，包括大规模和中小型 distributary channel、近端和远端 mouth bar，其分布与 forebulge 上升及 backbulge-ward 扩展相关。构造活动通过区域不整合、沉降中心迁移、深切谷发育及活动期 forebulge 上升增强物源供给，形成高水位体系层位砂体。研究完善了前陆盆地后穹隆构造响应模式。

Jiahao Wang | Andrew D. La Croix | Hua Wang | Yudi Fu | Zeng Fan

中国地质大学构造与石油资源重点实验室，教育部，湖北省武汉市430074，中国

摘要

与前陆盆地系统的前深部区域相比，后凸区域对压缩构造作用的岩层和沉积响应仍然知之甚少，尤其是在低强度构造变形条件下。为了更好地理解这些响应，本研究利用丰富的本地和区域地震剖面、井芯以及测井资料，对中国西部塔里木盆地三叠纪地层进行了序列岩层学和沉积学分析。研究的地层沉积作用发生在前陆盆地系统的后凸凹陷区内。研究结果确定了四个以辫状河三角洲系统为主的第三级地层序列，这些三角洲系统在浅湖环境中形成了四种沉积相组合：（1）大尺度分流河道；（2）小尺度分流河道；（3）近端河口沙坝；（4）远端河口沙坝。沉积相演化显示，随着前陆抬升和后凸区域的扩张，沙体分布发生了渐进性变化：在进积系统期（TSTs）沉积物大量积累，而在高水位系统期（HSTs）沉积作用减弱。构造压缩作用对岩层和沉积的响应表现为：（1）划分三叠纪地层的区域性不整合；（2）沉降中心的迁移；（3）深切河谷的发展及其伴随的三角洲前积；（4）在前凸抬升加剧期间形成的独特砂质进积系统期（TSTs）。这些结果为识别后凸区域中的压缩构造作用提供了可靠的框架，并有助于全球前陆盆地演化的重建。

引言

揭示压缩构造作用对岩层和沉积的响应对于重建前陆盆地及其相邻造山带的演化至关重要（Botziolis等人，2024年）。先前的研究记录了多种岩层和沉积响应现象，包括：（1）区域性角度不整合（Sinclair等人，1991年；Ballato等人，2008年）；（2）从细粒向上到粗粒向上的沉积序列（Li等人，2000年，2004年）；（3）楔形（而非平板状）的层序几何形态（Critelli等人，2017年；Papa等人，2021年）；（4）粗粒碎屑楔体的发育（Ballato等人，2008年；Wang等人，2013年；Critelli等人，2017年）；（5）沉积中心的渐进性迁移（Li等人，2004年；White等人，2002年；Papa等人，2021年）；（6）河流系统结构的转变（Sinclair等人，1991年；Ballato等人，2008年）；（7）古水流方向的改变（Li等人，2000年；Li等人，2004年；White等人，2002年）；（8）沉积通量的显著变化（即沉积速率）（Critelli等人，2017年；Papa等人，2021年）；（9）沉积物成熟度的突然变化（Sinclair等人，1991年；Critelli等人，2017年）。此外，对生长层的研究显著提高了我们以下方面的认识：（1）确定压缩构造事件的时间和频率（Brozovic和Burbank，2000年；Li等人，2000年；Lin等人，2002年；Christophoul等人，2002年；Horton等人，2004年；Roca和Nadon，2007年；Yang，2011年；Martos等人，2024年）；（2）量化逆冲断层的位移速率（Suppe等人，1992年；Shaw和Suppe，1994年）。

然而，在实际应用中，单凭岩层或沉积响应特征难以可靠地判断压缩构造作用（Wang等人，2013年；Botziolis等人，2024年）。通常需要多条证据相互印证，才能共同建立构造解释（Ballato等人，2008年；Critelli等人，2017年）。尽管如此，目前的理解主要集中在前深部沉积上，而后凸区域的记录却极为有限。值得注意的是，从前陆到后凸的构造单元——依次为楔顶、前深部、前凸和后凸区域——共同构成了完整的前陆盆地系统（DeCelles和Giles，1996年）。这一知识空白可能反映了后凸区域构造变形强度较低，因此岩层和沉积表现相对较为微弱。

为填补这一空白，本研究通过综合序列岩层学分析和沉积相重建，探讨了中国西北部塔里木盆地三叠纪后凸凹陷区内对压缩构造作用的岩层和沉积响应。

地质背景

塔里木盆地是一个多旋回的克拉通盆地，位于塔里木板块上（He等人，2005年；Li等人，2019年；Li等人，2023年）。该盆地呈菱形几何形态，面积约为56万平方公里。盆地四周被四个主要造山带所环绕：北部为天山造山带，东北部为库鲁克塔格造山带，西南部为昆仑造山带，东南部为阿尔金山造山带（图1A）（He等人，2005年；Li等人，2023年）。

晚二叠世至三叠世期间，该地区经历了重大的构造重组

数据集与方法

研究区域，特别是塔河和塔中地区，一直是石油勘探的重点区域，因此积累了大量的地震资料、井芯和测井数据（图1A）。本研究使用了五种关键的岩石物理测井资料：伽马射线（GR）、自然电位（SP）、深感应电阻率（RILD）、中感应电阻率（RILM）以及声波/声学（AC）测井。这些测井资料对岩石类型变化非常敏感，尤其是对粒度分布的变化

序列岩层框架

通过地震解释，确定了七个序列边界（T48、T46a2、T46a1、T46h、T46、T40和T30，按岩层顺序升序排列），从而在三叠纪地层中划分出四个第三级地层序列（SQ1–SQ4）（图2、图3；表1）。

讨论

大量关于前陆盆地系统在压缩构造作用下的岩石圈弯曲变形的研究表明：（1）构造事件由离散的压缩逆冲阶段和静止阶段组成；（2）在活跃逆冲期间，楔顶/前凸区域同时发生抬升，而前深部/后凸区域则发生沉降，这与静止期等静力反弹的变形模式形成鲜明对比（Quinlan和Beaumon，1984年

结论

• （1）岩层分析确定了塔里木盆地三叠纪后凸凹陷区内的七个序列边界，这些边界划分出了四个第三级地层序列（SQ1–SQ4）。
• 五种岩石组合以及前积反射层几何形态共同定义了浅湖环境中的四种主要辫状河三角洲相：大尺度分流河道、小尺度分流河道、近端河口沙坝和远端河口沙坝。
• 沉积相演化记录了

未引用的参考文献

Wang等人（2007年）。

CRediT作者贡献声明

Jiahao Wang： 负责撰写、审稿与编辑、方法论设计、数据收集与整理、概念构建。

Andrew D. La Croix：

Hua Wang：

Yudi Fu：

Zeng Fan：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢中国国家自然科学基金（项目编号2016ZX05026-003）的财政支持。

本文中广泛使用的序列岩层学术语缩写包括：TS——进积系统期；MFS——最大淹没面；LST——高水位系统期；TST——进积系统期；HST——高水位系统期。