博格达山西缘三葛庄凸起多期构造变形及其对博格达山隆升的响应

梁鑫鑫， 陈 石， 陈书平， 袁浩伟， 梁媛媛， 宋兴国

(中国石油大学(北京)地球科学学院， 北京 102249)

柴窝堡凹陷夹于博格达基底楔冲构造系与北天山构造区之间，面积3 683.7 km2，物探资料显示南北边界均为隐伏大断裂，现今被第四系所覆盖。其凹陷中心在柴窝堡湖一带,整体呈东西向延伸，凹陷在石炭系基底之上发育，沉积装填了二叠系至新生界的厚层地层，其中中新生界厚度大于5 000 m。目前该凹陷也是准噶尔盆地南缘油气勘探开发的重要区域。

图1 准噶尔盆地大地构造位置和地质简图Fig.1 Geotectonic location and schematic geological map of the Junggar Basin

柴窝堡凹陷位于特殊的大地构造位置，是夹持在北天山和博格达山之间的山间盆地，凹陷的构造变形和沉积充填记录了周缘山系长期而复杂的构造演化过程。迄今为止，前人对准噶尔盆地南缘、北天山、博格达山及柴窝堡凹陷的构造演化进行过大量的研究，但是仍然没有形成共识。三葛庄凸起是柴窝堡凹陷内的重要构造单元，该凸起分隔永丰次凹和达坂城次凹，且北部与博格达山相接，表明三葛庄凸起的形成原因与博格达山的隆升有密切联系。博格达山是东天山的分支山系，被认为是新疆北部重要的陆内造山系，目前对于博格达山的初始隆升过程，到现在仍然没有达成统一观点。依据磷灰石裂变径迹、地层学和重矿物的研究结果,有学者认为博格达山的隆升时间为晚侏罗世末—早白垩世初[1-3]；也有学者根据准噶尔盆地南缘和吐-哈盆地北缘的沉积物延伸方向,认为博格达山在早侏罗世已隆起成山[4-6]；还有学者根据吐-哈盆地北缘中生代不同时期沉积物扩散方式,认为博格达山初始隆升时间为早中侏罗世[7-8]；Chen等[9]通过多期褶皱变形证据认为博格达山在早中生代三叠系开始隆起并分隔准噶尔盆地和吐-哈盆地；Wang等[10]通过沉积相分析，结合古水流认为博格达山的初次隆升发生在晚二叠世；还有许多学者根据博格达山石炭纪火山岩系构造属性、韧性剪切带发育时间及东天山造山带地层接触关系等，认为博格达山初始隆升时间发生在晚石炭世[11-17]。对三葛庄凸起构造演化的研究不仅对柴窝堡凹陷的形成原因至关重要，甚至对博格达山的初始隆升时间具有重要意义。本文在充分利用柴窝堡地区最新勘探资料，消化前人研究成果基础上，利用平衡剖面技术和剖面的角度不整合，恢复了三葛庄凸起的构造演化过程，探讨其成因以及该凸起变形期次对博格达山隆升过程的响应。

1 地质背景

准噶尔地块作为中亚造山带重要组成部分[图1(a)]，北西以西准噶尔山系为界，北东为阿尔泰造山带，南接天山造山带[图1(b)]。准噶尔盆地是新疆北部的大型含油气盆地，整体呈三角形，面积约13×104km2。

博格达山位于北天山东部，处于东、西天山过渡带内，呈条带状分布，东西向延伸数百公里，南北宽达数十千米[18]。其横穿准格尔盆地与柴窝堡盆地、吐-哈盆地，通常作为划分盆地的天然屏障。从地理位置来看，博格达山西南紧接依连哈比尔尕山，东北遥望阿尔泰-克拉美丽造山带，周围被准噶尔盆地所包围，呈现地块与造山带镶嵌、盆地与山脉共存的构造格局[19][图1(b)]。从板块构造来看，博格达山地区隶属于中亚增生型造山带上发育起来的准噶尔盆地[20]，位于东欧克拉通板块、西伯利亚古板块以及塔里木古板块之间的三角地带，构造环境复杂。现今的博格达山地形上表现为一向北突出的弧形背斜，周围被断裂带所限制[21]，山体核部暴露中-上石炭统地层，两翼近似对称性的发育二叠纪以来的地层，尤其新生代以来地层剥蚀严重，呈零星状分布。

研究区域位于新疆乌鲁木齐市东南的柴窝堡盆地，柴窝堡盆地是位于准噶尔盆地南部东段的一个次级构造单元，夹持于博格达构造带与伊连哈比尔尕构造带之间，呈东西向延伸的长条状，是在海西期褶皱岩系基础上发育起来的一个山间盆地。东西长约115 km，南北宽约35 km，面积超过4 000 km2。盆地划分为三个一级构造单元，即永丰次凹、三葛庄次凸和达坂城次凹(图2)。

图2 柴窝堡凹陷构造单元图Fig.2 Tectonic unit map of Chaiwopu sag

三葛庄凸起位于柴窝堡凹陷中部，夹持于永丰次凹与达坂城次凹之间，总体为一北东向延伸、北高南低的凸起。三葛庄凸起随柴窝堡盆地经历了多期构造事件，受北侧博格达山和南侧伊连哈比尔尕山共同控制，凸起核部地层由破碎严重的石炭系构成，地震资料上杂乱反射，内部没有明显的反射层，盖层包括二叠系、侏罗系和新生代地层。

2 三葛庄凸起构造特征

三葛庄凸起平面上呈北东向展布，核部由南向北逐渐变窄，构造较为简单。Z03-CWP-553.52剖面(图3)南北向横穿三葛庄凸起，剖面位置见图2(L1)。如图2可知，三葛庄凸起总体北高南低，基底由破碎严重的石炭系构成，北部石炭系直接出露地表，新生界以下只有少量侏罗系直接覆盖在基底之上。新生界由北向南逐渐加厚呈楔状沉积，新生界上超于下伏地层，且剖面南部可识别出陡立的逆冲断层，这些断层形成于新生代，表明新生代三葛庄凸起受伊连哈比尔尕山抬升影响，南部发生挤压沉降，从而有现今楔形沉积的新生界。

在石炭系基底发育两条较大的北倾基底卷入逆断层，这两条断层形成于博格达山向南的挤压，规模较大、深入基底，断层在新生界之下尖灭，说明博格达山对三葛庄凸起的控制作用主要在新生代以前，新生代之后并没有对三葛庄凸起有明显的控制作用。

三葛庄凸起北部与博格达山冲断相关的断层的活动时间以及新生界向博格达山方向超覆都可以推测三葛庄凸起是博格达山向西的延伸段，随博格达山的隆起一起抬升，但是在新生代伊连哈比尔尕山抬升导致三葛庄凸起南部发生挤压沉降，沉积新生界将博格达山的西段掩盖。

图3 三葛庄凸起L1(测线Z03-CWP-553.52)地震剖面和结构剖面Fig.3 Seismic profile and structural profile of L1 (line Z03-CWP-553.52) of Sangezhuang Uplift

三葛庄凸起位于柴窝堡盆地中部，分隔永丰次凹与达坂城次凹。研究三葛庄凸起与周缘构造单元的关系对揭示三葛庄凸起的形成有着重要的指导作用。选取穿过永丰次凹与三葛庄凸起的C-89-1、过三葛庄凸起和达坂城次凹的C-89-4-1A和C-86-4-E15三条剖面，剖面位置见图2(L2)，将三条剖面组合为联合大剖面，对三葛庄凸起和位于其两侧的永丰次凹和达坂城次凹之间的关系进行分析。

从剖面上可以看到三葛庄凸起变形程度很大(图4)，在三葛庄周缘发育大量的基底卷入逆断层，从地层剥蚀的情况不难发现大部分断层都在新生代以前发育活动。两侧凹陷沉积地层在与三葛庄凸起接触部位大幅度抬升，在三葛庄凸起西北部永丰次凹中可以识别出上二叠统与三叠系呈小角度不整合，在达坂城次凹西部也发现上二叠统在靠近三葛庄凸起逐渐减薄,并被上覆三叠系底界反射轴削截表现为大角度不整合接触(图5)，而三葛庄凸起则是新生界直接覆盖在石炭系之上，推断三葛庄凸起的形成应该在晚二叠纪之后。

图5 不整合示意图Fig.5 Unconformity diagram

在地震剖面上可以看到中上三叠统被断层切穿导致断层两侧厚度差异，中上三叠统反射轴被上覆侏罗系底界反射轴削截呈小角度不整合接触[图4、图5(b)]，揭示了在侏罗系沉积之前柴窝堡盆地受到挤压抬升导致三叠系被剥蚀，剥蚀量较小。在三葛庄凸起与达坂城次凹的接触部位有少量侏罗系在三葛庄凸起发育(图5)，侏罗系沉积后，受逆冲断层控制，断层上盘地层抬升被剥蚀，下盘残留的侏罗系在三葛庄凸起得以保存，由此可见侏罗纪时期柴窝堡盆地的沉积范围很广。

图4 三葛庄凸起L2(测线C-89-1、C-89-4-1A和C-86-4-E15)地震剖面和结构剖面Fig.4 Seismic profile and structural profile of L2 (line C-89-1, C-89-4-1A and C-86-4-E15) of Sangezhuang Uplift

新生代地层的分布范围较广，三葛庄凸起及两侧凹陷均有分布。新生界与下伏地层向三葛庄凸起逐渐减薄的分布形式不同，三葛庄凸起发育的新生界由北向南逐渐增厚，在和达坂城次凹接触部位的新生界厚度要大于达坂城次凹内现存新生界，在永丰次凹和三葛庄凸起接触部位新生界底界与下伏的二叠系以及三叠系呈大角度的不整合接触，达坂城和三葛庄接触部位新生界与下伏地层的角度不整合与西边的永丰次凹对应的角度不整合相比要平缓很多[图4、图5(a)]，并且东部新生界只和侏罗系和三叠系接触，表明在新生界沉积之前三葛庄凸起整体抬升，但是西边的变形程度更强，导致二叠系也遭受剥蚀被新生界覆盖。横向上，永丰凹陷南部的新近系最大厚度可达3 000 m，达坂城凹陷南部新生界厚度为2 000 m左右，并向东迅速减薄，说明三葛庄凸起被改造为南倾的斜坡，新生界向北超覆于整个隆起之上(图3)，说明达坂城凹陷和永丰凹陷在此期已经连通共同接受沉积[22]。

图6 三葛庄凸起构造演化图Fig.6 Structural evolution of the Sangezhuang Uplift

3 三葛庄凸起演化特征

断层的活动特征可反映于研究区的伸展量与压缩量。平衡剖面技术是研究断层活动特征的重要手段，其基本原则是地层层长在变形过程中始终守恒[23]。通过逐层回剥可以恢复各构造演化阶段的地质剖面，以明确各时期区内断层的活动与演化特征。自中生代以来，三葛庄凸起发生了多期构造事件，这几期构造事件的产生影响了整个研究区。通过对整个柴窝堡凹陷三期不整合的研究，厘定了3期自中生代以来的构造变形事件，研究区在中-新生代时期一共发生了二叠纪-三叠纪、晚三叠世、侏罗纪-古近纪之间三期构造变形。

选取研究区过永丰次凹与三葛庄凸起的C-89-1、过三葛庄凸起和达坂城次凹的C-89-4-1A和C-86-4-E15三条剖面组合为联合剖面，经地震追层、断层解释和时深转换后，采用平衡剖面技术，根据对三葛庄的变形特征分析，得到其构造平衡演化剖面(图6)。

地震剖面上，三葛庄凸起两侧残留的二叠系厚度基本一致，古生界的产状和结构也相似，说明三葛庄凸起在二叠纪末期之前并未形成，而上二叠统与三叠系之间的不整合指示了三葛庄凸起的形成的开始。因此在三叠系沉积之前，该区域基本处于稳定沉积阶段。

二叠系沉积末期三葛庄凸起向永丰次凹发生强烈的冲断作用，产生一系列的逆断层，导致三葛庄凸起西北部被抬升很高，以致三葛庄西北部二叠系和石炭系遭受严重剥蚀，靠近达坂城次凹附近隆升幅度小，剥蚀量较小。

三叠纪时期柴窝堡凹陷进入相对平静的构造时期，沉积了大范围三叠系，三叠系沉积之后柴窝堡凹陷又遭受挤压，早期断裂再次活动造成三葛庄凸起隆升，三葛庄凸起覆盖的三叠系被剥蚀，形成侏罗系与三叠系之间的不整合面。

侏罗纪时期，三葛庄凸起被侏罗系所覆盖，侏罗系沉积之后的构造变形导致了三葛庄凸起上侏罗系被严重剥蚀，只在东南缘靠近达坂城次凹的地方还残留有侏罗系。

新生界沉积时期，东部的达坂城次凹和三葛庄次凸相对沉积厚度较大，并向永丰次凹逐渐减薄，新生代时期靠近达坂城次凹断裂再次活动对三葛庄凸起进行改造。

4 三葛庄凸起成因探讨及其对区域构造背景的响应

自石炭纪以来，准噶尔南缘经历了多期构造运动，其中具有重要影响的构造事件有晚海西期、印支期、燕山期和喜山期，形成了多个重要的沉积间断和不整合面，主要包括石炭系/二叠系、二叠系/三叠系、三叠系/侏罗系、侏罗系/白垩系、白垩系/古近系、古近系/新近系等地层之间的各个不整合面[24-27]。

前文提到三葛庄凸起盖层发育三个不整合面，包括三叠系底部不整合，侏罗系底部不整合以及古近系底部不整合，表明三葛庄凸起经历了多期次，且构造变形强度各不相同的构造运动。三葛庄凸起作为柴窝堡凹陷的一个次级构造单元，与柴窝堡凹陷共同经历多期构造运动。依据前述的地震剖面解释成果及演化剖面分析，结合前人积累的资料，认为三葛庄凸起的形成与石炭纪以来研究区以及邻区构造应力的变化有着密切的联系，作为博格达山西段延伸，这几个不整合必然与博格达山的隆升有紧密的因果关系。前人对博格达山隆升时间的研究虽然意见不同，但是不同观点中的隆升时间在三葛庄凸起的几期不整合中都有较好的体现。

自加里东运动期以来，准噶尔盆地经历了多期复杂的裂陷洋盆发育、板块对接、拆离-俯冲-碰撞和基底楔冲作用，形成多环境、多类型的构造体系和变形特征[26, 28-29]。在海西期完成板块拼合以后，准噶尔南缘东段开始进入大陆构造发展阶段，并一直处于陆内变形、褶皱和破裂过程。

博格达地区自晚石炭世形成陆内裂谷以后,一直到中二叠世,都以拉张环境下的沉积为主[11-12, 30]。中二叠世，准噶尔盆地的构造演化逐渐减弱，柴窝堡坳陷、博格达地区与准噶尔南缘属于同一个沉积盆地，具有相同的物源和大致相似的沉积充填序列。中二叠统大河沿组虽然为粗粒碎屑沉积,但是火山岩分布广泛,因而该套组合仍为伸展拉张环境中的产物[31]。

晚二叠世，博格达地区发生了短暂的沉积间断和区域性抬升，但是此次抬升并未造成大幅度隆起和褶皱。准噶尔盆地总体特征为盆地内部以整体抬升或小幅度差异升降削蚀夷平为主，而古地貌的差异不大；盆地边缘差异升降比较明显，上二叠统基本缺失。在博格达山前下仓房沟群泉子街组发育一套磨拉石建造[32]，砾石成分主要为火山岩，分选、磨圆差，结合准噶尔盆地南缘晚二叠世的构造背景可以说明博格达山在晚二叠世就已经隆升，三葛庄凸起作为博格达山的西部延伸段也一起隆升，从而造成研究区晚二叠系的剥蚀。晚二叠世博格达地区并未发生强烈的褶皱隆升，所以在夷平之后很快就接受三叠系沉积。

准噶尔盆地南缘在三叠纪继承了晚二叠世的坳陷沉积特征，同时范围也有所扩展，并逐渐演化为中新生代内陆盆地。在盆地南缘三叠系发育较全，地层出露也良好。受到印支运动的影响，博格达地区晚三叠世再次遭受了强烈的挤压运动，造成了古博格达山的隆升与剥蚀，形成了柴窝堡凹陷的三叠系/侏罗系之间的不整合。

经过晚三叠世的造山与夷平作用之后，早中侏罗世，整个准噶尔盆地处于区域伸展及缓慢沉降期，此时博格达山处于水下接受沉积[21]，中晚侏罗世受燕山运动作用，盆地开始进入区域挤压构造背景，差异升降运动在盆内和盆缘逐渐增强。晚侏罗世，北疆地区整体隆升，博格达山开始强烈隆升，分隔了准噶尔盆地南缘的昌吉凹陷与柴窝堡凹陷。受博格达山强烈隆升的影响，三葛庄凸起也随之隆升，在靠近永丰次凹部位抬升较高，造成侏罗系以及三叠系、二叠系，甚至石炭系遭受剥蚀，仅在凸起两侧残留少量侏罗系。

新生代时期，北天山及博格达山持续隆升，柴窝堡坳陷总体处于天山隆起区，具有陆内褶冲盆地的性质，仅在低洼处局部充填了厚度不大的古近系、新近系和第四系。三葛庄凸起夹持在伊连哈比尔尕山与博格达山之间，受伊连哈彼尔尕山在新生代的强烈隆升[33]，致使三葛庄凸起向伊连哈比尔尕山逆冲前方(向北)发生挤压沉降作用，沉积了由南向北逐渐减薄的楔状新生代地层。

5 结论

(1) 三葛庄凸起的形成受到三期构造抬升影响：晚二叠世、晚三叠世和新生代早期的构造运动，新生代时期的构造运动对三葛庄凸起起到改造作用。

(2) 三葛庄凸起经历三期构造运动，受构造运动控制，三葛庄凸起形成三个角度不整合，包括三叠系底部不整合，侏罗系底部不整合以及古近系底部不整合。

(3) 三葛庄凸起是博格达山向西的延伸段，其演化过程可以反应博格达山的演化。晚二叠世博格达山初次隆升，三葛庄凸起随之抬升，造成三叠系底部不整合。受到印支运动的影响，博格达地区晚三叠世又遭受了强烈的挤压运动，在三葛庄凸起表现为三叠系与侏罗系之间的角度不整合。新生代时期博格达山及北天山的持续隆升导致三葛庄凸起南部发生挤压沉降，沉积新生界将博格达山的西段掩盖。