An analysis of Cenozoic tectonic stress fields in the Kuqa depression
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摘要:
库车坳陷的构造变形及演化与南天山造山带的发育密切相关。库车坳陷新近纪以来的喜马拉雅晚期构造运动最为强烈, 形成了天山山前大型冲断带, 并造就了现今的构造格局。通过对库车坳陷北部构造样式的识别及各种应力场指示标志的测量、统计和构造解析, 对野外获得的应力场指示标志划分了期次, 认为喜马拉雅晚期应力场标志为近南北向挤压。结合库车坳陷区域构造要素, 如地质体几何形态、边界条件、岩石力学参数等, 运用弹性力学有限元数值模拟的方法获得了喜马拉雅晚期库车坳陷的区域应力场。模拟结果表明, 库车坳陷喜马拉雅晚期最大主压应力方向为近南北向, 与古应力场标志拟合较高, 可以为库车坳陷裂缝预测和评价提供依据, 对勘探开发有应用价值。
Abstract:The structural deformation and evolution of Kuqa depression is closely related to the development of the South Tianshan Orogen. The late Himalayan period witnessed the most intense tectonic movement in this area, which resulted in a large thrust belt and created the present tectonic framework. By analyzing geological structure and geological settings, the authors differentiated the periods of the stress field indicators, and the indicators of the late Himalayan period show nearly NS-trending compression. The authors also simulated the stress field of the Kuqa depression during the late Himalayan period based on elastic mechanics finite-element method, in consideration of essential structural factors such as geometry of the basin, boundary conditions, and rock mechanics parameters. The result of the simulation indicates that the maximum principal compressive stress of Kuqa depression is in nearly northsouth direction, which fits well with the stress field indicators. This result can be used as the basis for fracture prediction and evaluation and also has application value in exploration and development.
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致谢: 感谢北京大学鞠玮和张鹏博士参加了野外工作。
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图 1 库车坳陷构造单元划分及主要构造剖面分布（据参考文献[16]修改）
（图中蓝色线为野外实测大剖面）
Figure 1. Tectonic division of the Kuqa depression and the main structural sections
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图 2 研究区各构造类型野外照片
a—库姆格列木背斜；b—喀桑托开背斜；c—塔拉克走滑断层中的擦痕；d—阳霞河剖面下侏罗统砂岩中发育共轭节理。K1b—白垩系巴西盖组；E2-3s—古近系苏维依组
Figure 2. Field photograph of structure types in the study area
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图 3 由褶皱轴面产状确定的区域构造应力场分布
Figure 3. Regional structural stress field distribution determined by the fold axial plane attitude
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图 4 由擦痕数据确定的区域构造应力场分布
Figure 4. Regional structural stress field distribution determined by scratch data
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图 5 由共轭节理数据确定的区域构造应力场分布
Figure 5. Regional structural stress field distribution determined by conjugate joints data
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图 6 库车坳陷区域构造应力场恢复
Figure 6. Reconstruction of structural stress fields in the Kuqa depression
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图 8 库车坳陷最大差应力等值线
Figure 8. Contour map of maximum difference stress in Kuqa depression
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图 9 库车坳陷最大主压应力方向
（汇聚箭头代表最大主压应力）
Figure 9. Maximum principal compressive stress direction of Kuqa depression
表 1 褶皱两翼地层产状数据
Table 1 Attitude data of formations of fold wings
构造名称 分布位置 具体剖面 发育地层 数据个数 计算结果 P轴倾伏向/° P轴倾伏角/° 库姆格列木背斜 克拉 KLS-1 K 14 260 4 喀桑托开背斜 苏河 KLS-2 22 260 3 库如力向斜 库车河 KC-1 T-J 18 260 3 依奇克里克断层传播褶皱 依奇克里克 YQ-1 E-Nj 22 75 2 吐格尔明背斜 阳霞 YXH-2 J-Ksh 29 111 3 注：T—三叠系；J—侏罗系；K—白垩系；E—古近系；N1j—中新统吉迪克组；K2sh—白垩系舒善河组 
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表 2 擦痕产状数据
Table 2 Scratch attitude data
发育位置 发育地层 数据个数 平均优势方位/° 塔拉克剖面 T-K-E 5 18 阿瓦特河剖面 J-K-E 17 87 17 285 克拉苏河剖面 K1b-E2-3s 5 353 依奇克里克剖面 N1j 4 318 阳霞河剖面 T3t-J1a 16 303 5 358 注：T—三叠系；J—侏罗系；K—白垩系；E—古近系；N1j—中新统吉迪克组；T3t—三叠系塔里奇克组；J1a—侏罗系阿合组；K1b—白垩系巴西盖组；E2-3s—古近系苏维依组；
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表 3 共轭节理产状数据
Table 3 Conjugate joints attitude data
相关构造 剖面 分布位置 数据个数 地层层位 指示方向/° 博孜敦北平卧褶皱群 AWT 阿瓦特河 69 J1y 359 比尤勒包谷孜背斜 KC2 库车河 8 T3t 350 石灰厂牵引背斜 KZ2 克孜勒努尔沟 60 J1y 339 依奇背斜北翼 YQ2 依奇克里克 74 E1-2km 338 吐格背斜卷人基底 YX 阳霞 28 Pt花岗岩 45 注：T3t—三叠系塔里奇克组；J1y—侏罗系阳霞组; E1-2km—古近系库姆格列木群
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