南祁連盆地二疊系沉積特征及其充填模式

譚富榮,周立發(fā)

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系西北大學(xué),陜西西安710069)

南祁連盆地位于祁連山南部,它是祁連褶皺系的重要組成部分[1-4],盆地呈北西-南東向。其東北側(cè)為中祁連地塊,西南側(cè)為柴達(dá)木地塊,西端被北東向的阿爾金左行走滑斷裂截切,東止于青海湖。盆地演化經(jīng)歷了古大陸克拉通演化階段(前奧陶紀(jì)),裂谷—坳陷作用階段(奧陶紀(jì)—志留紀(jì)),新大陸克拉通化階段(石炭紀(jì)—三疊紀(jì)),殘留盆地演化改造階段(侏羅紀(jì)—第四紀(jì))。從而形成自北向南依次為前寒武系變質(zhì)結(jié)晶基底、加里東期褶皺基底和海西期褶皺基底,加里東期褶皺基底構(gòu)成了盆地的主體部分。二疊系是南祁連盆地沉積蓋層的主體組成部分之一,分布廣泛。大體以托萊河-大通河-哈爾蓋河-青海湖東-倒淌河一線(xiàn)為界,以北地區(qū)的二疊系主體為陸相沉積,以南地區(qū)的二疊系為海相沉積[5]。南祁連盆地的海相二疊系為臺(tái)地蓋層型沉積[6],上下統(tǒng)齊全,與下伏薊縣系、奧陶系、志留系及加里東期侵入巖均呈超覆型角度不整合接觸,其上被三疊系平行不整合覆蓋[7]。

本次工作采用了青海地礦局(1994)地層清理報(bào)告中的劃分方案,將南祁連盆地海相二疊系自下而上劃分為勒門(mén)溝組、草地溝組、哈吉爾組和忠什公組。

1 地層特征

勒門(mén)溝組巖性為紫紅色、灰色、深灰色厚層粗粒石英砂巖、粉砂巖及礫巖,夾泥質(zhì)粉砂巖或生物碎屑灰?guī)r,礫巖的礫石成份以石英為主。在區(qū)域上角度不整合于前二疊系地層之上,與上覆地層呈整合接觸。

草地溝組在哈拉湖和下日哈地區(qū)為灰-深灰色中、厚層狀灰?guī)r,生物灰?guī)r,夾少量黑色頁(yè)巖、暗灰色粉砂巖、細(xì)粒石英砂巖、含有豐富的生物化石,其中有紡綞蟲(chóng)、腕足類(lèi)、雙殼類(lèi)、苔蘚等生物化石。在北部地區(qū)灰?guī)r極少,而以灰綠色砂巖、鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖為主,夾少量紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,厚l58m,未見(jiàn)化石[8]?；?guī)r在區(qū)內(nèi)總體表現(xiàn)為向西側(cè)尖滅,東部的剛察大寺灰?guī)r厚53m,再向東逐漸被碎屑巖所代替或過(guò)渡為陸相沉積。

哈吉爾組雖然也以碎屑巖為主,但其巖性與忠什公組相比要細(xì),下部為紫紅色,雜色碎屑巖,上部為灰-深灰色碎屑巖夾灰-深灰色灰?guī)r,化石豐富,與上下地層均為整合接觸。

忠什公組以雜色碎屑巖為主,偶夾頁(yè)巖、泥巖、含腕足類(lèi)、植物石、與下伏地層哈吉爾組為整合關(guān)系,與上覆下三疊統(tǒng)下環(huán)倉(cāng)組為平行不整接觸。

2 二疊紀(jì)沉積環(huán)境分析

通過(guò)野外實(shí)測(cè)剖面獲得的資料,對(duì)盆地二疊系顏色、結(jié)構(gòu)、原生沉積構(gòu)造等巖性特征及其空間配置關(guān)系和古生物化石等綜合分析,南祁連二疊系沉積類(lèi)型表現(xiàn)為碳酸鹽巖臺(tái)地相、濱岸相、淺海陸棚相、三角洲相4種沉積相。

2.1 碳酸鹽巖臺(tái)地相

該類(lèi)沉積相主要分布于下二疊統(tǒng)草地溝組下部及上二疊統(tǒng)哈吉爾組中上部,根據(jù)沉積特征可進(jìn)一步分為開(kāi)闊臺(tái)地、局限臺(tái)地亞相。

開(kāi)闊臺(tái)地相是本區(qū)最為發(fā)育的碳酸鹽沉積相,其巖性以灰、深灰色微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r和生物碎屑泥晶灰?guī)r為主,具有塊狀層理、丘狀交錯(cuò)層理、縫合線(xiàn)等構(gòu)造?；?guī)r厚度大、橫向展布穩(wěn)定。生物化石種類(lèi)繁多,多發(fā)育窄鹽性生物腕足類(lèi)、珊瑚類(lèi)及廣鹽性生物有孔蟲(chóng)和介形蟲(chóng)等。

局限臺(tái)地相為受局限—半局限條件、海水鹽度正?；蛭⒌沫h(huán)境,以泥晶灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r以及含生物碎屑泥晶灰?guī)r為主,偶見(jiàn)泥灰?guī)r,普遍發(fā)育波狀層理和塊狀層理。生物化石種屬比較單調(diào),可見(jiàn)廣鹽性生物化石,如腕足類(lèi)、有孔蟲(chóng)和介形蟲(chóng)等以及能反映局限、平靜-弱動(dòng)蕩水體條件下的遺跡化石組合,如動(dòng)藻跡、針管跡、蠕蟲(chóng)跡和水平潛穴等。局限臺(tái)地相常與開(kāi)闊臺(tái)地相和瀉湖相共生,該相不如開(kāi)闊臺(tái)地相分布廣泛,且發(fā)育的灰?guī)r厚度小、橫向展布不穩(wěn)定,常常呈透鏡體狀產(chǎn)出。

2.2 濱岸相

為本區(qū)二疊系的主要沉積相,廣泛分布于下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)下部,可細(xì)分為近濱—濱外、前濱和后濱亞相。

近濱亞相以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖為主,夾粗砂巖,分選較差,明顯可見(jiàn)向上變粗的反韻律,發(fā)育板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理,水平層理極為發(fā)育,有生物擾動(dòng)現(xiàn)象。

前濱亞相以中粒、中—細(xì)粒石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖為主(巖屑以石英巖為主);發(fā)育低角度交錯(cuò)層理、平行層理浪成波痕、不對(duì)稱(chēng)波痕和對(duì)稱(chēng)波痕;成分和結(jié)構(gòu)成熟度較高。

后濱亞相主要為粉砂巖、細(xì)砂巖,夾中粒砂巖和薄層灰?guī)r,水平層理發(fā)育。

2.3 淺海陸棚相

主要分布上二疊統(tǒng)哈吉爾組上部,為淺海陸棚相中的濱外陸棚亞相沉積,巖性為深灰色頁(yè)巖,偶夾薄層泥質(zhì)粉砂巖,礦物成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高,分選和磨圓較好,水平層理極其發(fā)育,垂向上其下部發(fā)育臺(tái)地相灰?guī)r。發(fā)育著珊瑚、苔蘚、瓣鰓類(lèi)、腕足類(lèi)等生物化石。

2.4 三角洲相

主要分布于上二疊統(tǒng)忠什公組,根據(jù)沉積特征及垂向組合將其分為三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相。

三角洲平原亞相:分流河道見(jiàn)于上二疊統(tǒng)忠什公組上部,巖性為灰、灰黃及灰綠色中厚層中、中粗粒長(zhǎng)石砂巖、石英長(zhǎng)石砂巖及泥巖。垂向上具下粗上細(xì)的間斷性正韻律,發(fā)育大型槽狀、楔狀交錯(cuò)層理,平行層理,粒序具正韻律,橫剖面上呈透鏡狀。

三角洲前緣亞相:遠(yuǎn)砂壩是河口砂壩前方靠海的部位,水體較深,在浪基面附近的位置,見(jiàn)于忠什公組上部,巖性為灰、深灰色粉砂巖,粉細(xì)砂巖夾頁(yè)巖,粉砂巖具小型交錯(cuò)層理及浪成波痕、生物擾動(dòng)構(gòu)造等,垂向上具有下細(xì)上粗的結(jié)構(gòu)特征,粒度概率曲線(xiàn)為三段式。

支流間灣為河流道之間水體受限形成的海灣,水體較靜的環(huán)境,見(jiàn)于本剖面忠什公組中部,以灰綠、紫紅色泥巖為主,夾薄層粒細(xì)砂巖,具水平層理,透鏡狀層理,可見(jiàn)浪成波痕、生物介殼、植物碎片等。

3 沉積序列

本區(qū)二疊系沉積總體上是由早期快速海進(jìn)形成的海進(jìn)層序和晚期緩慢海退形成的海退層序組成,氣候變化是:由溫濕轉(zhuǎn)干熱又轉(zhuǎn)溫濕的演變歷程[9]。

3.1 海進(jìn)層序

早二疊世海進(jìn)十分迅速,海平面上升特別快,由濱海十分迅速的變?yōu)闇\海相,形成了一套海進(jìn)層序。層序下部為濱岸石英砂巖,向上為薄層粉、細(xì)砂巖與薄層灰?guī)r互層,層序上部為粉、細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖。

3.2 海退層序

早二疊世海進(jìn)后,海盆逐漸抬升,海平面下降,水體逐漸變淺,顏色由灰變紅,層序下部為近濱—濱外沉積,向上變?yōu)榻鼮I上部、前濱、后濱,最后局部地區(qū)形成海陸交互相碎屑沉積。

4 盆地充填模式

4.1 基本特征

通過(guò)對(duì)南祁連盆地二疊系剖面的詳細(xì)沉積相分析,它在時(shí)空演化上有下列特點(diǎn):

1)下二疊統(tǒng)上部草地溝組是穩(wěn)定環(huán)境的碳酸鹽巖與碎屑巖的混合沉積。其中含生物碎屑的灰?guī)r在盆地內(nèi),除盆地北緣之外,有較廣泛分布。下二疊統(tǒng)整體為一海侵型層序。

2)上二疊統(tǒng)在青海湖—天峻以南的天峻坳陷普遍缺失,可看到中三疊統(tǒng)灰?guī)r直接超覆沉積在前二疊系之上。反映盆地沉積范圍較早二疊世要小。上二疊統(tǒng)主體為一海退型層序。

3)勒門(mén)溝組、草地溝組灰?guī)r層和忠什公組的厚層—塊狀砂巖,在盆地內(nèi)分布面積廣,橫向上巖相穩(wěn)定,對(duì)于這樣的標(biāo)志層我們難以用漸進(jìn)型海侵—海退模式來(lái)解釋它。

4)各層段地層的巖性、巖相在縱向上變化清楚,在橫向上通常很難看到明顯的相變現(xiàn)象?；蛘哒f(shuō)在橫向上所謂進(jìn)積序列或退積序列并不明顯。

對(duì)于這種縱向上巖相變化明顯,橫向上相變關(guān)系不明顯的盆地充填物,可利用以下充填型式解釋。

4.2 盆地二疊紀(jì)充填模式

早二疊世勒門(mén)溝期,由于區(qū)域性的地殼伸展和地幔上隆的共同作用,在柴達(dá)木地塊與南祁連加里東褶皺帶之間,形成了早二疊世的宗務(wù)隆海槽[10],該海槽相對(duì)于石炭紀(jì)的土爾根達(dá)坂—宗務(wù)隆海槽其位置明顯南移。在海槽與南祁連洼地之間發(fā)育一半“島式”的邊緣隆起。來(lái)自古特提斯海水自西秦嶺向西侵入,當(dāng)海水面超過(guò)半島之間的峽口高度時(shí),海水自南向北呈倒灌式地侵入南祁連盆地,在其內(nèi)堆積了勒門(mén)溝組的沉積(圖2-A)。在勒門(mén)溝組沉積期,南祁連盆地的古地理格局形式類(lèi)似于第四紀(jì)以來(lái)的渤海灣盆地,最北側(cè)是中祁連北部—隴西低緩古隆起,向南方開(kāi)闊平緩的渤海灣式的南祁連洼地,洼地之南為“膠東—遼東半島式”的低緩隆起,再向南為“黃海式”的宗務(wù)隆海槽。當(dāng)海平面處于低位時(shí),南祁連盆地僅作為一種洼地形式存在,當(dāng)海平面相對(duì)上升超過(guò)半島之間的峽口侵入南祁連洼地,從而形成早二疊世勒門(mén)溝期的盆地,在該盆地內(nèi)堆積了以碎屑巖為主體的盆地充填物。

早二疊世草地溝期,區(qū)域性的海平面相對(duì)快速上升,海平面高度已超過(guò)“半島式”的邊緣低緩隆起帶,宗務(wù)隆海槽海水呈倒灌式侵入南祁連盆地。此時(shí),南祁連陸表海盆與宗務(wù)隆海槽連為一體[11],成為統(tǒng)一的一個(gè)大海盆,南祁連海盆相對(duì)于宗務(wù)隆海槽,具有邊緣坳陷的盆地性質(zhì)及類(lèi)型(圖2—B),在這樣一個(gè)廣闊的海盆地內(nèi)充填了草地溝組的碳酸鹽巖和碎屑巖的沉積組合。這種盆地充填型式的特點(diǎn)是從盆地邊緣向盆地內(nèi)部沉積相帶的展布不具有碎屑岸體系(碳酸鹽巖濱岸體系)向碎屑陸架體系(碳酸鹽巖陸架體系)過(guò)渡的特點(diǎn),它導(dǎo)致盆地內(nèi)大范圍巖性、巖相及其沉積體系的一致性。

晚二疊世哈吉爾期,隨著南側(cè)宗務(wù)隆海槽的閉合[12],臨近早二疊世海槽的邊隆起范圍向南擴(kuò)展,南祁連盆地轉(zhuǎn)變成為四周封堵的受限陸表海盆地,其內(nèi)接受了哈吉爾組的以陸源碎屑巖為主體偶夾碳酸鹽巖的沉積組合 (圖2-C)?？傮w來(lái)講,哈吉爾組是一套海平面時(shí)而上升盆地接受沉積,海平面時(shí)而下降,變?yōu)槭芟逇堄嚓懕砗Ｅ璧氐难莼l(fā)展過(guò)程,由此形成交互相的盆地充填型式。晚二疊世忠什公期,南祁連盆地完全轉(zhuǎn)變成為一個(gè)四周封堵的殘余陸表海盆地,盆地范圍較哈吉爾期明顯要小,在這個(gè)殘余受限陸表海盆地內(nèi)接受了忠什公組厚層—塊狀碎屑巖的沉積(圖2-C)。

天峻坳陷上二疊統(tǒng)的缺失是邊緣隆起向南擴(kuò)展的主要依據(jù)。晚二疊世晚期,南祁連盆地相對(duì)上升,從而造成韃靼期沉積體的完全缺失。

5 結(jié)論

1 南祁連二疊系沉積類(lèi)型表現(xiàn)為碳酸鹽巖臺(tái)地相、濱岸相、淺海陸棚相、三角洲相4種沉積相。

2 南祁連盆地在早二疊世勒門(mén)溝期發(fā)生快速海侵和早二疊世草地溝期—晚二疊世忠什公期的緩慢海退過(guò)程。

3 南祁連盆地經(jīng)歷了早二疊世勒門(mén)溝期的坳陷盆地,草地溝期的邊緣坳陷盆地和哈吉爾期—忠什公期的坳陷殘余陸表海盆地演化過(guò)程。

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