南祁連盆地陽康地區(qū)二疊系—三疊系沉積特征

姚海峰，王 佳，譚先鋒，陳 磊，楊 成，肖 龍，劉世明，蔣 聰

(1.青海煤炭地質勘查院，西寧 810001；2.重慶科技學院，重慶 401331)

南祁連盆地是我國含油氣盆地之一，前人開展了大量研究工作，在常規(guī)油氣、固體礦產勘探方面取得了長足的進展[1-7]。近年來，隨著天然氣水合物、頁巖氣等非常規(guī)油氣勘探的快速興起，南祁連盆地受到更多地質學者的關注和研究[8-10]。早期基于不同的勘探目的或研究區(qū)域的不同，對陽康地區(qū)的沉積演化認識相對薄弱，往往認為整個南祁連盆地二疊紀—三疊紀沉積演化較為單一，忽略了南祁連盆地在該沉積時期橫向上差異的對比研究。本文針對陽康隆起、下日哈坳陷、哈拉湖坳陷開展了大量野外地質路線調查工作，對陽康及周緣地區(qū)二疊紀—三疊紀沉積空間演化規(guī)律和模式進行了總結和分析，以期為南祁連盆地油氣地質勘探提供新的數(shù)據(jù)支撐和認識。

1 區(qū)域地質特征

南祁連盆地屬于我國典型的疊合盆地之一，地處青海省境內，構造上位于秦祁昆構造帶、柴達木盆地北緣，北接河西走廊構造帶[11-12],包含拖萊南山隆起、拜興哈達隆起、疏勒南山隆起、陽康隆起、天棚隆起、大通山隆起等6個隆起和疏勒坳陷、哈拉湖坳陷、下日哈坳陷、木里坳陷、天峻坳陷等5個坳陷，整體構成隆—坳相間構造格局[1]。本次研究區(qū)位于南祁連盆地西北部陽康及周緣地區(qū)，中部為陽康隆起，西北為哈拉湖坳陷，南東為下日哈坳陷，整體以北西—南東向構造為主，多期次構造運動致使研究區(qū)發(fā)育一系列緊閉背斜和相對寬緩的向斜，構造較為復雜，呈斷裂帶與坳陷相間的構造組合(圖1)。陽康隆起地區(qū)整體出露志留系基底，為一套淺絹云母片巖、板巖等變質巖，與上覆二疊系—三疊系巖性差別明顯，兩者為角度不整合接觸。

2 地層和巖相古地理特征

2.1 地層特征

陽康地區(qū)沉積地層包括志留系、二疊系、三疊系及第四系，缺失上古生界泥盆系、石炭系和部分中生界(表1)。志留系巴龍貢嘎爾組早期為南祁連前陸盆地海相碎屑巖沉積，具有典型的復理石沉積特征，沉積厚度大，厚度超過5 000 m，分為3段，受后期構造運動改造較強，具有明顯的熱液變質和區(qū)域變質作用，巖性以絹云母片巖、千枚巖和板巖為主。二疊系—三疊系是研究區(qū)在華里西期之后海水侵入對應沉積的一套海相、湖相、陸相交替出現(xiàn)的沉積地層，發(fā)育泥巖、砂巖、生物碎屑灰?guī)r等多種巖性，沉積厚度在3 000～5 000 m不等[13-15]。

2.2 巖相古地理特征

陽康古隆起自華里西期以來就一直存在，是制約該地區(qū)巖相古地理特征的關鍵。南祁連盆地南邊的宗務隆海槽和北邊的蘇勒坳陷，在泥盆紀或石炭紀相繼開始發(fā)生海侵，而研究區(qū)則在中二疊世早期才開始大規(guī)模海侵，海水由南東緣經宗務隆海槽呈“倒灌式”侵入，并開始接受海相碎屑巖沉積(圖2)。中—下二疊統(tǒng)勒門溝組底部為一套紫紅色底礫巖，直接不整合覆蓋于志留系變質巖基底之上，其上部為濱岸相沉積，這也是該時期海侵的有力證據(jù)。中二疊世末期草地溝組沉積期，海平面大規(guī)模上升，沉積了由北向南變深再變淺的“三角洲—濱岸—淺海陸棚—碳酸鹽巖臺地”沉積體系；而晚二疊世哈吉爾組沉積期，海水向盆地南東方向退出，發(fā)育了以海陸過渡三角洲相為主的沉積。晚二疊世忠什公組沉積期，盆地完全轉化為陸地，沉積一套陸相河流沉積。

圖1 南祁連盆地構造單元劃分及采樣點位置示意據(jù)參考文獻[2]修改。

圖2 南祁連盆地陽康地區(qū)早—中二疊世巖相古地理

三疊紀沉積演化序列與二疊紀相似，只是海侵規(guī)模相對較小。早三疊世開始海侵，中—下三疊統(tǒng)下環(huán)倉組、江河組為一套以濱岸相為主的海相碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積；中三疊世開始陸續(xù)海退，在研究區(qū)沉積了一套大加連組碳酸鹽巖臺地相灰?guī)r，之后的晚三疊世，研究區(qū)即轉化為陸相湖泊相沉積，沉積了一套巖屑長石砂巖與頁巖為主的湖相沉積。整體上，研究區(qū)二疊紀—三疊紀沉積古地理特征變化不大，僅僅因為海平面的升降帶來研究區(qū)沉積相空間的變化。

3 沉積相特征

3.1 沉積相類型

通過對研究區(qū)二疊系—三疊系的實測及野外地質觀察，利用巖性組合、沉積構造、古生物等特征，結合地層相序及旋回特征，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)二疊系—三疊系廣泛發(fā)育碳酸鹽巖臺地相、淺海陸棚相、濱岸相、三角洲相、河流相及湖泊相沉積。

3.1.1 碳酸鹽巖臺地相

陽康隆起地區(qū)碳酸鹽巖臺地相主要發(fā)育在靠近陽康隆起周邊，包括開闊臺地和局限臺地，以草地溝組下部和大加連組頂部2個層段為代表。草地溝組為開闊臺地相沉積，為深灰色塊狀含生物碎屑微晶灰?guī)r(圖3a)，富含蟲筳、腕足類(圖3b)、珊瑚、苔蘚蟲等多門類窄鹽度生物化石，具有典型的縫合線、石英脈體等沉積構造，溶蝕孔洞發(fā)育。該層段灰?guī)r厚度較大，約50 m，橫向上連續(xù)性較好，為研究區(qū)一明顯標志層，在局部可見風暴沉積，具有含礫石、粗粒砂屑灰?guī)r。相比之下，研究區(qū)中—下三疊統(tǒng)大加連組則為局限臺地相沉積，受潮汐影響明顯，巖性以灰白色厚層狀泥晶灰?guī)r為主，局部夾有薄層狀鮞?；?guī)r，發(fā)育雙殼類、介形蟲等廣鹽度生物和菊石(圖3c)生物化石，在陽康隆起周邊較厚，在坳陷區(qū)厚度明顯變薄。

3.1.2 淺海陸棚相

研究區(qū)淺海陸棚相沉積在中二疊世最為發(fā)育，沉積水體環(huán)境相對安靜，沉積了一套細粒頁巖。中二疊世草地溝組沉積期發(fā)生大規(guī)模海侵，在陽康古隆起東西兩側分別沉積了一套黑色頁巖，偶夾有粉砂質頁巖沉積(圖3c，d)，水平層理發(fā)育(圖3f)，厚度30～70 m，橫向分布穩(wěn)定，坳陷區(qū)厚度變厚。該套細粒沉積位于草地溝組中上部，上覆于中二疊世碳酸鹽巖臺地相沉積之上，呈一定向上變粗的反粒序沉積，下部為黑色頁巖，往上陸續(xù)過渡為泥質粉砂巖，以及長石石英砂巖，富含蟲筳類等生物化石。而在哈吉爾組沉積期，海水開始退卻，在橫向上不同區(qū)域沉積相有所差異，陽康地區(qū)部分低洼地帶哈吉爾組頂部偶見灰黑色頁巖夾灰色含燧石條帶灰?guī)r與生物灰?guī)r，下部見植物化石，上部富含腕足類、苔蘚蟲、珊瑚及雙殼類等生物化石，證明該時期局部地區(qū)也存在淺海陸棚相或局限海灣相沉積。

圖3 南祁連盆地陽康地區(qū)野外沉積特征圖版

a.HPCA-1剖面P1-2c下部灰?guī)r，全景；b.HPCC-1剖面P1-2c下部灰?guī)r，腕足化石；c.哈拉湖坳陷北緣T1-2d中菊石化石；d.HPCC-1剖面第7層P1-2c頁巖；e.HPHA-1剖面6/7層分界線；f.HPCC-1剖面P1-2c中部頁巖水平層理構造；g.HPHB-1剖面第1層P1-2l石英細粒巖；h.HPHA-1剖面第7層P1-2c中粒石英砂巖；i.HPCC-1剖面上部P3h紫紅色石英砂巖；j.HPCA-3剖面第9 層P1-2c中低角度交錯層理；k.哈拉湖坳陷南端P3z低角度交錯層理；l.哈拉湖坳陷南端P3z巖屑長石砂巖；m.HPGA-1剖面T3g湖相沉積全景；n.HPGA-1剖面T3g7/8層分界線；o.HPGA-1剖面T3g8/9層黑色頁巖與巖屑石英砂巖互層

Fig.3 Field sedimentary characteristics of Yangkang area, South Qilian Basin

3.1.3 濱岸相

研究區(qū)發(fā)育臨濱及前濱亞相，相序較為穩(wěn)定。整個研究區(qū)濱岸相沉積較為發(fā)育，廣泛發(fā)育在勒門溝組、草地溝組上段及哈吉爾組下段。

臨濱亞相主要發(fā)育在勒門溝組及哈吉爾組下部，對應為一套灰綠色、紫灰色泥質粉砂巖沉積，垂向上可見明顯的向上變粗的反粒序韻律，水平層理較為發(fā)育，反映水動力條件相對較弱，受波浪水動力改造作用影響相對較小。

前濱亞相在研究區(qū)勒門溝組、草地溝組及哈吉爾組均有發(fā)育。勒門溝組中上部發(fā)育的灰白色石英細礫巖(圖3g)、草地溝組上部的灰綠色中厚層石英細砂巖(圖3h)及哈吉爾組底部的紫紅色—灰綠色中—粗粒石英砂巖(圖3i)均為典型的前濱亞相沉積，其沉積構造以平行層理及小型低角度交錯層理(圖3j)為主。整體來講，該亞相沉積水動力條件較強，主要受到波浪作用控制，巖性以石英砂巖為主，結構和成分成熟度均較高，陸源輸入較多。

3.1.4 三角洲相

陽康隆起及周緣地區(qū)三角洲相沉積主要發(fā)育在晚二疊世末期大規(guī)模海退之后，對應沉積了一套海陸交互相沉積，沉積地層以上二疊統(tǒng)哈吉爾組頂部最為明顯，縱向上發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣亞相及前三角洲亞相，很好地反映了晚二疊世海退的沉積過程(圖4)。

3.1.5 河流相

繼二疊紀末期大規(guī)模海退三角洲沉積之后，早三疊世海進之前，在忠什公組中上部主要發(fā)育大套河流相沉積，巖性主要以灰綠色中粒、細粒長石巖屑砂巖及巖屑長石砂巖為主(圖3k)，具有典型的向上變細的正粒序結構，發(fā)育大型的板狀交錯層理及流水波痕(圖3l)等沉積構造，主要以河床亞相的邊灘沉積為主，河漫灘沉積少見。

3.1.6 湖泊相

在晚三疊世海退之后，研究區(qū)阿塔寺組、尕勒得寺組發(fā)育一套典型的湖相沉積(圖3m)，是研究區(qū)中生代沉積唯一的湖泊相沉積地層。該套地層以濱淺湖及半深湖—深湖相沉積為主，厚度較大，成層性較好，橫向分布穩(wěn)定，在研究區(qū)的坳陷區(qū)大面積出露地表(圖3n，o)。尕勒得寺組巖性以黑色頁巖及巖屑石英砂巖、長石石英砂巖為主；下部為黑色頁巖，中部為頁巖與巖屑石英砂巖、長石砂巖呈互層狀分布；頂部以巖性砂巖為主。由于受到印支運動的強烈影響，研究區(qū)尕勒得寺組中上部地層隨著后期抬升幾乎剝蝕殆盡，僅留下殘余地層。

3.2 相序特征

研究區(qū)中二疊世—晚三疊世發(fā)生了多次海平面升降，伴隨著2次大的海相與陸相的轉換，因此這種現(xiàn)象在陽康隆起周緣中下二疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)中表現(xiàn)得尤為明顯[5]。結合前人的研究成果[2-4]，利用二疊系—三疊系巖相組合特征、沉積相的變化，認為研究區(qū)二疊系—三疊系層序演化過程主要受到巖相古地理特征的變化，海平面的頻繁升降導致其擁有海進、海退等多種層序的演變。

3.2.1 海進層序

中二疊統(tǒng)的海進層序最為明顯，由勒門溝組底部的底礫巖或砂巖沉積迅速變?yōu)樘妓猁}巖臺地和淺海棚相沉積。巖性依次為“礫巖/砂巖—灰?guī)r—頁巖”的演變模式，沉積相則依次由濱岸突變?yōu)樘妓猁}巖臺地和淺海陸棚相(圖5)。

早三疊世南祁連盆地海進同樣也較為明顯，繼上二疊統(tǒng)忠什公組河流相沉積之后迅速轉變?yōu)橄氯B統(tǒng)下環(huán)倉組碎屑巖組合，從上二疊統(tǒng)忠什公組紫紅色長石巖屑砂巖變?yōu)橄氯B統(tǒng)的灰色中—粗粒石英長石、長石巖屑砂巖或灰色薄層狀含生物碎屑灰?guī)r(圖6)。

3.2.2 海退層序

晚二疊世受到構造抬升的影響，海平面下降，沉積水體逐漸變淺，巖石顏色由黑色或灰綠色變成紫紅色，逐漸由中二疊統(tǒng)黑色深水相頁巖沉積向上過渡為泥質粉砂巖、粉砂巖濱岸相沉積，再往上直至海水退卻，陽康地區(qū)逐漸在晚二疊世轉變成哈吉爾組上部三角洲相和忠什公組河流相沉積[6](圖5)。

在晚三疊世之初，同樣具有海退層序的存在，大加連組沉積之后，受到印支運動的影響，海水迅速退出研究區(qū)，沉積由早期的濱岸相直接過渡為陸相沉積，陽康地區(qū)最為典型的上三疊統(tǒng)陸相沉積為湖相沉積，以深湖相黑色頁巖為主(圖6)。

3.2.3 向上變粗的反粒序沉積序列

在研究區(qū)乃至整個南祁連盆地表現(xiàn)為一種海相進積沉積序列，主要發(fā)生在濱岸相帶，在中二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)下部最為發(fā)育，整體上均為粒度較粗的碎屑巖沉積[3]。縱向上層序表現(xiàn)為：下部為含粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，夾有薄層鈣質、砂質灰?guī)r，發(fā)育水平層理，粒度相對較細；往上過渡為泥質或含泥細、粉砂巖互層，發(fā)育低角度交錯層理；中部為中—粗粒砂巖，交錯層理更加發(fā)育，石英含量增加，長石、巖屑含量相對減少，水動力作用增強；上部為中粒長石石英砂巖，層理構造以平行層理、波痕等為主；在頂部偶見有濱岸礫巖及風暴含礫灰?guī)r，推測其與重力流沉積有關(圖5)。

3.2.4 向上變細的正粒序沉積序列

該層序主要表現(xiàn)在上二疊統(tǒng)忠什公組(圖5)，為典型河流相沉積，具有河漫灘沉積的正粒序“二元”結構，內部交錯層理常見，巖石粒度往往較粗，磨圓度和分選性較好。該層序下部往往存在小型的沖刷面和下凸上平的砂巖透鏡體沉積，同時沿底部沖刷面有礫石的定向排列，礫石傾向方向與早期河流流向一致。忠什公組頂部巖石粒度逐漸變細，而且沉積構造和巖石組構也有所不同。沉積構造主要以平行層理為主，巖石中礫石含量急劇降低，泥質成分含量則相對增加；沉積亞相主要由前期的河床沉積轉變?yōu)楹勇┖秃榉浩皆?/p>

圖5 南祁連盆地陽康地區(qū)二疊系沉積演化序列

除此之外，上三疊統(tǒng)同樣存在向上變細的正粒序沉積層序，但與上二疊統(tǒng)忠什公組存在明顯的差異。該層序為典型的湖相沉積，巖性以碳質頁巖與細、粉砂巖交替出現(xiàn)，發(fā)育交錯層理、波狀層理及植物的根痕或碎片；沉積環(huán)境由下往上依次為濱湖砂、濱湖泥環(huán)境或沼澤相，局部發(fā)育煤線，下日哈坳陷范圍內發(fā)育2次湖平面的上升，層序明顯(圖5，6)。

3.3 沉積演化特征

針對南祁連盆地二疊系—三疊系沉積演化，前人做了大量研究工作[2-6]，一致認為中二疊世勒門溝組沉積期，受到區(qū)域性的地殼伸展[16]及地幔上隆[17-18]的共同制約，在柴達木地塊北緣和南祁連加里東褶皺帶之間，形成了中二疊世的宗務隆海槽。該海槽是繼石炭紀的土爾根達坂—宗務隆海槽南移而成，在海槽與南祁連洼地之間則發(fā)育一個“半島式”的邊緣隆起，因此在南祁連盆地南部，草地溝組直接平行不整合覆蓋于石炭系之上[3]。本文研究發(fā)現(xiàn)，陽康地區(qū)緊靠宗務隆造山帶的北面，與海槽內的沉積特征有著明顯的差別。雖然在中二疊世有著大規(guī)模的海侵，但在陽康古隆起地區(qū)則表現(xiàn)為勒門溝組礫巖以底礫巖的形式超覆于志留系基底之上，直接缺失了泥盆系和石炭系，整個南祁連盆地在泥盆紀和石炭紀沉積相變化較大，有的地方沉積了海相沉積，而在陽康隆起地區(qū)一直處于風化剝蝕的狀態(tài)(圖7a)。

中二疊世草地溝組沉積期，區(qū)域性的海平面快速上升，致使海平面遠遠越過了前期“半島式”的邊緣低緩隆起帶，海水經宗務隆海槽大規(guī)模侵入南祁連盆地(圖7b)。前人認為，該時期南祁連陸表海盆與宗務隆海槽已經連為一體，為一個大海盆，南祁連海盆已經是一個具有邊緣坳陷、盆地內充填了草地溝組碳酸鹽巖和碎屑巖的沉積組合、由北向南水體變深的三角洲—硅質碎屑濱岸—淺海陸棚—碳酸鹽臺地沉積體系組成的盆地[3-4]。然而，通過對陽康隆起周邊地質調查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)存在多個水下志留系變質巖基底古隆起，古隆起控制了該地區(qū)的沉積演化。

圖6 南祁連盆地陽康地區(qū)三疊系沉積演化序列

晚二疊世哈吉爾組沉積期，隨著構造運動的持續(xù)，南祁連盆地南側宗務隆海槽開始閉合，海水逐漸向北西方向退卻、沉積水體逐漸變淺的同時，哈吉爾組上部已經轉化為海陸交互相三角洲沉積，以紫紅色泥質粉砂巖和長石巖屑砂巖互層為主。不同地區(qū)海平面退出的時間和水深不一致，部分地區(qū)哈吉爾組還伴有碳酸鹽沉積，富含小型介殼生物。但研究區(qū)由于陽康古隆起的存在，一直處于一個相對高海拔的古地理位置，哈吉爾組主要表現(xiàn)為三角洲相沉積，間接反映了南祁連盆地哈吉爾組在橫向上具有較大的不連續(xù)性。

晚二疊世忠什公組沉積期，南祁連盆地已經完全變?yōu)殛懴喑练e。與早期的海相和海陸過渡相相比，忠什公組的河流沉積橫向上則變化更明顯，為向上變細的正粒序層序(圖7c)。研究區(qū)受到陽康隆起的影響明顯，河流沉積沿著隆起向四周放射式分布，發(fā)育大量的河漫灘、砂巖透鏡體等沉積構造。

早中三疊世下環(huán)倉組—切爾瑪溝組沉積期，繼晚二疊世海退后，海水又一次從東邊入侵，南祁連盆地為一斷陷盆地或海槽，其中部地區(qū)主要為一大陸邊緣坳陷，沉積了一套碳酸鹽巖與碎屑巖為主的沉積組合(圖7d)。實際上，中二疊世—中三疊世是南祁連陸表海盆地形成的主要階段，整體表現(xiàn)為2個沉積旋回,包含了以下幾個構造發(fā)展期：(1)中二疊世海侵期；(2)晚二疊世海退期；(3)早三疊世—中三疊世早期海進期；(4)中三疊世晚期海退期[3]。

圖7 南祁連盆地二疊系-三疊系充填模式示意

中三疊世末，受到印支運動的影響，南祁連地區(qū)隆升作用持續(xù)加強，從而再次結束了海相盆地的演化歷史，轉化為湖相沉積體系(圖7e)。晚三疊世，南祁連及鄰區(qū)主要以湖相沉積為主，在坳陷地區(qū)沉積了區(qū)域上具有生烴潛力的湖相黑色頁巖和濱湖相砂巖(圖7f)。陽康隆起周緣上三疊統(tǒng)阿塔寺組和尕勒得寺組厚度達3 000 m以上，沉積物源與前期沉積一樣，主要來自于陽康古隆起。阿塔寺組和尕勒得寺組砂巖中含有大量的云母(圖8)，是證明該時期物源來自志留系絹云母片巖的有力證據(jù)。

區(qū)域構造演化決定了研究區(qū)多次沉積演化的轉變，相對于整個南祁連盆地，陽康地區(qū)沉積更加單一，在中二疊世—晚三疊世，緊緊圍繞陽康隆起以角度不整合形式沉積了中二疊統(tǒng)—上三疊統(tǒng)，水體沿著陽康隆起向周圍逐漸變深，橫向上表現(xiàn)為相應的相變特征。

圖8 南祁連盆地陽康地區(qū)上三疊統(tǒng)湖相沉積巖石鏡下特征

4 結論

南祁連盆地陽康地區(qū)二疊紀—三疊紀的沉積演化，整體上繼承了整個南祁連盆地的沉積演化，但又具有明顯的差異。陽康古隆起形成于加里東運動，二疊紀—三疊紀沉積之時為古隆起構造，志留系基底的存在對二疊紀—三疊紀沉積的整體格局、物源、水動力條件等起到了強烈的控制作用。中二疊世—晚三疊世發(fā)生2次大規(guī)模海侵，對應2次完整的旋回沉積。同時研究區(qū)中二疊世和早三疊世海相沉積發(fā)育，高位體系域沉積的頁巖為油氣提供了良好的生烴潛力，廣泛發(fā)育的濱岸相碎屑巖沉積為油氣的富集成藏提供了良好的儲層條件。晚三疊世開始進入湖相沉積環(huán)境，大套的黑色頁巖同樣具有良好的生烴潛力，但在陽康隆起周緣坳陷區(qū)，在該湖相地層沉積之后再未接受侏羅系的沉積，至今一直為風化剝蝕環(huán)境，處于一個相對開放的狀態(tài)，封堵能力較差，可能會限制油氣的大規(guī)模富集成藏。

致謝：感謝青海地質調查局李世金、李熙鑫、潘彤、陳建州等領導，以及重慶科技學院王茂成副教授、趙東升教授等專家在野外給予的地質指導，審稿人對本文提出了寶貴意見，在此一并致謝。