柴達(dá)木盆地新生代走滑構(gòu)造特征及成因演化

陳文萍， 胡望水*， 李 濤， 王淑君， 葛 勛， 姜天陽(yáng)， 李拉毛才旦

(1.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100；2.青海油田天然氣采油廠，格爾木 816000)

柴達(dá)木盆地是青藏高原北部最大的中、新生代山間盆地[1]，為阿爾金山、祁連山和昆侖山所圍繞，形成“三山一盆”的構(gòu)造格局，具有復(fù)雜的盆山關(guān)系[2]。盆地內(nèi)巨厚的新生代沉積地層及構(gòu)造變形記錄了印度-歐亞板塊碰撞以來青藏高原，特別是高原北部隆升、擴(kuò)展的信息[3-7]，因此，中外學(xué)者對(duì)該地展開了大量的研究，并取得了一定的進(jìn)展[8-22]。

目前而對(duì)于中生界原型盆地性質(zhì)的認(rèn)識(shí)還存在著較大爭(zhēng)議：①部分學(xué)者認(rèn)為包括柴達(dá)木盆地在內(nèi)的中國(guó)西北地區(qū)各大沉積盆地均為壓(扭)性盆地而不同于中國(guó)東部的裂谷伸展盆地[23-28]；② 部分學(xué)者認(rèn)為是區(qū)域伸展構(gòu)造背景下的裂陷盆地[29-30]；③也有部分學(xué)者認(rèn)為是與阿爾金斷裂的走滑活動(dòng)有關(guān)的拉分盆地；④還有部分學(xué)者認(rèn)為是由早、中侏羅世伸展斷陷盆地和晚侏羅世(至白堊紀(jì))擠壓坳陷型盆地疊加而成的[31-33]；⑤部分學(xué)者認(rèn)為柴達(dá)木盆地為單純的擠壓性盆地，昆侖山和祁連山相向向盆地?cái)D壓對(duì)沖，盆地受擠壓沉降[27]。目前對(duì)于柴達(dá)木盆地負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造研究較少，故結(jié)合整個(gè)柴達(dá)木盆地、柴達(dá)木盆地西部躍進(jìn)二號(hào)東以及柴達(dá)木盆地北部地區(qū)三維地震資料，詳細(xì)地分析柴達(dá)木盆地構(gòu)造特征、規(guī)律，剖析該區(qū)構(gòu)造特征及其發(fā)育演化，首次發(fā)現(xiàn)柴達(dá)木地區(qū)發(fā)育負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造。其意義在于研究結(jié)果對(duì)于負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造的識(shí)別以及柴達(dá)木盆地區(qū)域構(gòu)造研究有重要指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

柴達(dá)木盆地地處青藏高原，北部為阿爾金山，西南部發(fā)育昆侖山脈，東北部為祁連山。整個(gè)柴達(dá)木盆地被阿爾金、昆侖、祁連山等構(gòu)造帶所圍限(圖1)。盆地面積約1.2×105km2，海拔為2 700～3 000 m，發(fā)育并保存了完整、巨厚的新生代沉積物[32]。

圖1 柴達(dá)木盆周緣山脈現(xiàn)今地貌圖

2 柴達(dá)木盆地區(qū)域扭動(dòng)構(gòu)造特征

整個(gè)柴達(dá)木盆地褶皺呈雁列式排列，褶皺走向?yàn)楸蔽?南東向。柴達(dá)木盆地主要發(fā)育卷入褶皺(圖2)，卷入褶皺構(gòu)造變形的最新的地層是澀北組(Q1s)，而七個(gè)泉組組之上的地層均為披覆充填，由此可以確定該地定型期是早更新世末期。褶皺發(fā)育的地方，發(fā)育了許多正斷層，正斷層的走向與褶皺走向不一致，斷層與褶皺呈銳角相交，切斷了背斜的軸線，反映了該地?cái)鄬訛楹笊鷺?gòu)造，通過對(duì)青海油田勘探開發(fā)研究院提供的地震資料做精細(xì)構(gòu)造解釋，由柴達(dá)木盆地昆北-烏南-大烏斯-油南-油泉子-南翼山-尖頂山(QY-06040)地震反射剖面構(gòu)造解釋圖可見(具體剖面位置見圖3左下角)，該區(qū)變形帶上寬下窄，構(gòu)造變形帶近乎直立，深淺層變形具有很好的一致性，表明一次變形的產(chǎn)生。斷層縱向斷距不大，但變形較強(qiáng)烈，表明水平位移較大，斷層組合整體上呈正花狀構(gòu)造，是典型的壓扭構(gòu)造特征。柴達(dá)木盆地昆北-東柴山-茫崖-油墩子-黃瓜梁-大風(fēng)山-長(zhǎng)尾梁-東坪-牛鼻子梁(QY-06080)剖面(圖4)柴達(dá)木盆地花狀構(gòu)造特征也十分明顯，特別是西部靠近昆侖山一帶，斷層斷裂致地表，呈雁列狀排列，斷層組合多呈花狀構(gòu)造，是典型的走滑構(gòu)造特征，阿爾金-尖頂山-黑梁子-大風(fēng)山-紅三旱三、四號(hào)-臺(tái)南(CDM-1089)地震剖面(圖5)與QY-06040和CMD-1089剖面有相似的特征。

圖2 柴達(dá)木盆地西北部地質(zhì)簡(jiǎn)圖(1)中國(guó)石油青海油田分公司，中國(guó)石油大學(xué)(北京)，2006.柴達(dá)木盆地地質(zhì)圖(1:100萬(wàn))草圖。

圖3 柴達(dá)木盆地QY-06040地震反射剖面構(gòu)造解釋圖(3)地震精細(xì)資料由青海油田勘探開發(fā)研究院提供。

2.1 柴達(dá)木盆地西部壓扭構(gòu)造特征

柴達(dá)木盆地西部(簡(jiǎn)稱柴西)早期走滑構(gòu)造主要分布在西北部，受阿爾金山脈的控制，構(gòu)造走向多為北西-南東。柴西地區(qū)從盆緣至中央?yún)^(qū)(圖6)，構(gòu)造發(fā)育時(shí)間由早至晚。七個(gè)泉組地層卷入構(gòu)造范圍內(nèi)，部分為假整合，部分為平行不整合，由此可確定卷入褶皺構(gòu)造變形的最新的地層是Q1s(澀北組)，所以定型期是早更新世末期七個(gè)泉組沉積時(shí)期。柴西大部分的局部構(gòu)造上發(fā)育正斷層(圖6)，正斷層在平面上的展布特征為：①走向以近北東-南西為主；②斷層平面延伸規(guī)模?。虎蹟鄬幼呦蚺c褶皺走向不一致，呈銳角相交；④斷層切斷了背斜軸線，反映了該地區(qū)背斜和褶皺的先后成因關(guān)系，說明此處的正斷層為后生構(gòu)造。

柴達(dá)木盆地西部躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)地震剖面圖(圖7)反映出該區(qū)變形帶窄，且上寬下窄，構(gòu)造變形帶近乎直立，斷層整體上呈花狀構(gòu)造特征。

2.2 柴達(dá)木盆地北部壓扭構(gòu)造特征

柴達(dá)木盆地北部地區(qū)(簡(jiǎn)稱柴北)壓扭構(gòu)造主要分布在祁連山附近，受祁連山的控制，構(gòu)造走向多為北北西-南南東。柴北地區(qū)的構(gòu)造發(fā)育特征與柴西地區(qū)相同，從盆緣至中央構(gòu)造發(fā)育時(shí)間從早至晚(圖8)。該區(qū)七個(gè)泉組卷入褶皺范圍內(nèi)，大部分地區(qū)七個(gè)泉組與早期地層呈角度不整合。由此可確定柴北卷入褶皺構(gòu)造變形的最新的地層是澀北組(Q1s)，幾乎所有的局部構(gòu)造上發(fā)育正斷層，正斷層平面展布特點(diǎn)：①走向近北北西-南南東；②斷層平面延伸規(guī)模小；③斷層走向與褶皺走向不一致，呈銳角相交；④切斷了背斜軸線，反映了兩者的先后成因關(guān)系。正斷層發(fā)育時(shí)間在Q1s(澀北組)沉積期后，柴達(dá)木組沉積之前。

圖4 柴達(dá)木盆地QY-06080地震反射剖面構(gòu)造解釋圖②

圖5 柴達(dá)木盆地CMD-1089地震反射剖面構(gòu)造解釋圖②

圖6 柴達(dá)木盆地西部主要褶皺構(gòu)造帶分布圖[區(qū)域位置見圖2(a)；據(jù)文獻(xiàn)[1]]

圖7 柴達(dá)木盆北部主要褶皺構(gòu)造帶分布圖[區(qū)域位置見圖2(b)]

3 柴達(dá)木盆地負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造的識(shí)別

走滑構(gòu)造在平面上表現(xiàn)為扭動(dòng)褶皺構(gòu)造斜列或雁列，剖面上表現(xiàn)為變形帶較窄，斷層縱向斷距不大，但是變形較強(qiáng)烈，斷層組合為花狀構(gòu)造。該區(qū)褶皺構(gòu)造排列為典型的雁列排列，該區(qū)構(gòu)造變形帶窄(圖3～圖5)，斷層縱向斷距不大變形較強(qiáng)烈，斷層剖面組合為花狀構(gòu)造，是走滑構(gòu)造的典型特征。整體上柴達(dá)木盆地符合走滑構(gòu)造特征，柴西、柴北等地區(qū)走滑構(gòu)造有不同特征。

柴西和柴北褶皺分別呈左階和右階展布說明柴西和柴北分別受不同的構(gòu)造帶影響，柴西地區(qū)主要受昆侖山構(gòu)造帶的影響，昆侖山構(gòu)造帶為左階右行走滑變形帶，受其影響的柴西地區(qū)雁列褶皺也為典型的走滑構(gòu)造特征。柴北地區(qū)主要受祁連山構(gòu)造帶的影響，祁連山構(gòu)造帶為右階左行走滑變形帶，受其影響的柴北地區(qū)雁列褶皺是典型的走滑構(gòu)造特征。

3.1 柴西地區(qū)躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造

柴西區(qū)第四紀(jì)沉積前該地區(qū)同一構(gòu)造帶內(nèi)褶皺呈左階右行展布，是典型的壓扭構(gòu)造特征，七個(gè)泉組沉積后柴西地區(qū)構(gòu)造具有兩個(gè)典型的特征(圖6)：①同一構(gòu)造帶內(nèi)褶皺與主斷裂的交接關(guān)系顯示主斷裂發(fā)生了右行塊體運(yùn)動(dòng)(圖6中紅色箭頭)；②同一褶皺構(gòu)造帶內(nèi)次級(jí)正斷層與主斷裂的交接關(guān)系顯示斷裂發(fā)生了左行塊體運(yùn)動(dòng)(圖6中藍(lán)色箭頭)。右行塊體運(yùn)動(dòng)符合早期柴西地區(qū)壓扭構(gòu)造特征，左行塊體運(yùn)動(dòng)則主要發(fā)生在七個(gè)泉組沉積末期，是典型的張扭構(gòu)造特征，所以柴西地區(qū)在七個(gè)泉組沉積末期構(gòu)造發(fā)生了負(fù)反轉(zhuǎn)。

柴達(dá)木盆地西部躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)東高點(diǎn)剖面上(圖8)，下干柴溝組次級(jí)斷層呈逆斷層，斷層斷面形狀近平直，上部略緩，靠近主走滑斷裂帶處傾角較陡，所有次級(jí)斷裂向下均收斂于主走滑斷裂上，構(gòu)成花正狀構(gòu)造，上干柴溝組-七個(gè)泉組發(fā)育的多達(dá)15條次級(jí)斷裂，斷層斷面產(chǎn)狀略呈凹面，上部陡，下部略緩，所有次級(jí)斷裂向下均收斂于主走滑斷裂上，構(gòu)成負(fù)花狀構(gòu)造。平面上次級(jí)逆斷裂呈斜列式展布，且與主干斷裂帶呈斜交關(guān)系。平面上躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)下干柴溝組及之前的地層次級(jí)逆斷裂呈斜列式展布，且與主干斷裂帶呈斜交關(guān)系。其斷裂帶構(gòu)造走向與右行力偶產(chǎn)生的應(yīng)變橢圓中構(gòu)造走向一致，其中次級(jí)逆斷裂走向與應(yīng)變橢圓中的擠壓作用下的逆斷裂走向一致，說明研究區(qū)早期(下干柴溝組)構(gòu)造為右行壓扭作用的結(jié)果。而上干柴溝組-七個(gè)泉組在平面上次級(jí)正斷裂也呈斜列式展布，且與主干斷裂帶呈斜交關(guān)系。斷裂帶構(gòu)造走向與左行力偶產(chǎn)生的應(yīng)變橢圓中構(gòu)造走向一致，其中次級(jí)正斷裂帶走向與應(yīng)變橢圓中的伸展作用下的正斷裂走向一致，說明研究區(qū)晚期(Q1q期后)構(gòu)造為左行張扭作用的結(jié)果。

圖8 柴達(dá)木盆地躍進(jìn)二號(hào)地區(qū)line1010地震反射剖面構(gòu)造解釋圖(5)地震精細(xì)資料由青海油田勘探開發(fā)研究院提供。

3.2 柴北地區(qū)負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造

由柴北地區(qū)同一構(gòu)造帶內(nèi)褶皺也存在著兩種不同的展布特征(圖8)，紅色箭頭代表著左行塊體運(yùn)動(dòng)，藍(lán)色箭頭代表著右行塊體運(yùn)動(dòng)，柴北地區(qū)褶皺很明顯呈右階系列展布，說明該區(qū)也發(fā)生了兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，早期為壓扭構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，七個(gè)泉組沉積末期則構(gòu)造發(fā)生反轉(zhuǎn)為張扭構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

走滑構(gòu)造另一典型特征為其次級(jí)壓扭斷裂與主干壓扭斷裂呈斜交關(guān)系展布，從柴西躍進(jìn)二號(hào)平面構(gòu)造圖可見該地區(qū)次級(jí)伴生斷裂收斂于主走滑斷裂與主走滑位移帶呈銳角相交。柴北平面構(gòu)造圖也可見該區(qū)的次級(jí)斷層與主干斷層呈斜交展布。

剖面上走滑構(gòu)造特征表現(xiàn)為典型的花狀構(gòu)造，構(gòu)造變形帶窄(圖9)，且上寬下窄，帶近乎直立，深淺層變形具有很好的一直性，表明一次變形產(chǎn)生。斷層縱向斷距不大，但變形較強(qiáng)烈，表明水平位移較大。是典型的壓扭構(gòu)造特征。從柴北區(qū)域構(gòu)造圖可見該區(qū)幾乎所有的局部構(gòu)造上都發(fā)育正斷層，正斷層平面延伸規(guī)模小斷層走向與主斷裂、褶皺走向不一致，呈銳角相交，正斷層呈斜列或雁列，也反映了張扭斷裂特征。

圖9 柴達(dá)木盆地北部地區(qū)冷湖凹陷地震反射剖面構(gòu)造解釋圖(7)地震精細(xì)資料由青海油田勘探開發(fā)研究院提供。

柴北地區(qū)冷湖凹陷剖面圖為典型的伸展斷裂，其正斷層發(fā)育特征斷層傾角較大；呈地塹組合；且從地震剖面來看，正斷層已經(jīng)出露地表。也說明了該地區(qū)的構(gòu)造為后生構(gòu)造，其定型期在早更新世末期(即七個(gè)泉組沉積末期)。說明柴北地區(qū)新生代盆地發(fā)生了負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用。

4 柴達(dá)木盆地新生代構(gòu)造演化

根據(jù)柴達(dá)木盆地構(gòu)造特征，可將柴達(dá)木盆地新生代構(gòu)造演化階段劃分為三個(gè)主要的階段。

圖10 獅35井和砂新2井沉降史圖[32]

(2)七個(gè)泉組沉積后，柴達(dá)木盆地構(gòu)造作用主要為張扭作用。從柴西躍進(jìn)二號(hào)地震剖面可見該地七個(gè)泉組沉積后發(fā)育了大量的次級(jí)正斷層，次級(jí)正斷層與主走滑斷層組合呈負(fù)花狀構(gòu)造，從柴北冷湖七號(hào)trace555剖面也可見該區(qū)七個(gè)泉組沉積后斷層為正斷層，斷層組合為負(fù)花狀構(gòu)造。由此可說明柴達(dá)木盆地新生代后期，發(fā)生負(fù)反作用，早期的壓扭，到后期轉(zhuǎn)變?yōu)閺埮ぷ饔?。獅35井和砂新2井沉降史曲線可見七個(gè)泉組沉積后該區(qū)沉降曲線下凸反映拉張裂陷作用。兩口井的構(gòu)造沉降曲線下凸變化較小，說明該區(qū)拉張裂陷負(fù)反轉(zhuǎn)作用時(shí)期較短。

(3)現(xiàn)今，由獅35井和砂新2井沉降史曲線可見，從七個(gè)泉組沉積后到現(xiàn)今，沉積曲線在向上凸，說明現(xiàn)今柴達(dá)木盆地處于擠壓隆升期，柴達(dá)木盆地在持續(xù)緩慢隆升。

5 結(jié)論

(1)無論是柴北地區(qū)還是柴西地區(qū)都發(fā)育卷入褶皺，區(qū)域褶皺呈雁列式排列，斷層走向與褶皺走向斜交；剖面上斷層組合為典型的花狀構(gòu)造，由此可判斷柴達(dá)木盆地主要發(fā)生扭動(dòng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

(2)柴達(dá)木盆地褶皺存在著兩種不同的展布特征，柴西地區(qū)褶皺呈左階右行展布，柴北地區(qū)褶皺呈右階左行展布，兩個(gè)地區(qū)都存在著左行和右行兩個(gè)不同方向的運(yùn)動(dòng)，表明柴達(dá)木盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)。

(3)柴達(dá)木盆地發(fā)育負(fù)反走滑轉(zhuǎn)構(gòu)造，其識(shí)別方法首先是區(qū)域上具有走滑構(gòu)造的特征：褶皺雁列式展布，斷層組合為典型的花狀構(gòu)造。其次為該區(qū)具有負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造的識(shí)別特征：其剖面構(gòu)造斷層為上正下逆的疊加式復(fù)合構(gòu)造，區(qū)域應(yīng)力具有兩種不同的運(yùn)動(dòng)方向。

(4)柴達(dá)木盆地構(gòu)造演化基本可分為三個(gè)階段：①七個(gè)泉組沉積前壓扭構(gòu)造作用；②七個(gè)泉組沉積后張扭構(gòu)造作用即負(fù)反轉(zhuǎn)走滑構(gòu)造作用；③現(xiàn)今緩慢沉積時(shí)期。