鋯石U-Pb測(cè)年與綜合地球物理方法研究塔里木盆地前寒武基底結(jié)構(gòu)特征

郭 忻，郝建龍，楊素舉，于靜芳

(中國(guó)石化股份有限公司西北油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 引 言

塔里木盆地是中國(guó)最大的含油氣盆地之一，前寒武紀(jì)基底是盆地形成與演化研究的重要內(nèi)容，一直備受關(guān)注。但由于受資料所限，塔里木盆地內(nèi)部前寒武基底研究相對(duì)薄弱[1,2]。前寒武基底結(jié)構(gòu)對(duì)于寒武紀(jì)沉積，尤其對(duì)早寒武世玉爾吐斯組烴源巖研究至關(guān)重要[3]。通過(guò)鉆井和地震資料研究發(fā)現(xiàn)，中下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組烴源巖在塔北地區(qū)分布穩(wěn)定，并且在巴楚隆起也有分布，而往塔中隆起則慢慢尖滅，暗示中央隆起帶可能存在前寒武基底古隆起，并對(duì)玉爾吐斯組烴源巖的分布有著明顯的控制作用。

圖1 塔里木盆地航磁ΔT 等值線平面[8]Fig.1 The aeromagnetic ΔT contour map of the Tarim basin

隨著塔里木盆地油氣勘探的深入，盆地內(nèi)鉆井以及高質(zhì)量地震資料增多，為研究前寒武基底結(jié)構(gòu)提供了條件，本文擬通過(guò)研究盆地周緣露頭、盆地內(nèi)已鉆井和地震資料，利用鋯石測(cè)年方法，結(jié)合盆地周邊年代學(xué)資料來(lái)探討塔里木盆地前寒武基底結(jié)構(gòu)屬性和形成演化特征。

2 基底地質(zhì)背景

2.1 重磁場(chǎng)異常特征

了解中央高航磁異常帶的屬性是認(rèn)識(shí)前寒武基底組的重要手段，塔里木盆地航磁異常特征表現(xiàn)為正異常主要分布在盆地中央沿北緯40°近東西向條帶及盆地南部呈NEE向，負(fù)異常主要分布在盆地北部，而正負(fù)異常相間地帶則分布在盆地東南緣及庫(kù)魯克塔格地區(qū)，呈NE向葫蘆狀展布，說(shuō)明此處磁異常變化強(qiáng)烈[4-7](圖1)。巴楚隆起則位于較寬緩的正異常背景之上。綜合野外露頭及鉆井巖性特征，初步認(rèn)為南北塔里木塊體在晉寧期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成航磁正異常帶的分布。而阿克蘇群片巖的廣泛分布可能是塔北地區(qū)航磁負(fù)異常的原因所在，正負(fù)相間異常帶的分布區(qū)塔南很可能是前寒武基地古隆起演化的結(jié)果。

許志琴等[9]在2016年，利用航磁、鉆井、地球物理等方法對(duì)塔里盆地基底的巖性組成和分布情況做了深入研究(圖2)。總體而言，塔里木盆地基底特征塔北、塔南有所區(qū)別。塔北地區(qū)航磁表現(xiàn)為平緩負(fù)異常，巖性以中上元古界阿克蘇片巖類(lèi)型為主，地震反射特征為連續(xù)層狀強(qiáng)反射，與XH1井鉆遇的下元古界副片麻巖組成雙層基底。而塔南地區(qū)航磁表現(xiàn)為寬緩的正異常，巖性以下元古界副片麻巖類(lèi)為主，地震反射特征表現(xiàn)為成層的不連續(xù)骨片狀。

圖2 塔里木盆地基底組成分布[9]Fig.2 A distribution map of basement composition of Tarim basin

2.2 基底地層簡(jiǎn)況

巴楚隆起及周緣鉆井揭示的基底巖性反應(yīng)了前寒武時(shí)期該地區(qū)處于剝蝕地區(qū)。BT5井鉆遇南華系角礫巖，上覆地層肖爾布拉克組(∈1x)為白云巖段。MB1井鉆遇下元古界黑云鉀長(zhǎng)片麻巖，上覆下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組白云巖段(∈1x)，缺失震旦系和下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組(∈1y)，該井南北兩側(cè)均鉆遇震旦系地層。而B(niǎo)T5井臨近黑云鉀長(zhǎng)片麻巖的基底物源，說(shuō)明在寒武系沉積前及玉爾吐斯沉積期(∈1y)，巴楚隆起可能處于剝蝕區(qū)[10,11]。此外，F(xiàn)1井、T1井及北部的XH1井均揭示了蘇蓋特布拉克組(Z1s)的巖性組合特征為巨厚基性火山巖過(guò)渡為砂泥巖、輝綠巖及凝灰?guī)r互層，而上覆下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組(∈1y)，缺失奇格布拉克組(Z2q)白云巖段及蘇蓋特布拉克組(Z1s)部分碎屑巖段，說(shuō)明該地區(qū)在寒武系沉積前也處于剝蝕區(qū)。另外，塔西南MC1井揭示的巖性與鐵克里克露頭區(qū)下震旦統(tǒng)庫(kù)爾卡克組(Z1k)類(lèi)似，這與加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)，均為一套原巖為濱海-陸棚相沉積的淺變質(zhì)綠片巖系，加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成石炭系與震旦系綠片巖系之間的不整合接觸，說(shuō)明在震旦系塔西南地區(qū)處于邊緣裂陷的沉積區(qū)[11-13]。

圖3 塔里木盆地鉆井及周緣露頭寒武系/前寒武系接觸關(guān)系分布[15]Fig.3 Distribution diagram of cambrian/precambrian contact relation of drilling and peripheral outcrops in Tarim basin

根據(jù)鉆井及野外露頭T90界面上下地層接觸關(guān)系，可以將其劃為四種接觸關(guān)系。第一種接觸關(guān)系為西山布拉克組/上震旦統(tǒng)(碎屑巖)，發(fā)育于KN1、WL1、KT1、卻爾卻克剖面；第二種接觸關(guān)系為玉爾吐斯組/西山布拉克組/上震旦統(tǒng)(白云巖)，發(fā)育于盆地的東部，滿(mǎn)加爾坳陷區(qū)的TD1、TD2、DT1、YD2以及柯坪斷隆的肖爾布拉克露頭剖面區(qū)；第三種接觸關(guān)系為玉爾吐斯組缺失/相變/下震旦統(tǒng)(碎屑巖、火山碎屑巖、火山巖)，發(fā)育于巴楚隆起的T1、F1、H4；第四種接觸關(guān)系為玉爾吐斯組缺失/基底，見(jiàn)于巴楚地區(qū)的BT5、MB1以及塔中地區(qū)TC1、ZS1(圖3)。

Am-角閃石;Bt-黑云母;K-Fsp-鉀長(zhǎng)石;Pl-斜長(zhǎng)石;Qz-石英圖4 MB1井基底樣品顯微照片F(xiàn)ig.4 Micrograph of base sample of well MB1

3 基底巖石特征及年代學(xué)測(cè)定

MB1井采自井底巖屑樣品，主要由斜長(zhǎng)石(35%～50 %)、石英(25%～35 %)、鉀長(zhǎng)石(10%～25 %)、角閃石(5%～10 %)及黑云母(<5 %)組成，副礦物有鐵氧化物、磷灰石、榍石、鋯石等。礦物邊界不平整且成半定向排列，石英部分動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，角閃石和黑云母邊部與核部顏色有差異(圖4)，這些特征說(shuō)明巖石發(fā)生變質(zhì)作用，但變質(zhì)程度不高，可以判斷出原巖為黑云母花崗閃長(zhǎng)巖[12,16]。巖石命名為黑云母花崗閃長(zhǎng)片麻巖。LA-ICP-MS U-Pb測(cè)試結(jié)果顯示,10個(gè)鋯石邊部測(cè)點(diǎn)皆位于諧和線附近，且Th/U比值皆大于0.1，這10個(gè)測(cè)點(diǎn)代表了樣品MB1-3片麻巖原巖花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿形成年齡，測(cè)點(diǎn)207Pb/206Pb顯示加權(quán)平均年齡為1936±21 Ma(MSWD = 1.4)(圖5)。

圖5 MB1井基底樣品MB1-3的U-Pb測(cè)年諧和圖Fig.5 U-pb dating harmonic diagram of the basement sample MB1-3 in well MB1

T1井井底樣品來(lái)自Z1s，共測(cè)試分析了82顆鋯石，92個(gè)數(shù)據(jù)，其中包括82顆諧和年齡數(shù)據(jù)，10個(gè)不諧和年齡數(shù)據(jù)，記錄了四組構(gòu)造-熱事件，包括>2.5 Ga、2.5～2.3 Ga、2.1～1.7 Ga和0.9～0.6 Ga，以后兩期為主(圖6)。

圖6 T1井鋯石諧和圖和年齡直方圖Fig.6 Zircon harmonics and age histograms of well T1

BT5井是在井底的角礫巖當(dāng)中(圖7)，樣品共測(cè)試分析了32顆鋯石，32個(gè)數(shù)據(jù)，包括28個(gè)諧和年齡數(shù)據(jù)，4個(gè)不諧和年齡數(shù)據(jù)(圖8)。記錄了2.6～2.2 Ga、2.0～1.8 Ga和1.8～0.75 Ga三組熱事件年齡，最年輕的鋯石年齡為723 Ma，說(shuō)明地層時(shí)代可能為中上南華統(tǒng)-下震旦統(tǒng)(圖9)。

圖7 BT5井基底樣品Fig.7 Base sample of well BT5

圖8 BT5井測(cè)試鋯石的CL圖像Fig.8 CL image of zircon from well BT5

圖9 BT5井鋯石諧和圖和年齡直方圖Fig.9 Zircon harmonics and age histograms of well BT51

ZS1井井底采集的巖屑樣品，具有花崗結(jié)構(gòu)和輕微的片麻理構(gòu)造。主要含長(zhǎng)石30 %～35 %，石英45 %～55 %，微斜長(zhǎng)石15 %～25 %及少量石榴子石，蛇紋石化作用較強(qiáng)(圖10)。LA-ICP-MS U-Pb測(cè)試結(jié)果顯示28個(gè)鋯石，U為23～551 ppm, Th 為17～235 ppm，且Th/U比值為0.04～1.80。其中19個(gè)測(cè)點(diǎn)獲得206Pb/238U、207Pb/235U諧和年齡(圖11)，207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡為1 895 ± 1 Ma (MSWD = 2.6)，代表了樣品花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿形成年齡(圖12)。

Am-角閃石；Bt-黑云母；K-Fsp-鉀長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Qz-石英圖10 ZS1井基底樣品的巖屑照片及顯微照片F(xiàn)ig.10 Cuttings and micrographs of base samples of well ZS1

圖11 ZS1井基底樣品鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.11 Cathode luminescence image of zircon in the basement sample of well ZS1

圖12 ZS1井基底樣品U-Pb測(cè)年諧和圖Fig.12 U-pb dating map of the base sample of well ZS1

4 前寒武地質(zhì)結(jié)構(gòu)探討

南華-震旦系是寒武系沉積前塔里木盆地結(jié)晶基底形成以來(lái)的第一套沉積蓋層，它與Rodinia 超大陸的裂解有關(guān)[17-21]。南華-震旦系露頭主要分布在盆地東北緣、西北緣和西南緣。地層主要分布在盆地北部坳陷，并向隆起區(qū)呈減薄趨勢(shì)，在中央隆起區(qū)尖滅，寒武系與前寒武系頂部地層呈不整合接觸。接觸關(guān)系可分為平行不整合和角度不整合。平行不整合發(fā)育在坳陷區(qū)沉降中心一側(cè)或坳陷區(qū)，是南華-震旦系與寒武系之間的不整合。受震旦紀(jì)末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響或地層沉積時(shí)的不完全填平補(bǔ)齊，寒武系會(huì)超覆南華-震旦系形成超覆不整合。前寒武系角度不整合則是坳陷區(qū)沉積的南華-震旦系與寒武系之間的不整合，表現(xiàn)為前寒武地層以大角度向頂面削截，上覆地層為寒武系。前寒武系頂面不整合是柯坪運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，揭示了古隆起的發(fā)育和分布[17,22]。巴楚隆起西部、卡塔克隆出露基底或南華系，其余大部覆蓋了晚震旦奇格布拉克沉積。巴楚-塔中地區(qū)寒武系沉積前總體為多個(gè)古隆起發(fā)育區(qū)，基底零星出露(BT5-MB1-CT1-ZS1-TC1)，震旦系地層遭受不同程度的剝蝕(T1、F1、H4、ST1)；古隆起區(qū)玉爾吐斯組沉積缺失或發(fā)生相變，古隆起之間坳陷區(qū)可能發(fā)育玉爾吐斯組。

塔里木盆地區(qū)域剖面的地震反射特征表明[23-29]，在塔北、塔中及塔東隆起區(qū)震旦系地層均清晰可追蹤，而塔中、塔東地區(qū)震旦系之下的楔形反射結(jié)構(gòu)推測(cè)為南華系地層。參考盆地周緣西北及東北露頭，認(rèn)為上震旦統(tǒng)為坳陷期海相沉積，構(gòu)造相對(duì)平穩(wěn)，而下震旦統(tǒng)與南華系則為斷裂期沉積，巖性以火山巖及陸相沉積為主，主要沉積于幾個(gè)大型楔形內(nèi)。在巴楚古陸北部發(fā)現(xiàn)三個(gè)北東向的裂陷槽，地震剖面上南華-早震旦地層向北東向呈楔形體展布(圖13)，裂陷槽以北發(fā)育南華-震旦-早寒武系地層沉積，可能發(fā)育早寒武世玉爾吐斯組。巴楚古陸南部麥蓋提斜坡也發(fā)現(xiàn)有相似的 “楔形”地震相結(jié)構(gòu)，推測(cè)麥蓋提斜坡也發(fā)育前寒武裂陷槽,與巴楚北部裂谷形成時(shí)間一致。沉積序列上，震旦系以坳陷沉積為主，南華系早期以斷陷沉積為主，晚期轉(zhuǎn)為坳陷沉積，分布范圍小于震旦系。

圖13 巴楚隆起北緣前寒武地層結(jié)構(gòu)模式圖(a-a′)Fig.13 Structural pattern of Precambrian strata at the northern margin of the Bachu uplift(a-a′)

圖14 塔里木盆地前寒武基底古隆起分布Fig.14 Paleouplift distribution map of Precambrian basement in Tarim basin

綜合露頭資料、鉆井信息和地震剖面信息，中央隆起古陸兩側(cè)發(fā)育南華紀(jì)—震旦紀(jì)裂陷槽，南華系—震旦系發(fā)育斷陷轉(zhuǎn)向坳陷、陸相轉(zhuǎn)向海相的構(gòu)造沉積組合。南華紀(jì)—震旦紀(jì)裂陷槽發(fā)育控制著上覆寒武系底部烴源巖分布，寒武系烴源巖的沉積與震旦紀(jì)末古地貌關(guān)系密切，鉆井證實(shí)有上震旦統(tǒng)白云巖沉積的區(qū)域往往有玉爾吐斯組發(fā)育(圖14)。

5 結(jié) 論

1)中央航磁異常帶盆地內(nèi)鉆井揭示的花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測(cè)定發(fā)現(xiàn)1 900 Ma前寒武紀(jì)基底，南北塔里木塊體可能在該時(shí)期拼合。

2)塔里木盆地前寒武系發(fā)育區(qū)域不整合，寒武系與震旦系為間斷沉積。中央隆起帶發(fā)育前寒武紀(jì)古陸，控制南華系-震旦系-下寒武統(tǒng)地層向中央古陸逐漸尖滅。前寒武系頂面不整合是柯坪運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，揭示了中央古陸的發(fā)育和分布。

3)結(jié)合鉆井和地震剖面資料，發(fā)現(xiàn)巴楚隆起兩側(cè)發(fā)育前寒武裂陷并發(fā)育由裂陷轉(zhuǎn)向坳陷的構(gòu)造沉積模式。該沉積充填模式較可能發(fā)育上震旦統(tǒng)奇格布拉克組海相碳酸鹽巖，鉆井證實(shí)有上震旦統(tǒng)白云巖沉積的區(qū)域往往有玉爾吐斯組發(fā)育。

4)巴楚-塔中地區(qū)寒武系沉積前總體為多個(gè)古隆起發(fā)育區(qū)，基底零星出露(BT5-MB1-CT1-ZS1-TC1)，震旦系地層遭受不同程度的剝蝕(T1、F1、H4、ST1)；古隆起區(qū)玉爾吐斯組沉積缺失或發(fā)生相變，古隆起之間坳陷區(qū)可能發(fā)育玉爾吐斯組。