王倩倩 袁四化 王亞?wèn)| 李偉民 劉永江 鄭世剛 趙英利
摘要:含油氣盆地不同階段的性質(zhì)對(duì)于恢復(fù)盆地的演化過(guò)程、評(píng)價(jià)油氣資源生儲(chǔ)運(yùn)條件具有重要意義。本文在總結(jié)前人關(guān)于新生代柴達(dá)木盆地西部地區(qū)性質(zhì)與演化研究的基礎(chǔ)上,重新解譯現(xiàn)有地震剖面,系統(tǒng)地開(kāi)展了盆地構(gòu)造幾何形態(tài)、沉積速率、沉積相、沉積旋回、沉積中心遷移以及盆地內(nèi)不整合的接觸關(guān)系等方面研究。研究表明:作為陸內(nèi)擠壓背景下的巨大坳陷,新生代的柴達(dá)木盆地西部地區(qū)具有幾何剖面形態(tài)不對(duì)稱、沉積速率較高但又低于西部典型前陸盆地、過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)下強(qiáng)烈縮短致使沉積中心遷移、沉積-構(gòu)造反旋回性質(zhì)明顯發(fā)育等特點(diǎn)。柴達(dá)木盆地西部地區(qū)以獅子溝組為界線,前期發(fā)育細(xì)粒遠(yuǎn)源沉積,屬壓陷盆地;后期沉積速率顯著增加,粗顆粒沉積發(fā)育,具有非典型的類前陸盆地性質(zhì),并由周緣山體構(gòu)造活動(dòng)及盆地過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)共同控制。
關(guān)鍵詞:柴達(dá)木盆地;新生代;前陸盆地;幾何形態(tài);沉積速率
doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20220224 中圖分類號(hào):P54 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
收稿日期:2022-07-29
作者簡(jiǎn)介:王倩倩 (1998— ),女,碩士研究生,主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面的研究,E-mail: qqwang20@jlu.edu.cn
通信作者:李偉民 (1981—),男,教授,博士,主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面的研究,E-mail: weiminli@jlu.edu.cn
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41971013,41772200);中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(DD2019-011)
Supported by the National Natural Science Foundation of China (41971013,41772200) and the Project of China Geological Survey (DD2019-011)The Nature of the Cenozoic Western Qaidam Basin? Wang Qianqian1,2, Yuan Sihua2, Wang Yadong3, Li Weimin1, Liu Yongjiang4, 5,
Zheng Shigang1,2, Zhao Yingli1
1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
2. Hebei Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Sanhe 065201, Hebei, China
3. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
4.? College of Marine Geosciences, Ocean University of China/Frontiers Science Center for Deep Ocean Multispheres and Earth
System/Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques, Qingdao 266100, Shandong, China
5. Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology/Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao 266237,
Shandong, China
Abstract: The characteristics of different stages of petroliferous basins are of great significance for the restoration of basin evolution and the evaluation of hydrocarbon generation, storage and transportation conditions. In this study, we systematically reviewed previous studies on the nature and evolution of the Cenozoic western Qaidam basin. Based on the interpretation of seismic profiles combining with the basin tectonic geometry, sedimentation rate, sedimentation phase, sedimentation cycle, sedimentation center migration and unconformity contact relationship within the basin, we concluded that the Cenozoic western Qaidam basin, as a large intracontinental depression in a compressional environment, has an asymmetric geometric configuration in the seismic section, high deposition rate but slightly lower than the western typical foreland basin, and migration of sediment centers due to strong shortening under overcompensation, with obvious reverse cycling sedimentary-tectonic development. Importantly, the deposition of Shizigou Formation is considered as the sedimentary boundary of the Cenozoic western Qaidam basin, showing that in the early stage, fine-grained far-source sediments were developed, belonging to a depression basin; While, in the later period, the sedimentation rate increased significantly, and the coarse-grained deposition developed, which had the characteristics of atypical foreland basin. The fact significantly suggests that its controlled by the combination of tectonic activity of the surrounding mountains and overcompensation state of the basin.
Key words: Qaidam basin; Cenozoic; foreland basin; geometric pattern; sedimentary rate
0 引言
柴達(dá)木盆地是我國(guó)西部地區(qū)重要的中、新生代陸相含油氣盆地,其中盆地西部地區(qū)更是盆地的主要產(chǎn)油區(qū),其油氣的圈閉及分布受控于盆地的沉積特征和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素[1-16]。作為青藏高原東北部最大的盆地,柴達(dá)木盆地夾持于昆侖山、祁連山和阿爾金山之間,地處三山圍一盆的特殊大地構(gòu)造位置,構(gòu)造變形十分復(fù)雜,尤其盆地西部更是盆地內(nèi)變形最強(qiáng)烈的區(qū)域。
柴達(dá)木盆地新生代的性質(zhì)及沉積特征決定著油氣勘探(選區(qū))的潛力評(píng)價(jià),同時(shí)也是認(rèn)識(shí)其新生代地質(zhì)演化的關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容,因此,許多學(xué)者從多角度提出了不同的看法:彭作林等[12]認(rèn)為新生代的柴達(dá)木盆地是擠壓背景下的前陸盆地或類前陸盆地;黃漢純等[14]認(rèn)為是拉分盆地;金之均等[16]認(rèn)為柴達(dá)木盆地于古新世—中新世為拉張盆地,而上新世以來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓性質(zhì)的盆地;翟光明等[17-18]認(rèn)為古近紀(jì)—新近紀(jì)為斜列式雙前陸盆地,新近紀(jì)—第四紀(jì)為伸展-坳陷盆地;鄭孟林等[19]認(rèn)為新生代的柴達(dá)木盆地是阿爾金、東昆侖左行走滑共同控制的走滑擠壓疊合盆地;Yin等[20-21]認(rèn)為是昆侖山斷裂向南仰沖形成的背馱盆地。截至目前,對(duì)于柴達(dá)木盆地新生代的性質(zhì)還未有定論,產(chǎn)生分歧的重要原因是尚不能明確新生代柴達(dá)木盆地究竟是單一性質(zhì)的沉積盆地還是分階段演化的盆地。因盆地在不同時(shí)期受不同構(gòu)造格局的控制,其構(gòu)造沉積特征有較大差異。本文以柴達(dá)木盆地西部地區(qū)為整體進(jìn)行討論,基于地震剖面,結(jié)合盆地內(nèi)沉積地層層序、沉積速率和沉積古地理等相關(guān)資料,綜合分析盆地幾何結(jié)構(gòu)、形態(tài),探討其新生代的沉積-構(gòu)造性質(zhì)問(wèn)題。
1 區(qū)域地質(zhì)背景
柴達(dá)木盆地地處青藏高原東北緣(圖1),是中、新生代的大型含油氣盆地[23-26]。盆地的發(fā)展受控于周緣3條山脈,即東南部的昆侖山、北部的祁連山和西部的阿爾金山,內(nèi)部構(gòu)造演化相對(duì)復(fù)雜。柴達(dá)木盆地分別以西臺(tái)吉乃爾湖和東達(dá)布遜湖為界,分為西部、中部和東部3個(gè)部分,其中盆地西部地區(qū)地形復(fù)雜,地勢(shì)起伏較大,面積為(2.1~2.5)×104km2[27-29],新生代以來(lái)持續(xù)受到擠壓,是柴達(dá)木盆地變形最強(qiáng)烈、構(gòu)造形態(tài)發(fā)育最復(fù)雜的區(qū)域,同時(shí)也是重要的油氣產(chǎn)區(qū)。
2 柴達(dá)木盆地新生代沉積序列
柴達(dá)木盆地在結(jié)晶基底之上發(fā)育了兩套性質(zhì)各異的沉積蓋層,第一套為南華系—三疊系,第二套為侏羅系—新生界,也是柴達(dá)木盆地最主要的沉積蓋層。本文主要介紹新生代盆地沉積序列。新生界柴達(dá)木盆地的發(fā)育受周邊山體隆升的控制[9-10],山體隆升剝蝕為盆地巨厚的生長(zhǎng)地層的沉積提供了物源,尤其是新生代地層,最厚可達(dá)1.2萬(wàn)m[22]。這些巨厚新生代地層是研究盆地性質(zhì)的重要載體。前人[22,30-36]通過(guò)大量鉆孔、地震剖面進(jìn)行地層對(duì)比分析,地層間接觸關(guān)系比較明確(圖2)。
1)路樂(lè)河組是柴達(dá)木盆地新生代最早的地層,大面積超覆于中生界或更老的地層之上,盆地南部及東部開(kāi)始接受沉積[23],與下伏中生界犬牙溝組存在區(qū)域性的角度不整合。
2)下干柴溝組是盆地中—新生界各組地層中出露范圍最廣、連片面積最大的地層單元之一[31]。本組分為上、下兩段,二者在柴北緣可見(jiàn)明顯巖性差異,在西部地區(qū)差異尚不明顯[32]。本組底部礫巖超覆在下伏地層之上,兩者之間為平行不整合接觸,在冷湖地區(qū)鉆井巖心中也觀察到了明顯的不整合接觸關(guān)系[33]。
3)上干柴溝組地層厚度明顯小于下干柴溝組[29],巖性變化較大,由邊緣向中心沉積物粒度由粗變細(xì)[34]。
4)下油砂山組在盆地中廣泛出露[35],東柴山以南全部剝蝕,阿拉爾斷層上盤小部分缺失,因此認(rèn)為本組與上干柴溝組之間存在不整合。張益銀[36]認(rèn)為這一不整合僅在阿爾金斷裂南側(cè)斜坡區(qū)發(fā)育。
5)上油砂山組在柴西地區(qū)邊緣沉積物粒度較粗,向盆地中心部位粒度變細(xì)[33],與下油砂山組之間靠近阿爾金山前為不整合接觸[37],在盆地內(nèi)部為整合接觸。
6)獅子溝組在柴西地區(qū)邊緣粒度較粗且受到嚴(yán)重剝蝕[33],與上油砂山組之間在盆地邊緣為不整合接觸。
7)七個(gè)泉組巖性變化較大,在柴西地區(qū)也發(fā)生了較為嚴(yán)重的剝蝕[29]。七個(gè)泉組向阿爾金斷裂方向發(fā)生減薄和尖滅,造成與獅子溝組的不整合接觸[36]。
3 柴西地區(qū)新生代盆地性質(zhì)
關(guān)于新生代柴達(dá)木盆地的性質(zhì),長(zhǎng)期以來(lái)一直存在很大爭(zhēng)議,尤其是柴西地區(qū)的盆地性質(zhì)至今沒(méi)有形成統(tǒng)一的意見(jiàn)(表1)。
沉積盆地類型劃分的重要性不言而喻,朱夏[37]早在1983年就提出了它影響著對(duì)盆地含油氣前景的評(píng)價(jià)。長(zhǎng)期以來(lái)盆地類型的劃分方案較多,劉和甫[50]提出了以動(dòng)力學(xué)三端元為基礎(chǔ)劃分的盆地類型,即張、壓、剪應(yīng)力條件分別對(duì)應(yīng)的裂陷、壓陷、走滑盆地,并通過(guò)演化序列、構(gòu)造樣式等方面進(jìn)一步劃分。柴達(dá)木盆地屬于壓縮構(gòu)造體系下的沉積盆地。
根據(jù)劉池陽(yáng)等[51]關(guān)于沉積盆地類型的劃分方案,盆地類型可分為包括前陸盆地在內(nèi)的幾種不同性質(zhì)的盆地。由于柴達(dá)木盆地下伏地殼并非洋殼或過(guò)渡殼,排除海溝、弧前盆地和殘留盆地這幾種類型,并以陸內(nèi)前陸性質(zhì)的盆地地質(zhì)特征對(duì)柴達(dá)木盆地西部地區(qū)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)具有一定的約束性。基于上述判斷,利用最新的地震剖面等資料,重新討論柴達(dá)木盆地西部地區(qū)的沉積特征等方面問(wèn)題,進(jìn)而探討盆地性質(zhì)。
3.1 前陸盆地
前陸盆地是指位于造山帶前緣和相鄰克拉通之間的狹長(zhǎng)沉積帶,其構(gòu)造幾何形態(tài)一般是整體形態(tài)不對(duì)稱的坳陷,多受控于逆沖斷層帶;裂谷型盆地一般呈現(xiàn)斷凹和斷凸形態(tài),且其邊界為伸展斷層所控制 [52];穩(wěn)定大陸內(nèi)坳陷型盆地為不受逆斷層或正斷層控制的碟狀坳陷,其沉積范圍比較大。其中,類前陸盆地是陸內(nèi)造山帶前緣的前陸盆地。
柴達(dá)木盆地的整體剖面形態(tài)與前陸盆地的剖面形態(tài)相似,現(xiàn)從盆地的整體外形到內(nèi)部的沉積特征等方面,結(jié)合前陸盆地不對(duì)稱的幾何形態(tài)、高沉積速率等一些典型特征,揭示柴西地區(qū)的盆地性質(zhì)。
3.2 幾何形態(tài)和構(gòu)造樣式
構(gòu)造樣式是指同一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),在同一應(yīng)力環(huán)境下所產(chǎn)生的構(gòu)造變形組合;不同性質(zhì)的盆地有不同的幾何形態(tài),也會(huì)發(fā)育不同的構(gòu)造樣式。前陸盆地呈不對(duì)稱的楔形,向造山帶和克拉通方向尖滅,具有明顯的分帶性,可以分為4個(gè)帶:楔頂、前淵、前隆、后隆帶。DeCelles等[53]在1996年發(fā)表的研究中指出,此前的前陸盆地概念并不恰當(dāng),因?yàn)槠淝皽Y的范圍不應(yīng)該僅限定于造山帶和克拉通之間,應(yīng)該擴(kuò)展至兩者之內(nèi);并且將發(fā)育在造山帶的沉積中心稱為褶皺-沖斷帶楔形體頂部沉降帶(楔頂),克拉通內(nèi)的沉降區(qū)稱為前淵隆起和隆后沉降帶,同時(shí)把以上這4個(gè)單元統(tǒng)稱為前陸盆地系統(tǒng)(圖3),其橫剖面結(jié)構(gòu)明顯不對(duì)稱。
柴達(dá)木盆地西部地區(qū)的盆地蓋層自喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)末期在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下明顯擠壓縮短,致使構(gòu)造軸向呈北西向展布,褶皺構(gòu)造以及逆沖斷裂極其發(fā)育[21-22,33,54-57]?;谄胶馄拭?,結(jié)合區(qū)內(nèi)新生代的沉積地層進(jìn)行沉積古地理恢復(fù),分析不同時(shí)代的沉積相,可以看出新生代柴達(dá)木盆地西部地區(qū)的沉積面貌和現(xiàn)今有很大差別,恢復(fù)后的古柴達(dá)木盆地面積大約可達(dá)2×105km2,現(xiàn)今的1.21× 105km2與之相比大為縮短[10]。劉棟梁等[40]對(duì)南起昆侖山,經(jīng)三湖坳陷、澀北一號(hào)、南陵丘和馬海凸起,止于賽什騰山以南的位置,建立全長(zhǎng)170.83 km的北東—南西向地震-地質(zhì)剖面,并進(jìn)行了柴達(dá)木盆地新生代地層縮短量的恢復(fù)。結(jié)合前人[58-61]研究,表明柴達(dá)木盆地整體在不晚于中晚始新世時(shí)已受到持續(xù)的擠壓應(yīng)力,且從盆地西部地區(qū)到東部地區(qū)呈現(xiàn)減弱趨勢(shì),同時(shí)定量模擬和實(shí)際地層資料都證實(shí)造山帶的逆沖作用是前陸盆地沉降的最重要控制因素,造山帶的逆沖作用也直接影響了前陸盆地地層充填的幾何形態(tài)[62],這些共同造就了盆地現(xiàn)今的不對(duì)稱的剖面形態(tài)。
地震剖面8707(圖4)和00062(圖5)測(cè)線是由昆侖山向盆地北東向延伸的2條典型地震剖面(位置見(jiàn)圖1),清楚表明柴西整體發(fā)育褶皺沖斷樣式,且2條剖面均是中間地層相對(duì)兩側(cè)構(gòu)造變形較弱、沉積較厚的地層。從剖面圖看,昆侖山斷裂帶作為沖斷帶向切克里克坳陷等推覆,這些坳陷因持續(xù)擠壓而發(fā)生沉降,相當(dāng)于類前陸盆地的前淵部分(圖3)。
昆侖山至阿爾金山之間的2條地震-地質(zhì)綜合剖面(圖6、圖7)顯示,昆侖山造山帶、阿爾金造山帶向盆地逆沖,反沖構(gòu)造非常發(fā)育,剖面上可見(jiàn)盆地內(nèi)部隆、坳相間分布,盆地邊緣地層多因造山帶的逆沖遭受剝蝕。結(jié)合圖4和圖5,茫崖、切克里克坳陷作為前淵部分,油砂山背斜等構(gòu)造帶則對(duì)應(yīng)類前陸盆地的前隆部分,在剖面上可以劃分出造山帶楔形體頂部沉降帶(楔頂)、前淵、前隆和隆后幾個(gè)部分,整體來(lái)看可與類前陸盆地的幾何形態(tài)相對(duì)應(yīng),不同的是后隆帶受阿爾金構(gòu)造帶影響,和克拉通區(qū)的后隆帶樣式不同(圖6、圖7)。因此,柴西地區(qū)在剖面上符合類前陸盆地的特征,但與典型的類前陸盆地在后隆帶樣式上有所區(qū)別。
基于前陸盆地橫向遷移的特點(diǎn),圖6、圖7顯示了不同時(shí)期的前淵、前隆和后隆部分,箭頭所指為盆地遷移方向,盆地剖面形態(tài)隨邊界變化發(fā)生相應(yīng)改變,且內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜,同時(shí)盆地的沉積中心也隨之發(fā)生遷移。內(nèi)部發(fā)育大量的逆沖斷層使沉積地層變形,其幾何形態(tài)類似于復(fù)雜的前陸盆地,與之區(qū)別的是柴達(dá)木盆地沒(méi)有以先后順序或同時(shí)發(fā)育的次級(jí)盆地,而是被以切克里克為代表的一系列坳陷取而代之。因此,在幾何形態(tài)和構(gòu)造樣式上,柴達(dá)木盆地西部地區(qū)擁有非典型的類前陸盆地特征。
3.3沉積速率
除不對(duì)稱的幾何剖面形態(tài)和分帶性的構(gòu)造樣式外,沉積速率高是前陸盆地又一典型特征。Schwab[63]經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)認(rèn)為前陸盆地的沉積速率一般比其他類型盆地要高(表2)。據(jù)前人研究,我國(guó)西部地區(qū)一些典型的前陸盆地,如庫(kù)車、準(zhǔn)南緣、喀什等在新近紀(jì)(或上新世)—第四紀(jì)的沉積速率分別是789[53]、535[54]、825 m/Ma[55],或可將其與研究區(qū)的沉積速率特征進(jìn)行對(duì)比,從而在沉積速率上判斷是否符合前陸盆地。
王亞?wèn)|等[28]以上干柴溝組為界把柴達(dá)木盆地的新生代分為早期變形和晚期變形2個(gè)階段。早期變形階段盆地沉積速率明顯增加[54,64],晚期變形階段盆地受擠壓而發(fā)生縮短的變形速率減小,在下油砂山組(14.9 Ma)以后又開(kāi)始逐步增強(qiáng),在15 Ma前后, 柴達(dá)木盆地的平均沉積速率由109.1 m/Ma 陡增到151.3 m/Ma, 沉積物粒度變粗[20],并且在獅子溝組的時(shí)候沉積速率達(dá)到頂峰。不同階段的沉積速率可能與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。
1)路樂(lè)河組—下干柴溝組下段
中生代末—早始新世路樂(lè)河組盆地處于較弱收縮期[10],而下干柴溝組下段沉積時(shí)處于高原的一次隆升階段[65-66]。在周緣逆沖斷裂活動(dòng)的控制之下,盆地性質(zhì)、沉積范圍發(fā)生改變,且盆地處于高速沉積。同時(shí),40 Ma左右阿爾金發(fā)生新一階段的走滑活動(dòng) [66-68],致使最大沉降中心轉(zhuǎn)移。
2)下干柴溝組上段—上干柴溝組
35~30 Ma高原北部再次開(kāi)始構(gòu)造隆升[66],李宏偉[69]提出24~20 Ma高原北部發(fā)生構(gòu)造隆升,盆地周緣山系開(kāi)始隆升并發(fā)生強(qiáng)構(gòu)造事件,同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的隆升作用,如阿爾金山[64,67]、東昆侖山[70]和祁漫塔格山[71]等(圖8)。
3)下油砂山組
下油砂山組的高沉積速率可對(duì)應(yīng)15~10 Ma高原的強(qiáng)隆升[65,70],此外,尹成明等[73]認(rèn)為上干柴—下油砂山組交界之時(shí)盆地整體發(fā)生了抬升。
4)獅子溝組—七個(gè)泉組
8~6、3.6 Ma高原北部發(fā)生了兩次構(gòu)造隆升[66];獅子溝組和上油砂山組、七個(gè)泉組和獅子溝組之間為不整合接觸,但整體來(lái)說(shuō)活動(dòng)影響范圍有限,盆地再次縮小。
根據(jù)前人對(duì)盆地進(jìn)行的各種工作,結(jié)合上述4個(gè)階段的構(gòu)造活動(dòng),可總結(jié)出新生代柴達(dá)木盆地各組沉積速率有4個(gè)沉積速率峰值,分別為路樂(lè)河組—下干柴溝組下段、下干柴溝組上段—上干柴溝組、下油砂組和獅子溝組—七個(gè)泉組。其中下干柴溝組上段較獅子溝組更大(表3)。
根據(jù)柴達(dá)木盆地西部地區(qū)沉積速率特征(表3),可見(jiàn)盆地沉積速率的變化趨勢(shì)為增加到降低到增加再到降低,且各組的最小沉積速率基本超過(guò)了克拉通盆地、現(xiàn)代大陸架和大陸斜坡構(gòu)造環(huán)境等其他類型的沉積盆地(表2)。為進(jìn)一步研究,筆者又利用路樂(lè)河、西岔溝、紅溝子和七個(gè)泉等地區(qū)的4個(gè)剖面,根據(jù)天然剖面的年齡-地層厚度關(guān)系,計(jì)算出柴達(dá)木盆地西部地區(qū)各個(gè)時(shí)期的沉積速率(表4),以此制作區(qū)域內(nèi)新生代不同地層的沉積速率圖(圖9)。
我國(guó)西部地區(qū)典型前陸盆地的沉積速率比柴達(dá)木盆地西部地區(qū)(表4)要高,可能是因?yàn)榕鲎沧饔脧?qiáng)烈等原因,為盆地帶來(lái)大量的沉積物[78]。綜上可知,各個(gè)時(shí)期柴西地區(qū)的沉積速率與其他地方相比,雖然沒(méi)有中國(guó)西北其他典型前陸盆地的沉積速率大,但是相較于表2中所列的其他類型盆地沉積速率偏大。因此,柴達(dá)木盆地在沉積速率上滿足非典型前陸盆地的特征。
3.4 沉積相與沉積旋回
前陸盆地的第三個(gè)特征體現(xiàn)在沉積旋回性質(zhì)上,即常因其大地構(gòu)造環(huán)境不同而發(fā)育不同層序。根據(jù)陳發(fā)景等[78]的研究,伸展裂谷、弱伸展坳陷和中性穩(wěn)定大陸內(nèi)坳陷的層序一般具有沖積扇—河流相—湖泊相的正旋回性質(zhì);縮短盆地(不對(duì)稱前陸盆地和對(duì)稱的弱縮短盆地)則相反。
通過(guò)研究區(qū)新生代以來(lái)的沉積相等沉積特征變化,討論其反旋回及不整合的情況,各個(gè)組的沉積相情況如下:1)路樂(lè)河組總體沉積范圍呈北西—南東向展布,面積和長(zhǎng)寬比均較小,具有東南薄、西北厚的特點(diǎn)[79-80],沉積超覆于下伏花崗巖之上,且與上覆下干柴溝組不整合;2)下干柴溝組下段的沉積展布方向和路樂(lè)河組相同,厚度上整體增厚,厚度分布方向與路樂(lè)河組相反,為東南厚、西北薄,指示當(dāng)時(shí)總體上具有東南低、西北高的地形特征;上段的沉積范圍和厚度都進(jìn)一步增大,展布方向不變[80];3)上干柴溝組厚度有所減小,沉積范圍與下干柴組相似但稍有擴(kuò)大,呈北西—南東向展布,前期均為深湖相沉積環(huán)境,晚期轉(zhuǎn)變?yōu)闉I、淺湖沉積,與上覆下油砂山組不整合接觸;4)下油砂山組的沉積范圍整體呈東西向展布,沉積范圍變小,盆地有所抬升。除厚度增大外其他特征變化不大,地層分布與上干柴溝組具有較強(qiáng)的繼承性[81];5)上油砂山組與下油砂山組相比沉積范圍、面積沒(méi)有明顯改變,呈北西西—南東東方向[79-80];6)獅子溝組湖盆沉積開(kāi)始衰退,沉積范圍均有所萎縮,展布方向是與路樂(lè)河等組相近的北西—南東向[82],該組向上油砂山組超覆;7)七個(gè)泉組時(shí)期,盆地的湖盆沉積演化進(jìn)入消亡階段,進(jìn)一步發(fā)生北東—南西向縮小并逐漸消亡,盆地的沉積范圍縮小了40%,展布呈北西西方向,沉降幅度較大,可達(dá)數(shù)公里[79]。
根據(jù)柴達(dá)木盆地西部地區(qū)沉積相情況,雖然各個(gè)組的旋回特征和整合情況較為復(fù)雜,但不整合和反旋回的特征均發(fā)育。而楊永泰[62]提出盆地處于欠補(bǔ)償晚期時(shí)會(huì)在盆地中部形成一個(gè)侵蝕面,并具有穿時(shí)性;在過(guò)補(bǔ)償階段盆地地層則會(huì)進(jìn)入欠補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償?shù)男亍=Y(jié)合上文,對(duì)于柴達(dá)木盆地的沉積中心、沉積相等特征進(jìn)行分析,研究區(qū)的這種不整合關(guān)系與反旋回性質(zhì)的層序都是明顯發(fā)育的,因此在這一特征上符合前陸盆地。
3.5 沉積中心的變遷
前陸盆地的第四個(gè)較為典型的特征是在過(guò)補(bǔ)償?shù)陌l(fā)育模式下,前陸盆地的沉積中心會(huì)隨著盆地的橫向遷移而發(fā)生變遷。盆山耦合通常會(huì)出現(xiàn)2種情況:1)無(wú)較強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)時(shí),盆地縮短減弱,其變形程度相應(yīng)減小,致使來(lái)自山體隆升帶來(lái)的物源相應(yīng)減少,盆地為欠補(bǔ)償沉積,根據(jù)上文的發(fā)育模式,沉積盆地此時(shí)會(huì)形成明顯、單一的沉降中心,為典型的前陸盆地(圖10a);2)有較強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí),盆地隨之發(fā)生明顯的縮短,伴隨山體強(qiáng)烈隆升帶來(lái)大量的物源沉積,盆地處于高沉積的過(guò)補(bǔ)償狀態(tài),盆地沉積中心也會(huì)發(fā)生變化(圖10b)。
作為一持續(xù)縮短變形的沉積盆地,過(guò)量且迅速的沉積會(huì)導(dǎo)致盆地沉積物加積向前。在這一過(guò)程中,盆地將會(huì)形成多個(gè)沉積沉降中心,這也是判斷沉積盆地性質(zhì)的一大困難。而研究區(qū)的前陸盆地形態(tài)表現(xiàn)不明顯也主要是這個(gè)原因。柴西地區(qū)在新生代時(shí)期經(jīng)歷了2次比較強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用,而根據(jù)第二種模式(圖10b),這種時(shí)期的山體強(qiáng)烈隆升使盆地處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài),進(jìn)而導(dǎo)致盆地沉積中心不斷的遷移(圖11)。
對(duì)于新生代的柴達(dá)木盆地,多數(shù)學(xué)者關(guān)注自阿爾金山向盆地方向沉積中心遷移[5-8,25-23,28,30,84-87],對(duì)昆侖山向北的變化趨勢(shì)討論較少。新生代除盆地西部和東部的少量沉積中心外,主要沉積中心均位于盆地幾何中心附近。來(lái)自周邊山帶的物質(zhì)持續(xù)積累增加了沉降荷載,進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)沉降,形成了連續(xù)的沉積物可容納空間[88-89]。
擠壓造山帶內(nèi)山間盆地的沉降通常是構(gòu)造荷載作用的結(jié)果,但盆地的沉積充填并不完全來(lái)自相鄰山脈[61]。Cheng等[90]認(rèn)為在下油砂山組和上油砂山組沉積過(guò)程中,柴達(dá)木盆地西南部的沉積中心位于東昆侖山附近,與低溫?zé)崮甏鷮W(xué)揭示的東昆侖山漸新世—中新世快速剝蝕一致[91-94]。此外,Wang等[61]認(rèn)為沿吐拉谷地發(fā)育1條“古昆侖河”,長(zhǎng)度約2 000 km,為盆地提供主要物源。鉆井資料、裂變徑跡測(cè)年結(jié)果等[90-94]表明,沉積物東南向的聚集和沿油砂山背斜的地殼形變共同作用導(dǎo)致沉積中心從昆侖方向向東南遷移。具體遷移大致是:1)路樂(lè)河組沉積中心在獅子溝—游園溝一線[66,85, 95-98];2)下干柴溝組下段南部在祁漫塔格山前一帶,上段主要沉積中心為茫崖坳陷[22,66,85, 95];3)上干柴溝組存在多個(gè)沉積中心,其中茫崖坳陷處最厚,一里坪坳陷為主要沉積中心[66,85,96-97,99];4)下油砂山組沉積中心主要在紅三旱構(gòu)造帶,次級(jí)中心在茫崖坳陷東側(cè),在油墩子、開(kāi)特米里克、油泉子—大風(fēng)山等地區(qū)也存在中心分布[4,25,30,32,66,85,96-97,99];5)上油砂山組有兩個(gè)明顯的局部沉降中心,最厚的為油墩子構(gòu)造帶,也是主要的沉積中心;次級(jí)中心為一里坪坳陷,其東部厚度較大[4,32,66,84,96-97,99];6)獅子溝組中心在三湖坳陷[4,25,66,85,95-97,100];7)七個(gè)泉組沉積中心在達(dá)布遜湖一線,三湖坳陷的中心向東南轉(zhuǎn)移[4, 97,100]。
此外,由圖6、圖7的地震測(cè)線解釋剖面可知,地層的厚度在剖面的東部(靠近阿爾金山一側(cè))明顯較西側(cè)厚。只考慮以昆侖山為起點(diǎn)的厚度變化(圖12),路樂(lè)河組沉積時(shí)期東昆侖山附近有1個(gè)小型的沉積中心,在下干柴溝組下段時(shí)縮短并在上段徹底消失;同時(shí)由阿爾金方向的沉積物逐漸向中心匯聚,并在下油砂山組沉積時(shí)遷移至昆侖山附近;上油砂山組沉積時(shí)該中心分散分布,并在獅子溝組時(shí)在昆侖山方向上形成一較大的沉積中心,且開(kāi)始有向盆地東南遷移的趨勢(shì);七個(gè)泉組時(shí)該沉積中心已經(jīng)移動(dòng)到盆地的東南部。
伴隨昆侖造山帶的不斷活動(dòng),柴達(dá)木盆地的邊緣隨之遷移,前淵發(fā)生抬升,生長(zhǎng)地層發(fā)育、增厚,結(jié)合盆地西部沉積厚度的變化,昆侖山附近的厚度在下干柴溝組上段增大之后,其較厚沉積隨時(shí)間的推移而逐漸遷移,前淵部分向前隆方向抬升。根據(jù)圖6、圖7來(lái)看,①—③顯示柴達(dá)木盆地的橫向遷移,隨著沉積中心和盆地邊界的遷移,柴達(dá)木盆地的演化隨之向阿爾金山方向遷移。王亞?wèn)|等[27]提出新生代柴達(dá)木盆地西部地區(qū)經(jīng)歷了兩期比較強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(43.80~22.00 Ma和14.90~0 Ma)。第一階段以切克里克、阿拉爾坳陷為前淵,該期變形后隨盆地邊界的遷移,各個(gè)前陸盆地構(gòu)造對(duì)應(yīng)的盆地部分也發(fā)生相應(yīng)的橫向遷移;第二階段盆地以油泉子構(gòu)造帶、英雄嶺—茫崖坳陷為前淵,前隆為南翼山構(gòu)造帶,隆后為尖頂山構(gòu)造帶,整體遷移情況和前陸盆地的橫向遷移異曲同工。
綜上所述,研究區(qū)在新生代時(shí)期具有一定的前陸特點(diǎn),如不對(duì)稱的剖面形態(tài)、較高的沉積速率、遷移的沉積中心、反旋回的沉積層序等;但與經(jīng)典前陸盆地也有所不同,如高沉積速率只是相對(duì)于其他類型的盆地,而與西部地區(qū)其他陸內(nèi)再生前陸盆地相比偏低。結(jié)合前陸盆地發(fā)育的模式,新生代時(shí)期柴達(dá)木盆地西部地區(qū)遭受了兩次比較強(qiáng)烈的構(gòu)造疊加與改造,山體的強(qiáng)烈隆升使盆地處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài),造成了盆地沉積中心的不斷遷移,也使得其前陸盆地的形態(tài)表現(xiàn)不明顯。至于盆地的地?zé)釄?chǎng)特征,李宗星等[101]也提出,由于柴達(dá)木盆地相比我國(guó)中、東部其他盆地(如松遼盆地)莫霍面埋藏較深、地殼厚度大,導(dǎo)致柴達(dá)木盆地地溫梯度分布特征與地殼厚度成鏡像關(guān)系。因此,整個(gè)盆地地溫梯度相對(duì)低,屬于溫盆類型,也正與前陸盆地的熱狀態(tài)特征相吻合。同時(shí),也不同于中國(guó)西北地區(qū)其他陸內(nèi)再生前陸盆地,其新生代應(yīng)屬于一非典型前陸盆地。
3.6 盆地原型討論
與典型類前陸盆地特征對(duì)比可以較好地約束柴達(dá)木盆地西部的盆地性質(zhì),而且陸內(nèi)壓陷盆地的前置條件也與盆地西部的應(yīng)力、溫壓等背景符合。根據(jù)前文討論,盆地現(xiàn)今發(fā)育的幾何形態(tài)和構(gòu)造樣式與類前陸盆地的基本特征相呼應(yīng),其中沉積速率特征呈現(xiàn)增—減—增的趨勢(shì),并從獅子溝組開(kāi)始增長(zhǎng)劇烈甚至達(dá)到峰值;根據(jù)南翼山等地區(qū)的變形情況,強(qiáng)烈的變形也發(fā)生在獅子溝組沉積之后;在沉積旋回上,正、反旋回均有所體現(xiàn)。因此,筆者提出新生代開(kāi)始時(shí)柴達(dá)木盆地西部為壓陷盆地,隨周邊山體活動(dòng)帶來(lái)的欠補(bǔ)償—過(guò)補(bǔ)償旋回以及隨之移動(dòng)的沉積中心移動(dòng),在獅子溝組沉積時(shí)期開(kāi)始穩(wěn)定并逐漸成為類前陸盆地。
宋博文等[102]的研究結(jié)果表明,壓陷盆地多為遠(yuǎn)源沉積,沉積物顆粒細(xì)、分選及磨圓程度較好,多發(fā)育辮狀河、三角洲沉積;而前陸盆地多近源沉積,沉積物顆粒稍粗、分選及磨圓程度差,常發(fā)育扇三角洲沉積??傮w看,柴達(dá)木盆地西部地區(qū)兩階段的沉積特征及物源與宋博文等[102]研究結(jié)果一致。其中,下干柴溝組下段開(kāi)始時(shí)沉積以三角洲相為主,后期為淺湖相沉積,呈正旋回特征;上干柴溝組時(shí)期發(fā)育深湖相,后期發(fā)展為濱、淺湖相沉積;下油砂山組下段濱湖相發(fā)育,上段則發(fā)育反旋回特征的淺湖相沉積;上油砂山組湖相沉積減少,主要發(fā)育湖泊三角洲沉積,上段沉積呈正旋回特征。如圖2所示,除與中生界犬牙溝組不整合的路樂(lè)河組之外,整體沉積物顆粒較細(xì),幾乎無(wú)粗顆粒沉積物,符合遠(yuǎn)源環(huán)境下的細(xì)顆粒三角洲沉積。獅子溝組沉積時(shí)湖相完全消失,轉(zhuǎn)為河流沉積,可以劃分為河道和河漫灘相兩個(gè)沉積階段[103]。從獅子溝組開(kāi)始出現(xiàn)礫石沉積,尤其七個(gè)泉組礫石層最為明顯。結(jié)合沉積速率從獅子溝組開(kāi)始明顯增加并達(dá)到峰值這一特征,提出盆地西部可能于上新世之前為壓陷-坳陷盆地;而在獅子溝組之后,隨著逐漸強(qiáng)烈的擠壓,沉積速率隨之明顯增長(zhǎng)甚至達(dá)到峰值,現(xiàn)今的非典型類前陸盆地也隨之成型。
4 結(jié)論
1)新生代柴達(dá)木盆地在不晚于中、晚始新世時(shí)已受到自西向東逐漸減弱的、持續(xù)的擠壓應(yīng)力作用,從而奠定了盆地現(xiàn)今的不對(duì)稱形態(tài)。盆地西部地區(qū)的地震解釋剖面與前陸盆地的幾何形態(tài)相對(duì)應(yīng):以昆北斷階為沖斷帶,早期前淵為切克里克坳陷,前隆為油砂山背斜構(gòu)造帶,后隆為南翼山構(gòu)造帶; 現(xiàn)今以油泉子構(gòu)造帶、英雄嶺—茫崖坳陷為前淵,前隆為南翼山構(gòu)造帶,后隆為尖頂山構(gòu)造帶;且盆地后隆部分因阿爾金山的影響不同于正常克拉通區(qū)隆后帶的構(gòu)造樣式。
2)通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地代表剖面的沉積速率統(tǒng)計(jì),新生代有4個(gè)速率峰值,分別是路樂(lè)河組—下干柴溝組下段、下干柴溝組上段—上干柴溝組、下油砂組和獅子溝組—七個(gè)泉組。總體較中國(guó)西北部地區(qū)其他典型前陸盆地的沉積速率小,但較其他類型盆地大,在沉積速率上柴達(dá)木盆地與前陸盆地的特征一致;在路樂(lè)河組—上油砂山組時(shí)期為擠壓背景下的壓陷盆地;在獅子溝組之后則表現(xiàn)為非典型的類前陸盆地特征。
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