柴达木北缘中生代盆地的成因类型及构造沉积演化

1、第32卷第4期Vol.32No.4吉林大学学报(地球科学版)2002年10月JOURNALOFJILINUNIVERSITY(EARTHSCIENCEEDITION)文章编号:16715888(2002)04033307柴达木北缘中生代盆地的成因类型及构造沉积演化和钟铧,刘招君,郭巍,董清水(吉林大学地球科学学院,吉林长春130026)摘要:柴达木盆地是我国西部一个大型中新生代陆相含油气盆地。其剖面结构、构造样式、沉积特征、基底沉降、古地温等表明中生代盆地的性质应为挤压环境下经过多次幕式逆冲形成的、与祁连造山带有关的叠置前陆盆地,经历了早侏罗世的破裂前陆盆地和中侏罗世之后的类前陆盆地的演化过程

2、。柴北缘中生代沉积充填由构造层序(早侏罗世)、构造层序(中侏罗世)和构造层序(晚侏罗世)三个完整的构造层序构成,由粗到细多个沉积旋回代表了逆冲加载过程中由活动期到平静期的转化过程。随着逆冲活动的加强和频率加快,构造层序(白垩纪)只经历逆冲活动期,造层序,发育补偿和过补偿沉积,盆地逐渐萎缩。关键词:成因类型;构造层序;逆冲活动;盆地演化;中图分类号:P544.4文献标识码1,地处古亚洲构造域南缘附近,其南邻特提斯-喜马拉雅构造域。四周均以深断裂与相邻构造单元相隔,北界为宗务隆山-青海南山深断裂与南祁连加里东褶皱系相连,西以阿尔金深断裂与塔里木盆地紧邻,东、南分别以鄂拉山深断裂和昆北深断裂与西秦岭

3、及东昆仑造山带环接。依据基底性质、基底起伏、断裂活动、构造特征及构造发展史可把柴达木盆地划分为三个一级构造单元(图1):南部昆仑山前地区表现为冲断构造,称昆北断阶地;中部沉积了巨厚的新生界,称为中央坳陷;北部祁连山前地区以冲断构造为主,图1柴达木盆地构造单元划分Fig.1ClassificationoftectonicunitinChaidamubasin1.一级断层;2.亚一级断层;3.过渡边界;A1.赛昆断陷;A2.马海-大红沟凸起;A3.鱼卡断陷;A4.德令哈凹陷;B1.牛鼻子梁斜坡带;B2.大风山凸起;B3.茫崖凹陷带;B4.阿尔金斜坡带;B5.三湖-达布逊凹陷带;C1.尕斯断陷带;C

4、2.东柴山斜坡;C3.塔尔丁断称北部块断带。阶带;C4.格尔木斜坡带;C5.诺木洪凸起带北部块断带即所谓的柴北缘,北以大、小赛什腾山、达肯大板山、中吾农山为界,南以鄂博梁一号、葫北大断裂、陵间大断裂为界与盆地中央坳陷相邻。2柴北缘中生代盆地性质的厘定该带基底埋藏深浅不一,平均5000m左右,基底岩长期以来,对柴北缘中生代盆地的类型及构造性以花岗岩和花岗闪长岩为主。根据露头、地震、钻属性一直存在争议,目前较有代表性的认识有以下井所揭示的结果,沉积盖层中的中生界自下而上由几种:其一是柴达木盆地为古生代末期形成的残留侏罗系和白垩系构成,其中侏罗系发育齐全,厚200弧后盆地1;其二是造山期后伸展断陷盆

5、地2;其3000m,是柴北缘重要的油气勘探目的层之一。三是认为与阿尔金走滑有关的拉分盆地3、走滑挤收稿日期:20011029基金项目:中国石油天然气集团公司“九五”科技工程资助项目(QZ97204102)作者简介:和钟铧(1968),男,河南省上蔡县人,博士,主要从事构造地质及盆地分析的教学和研究1334吉林大学学报(地球科学版)2002年压盆地4;其四为与挤压有关的陆内缩短坳陷、类前陆盆地5。引起对柴达木中生代盆地性质存在分歧的原因在于柴达木盆地处在祁连山、阿尔金山、昆仑山等不同时代不同性质的造山带之间。笔者在详细解析柴北缘构造基础上,结合中生界的分布特基于上述认识,笔者认为柴北缘中生代盆地

6、的性质应为挤压环境下形成的与祁连造山带有关的前陆盆地,不过柴北缘早侏罗世早期沉积除受北西西向逆冲断裂控制外,还受近南北向纵张断裂控制,使其在纵剖面上具拉张伸展状盆地的箕状凹陷特点征、物源分析、基底沉降曲线、古地温等资料认为柴(图2)。而沉积充填在横剖面由于受上北西西向逆北缘中生代盆地是在挤压背景下经过多次幕式逆冲冲断裂的控制,使其厚度北厚南薄,具有前陆盆地沉形成的叠置前陆盆地,其中早侏罗世为破裂前陆盆积楔结构特点(图3),这种类型的盆地是同一应力地,中侏罗之后为类前陆盆地,其表现如下:(1)柴北作用下的产物,Dickinson将之称为破裂前陆盆缘中生代盆地在平面上呈狭长条带状,与造山带平地11

7、。它们往往是在拗拉槽地区老断层的复活和行。根据地震剖面的解释和地质综合分析,靠近盆地冲断褶皱一侧较陡,而远离造山一侧则较平缓,具有典型的前陆盆地剖面结构。地层等厚图表明,靠近南祁连造山带一侧沉积较厚,向南超覆变薄;(2)新的伸展断层的发育使前陆裂解形成的分割性盆地,12。至中侏罗世,破裂前陆盆地具有由褶皱,柴北缘中生样式6,。3柴北缘中生界构造层序与逆冲活动对冲构造,横向研究表明,前陆盆地的构造活动,如逆冲作用、渐减弱;(3)柴北缘中生代盆地的构造沉降曲线呈现基底隆升、构造的不同沉隆等过程对沉积充填的层上凸的特点7,这种沉降机制一般被解释为构造负载和挤压挠曲作用8;(4)沉积岩的碎屑组分反映其

8、源区大地构造背景具再旋回造山带的特点9,这与世界上典型磨拉石前陆盆地具有相似的特点。重矿物组合及古水流方向表明中生代沉积时期,物源序界面、叠置样式、体系发育演化等起着控制作用13,逆冲期和相对平静期形成的盆地充填序列截然不同14,沉积粒度由粗到细的多个旋回是活动期和平静期交替的响应,一个完整的构造层序应是一次逆冲加载-卸载过程的反映。主要来自祁连造山带,说明柴北缘中生代盆地与祁柴北缘中生界与下伏下元古界达肯大板群及古连造山带有着密切的关系;(5)柴北缘中生代盆地地生界地层呈区域角度不整合接触,与上覆的第三系温梯度偏低(2.7/100m)10,而且无同期的火山活亦是区域角度不整合接触,其形成与南

9、祁连由北向动,是挤压背景下形成的冷盆。南的逆冲活动有关。中生界充填序列在垂向上表现图2柴北缘近南北向纵张箕状断陷(82-1182B)Fig.2Thetensionfaultdepres2sionwithNStrendinthenorthernChaidamuT6.基岩顶部界面;TJ1.早侏罗世早、晚之间的沉积界面;TR.中生界顶界面;T5.路乐河组(E1+2)与下干柴沟1组(E13)之间的界面;J1.早侏罗世早期沉积;J21.早侏罗世晚期沉积;E1+2.古近系路乐河组;E13.古近系下干柴沟组第4期和钟铧,刘招君,郭巍,董清水:柴达木北缘中生代盆地的成因类型及构造沉积演化335图3鄂博梁北西西

10、向逆断层剖面特征(HY99144)Fig.3TheseismicprofileofEboliangfaultwithnorth-northwesttrend(HY99144)T6.基岩顶部界面;TR.中生界顶界面;T5.路乐河组(E1+2)与下干柴沟组(E13)之间的界面;J1.下侏罗统小煤沟组;E1+2.古近系路乐河组;E13.古近系下干柴沟组岩组成,高水位体系域由浅湖半深湖相组成,水退,构成不同幕次的构造体系域由扇三角洲和滨浅湖相砂岩、砂质泥岩构成。层序,。构造层序的沉积充填特征,很好地反映了一本文借鉴层序地层学所揭示的对盆地的充填实体进次逆冲作用由活动期到平静期的变化过程。层序A行三维解

11、析的方法系统,将柴北缘中生代充体实体低水位期的冲积扇和辫状河沉积的砂砾岩,代表逆作为一个高级别的充填序列(巨层序),以盆地内一冲作用强烈活动时期弹性沉降阶段快速沉降、冲填级不整合面为界的充填实体作为构造层序(相当于特征。水进体系域、高水位体系域和水退体系域的超层序),其内以次级别的不整合面或大的相转换面扇三角洲沉积和湖泊沉积间互出现,具逆冲作用过作为层序界面,一个构造层序包含一个或几个层序,渡期弹塑转换型沉降特点。层序B主要由浅湖根据这一原理和方法将柴北缘划分为4个构造层序半深湖相的砂泥岩构成,代表宁静期塑性回沉沉和7个层序(图4)。降,它们共同反映一次完整的逆冲加载卸载过程。构造层序该构造层

12、序的岩石地层单位包括构造层序构造层序包括中侏罗统大煤沟小煤沟组和大煤沟组一、二、三段,时代相当于早侏组四、五、六、七段,由层序C,D构成,层序C包括大罗世,底部与下元古界达肯大板群呈角度不整合接煤沟组四、五段,时代相当于阿连阶和巴柔阶;层序触,很多地震剖面上存在削截和上超特点,顶部与中D包括大煤沟组六、七段,时代相当于巴通阶。该构侏罗统大煤沟组呈平行不整合接触,在地震剖面上造层序底界与下侏罗统平行不整合接触,顶界与上表现为Tj2削截面。序,大煤沟剖面较好地反映了其内部构成,层序A侏罗统采石岭组亦为平行不整合接触,在294测线该构造层序的垂向序列与构造层序有惊人的该构造层序包括层序A和层序B两个

13、三级层1204桩号附近可见明显的上超点。由低水位体系域、水进体系域、高水位体系域和水退相似,下部为冲积扇相沉积,是逆冲作用活动强烈时体系域构成。低水位体系域表现为冲积扇和辫状河期弹性沉降的响应,中部为湖泊沉积相和扇三角洲沉积。水进体系域主要为扇三角洲沉积,又可分为沉积互层产出,是过渡期弹-塑转换型沉降的体现,席状砂和河口坝沉积微相。高水位体系域主要为浅上部为湖相的泥页岩沉积,代表宁静期塑性回沉沉湖半深湖沉积。水退体系域由扇三角洲沉积构降阶段。成。层序B由水进体系域、高水位体系域和水退体构造层序该构造层序包括上侏罗统采石岭系域构成,水进体系域由扇三角洲和浅湖相的砂泥组和红水沟组,由层序E和层序F

14、构成,时代相当336吉林大学学报(地球科学版)2002年图4柴北缘中生界构造层序充填特征Fig.4TheinfillingfeatureofMesozoictectosequencesinNorthernChaidamu于牛津阶和提塘阶,其底界面与中侏罗统大煤沟组平行不整合接触,顶界面和上覆白垩系犬牙沟组为平行不整合接触。在294测线1200桩号附近可见明显的削截点和上超点。该构造层序在鱼卡剖面发育比较完整,从下向上出现辫状河-扇三角洲湖泊相沉积体系,粒度总体由下向上出现由粗变细的正旋回,表明从晚侏罗世开始,柴北缘再次出现逆冲加载过程,采石岭组沉积时,下部主要发育粗粒的冲积扇、辫状河相沉积,代

15、表逆冲活动期基底弹性沉降阶段。上部发育扇三角洲相沉积,粒度变细,表明逆冲活动已由活动期向平静期过渡。红水沟组沉积时主要发育滨浅湖沉积体系,反映平静期基底塑性回沉的沉降特点。构造层序构造层序相当于下白垩统犬牙沟组,该构造层序的顶界面为TR削截面,区域上表现为下白垩统犬牙沟组和第三系路乐河组的角度不整合(图4),缺失上白垩统。底界面与红水沟组为平行不整合接触。该构造层序主要由冲积扇相和辫状河相灰白色、灰褐色、紫红色粗粒的砂砾岩沉积,代表了逆冲活动的再次加载。与前三个构造层序相比,该构造层序缺乏宁静期的湖相沉积。柴北缘中生界沉积充填序列由从粗到细的多个沉积旋回构成,代表了逆冲加载过程中由活动期到平静

16、期的转化过程。逆冲强烈活动期主要表现为弹性沉降和弹-塑转换性沉降,此时物源供应充足,碎屑粒度较粗,处于过补偿沉积状态。平静期主要为第4期和钟铧,刘招君,郭巍,董清水:柴达木北缘中生代盆地的成因类型及构造沉积演化337塑性回沉型沉降,此时沉积范围扩大,沉积粒度较细,主要发育扇三角洲-滨浅湖-半深湖沉积。一个完整的构造层序应包括活动期、过渡期和宁静期,时间上代表一次成盆期。柴北缘中生代沉积充填由构造层序(早侏罗世)、构造层序(中侏罗世)和构造层序(晚侏罗世)三个完整的构造层序构成。随着逆冲活动的加强和频率加快,构造层序(白垩纪)只经历弹性沉降阶段,发育补偿和过补偿沉积,缺乏宁静期的湖相沉积,是不完

17、整的构造层序。早侏罗世早期,近南北向的纵张断裂发育,形成一些规模较小、分割性较强的断陷盆地,在冷科1井南侧和鄂博梁号构造北侧形成了深湖-半深湖暗色泥岩,并伴有深水浊积扇沉积,构成两个沉积中心。早侏罗世晚期,湖盆明显增大,除昆特依凹陷和冷湖四、五号构造下侏罗统上段地层继承性呈近南北向展布外,其它主要受鄂博梁-仙尕逆冲断裂控制,呈北西西向展布。沉积相以湖泊-三角洲沉积体系为主,沿冷湖四号、昆特依凹陷南侧、鄂博梁号构造和冷湖七号南侧形成北西西向多个沉积中4柴北缘中生代前陆盆地构造沉积演化心,发育了巨厚的暗色泥岩、冷科1井揭示该地层厚印支运动以后,祁连山系转入阶段性构造活动2300余m,。和宁静交替,

18、南祁连构造带对盆地的影响占主导地4.2位。根据构造活动的特点、沉积充填对构造活动的,沉积-,在玛瑙和德尊马海湖东形成两4.1个沉积中心(图5B)。大煤沟组四段沉积时期(阿连扇三角洲,-南八期),沉积冲填主要为粒度较粗的冲积扇、仙构造带之南(图5A),沉积厚度受近南北向纵张断沉积,据尕中20井、红山参1井和大煤沟剖面分析,裂和北西西逆冲断裂的控制,具明显的“东西分块、岩性主要为一套砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩为主。南北分带”的破裂前陆盆地特点。四段底部的大套砾岩(厚达10余m)可能是逆冲加图5柴北缘中生代沉积相的演化Fig.5EvolutionofMesozoicsedimentaryfacie

19、sinNorthernChaidamubasin338吉林大学学报(地球科学版)2002年载过程的开始。大煤沟组五段沉积时期(巴柔期),湖盆面积逐渐扩大,主要为滨浅湖和湖沼沉积;六段沉积时期(巴通期),主要为滨浅湖相和扇三角洲相的砂、泥岩互层沉积;到七段沉积时期(卡洛期),湖盆面积达最大,出现半深湖-深湖相粉砂岩、泥岩和油页岩沉积。晚侏罗世开始,受晚燕山期构造运动的影响,柴北缘逆冲作用再度增强,祁连强烈隆起,湖盆面积急剧收缩,水体变浅,由于山系的封闭,此时气候已由温暖潮湿转化为炎热干旱,氧化作用相对增强,沉积物以红色为主要色调,惯称红侏罗,北部物源供应充足,沉积体系以河流、扇三角洲沉积为主,湖

20、泊沉积相对减少,于小丘林构造和鱼卡断陷内,形成晚侏罗世的两个沉降中心(图5C)。),盆地进一步萎缩,白垩纪时期(构造层序(5D)偿状态,以上分析表明,中生代沉积水域随着南北向应力的增强而逐步减少,但沉降中心并不像典型前陆盆地那样由造山带向前陆迁移,而出现由西向东的迁移,导致此现象的原因说明柴北缘中生代盆地的沉积展布及充填除受北西西逆断层控制外,阿尔金断层的活动对其也产生一定的影响15。罗世)、构造层序(中侏罗世)和构造层序(晚侏罗世)三个完整的构造层序构成,沉积充填序列由粗细多个沉积旋回构成,代表了逆冲加载过程中由活动期到平静期的转化过程,随着逆冲活动的加强和频率加快,构造层序(白垩纪)只经历

21、逆冲活动期,发育补偿和过补偿沉积,缺乏宁静期的湖相沉积,是不完整的构造层序。(3)柴北缘主要成盆期发育在早侏罗世和中侏罗世,表现为湖盆面积大,深湖-半深湖沉积相发育,有利于生油岩的形成,自晚侏罗世持续的挤压作用使盆地的汇水面积减少,只发育滨浅湖。至早白垩纪沉积时期,态,、,缺乏平静,。至晚白,盆地逐渐萎缩。1许靖华.残留弧后盆地及辨别准则和实例J.石油学报,1993,14(1):113.2何登发,李德生,吕修祥.中国西北地区含油气盆地构造类型J.石油学报,1996,17(4):81727.3靳久强,赵文智,薛良清.中国西北地区侏罗纪原型盆地与演化特征J.地质论评,1999,45(1):9210

22、4.4杨克明.中国西北地区主要盆地圈闭发育特征及分布规律J.石油勘探与开发,1993,20(5):1525.5XIAWenchen,ZHANGNing,YUANXiaoping,etal.CenozicQaidamubasin,China:Astrongtectonicinversed,综上所述,柴北缘主要成盆期发育在早侏罗世extensionalriftedbasinJ.AAPGBulletin,2001,85和中侏罗世,表现为湖盆面积大,深湖-半深湖沉积(4):715736.相发育,有利于生油岩的形成,自晚侏罗世持续的挤6和钟铧.柴北缘中生代前陆盆地构造沉积特征及动力压作用使盆地的汇水面积

23、开始减少,只发育滨浅湖。学机制D.长春:吉林大学,2001.725.至早白垩纪沉积时期,持续的逆冲作用使盆地一直处于挤压状态,发育过补偿的冲积扇,河流沉积体系、湖泊体系范围极其有限。至晚白垩纪,强烈的挤压作用已使盆地消亡,缺乏上白垩统沉积,第三系路乐河组角度不整合于中生界之上。7杨明慧.德令哈中生代沉积盆地成因类型及其南祁连造山带的关系J.西北地质科学,1999,20(1):1522.8BEAUMONTC,QUINLANGM,HAMILTONJ.Orogenyandstratigraphy:numericalmodelsofthePaleo2zoicintheeasternInteriorof

24、NorthAmericaJ.Tecton2ics,1988,7(3):389416.9王嗣敏,刘招君,董清水.陆相盆地层序地层形成机制5结论(1)柴达木盆地是我国西部一个大型的中新生代陆相含油气盆地,其剖面结构、构造样式、沉积特征、基底沉降、古地温等表明中生代盆地的性质应为挤压环境下经过多次幕式逆冲形成的与祁连造山带有关的叠置前陆盆地,经历了早侏罗世的破裂前陆盆地和中侏罗之后的类前陆盆地演化。(2)柴北缘中生代沉积充填由构造层序(早侏分析以松辽盆地为例J.长春科技大学学报,2000,30(2):139144.10王明儒,胡文义,彭德华.柴达木盆地北缘侏罗纪油气前景J.石油勘探与开发,1997,

25、24(5):2024.11DICKINSONWR.BasingeodynamicsJ.BasinRe2search,1994(Suppl):11951196.12刘和甫.前陆盆地类型及褶皱-冲断层样式J.地学第4期和钟铧,刘招君,郭巍,董清水:柴达木北缘中生代盆地的成因类型及构造沉积演化前缘,1995,8:105123.13FLEMMINGSPB,JORDANTE.Stratigraphicmod2ellingofforelandbasin:interpretingthrustdeformationandlithosphererheologyJ.Geology,1990,18:430434.1

26、4TANKANDAJ.Depositionalresponsetoforelandde2339formationintheCarboniferousofEasternKentuckyJ.AAPGBulletin,1986,70(7):853868.15张守任,曹代勇,戴俊生,等.柴达木盆地北缘块断带的扭动构造与阿尔金构造体系的关系J.大地构造与成矿学,2000,24(3):218223.THEGENETICTYPEOFTHEMESOZOICBASININNORTHERNCHAIDAMUANDITSTECTONIC2SEDIMENTARYEVOLUTIONHEZhong2hua,LIUZhao2

27、jun,GUOWei,DONGQing2shui(CollegeofEarthSciences,JilinUniversity,Changchun130026,China)Abstract:ChaidamubasinisabigMesoCenozoicoilbearingcontinentalbasininChina.Itssec2tiontexture,structuralstyle,sedimentaryfeature,basalsubsidenceandthebasinisasuperimposedforelandbasinrelatedtoQilianorogenicbeltforme

28、dbyepisodicthrustingandevolvedfromearlyJurassictheaftermiddleJuras2sic.Mesozoicsedimentaryinfills,tectosequence(earlyJuras2sic)(J(lateJurassic).Sedimentarycircleswiththefin2ing-fromactivitytoquiescence.Withstrongandrapidthrusting,tectosequence()onlyunderwentactiveperiodandisnotacompletetectosequence

29、.Atthattime,thebasindevelopedoverfilledsedimentsandgraduallywithered.Keywords:genetictype;tectosequencethrusting;basinevolution;MesozoicforelandinNorthernChaidamu(上接332页)THEMINERALOGICALEXPLORATIONTYPOMORPHISMINVEINNO.1OFSHANCHENGGOLDDEPOSIT,SHANDONGPROVINCEFANChun2guang1,HUDa2qian2,CHUXiang2tao3(1.PrognosticResearchInstituteofMineralResourcesofSyntheticInformation,JilinUniver