柴达木盆地西北地区中生代构造事件与构造演化

柴达木盆地西北地区中生代构造事件与构造演化

1柴达木盆地西部—地质概况柴达木盆地位于青藏高原北部，是古代亚洲构造区的南缘。它是中国西部的一个大型中生代和新生代油气盆地，总面积约为12.14公里。盆地在形成过程中周边环绕发育有阿尔金走滑断裂带、南祁连断裂带和昆仑断裂带。它们之间形成了复杂的构造运动学过程和耦合关系。柴达木盆地的形成和发展与特提斯—喜马拉雅构造域的强烈活动密切相关,中生代、新生代特提斯构造域几经开启与闭合,并不断向古亚洲大陆俯冲和挤压,导致柴达木地块以南一系列微型板块与古亚洲大陆的多次拼贴,最后印度板块与欧亚板块碰撞,形成从昆仑山到喜马拉雅山等一系列褶皱山系以及青藏高原最终的大幅度隆升。由于柴达木盆地所处的独特地理位置和构造区域,中生代以来总体处于压性或压扭性构造动力学环境之中。盆地西北部中生代—古近纪沉降坳陷表现为压陷型断坳盆地。中新世以来,受特提斯构造域关闭、碰撞远距离效应影响,周边断裂带迅速抬升,柴达木盆地相对整体沉降坳陷,原型盆地表征为压陷型沉降坳陷盆地。柴达木盆地西北部位于阿尔金山南斜坡以南的区域(图1),东北紧邻南祁连断裂带。主要由昆北断阶带、茫崖坳陷、大风山凸起、一里坪坳陷和赛昆断陷带构成。中生界主要是侏罗系和白垩系,分布范围非常有限,主要沿阿尔金山前零星出露,向盆地中心逐渐尖灭。新生代地层发育,分布范围广泛,其中在茫崖坳陷和一里坪坳陷都发育有巨厚的新生代地层,最厚的地方在一里坪坳陷内部,可达一万多米。通过地震资料和野外观察研究发现,在柴达木盆地西北部发育有深层和浅层2套不同样式的构造类型。浅层地表褶皱构造形成时间较晚,大多从新近纪早期开始发育,直到第四纪才最终定型;深部构造受印度板块与欧亚板块碰撞的应力远程传递效应和阿尔金深部韧性走滑作用的影响,主要是在中生代到古近纪发育形成的。2样品及分析方法在柴达木盆地西北部选取了11块钻井岩心的样品(图1)。通过裂变径迹测年法得到了11个磷灰石裂变径迹年龄和10个锆石裂变径迹年龄。钻井样品的深度在2394.78~3991.90m之间,是渐新统顶部地层到中新统底部地层的泥岩或者含泥砂岩,泥质含量较高。样品粉碎后,用标准重液和磁选技术分离出磷灰石和锆石单矿物。分别制成环氧树脂样片和聚全氟乙丙烯塑料样片,并抛光为光薄片。磷灰石在恒温25℃的6.6%HNO3溶液中蚀刻30s。锆石在220℃的8gNaOH+11.5gKOH溶液中蚀刻33h。采用外探测器法定年,将低铀白云母紧贴在光薄片上,与SRM962标准铀玻璃一起构成定年组件。样品置于反应堆内辐照,辐照后将云母外探测器置于25℃的HF酸中蚀刻35min,揭示诱发裂变径迹。年龄计算采用Zeta常数法。本文获得锆石和磷灰石的Zeta常数分别为349.3±10.4和332.1±10.5。样品的分析处理由中国科学院高能物理研究所完成。样品的磷灰石和锆石裂变径迹年龄测试结果中磷灰石的裂变径迹年龄(图2)在3.1~62.2Ma之间,与地层年龄一致;锆石的裂变径迹年龄在49.2~127.7Ma之间,远远大于地层的年龄。这里需要提出一个重要的概念是“部分退火带”(PAZ)。PAZ是相应地壳某一深度范围的温度带,在PAZ内裂变径迹将会发生部分退火现象,即裂变径迹长度逐渐缩短,以致消失;同时也会有新的裂变径迹产生。处于PAZ之下(温度超过部分退火带的温度)的裂变径迹将会发生完全退火而消失,只有在PAZ之上的裂变径迹才能够完整保留下来。前人研究认为,磷灰石裂变径迹的PAZ温度为60~110℃,锆石裂变径迹的PAZ温度为210~310℃。从磷灰石和锆石裂变径迹年龄分析结果看,相同的样品锆石裂变径迹年龄远远大于磷灰石裂变径迹年龄。文中所采用的样品深度在2394.78~3991.90m之间,假设柴达木盆地西部地区的地表温度为5℃,地温梯度为2.8℃/100m,则样品在井下的埋藏温度应该在72~117℃之间,这一温度区间与磷灰石的部分退火带温度十分接近,足以造成磷灰石的退火或者部分退火,但是没有达到锆石的部分退火温度,对锆石几乎没有任何影响。从测试的年龄数据看,磷灰石裂变径迹年龄确实受到了现代地温场的影响,测试年龄明显小于地层的年龄,而锆石的裂变径迹年龄大于地层的年龄,则说明更多的是保存了源区的年龄信息。依据磷灰石和锆石的裂变径迹年龄分布情况,可知柴达木盆地西部地区自中生代末期以来至少经历了2次规模较大的构造热事件,时间分别在100~60Ma之间和35Ma以来。3拉竹龙周边断裂带作为中亚大陆内一条现今以左行走滑为主的巨型构造带,阿尔金断裂带处于印度板块新生代向北强烈挤压,北部受塔里木和西伯利亚板块,东部受华北板块阻挡围限的大地构造背景中。主要由5条近平行的北东东向断裂组成,由南向北依次为:阿尔金南缘断裂、阿尔金北缘断裂、米兰—红柳园断裂、且末—黑尖山断裂和罗布庄—星星峡断裂。阿尔金断裂带西起西藏的拉竹龙附近,东到甘肃的金塔盆地,隐没于巴丹吉林沙漠之中,全长1600km。也有学者认为阿尔金断裂为左行压扭性断裂,长达1700km以上。还有些学者认为它西起印度板块与欧亚板块碰撞的西结点——帕米尔高原一带,向东经华北板块与西伯利亚板块的碰撞带一直东延,可能延伸到中国东部的西拉木伦河或穿过祁连山延伸至阿拉善—内蒙古东部断裂至俄罗斯的鄂霍次克(Okhotsk)海,全长达3500km。部分国外学者认为其延伸规模为2000km左右,可能考虑了通过金塔盆地后更多的延伸。目前多数学者倾向于从西藏的拉竹龙附近延伸到甘肃的金塔盆地约1600~1700km这一长度。阿尔金断裂带是柴达木盆地与塔里木盆地、阿克赛盆地与肃北盆地以及东昆仑山与西昆仑山之间的分界断裂。祁连山、柴达木盆地和东、西昆仑山的地质体和构造线方向均与该断裂带斜接、复合或截切。断裂带内的前震旦系基底、显生宙盖层及侵位的基性—超基性岩均呈断片出露。断裂带内发育中生代、新生代盆地,如吐拉盆地和索尔库里盆地,其中有侏罗系生油岩发育。野外观察表明,该断裂带在剖面形态上具有“背冲型”或“对冲型”花状构造特征,背冲型花状构造往往夹持一个断垒块体,如索尔库里南山、索尔库里北山等;对冲型花状构造表现为断层谷。该断裂带曾有过长期活动的历史,在不同时期具有不同的性质。根据断裂带内古生代洋壳残片的存在,表明沿该断裂带曾存在过古生代洋盆,且其活动可能具有某种转换平移的性质;晚古生代洋盆闭合,最终导致塔里木板块与华北板块拼合。阿尔金断裂的走滑运动对柴达木盆地沉积和构造的控制作用起始于始新世中期,而阿尔金断裂的深部走滑运动起始于89~92Ma的晚白垩世。说明阿尔金断裂在深部的初始走滑和其地表的响应是不同时的,地表走滑运动的响应时间明显滞后。刘永江等总结了阿尔金断裂的走滑活动模式,在晚白垩世(89~92Ma),由于印度板块的西北角与欧亚板块的碰撞,使阿尔金断裂首先在深部开始发生韧性走滑运动(图3a),当时的地表并没有响应,塔里木盆地和柴达木盆地仍然为一个连通的盆地。随着印度板块与欧亚板块的不断会聚,在阿尔金断裂深部韧性走滑运动的拖拽下,走滑运动由深部向地表逐渐扩展,直到始新世中期,地表开始出现走滑响应,阿尔金断裂开始分割并控制塔里木盆地和柴达木盆地的沉积和构造作用(图3b),最后形成现今的构造格局。4柴达木盆地西部挤压隆升和走滑断裂活动的机制及其演化从中国西北区域构造地质分析,不论中生代前构造演化如何复杂,至三叠纪末整个西北地区范围内洋壳的俯冲消减以及之后的大陆岩石圈板块之间的碰撞造山作用均已完成。尽管柴达木盆地周缘断裂带形成时间和形成方式不尽相同,昆仑断裂带的碰撞作用在二叠纪就已完成,相对滞后的主要造山隆升时期在中三叠世末结束,祁连断裂带主要为加里东期闭合隆升造山。从三叠纪开始,西北区域进入陆内演化阶段,其构造的重大事件主要受到南部特提斯构造域演化的影响。中生代以来,特提斯构造域几经开启与闭合,并不断向古亚洲大陆俯冲、碰撞和拼合,导致柴达木地块以南区域发育形成了一系列微型板块与古亚洲大陆的一次次拼贴,其中主要事件有:三叠纪末羌塘地体与欧亚大陆的碰撞拼贴作用、侏罗纪末拉萨地体(或藏北地体)与欧亚大陆的碰撞拼贴作用和古近纪以来的印度板块与欧亚大陆的碰撞作用,形成青藏高原连同昆仑山断裂带最终的大幅度隆升和阿尔金走滑断裂带的强烈左行走滑活动。这就决定了中国西北区所处的独特的大地构造背景和构造区域位置,使其受众多的构造动力学因素影响,从侏罗纪开始,中国西北地区在中生代基本处于几大主要断裂带造山后的陆内调整时期,其调整方式主要有2种,即造山后松弛形成的伸展作用和走滑作用。新生代初期(大约在45Ma左右)印度板块和欧亚板块在雅鲁藏布江缝合线发生碰撞缝合,喜马拉雅构造运动进一步加剧,使青藏地块广大区域因受强烈的水平挤压,发生大规模褶皱变形和冲断推覆,地壳大幅度叠覆加厚并迅速隆升。柴达木盆地地处青藏高原北部边缘,受其碰撞的应力效应表现十分强烈:其一是青藏高原迅速隆升作用对柴达木地块的挤出效应,以阿尔金走滑大断裂和红河走滑大断裂为主体,使得柴达木地块向东的挤出,在其制约下,形成了盆地周缘及内部的压扭性应力场;其二是由于周边断裂褶皱山系隆升并向盆地冲断推覆,形成动力机制的转换。即在区域水平挤压动力作用下,在伴随青藏高原的推挤隆升的过程中,由于褶皱断裂带的隆升速度和幅度远大于盆地的抬升,在形成挤压隆升并向盆地推覆过程中,形成表层强烈的水平压扭作用,这种构造动力机制的转换所形成的压扭动力作用,对地表浅层沉积层系的改造作用强度远大于因板块碰撞远距离应力传递效应发生的压性动力作用所产生的改造作用。柴达木盆地西北部受阿尔金走滑断裂控制明显,从晚白垩世开始发育的早期构造受深部韧性走滑作用的影响,多以逆冲断裂和基底卷入型构造为主,深部构造在渐新世已基本形成。随着动力转换的形成和阿尔金走滑断裂活动逐渐加剧,渐新世末—中新世开始在地表出现响应,地表压扭作用形成并逐渐加强。在地表形成了大量的压扭性构造,平面上受阿尔金左行走滑作用的影响形成一系列反“S”型线性构造。通过地震剖面的地质解释,可以清晰地看到深层构造和浅层构造具有明显的分层性和不协调性,并且构造高点发生了明显的偏移。深层构造线大多终止于N1地层之下,形成时间比较早,被后期构造运动改造明显;而浅层构造大多发育于N1滑脱层之上,由于形成时间比较晚,几乎没有被后期的构造运动破坏,完整性好,有利于形成比较好的圈闭。5柴达木盆地西方走滑断裂带的期构造运动裂变径迹年龄数据揭