鄂尔多斯盆地古构造演化与演化

鄂尔多斯盆地古构造演化与演化

鄂尔多斯盆地以其稳定的克拉通发育而闻名于世，但稳定性和持久性是相对应的。在漫长的地史进化过程中，它们是相互分离、相互依赖的，共同控制着每一时期的积累模式，为天然气的形成奠定了基础。本文以地震资料和钻井资料相结合,分析各时期古构造格局,并结合其沉积特征划分盆地构造演化阶段,最终厘定出了构造变革的关键时期。1盆地基底岩系区域构造位置中,鄂尔多斯盆地北以河套地堑系北缘断裂为界紧邻阴山褶皱带,南以渭河地堑南界断裂为界与秦岭造山带相接,东侧以离石断裂与吕梁山隆起带相邻,西缘分别以桌子山东麓断裂和青铜峡-固原断裂为界,北边隔银川地堑与贺兰山褶皱带相望,南边和六盘山弧形构造带相依,是夹持于周边活动带之间的稳定克拉通沉积盆地(图1)。地面地质调查、地球物理勘探和钻井资料证实,鄂尔多斯盆地基底岩系具有明显的镶嵌结构。一类是由变粒岩岩相(麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状花岗岩等)组成的放射线年龄大于25亿a的太古界,另一类是由绿岩岩相(绿片岩、千枚岩、大理岩和变质的火山岩)组成为主的年龄大于17亿a的中下元古界。基底结构不均匀,大体以斜贯盆地中部的环县-大同基底断裂为界,将盆地基底划分为2个区。北部以集宁群及乌拉山群为代表,主要由太古界古陆核组成;南部以吕梁群、岚河群及野鸡山群为代表,主要由下元古界褶皱变质岩系组成。鄂尔多斯盆地沉积盖层较为齐全(仅志留系、泥盆系缺失),平均沉积岩厚度5000m。其中,中上元古界以海相、陆相的裂谷沉积为特征,厚度200~3000m;下古生界以海相碳酸盐岩为主,厚度400~1600m;上古生界以沼泽、三角洲、河流相为主,厚度600~1700m;中生界主要以内陆河流、湖泊沼泽相沉积为主,地层厚500~3000m;新生界在盆地内部较薄,一般厚度大约为300m。2大地构造环境及沉积演化阶段盆地构造演化的实质是一个四维的时空问题,即盆地三维地质体随时间坐标的演化。对一个具体盆地而言,划分其演化阶段主要是依据大地构造性质、构造格局和沉积格局的变化。鄂尔多斯原型盆地的演化经历了多阶段性,根据各时期古构造特征结合盆地发育类型将盆地演化分为4个阶段,即中晚元古代坳拉谷盆地发育阶段、古生代大型稳定克拉通盆地发育阶段、中生代前陆盆地发育阶段、新生代周缘断陷盆地发育阶段(图2)。2.1秦祁裂谷演化中晚元古代的原型盆地,控制其发展的构造体制应是固结稳定的古陆块及边缘受上地幔浅层热对流系控制的大规模张裂体系。在这一时期,古中国陆块处于拼接稳化的初期,由地壳热点所控制的秦祁大陆裂谷随之产生。在一系列三联点的作用下,产生了一系列向华北古陆块楔入的陆内裂谷并在发展中夭折,自西向东发育有贺兰坳拉谷、晋陕坳拉谷、豫陕坳拉谷。其中以贺兰坳拉谷最为典型,沉积了厚度大于2000m的长城系和蓟县系。这些坳拉谷皆由东北向西南张开,即向秦祁裂谷层位变全,厚度增大,粒度变细。鄂尔多斯盆地正是在贺兰、晋陕两坳拉谷夹持的背景上发展起来的(图3)。2.2石千峰期盆地沉积期整个古生代,鄂尔多斯盆地以整体升降为主,构造发育稳定,进入大型的稳定克拉通盆地发育期。在这一时期,古构造面貌总体上表现为北部高、南部低,中部高、东西两侧低,尤以奥陶纪表现最为明显(图4)。早古生代,鄂尔多斯盆地作为大华北盆地的一部分,沉积了厚度为400~1600m的浅海台地相碳酸盐岩。而其南缘和西缘濒临秦祁海槽,属于被动大陆边缘,沉积了厚度达4500m的碳酸盐岩、海相碎屑岩和浊积岩,形成向秦祁海槽倾斜的广阔陆架区。奥陶纪末期,受华北地块南、北洋壳向地块下俯冲消减而形成对挤力的影响,致使华北地块整体抬升,鄂尔多斯盆地缺失了志留系、泥盆系及下石炭统,沉积中断1.3亿a以上。晚古生代中石炭世,鄂尔多斯盆地以至整个华北地块结束了长达1.3亿a的抬升剥蚀,重新开始接受沉积。这一阶段,鄂尔多斯盆地在阴山火山弧向南俯冲、秦岭火山弧向北俯冲的作用下,地块北缘及南缘相对仰冲而隆起。而西部贺兰坳拉谷于晚石炭世早期再度拉开,最早接受沉积,形成了与古特提斯联通的南北向海湾,沉积了靖远组与羊虎沟组;东部是与华北克拉通坳陷相连的潮坪,沉积了本溪组。晚石炭世晚期,海水侵进,沉积范围扩大,盆地西侧的中央古隆起东超,盆地东侧的华北海向中央古隆起西超,最终在中央古隆起部位汇于一体。下二叠统山西组沉积煤系地层,中央古隆起仍有残存,西部浅坳在银川-环县一带,东部浅坳在绥德-宜川一带。石盒子期大致沿袭山西期沉积背景,气候逐渐干旱,鄂尔多斯地区作为大华北盆地的组成部分沉积了河流相杂色碎屑岩。石千峰期,地壳沉降发生了巨大的变化,盆地南部和北部沉降,代替了前期的东部和西部沉降,中央古隆起不复存在,向吕梁山区减薄趋势明显。中央古隆起的消亡过程,也是鄂尔多斯盆地沉积区与大华北盆地分离,向独立盆地发展的过程。总之,晚古生代的鄂尔多斯地区,沉积环境由海相变为陆相,气候由潮湿变为干旱,沉积充填由坳陷型变为广覆型,中央古隆起由发展到消亡,都是形成古亚洲大陆过程中海西运动的重要标志。2.3前陆盆地构造序列中生代,由于古特提斯扩张的影响,扬子陆块与华北陆块对接,封闭了残余的右江和秦岭印支地槽,使中国东南部向北产生基底滑移,从而也在对接带两侧产生近东西向的差异沉降盆地。其华北一侧的三叠纪沉降区,北达燕山南麓,南抵大别山北麓,沉降中心在郑州、济南和鄂尔多斯盆地东南部。印支运动末期,鄂尔多斯盆地西部的阿拉善地块受到特提斯板块向北东方向的推挤而发生向东逆冲,在盆地西部的汝箕沟-石沟驿-平凉安口窑一带形成了前渊坳陷,沉积了厚度达2300m以上的粗碎屑。在侏罗纪和白垩纪,伴随着西部逆冲作用的持续发展,与之伴生的前渊坳陷也依次向东迁移,在坳陷带的东翼,发育了坳陷带的调节构造——前隆,在前隆带的后方又形成了调节坳陷。因此,逆冲带、前渊坳陷、前隆和隆后坳陷组成了典型的前陆盆地构造序列。鄂尔多斯盆地中生代内陆盆地阶段发育着5个陆相碎屑岩沉积旋回,即晚三叠世延长组、早侏罗世富县-延安组、中侏罗世直罗-安定组,早白垩世志丹统下部和上部,其普遍以河流相开始,湖泊相告终。2.4近双向张应力场新生代以来,由于太平洋板块向亚洲大陆东部之下俯冲,产生了弧后扩张作用,同时印度板块与亚洲大陆南部碰撞并向北强烈推挤、使中国东西部之间产生了近南北向的右行剪切应力场,并在鄂尔多斯盆地及其以东地区产生NE-SW向的张应力。这样,盆地东部相对隆升,而周边地区却相继断陷形成一系列地堑,银川地堑、渭河地堑都是在这一时期形成的。3盆地构造演化鄂尔多斯盆地位于中国大陆的中部,是一个多旋回的叠合含油气盆地。根据盆地各时期的古构造成图发现,其演化过程可以明显的划分为2个阶段。古生代盆地整体处于中部隆,东、西坳的古构造格局,盆地整体升降,稳定发育;中生代西部持续拗陷,东部整体掀斜,进入后期改造阶段。其中,二叠纪石千峰期末及白垩纪末期处于盆地构造格局变动的2个关键时期。3.1古起落架的构造背景整个古生代在鄂尔多斯盆地始终存在一稳定发育的正向构造——中央古隆起,这一隆起带控制着当时沉积格局及沉积相带的展布。在中晚元古代,古隆起主要夹持于北东-南西向展布的坳拉谷之间,其轴部主体延伸方向与坳拉谷展布方向一致。在寒武纪,古隆起的面貌与中晚元古代基本一致。奥陶纪为中央古隆起最为发育的时期,隆起高点与东部坳陷之间的幅度差达到了800m,盆地西部走向南北,盆地南部走向东西,在庆阳一带形成了明显的弧形带,具有“L”型展布的特征。为石炭纪,由于两侧坳陷的不规则楔入,古隆起呈现为一北窄南宽的不规则形,但隆起的幅度远远降低,与东部坳陷之间的幅度差仅仅只有70m左右。在二叠纪,中央古隆起的面貌总体上比较复杂,从南向北由黄陵、环县、盐池3个局部隆起组成,为一向西凸出的弧形,其中庆阳以北隆起西陡东缓,隆起轴部南高北低,幅度相差100m。在二叠纪石千峰期,中央古隆起彻底消亡,受南部秦岭造山带和北部阴山造山带的影响,古隆起的主体轴向由原来的南北向变为东西向,沉降格局由原来的东西向转变为南北向。因而,二叠纪石千峰期是鄂尔多斯盆地古构造格局发生转变的关键时期,盆地由原来稳定的克拉通发育阶段进入了后期改造阶段(图5)。从古隆起的演化过程来看,中晚元古代至二叠纪石千峰期,经历了形成-发育-衰亡的过程,奥陶纪为其发育的鼎盛时期。在漫长的发育过程中,虽然它的位置和方向没有发生太大的变迁,但形态变化却比较明显,或宽或窄,或陡或缓,有时南北向横贯全区,有时又呈串珠状分布,形态多不规则,进而反映了盆地受力过程的复杂性。3.2紫金山岩浆体的形成时代中生代以后,鄂尔多斯盆地由早期稳定发育的格局进入了后期演化阶段。首先是在晚三叠世,盆地西部强烈逆冲,形成了前陆逆冲带。在侏罗纪,随着西西伯利亚板块与中朝板块、扬子板块与中朝板块碰撞力的逐渐减弱,南北向挤压力消失。随之而来,受滨太平洋构造域左旋活动的明显影响,鄂尔多斯盆地东部强烈抬升,最终使古生代一直存在的西高东低的古构造格局转变为东高西低的构造面貌。侏罗纪末期至白垩纪初期,鄂尔多斯盆地继续不均匀抬升、隆起,造成侏罗系与白垩系之间的区域不整合接触关系。到燕山运动晚期,盆地东部吕梁山的隆起致使盆地东部强烈抬升,最终导致了现今西倾单斜背景上的南北向构造格局。这一强烈的构造抬升事件可以从盆地东部的紫金山岩浆体的活动性得到证实。紫金山岩体位于临县东北部紫金山、大肚山、教排山一带,岩体略呈NW-SE方向展布,出露长7.5km,宽4km,面积约23km2。岩体是多阶段、多期次形成的不同岩性的碱性杂岩体。关于紫金山岩体的形成年龄前人作了大量的研究工作,山西省地质志上利用K-Ar同位素测年获得的年龄数据可以划分为5组,即:90~95Ma(K2)、129~134Ma(K2)、136~141Ma(K1)、154~159Ma(J2末-J3初)、190~195Ma(J1)。说明紫金山岩浆体的形成时间主要与滨太平板块的向中朝板块的俯冲紧密相关,同时也说明鄂尔多斯盆地在侏罗纪的确处于构造转换的关键时期。中国科学院地质研究所对正长石斑晶做了K-Ar法同位素年龄测定,其结果为134.8Ma,相当于燕山期早白垩世。紫金山南部偏东方向的塔儿山和南东东方向的狐偃山2个碱性杂岩体的绝对年龄分别为133Ma和140Ma。这种由东向西绝对年龄相对减小的特点,说明盆地此时所受到的构造主应力主要来自东方。随着时间的推移,应力场逐渐