塔里木盆地构造沉积响应演化

塔里木盆地构造沉积响应演化

根据最初的研究，塔里木盆地的发育和发展受到不同时期板块结构的控制，不同时期的原始盆地相互重叠和重建。后来，科学家们认为，盆地的构造发育并不是不同时代的青藏高原（泰蒂斯构造区），而是不同时代的微陆冲突和造山运动控制。同时，许多科学家还研究了盆地构造发育与油气集中的关系，以及基本形成的发育[6-11]。前人研究成果丰富,但很少涉及南华纪以来周缘古洋开合(特别是古天山洋和古昆仑洋)与盆内构造沉积的耦合关系。为此,利用板块构造学理论,着重以古天山洋和古昆仑洋演化为线索,将物探、钻井、古生物等资料与前人研究成果结合,阐述塔里木盆地不同演化期的构造沉积变化。1塔里木盆地构造演化塔里木盆地西限以天山为界,南东部和南西部分别隆升昆仑山和阿尔金山。据构造分割及沉积分异,将盆地划分为数个隆、坳相间带(图1)。南华纪时塔里木陆块完成了与Rodinia泛大陆的裂解,成为独立且稳定的克拉通。陆块被北缘天山洋(隶属古亚洲洋)和南缘昆仑洋(隶属古中国洋)环绕,边缘和微陆块间以有限拉张方式形成多岛洋和弧后盆地。塔里木陆块古生代北缘为南天山中古生代活动大陆边缘、伊犁-中天山微陆块、北天山古生代活动大陆边缘,西南缘为北昆仑早古生代活动大陆边缘、中昆仑微陆块、南昆仑晚古生代活动大陆边缘,东南缘依次为泛华夏大陆早古生代弧-盆区、泛华夏晚古生代-中古生代弧-盆区、冈瓦纳北缘晚古生代-中古生代弧-盆区(图1)。塔里木盆地构造演化先后经历了南华纪-震旦纪早世古大洋开裂期、震旦纪晚世-奥陶纪中世古大洋扩张期、奥陶纪晚世-泥盆纪古大洋收缩期、石炭纪-二叠纪中世古大洋闭合期、二叠纪晚世至今陆内造山期。塔里木盆地现今地貌的形成是自元古代晚期以来,多期次、多方向、多性质的不同构造运动叠加的综合结果(图2)。2古代海洋的发育与构造沉积的反应2.1rodini泛大陆裂裂带元古代晚期一系列造山运动不但促使中国古地台形成,而且还使其与周缘古陆拼贴组成Rodinia泛大陆,在塔里木盆地研究中,此次运动通常被称为塔里木运动(相当于华南的晋宁运动),其运动时限推测为1000Ma~800Ma,属于格林威尔造山运动的一部分。从南华纪开始,Rodinia泛大陆开始裂解,受南北张力影响,中天山、中昆仑微陆块分别与塔里木陆块分离,形成时间约780Ma~600Ma。南天山深海槽向东延至库鲁克塔格地块南部并构成塔里木陆块北部大陆边缘,中昆仑与塔里木陆块间为库地小洋盆(北昆仑洋幼年期)。天山洋和昆仑洋的演化就此拉开序幕(图3)。大陆裂解致使下震旦统广泛不整合于前震旦系之上。只有盆地中北部地区沉积早震旦世碎屑物,塘沽巴斯至古城墟地区为古隆起无沉积。在塔东(满加尔)地区扎摩克提组沉积细粒碎屑物质,如粉砂质泥质等,到育肯沟组沉积期时发育含灰质细粒沉积;巴楚-塔中-塔北地区苏盖特布拉克组早震旦世早期为碎屑岩沉积,早震旦世晚期发育碳酸盐岩(灰岩和泥质灰岩为主),这与塔里木盆地震旦纪气候由冷变暖有关。在沙雅、中央隆起带的斜坡部位,地震剖面可见震旦系向隆起方向的超覆现象(图4A),说明震旦系与基底之间存在角度不整合接触关系。2.2被动陆块陆缘期e震旦纪晚世,塔里木陆块南北古大洋分别进入裂后快速生长期,大洋加速扩张。南天山深海槽进入成年期,发展成为南天山洋,中天山微陆块与伊犁陆块快速拼贴,共同组成南天山洋北缘。库地小洋盆继续拉伸在塔里木陆块南缘形成北昆仑洋,并向东延伸至阿尔金、锡铁山。南北拉伸的结果,使塔里木陆块南北缘均演化为被动大陆边缘,陆源沉积物影响较小,陆块西部高地发育快速生长的碳酸盐岩台地(厚500~2000m),陆块东部低地(满加尔)发育沉积缓慢的饥饿盆地(仅厚200m),塔里木陆块内部形成了西台东盆的沉积格局(图3)。此阶段对陆块沉积产生较大影响的构造运动为加里东早期运动;塔里木陆块早奥陶世古纬度处于19.0S,特别适宜碳酸盐岩生长。2.2.1震旦系及中寒武统震旦纪末的加里东早期运动第一幕(柯坪运动),使盆地广泛地形成震旦系与寒武系的平行不整合(图4)。沙雅隆起沙4井揭示震旦系顶部为溶塌角砾状白云岩。在柯坪隆起,下寒武统玉尔吐斯组灰岩、硅质泥页岩和磷块岩平行不整合于上震旦统奇格布拉克组古岩溶白云岩之上。在巴楚隆起,方1井显示下寒武统覆于震旦系白云岩和火山岩之上,和4井显示下寒武统覆于震旦系酸性火山岩之上。卡塔克隆起塔参1井的中寒武统直接覆于南华系侵入岩之上。孔雀河斜坡西部西山布拉克组直覆于下震旦统育肯沟组之上,古城虚隆起塔东地区尉犁1井见西山布拉克组不整合于南华系白云岩之上(图2)。2.2.2早古生代巴楚地区受加里东早期运动第二幕的影响,奥陶系平行不整合于寒武系之上。但由于界面上下均为白云岩(图2),因此速度差小,即地震剖面上此界面并不易追踪,但在盆地东部满加尔坳陷内可以见到奥陶系下超于寒武系之上的现象(图4b)。实际上,研究显示,寒武纪末全球海平面下降,塔里木盆地的碳酸盐岩台地也未能幸免,寒武系顶部受到短暂的暴露。受加里东早期运动影响,巴楚地区东部发生区域性抬升,并伴随断褶活动,但仍为一个宽缓(低)台隆,其隆起地范围较震旦纪时有所扩大。天山洋和昆仑洋的迅速扩张致使塔里木地块处在持续拉张背景之下,在现在的塔中位置形成了一组正断裂组合,并持续到早奥陶世。此时塔中已经处于相对较高的部位,这为塔中后期的构造发展奠定了基础。2.3塔里木陆块受拉张变化奥陶纪中世末北昆仑洋向中昆仑微陆块俯冲,南天山洋在志留纪或更早时间起就开始向中天山俯冲,南北古大洋分别进入收缩期。塔里木陆块所受应力由近南北向拉张变为近南北向挤压(图3),受此影响陆块边缘逐渐出现不同规模的陆源剥蚀区,陆块内部陆源沉积物质供应逐渐增多,陆块内西部碳酸盐台地逐渐消亡。此阶段对陆块沉积有较大影响的构造运动为加里东运动中、晚期和海西早期运动。2.3.1奥陶纪末-石炭纪构造环境的改变加里东中期运动第一幕发生在奥陶纪中世末,奥陶系上统平行不整合于中统之上。北昆仑洋向其南部的中昆仑微陆块强烈俯冲,其缝合带(蛇绿岩带)主要沿乌依塔格-库地-阿其克库勒湖一线分布(图1),导致塔里木陆块南缘构造性质转变,即由拉张环境转变为挤压环境,受应力影响塔里木陆块内部形成近南北向的隆坳格局,碳酸盐台地于奥陶纪末消亡。盆地性质在逐渐发生改变,由克拉通被动大陆边缘向前陆盆地(在塔西南为周缘前陆盆地)转化。受加里东中期运动影响,原统一碳酸盐岩台地发生分异,陆块地貌变为隆坳相间,形成了塔中、塔北2个遥相对应的碳酸盐台地间夹柯坪-顺托果勒台间坳陷(台盆)的沉积格局[33—35]。期间的短期暴露剥蚀是局部的,如塔中4井区缺失下奥陶统上部~中奥陶统8~12个牙型刺带,相比塔中,塔北地区剥蚀程度可能较小,沙69井区仅缺失中奥陶统2~3个牙形刺带。此次暴露剥蚀与全球海平面下降同步,随后的海侵开始了碳酸盐台地的第1次淹没。受构造运动影响,塔中局部高隆地区,以及巴麦古隆起剥蚀强烈(图4b),缺失一间房及鹰山组上部地层。在塔北地区可见泥盆系角度不整合于中上奥陶统之上(图2)。由此可以看出,加里东中期构造运动对全盆具有深远的影响。2.3.2上覆奥陶纪晚世沉积型陆源物源加里东中期运动第二幕发生在奥陶纪晚世晚期,形成奥陶系上统内部的平行不整合(图2),该界面为奥陶纪重要的沉积、构造转换面,塔里木盆地由此转化为前陆盆地。该界面在塔北柯坪奥陶系上统印干组黑色泥、页岩顶部见褐铁矿化风化壳,缺失多个笔石带,上覆奥陶系上统柯坪塔格组下段碎屑岩潮坪沉积的灰绿色细砂岩(底面含细砾、见冲刷)。奥陶纪晚世,塔里木陆块南缘北昆仑-阿尔金及东北缘库鲁克塔格已形成边缘隆起并出现陆源剥蚀区,向塔里木陆块提供了丰富的陆源物源,陆块西部碳酸盐台地经2次淹没后消亡,陆块东部原沉积厚度很小的欠补偿盆地由于物源供给充分相变为沉积巨厚的浊积盆地。值得一提的是,中天山北缘的干沟蛇绿岩分布局限,时代O3~S1(属加里东晚期),可能反映了加里东晚期中天山内部的一次规模不大的洋壳俯冲消减,由于当时与塔里木陆块相隔至少1000km宽的南天山洋,对塔里木陆块的构造沉积演化影响不大。2.3.3里里木陆块志留系-泥盆系的构造响应加里东晚期运动发生在志留纪末,形成志留系与泥盆系之间平行不整合(图2)。是塔里木陆块与中昆仑微陆块碰撞造山,南天山洋向中天山微陆块俯冲消减(图3),以及志留纪\泥盆纪全球事件的构造响应。它对塔里木陆块志留系-泥盆系的影响表现在三方面。一是对志留系的剥蚀,受加里东晚期运动影响塔里木盆地志留系遭受了强烈剥蚀,塔中隆起、塔北隆起及柯坪隆起-阿瓦提断陷-顺托果勒低隆普遍缺失志留系中、上统(缺失时间约20Ma±)。二是对志留系古油藏的破坏,由于加里东晚期运动对志留系的强烈剥蚀,志留系古油藏遭受大规模破坏,在塔北、塔中隆起及其斜坡带志留系广泛发育沥青砂岩[39—41]。三是对泥盆系沉积的控制,加里东晚期运动虽然使志留系遭受了强烈剥蚀,但加里东中期运动形成的南北向排列东西向展布的隆坳格局没有改变,泥盆系继承了志留系的沉积格局。2.3.4海相中、缘生期岩相古地理海西早期运动(库米什运动)发生于晚泥盆世,塔北地区上泥盆统或下石炭统由北向南依次超覆在下奥陶统、中奥陶统、上奥陶统及志留系之上,地震界面可见清晰的下削、上超现象(图4a)。受泥盆纪末塔里木陆块南部北昆仑洋关闭造山及陆块北部南天山洋向中天山俯冲复合作用的影响,陆缘造山作用强烈,前陆隆起带的塔北沙雅隆起和塔中中央隆起迅速抬升、快速变形,并遭受前所未有的强烈剥蚀。由于南天山洋俯冲的压扭应力影响更大,塔北沙雅隆起北部剥蚀量达2000m以上,奥陶系碳酸盐岩剥露出地表,大规模的喀斯特化在此时发生(图3);海西早期运动还在原来加里东中期运动形成的南北向排列东西向展布的隆坳格局基础上叠加了近东西向挤压的构造影响,形成了近东西向排列南北向展布的阿克库勒“鼻凸”和顺托果勒低隆起,阿克库勒“鼻凸”呈“V”字形剥蚀缺失志留系及泥盆系中、下统,上泥盆统东河塘组分布在“鼻凸”东西两侧,下石炭统巴楚组底部砂砾岩段在“鼻凸”高部位沉积缺失。巴楚-塔中隆起同样遭受较大程度的剥蚀,巴楚隆起南部~塘参1井区以南志留系-泥盆系中、下统被剥蚀殆尽。2.4石炭纪-二叠纪后结束海相沉积塔里木古大洋闭合期为石炭纪-二叠纪,即海西晚期,对塔里木陆块的构造演化具特殊意义,是北天山洋和南昆仑洋-阿尼玛卿洋关闭造山的构造响应(图1),从此塔里木陆块成为欧亚大陆的南缘,石炭纪后结束了大范围的海相沉积。由于北天山洋向中天山(石炭纪-二叠纪已与塔里木陆块拼贴为一体)俯冲消减碰撞造山,南昆仑洋向中昆仑岛弧(石炭纪-二叠纪也与塔里木陆块拼贴为一体)俯冲消减,塔里木陆块内部实际处于广义的弧后扩张状态。石炭纪广泛接受了海陆交互相碎屑岩沉积及海相碳酸盐岩沉积,二叠纪除局部发育海陆交互相碎屑岩沉积及海相碳酸盐岩沉积外,还普遍发育基性岩浆侵入(塔北、塔中普遍见辉绿岩浅层侵入和玄武岩溢流),二叠纪末开始转换为前陆盆地陆相碎屑沉积(图2、图3)。2.5逆冲推覆动力学到二叠纪晚世,北天山洋和南昆仑洋俯冲-消减-碰撞-造山先后完成,塔里木陆块内部的(残余)弧后裂陷(或克拉通坳陷)盆地结束了海相沉积,南天山和北昆仑山前形成前陆盆地。南天山山前以二叠系上统比尤勒包谷孜组陆相洪冲积沉积开始的磨拉石建造标志着库车前陆盆地诞生,北昆仑山前晚二叠世逆冲推覆第一次高潮期导致推覆构造前缘下盘开始发育塔西南前陆盆地。塔里木陆块南部,巴颜喀拉、北羌塘、南羌塘、冈底斯微陆块及印度板块相继向北俯冲,昆仑造山带成形并强烈抬升。此阶段对塔里木盆地沉积有较大影响的构造运动为印支、燕山及喜马拉雅运动。2.5.1巴楚-塔中起落架印支期含塔里木陆块在内的欧亚板块与羌塘微陆块碰撞造山,即金沙江洋关闭的构造响应(图1、图3)。区域挤压应力背景下的塔里木周缘天山、昆仑山开始进人陆内造山发展阶段,塔里木盆地内部发育南天山山前库车前陆盆地、塔北克拉通坳陷盆地及北昆仑山山前塔西南前陆盆地。塔北、孔雀河地区侏罗系不整合于三叠系及下伏不同时代地层之上。巴楚隆起成为持续隆升的前缘隆起,表现为较强烈的差异升降活动。由于塔中位于盆地的中央,受力不明显,古隆起的变形作用不强烈。巴楚-塔中隆起以整体隆升运动为主,隆起大部缺失三叠系。(图2、图4b)。2.5.2巴楚地区构造演化燕山运动从侏罗纪持续至白垩纪,羌塘微陆块与欧亚板块拼贴,是羌塘中部澜沧江洋、羌塘南部班公-怒江洋(泛华夏大陆晚古生代-中生代弧-盆区)关闭的构造响应(图1、图3)。塔里木周缘天山、昆仑山陆内造山进一步发展,塔里木盆地内部主要仍以整体隆升构造运动为主。巴楚地区大规模地整体隆升,成为隆起剥蚀区,持续时间长,缺失侏罗系和白垩系(图4b);地震解释及钻井揭示塔中地区缺失上白垩统(图2和图4)。2.5.3基性沉积相及上升幅度最大的地区—喜山期运动喜马拉雅运动始于古近纪,是印度板块与欧亚板块碰撞,即雅鲁藏布江洋关闭的构造响应(图1、图3)。天山、昆仑山强烈陆内造山,塔里木盆地内部形成了库车、塔西南2个陆内前陆盆地,山前均接受了巨厚(超过10000m)的陆相碎屑沉积。巴楚隆起全面褶皱断裂、抬升剥蚀,