柴達木盆地西北地區(qū)中生代構(gòu)造事件與構(gòu)造演化

柴達木盆地西北地區(qū)中生代構(gòu)造事件與構(gòu)造演化

1柴達木盆地西部—地質(zhì)概況柴達木盆地位于青藏高原北部，是古代亞洲構(gòu)造區(qū)的南緣。它是中國西部的一個大型中生代和新生代油氣盆地，總面積約為12.14公里。盆地在形成過程中周邊環(huán)繞發(fā)育有阿爾金走滑斷裂帶、南祁連斷裂帶和昆侖斷裂帶。它們之間形成了復(fù)雜的構(gòu)造運動學(xué)過程和耦合關(guān)系。柴達木盆地的形成和發(fā)展與特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域的強烈活動密切相關(guān),中生代、新生代特提斯構(gòu)造域幾經(jīng)開啟與閉合,并不斷向古亞洲大陸俯沖和擠壓,導(dǎo)致柴達木地塊以南一系列微型板塊與古亞洲大陸的多次拼貼,最后印度板塊與歐亞板塊碰撞,形成從昆侖山到喜馬拉雅山等一系列褶皺山系以及青藏高原最終的大幅度隆升。由于柴達木盆地所處的獨特地理位置和構(gòu)造區(qū)域,中生代以來總體處于壓性或壓扭性構(gòu)造動力學(xué)環(huán)境之中。盆地西北部中生代—古近紀沉降坳陷表現(xiàn)為壓陷型斷坳盆地。中新世以來,受特提斯構(gòu)造域關(guān)閉、碰撞遠距離效應(yīng)影響,周邊斷裂帶迅速抬升,柴達木盆地相對整體沉降坳陷,原型盆地表征為壓陷型沉降坳陷盆地。柴達木盆地西北部位于阿爾金山南斜坡以南的區(qū)域(圖1),東北緊鄰南祁連斷裂帶。主要由昆北斷階帶、茫崖坳陷、大風(fēng)山凸起、一里坪坳陷和賽昆斷陷帶構(gòu)成。中生界主要是侏羅系和白堊系,分布范圍非常有限,主要沿阿爾金山前零星出露,向盆地中心逐漸尖滅。新生代地層發(fā)育,分布范圍廣泛,其中在茫崖坳陷和一里坪坳陷都發(fā)育有巨厚的新生代地層,最厚的地方在一里坪坳陷內(nèi)部,可達一萬多米。通過地震資料和野外觀察研究發(fā)現(xiàn),在柴達木盆地西北部發(fā)育有深層和淺層2套不同樣式的構(gòu)造類型。淺層地表褶皺構(gòu)造形成時間較晚,大多從新近紀早期開始發(fā)育,直到第四紀才最終定型;深部構(gòu)造受印度板塊與歐亞板塊碰撞的應(yīng)力遠程傳遞效應(yīng)和阿爾金深部韌性走滑作用的影響,主要是在中生代到古近紀發(fā)育形成的。2樣品及分析方法在柴達木盆地西北部選取了11塊鉆井巖心的樣品(圖1)。通過裂變徑跡測年法得到了11個磷灰石裂變徑跡年齡和10個鋯石裂變徑跡年齡。鉆井樣品的深度在2394.78~3991.90m之間,是漸新統(tǒng)頂部地層到中新統(tǒng)底部地層的泥巖或者含泥砂巖,泥質(zhì)含量較高。樣品粉碎后,用標準重液和磁選技術(shù)分離出磷灰石和鋯石單礦物。分別制成環(huán)氧樹脂樣片和聚全氟乙丙烯塑料樣片,并拋光為光薄片。磷灰石在恒溫25℃的6.6%HNO3溶液中蝕刻30s。鋯石在220℃的8gNaOH+11.5gKOH溶液中蝕刻33h。采用外探測器法定年,將低鈾白云母緊貼在光薄片上,與SRM962標準鈾玻璃一起構(gòu)成定年組件。樣品置于反應(yīng)堆內(nèi)輻照,輻照后將云母外探測器置于25℃的HF酸中蝕刻35min,揭示誘發(fā)裂變徑跡。年齡計算采用Zeta常數(shù)法。本文獲得鋯石和磷灰石的Zeta常數(shù)分別為349.3±10.4和332.1±10.5。樣品的分析處理由中國科學(xué)院高能物理研究所完成。樣品的磷灰石和鋯石裂變徑跡年齡測試結(jié)果中磷灰石的裂變徑跡年齡(圖2)在3.1~62.2Ma之間,與地層年齡一致;鋯石的裂變徑跡年齡在49.2~127.7Ma之間,遠遠大于地層的年齡。這里需要提出一個重要的概念是“部分退火帶”(PAZ)。PAZ是相應(yīng)地殼某一深度范圍的溫度帶,在PAZ內(nèi)裂變徑跡將會發(fā)生部分退火現(xiàn)象,即裂變徑跡長度逐漸縮短,以致消失;同時也會有新的裂變徑跡產(chǎn)生。處于PAZ之下(溫度超過部分退火帶的溫度)的裂變徑跡將會發(fā)生完全退火而消失,只有在PAZ之上的裂變徑跡才能夠完整保留下來。前人研究認為,磷灰石裂變徑跡的PAZ溫度為60~110℃,鋯石裂變徑跡的PAZ溫度為210~310℃。從磷灰石和鋯石裂變徑跡年齡分析結(jié)果看,相同的樣品鋯石裂變徑跡年齡遠遠大于磷灰石裂變徑跡年齡。文中所采用的樣品深度在2394.78~3991.90m之間,假設(shè)柴達木盆地西部地區(qū)的地表溫度為5℃,地溫梯度為2.8℃/100m,則樣品在井下的埋藏溫度應(yīng)該在72~117℃之間,這一溫度區(qū)間與磷灰石的部分退火帶溫度十分接近,足以造成磷灰石的退火或者部分退火,但是沒有達到鋯石的部分退火溫度,對鋯石幾乎沒有任何影響。從測試的年齡數(shù)據(jù)看,磷灰石裂變徑跡年齡確實受到了現(xiàn)代地溫場的影響,測試年齡明顯小于地層的年齡,而鋯石的裂變徑跡年齡大于地層的年齡,則說明更多的是保存了源區(qū)的年齡信息。依據(jù)磷灰石和鋯石的裂變徑跡年齡分布情況,可知柴達木盆地西部地區(qū)自中生代末期以來至少經(jīng)歷了2次規(guī)模較大的構(gòu)造熱事件,時間分別在100~60Ma之間和35Ma以來。3拉竹龍周邊斷裂帶作為中亞大陸內(nèi)一條現(xiàn)今以左行走滑為主的巨型構(gòu)造帶,阿爾金斷裂帶處于印度板塊新生代向北強烈擠壓,北部受塔里木和西伯利亞板塊,東部受華北板塊阻擋圍限的大地構(gòu)造背景中。主要由5條近平行的北東東向斷裂組成,由南向北依次為:阿爾金南緣斷裂、阿爾金北緣斷裂、米蘭—紅柳園斷裂、且末—黑尖山斷裂和羅布莊—星星峽斷裂。阿爾金斷裂帶西起西藏的拉竹龍附近,東到甘肅的金塔盆地,隱沒于巴丹吉林沙漠之中,全長1600km。也有學(xué)者認為阿爾金斷裂為左行壓扭性斷裂,長達1700km以上。還有些學(xué)者認為它西起印度板塊與歐亞板塊碰撞的西結(jié)點——帕米爾高原一帶,向東經(jīng)華北板塊與西伯利亞板塊的碰撞帶一直東延,可能延伸到中國東部的西拉木倫河或穿過祁連山延伸至阿拉善—內(nèi)蒙古東部斷裂至俄羅斯的鄂霍次克(Okhotsk)海,全長達3500km。部分國外學(xué)者認為其延伸規(guī)模為2000km左右,可能考慮了通過金塔盆地后更多的延伸。目前多數(shù)學(xué)者傾向于從西藏的拉竹龍附近延伸到甘肅的金塔盆地約1600~1700km這一長度。阿爾金斷裂帶是柴達木盆地與塔里木盆地、阿克賽盆地與肅北盆地以及東昆侖山與西昆侖山之間的分界斷裂。祁連山、柴達木盆地和東、西昆侖山的地質(zhì)體和構(gòu)造線方向均與該斷裂帶斜接、復(fù)合或截切。斷裂帶內(nèi)的前震旦系基底、顯生宙蓋層及侵位的基性—超基性巖均呈斷片出露。斷裂帶內(nèi)發(fā)育中生代、新生代盆地,如吐拉盆地和索爾庫里盆地,其中有侏羅系生油巖發(fā)育。野外觀察表明,該斷裂帶在剖面形態(tài)上具有“背沖型”或“對沖型”花狀構(gòu)造特征,背沖型花狀構(gòu)造往往夾持一個斷壘塊體,如索爾庫里南山、索爾庫里北山等;對沖型花狀構(gòu)造表現(xiàn)為斷層谷。該斷裂帶曾有過長期活動的歷史,在不同時期具有不同的性質(zhì)。根據(jù)斷裂帶內(nèi)古生代洋殼殘片的存在,表明沿該斷裂帶曾存在過古生代洋盆,且其活動可能具有某種轉(zhuǎn)換平移的性質(zhì);晚古生代洋盆閉合,最終導(dǎo)致塔里木板塊與華北板塊拼合。阿爾金斷裂的走滑運動對柴達木盆地沉積和構(gòu)造的控制作用起始于始新世中期,而阿爾金斷裂的深部走滑運動起始于89~92Ma的晚白堊世。說明阿爾金斷裂在深部的初始走滑和其地表的響應(yīng)是不同時的,地表走滑運動的響應(yīng)時間明顯滯后。劉永江等總結(jié)了阿爾金斷裂的走滑活動模式,在晚白堊世(89~92Ma),由于印度板塊的西北角與歐亞板塊的碰撞,使阿爾金斷裂首先在深部開始發(fā)生韌性走滑運動(圖3a),當時的地表并沒有響應(yīng),塔里木盆地和柴達木盆地仍然為一個連通的盆地。隨著印度板塊與歐亞板塊的不斷會聚,在阿爾金斷裂深部韌性走滑運動的拖拽下,走滑運動由深部向地表逐漸擴展,直到始新世中期,地表開始出現(xiàn)走滑響應(yīng),阿爾金斷裂開始分割并控制塔里木盆地和柴達木盆地的沉積和構(gòu)造作用(圖3b),最后形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。4柴達木盆地西部擠壓隆升和走滑斷裂活動的機制及其演化從中國西北區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)分析,不論中生代前構(gòu)造演化如何復(fù)雜,至三疊紀末整個西北地區(qū)范圍內(nèi)洋殼的俯沖消減以及之后的大陸巖石圈板塊之間的碰撞造山作用均已完成。盡管柴達木盆地周緣斷裂帶形成時間和形成方式不盡相同,昆侖斷裂帶的碰撞作用在二疊紀就已完成,相對滯后的主要造山隆升時期在中三疊世末結(jié)束,祁連斷裂帶主要為加里東期閉合隆升造山。從三疊紀開始,西北區(qū)域進入陸內(nèi)演化階段,其構(gòu)造的重大事件主要受到南部特提斯構(gòu)造域演化的影響。中生代以來,特提斯構(gòu)造域幾經(jīng)開啟與閉合,并不斷向古亞洲大陸俯沖、碰撞和拼合,導(dǎo)致柴達木地塊以南區(qū)域發(fā)育形成了一系列微型板塊與古亞洲大陸的一次次拼貼,其中主要事件有:三疊紀末羌塘地體與歐亞大陸的碰撞拼貼作用、侏羅紀末拉薩地體(或藏北地體)與歐亞大陸的碰撞拼貼作用和古近紀以來的印度板塊與歐亞大陸的碰撞作用,形成青藏高原連同昆侖山斷裂帶最終的大幅度隆升和阿爾金走滑斷裂帶的強烈左行走滑活動。這就決定了中國西北區(qū)所處的獨特的大地構(gòu)造背景和構(gòu)造區(qū)域位置,使其受眾多的構(gòu)造動力學(xué)因素影響,從侏羅紀開始,中國西北地區(qū)在中生代基本處于幾大主要斷裂帶造山后的陸內(nèi)調(diào)整時期,其調(diào)整方式主要有2種,即造山后松弛形成的伸展作用和走滑作用。新生代初期(大約在45Ma左右)印度板塊和歐亞板塊在雅魯藏布江縫合線發(fā)生碰撞縫合,喜馬拉雅構(gòu)造運動進一步加劇,使青藏地塊廣大區(qū)域因受強烈的水平擠壓,發(fā)生大規(guī)模褶皺變形和沖斷推覆,地殼大幅度疊覆加厚并迅速隆升。柴達木盆地地處青藏高原北部邊緣,受其碰撞的應(yīng)力效應(yīng)表現(xiàn)十分強烈:其一是青藏高原迅速隆升作用對柴達木地塊的擠出效應(yīng),以阿爾金走滑大斷裂和紅河走滑大斷裂為主體,使得柴達木地塊向東的擠出,在其制約下,形成了盆地周緣及內(nèi)部的壓扭性應(yīng)力場;其二是由于周邊斷裂褶皺山系隆升并向盆地沖斷推覆,形成動力機制的轉(zhuǎn)換。即在區(qū)域水平擠壓動力作用下,在伴隨青藏高原的推擠隆升的過程中,由于褶皺斷裂帶的隆升速度和幅度遠大于盆地的抬升,在形成擠壓隆升并向盆地推覆過程中,形成表層強烈的水平壓扭作用,這種構(gòu)造動力機制的轉(zhuǎn)換所形成的壓扭動力作用,對地表淺層沉積層系的改造作用強度遠大于因板塊碰撞遠距離應(yīng)力傳遞效應(yīng)發(fā)生的壓性動力作用所產(chǎn)生的改造作用。柴達木盆地西北部受阿爾金走滑斷裂控制明顯,從晚白堊世開始發(fā)育的早期構(gòu)造受深部韌性走滑作用的影響,多以逆沖斷裂和基底卷入型構(gòu)造為主,深部構(gòu)造在漸新世已基本形成。隨著動力轉(zhuǎn)換的形成和阿爾金走滑斷裂活動逐漸加劇,漸新世末—中新世開始在地表出現(xiàn)響應(yīng),地表壓扭作用形成并逐漸加強。在地表形成了大量的壓扭性構(gòu)造,平面上受阿爾金左行走滑作用的影響形成一系列反“S”型線性構(gòu)造。通過地震剖面的地質(zhì)解釋,可以清晰地看到深層構(gòu)造和淺層構(gòu)造具有明顯的分層性和不協(xié)調(diào)性,并且構(gòu)造高點發(fā)生了明顯的偏移。深層構(gòu)造線大多終止于N1地層之下,形成時間比較早,被后期構(gòu)造運動改造明顯;而淺層構(gòu)造大多發(fā)育于N1滑脫層之上,由于形成時間比較晚,幾乎沒有被后期的構(gòu)造運動破壞,完整性好,有利于形成比較好的圈閉。5柴達木盆地西方走滑斷裂帶的期構(gòu)造運動裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)揭