塔里木盆地構(gòu)造沉積響應(yīng)演化

塔里木盆地構(gòu)造沉積響應(yīng)演化

根據(jù)最初的研究，塔里木盆地的發(fā)育和發(fā)展受到不同時(shí)期板塊結(jié)構(gòu)的控制，不同時(shí)期的原始盆地相互重疊和重建。后來，科學(xué)家們認(rèn)為，盆地的構(gòu)造發(fā)育并不是不同時(shí)代的青藏高原（泰蒂斯構(gòu)造區(qū)），而是不同時(shí)代的微陸沖突和造山運(yùn)動(dòng)控制。同時(shí)，許多科學(xué)家還研究了盆地構(gòu)造發(fā)育與油氣集中的關(guān)系，以及基本形成的發(fā)育[6-11]。前人研究成果豐富,但很少涉及南華紀(jì)以來周緣古洋開合(特別是古天山洋和古昆侖洋)與盆內(nèi)構(gòu)造沉積的耦合關(guān)系。為此,利用板塊構(gòu)造學(xué)理論,著重以古天山洋和古昆侖洋演化為線索,將物探、鉆井、古生物等資料與前人研究成果結(jié)合,闡述塔里木盆地不同演化期的構(gòu)造沉積變化。1塔里木盆地構(gòu)造演化塔里木盆地西限以天山為界,南東部和南西部分別隆升昆侖山和阿爾金山。據(jù)構(gòu)造分割及沉積分異,將盆地劃分為數(shù)個(gè)隆、坳相間帶(圖1)。南華紀(jì)時(shí)塔里木陸塊完成了與Rodinia泛大陸的裂解,成為獨(dú)立且穩(wěn)定的克拉通。陸塊被北緣天山洋(隸屬古亞洲洋)和南緣昆侖洋(隸屬古中國洋)環(huán)繞,邊緣和微陸塊間以有限拉張方式形成多島洋和弧后盆地。塔里木陸塊古生代北緣為南天山中古生代活動(dòng)大陸邊緣、伊犁-中天山微陸塊、北天山古生代活動(dòng)大陸邊緣,西南緣為北昆侖早古生代活動(dòng)大陸邊緣、中昆侖微陸塊、南昆侖晚古生代活動(dòng)大陸邊緣,東南緣依次為泛華夏大陸早古生代弧-盆區(qū)、泛華夏晚古生代-中古生代弧-盆區(qū)、岡瓦納北緣晚古生代-中古生代弧-盆區(qū)(圖1)。塔里木盆地構(gòu)造演化先后經(jīng)歷了南華紀(jì)-震旦紀(jì)早世古大洋開裂期、震旦紀(jì)晚世-奧陶紀(jì)中世古大洋擴(kuò)張期、奧陶紀(jì)晚世-泥盆紀(jì)古大洋收縮期、石炭紀(jì)-二疊紀(jì)中世古大洋閉合期、二疊紀(jì)晚世至今陸內(nèi)造山期。塔里木盆地現(xiàn)今地貌的形成是自元古代晚期以來,多期次、多方向、多性質(zhì)的不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加的綜合結(jié)果(圖2)。2古代海洋的發(fā)育與構(gòu)造沉積的反應(yīng)2.1rodini泛大陸裂裂帶元古代晚期一系列造山運(yùn)動(dòng)不但促使中國古地臺(tái)形成,而且還使其與周緣古陸拼貼組成Rodinia泛大陸,在塔里木盆地研究中,此次運(yùn)動(dòng)通常被稱為塔里木運(yùn)動(dòng)(相當(dāng)于華南的晉寧運(yùn)動(dòng)),其運(yùn)動(dòng)時(shí)限推測(cè)為1000Ma~800Ma,屬于格林威爾造山運(yùn)動(dòng)的一部分。從南華紀(jì)開始,Rodinia泛大陸開始裂解,受南北張力影響,中天山、中昆侖微陸塊分別與塔里木陸塊分離,形成時(shí)間約780Ma~600Ma。南天山深海槽向東延至庫魯克塔格地塊南部并構(gòu)成塔里木陸塊北部大陸邊緣,中昆侖與塔里木陸塊間為庫地小洋盆(北昆侖洋幼年期)。天山洋和昆侖洋的演化就此拉開序幕(圖3)。大陸裂解致使下震旦統(tǒng)廣泛不整合于前震旦系之上。只有盆地中北部地區(qū)沉積早震旦世碎屑物,塘沽巴斯至古城墟地區(qū)為古隆起無沉積。在塔東(滿加爾)地區(qū)扎摩克提組沉積細(xì)粒碎屑物質(zhì),如粉砂質(zhì)泥質(zhì)等,到育肯溝組沉積期時(shí)發(fā)育含灰質(zhì)細(xì)粒沉積;巴楚-塔中-塔北地區(qū)蘇蓋特布拉克組早震旦世早期為碎屑巖沉積,早震旦世晚期發(fā)育碳酸鹽巖(灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r為主),這與塔里木盆地震旦紀(jì)氣候由冷變暖有關(guān)。在沙雅、中央隆起帶的斜坡部位,地震剖面可見震旦系向隆起方向的超覆現(xiàn)象(圖4A),說明震旦系與基底之間存在角度不整合接觸關(guān)系。2.2被動(dòng)陸塊陸緣期e震旦紀(jì)晚世,塔里木陸塊南北古大洋分別進(jìn)入裂后快速生長期,大洋加速擴(kuò)張。南天山深海槽進(jìn)入成年期,發(fā)展成為南天山洋,中天山微陸塊與伊犁陸塊快速拼貼,共同組成南天山洋北緣。庫地小洋盆繼續(xù)拉伸在塔里木陸塊南緣形成北昆侖洋,并向東延伸至阿爾金、錫鐵山。南北拉伸的結(jié)果,使塔里木陸塊南北緣均演化為被動(dòng)大陸邊緣,陸源沉積物影響較小,陸塊西部高地發(fā)育快速生長的碳酸鹽巖臺(tái)地(厚500~2000m),陸塊東部低地(滿加爾)發(fā)育沉積緩慢的饑餓盆地(僅厚200m),塔里木陸塊內(nèi)部形成了西臺(tái)東盆的沉積格局(圖3)。此階段對(duì)陸塊沉積產(chǎn)生較大影響的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為加里東早期運(yùn)動(dòng);塔里木陸塊早奧陶世古緯度處于19.0S,特別適宜碳酸鹽巖生長。2.2.1震旦系及中寒武統(tǒng)震旦紀(jì)末的加里東早期運(yùn)動(dòng)第一幕(柯坪運(yùn)動(dòng)),使盆地廣泛地形成震旦系與寒武系的平行不整合(圖4)。沙雅隆起沙4井揭示震旦系頂部為溶塌角礫狀白云巖。在柯坪隆起,下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組灰?guī)r、硅質(zhì)泥頁巖和磷塊巖平行不整合于上震旦統(tǒng)奇格布拉克組古巖溶白云巖之上。在巴楚隆起,方1井顯示下寒武統(tǒng)覆于震旦系白云巖和火山巖之上,和4井顯示下寒武統(tǒng)覆于震旦系酸性火山巖之上?？ㄋ寺∑鹚?井的中寒武統(tǒng)直接覆于南華系侵入巖之上?？兹负有逼挛鞑课魃讲祭私M直覆于下震旦統(tǒng)育肯溝組之上,古城虛隆起塔東地區(qū)尉犁1井見西山布拉克組不整合于南華系白云巖之上(圖2)。2.2.2早古生代巴楚地區(qū)受加里東早期運(yùn)動(dòng)第二幕的影響,奧陶系平行不整合于寒武系之上。但由于界面上下均為白云巖(圖2),因此速度差小,即地震剖面上此界面并不易追蹤,但在盆地東部滿加爾坳陷內(nèi)可以見到奧陶系下超于寒武系之上的現(xiàn)象(圖4b)。實(shí)際上,研究顯示,寒武紀(jì)末全球海平面下降,塔里木盆地的碳酸鹽巖臺(tái)地也未能幸免,寒武系頂部受到短暫的暴露。受加里東早期運(yùn)動(dòng)影響,巴楚地區(qū)東部發(fā)生區(qū)域性抬升,并伴隨斷褶活動(dòng),但仍為一個(gè)寬緩(低)臺(tái)隆,其隆起地范圍較震旦紀(jì)時(shí)有所擴(kuò)大。天山洋和昆侖洋的迅速擴(kuò)張致使塔里木地塊處在持續(xù)拉張背景之下,在現(xiàn)在的塔中位置形成了一組正斷裂組合,并持續(xù)到早奧陶世。此時(shí)塔中已經(jīng)處于相對(duì)較高的部位,這為塔中后期的構(gòu)造發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2.3塔里木陸塊受拉張變化奧陶紀(jì)中世末北昆侖洋向中昆侖微陸塊俯沖,南天山洋在志留紀(jì)或更早時(shí)間起就開始向中天山俯沖,南北古大洋分別進(jìn)入收縮期。塔里木陸塊所受應(yīng)力由近南北向拉張變?yōu)榻媳毕驍D壓(圖3),受此影響陸塊邊緣逐漸出現(xiàn)不同規(guī)模的陸源剝蝕區(qū),陸塊內(nèi)部陸源沉積物質(zhì)供應(yīng)逐漸增多,陸塊內(nèi)西部碳酸鹽臺(tái)地逐漸消亡。此階段對(duì)陸塊沉積有較大影響的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為加里東運(yùn)動(dòng)中、晚期和海西早期運(yùn)動(dòng)。2.3.1奧陶紀(jì)末-石炭紀(jì)構(gòu)造環(huán)境的改變加里東中期運(yùn)動(dòng)第一幕發(fā)生在奧陶紀(jì)中世末,奧陶系上統(tǒng)平行不整合于中統(tǒng)之上。北昆侖洋向其南部的中昆侖微陸塊強(qiáng)烈俯沖,其縫合帶(蛇綠巖帶)主要沿烏依塔格-庫地-阿其克庫勒湖一線分布(圖1),導(dǎo)致塔里木陸塊南緣構(gòu)造性質(zhì)轉(zhuǎn)變,即由拉張環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓環(huán)境,受應(yīng)力影響塔里木陸塊內(nèi)部形成近南北向的隆坳格局,碳酸鹽臺(tái)地于奧陶紀(jì)末消亡。盆地性質(zhì)在逐漸發(fā)生改變,由克拉通被動(dòng)大陸邊緣向前陸盆地(在塔西南為周緣前陸盆地)轉(zhuǎn)化。受加里東中期運(yùn)動(dòng)影響,原統(tǒng)一碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)生分異,陸塊地貌變?yōu)槁≯晗嚅g,形成了塔中、塔北2個(gè)遙相對(duì)應(yīng)的碳酸鹽臺(tái)地間夾柯坪-順托果勒臺(tái)間坳陷(臺(tái)盆)的沉積格局[33—35]。期間的短期暴露剝蝕是局部的,如塔中4井區(qū)缺失下奧陶統(tǒng)上部~中奧陶統(tǒng)8~12個(gè)牙型刺帶,相比塔中,塔北地區(qū)剝蝕程度可能較小,沙69井區(qū)僅缺失中奧陶統(tǒng)2~3個(gè)牙形刺帶。此次暴露剝蝕與全球海平面下降同步,隨后的海侵開始了碳酸鹽臺(tái)地的第1次淹沒。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,塔中局部高隆地區(qū),以及巴麥古隆起剝蝕強(qiáng)烈(圖4b),缺失一間房及鷹山組上部地層。在塔北地區(qū)可見泥盆系角度不整合于中上奧陶統(tǒng)之上(圖2)。由此可以看出,加里東中期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)全盆具有深遠(yuǎn)的影響。2.3.2上覆奧陶紀(jì)晚世沉積型陸源物源加里東中期運(yùn)動(dòng)第二幕發(fā)生在奧陶紀(jì)晚世晚期,形成奧陶系上統(tǒng)內(nèi)部的平行不整合(圖2),該界面為奧陶紀(jì)重要的沉積、構(gòu)造轉(zhuǎn)換面,塔里木盆地由此轉(zhuǎn)化為前陸盆地。該界面在塔北柯坪奧陶系上統(tǒng)印干組黑色泥、頁巖頂部見褐鐵礦化風(fēng)化殼,缺失多個(gè)筆石帶,上覆奧陶系上統(tǒng)柯坪塔格組下段碎屑巖潮坪沉積的灰綠色細(xì)砂巖(底面含細(xì)礫、見沖刷)。奧陶紀(jì)晚世,塔里木陸塊南緣北昆侖-阿爾金及東北緣庫魯克塔格已形成邊緣隆起并出現(xiàn)陸源剝蝕區(qū),向塔里木陸塊提供了豐富的陸源物源,陸塊西部碳酸鹽臺(tái)地經(jīng)2次淹沒后消亡,陸塊東部原沉積厚度很小的欠補(bǔ)償盆地由于物源供給充分相變?yōu)槌练e巨厚的濁積盆地。值得一提的是,中天山北緣的干溝蛇綠巖分布局限,時(shí)代O3~S1(屬加里東晚期),可能反映了加里東晚期中天山內(nèi)部的一次規(guī)模不大的洋殼俯沖消減,由于當(dāng)時(shí)與塔里木陸塊相隔至少1000km寬的南天山洋,對(duì)塔里木陸塊的構(gòu)造沉積演化影響不大。2.3.3里里木陸塊志留系-泥盆系的構(gòu)造響應(yīng)加里東晚期運(yùn)動(dòng)發(fā)生在志留紀(jì)末,形成志留系與泥盆系之間平行不整合(圖2)。是塔里木陸塊與中昆侖微陸塊碰撞造山,南天山洋向中天山微陸塊俯沖消減(圖3),以及志留紀(jì)\泥盆紀(jì)全球事件的構(gòu)造響應(yīng)。它對(duì)塔里木陸塊志留系-泥盆系的影響表現(xiàn)在三方面。一是對(duì)志留系的剝蝕,受加里東晚期運(yùn)動(dòng)影響塔里木盆地志留系遭受了強(qiáng)烈剝蝕,塔中隆起、塔北隆起及柯坪隆起-阿瓦提斷陷-順托果勒低隆普遍缺失志留系中、上統(tǒng)(缺失時(shí)間約20Ma±)。二是對(duì)志留系古油藏的破壞,由于加里東晚期運(yùn)動(dòng)對(duì)志留系的強(qiáng)烈剝蝕,志留系古油藏遭受大規(guī)模破壞,在塔北、塔中隆起及其斜坡帶志留系廣泛發(fā)育瀝青砂巖[39—41]。三是對(duì)泥盆系沉積的控制,加里東晚期運(yùn)動(dòng)雖然使志留系遭受了強(qiáng)烈剝蝕,但加里東中期運(yùn)動(dòng)形成的南北向排列東西向展布的隆坳格局沒有改變,泥盆系繼承了志留系的沉積格局。2.3.4海相中、緣生期巖相古地理海西早期運(yùn)動(dòng)(庫米什運(yùn)動(dòng))發(fā)生于晚泥盆世,塔北地區(qū)上泥盆統(tǒng)或下石炭統(tǒng)由北向南依次超覆在下奧陶統(tǒng)、中奧陶統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)及志留系之上,地震界面可見清晰的下削、上超現(xiàn)象(圖4a)。受泥盆紀(jì)末塔里木陸塊南部北昆侖洋關(guān)閉造山及陸塊北部南天山洋向中天山俯沖復(fù)合作用的影響,陸緣造山作用強(qiáng)烈,前陸隆起帶的塔北沙雅隆起和塔中中央隆起迅速抬升、快速變形,并遭受前所未有的強(qiáng)烈剝蝕。由于南天山洋俯沖的壓扭應(yīng)力影響更大,塔北沙雅隆起北部剝蝕量達(dá)2000m以上,奧陶系碳酸鹽巖剝露出地表,大規(guī)模的喀斯特化在此時(shí)發(fā)生(圖3);海西早期運(yùn)動(dòng)還在原來加里東中期運(yùn)動(dòng)形成的南北向排列東西向展布的隆坳格局基礎(chǔ)上疊加了近東西向擠壓的構(gòu)造影響,形成了近東西向排列南北向展布的阿克庫勒“鼻凸”和順托果勒低隆起,阿克庫勒“鼻凸”呈“V”字形剝蝕缺失志留系及泥盆系中、下統(tǒng),上泥盆統(tǒng)東河塘組分布在“鼻凸”東西兩側(cè),下石炭統(tǒng)巴楚組底部砂礫巖段在“鼻凸”高部位沉積缺失。巴楚-塔中隆起同樣遭受較大程度的剝蝕,巴楚隆起南部~塘參1井區(qū)以南志留系-泥盆系中、下統(tǒng)被剝蝕殆盡。2.4石炭紀(jì)-二疊紀(jì)后結(jié)束海相沉積塔里木古大洋閉合期為石炭紀(jì)-二疊紀(jì),即海西晚期,對(duì)塔里木陸塊的構(gòu)造演化具特殊意義,是北天山洋和南昆侖洋-阿尼瑪卿洋關(guān)閉造山的構(gòu)造響應(yīng)(圖1),從此塔里木陸塊成為歐亞大陸的南緣,石炭紀(jì)后結(jié)束了大范圍的海相沉積。由于北天山洋向中天山(石炭紀(jì)-二疊紀(jì)已與塔里木陸塊拼貼為一體)俯沖消減碰撞造山,南昆侖洋向中昆侖島弧(石炭紀(jì)-二疊紀(jì)也與塔里木陸塊拼貼為一體)俯沖消減,塔里木陸塊內(nèi)部實(shí)際處于廣義的弧后擴(kuò)張狀態(tài)。石炭紀(jì)廣泛接受了海陸交互相碎屑巖沉積及海相碳酸鹽巖沉積,二疊紀(jì)除局部發(fā)育海陸交互相碎屑巖沉積及海相碳酸鹽巖沉積外,還普遍發(fā)育基性巖漿侵入(塔北、塔中普遍見輝綠巖淺層侵入和玄武巖溢流),二疊紀(jì)末開始轉(zhuǎn)換為前陸盆地陸相碎屑沉積(圖2、圖3)。2.5逆沖推覆動(dòng)力學(xué)到二疊紀(jì)晚世,北天山洋和南昆侖洋俯沖-消減-碰撞-造山先后完成,塔里木陸塊內(nèi)部的(殘余)弧后裂陷(或克拉通坳陷)盆地結(jié)束了海相沉積,南天山和北昆侖山前形成前陸盆地。南天山山前以二疊系上統(tǒng)比尤勒包谷孜組陸相洪沖積沉積開始的磨拉石建造標(biāo)志著庫車前陸盆地誕生,北昆侖山前晚二疊世逆沖推覆第一次高潮期導(dǎo)致推覆構(gòu)造前緣下盤開始發(fā)育塔西南前陸盆地。塔里木陸塊南部,巴顏喀拉、北羌塘、南羌塘、岡底斯微陸塊及印度板塊相繼向北俯沖,昆侖造山帶成形并強(qiáng)烈抬升。此階段對(duì)塔里木盆地沉積有較大影響的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為印支、燕山及喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)。2.5.1巴楚-塔中起落架印支期含塔里木陸塊在內(nèi)的歐亞板塊與羌塘微陸塊碰撞造山,即金沙江洋關(guān)閉的構(gòu)造響應(yīng)(圖1、圖3)。區(qū)域擠壓應(yīng)力背景下的塔里木周緣天山、昆侖山開始進(jìn)人陸內(nèi)造山發(fā)展階段,塔里木盆地內(nèi)部發(fā)育南天山山前庫車前陸盆地、塔北克拉通坳陷盆地及北昆侖山山前塔西南前陸盆地。塔北、孔雀河地區(qū)侏羅系不整合于三疊系及下伏不同時(shí)代地層之上。巴楚隆起成為持續(xù)隆升的前緣隆起,表現(xiàn)為較強(qiáng)烈的差異升降活動(dòng)。由于塔中位于盆地的中央,受力不明顯,古隆起的變形作用不強(qiáng)烈。巴楚-塔中隆起以整體隆升運(yùn)動(dòng)為主,隆起大部缺失三疊系。(圖2、圖4b)。2.5.2巴楚地區(qū)構(gòu)造演化燕山運(yùn)動(dòng)從侏羅紀(jì)持續(xù)至白堊紀(jì),羌塘微陸塊與歐亞板塊拼貼,是羌塘中部瀾滄江洋、羌塘南部班公-怒江洋(泛華夏大陸晚古生代-中生代弧-盆區(qū))關(guān)閉的構(gòu)造響應(yīng)(圖1、圖3)。塔里木周緣天山、昆侖山陸內(nèi)造山進(jìn)一步發(fā)展,塔里木盆地內(nèi)部主要仍以整體隆升構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為主。巴楚地區(qū)大規(guī)模地整體隆升,成為隆起剝蝕區(qū),持續(xù)時(shí)間長,缺失侏羅系和白堊系(圖4b);地震解釋及鉆井揭示塔中地區(qū)缺失上白堊統(tǒng)(圖2和圖4)。2.5.3基性沉積相及上升幅度最大的地區(qū)—喜山期運(yùn)動(dòng)喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)始于古近紀(jì),是印度板塊與歐亞板塊碰撞,即雅魯藏布江洋關(guān)閉的構(gòu)造響應(yīng)(圖1、圖3)。天山、昆侖山強(qiáng)烈陸內(nèi)造山,塔里木盆地內(nèi)部形成了庫車、塔西南2個(gè)陸內(nèi)前陸盆地,山前均接受了巨厚(超過10000m)的陸相碎屑沉積。巴楚隆起全面褶皺斷裂、抬升剝蝕,