柴达木地区晚古生代沉积构造演化

杨 超，陈清华，王冠民，庞小军，马婷婷

（中国石油大学地球资源与信息学院，山东青岛 266555）

柴达木地区晚古生代沉积构造演化

杨 超，陈清华，王冠民，庞小军，马婷婷

（中国石油大学地球资源与信息学院，山东青岛 266555）

依据野外采集的古流向数据和上古生界火山岩地球化学资料对柴达木地区晚古生代沉积构造演化特征进行研究。结果表明:盆地东部地区物源总体来自北部，海侵方向由南向北，沉积中心在盆地南部地区;构造背景晚泥盆世为后碰撞期的板内拉伸，早石炭世为陆内拉张构造环境，晚石炭世-二叠纪以洋陆俯冲构造背景为主;晚泥盆世开始，柴达木地块周围普遍因拉张而发生裂陷，形成一系列狭长状的地堑式断陷盆地或海槽，柴达木中央隆起（牛鼻子梁古陆）的雏形形成;石炭纪沉积盆地是在海西运动产生的晚泥盆世裂陷槽基础上形成的差异性沉降盆地，具有坳、隆相间的古地理格局，海侵广泛，以台型沉积为主的浅海相碳酸盐岩裂谷盆地，在古陆边缘附近形成了海陆过渡相的泻湖、扇三角洲（或辫状河三角洲）及沼泽相含煤沉积;二叠纪基本保持了石炭纪的海域，仍处于陆缘裂陷盆地的构造背景，属于稳定型浅海相沉积的碎屑岩—碳酸盐岩建造。

柴达木盆地;晚古生代;沉积构造格局;古流向;火山岩

柴达木、中祁连地块属于被多岛-小洋盆分隔的微陆块［1－3］，它们在古生代期间是被分隔并各自独立发展的，具下元古界结晶基底，分别被祁连山、东昆仑山和阿尔金山所环绕，具有特殊的盆-山构造格局和岩石圈板块地球动力学背景。Hsu在研究盆地构造性质时认为晚古生代柴达木盆地属于古特提斯洋被动边缘（柴达木周缘山系）及弧后盆地［4］，汤良杰、张恺、牟泽辉等［5－8］认为柴达木盆地在晚古生代经历了海沟—岛弧—弧后盆地—克拉通台地的构造格局，期间不同构造单元具有比较复杂的构造沉积演化史。郭宏莉［9］、朱汝凯［10］在研究中国西北地区石炭系岩相古地理时把柴达木盆地周围划分为宗务隆海槽、柴达木中央古陆、柴达木类克拉通盆地、西布尔汗达古陆等一些单元，各单元之间具有不同的沉积环境。前期油气勘探工作主要层位为中新生代地层［11－15］，针对上古生界的研究相对较少。笔者以野外踏勘为基础，利用分析化验资料来研究盆地上古生界沉积构造格局。

1 古流向

古流向分析是沉积盆地研究的重要方法之一，可以解决古斜坡的方向、沉积物来源等区域性问题，对于恢复盆地的古环境有重要意义［16］。前人在文献中并未对本地区上古生界的古流向进行过相关的研究，作者尝试利用在野外不同地点收集的多个古流向数据（砾石的排列、大型斜层理、槽状交错层理、波痕、植物碎屑排列、波痕等），经过野外和室内恢复，绘制了古流向平面展布图（图1）。

图1 柴东地区上古生界古流向与古陆分布Fig.1 Distribution of the upper Paleozoic palaeocurrent and the ancient land in eastern of Qaidam Basin

这些数据并不代表一个统一的物源方向，也表明沉积时期古流向具有明显的地区差异性，这些古流向的物源背景为沉积时期的一些古陆。陆源总体来自北部，海侵方向由南向北，沉积中心在沉积盆地的南部地区。

2 构造背景

柴达木地区晚古生代的沉积构造背景和沉积面貌至今尚未完全确定。由于上古生界出露零星，故确定盆地的沉积构造背景必须依靠多种方法和手段的综合运用。

2.1 地层厚度

上古生界地层厚度变化较大，盆地初始沉积的上泥盆统牦牛山组在牦牛山一带沉积厚度达到4.682 km，阿木尼克山一带厚度为5.288 km，但在相邻的欧龙布鲁克山其厚度则迅速减小到零。石炭系地层厚度的横向变化虽然不如上泥盆统，但横向差异仍然十分明显。这样巨大的地层厚度差异，代表盆地的强烈构造属性，而不是陆表海等克拉通盆地。

2.2 火山岩的岩石地球化学特征

2.2.1 上泥盆统

柴北缘分区的牦牛山组的火山岩属裂隙-中心式喷发，岩性主要为基性—中酸性的火山岩和火山碎屑岩。牦牛山地区安山岩在硅-碱图解中也位于碱性系列，在Cr－Y图解中亦投在板内碱性玄武岩，故牦牛山组明显属于后碰撞期的板内拉伸，形成一系列裂陷槽的沉积产物［17］。

柴南缘分区的上泥盆统火山岩也具有明显的拉张作用特点。祁漫塔格 都兰地区晚泥盆世牦牛山组基性—中酸性火山岩多为沿断裂构造裂隙式喷溢，不同地段岩性组合有所不同。

在巴音郭勒河上游、格尔木一带的东昆仑北亚带的牦牛山组基性—中酸性火山岩则为一套陆相火山岩建造。火山岩早期以爆发相为主，晚期为喷溢相为主，代表后碰撞陆内拉张构造环境的产物［18］。

2.2.2石炭-二叠系

2.2.2.1宗务隆-泽库岩带火山岩

石炭纪—中二叠世土尔根大坂组火山岩:天峻南山基性熔岩以高钛的拉斑玄武岩系列为主，稀土配分曲线呈弱的富集型或亏损型。总体火山岩显示了异常（富集）洋中脊—板内过渡类型的特征，其构造环境类似于成熟裂谷［19］。

中二叠世甘家组火山岩:分布于巴音山、关角、哇玉香卡、哇洪山—玛温根山一带，玄武安山岩稀土配分曲线呈右倾斜，为负铕（Eu）异常明显的轻稀土富集型，具弧火山岩特征。表明坳拉槽自天峻南山向南至兴海—苦海一带可能有初始洋壳，中二叠世具有向西俯冲的迹象［18］。

2.2.2.2 东昆仑岩火山岩带

早石炭世哈拉郭勒组火山岩为海相基性—中性—酸性火山熔岩夹火山碎屑岩类，具负—正铕异常，稀土配分曲线均为右倾的轻稀土富集型［18］，火山岩为陆内拉张构造环境。

晚石炭—早二叠世浩特洛哇组火山岩多以夹层形式存在地层之中，为安山岩、英安岩、安山质火山角砾岩及凝灰岩，负铕异常，轻稀土富集型。微量元素MORB标准化配分曲线与火山弧相似，为洋陆俯冲构造环境［20］。

晚二叠世格曲组火山岩分布于东昆仑南亚带，在热水北东岩石为中酸性凝灰熔岩、中酸性玻屑凝灰岩，玛多县又麻日北为中酸性凝灰熔岩。其特点为洋陆俯冲构造环境。

2.2.2.3 阿尼玛卿分区火山岩带

中二叠世马尔争组火山岩赋存于构造混杂岩和蛇绿岩带中，为玄武岩、杏仁状安山岩、玄武安山岩、苦橄岩及火山碎屑岩。火山岩多具枕状—球状构造，火山活动以喷溢相基性熔岩为主，为海底裂隙喷发类型。轻重稀土分馏程度较高，为负铕异常的轻稀土富集型，显示出壳幔混合型火成岩的特征。在硅碱图中位于亚碱性系列区内，在AFM图解中分布于拉斑玄武岩系列与钙碱性系列分界线附近，角斑岩则接近AF线分布。玄武岩中TiO2含量中等，为1.14% ～1.64%，平均为 1.42%，P2O5含量为0.082% ～0.14%［21］，表明玄武岩兼有岛弧拉斑玄武岩和大洋拉斑玄武岩的岩石化学特征，角斑岩则显示出与洋陆俯冲背景有关。

2.3 地层超覆

在裂谷的广泛作用下，柴达木地区广泛发育了古陆与海槽相间的多岛洋格局，柴达木地区上古生界的沉积格局如图2所示，部分地区缺失上古生界，甚至下古生界直接被中生界的三叠系所覆盖。这样的超覆或者缺失往往代表着当时沉积期的古陆特征。这样的古陆有布尔汗布达古陆（如在诺木洪河上游，上三叠统八宝山组对奥陶系地层的超覆）、祁漫塔格古陆（如沿昆仑河北岸的沙松乌拉山南坡，中下三叠统对奥陶系和志留系地层的超覆）、都兰古陆（如在小卧龙，上三叠统鄂拉山组对泥盆纪花岗闪长岩体的超覆）、布赫特-茶卡古陆（如在茶卡以北，中下三叠统隆务河组对下元古界地层的超覆）等。对于南祁连陆块，缺失上古生界，三叠系广泛超覆在志留系地层之上则更为明显。

图2 柴达木盆地上古生界构造演化剖面示意图Sketch map of upper Paleozoic tectonic evolution of cross-section diagram in Qaidam Basin

3 上古生界沉积演化特征

3.1 晚泥盆世

柴达木地块及附近地区在志留纪末期大面积隆升，普遍缺失中、下泥盆统沉积。晚泥盆世开始，柴达木地块周围普遍因拉张而发生裂陷，形成一系列狭长状的地堑式断陷盆地或海槽。其中，沿北部的宗务隆-泽库裂陷形成海槽;紧邻的柴达木地块北部局部裂陷形成陆相为主的断陷盆地;在柴达木南部的祁漫塔格-都兰裂谷带同样形成一系列地堑，大多为陆相沉积，中间发育海槽，而且海槽很可能与柴北的断陷盆地部分相连，使得柴达木地块中央形成近NNW－SEE方向的陆块，形成柴达木中央隆起（牛鼻子梁古陆）的雏形，这为石炭系的沉积面貌建立了基本的构造沉积格局（图2）。

3.2 石炭纪

石炭纪沉积盆地是在海西运动产生的晚泥盆世裂陷槽基础上形成的差异性沉降盆地，具有坳、隆相间的古地理格局，海侵广泛（图2）。地震资料已经证实，柴达木盆地广大东部地区在古陆控制下，从北到南广布有未变质及轻度变质的石炭系沉积岩［22］。从岩相古地理分析可知，石炭纪的柴达木盆地是一个以台型沉积为主的浅海相碳酸盐岩裂谷盆地，在古陆边缘附近形成了海陆过渡相的泻湖、扇三角洲（或辫状河三角洲）及沼泽相含煤沉积。暗色泥岩的沉积不很发育，主要的沉积相类型为潮坪、泻湖和三角洲前缘等（图3，4）。

图3 柴达木盆地早石炭世沉积相平面展布Fig.3 Distribution of the early Carboniferous sedimentary fans in Qaidam Basin

图4 柴达木盆地晚石炭世沉积相平面展布Fig.4 Distribution of the late Carboniferous sedimentary fans in Qaidam Basin

3.2.1 早石炭世

早石炭世阿木尼克组是在牦牛山组裂谷型沉积盆地的基础上通过宗务隆-泽库海槽、赛什腾-乌兰裂谷带、祁漫塔格-都兰裂谷带不断扩展，海侵范围逐渐扩大的基础上形成的。此阶段宗务隆-泽库海槽和赛什腾-乌兰裂谷带的海水已经连为一体，两个裂陷带之间的一些较大隆起形成古陆，其中布赫特-茶卡古陆的范围最大，对区域沉积作用的影响也最大。祁漫塔格-都兰裂谷带的北支乌图美仁－阿木尼克海槽继续扩展，海水从茫崖一直向东扩展至乌兰一带。海槽南部从祁漫塔格-都兰隆起区也开始发育一些断陷，将隆起区分割成祁漫塔格古陆、布尔汗布达古陆、都兰古陆等一系列陆块。这些古陆之间的断陷主要以陆相冲积沉积为主。在南北两支裂谷海槽的围绕下，柴达木中央的牛鼻子梁古陆也正式形成。

早石炭世穿山沟组沉积期，整体上海侵的范围更加扩大，不仅在宗务隆-泽库海槽和赛什腾－乌兰裂谷带的海水不断向隆起区浸漫，南部的祁漫塔格-都兰裂谷带的海侵更是大范围扩展，此阶段在阿木尼克山南部和德令哈扎布萨尕秀西以南逐渐发展成为沉积和沉降中心。

早石炭世城墙沟组与穿山沟组沉积时期相比，城墙沟组沉积期的海侵范围进一步扩大。各古陆的范围逐渐缩小，尤其是欧龙布鲁克古陆被海水淹没，宗务隆-泽库海槽、赛什腾-乌兰海槽和祁漫塔格-都兰海槽的海水连为一体，一些小的古陆被海水分隔形成孤岛。由于海侵广泛，城墙沟组中的海相碳酸盐岩相当发育。局部在都兰大海滩等地，发育有厚近百米的前三角洲相暗色泥页岩。

早石炭世怀头他拉组沉积早期气候干冷，海平面相对下降，也使得碎屑物质大量进积。同时因为海平面下降，沉积物质暴露水面，在偏干旱气候条件下被氧化成红褐色或者灰黄色。沉积基准面的下降使得古陆区的碎屑物质向盆地方向大幅推进，形成广布于城墙沟组台地相碳酸盐岩之上的潮坪 泻湖-障壁砂坝沉积。

在怀头他拉组沉积的中后期，古气候再次趋于温暖，海平面上升使古陆被进一步淹没，本区的沉积面貌重新过渡为各种碳酸盐浅海沉积。德令哈扎布萨尕秀西、阿木尼克山以南、石拐子以西分别发育了厚达数百米的海相碳酸盐岩，成为该时期的沉积和沉降中心。该组平面上的沉积面貌整体上以陆源碎屑物质进积广泛（早期）、古陆的范围进一步缩小为特点（中晚期）。在浅海碳酸盐台地沉积的周围，潮坪、泻湖、障壁砂坝广泛发育。格尔木以南的大干沟一带，已经由冲积扇-辫状河沉积过渡为潮坪和碳酸盐台地沉积;肯得可克、那陵郭勒河西岸的化石梁由早期的古陆进一步沉降，开始发育潮坪-台地或辫状河三角洲沉积;茫崖的莲花石沟一带从古陆直接发育台地沉积。

3.2.2 晚石炭世

晚石炭世克鲁克组的沉积面貌与怀头他拉组下部有很大的相似性，即潮坪-泻湖-障壁砂坝体系的分布广泛，不同的是克鲁克组沉积期的古气候更偏于潮湿，泥炭沼泽分布广泛，构造沉降速率降低且趋于平稳，相应的古地形更为平缓。这使得克鲁克组不仅在垂向上主要以泥炭沼泽、泻湖、潮坪、障壁砂坝和碳酸盐台地相的反复互层为主，而且在横向上更加稳定，易于对比。与怀头他拉组相比，不仅古陆的范围缩小，更主要的是克鲁克组的潮坪-泻湖-障壁砂坝沉积体系的分布范围更广泛，而且在格尔木一带开始发育局限台地相的碳酸盐岩，很可能代表南部的阿尼玛卿海槽在此与祁漫塔格-都兰裂谷带的海水相通。

晚石炭世扎布萨尕秀组沉积期与早石炭世的区别并不大，各古陆的范围进一步减小，碳酸盐浅海台地相的范围进一步扩大，在四角羊沟和肯得可克一带由早期克鲁克组的潮坪、扇三角洲相过渡为台地相。

3.3 二叠纪

柴达木地区出露的二叠系地层主要包括四角羊沟组中上部（打柴沟组）和扎布萨尕秀组上段。二叠系在区域上出露的剖面较少。二叠系沉积时海相碳酸盐分布的范围较扎布萨尕秀组进一步扩展，但也有的区域趋于明显减小，如在肯得可克一带由先期的台地相演变为二叠系的潮坪相，代表不同地区的构造沉降的差异。但是，从多数剖面来看，早二叠世的碳酸盐台地的沉积范围还继续扩大，比如在德令哈旺尕秀、大柴旦石灰沟一带，早期的潮坪环境几乎完全被碳酸盐台地环境所占据（图5）。

图5 柴达木盆地早二叠世沉积相展布Fig.5 Distribution of the Permian sedimentary fans in Qaidam Basin

早二叠世区域构造应力场开始由早期的拉张向挤压过渡，沿南侧的乌丽-杂多海槽开始发生洋壳的俯冲，祁曼塔格-布尔汗布达古陆以南开始出现钙碱性火山喷发。柴达木地区石炭纪—早中二叠世沉积是继承性的连续沉积盆地，即二叠纪基本保持了石炭纪的海域，各岩石地层单位岩性组合具有相似性，其充填序列总体是下部碎屑岩，上部碳酸盐岩，特点是下粗上细，韵律性明显，岩性稳定，相变不大，较石炭纪，早、中二叠世白云岩增多。总体上柴南缘和柴北缘石炭纪—早中二叠世基本类同，仍处于陆缘裂陷（断陷）盆地，属于稳定型浅海相沉积的碎屑岩-碳酸盐岩建造（图2）。

晚二叠世区域挤压应力增强，祁漫塔格-布尔汗布达古陆逐渐演化成岛弧，柴达木区域以东的天峻南山向南至兴海—苦海一带，在中二叠世也具有向西俯冲的迹象。在区域挤压作用下，柴达木地区发生隆升。

3.4 三叠纪

三叠纪时本区火山活动强烈，南部祁漫塔格－布尔汗布达古陆形成岛弧，局部地区形成巨厚的火山岩和火山碎屑岩堆积。

4 结论

（1）盆地东部地区陆源总体来自北部，反映海侵方向由南向北，沉积中心在盆地的南部地区。

（2）晚泥盆世构造背景为后碰撞期的板内拉伸，早石炭世为陆内拉张构造环境，晚石炭世-二叠系以洋陆俯冲构造背景为主。

（3）晚泥盆世开始，柴达木地块周围普遍因拉张而发生裂陷，形成一系列狭长状的地堑式断陷盆地或海槽，柴达木中央隆起（牛鼻子梁古陆）的雏形形成;石炭系沉积盆地是在海西运动产生的晚泥盆世裂陷槽基础上形成的差异性沉降盆地，具有坳、隆相间的古地理格局，海侵广泛，以台型沉积为主的浅海相碳酸盐岩裂谷盆地，在古陆边缘附近形成了海陆过渡相的泻湖、扇三角洲（或辫状河三角洲）及沼泽相含煤沉积;二叠纪基本保持了石炭纪的海域，仍处于陆缘裂陷（断陷）盆地，属于稳定型浅海相沉积的碎屑岩—碳酸盐岩建造。

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Sedimentary and tectonic evolution of Qaidam areas in Late Paleozoic

YANG Chao，CHEN Qing－hua，WANG Guan－min，PANG Xiao－jun，MA Ting－ting

（College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum，Qingdao266555，China）

According to the restoration of paleocurrent data collected in the field and the study on geochemical behavior of Neopaleozoic volcanic rocks，sedimentary and tectonic evolution features of Qaidam areas in Late Paleozoic were studied.The results show that the land sources of the eastern part of the basin generally come from the north，which reflects that the direction of transgression is from south to north and the deposition center lies in the southern part of the basin.The tectonic settings were intraplate tension in later stage of collision in Late Devonian，intracontinental tension in Early Carboniferous and ocean－continent underthrust in Late Carboniferous.The Qaidam Basin Block Mass developed a series of slim graben－like basin or ocean trough and formed the prototype of Qaidam Basin central uplift（Niubiziliang ancient land）because of tension from Late Devonian.The Carboniferous depositional basin，with a depression and uplift palaeogeographic framework，is a differential subsidence basin，formed by Hercynian movement on the basis of Late Devonian rift trough.It was a rift basin deposited with neritic facies carbonate rocks and was extensivly transgressed.Lagoon，fan dalta（or braided river dalta）of transitional facies and coal－bearing deposition of paludal facies were formed around the ancient land.Permian Period had the same sea area as that of Carboniferous Period，which still located in epicontinental faulted depression and belonged to clasolite－carbonate construction with stable shallow marine deposition.

Qaidam Basin;Late Paleozoic;sedimentary－tectonic framework;paleocurrent;volcanic rocks

TE 121.2

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2010.05.007

1673－5005（2010）05－0038－06

2010－03－15

国家重大专项（2008ZX05005－004）

杨超（1979－），男（汉族），山东单县人，博士研究生，主要研究方向为盆地构造解析、储层建筑结构与储层建模。

（编辑 徐会永）