塔里木盆地基底组成的区域差异性探讨

杨 鑫 , 徐旭辉 钱一雄 陈强路 储呈林 姜海健

(1.中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所, 江苏 无锡 214126; 2.同济大学海洋与地球科学学院, 上海 200092)

塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层系发育优越的生储盖组合, 北部隆起和中央隆起带是油气运移的长期目标区(徐旭辉, 2004)。井震资料揭示这些古隆起可能在前震旦纪就已存在, 因此, 基底构造属性与古隆起的形成演化密切相关。另外近期钻井揭示,下寒武统玉尔吐斯组源岩在北部坳陷稳定分布, 但是向南过渡到巴楚隆起和塔中隆起就逐渐尖灭, 暗示古隆起基底对这套快速海侵形成的源岩的分布与延伸规律也有明显控制作用。

周缘露头的大量锆石年代学研究(许志琴等,2001, 2006a; 张传林等, 2003, 2004, 2007, 2012; 胡霭琴等, 2001; 胡霭琴和韦刚健, 2006; 陆松年, 2002;陆松年和袁桂邦, 2003; Zhang et al., 2006, 2007,2009a, 2011, 2012; Zhu et al., 2008, 2010, 2011; Long et al., 2010, 2011; Lu et al., 2008)揭示塔里木盆地由太古宇-古元古界和中-新元古界分别组成结晶基底和变质基底, 基底演化经历了多期的构造热事件,基底地层的分布具有显著的区域差异性。航磁异常特征显示塔里木盆地基底在南北向上具有三分性(徐鸣洁等, 2005), 瓦基里格火山岩、塔参1井花岗岩和阿尔金北缘杂岩在地球化学和年代学方面的相似性表明纬向(中央)高航磁异常带可能是南北地块晋宁期的古缝合线(郭召杰等, 1998, 2000; 吴根耀等,2006; 崔军文和唐哲民, 2011), 但也有不少学者认为盆地内高航磁异常带可能是古老结晶基底或不同时期侵入的基性岩墙的反映(张家声等, 2007; 李曰俊等, 2003; 杨文采等, 2012; 何碧竹等, 2011)。

上述对于塔里木盆地基底岩性组成分布的认识主要基于航磁异常特征, 随着当前对深层领域勘探的重视, 在巴楚、塔北隆起相继有一批新钻井钻遇基底, 揭示盆地基底不仅在南北向上存在较大差异,在东西向上也区别明显。本文拟通过周边露头地层及年代学研究, 建立前寒武纪区域构造热事件的演化序列, 结合钻井、地震资料及航磁异常特征, 对比塔里木盆地基底组成、演化的区域差异性。

1 露头基底组成与构造热事件演化序列

1.1 露头基底组成分布特征

塔里木盆地周边主要包括库鲁克塔格、柯坪-阿克苏、阿尔金和铁克里克等地层区, 各露头地层区的前寒武纪变质基底地层分布如图 1所示, 太古宇和古元古界除柯坪-阿克苏地区以外, 在库鲁克塔格地区、铁克里克地区和阿尔金东段的米兰地区也有出露, 中元古界在各露头地层区大面积发育,新元古界青白口系-震旦系除库鲁克塔格地区出露较广以外, 在其他地区都呈零星分布。

图2为各基底露头区典型地层剖面之间的对比,可以看出, 库鲁克塔格地区的阔克苏一带出露的托格拉克布拉克群, 即托格杂岩, 与阿尔金地区的米兰群均达麻粒岩相变质, 主要由片麻岩、麻粒岩及少量斜长角闪岩和片岩组成, 岩性组合以TTG杂岩为主, 代表了新太古代末期初始大陆地壳的形成, 前人曾在托格杂岩中斜长角闪岩包体获得3263±126 Ma的年龄(全岩Sm-Nd法, 胡霭琴和韦刚健, 2006), 并在阿克塔什塔格地区米兰群中奥长花岗岩获得 3674±56 Ma的年龄(锆石SHRIMPU-Pb法, Lu et al., 2008)。

古元古界尽管在柯坪地区的乌什剖面和塔南地区的普鲁沟剖面都有缺失, 但在阿尔金东段大面积分布, 另外, 与柯坪-阿克苏地区紧邻的南天山地层区也出露有古元古界木扎尔特群, 暗示柯坪-阿克苏地层区可能存在古元古界。全区古元古界的变质程度一般达绿帘角闪岩相到角闪岩相, 与太古宇一起组成结晶基底。阔克苏剖面的兴地塔格群主要以结晶片岩为主, 夹石英岩和大理岩, 哈尔克山南坡的木扎尔特群主要为黑云斜长片麻岩、眼球状斜长片麻岩夹硅化大理岩, 最近在其中的二云母二长片麻岩中获得1909±100 Ma的最古老的同位素年龄(锆石LA-ICPMS U-Pb法, 魏永峰等, 2010), 基本限定了该套变质基底的地层时代。埃连卡特群主要为各种片岩夹大理岩, 厚度与阔克苏地区相似, 为2700 m左右, 原岩以中-酸性火山岩、碎屑岩为主。赫罗斯坦群底部为麻粒岩, 中上部是一套条带状、眼球状混合岩化的片麻岩, 从变质程度和岩性组合看, 与托格杂岩和米兰岩群十分相似, Zhang et al. (2007)通过锆石SHRIMP定年法在侵入其中的阿卡孜岩体中获得2410±20 Ma的U-Pb同位素年龄, 但目前还没有更为可靠的同位素年龄能说明塔西南地区存在太古宇。阿尔金山的古元古界由阿尔金群组成, 主要是一套花岗质片麻岩夹大理岩、角闪片岩的岩石组合。整体来看, 盆地周边的古元古界由 富 铝的片岩﹑片麻岩、大理岩和石英岩等区域变质岩组成, 常夹酸性-中酸性火山岩, 构成孔兹岩系(张传林等,2012), 代表了稳定的陆棚浅海环境。

Ⅰ. 库车坳陷; Ⅱ. 塔北隆起; Ⅲ. 北部坳陷: Ⅲ1. 阿瓦提凹陷; Ⅲ2. 顺托果勒凸起; Ⅲ3. 满加尔凹陷; Ⅲ4. 孔雀河斜坡; Ⅲ5. 英吉苏凹陷;Ⅳ. 中央隆起带: Ⅳ1. 巴楚隆起; Ⅳ2. 塔中隆起; Ⅳ3. 塔东隆起; Ⅴ. 西南坳陷: Ⅴ1. 喀什凹陷; Ⅴ2. 莎车凸起; Ⅴ3. 麦盖提斜坡; Ⅴ4. 和田凹陷; Ⅵ. 塔南隆起; Ⅶ. 东南坳陷; Ⅷ. 柯坪断隆; Ⅸ. 铁克里克断隆。

图2 塔里木盆地周缘基底露头地层剖面对比Fig.2 Stratigraphic comparison of the basement outcrops around the Tarim basin

中元古界在阔克苏剖面未出露长城系扬吉布拉克群, 在其他露头地层单元内出露较全, 变质程度达绿片岩-角闪岩相。在库鲁克塔格地区的辛格尔一带, 扬吉布拉克群以石英片岩、石英岩和大理岩为主, 厚 3348 m, 上覆的蓟县系爱尔基干群与之整合接触, 主要为一套大理岩夹薄层砂岩的岩石组合。乌什剖面的阿克苏群主要由一套灰绿色绢云母石英片岩、石英片岩和绿泥石片岩组成, 变质程度达低温蓝片岩相, 碎屑锆石的古老年龄集中在 1940 Ma左右(Zhu et al., 2011), 侵入其中的基性岩墙为 759±9 Ma(锆石LA-ICPMS U-Pb法, Zhang et al., 2009b),地层中基性片岩的元素地球化学特征显示原岩可能是洋壳玄武岩(郑碧海等, 2008)。铁克里克剖面长城系塞拉加兹塔格群以细碧岩、角斑岩为主, 夹白云岩和砂岩薄层, 变质程度达绿片岩相, 上覆蓟县系包括博查特塔格组和苏玛兰组, 博查特塔格组底部为砾岩, 向上由灰岩过渡为白云岩, 苏玛兰组与之整合接触, 主要为粉砂质泥岩与灰岩或泥质粉砂岩互层。普鲁沟剖面长城系卡羌群下部为黑云斜长片麻岩、黑云角闪片岩夹绢云母石英片岩, 上部为石英岩夹大理岩, 蓟县系流水群以石英岩、大理岩和石英片岩为主, 变质程度较高, 可能与地处普鲁-阿羌二叠系裂谷有关。盆地周边的中元古界以副变质岩为主, 普遍含石英岩、大理岩等稳定的被动大陆边缘沉积, 反映整体构造环境比较平静, 但铁克里克剖面长城系大量中基性火山岩暗示该时期处于海底拉张环境。

新元古界青白口系在全区变质程度都不高, 一般达绿片岩相。阔克苏剖面帕尔岗塔格群主要由绿泥石千枚岩、长石石英砂岩和长石砂岩组成, 乌什剖面阿克苏群以各类片岩为主, 铁克里克剖面苏库罗克组向上由灰岩、砂岩过渡为粉砂岩、硅质岩、粉砂质泥岩, 水平层理发育, 于田普鲁沟剖面丝路岩群主要由灰岩、白云岩夹云母片岩构成。整体上看, 该时期以陆源碎屑沉积为主, 不稳定碎屑成分明显增多, 盆地北缘较南缘构造环境相对活动。

1.2 基底构造热事件演化序列

塔里木盆地何时形成统一的古老陆壳基底是探讨塔里木盆地基底组成区域差异性的关键问题(Zhang et al., 2011)。近20年来, 国内外学者对盆地周缘造山系的基底岩石开展了大量研究工作, 积累了一批详实可靠的同位素测年数据(图3)。这些年代学数据基本覆盖了盆地周边的各主要岩体, 数据整体上主要分为两段, 即2.8~1.6 Ga和1.4~0.6 Ga, 在1.6~1.4 Ga期间基本无热事件数据。

但是各露头地层单元之间的前寒武纪热事件也有较大差异: 库鲁克塔格地区主要存在3.2~2.5 Ga、2.4~1.7 Ga、1.2~0.75 Ga和0.75~0.54 Ga 四期热事件; 柯坪-阿克苏地区仅有 1.0~0.75 Ga和 0.75~0.54 Ga两期可靠的热事件; 阿尔金地区主要存在 3.6~2.5 Ga、2.4~1.6 Ga、1.4~0.75 Ga和 0.75~0.54 Ga四期热事件; 西昆仑地区同位素年龄连续性较好, 热事件跨时长, 存在2.4~1.6 Ga、1.4~0.75 Ga和0.75~0.54 Ga四期热事件。

托格杂岩主要由TTG岩系组成, 其中斜长角闪岩包体原岩为大陆拉斑玄武岩(胡霭琴等, 2001), 同位素年龄反映库鲁克塔格地区可能在3.2~2.5 Ga期间仍存在陆壳垂向生长并发生克拉通化(张传林等,2012), 形成高级区与绿岩带的分异, 阿尔金东段这一过程可能早在3.6 Ga就已开始。2.4~1.6 Ga期间的构造热事件除柯坪-阿克苏地区以外记录都较全面, 并且在盆地南缘明显比北缘表现强烈, 目前一般认为Columbia超大陆是2.1~1.8 Ga期间由太古宙克拉通汇聚而成的一个古元古代超大陆(Rogers and Santosh, 2002; Zhao et al., 2004)。因此, 2.4~2.1 Ga期间的构造热事件可能响应了古老克拉通的裂解,如兴地、阿克塔什塔格等地该时期侵入的辉长岩墙、辉绿岩脉(邓兴梁等, 2008; 陆松年和袁桂邦, 2003),以及叶城县阿克孜乡发育的A型花岗岩(Zhang et al.,2007)。区内的兴地运动对应于 2.1~1.8 Ga期间Columbia超大陆的汇聚, 在塔东南阿克塔什塔格地区壳源深熔形成的火成碳酸岩、石英闪长岩以及钾质混合岩化记录了该期造山事件(辛后田等, 2011),角闪岩相变质形成全盆地统一的结晶基底。

数据来源: Zhang et al., 2006, 2007, 2009a, 2011, 2012; Xu et al., 2005; Long et al., 2010, 2011; Zhu et al., 2008, 2010, 2011; Chen et al., 2004; Lu et al., 2008; Liou et al., 1996; Zheng et al., 2010; Shu et al., 2011; 许志琴等, 2006b; 贾承造, 2004; 车自成和孙勇, 1996; 王超等, 2009; 王超, 2012;邓兴梁等, 2008; 冯新昌等, 1998; 高振家, 1993; 胡霭琴等, 1993, 1997, 2001;胡霭琴和韦刚健, 2006; 郭召杰等, 2003; 辛后田等, 2011, 2012;唐卓等, 2011; 梅华林等, 1998; 陆松年和袁桂邦, 2003; 李惠民等, 2001; 张传林等, 2003, 2004, 2007, 2012; 罗金海等, 2009; 肖爱芳和黎敦朋,2010。

随后的1.8~1.6 Ga热事件可能暗示开始进入后造山阶段演化及古大陆的逐步裂解, 塔西南地区的长城系细碧角斑岩组合正是这一裂解事件的响应,全区在这一开合旋回中以稳定的陆表海沉积为主,构造环境南强北弱。大约1.3~1.2 Ga前Columbia超大陆全面裂解(Hou et al., 2008), 仅塔里木盆地南缘对此有所记录。古地磁研究表明, 1.15~0.75 Ga期间全球各克拉通再次汇聚形成 Rodinian超大陆(Li et al., 2008), 柯坪地区阿克苏群蓝片岩和阿尔金地区榴辉岩的高压变质作用均是对Grenville造山事件的响应, 研究区大面积隆升, 以陆源碎屑沉积为主,构造环境北强南弱。此后于0.75 Ga至寒武纪期间,在 Rodinian超级地幔柱活动控制下, 全区陆壳相继裂解, 在兴地、库尔勒、柯坪、拉配泉、全集、库地、皮山等地均有该时期的基性岩墙或双峰式火山岩发育(Zhang et al., 2006, 2007; Zhu et al., 2008; Lu et al., 2008; 贾承造, 2004; 陆松年和袁桂邦, 2003),塔里木陆块周缘出现多个边缘裂陷, 一般经历快速的填平补齐后就此夭折, 另一部分在早古生代持续扩张, 演化成为古天山洋和古昆仑洋等宽广洋盆。

从盆地内露头和钻井资料看(表1), 塔北隆起可能主要由乌什剖面出露的阿克苏群片岩组成直接基底, 年代学数据显示阿克苏群片岩之下应该还存在古元古界结晶基底(邬光辉等, 2009; 谢大庆等,2013), 二者构成双层基底结构。震旦纪期间在库车一带还发生过中酸性岩浆侵入, 可能与该时期基性岩浆底侵有关(何登发等, 2011)。塔参1井揭示塔中隆起基底可能为青白口系花岗岩、闪长岩组成, 岩浆来源与Grenville造山事件有关(李曰俊等, 2003)。塔东 2井暗示塔东隆起基底为早元古代侵位的花岗岩体, 另外, 瓦基里格超基性杂岩的出露说明巴楚隆起基底在青白口纪末期就可能已开始裂解(宋文杰等, 2003)。

表1 塔里木盆地前寒武纪同位素年龄统计Table 1 Isotopic ages of the Precambrian units in the south Tarim basin

2 盆地内前寒武系基底的钻井揭示

目前盆地内揭示前寒武系基底的钻井有十余口,

主要分布在古隆起上。图 4是过巴楚隆起的南北向连井剖面, 从图中看, MB1井基底由黑云钾长片麻岩(古元古界?)组成, 缺失震旦系, 而南北两侧均钻遇震旦系。南侧的MC1井揭示加里东期构造运动造成石炭系与震旦系绿片岩系之间的不整合接触, 这套浅变质岩与铁克里克地区震旦系岩性类似, 原岩主要为滨海-陆棚相沉积。北侧的 BT5井震旦系主要由杂乱堆积的角砾岩组成, 可能是近源的冰碛岩沉积, 向北至F1井、T1井一带由巨厚基性火山岩过渡为砂泥岩与辉绿岩、凝灰岩交互沉积, 反映MB1井、BT5井一带存在古元古界或更古老的结晶基底, F1井、T1井以北的阿瓦提坳陷在震旦纪就已裂陷接受沉积, 塔西南缘与铁克里克地区基底组成可能一致, 均存在长城系, 乃至更古老的地层。

图4 T1-F1-BT5-MB1-MC1基底地层连井剖面Fig.4 Comparison of well-loggings of the basement from T1-F1-BT5-MB1-MC1

图5 XH1-H4-TC1-TD2-TD1基底地层连井剖面对比Fig.5 Comparison of well-loggings of the basement from XH1-H4-TC1-TD2-TD1

图5是横穿塔北隆起、塔中隆起和塔东隆起的连井剖面, 反映盆地前寒武系基底在南北向和东西向上均有明显的变化。XH1井揭示塔北隆起震旦系白云岩不整合于古元古界变砂岩和花岗片麻岩之上,未钻遇乌什剖面出露的阿克苏群片岩, 说明塔北隆起在震旦纪以前可能长期处于剥蚀状态, 阿克苏群片岩之下可能还发育古元古界结晶基底。TC1井暗示塔中隆起基底可能以新元古代的中酸性岩浆岩为主, 目前还不能确定该岩体的规模以及围岩的地层时代。TD2井和TD1井均位于塔东隆起上, TD2井缺失震旦系, 与玉尔吐斯组同时期沉积的西山布拉克组泥灰岩、泥岩和泥质白云岩组合超覆于古元古界变花岗岩基底之上, 东侧的TD1井发育上震旦统白云岩, 白云岩之下可能也为古元古界变花岗岩体。H4井位于塔北隆起和塔中隆起之间, 前寒武系与邻近的F1井较为类似, 均为玉尔吐斯组超覆于震旦系厚层玄武岩之上, 暗示阿瓦提-满加尔坳陷带基底可能由震旦系基性岩组成。

因此, 从钻井结果来看, 盆地内古元古界结晶基底在塔北隆起、巴楚隆起和塔东隆起均有分布,彼此岩性有较大差异, 在北部隆起与中央隆起带之间, 广泛发育与陆块裂解有关的震旦系巨厚基性岩,一般上覆碎屑岩沉积。结合露头资料看, 基底岩性可能具有连片分布的特点, 但是不同时期岩浆侵入过程导致了基底组成的复杂性。

3 基底组成的航磁异常特征

化极处理后的航磁异常显示盆地沿北纬 40°存在近东西向的正异常带, 盆地北部为变化平缓的负异常区, 盆地南部以 NEE向正异常为主, 并伴有基本同向延伸的负异常带, 巴楚隆起位于较宽缓的正异常背景之上, 盆地东南缘和库鲁克塔格地区以NE向葫芦状的正负异常相间为主, 存在强烈的磁异常变化带。中央高航磁异常带的构造属性是认识基底组成以及南北构造演化差异的一个重要问题,露头及钻井岩浆岩特征显示其可能是南北塔里木块体晋宁期拼贴缝合的反映(郭召杰等, 2000; 吴根耀等, 2006; 许志琴等, 2001)。塔北负异常区可能与基底中广泛分布的阿克苏群片岩有关(邬光辉等, 2012),塔南正负相间异常带可能是古元古代裂谷演化的结果(许炳如, 1997)。

区域磁场异常不仅与磁源体的埋深有关, 还和极性有关。磁源体结构可以通过计算磁源体的埋藏深度, 并与地震剖面对比加以识别, 从而对磁源体所属层位进行标定。杨文采等(2012)用三维欧拉反褶积方法计算磁源体埋藏深度, 将全盆所有磁异常按埋藏深度进行分类, 建立了盆地的磁源体结构模型(图 6)。可以看出, 随埋深加大磁源体逐渐增多, 主要分布在10~20 km范围内, 说明基底存在强烈的非均一性。盆地及周边露头不同岩性磁化率结果显示(丁道桂, 1996), 二叠系玄武岩、上震旦统苏盖特布拉克组基性岩和塔西南长城系细碧角斑岩组合的磁化率最高, 在(1738.6~4571.8)×10–5SI 之间, 其次为太古宇 TTG 岩系, 大约在(377~754)×10–5SI, 阿克苏群绿片岩系磁化率最低, 一般小于25.1×10–5SI。

5 km以内的异常点主要分布在盆地周缘, 以及巴楚隆起西北缘, 主要与晋宁期裂谷火山岩和早古生代侵位的构造混杂岩有关。5~10 km深度的异常点与浅部有较好对应, 在古隆起带一般都揭示了基底, 钻井显示东南隆起基底主要由下古生界浅变质岩组成, 与阿尔金露头区一致, 磁源体可能为早古生代蛇绿混杂岩。铁克里克隆起露头区可见长城系细碧角斑岩组合与晋宁期超基性侵入岩, 暗示这些铁镁质岩体可能构成塔西南山前地区基底的航磁正异常。塔西南坳陷带仅有少数磁源体呈NE向展布,可能是二叠系玄武岩及相关热液流体沿加里东末期-海西早期形成的 NE向走滑断裂侵入所致。巴楚隆起是盆地内正异常最显著的地区, 基底的钻井揭示也很复杂, 存在二叠系玄武岩、震旦系玄武岩和古元古界黑云钾长片麻岩等含铁量较高的岩石类型,其中二叠系玄武岩和震旦系苏盖特布拉克组玄武岩、辉绿岩在整个柯坪、巴楚和塔北地区的露头都有厚层发育, 直接造成强烈的区域正异常。在满加尔坳陷内还可见NNE向线状展布的少量磁源体, 在该深度层的地震剖面上也识别出二叠系玄武岩(何碧竹等, 2011), 可能反映了二叠系基性岩浆沿 NNE向走滑断裂的侵入。孔雀河斜坡一带也见较多磁源体沿兴地断裂分布, 可能代表了南华纪裂陷早期发育的基性岩墙和双峰式火山岩。阿瓦提-满加尔坳陷在该深度范围内还未见基底, 故主要表现为磁源体空白区。

10 km以下空白区面积急剧减小, 磁源体分布相对均匀。麦盖提斜坡磁源体密度增大, 除少量与NE向侵入的二叠系玄武岩有关外, 大部分表现为基底的宽缓异常。巴楚隆起深部磁源体减少, 可能反映了厚层玄武岩下伏的黑云钾长片麻岩基底。满加尔-阿瓦提坳陷磁源体逐渐增多, 说明该深度层逼近坳陷部位的基底, 基底可能分布有大量的南华系-震旦系基性岩墙或喷发岩, 形成纬向分布的中央航磁异常带。15~20 km深度的磁源体在盆地内分布十分均匀, 暗示盆地内可能存在统一分布的古元古界结晶基底。

图6 塔里木盆地磁源体埋深图(据杨文采等, 2012修改, 构造单元名称见图1)Fig.6 Source position of the magnetic anomalies with buried depth in the Tarim area

4 盆地基底的地震反射特征

显生宙多期次构造运动在盆地内形成多个层序界面, T90(玉尔吐斯组底界)及以上界面反射系数较大, 一般可达 10%~30%, 震旦系与结晶基底反射系数较小, 一般仅1%~3%, 且多见不连续的散射波场,散射的幅度和分布样式与岩块组构相关(于常青等,2012)。如前所述, 盆地内结晶基底主要由角闪片麻岩、斜长角闪岩和麻粒岩组成, 变质基底岩性主要包括黑云斜长片麻岩、各类片岩、大理岩和石英岩等, 南华系-震旦系以火山岩、碎屑岩为主, 基底被不同时期岩浆活动, 尤其是长城纪、震旦纪和二叠纪的基性火山岩。变质结晶岩系和岩浆岩类在密度与纵波速度上相差无几, 但具有不同的反射特性。正片麻岩、麻粒岩与花岗岩体类似, 一般只能引起弥漫状的弱散射, 但是副片麻岩、片岩类由于沉积时岩性组成及构造层理方面的继承性, 本身具有很强的非均质性, 可能引起地震强反射。

星火1井揭示塔北隆起构造高部位震旦系直接覆盖在二云母钾长片麻岩组成的结晶基底之上, 一般认为该类片麻岩属副片麻岩类, 地震剖面上以断续的骨片状反射为主(图 7a)。但是在塔深 1井所处的北部隆起带的南斜坡, 中奥陶统一间房组及以下地层保存完整, 可见 Td以下反射界面连续, 振幅较强, 产状平缓, 多组平行, 说明基底由变质程度浅的阿克苏群片岩组成, 向深部反射突然弱化, 暗示基底可能具双层结构, 即存在古元古界结晶基底,北部的隆起高部位基底反射逐渐弱化, 可能是结晶基底出露较浅的反映(图7b)。

塔中隆起缺失玉尔吐斯组, 下寒武统肖尔布拉克组超覆于古隆起之上, 中 4井位于塔中隆起东南斜坡, 基底地震反射特征表现为均匀的骨片状, 未见邻近塔参 1井与花岗岩有关的空白、杂乱反射特征, 暗示塔中古隆起可能主要由副片麻岩基底组成,青白口系花岗岩分布有限(图 7c)。玛北 1井钻穿寒武系后直接揭示了黑云钾长片麻岩组成的基底, 在地震剖面上这种副片麻岩具有典型的不连续骨片状反射特征, 成层性较好(图 7d), 在巴楚隆起和麦盖提斜坡一带有稳定的展布。

图7 塔里木盆地基底地震反射特征(剖面位置见图1)Fig.7 Images showing seismic reflection characteristics of the basement of the Tarim basin

位于塔东隆起上的塔东2井揭示下寒武统源岩超覆于古元古界蚀变花岗岩之上, 基底的反射特征表现为弱且均匀分布的散射波场(图 7e), 不见隐含的层状, 与上述各种副片麻岩、片岩的反射特征有较大区别, 应该是古老花岗岩体, 也可能是麻粒岩、混合岩之类, 结合航磁异常能得到较好的判识。玄武岩和基性岩墙在基底中侵位十分普遍, 一般呈现出锥状或秤砣状向下拓宽的形态, 从下地壳上侵的玄武岩浆似乎不是“挤入”, 而是“充填进入”上地壳结晶基底中(于常青等, 2012), 方1井揭示基底表层为100 m左右的震旦系玄武岩, 下伏100 m左右的辉长岩墙, 说明基性岩浆可能沿断裂上升至地表形成溢流玄武岩, 在地震剖面上可见玄武岩呈不连续的层状反射(图 7f), 基底内发育很多 X型交叉的断裂, 断裂呈空白、弱反射特征, 可能被基性岩浆充填,基底表现为连续的似层状反射, 反射系数很高与地震品质有关, 从相邻的玛北 1井、巴探 5井钻井结果看, 基底并非阿克苏群, 而应该是古元古界黑云钾长片麻岩的结晶基底。

5 结论与认识

大型沉积盆地的变质基底往往是不均匀的, 通过钻井标定及航磁与地震异常体的追踪对塔里木盆地基底岩性组成进行综合识别, 结果如图 8所示。整体上看, 塔南地区基底为古元古界副片麻岩类,具有宽缓的低正航磁异常特征, 在地震剖面上表现为成层的不连续骨片状反射。塔北地区基底以中新元古界阿克苏片岩类为主, 变质程度不高, 航磁图上具有宽缓的负异常特征, 地震反射特征为连续层状的强反射, 与星火 1井钻遇的古元古界副片麻岩组成双层基底。塔东隆起及东南隆起带基底组成可能主要为太古界(-古元古界?)基性麻粒岩和混合岩类, 航磁特征以陡变的中高异常为主, 地震剖面上呈明显的均匀分布的杂乱状反射特征。

多期岩浆活动导致基底组成分布更加复杂, 塔东隆起钻遇的古元古界蚀变花岗岩体造成区域正异常背景下的负异常, 在地震剖面上形成局部的空白反射特征, 塔中隆起钻遇的青白口系花岗岩也具有类似特征。南华系-震旦系玄武岩在盆地周边及内部十分发育, 在巴楚、柯坪地区和塔北隆起一带都有良好的揭示, 该期岩浆活动与盆地显生宙早期的张裂过程密切相关, 因此, 北部坳陷内的航磁正异常带可能与之对应。二叠系基性岩墙群是导致区域航磁高异常的另一个重要原因, 在钻井中多有揭示,主要分布在盆地的中西部, 一般受控于 NE向走滑,因此, 塔南地区的 NE向高航磁异常带可能反映的是基底中侵入的基性岩墙群。

图8 塔里木盆地基底组成分布模式图Fig.8 Distribution of the basement units in the Tarim basin

致谢: 中国地质调查局南京地质调查中心张传林研究员和南京大学朱文斌教授在评审过程中, 提出了宝贵的修改意见, 作者在此表示衷心的感谢！

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