柴达木盆地西部地区新生代盆地性质
2024-02-27王倩倩袁四化王亚东李伟民刘永江郑世刚赵英利
王倩倩 袁四化 王亚东 李伟民 刘永江 郑世刚 赵英利
摘要:含油氣盆地不同阶段的性质对于恢复盆地的演化过程、评价油气资源生储运条件具有重要意义。本文在总结前人关于新生代柴达木盆地西部地区性质与演化研究的基础上,重新解译现有地震剖面,系统地开展了盆地构造几何形态、沉积速率、沉积相、沉积旋回、沉积中心迁移以及盆地内不整合的接触关系等方面研究。研究表明:作为陆内挤压背景下的巨大坳陷,新生代的柴达木盆地西部地区具有几何剖面形态不对称、沉积速率较高但又低于西部典型前陆盆地、过补偿状态下强烈缩短致使沉积中心迁移、沉积-构造反旋回性质明显发育等特点。柴达木盆地西部地区以狮子沟组为界线,前期发育细粒远源沉积,属压陷盆地;后期沉积速率显著增加,粗颗粒沉积发育,具有非典型的类前陆盆地性质,并由周缘山体构造活动及盆地过补偿状态共同控制。
关键词:柴达木盆地;新生代;前陆盆地;几何形态;沉积速率
doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20220224 中图分类号:P54 文献标志码:A
收稿日期:2022-07-29
作者简介:王倩倩 (1998— ),女,硕士研究生,主要从事构造地质学方面的研究,E-mail: qqwang20@jlu.edu.cn
通信作者:李伟民 (1981—),男,教授,博士,主要从事构造地质学方面的研究,E-mail: weiminli@jlu.edu.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41971013,41772200);中国地质调查局项目(DD2019-011)
Supported by the National Natural Science Foundation of China (41971013,41772200) and the Project of China Geological Survey (DD2019-011)The Nature of the Cenozoic Western Qaidam Basin Wang Qianqian1,2, Yuan Sihua2, Wang Yadong3, Li Weimin1, Liu Yongjiang4, 5,
Zheng Shigang1,2, Zhao Yingli1
1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China
2. Hebei Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Sanhe 065201, Hebei, China
3. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
4. College of Marine Geosciences, Ocean University of China/Frontiers Science Center for Deep Ocean Multispheres and Earth
System/Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques, Qingdao 266100, Shandong, China
5. Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology/Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao 266237,
Shandong, China
Abstract: The characteristics of different stages of petroliferous basins are of great significance for the restoration of basin evolution and the evaluation of hydrocarbon generation, storage and transportation conditions. In this study, we systematically reviewed previous studies on the nature and evolution of the Cenozoic western Qaidam basin. Based on the interpretation of seismic profiles combining with the basin tectonic geometry, sedimentation rate, sedimentation phase, sedimentation cycle, sedimentation center migration and unconformity contact relationship within the basin, we concluded that the Cenozoic western Qaidam basin, as a large intracontinental depression in a compressional environment, has an asymmetric geometric configuration in the seismic section, high deposition rate but slightly lower than the western typical foreland basin, and migration of sediment centers due to strong shortening under overcompensation, with obvious reverse cycling sedimentary-tectonic development. Importantly, the deposition of Shizigou Formation is considered as the sedimentary boundary of the Cenozoic western Qaidam basin, showing that in the early stage, fine-grained far-source sediments were developed, belonging to a depression basin; While, in the later period, the sedimentation rate increased significantly, and the coarse-grained deposition developed, which had the characteristics of atypical foreland basin. The fact significantly suggests that its controlled by the combination of tectonic activity of the surrounding mountains and overcompensation state of the basin.
Key words: Qaidam basin; Cenozoic; foreland basin; geometric pattern; sedimentary rate
0 引言
柴达木盆地是我国西部地区重要的中、新生代陆相含油气盆地,其中盆地西部地区更是盆地的主要产油区,其油气的圈闭及分布受控于盆地的沉积特征和构造运动等因素[1-16]。作为青藏高原东北部最大的盆地,柴达木盆地夹持于昆仑山、祁连山和阿尔金山之间,地处三山围一盆的特殊大地构造位置,构造变形十分复杂,尤其盆地西部更是盆地内变形最强烈的区域。
柴达木盆地新生代的性质及沉积特征决定着油气勘探(选区)的潜力评价,同时也是认识其新生代地质演化的关键研究内容,因此,许多学者从多角度提出了不同的看法:彭作林等[12]认为新生代的柴达木盆地是挤压背景下的前陆盆地或类前陆盆地;黄汉纯等[14]认为是拉分盆地;金之均等[16]认为柴达木盆地于古新世—中新世为拉张盆地,而上新世以来转变为挤压性质的盆地;翟光明等[17-18]认为古近纪—新近纪为斜列式双前陆盆地,新近纪—第四纪为伸展-坳陷盆地;郑孟林等[19]认为新生代的柴达木盆地是阿尔金、东昆仑左行走滑共同控制的走滑挤压叠合盆地;Yin等[20-21]认为是昆仑山断裂向南仰冲形成的背驮盆地。截至目前,对于柴达木盆地新生代的性质还未有定论,产生分歧的重要原因是尚不能明确新生代柴达木盆地究竟是单一性质的沉积盆地还是分阶段演化的盆地。因盆地在不同时期受不同构造格局的控制,其构造沉积特征有较大差异。本文以柴达木盆地西部地区为整体进行讨论,基于地震剖面,结合盆地内沉积地层层序、沉积速率和沉积古地理等相关资料,综合分析盆地几何结构、形态,探讨其新生代的沉积-构造性质问题。
1 区域地质背景
柴达木盆地地处青藏高原东北缘(图1),是中、新生代的大型含油气盆地[23-26]。盆地的发展受控于周缘3条山脉,即东南部的昆仑山、北部的祁连山和西部的阿尔金山,内部构造演化相对复杂。柴达木盆地分别以西台吉乃尔湖和东达布逊湖为界,分为西部、中部和东部3个部分,其中盆地西部地区地形复杂,地势起伏较大,面积为(2.1~2.5)×104km2[27-29],新生代以来持续受到挤压,是柴达木盆地变形最强烈、构造形态发育最复杂的区域,同时也是重要的油气产区。
2 柴达木盆地新生代沉积序列
柴达木盆地在结晶基底之上发育了两套性质各异的沉积盖层,第一套为南华系—三叠系,第二套为侏罗系—新生界,也是柴达木盆地最主要的沉积盖层。本文主要介绍新生代盆地沉积序列。新生界柴达木盆地的发育受周边山体隆升的控制[9-10],山体隆升剥蚀为盆地巨厚的生长地层的沉积提供了物源,尤其是新生代地层,最厚可达1.2万m[22]。这些巨厚新生代地层是研究盆地性质的重要载体。前人[22,30-36]通过大量钻孔、地震剖面进行地层对比分析,地层间接触关系比较明确(图2)。
1)路乐河组是柴达木盆地新生代最早的地层,大面积超覆于中生界或更老的地层之上,盆地南部及东部开始接受沉积[23],与下伏中生界犬牙沟组存在区域性的角度不整合。
2)下干柴沟组是盆地中—新生界各组地层中出露范围最广、连片面积最大的地层单元之一[31]。本组分为上、下两段,二者在柴北缘可见明显岩性差异,在西部地区差异尚不明显[32]。本组底部砾岩超覆在下伏地层之上,两者之间为平行不整合接触,在冷湖地区钻井岩心中也观察到了明显的不整合接触关系[33]。
3)上干柴沟组地层厚度明显小于下干柴沟组[29],岩性变化较大,由边缘向中心沉积物粒度由粗变细[34]。
4)下油砂山組在盆地中广泛出露[35],东柴山以南全部剥蚀,阿拉尔断层上盘小部分缺失,因此认为本组与上干柴沟组之间存在不整合。张益银[36]认为这一不整合仅在阿尔金断裂南侧斜坡区发育。
5)上油砂山组在柴西地区边缘沉积物粒度较粗,向盆地中心部位粒度变细[33],与下油砂山组之间靠近阿尔金山前为不整合接触[37],在盆地内部为整合接触。
6)狮子沟组在柴西地区边缘粒度较粗且受到严重剥蚀[33],与上油砂山组之间在盆地边缘为不整合接触。
7)七个泉组岩性变化较大,在柴西地区也发生了较为严重的剥蚀[29]。七个泉组向阿尔金断裂方向发生减薄和尖灭,造成与狮子沟组的不整合接触[36]。
3 柴西地区新生代盆地性质
关于新生代柴达木盆地的性质,长期以来一直存在很大争议,尤其是柴西地区的盆地性质至今没有形成统一的意见(表1)。
沉积盆地类型划分的重要性不言而喻,朱夏[37]早在1983年就提出了它影响着对盆地含油气前景的评价。长期以来盆地类型的划分方案较多,刘和甫[50]提出了以动力学三端元为基础划分的盆地类型,即张、压、剪应力条件分别对应的裂陷、压陷、走滑盆地,并通过演化序列、构造样式等方面进一步划分。柴达木盆地属于压缩构造体系下的沉积盆地。
根据刘池阳等[51]关于沉积盆地类型的划分方案,盆地类型可分为包括前陆盆地在内的几种不同性质的盆地。由于柴达木盆地下伏地壳并非洋壳或过渡壳,排除海沟、弧前盆地和残留盆地这几种类型,并以陆内前陆性质的盆地地质特征对柴达木盆地西部地区进行对比,发现具有一定的约束性。基于上述判断,利用最新的地震剖面等资料,重新讨论柴达木盆地西部地区的沉积特征等方面问题,进而探讨盆地性质。
3.1 前陆盆地
前陆盆地是指位于造山带前缘和相邻克拉通之间的狭长沉积带,其构造几何形态一般是整体形态不对称的坳陷,多受控于逆冲断层带;裂谷型盆地一般呈现断凹和断凸形态,且其边界为伸展断层所控制 [52];稳定大陆内坳陷型盆地为不受逆断层或正断层控制的碟状坳陷,其沉积范围比较大。其中,类前陆盆地是陸内造山带前缘的前陆盆地。
柴达木盆地的整体剖面形态与前陆盆地的剖面形态相似,现从盆地的整体外形到内部的沉积特征等方面,结合前陆盆地不对称的几何形态、高沉积速率等一些典型特征,揭示柴西地区的盆地性质。
3.2 几何形态和构造样式
构造样式是指同一期构造运动,在同一应力环境下所产生的构造变形组合;不同性质的盆地有不同的几何形态,也会发育不同的构造样式。前陆盆地呈不对称的楔形,向造山带和克拉通方向尖灭,具有明显的分带性,可以分为4个带:楔顶、前渊、前隆、后隆带。DeCelles等[53]在1996年发表的研究中指出,此前的前陆盆地概念并不恰当,因为其前渊的范围不应该仅限定于造山带和克拉通之间,应该扩展至两者之内;并且将发育在造山带的沉积中心称为褶皱-冲断带楔形体顶部沉降带(楔顶),克拉通内的沉降区称为前渊隆起和隆后沉降带,同时把以上这4个单元统称为前陆盆地系统(图3),其横剖面结构明显不对称。
柴达木盆地西部地区的盆地盖层自喜马拉雅运动末期在构造运动下明显挤压缩短,致使构造轴向呈北西向展布,褶皱构造以及逆冲断裂极其发育[21-22,33,54-57]。基于平衡剖面,结合区内新生代的沉积地层进行沉积古地理恢复,分析不同时代的沉积相,可以看出新生代柴达木盆地西部地区的沉积面貌和现今有很大差别,恢复后的古柴达木盆地面积大约可达2×105km2,现今的1.21× 105km2与之相比大为缩短[10]。刘栋梁等[40]对南起昆仑山,经三湖坳陷、涩北一号、南陵丘和马海凸起,止于赛什腾山以南的位置,建立全长170.83 km的北东—南西向地震-地质剖面,并进行了柴达木盆地新生代地层缩短量的恢复。结合前人[58-61]研究,表明柴达木盆地整体在不晚于中晚始新世时已受到持续的挤压应力,且从盆地西部地区到东部地区呈现减弱趋势,同时定量模拟和实际地层资料都证实造山带的逆冲作用是前陆盆地沉降的最重要控制因素,造山带的逆冲作用也直接影响了前陆盆地地层充填的几何形态[62],这些共同造就了盆地现今的不对称的剖面形态。
地震剖面8707(图4)和00062(图5)测线是由昆仑山向盆地北东向延伸的2条典型地震剖面(位置见图1),清楚表明柴西整体发育褶皱冲断样式,且2条剖面均是中间地层相对两侧构造变形较弱、沉积较厚的地层。从剖面图看,昆仑山断裂带作为冲断带向切克里克坳陷等推覆,这些坳陷因持续挤压而发生沉降,相当于类前陆盆地的前渊部分(图3)。
昆仑山至阿尔金山之间的2条地震-地质综合剖面(图6、图7)显示,昆仑山造山带、阿尔金造山带向盆地逆冲,反冲构造非常发育,剖面上可见盆地内部隆、坳相间分布,盆地边缘地层多因造山带的逆冲遭受剥蚀。结合图4和图5,茫崖、切克里克坳陷作为前渊部分,油砂山背斜等构造带则对应类前陆盆地的前隆部分,在剖面上可以划分出造山带楔形体顶部沉降带(楔顶)、前渊、前隆和隆后几个部分,整体来看可与类前陆盆地的几何形态相对应,不同的是后隆带受阿尔金构造带影响,和克拉通区的后隆带样式不同(图6、图7)。因此,柴西地区在剖面上符合类前陆盆地的特征,但与典型的类前陆盆地在后隆带样式上有所区别。
基于前陆盆地横向迁移的特点,图6、图7显示了不同时期的前渊、前隆和后隆部分,箭头所指为盆地迁移方向,盆地剖面形态随边界变化发生相应改变,且内部构造发育复杂,同时盆地的沉积中心也随之发生迁移。内部发育大量的逆冲断层使沉积地层变形,其几何形态类似于复杂的前陆盆地,与之区别的是柴达木盆地没有以先后顺序或同时发育的次级盆地,而是被以切克里克为代表的一系列坳陷取而代之。因此,在几何形态和构造样式上,柴达木盆地西部地区拥有非典型的类前陆盆地特征。
3.3沉积速率
除不对称的几何剖面形态和分带性的构造样式外,沉积速率高是前陆盆地又一典型特征。Schwab[63]经过统计认为前陆盆地的沉积速率一般比其他类型盆地要高(表2)。据前人研究,我国西部地区一些典型的前陆盆地,如库车、准南缘、喀什等在新近纪(或上新世)—第四纪的沉积速率分别是789[53]、535[54]、825 m/Ma[55],或可将其与研究区的沉积速率特征进行对比,从而在沉积速率上判断是否符合前陆盆地。
王亚东等[28]以上干柴沟组为界把柴达木盆地的新生代分为早期变形和晚期变形2个阶段。早期变形阶段盆地沉积速率明显增加[54,64],晚期变形阶段盆地受挤压而发生缩短的变形速率减小,在下油砂山组(14.9 Ma)以后又开始逐步增强,在15 Ma前后, 柴达木盆地的平均沉积速率由109.1 m/Ma 陡增到151.3 m/Ma, 沉积物粒度变粗[20],并且在狮子沟组的时候沉积速率达到顶峰。不同阶段的沉积速率可能与构造活动密切相关。
1)路乐河组—下干柴沟组下段
中生代末—早始新世路乐河组盆地处于较弱收缩期[10],而下干柴沟组下段沉积时处于高原的一次隆升阶段[65-66]。在周缘逆冲断裂活动的控制之下,盆地性质、沉积范围发生改变,且盆地处于高速沉积。同时,40 Ma左右阿尔金发生新一阶段的走滑活动 [66-68],致使最大沉降中心转移。
2)下干柴沟组上段—上干柴沟组
35~30 Ma高原北部再次开始构造隆升[66],李宏伟[69]提出24~20 Ma高原北部发生构造隆升,盆地周缘山系开始隆升并发生强构造事件,同时伴随强烈的隆升作用,如阿尔金山[64,67]、东昆仑山[70]和祁漫塔格山[71]等(图8)。
3)下油砂山组
下油砂山组的高沉积速率可对应15~10 Ma高原的强隆升[65,70],此外,尹成明等[73]认为上干柴—下油砂山组交界之时盆地整体发生了抬升。
4)狮子沟组—七个泉组
8~6、3.6 Ma高原北部发生了两次构造隆升[66];狮子沟组和上油砂山组、七个泉组和狮子沟组之间为不整合接触,但整体来说活动影响范围有限,盆地再次缩小。
根据前人对盆地进行的各种工作,结合上述4个阶段的构造活动,可总结出新生代柴达木盆地各组沉积速率有4个沉积速率峰值,分别为路乐河组—下干柴沟组下段、下干柴沟组上段—上干柴沟组、下油砂组和狮子沟组—七个泉组。其中下干柴沟组上段较狮子沟组更大(表3)。
根据柴达木盆地西部地区沉积速率特征(表3),可见盆地沉积速率的变化趋势为增加到降低到增加再到降低,且各组的最小沉积速率基本超过了克拉通盆地、现代大陆架和大陆斜坡构造环境等其他类型的沉积盆地(表2)。为进一步研究,笔者又利用路乐河、西岔沟、红沟子和七个泉等地区的4个剖面,根据天然剖面的年龄-地层厚度关系,计算出柴达木盆地西部地区各个时期的沉积速率(表4),以此制作区域内新生代不同地层的沉积速率图(图9)。
我国西部地区典型前陆盆地的沉积速率比柴达木盆地西部地区(表4)要高,可能是因为碰撞作用强烈等原因,为盆地带来大量的沉积物[78]。综上可知,各个时期柴西地区的沉积速率与其他地方相比,虽然没有中国西北其他典型前陆盆地的沉积速率大,但是相较于表2中所列的其他类型盆地沉积速率偏大。因此,柴达木盆地在沉积速率上满足非典型前陆盆地的特征。
3.4 沉积相与沉积旋回
前陆盆地的第三个特征体现在沉积旋回性质上,即常因其大地构造环境不同而发育不同层序。根据陈发景等[78]的研究,伸展裂谷、弱伸展坳陷和中性稳定大陆内坳陷的层序一般具有冲积扇—河流相—湖泊相的正旋回性质;缩短盆地(不对称前陆盆地和对称的弱縮短盆地)则相反。
通过研究区新生代以来的沉积相等沉积特征变化,讨论其反旋回及不整合的情况,各个组的沉积相情况如下:1)路乐河组总体沉积范围呈北西—南东向展布,面积和长宽比均较小,具有东南薄、西北厚的特点[79-80],沉积超覆于下伏花岗岩之上,且与上覆下干柴沟组不整合;2)下干柴沟组下段的沉积展布方向和路乐河组相同,厚度上整体增厚,厚度分布方向与路乐河组相反,为东南厚、西北薄,指示当时总体上具有东南低、西北高的地形特征;上段的沉积范围和厚度都进一步增大,展布方向不变[80];3)上干柴沟组厚度有所减小,沉积范围与下干柴组相似但稍有扩大,呈北西—南东向展布,前期均为深湖相沉积环境,晚期转变为滨、浅湖沉积,与上覆下油砂山组不整合接触;4)下油砂山组的沉积范围整体呈东西向展布,沉积范围变小,盆地有所抬升。除厚度增大外其他特征变化不大,地层分布与上干柴沟组具有较强的继承性[81];5)上油砂山组与下油砂山组相比沉积范围、面积没有明显改变,呈北西西—南东东方向[79-80];6)狮子沟组湖盆沉积开始衰退,沉积范围均有所萎缩,展布方向是与路乐河等组相近的北西—南东向[82],该组向上油砂山组超覆;7)七个泉组时期,盆地的湖盆沉积演化进入消亡阶段,进一步发生北东—南西向缩小并逐渐消亡,盆地的沉积范围缩小了40%,展布呈北西西方向,沉降幅度较大,可达数公里[79]。
根据柴达木盆地西部地区沉积相情况,虽然各个组的旋回特征和整合情况较为复杂,但不整合和反旋回的特征均发育。而杨永泰[62]提出盆地处于欠补偿晚期时会在盆地中部形成一个侵蚀面,并具有穿时性;在过补偿阶段盆地地层则会进入欠补偿过补偿的旋回。结合上文,对于柴达木盆地的沉积中心、沉积相等特征进行分析,研究区的这种不整合关系与反旋回性质的层序都是明显发育的,因此在这一特征上符合前陆盆地。
3.5 沉积中心的变迁
前陆盆地的第四个较为典型的特征是在过补偿的发育模式下,前陆盆地的沉积中心会随着盆地的横向迁移而发生变迁。盆山耦合通常会出现2种情况:1)无较强烈的构造活动时,盆地缩短减弱,其变形程度相应减小,致使来自山体隆升带来的物源相应减少,盆地为欠补偿沉积,根据上文的发育模式,沉积盆地此时会形成明显、单一的沉降中心,为典型的前陆盆地(图10a);2)有较强烈的构造运动时,盆地随之发生明显的缩短,伴随山体强烈隆升带来大量的物源沉积,盆地处于高沉积的过补偿状态,盆地沉积中心也会发生变化(图10b)。
作为一持续缩短变形的沉积盆地,过量且迅速的沉积会导致盆地沉积物加积向前。在这一过程中,盆地将会形成多个沉积沉降中心,这也是判断沉积盆地性质的一大困难。而研究区的前陆盆地形态表现不明显也主要是这个原因。柴西地区在新生代时期经历了2次比较强烈的构造运动作用,而根据第二种模式(图10b),这种时期的山体强烈隆升使盆地处于过补偿状态,进而导致盆地沉积中心不断的迁移(图11)。
对于新生代的柴达木盆地,多数学者关注自阿尔金山向盆地方向沉积中心迁移[5-8,25-23,28,30,84-87],对昆仑山向北的变化趋势讨论较少。新生代除盆地西部和东部的少量沉积中心外,主要沉积中心均位于盆地几何中心附近。来自周边山带的物质持续积累增加了沉降荷载,进一步驱动沉降,形成了连续的沉积物可容纳空间[88-89]。
挤压造山带内山间盆地的沉降通常是构造荷载作用的结果,但盆地的沉积充填并不完全来自相邻山脉[61]。Cheng等[90]认为在下油砂山组和上油砂山组沉积过程中,柴达木盆地西南部的沉积中心位于东昆仑山附近,与低温热年代学揭示的东昆仑山渐新世—中新世快速剥蚀一致[91-94]。此外,Wang等[61]认为沿吐拉谷地发育1条“古昆仑河”,长度约2 000 km,为盆地提供主要物源。钻井资料、裂变径迹测年结果等[90-94]表明,沉积物东南向的聚集和沿油砂山背斜的地壳形变共同作用导致沉积中心从昆仑方向向东南迁移。具体迁移大致是:1)路乐河组沉积中心在狮子沟—游园沟一线[66,85, 95-98];2)下干柴沟组下段南部在祁漫塔格山前一带,上段主要沉积中心为茫崖坳陷[22,66,85, 95];3)上干柴沟组存在多个沉积中心,其中茫崖坳陷处最厚,一里坪坳陷为主要沉积中心[66,85,96-97,99];4)下油砂山组沉积中心主要在红三旱构造带,次级中心在茫崖坳陷东侧,在油墩子、开特米里克、油泉子—大风山等地区也存在中心分布[4,25,30,32,66,85,96-97,99];5)上油砂山组有两个明显的局部沉降中心,最厚的为油墩子构造带,也是主要的沉积中心;次级中心为一里坪坳陷,其东部厚度较大[4,32,66,84,96-97,99];6)狮子沟组中心在三湖坳陷[4,25,66,85,95-97,100];7)七个泉组沉积中心在达布逊湖一线,三湖坳陷的中心向东南转移[4, 97,100]。
此外,由图6、图7的地震测线解释剖面可知,地层的厚度在剖面的东部(靠近阿尔金山一侧)明显较西侧厚。只考虑以昆仑山为起点的厚度变化(图12),路乐河组沉积时期东昆仑山附近有1个小型的沉积中心,在下干柴沟组下段时缩短并在上段彻底消失;同时由阿尔金方向的沉积物逐渐向中心汇聚,并在下油砂山组沉积时迁移至昆仑山附近;上油砂山组沉积时该中心分散分布,并在狮子沟组时在昆仑山方向上形成一较大的沉积中心,且开始有向盆地东南迁移的趋势;七个泉组时该沉积中心已经移动到盆地的东南部。
伴随昆仑造山带的不断活动,柴达木盆地的边缘随之迁移,前渊发生抬升,生长地层发育、增厚,结合盆地西部沉积厚度的变化,昆仑山附近的厚度在下干柴沟组上段增大之后,其较厚沉积随时间的推移而逐渐迁移,前渊部分向前隆方向抬升。根据图6、图7来看,①—③显示柴达木盆地的横向迁移,随着沉积中心和盆地边界的迁移,柴达木盆地的演化随之向阿尔金山方向迁移。王亚东等[27]提出新生代柴达木盆地西部地区经历了两期比较强烈的构造运动(43.80~22.00 Ma和14.90~0 Ma)。第一阶段以切克里克、阿拉尔坳陷为前渊,该期变形后随盆地边界的迁移,各个前陆盆地构造对应的盆地部分也发生相应的横向迁移;第二阶段盆地以油泉子构造带、英雄岭—茫崖坳陷为前渊,前隆为南翼山构造带,隆后为尖顶山构造带,整体迁移情况和前陆盆地的横向迁移异曲同工。
综上所述,研究区在新生代时期具有一定的前陆特点,如不对称的剖面形态、较高的沉积速率、迁移的沉积中心、反旋回的沉积层序等;但与经典前陆盆地也有所不同,如高沉积速率只是相对于其他类型的盆地,而与西部地区其他陆内再生前陆盆地相比偏低。结合前陆盆地发育的模式,新生代时期柴达木盆地西部地区遭受了两次比较强烈的构造叠加与改造,山体的强烈隆升使盆地处于过补偿状态,造成了盆地沉积中心的不断迁移,也使得其前陆盆地的形态表现不明显。至于盆地的地热场特征,李宗星等[101]也提出,由于柴达木盆地相比我国中、东部其他盆地(如松辽盆地)莫霍面埋藏较深、地壳厚度大,导致柴达木盆地地温梯度分布特征与地壳厚度成镜像关系。因此,整个盆地地温梯度相对低,属于温盆类型,也正与前陆盆地的热状态特征相吻合。同时,也不同于中国西北地区其他陆内再生前陆盆地,其新生代应属于一非典型前陆盆地。
3.6 盆地原型讨论
与典型类前陆盆地特征对比可以较好地约束柴达木盆地西部的盆地性质,而且陆内压陷盆地的前置条件也与盆地西部的应力、温压等背景符合。根据前文讨论,盆地现今发育的几何形态和构造样式与类前陆盆地的基本特征相呼应,其中沉积速率特征呈现增—减—增的趋势,并从狮子沟组开始增长剧烈甚至达到峰值;根据南翼山等地区的变形情况,强烈的变形也发生在狮子沟组沉积之后;在沉积旋回上,正、反旋回均有所体现。因此,笔者提出新生代开始时柴达木盆地西部为压陷盆地,随周边山体活动带来的欠补偿—过补偿旋回以及随之移动的沉积中心移動,在狮子沟组沉积时期开始稳定并逐渐成为类前陆盆地。
宋博文等[102]的研究结果表明,压陷盆地多为远源沉积,沉积物颗粒细、分选及磨圆程度较好,多发育辫状河、三角洲沉积;而前陆盆地多近源沉积,沉积物颗粒稍粗、分选及磨圆程度差,常发育扇三角洲沉积。总体看,柴达木盆地西部地区两阶段的沉积特征及物源与宋博文等[102]研究结果一致。其中,下干柴沟组下段开始时沉积以三角洲相为主,后期为浅湖相沉积,呈正旋回特征;上干柴沟组时期发育深湖相,后期发展为滨、浅湖相沉积;下油砂山组下段滨湖相发育,上段则发育反旋回特征的浅湖相沉积;上油砂山组湖相沉积减少,主要发育湖泊三角洲沉积,上段沉积呈正旋回特征。如图2所示,除与中生界犬牙沟组不整合的路乐河组之外,整体沉积物颗粒较细,几乎无粗颗粒沉积物,符合远源环境下的细颗粒三角洲沉积。狮子沟组沉积时湖相完全消失,转为河流沉积,可以划分为河道和河漫滩相两个沉积阶段[103]。从狮子沟组开始出现砾石沉积,尤其七个泉组砾石层最为明显。结合沉积速率从狮子沟组开始明显增加并达到峰值这一特征,提出盆地西部可能于上新世之前为压陷-坳陷盆地;而在狮子沟组之后,随着逐渐强烈的挤压,沉积速率随之明显增长甚至达到峰值,现今的非典型类前陆盆地也随之成型。
4 结论
1)新生代柴达木盆地在不晚于中、晚始新世时已受到自西向东逐渐减弱的、持续的挤压应力作用,从而奠定了盆地现今的不对称形态。盆地西部地区的地震解释剖面与前陆盆地的几何形态相对应:以昆北断阶为冲断带,早期前渊为切克里克坳陷,前隆为油砂山背斜构造带,后隆为南翼山构造带; 现今以油泉子构造带、英雄岭—茫崖坳陷为前渊,前隆为南翼山构造带,后隆为尖顶山构造带;且盆地后隆部分因阿尔金山的影响不同于正常克拉通区隆后带的构造样式。
2)通过对柴达木盆地代表剖面的沉积速率统计,新生代有4个速率峰值,分别是路乐河组—下干柴沟组下段、下干柴沟组上段—上干柴沟组、下油砂组和狮子沟组—七个泉组。总体较中国西北部地区其他典型前陆盆地的沉积速率小,但较其他类型盆地大,在沉积速率上柴达木盆地与前陆盆地的特征一致;在路乐河组—上油砂山组时期为挤压背景下的压陷盆地;在狮子沟组之后则表现为非典型的类前陆盆地特征。
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