塔里木盆地構(gòu)造沉積響應演化

塔里木盆地構(gòu)造沉積響應演化

根據(jù)最初的研究，塔里木盆地的發(fā)育和發(fā)展受到不同時期板塊結(jié)構(gòu)的控制，不同時期的原始盆地相互重疊和重建。后來，科學家們認為，盆地的構(gòu)造發(fā)育并不是不同時代的青藏高原（泰蒂斯構(gòu)造區(qū)），而是不同時代的微陸沖突和造山運動控制。同時，許多科學家還研究了盆地構(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)個隆、坳相間帶(圖1)。南華紀時塔里木陸塊完成了與Rodinia泛大陸的裂解,成為獨立且穩(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大陸邊緣、伊犁-中天山微陸塊、北天山古生代活動大陸邊緣,西南緣為北昆侖早古生代活動大陸邊緣、中昆侖微陸塊、南昆侖晚古生代活動大陸邊緣,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-震旦紀早世古大洋開裂期、震旦紀晚世-奧陶紀中世古大洋擴張期、奧陶紀晚世-泥盆紀古大洋收縮期、石炭紀-二疊紀中世古大洋閉合期、二疊紀晚世至今陸內(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)造運動疊加的綜合結(jié)果(圖2)。2古代海洋的發(fā)育與構(gòu)造沉積的反應2.1rodini泛大陸裂裂帶元古代晚期一系列造山運動不但促使中國古地臺形成,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,此次運動通常被稱為塔里木運動(相當于華南的晉寧運動),其運動時限推測為1000Ma~800Ma,屬于格林威爾造山運動的一部分。從南華紀開始,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)扎摩克提組沉積細粒碎屑物質(zhì),如粉砂質(zhì)泥質(zhì)等,到育肯溝組沉積期時發(fā)育含灰質(zhì)細粒沉積;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被動陸塊陸緣期e震旦紀晚世,塔里木陸塊南北古大洋分別進入裂后快速生長期,大洋加速擴張。南天山深海槽進入成年期,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)部形成了西臺東盆的沉積格局(圖3)。此階段對陸塊沉積產(chǎn)生較大影響的構(gòu)造運動為加里東早期運動;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)震旦紀末的加里東早期運動第一幕(柯坪運動),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。孔雀河斜坡西部西山布拉克組直覆于下震旦統(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)受加里東早期運動第二幕的影響,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)。實際上,研究顯示,寒武紀末全球海平面下降,塔里木盆地的碳酸鹽巖臺地也未能幸免,寒武系頂部受到短暫的暴露。受加里東早期運動影響,巴楚地區(qū)東部發(fā)生區(qū)域性抬升,并伴隨斷褶活動,但仍為一個寬緩(低)臺隆,其隆起地范圍較震旦紀時有所擴大。天山洋和昆侖洋的迅速擴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。此時塔中已經(jīng)處于相對較高的部位,這為塔中后期的構(gòu)造發(fā)展奠定了基礎。2.3塔里木陸塊受拉張變化奧陶紀中世末北昆侖洋向中昆侖微陸塊俯沖,南天山洋在志留紀或更早時間起就開始向中天山俯沖,南北古大洋分別進入收縮期。塔里木陸塊所受應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)供應逐漸增多,陸塊內(nèi)西部碳酸鹽臺地逐漸消亡。此階段對陸塊沉積有較大影響的構(gòu)造運動為加里東運動中、晚期和海西早期運動。2.3.1奧陶紀末-石炭紀構(gòu)造環(huán)境的改變加里東中期運動第一幕發(fā)生在奧陶紀中世末,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,碳酸鹽臺地于奧陶紀末消亡。盆地性質(zhì)在逐漸發(fā)生改變,由克拉通被動大陸邊緣向前陸盆地(在塔西南為周緣前陸盆地)轉(zhuǎn)化。受加里東中期運動影響,原統(tǒng)一碳酸鹽巖臺地發(fā)生分異,陸塊地貌變?yōu)槁≯晗嚅g,形成了塔中、塔北2個遙相對應的碳酸鹽臺地間夾柯坪-順托果勒臺間坳陷(臺盆)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地的第1次淹沒。受構(gòu)造運動影響,塔中局部高隆地區(qū),以及巴麥古隆起剝蝕強烈(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)造運動對全盆具有深遠的影響。2.3.2上覆奧陶紀晚世沉積型陸源物源加里東中期運動第二幕發(fā)生在奧陶紀晚世晚期,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化殼,缺失多個筆石帶,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砂巖(底面含細礫、見沖刷)。奧陶紀晚世,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,陸塊西部碳酸鹽臺地經(jīng)2次淹沒后消亡,陸塊東部原沉積厚度很小的欠補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,由于當時與塔里木陸塊相隔至少1000km寬的南天山洋,對塔里木陸塊的構(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)造響應加里東晚期運動發(fā)生在志留紀末,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\泥盆紀全球事件的構(gòu)造響應。它對塔里木陸塊志留系-泥盆系的影響表現(xiàn)在三方面。一是對志留系的剝蝕,受加里東晚期運動影響塔里木盆地志留系遭受了強烈剝蝕,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)(缺失時間約20Ma±)。二是對志留系古油藏的破壞,由于加里東晚期運動對志留系的強烈剝蝕,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]。三是對泥盆系沉積的控制,加里東晚期運動雖然使志留系遭受了強烈剝蝕,但加里東中期運動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動(庫米什運動)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合作用的影響,陸緣造山作用強烈,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烈剝蝕。由于南天山洋俯沖的壓扭應力影響更大,塔北沙雅隆起北部剝蝕量達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發(fā)生(圖3);海西早期運動還在原來加里東中期運動形成的南北向排列東西向展布的隆坳格局基礎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-二疊紀后結(jié)束海相沉積塔里木古大洋閉合期為石炭紀-二疊紀,即海西晚期,對塔里木陸塊的構(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(圖1),從此塔里木陸塊成為歐亞大陸的南緣,石炭紀后結(jié)束了大范圍的海相沉積。由于北天山洋向中天山(石炭紀-二疊紀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-二疊紀也與塔里木陸塊拼貼為一體)俯沖消減,塔里木陸塊內(nèi)部實際處于廣義的弧后擴張狀態(tài)。石炭紀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逆沖推覆動力學到二疊紀晚世,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烈抬升。此階段對塔里木盆地沉積有較大影響的構(gòu)造運動為印支、燕山及喜馬拉雅運動。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(圖1、圖3)。區(qū)域擠壓應力背景下的塔里木周緣天山、昆侖山開始進人陸內(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)為較強烈的差異升降活動。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烈。巴楚-塔中隆起以整體隆升運動為主,隆起大部缺失三疊系。(圖2、圖4b)。2.5.2巴楚地區(qū)構(gòu)造演化燕山運動從侏羅紀持續(xù)至白堊紀,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(圖1、圖3)。塔里木周緣天山、昆侖山陸內(nèi)造山進一步發(fā)展,塔里木盆地內(nèi)部主要仍以整體隆升構(gòu)造運動為主。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)—喜山期運動喜馬拉雅運動始于古近紀,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(圖1、圖3)。天山、昆侖山強烈陸內(nèi)造山,塔里木盆地內(nèi)部形成了庫車、塔西南2個陸內(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,