塔里木盆地基底組成的區(qū)域差異性探討

楊 鑫 , 徐旭輝 錢一雄 陳強(qiáng)路 儲(chǔ)呈林 姜海健

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所, 江蘇 無錫 214126; 2.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院, 上海 200092)

塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖層系發(fā)育優(yōu)越的生儲(chǔ)蓋組合, 北部隆起和中央隆起帶是油氣運(yùn)移的長期目標(biāo)區(qū)(徐旭輝, 2004)。井震資料揭示這些古隆起可能在前震旦紀(jì)就已存在, 因此, 基底構(gòu)造屬性與古隆起的形成演化密切相關(guān)。另外近期鉆井揭示,下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組源巖在北部坳陷穩(wěn)定分布, 但是向南過渡到巴楚隆起和塔中隆起就逐漸尖滅, 暗示古隆起基底對(duì)這套快速海侵形成的源巖的分布與延伸規(guī)律也有明顯控制作用。

周緣露頭的大量鋯石年代學(xué)研究(許志琴等,2001, 2006a; 張傳林等, 2003, 2004, 2007, 2012; 胡靄琴等, 2001; 胡靄琴和韋剛健, 2006; 陸松年, 2002;陸松年和袁桂邦, 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-新元古界分別組成結(jié)晶基底和變質(zhì)基底, 基底演化經(jīng)歷了多期的構(gòu)造熱事件,基底地層的分布具有顯著的區(qū)域差異性。航磁異常特征顯示塔里木盆地基底在南北向上具有三分性(徐鳴潔等, 2005), 瓦基里格火山巖、塔參1井花崗巖和阿爾金北緣雜巖在地球化學(xué)和年代學(xué)方面的相似性表明緯向(中央)高航磁異常帶可能是南北地塊晉寧期的古縫合線(郭召杰等, 1998, 2000; 吳根耀等,2006; 崔軍文和唐哲民, 2011), 但也有不少學(xué)者認(rèn)為盆地內(nèi)高航磁異常帶可能是古老結(jié)晶基底或不同時(shí)期侵入的基性巖墻的反映(張家聲等, 2007; 李曰俊等, 2003; 楊文采等, 2012; 何碧竹等, 2011)。

上述對(duì)于塔里木盆地基底巖性組成分布的認(rèn)識(shí)主要基于航磁異常特征, 隨著當(dāng)前對(duì)深層領(lǐng)域勘探的重視, 在巴楚、塔北隆起相繼有一批新鉆井鉆遇基底, 揭示盆地基底不僅在南北向上存在較大差異,在東西向上也區(qū)別明顯。本文擬通過周邊露頭地層及年代學(xué)研究, 建立前寒武紀(jì)區(qū)域構(gòu)造熱事件的演化序列, 結(jié)合鉆井、地震資料及航磁異常特征, 對(duì)比塔里木盆地基底組成、演化的區(qū)域差異性。

1 露頭基底組成與構(gòu)造熱事件演化序列

1.1 露頭基底組成分布特征

塔里木盆地周邊主要包括庫魯克塔格、柯坪-阿克蘇、阿爾金和鐵克里克等地層區(qū), 各露頭地層區(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底地層分布如圖 1所示, 太古宇和古元古界除柯坪-阿克蘇地區(qū)以外, 在庫魯克塔格地區(qū)、鐵克里克地區(qū)和阿爾金東段的米蘭地區(qū)也有出露, 中元古界在各露頭地層區(qū)大面積發(fā)育,新元古界青白口系-震旦系除庫魯克塔格地區(qū)出露較廣以外, 在其他地區(qū)都呈零星分布。

圖2為各基底露頭區(qū)典型地層剖面之間的對(duì)比,可以看出, 庫魯克塔格地區(qū)的闊克蘇一帶出露的托格拉克布拉克群, 即托格雜巖, 與阿爾金地區(qū)的米蘭群均達(dá)麻粒巖相變質(zhì), 主要由片麻巖、麻粒巖及少量斜長角閃巖和片巖組成, 巖性組合以TTG雜巖為主, 代表了新太古代末期初始大陸地殼的形成, 前人曾在托格雜巖中斜長角閃巖包體獲得3263±126 Ma的年齡(全巖Sm-Nd法, 胡靄琴和韋剛健, 2006), 并在阿克塔什塔格地區(qū)米蘭群中奧長花崗巖獲得 3674±56 Ma的年齡(鋯石SHRIMPU-Pb法, Lu et al., 2008)。

古元古界盡管在柯坪地區(qū)的烏什剖面和塔南地區(qū)的普魯溝剖面都有缺失, 但在阿爾金東段大面積分布, 另外, 與柯坪-阿克蘇地區(qū)緊鄰的南天山地層區(qū)也出露有古元古界木扎爾特群, 暗示柯坪-阿克蘇地層區(qū)可能存在古元古界。全區(qū)古元古界的變質(zhì)程度一般達(dá)綠簾角閃巖相到角閃巖相, 與太古宇一起組成結(jié)晶基底。闊克蘇剖面的興地塔格群主要以結(jié)晶片巖為主, 夾石英巖和大理巖, 哈爾克山南坡的木扎爾特群主要為黑云斜長片麻巖、眼球狀斜長片麻巖夾硅化大理巖, 最近在其中的二云母二長片麻巖中獲得1909±100 Ma的最古老的同位素年齡(鋯石LA-ICPMS U-Pb法, 魏永峰等, 2010), 基本限定了該套變質(zhì)基底的地層時(shí)代。埃連卡特群主要為各種片巖夾大理巖, 厚度與闊克蘇地區(qū)相似, 為2700 m左右, 原巖以中-酸性火山巖、碎屑巖為主。赫羅斯坦群底部為麻粒巖, 中上部是一套條帶狀、眼球狀混合巖化的片麻巖, 從變質(zhì)程度和巖性組合看, 與托格雜巖和米蘭巖群十分相似, Zhang et al. (2007)通過鋯石SHRIMP定年法在侵入其中的阿卡孜巖體中獲得2410±20 Ma的U-Pb同位素年齡, 但目前還沒有更為可靠的同位素年齡能說明塔西南地區(qū)存在太古宇。阿爾金山的古元古界由阿爾金群組成, 主要是一套花崗質(zhì)片麻巖夾大理巖、角閃片巖的巖石組合。整體來看, 盆地周邊的古元古界由 富 鋁的片巖﹑片麻巖、大理巖和石英巖等區(qū)域變質(zhì)巖組成, 常夾酸性-中酸性火山巖, 構(gòu)成孔茲巖系(張傳林等,2012), 代表了穩(wěn)定的陸棚淺海環(huán)境。

Ⅰ. 庫車坳陷; Ⅱ. 塔北隆起; Ⅲ. 北部坳陷: Ⅲ1. 阿瓦提凹陷; Ⅲ2. 順托果勒凸起; Ⅲ3. 滿加爾凹陷; Ⅲ4. 孔雀河斜坡; Ⅲ5. 英吉蘇凹陷;Ⅳ. 中央隆起帶: Ⅳ1. 巴楚隆起; Ⅳ2. 塔中隆起; Ⅳ3. 塔東隆起; Ⅴ. 西南坳陷: Ⅴ1. 喀什凹陷; Ⅴ2. 莎車凸起; Ⅴ3. 麥蓋提斜坡; Ⅴ4. 和田凹陷; Ⅵ. 塔南隆起; Ⅶ. 東南坳陷; Ⅷ. 柯坪斷隆; Ⅸ. 鐵克里克斷隆。

圖2 塔里木盆地周緣基底露頭地層剖面對(duì)比Fig.2 Stratigraphic comparison of the basement outcrops around the Tarim basin

中元古界在闊克蘇剖面未出露長城系揚(yáng)吉布拉克群, 在其他露頭地層單元內(nèi)出露較全, 變質(zhì)程度達(dá)綠片巖-角閃巖相。在庫魯克塔格地區(qū)的辛格爾一帶, 揚(yáng)吉布拉克群以石英片巖、石英巖和大理巖為主, 厚 3348 m, 上覆的薊縣系愛爾基干群與之整合接觸, 主要為一套大理巖夾薄層砂巖的巖石組合。烏什剖面的阿克蘇群主要由一套灰綠色絹云母石英片巖、石英片巖和綠泥石片巖組成, 變質(zhì)程度達(dá)低溫藍(lán)片巖相, 碎屑鋯石的古老年齡集中在 1940 Ma左右(Zhu et al., 2011), 侵入其中的基性巖墻為 759±9 Ma(鋯石LA-ICPMS U-Pb法, Zhang et al., 2009b),地層中基性片巖的元素地球化學(xué)特征顯示原巖可能是洋殼玄武巖(鄭碧海等, 2008)。鐵克里克剖面長城系塞拉加茲塔格群以細(xì)碧巖、角斑巖為主, 夾白云巖和砂巖薄層, 變質(zhì)程度達(dá)綠片巖相, 上覆薊縣系包括博查特塔格組和蘇瑪蘭組, 博查特塔格組底部為礫巖, 向上由灰?guī)r過渡為白云巖, 蘇瑪蘭組與之整合接觸, 主要為粉砂質(zhì)泥巖與灰?guī)r或泥質(zhì)粉砂巖互層。普魯溝剖面長城系卡羌群下部為黑云斜長片麻巖、黑云角閃片巖夾絹云母石英片巖, 上部為石英巖夾大理巖, 薊縣系流水群以石英巖、大理巖和石英片巖為主, 變質(zhì)程度較高, 可能與地處普魯-阿羌二疊系裂谷有關(guān)。盆地周邊的中元古界以副變質(zhì)巖為主, 普遍含石英巖、大理巖等穩(wěn)定的被動(dòng)大陸邊緣沉積, 反映整體構(gòu)造環(huán)境比較平靜, 但鐵克里克剖面長城系大量中基性火山巖暗示該時(shí)期處于海底拉張環(huán)境。

新元古界青白口系在全區(qū)變質(zhì)程度都不高, 一般達(dá)綠片巖相。闊克蘇剖面帕爾崗塔格群主要由綠泥石千枚巖、長石石英砂巖和長石砂巖組成, 烏什剖面阿克蘇群以各類片巖為主, 鐵克里克剖面蘇庫羅克組向上由灰?guī)r、砂巖過渡為粉砂巖、硅質(zhì)巖、粉砂質(zhì)泥巖, 水平層理發(fā)育, 于田普魯溝剖面絲路巖群主要由灰?guī)r、白云巖夾云母片巖構(gòu)成。整體上看, 該時(shí)期以陸源碎屑沉積為主, 不穩(wěn)定碎屑成分明顯增多, 盆地北緣較南緣構(gòu)造環(huán)境相對(duì)活動(dòng)。

1.2 基底構(gòu)造熱事件演化序列

塔里木盆地何時(shí)形成統(tǒng)一的古老陸殼基底是探討塔里木盆地基底組成區(qū)域差異性的關(guān)鍵問題(Zhang et al., 2011)。近20年來, 國內(nèi)外學(xué)者對(duì)盆地周緣造山系的基底巖石開展了大量研究工作, 積累了一批詳實(shí)可靠的同位素測(cè)年數(shù)據(jù)(圖3)。這些年代學(xué)數(shù)據(jù)基本覆蓋了盆地周邊的各主要巖體, 數(shù)據(jù)整體上主要分為兩段, 即2.8~1.6 Ga和1.4~0.6 Ga, 在1.6~1.4 Ga期間基本無熱事件數(shù)據(jù)。

但是各露頭地層單元之間的前寒武紀(jì)熱事件也有較大差異: 庫魯克塔格地區(qū)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 四期熱事件; 柯坪-阿克蘇地區(qū)僅有 1.0~0.75 Ga和 0.75~0.54 Ga兩期可靠的熱事件; 阿爾金地區(qū)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四期熱事件; 西昆侖地區(qū)同位素年齡連續(xù)性較好, 熱事件跨時(shí)長, 存在2.4~1.6 Ga、1.4~0.75 Ga和0.75~0.54 Ga四期熱事件。

托格雜巖主要由TTG巖系組成, 其中斜長角閃巖包體原巖為大陸拉斑玄武巖(胡靄琴等, 2001), 同位素年齡反映庫魯克塔格地區(qū)可能在3.2~2.5 Ga期間仍存在陸殼垂向生長并發(fā)生克拉通化(張傳林等,2012), 形成高級(jí)區(qū)與綠巖帶的分異, 阿爾金東段這一過程可能早在3.6 Ga就已開始。2.4~1.6 Ga期間的構(gòu)造熱事件除柯坪-阿克蘇地區(qū)以外記錄都較全面, 并且在盆地南緣明顯比北緣表現(xiàn)強(qiáng)烈, 目前一般認(rèn)為Columbia超大陸是2.1~1.8 Ga期間由太古宙克拉通匯聚而成的一個(gè)古元古代超大陸(Rogers and Santosh, 2002; Zhao et al., 2004)。因此, 2.4~2.1 Ga期間的構(gòu)造熱事件可能響應(yīng)了古老克拉通的裂解,如興地、阿克塔什塔格等地該時(shí)期侵入的輝長巖墻、輝綠巖脈(鄧興梁等, 2008; 陸松年和袁桂邦, 2003),以及葉城縣阿克孜鄉(xiāng)發(fā)育的A型花崗巖(Zhang et al.,2007)。區(qū)內(nèi)的興地運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于 2.1~1.8 Ga期間Columbia超大陸的匯聚, 在塔東南阿克塔什塔格地區(qū)殼源深熔形成的火成碳酸巖、石英閃長巖以及鉀質(zhì)混合巖化記錄了該期造山事件(辛后田等, 2011),角閃巖相變質(zhì)形成全盆地統(tǒng)一的結(jié)晶基底。

數(shù)據(jù)來源: 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; 許志琴等, 2006b; 賈承造, 2004; 車自成和孫勇, 1996; 王超等, 2009; 王超, 2012;鄧興梁等, 2008; 馮新昌等, 1998; 高振家, 1993; 胡靄琴等, 1993, 1997, 2001;胡靄琴和韋剛健, 2006; 郭召杰等, 2003; 辛后田等, 2011, 2012;唐卓等, 2011; 梅華林等, 1998; 陸松年和袁桂邦, 2003; 李惠民等, 2001; 張傳林等, 2003, 2004, 2007, 2012; 羅金海等, 2009; 肖愛芳和黎敦朋,2010。

隨后的1.8~1.6 Ga熱事件可能暗示開始進(jìn)入后造山階段演化及古大陸的逐步裂解, 塔西南地區(qū)的長城系細(xì)碧角斑巖組合正是這一裂解事件的響應(yīng),全區(qū)在這一開合旋回中以穩(wěn)定的陸表海沉積為主,構(gòu)造環(huán)境南強(qiáng)北弱。大約1.3~1.2 Ga前Columbia超大陸全面裂解(Hou et al., 2008), 僅塔里木盆地南緣對(duì)此有所記錄。古地磁研究表明, 1.15~0.75 Ga期間全球各克拉通再次匯聚形成 Rodinian超大陸(Li et al., 2008), 柯坪地區(qū)阿克蘇群藍(lán)片巖和阿爾金地區(qū)榴輝巖的高壓變質(zhì)作用均是對(duì)Grenville造山事件的響應(yīng), 研究區(qū)大面積隆升, 以陸源碎屑沉積為主,構(gòu)造環(huán)境北強(qiáng)南弱。此后于0.75 Ga至寒武紀(jì)期間,在 Rodinian超級(jí)地幔柱活動(dòng)控制下, 全區(qū)陸殼相繼裂解, 在興地、庫爾勒、柯坪、拉配泉、全集、庫地、皮山等地均有該時(shí)期的基性巖墻或雙峰式火山巖發(fā)育(Zhang et al., 2006, 2007; Zhu et al., 2008; Lu et al., 2008; 賈承造, 2004; 陸松年和袁桂邦, 2003),塔里木陸塊周緣出現(xiàn)多個(gè)邊緣裂陷, 一般經(jīng)歷快速的填平補(bǔ)齊后就此夭折, 另一部分在早古生代持續(xù)擴(kuò)張, 演化成為古天山洋和古昆侖洋等寬廣洋盆。

從盆地內(nèi)露頭和鉆井資料看(表1), 塔北隆起可能主要由烏什剖面出露的阿克蘇群片巖組成直接基底, 年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示阿克蘇群片巖之下應(yīng)該還存在古元古界結(jié)晶基底(鄔光輝等, 2009; 謝大慶等,2013), 二者構(gòu)成雙層基底結(jié)構(gòu)。震旦紀(jì)期間在庫車一帶還發(fā)生過中酸性巖漿侵入, 可能與該時(shí)期基性巖漿底侵有關(guān)(何登發(fā)等, 2011)。塔參1井揭示塔中隆起基底可能為青白口系花崗巖、閃長巖組成, 巖漿來源與Grenville造山事件有關(guān)(李曰俊等, 2003)。塔東 2井暗示塔東隆起基底為早元古代侵位的花崗巖體, 另外, 瓦基里格超基性雜巖的出露說明巴楚隆起基底在青白口紀(jì)末期就可能已開始裂解(宋文杰等, 2003)。

表1 塔里木盆地前寒武紀(jì)同位素年齡統(tǒng)計(jì)Table 1 Isotopic ages of the Precambrian units in the south Tarim basin

2 盆地內(nèi)前寒武系基底的鉆井揭示

目前盆地內(nèi)揭示前寒武系基底的鉆井有十余口,

主要分布在古隆起上。圖 4是過巴楚隆起的南北向連井剖面, 從圖中看, MB1井基底由黑云鉀長片麻巖(古元古界?)組成, 缺失震旦系, 而南北兩側(cè)均鉆遇震旦系。南側(cè)的MC1井揭示加里東期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成石炭系與震旦系綠片巖系之間的不整合接觸, 這套淺變質(zhì)巖與鐵克里克地區(qū)震旦系巖性類似, 原巖主要為濱海-陸棚相沉積。北側(cè)的 BT5井震旦系主要由雜亂堆積的角礫巖組成, 可能是近源的冰磧巖沉積, 向北至F1井、T1井一帶由巨厚基性火山巖過渡為砂泥巖與輝綠巖、凝灰?guī)r交互沉積, 反映MB1井、BT5井一帶存在古元古界或更古老的結(jié)晶基底, F1井、T1井以北的阿瓦提坳陷在震旦紀(jì)就已裂陷接受沉積, 塔西南緣與鐵克里克地區(qū)基底組成可能一致, 均存在長城系, 乃至更古老的地層。

圖4 T1-F1-BT5-MB1-MC1基底地層連井剖面Fig.4 Comparison of well-loggings of the basement from T1-F1-BT5-MB1-MC1

圖5 XH1-H4-TC1-TD2-TD1基底地層連井剖面對(duì)比Fig.5 Comparison of well-loggings of the basement from XH1-H4-TC1-TD2-TD1

圖5是橫穿塔北隆起、塔中隆起和塔東隆起的連井剖面, 反映盆地前寒武系基底在南北向和東西向上均有明顯的變化。XH1井揭示塔北隆起震旦系白云巖不整合于古元古界變砂巖和花崗片麻巖之上,未鉆遇烏什剖面出露的阿克蘇群片巖, 說明塔北隆起在震旦紀(jì)以前可能長期處于剝蝕狀態(tài), 阿克蘇群片巖之下可能還發(fā)育古元古界結(jié)晶基底。TC1井暗示塔中隆起基底可能以新元古代的中酸性巖漿巖為主, 目前還不能確定該巖體的規(guī)模以及圍巖的地層時(shí)代。TD2井和TD1井均位于塔東隆起上, TD2井缺失震旦系, 與玉爾吐斯組同時(shí)期沉積的西山布拉克組泥灰?guī)r、泥巖和泥質(zhì)白云巖組合超覆于古元古界變花崗巖基底之上, 東側(cè)的TD1井發(fā)育上震旦統(tǒng)白云巖, 白云巖之下可能也為古元古界變花崗巖體。H4井位于塔北隆起和塔中隆起之間, 前寒武系與鄰近的F1井較為類似, 均為玉爾吐斯組超覆于震旦系厚層玄武巖之上, 暗示阿瓦提-滿加爾坳陷帶基底可能由震旦系基性巖組成。

因此, 從鉆井結(jié)果來看, 盆地內(nèi)古元古界結(jié)晶基底在塔北隆起、巴楚隆起和塔東隆起均有分布,彼此巖性有較大差異, 在北部隆起與中央隆起帶之間, 廣泛發(fā)育與陸塊裂解有關(guān)的震旦系巨厚基性巖,一般上覆碎屑巖沉積。結(jié)合露頭資料看, 基底巖性可能具有連片分布的特點(diǎn), 但是不同時(shí)期巖漿侵入過程導(dǎo)致了基底組成的復(fù)雜性。

3 基底組成的航磁異常特征

化極處理后的航磁異常顯示盆地沿北緯 40°存在近東西向的正異常帶, 盆地北部為變化平緩的負(fù)異常區(qū), 盆地南部以 NEE向正異常為主, 并伴有基本同向延伸的負(fù)異常帶, 巴楚隆起位于較寬緩的正異常背景之上, 盆地東南緣和庫魯克塔格地區(qū)以NE向葫蘆狀的正負(fù)異常相間為主, 存在強(qiáng)烈的磁異常變化帶。中央高航磁異常帶的構(gòu)造屬性是認(rèn)識(shí)基底組成以及南北構(gòu)造演化差異的一個(gè)重要問題,露頭及鉆井巖漿巖特征顯示其可能是南北塔里木塊體晉寧期拼貼縫合的反映(郭召杰等, 2000; 吳根耀等, 2006; 許志琴等, 2001)。塔北負(fù)異常區(qū)可能與基底中廣泛分布的阿克蘇群片巖有關(guān)(鄔光輝等, 2012),塔南正負(fù)相間異常帶可能是古元古代裂谷演化的結(jié)果(許炳如, 1997)。

區(qū)域磁場異常不僅與磁源體的埋深有關(guān), 還和極性有關(guān)。磁源體結(jié)構(gòu)可以通過計(jì)算磁源體的埋藏深度, 并與地震剖面對(duì)比加以識(shí)別, 從而對(duì)磁源體所屬層位進(jìn)行標(biāo)定。楊文采等(2012)用三維歐拉反褶積方法計(jì)算磁源體埋藏深度, 將全盆所有磁異常按埋藏深度進(jìn)行分類, 建立了盆地的磁源體結(jié)構(gòu)模型(圖 6)?？梢钥闯? 隨埋深加大磁源體逐漸增多, 主要分布在10~20 km范圍內(nèi), 說明基底存在強(qiáng)烈的非均一性。盆地及周邊露頭不同巖性磁化率結(jié)果顯示(丁道桂, 1996), 二疊系玄武巖、上震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組基性巖和塔西南長城系細(xì)碧角斑巖組合的磁化率最高, 在(1738.6~4571.8)×10–5SI 之間, 其次為太古宇 TTG 巖系, 大約在(377~754)×10–5SI, 阿克蘇群綠片巖系磁化率最低, 一般小于25.1×10–5SI。

5 km以內(nèi)的異常點(diǎn)主要分布在盆地周緣, 以及巴楚隆起西北緣, 主要與晉寧期裂谷火山巖和早古生代侵位的構(gòu)造混雜巖有關(guān)。5~10 km深度的異常點(diǎn)與淺部有較好對(duì)應(yīng), 在古隆起帶一般都揭示了基底, 鉆井顯示東南隆起基底主要由下古生界淺變質(zhì)巖組成, 與阿爾金露頭區(qū)一致, 磁源體可能為早古生代蛇綠混雜巖。鐵克里克隆起露頭區(qū)可見長城系細(xì)碧角斑巖組合與晉寧期超基性侵入巖, 暗示這些鐵鎂質(zhì)巖體可能構(gòu)成塔西南山前地區(qū)基底的航磁正異常。塔西南坳陷帶僅有少數(shù)磁源體呈NE向展布,可能是二疊系玄武巖及相關(guān)熱液流體沿加里東末期-海西早期形成的 NE向走滑斷裂侵入所致。巴楚隆起是盆地內(nèi)正異常最顯著的地區(qū), 基底的鉆井揭示也很復(fù)雜, 存在二疊系玄武巖、震旦系玄武巖和古元古界黑云鉀長片麻巖等含鐵量較高的巖石類型,其中二疊系玄武巖和震旦系蘇蓋特布拉克組玄武巖、輝綠巖在整個(gè)柯坪、巴楚和塔北地區(qū)的露頭都有厚層發(fā)育, 直接造成強(qiáng)烈的區(qū)域正異常。在滿加爾坳陷內(nèi)還可見NNE向線狀展布的少量磁源體, 在該深度層的地震剖面上也識(shí)別出二疊系玄武巖(何碧竹等, 2011), 可能反映了二疊系基性巖漿沿 NNE向走滑斷裂的侵入?？兹负有逼乱粠б惨娸^多磁源體沿興地?cái)嗔逊植? 可能代表了南華紀(jì)裂陷早期發(fā)育的基性巖墻和雙峰式火山巖。阿瓦提-滿加爾坳陷在該深度范圍內(nèi)還未見基底, 故主要表現(xiàn)為磁源體空白區(qū)。

10 km以下空白區(qū)面積急劇減小, 磁源體分布相對(duì)均勻。麥蓋提斜坡磁源體密度增大, 除少量與NE向侵入的二疊系玄武巖有關(guān)外, 大部分表現(xiàn)為基底的寬緩異常。巴楚隆起深部磁源體減少, 可能反映了厚層玄武巖下伏的黑云鉀長片麻巖基底。滿加爾-阿瓦提坳陷磁源體逐漸增多, 說明該深度層逼近坳陷部位的基底, 基底可能分布有大量的南華系-震旦系基性巖墻或噴發(fā)巖, 形成緯向分布的中央航磁異常帶。15~20 km深度的磁源體在盆地內(nèi)分布十分均勻, 暗示盆地內(nèi)可能存在統(tǒng)一分布的古元古界結(jié)晶基底。

圖6 塔里木盆地磁源體埋深圖(據(jù)楊文采等, 2012修改, 構(gòu)造單元名稱見圖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

顯生宙多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在盆地內(nèi)形成多個(gè)層序界面, T90(玉爾吐斯組底界)及以上界面反射系數(shù)較大, 一般可達(dá) 10%~30%, 震旦系與結(jié)晶基底反射系數(shù)較小, 一般僅1%~3%, 且多見不連續(xù)的散射波場,散射的幅度和分布樣式與巖塊組構(gòu)相關(guān)(于常青等,2012)。如前所述, 盆地內(nèi)結(jié)晶基底主要由角閃片麻巖、斜長角閃巖和麻粒巖組成, 變質(zhì)基底巖性主要包括黑云斜長片麻巖、各類片巖、大理巖和石英巖等, 南華系-震旦系以火山巖、碎屑巖為主, 基底被不同時(shí)期巖漿活動(dòng), 尤其是長城紀(jì)、震旦紀(jì)和二疊紀(jì)的基性火山巖。變質(zhì)結(jié)晶巖系和巖漿巖類在密度與縱波速度上相差無幾, 但具有不同的反射特性。正片麻巖、麻粒巖與花崗巖體類似, 一般只能引起彌漫狀的弱散射, 但是副片麻巖、片巖類由于沉積時(shí)巖性組成及構(gòu)造層理方面的繼承性, 本身具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性, 可能引起地震強(qiáng)反射。

星火1井揭示塔北隆起構(gòu)造高部位震旦系直接覆蓋在二云母鉀長片麻巖組成的結(jié)晶基底之上, 一般認(rèn)為該類片麻巖屬副片麻巖類, 地震剖面上以斷續(xù)的骨片狀反射為主(圖 7a)。但是在塔深 1井所處的北部隆起帶的南斜坡, 中奧陶統(tǒng)一間房組及以下地層保存完整, 可見 Td以下反射界面連續(xù), 振幅較強(qiáng), 產(chǎn)狀平緩, 多組平行, 說明基底由變質(zhì)程度淺的阿克蘇群片巖組成, 向深部反射突然弱化, 暗示基底可能具雙層結(jié)構(gòu), 即存在古元古界結(jié)晶基底,北部的隆起高部位基底反射逐漸弱化, 可能是結(jié)晶基底出露較淺的反映(圖7b)。

塔中隆起缺失玉爾吐斯組, 下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組超覆于古隆起之上, 中 4井位于塔中隆起東南斜坡, 基底地震反射特征表現(xiàn)為均勻的骨片狀, 未見鄰近塔參 1井與花崗巖有關(guān)的空白、雜亂反射特征, 暗示塔中古隆起可能主要由副片麻巖基底組成,青白口系花崗巖分布有限(圖 7c)。瑪北 1井鉆穿寒武系后直接揭示了黑云鉀長片麻巖組成的基底, 在地震剖面上這種副片麻巖具有典型的不連續(xù)骨片狀反射特征, 成層性較好(圖 7d), 在巴楚隆起和麥蓋提斜坡一帶有穩(wěn)定的展布。

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

位于塔東隆起上的塔東2井揭示下寒武統(tǒng)源巖超覆于古元古界蝕變花崗巖之上, 基底的反射特征表現(xiàn)為弱且均勻分布的散射波場(圖 7e), 不見隱含的層狀, 與上述各種副片麻巖、片巖的反射特征有較大區(qū)別, 應(yīng)該是古老花崗巖體, 也可能是麻粒巖、混合巖之類, 結(jié)合航磁異常能得到較好的判識(shí)。玄武巖和基性巖墻在基底中侵位十分普遍, 一般呈現(xiàn)出錐狀或秤砣狀向下拓寬的形態(tài), 從下地殼上侵的玄武巖漿似乎不是“擠入”, 而是“充填進(jìn)入”上地殼結(jié)晶基底中(于常青等, 2012), 方1井揭示基底表層為100 m左右的震旦系玄武巖, 下伏100 m左右的輝長巖墻, 說明基性巖漿可能沿?cái)嗔焉仙恋乇硇纬梢缌餍鋷r, 在地震剖面上可見玄武巖呈不連續(xù)的層狀反射(圖 7f), 基底內(nèi)發(fā)育很多 X型交叉的斷裂, 斷裂呈空白、弱反射特征, 可能被基性巖漿充填,基底表現(xiàn)為連續(xù)的似層狀反射, 反射系數(shù)很高與地震品質(zhì)有關(guān), 從相鄰的瑪北 1井、巴探 5井鉆井結(jié)果看, 基底并非阿克蘇群, 而應(yīng)該是古元古界黑云鉀長片麻巖的結(jié)晶基底。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

大型沉積盆地的變質(zhì)基底往往是不均勻的, 通過鉆井標(biāo)定及航磁與地震異常體的追蹤對(duì)塔里木盆地基底巖性組成進(jìn)行綜合識(shí)別, 結(jié)果如圖 8所示。整體上看, 塔南地區(qū)基底為古元古界副片麻巖類,具有寬緩的低正航磁異常特征, 在地震剖面上表現(xiàn)為成層的不連續(xù)骨片狀反射。塔北地區(qū)基底以中新元古界阿克蘇片巖類為主, 變質(zhì)程度不高, 航磁圖上具有寬緩的負(fù)異常特征, 地震反射特征為連續(xù)層狀的強(qiáng)反射, 與星火 1井鉆遇的古元古界副片麻巖組成雙層基底。塔東隆起及東南隆起帶基底組成可能主要為太古界(-古元古界?)基性麻粒巖和混合巖類, 航磁特征以陡變的中高異常為主, 地震剖面上呈明顯的均勻分布的雜亂狀反射特征。

多期巖漿活動(dòng)導(dǎo)致基底組成分布更加復(fù)雜, 塔東隆起鉆遇的古元古界蝕變花崗巖體造成區(qū)域正異常背景下的負(fù)異常, 在地震剖面上形成局部的空白反射特征, 塔中隆起鉆遇的青白口系花崗巖也具有類似特征。南華系-震旦系玄武巖在盆地周邊及內(nèi)部十分發(fā)育, 在巴楚、柯坪地區(qū)和塔北隆起一帶都有良好的揭示, 該期巖漿活動(dòng)與盆地顯生宙早期的張裂過程密切相關(guān), 因此, 北部坳陷內(nèi)的航磁正異常帶可能與之對(duì)應(yīng)。二疊系基性巖墻群是導(dǎo)致區(qū)域航磁高異常的另一個(gè)重要原因, 在鉆井中多有揭示,主要分布在盆地的中西部, 一般受控于 NE向走滑,因此, 塔南地區(qū)的 NE向高航磁異常帶可能反映的是基底中侵入的基性巖墻群。

圖8 塔里木盆地基底組成分布模式圖Fig.8 Distribution of the basement units in the Tarim basin

致謝: 中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心張傳林研究員和南京大學(xué)朱文斌教授在評(píng)審過程中, 提出了寶貴的修改意見, 作者在此表示衷心的感謝！

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