阿爾金斷裂帶新生代活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中的響應(yīng)*

潘家偉 李海兵＊＊ 孫知明 劉棟梁 吳嬋 于常青

PAN JiaWei1，LI HaiBing1＊＊，SUN ZhiMing2，LIU DongLiang1，WU Chan1 and YU ChangQing1

1. 大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

1. State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics，Institute of Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China

2. Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China

2015-06-15 收稿，2015-09-07 改回.

1 引言

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部(圖1)，是青藏高原內(nèi)部最大的、沉積巨厚的山間盆地，同時(shí)也是我國(guó)西部一個(gè)大型的中、新生代陸相含油氣盆地。盆地內(nèi)巨厚的新生代沉積地層及構(gòu)造變形不僅記錄了印度/歐亞板塊碰撞以來(lái)青藏高原，特別是高原北部隆升、擴(kuò)展的信息(Harrison et al.，1992;Yin and Harrison，2000;Tapponnier et al.，2001;尹安等，2007;Royden et al.，2008)，而且還蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)、油氣資源，因此一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一。多年來(lái)國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家和石油工作者利用多種不同的方法，從不同角度對(duì)柴達(dá)木盆地的沉積、構(gòu)造等方面的特征進(jìn)行了研究，已經(jīng)在柴達(dá)木盆地的深部結(jié)構(gòu)(Jiang et al.，2006;Zhao et al.，2006;Shi et al.，2009)、成盆演化模式及過(guò)程(Bally et al.，1986;Burchfiel et al.，1989;Métivier et al.，1998;Meyer et al.，1998;Tapponnier et al.，2001;Sobel et al.，2003;Yin et al.，2007，2008a，b)、盆地內(nèi)新生代地層磁性年代序列(Sun et al.，2005;Fang et al.，2007;Lu and Xiong，2009;Zhang et al.，2013)等方面取得了許多重要進(jìn)展。

柴達(dá)木盆地周緣分別被祁連山、東昆侖山和阿爾金山所圍限(圖1)，具有特殊的盆山構(gòu)造格局和巖石圈板塊地球動(dòng)力學(xué)背景。作為柴達(dá)木盆地的西北邊界，阿爾金斷裂帶是亞洲大陸內(nèi)部一條巨型左旋走滑斷裂帶，它切割了青藏高原北部的不同構(gòu)造單元，控制了高原北部的幾何學(xué)特征及基本的構(gòu)造格架，對(duì)調(diào)節(jié)印度/歐亞大陸碰撞作用產(chǎn)生的構(gòu)造變形起著重要作用(Avouac and Tapponnier，1993;Tapponnier et al.，2001;Yin et al.，2002;李海兵等，2006)。新生代以來(lái)阿爾金斷裂帶發(fā)生多期次的走滑運(yùn)動(dòng)，并且在走滑過(guò)程中伴隨著強(qiáng)烈的隆升作用(李海兵等，2006)。柴達(dá)木盆地是由于新生代阿爾金斷裂左行走滑運(yùn)動(dòng)和阿爾金山的隆升而被關(guān)閉的新生代沉積盆地(Yin et al.，2002)。劉和甫等(2004)認(rèn)為柴達(dá)木盆地是一個(gè)由于阿爾金斷裂系的走滑擠壓運(yùn)動(dòng)而形成的走滑擠壓盆地，或稱為走滑前陸盆地。很明顯，阿爾金斷裂新生代以來(lái)的走滑運(yùn)動(dòng)及其伴隨的隆升作用必然會(huì)在柴達(dá)木盆地中形成沉積、構(gòu)造以及地貌上的響應(yīng)，并進(jìn)一步影響到盆地中油氣的運(yùn)移和聚集成藏。然而，阿爾金斷裂帶新生代活動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地構(gòu)造發(fā)育演化的影響仍缺乏系統(tǒng)的研究。

圖1 柴達(dá)木盆地及其周緣地貌、構(gòu)造簡(jiǎn)圖右上框圖a 示柴達(dá)木盆地在青藏高原的位置;圖b 中2 條黃色直線分別指示圖6(剖面1)和圖7(剖面2)兩條地震反射剖面的位置;白色虛線框指示圖2、圖3 和圖5 位置Fig.1 Geomorphological and tectonic map of the Qaidam basin and its adjacent area

圖2 柴達(dá)木盆地西北部地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a，據(jù)中國(guó)石油青海油田分公司，2006①中國(guó)石油青海油田分公司，中國(guó)石油大學(xué)(北京). 2006. 柴達(dá)木盆地地質(zhì)圖(1∶100 萬(wàn))(草圖)修改)及NW-SE 向穿過(guò)阿爾金斷裂-柴達(dá)木盆地的構(gòu)造示意剖面圖(b)Fig.2 Geological map of the Northwestern Qaidam basin (a)and schematic geological section crossing the Altyn Tagh fault and the Qaidam basin (b)

本文在前人研究基礎(chǔ)上，通過(guò)地表衛(wèi)星影像解譯、深部地球物理資料分析，結(jié)合已有的新生代地層沉積學(xué)和磁性地層年代學(xué)資料，對(duì)阿爾金斷裂新生代不同期次構(gòu)造活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中的構(gòu)造-沉積響應(yīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

2 地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部盆嶺構(gòu)造域，其由一系列斷裂和相關(guān)的山脈與周邊盆地組成特殊的“盆山”體系(圖1、圖2)。盆地東西長(zhǎng)850km，南北寬150 ～300km，面積約12萬(wàn)平方千米，總體呈三角形夾持在祁連山、東昆侖-祁曼塔格山以及阿爾金山之間，平均海拔高達(dá)3000m。柴達(dá)木盆地的形成演化受祁連山構(gòu)造帶、阿爾金構(gòu)造帶和東昆侖構(gòu)造帶的共同控制，盆地中沉積了巨厚的中、新生代地層，尤其是新生代地層最厚達(dá)～12000m。新生代以來(lái)柴達(dá)木盆地一直是一個(gè)大型陸內(nèi)坳陷，并沒(méi)有前陸盆地發(fā)育，沉積中心一直位于其中軸線上，并存在自西向東的遷移(Yin et al.，2008b)。新生代沉積地層在盆地中央及南部東昆侖山-祁曼塔格山前一帶覆蓋嚴(yán)重，在北緣和西緣則出露較好(圖2)，自下而上可劃分為路樂(lè)河組(E1-2)、下干柴溝組(E3)、上干柴溝組(N1)、下油砂山組(N21)、上油砂山組(N22)、獅子溝組(N23)和七個(gè)泉組(Q1-2)(表1)。路樂(lè)河組為一套洪泛-河流相紅色粗碎屑巖系，巖性以棕褐色、紫灰色礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖為主，夾棕褐色、棕紅色砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖;下干柴溝組可分為上下兩段，其中下段(E31)為一套洪泛-河流相紅色粗碎屑巖系，巖性以棕紅色砂礫巖、泥巖為主;上段(E32)為一套湖泊相細(xì)粒碎屑巖系，巖性在西部坳陷區(qū)以灰色、深灰色泥巖、鈣質(zhì)泥巖和碳酸巖為主，在北緣塊斷帶和東部坳陷區(qū)以棕紅色、灰綠色泥巖為主;上干柴溝組在柴西南區(qū)巖性自下而上變粗變紅，在柴西北區(qū)自下而上變灰變細(xì)，北緣和東部則都是黃綠、灰綠色、灰色的砂質(zhì)巖和棕紅色泥質(zhì)巖的不等厚互層;下油砂山組在盆地邊緣較粗，以棕灰色、灰色礫巖、礫狀砂巖為主，在盆地中心巖性較細(xì)，以灰色、深灰色泥巖、鈣質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖為主;上油砂山組較下油砂山組巖性更粗，在盆地邊緣一般以灰色厚層狀礫巖為主，夾淺綠黃色砂巖及淺棕紅色泥質(zhì)巖，至盆地中心巖性變細(xì)，并含有少量膏鹽;獅子溝組與上油砂山組巖性類似，只是膏鹽層增多;七個(gè)泉組巖性以淺棕灰、淺灰、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，夾同色粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，以及一定量的炭質(zhì)泥巖。各組之間在盆地內(nèi)部多呈整合接觸，在邊緣地區(qū)則存在地區(qū)性的角度不整合面。由于柴達(dá)木盆地地層劃分方案幾經(jīng)變動(dòng)，但地層符號(hào)仍按原來(lái)習(xí)慣，故目前所用的地層符號(hào)已不具嚴(yán)格年代地層含義(周建勛等，2003)。

由于柴達(dá)木盆地新生代沉積物中斷代化石極為稀少，又缺少可精確測(cè)年的理想對(duì)象，這導(dǎo)致柴達(dá)木盆地新生代地層的時(shí)代歸屬長(zhǎng)期難以形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，在一定程度上限制了人們對(duì)柴達(dá)木盆地形成機(jī)制和演化過(guò)程的正確認(rèn)識(shí)。而近年來(lái)在柴達(dá)木盆地內(nèi)不同剖面上開(kāi)展的一系列高精度磁性地層年代學(xué)研究獲得了盆地內(nèi)不同時(shí)代地層的精確年齡(楊藩等，1992;Sun et al.，2005;張偉林，2006;Fang et al.，2007;Lu and Xiong，2009;Zhang et al.，2013)。綜合上述不同剖面的磁性地層研究新結(jié)果，我們獲得了柴達(dá)木盆地最新的新生代地層年代學(xué)簡(jiǎn)表(表1)，其中七個(gè)泉組為2.6 ～0Ma，獅子溝組為8.2 ～2.6Ma，上油砂山組為14.9 ～8.2Ma，下油砂山組為22 ～15Ma，上干柴溝組為35.5 ～22Ma，下干柴溝組為52.3 ～35.5Ma，路樂(lè)河組為ca. 65 ～52.3Ma。這些磁性地層研究結(jié)果為柴達(dá)木盆地新生代地層的年代學(xué)提供了精確控制，同時(shí)為厘定柴達(dá)木盆地不同地層單元中生長(zhǎng)地層的形成時(shí)間，以及盆地中不同構(gòu)造帶新生代的形成演化序列提供了可靠的年代學(xué)制約。

3 阿爾金斷裂活動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地影響的證據(jù)

3.1 衛(wèi)星影像反映的地表變形特征

對(duì)衛(wèi)星影像資料的解譯結(jié)合野外考察結(jié)果顯示在柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金斷裂帶中段索爾庫(kù)里盆地附近，主斷裂南側(cè)發(fā)育數(shù)排由阿爾金斷裂向柴達(dá)木盆地逆沖的分支斷裂(圖3a)，此外在盆地內(nèi)部月牙山紅石包東側(cè)還存在與阿爾金主斷裂同為左旋走滑性質(zhì)的斷層，在紅三旱褶皺構(gòu)造帶北側(cè)的山脈也發(fā)育數(shù)條與阿爾金主斷裂斜交的走滑或逆沖性質(zhì)的分支(圖3a)。紅三旱東側(cè)，鄂博梁褶皺構(gòu)造帶以北，同樣可以見(jiàn)到阿爾金斷裂的走滑分支逐漸向盆地內(nèi)彎曲，轉(zhuǎn)化成褶皺前緣的逆沖斷裂，表明柴達(dá)木盆地北部這些褶皺構(gòu)造的變形均受阿爾金斷裂走滑作用的影響和控制。在剖面上，這些逆沖分支斷裂與阿爾金主斷裂組合成花狀構(gòu)造樣式，呈疊瓦狀由NNW(阿爾金山)向SSE(柴達(dá)木盆地)逆沖(圖3b)，這必然會(huì)在柴達(dá)木盆地西北部造成NW-SE 向的擠壓作用，進(jìn)而影響到盆地新生代構(gòu)造變形和演化。

表1 柴達(dá)木盆地新生代地層年代表Table 1 Cenozoic strata and their ages in the Qaidam basin

柴達(dá)木盆地西北部紅三旱褶皺構(gòu)造帶的高精度衛(wèi)星影像顯示該構(gòu)造帶呈蛇形彎曲(圖4a)，地質(zhì)圖(圖2a)上顯示其地層均傾向SW，可能為單斜地層，但是事實(shí)上，這是一個(gè)非常緊閉的不對(duì)稱的干涉疊加褶皺(圖4b)，早期褶皺SW 翼出露寬，NE 翼出露很窄，并且部分地層已經(jīng)發(fā)生了倒轉(zhuǎn)。這種明顯不對(duì)稱的褶皺結(jié)構(gòu)指示該構(gòu)造帶深部存在由SW 向NE 的逆沖。該背斜帶總體走向呈NWW-SEE，如果未經(jīng)歷后期構(gòu)造作用疊加的話，褶皺軸應(yīng)該呈平直狀或單向弧形彎曲，但我們現(xiàn)在看到的該背斜帶形態(tài)明顯呈波狀彎曲，這表明紅三旱構(gòu)造帶是由NW-SE 向的褶皺和NE-SW 向的褶皺疊加而成的干涉疊加褶皺。兩期褶皺的軸跡分別為F1 和F2(圖4b)。F1 走向NW-SE，F(xiàn)2 走向NE-SW，兩者近直交。很明顯它們是在不同時(shí)期的不同方向應(yīng)力作用下形成的，其中早期在NE-SW 向擠壓作用下形成的NW-SE 向褶皺F1 是主要構(gòu)造，它是在印度/歐亞板塊碰撞作用下青藏高原隆升并向北東擴(kuò)展過(guò)程的響應(yīng)。而晚期在NW-SE 向擠壓作用下形成的NE-SW 向褶皺F2 則明顯受到阿爾金斷裂的控制，是阿爾金斷裂新生代走滑作用在柴達(dá)木盆地的響應(yīng)。

圖3 柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金斷裂帶中段索爾庫(kù)里地區(qū)Landsat 衛(wèi)星影像(a)及阿爾金-柴達(dá)木盆山結(jié)合帶構(gòu)造剖面圖(b，據(jù)李海兵等，2006 修改)1-全新統(tǒng);2-更新統(tǒng);3-獅子溝組;4-上油砂山組;5-下油砂山組;6-上干柴溝組;7-下干柴溝組;8-侏羅系;9-元古屆;10-糜棱巖帶;灰色箭頭指示塊體垂向擠出方向;圖a 中虛線方框指示圖4 和圖9a 位置Fig.3 Landsat image of the Suoerkuli region in the central segment of the Altyn Tagh fault，northwestern boundary of the Qaidam basin (a)，and structural section cross the fault and basin (b，modified after Li et al.，2006)

紅三旱褶皺構(gòu)造帶南西側(cè)的尖頂山-黑梁子褶皺構(gòu)造帶的地表形態(tài)特征與前者類似，但構(gòu)造變形強(qiáng)度相對(duì)較弱。從衛(wèi)星影像(圖5)上看，褶皺形態(tài)呈豆莢狀，兩翼也具有不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，NE 翼出露略窄而SW 翼相對(duì)較寬，是變形復(fù)雜的斷背斜。褶皺軸總體呈NW-SE 走向，但同時(shí)明顯表現(xiàn)出“S”形彎曲，這表明該褶皺帶也經(jīng)歷后期NW-SE 向應(yīng)力的改造。根據(jù)地表褶皺形態(tài)特征顯示尖頂山-黑梁子褶皺帶與紅三旱褶皺構(gòu)造帶所受的應(yīng)力一樣，都受到早期NE-SW 向擠壓應(yīng)力和晚期NW-SE 向擠壓應(yīng)力的作用，只是晚期的擠壓應(yīng)力對(duì)該褶皺帶的作用可能弱于紅三旱褶皺構(gòu)造帶。因此，尖頂山-黑梁子褶皺帶也是一個(gè)不對(duì)稱的干涉疊加褶皺，其后期NW-SE 方向的擠壓作用同樣指示了阿爾金斷裂帶走滑與隆升作用對(duì)柴達(dá)木盆地的影響。

3.2 深部地震反射剖面證據(jù)

衛(wèi)星影像資料反映的是出露地表的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)特征，而隱伏于地下的深部構(gòu)造特征則需要依靠對(duì)地球物理資料的分析和解釋。我們選擇了兩條NW-SE 向(近垂直于阿爾金斷裂帶)橫穿柴達(dá)木盆地的地震反射剖面(圖6、圖7)進(jìn)行重新解釋，以尋找阿爾金斷裂帶新生代構(gòu)造活動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地影響的深部證據(jù)。

圖4 柴西紅三旱褶皺構(gòu)造帶衛(wèi)星影像(a)及地質(zhì)解譯(b)Pt-元古界;E3-下干柴溝組;N1-上干柴溝組;N21-下油砂山組;Q-第四系;白色虛線F1 指示早期褶皺軸;黑色虛線F2 指示晚期褶皺軸Fig.4 Satellite image (a)and its geological interpretation(b)of the Hongsanhan fold belt in the western Qaidam basin

剖面1 從NW 端阿爾金-柴達(dá)木盆山結(jié)合部向SE 延伸，依次穿過(guò)尖頂山、大風(fēng)山、紅三旱3 號(hào)等構(gòu)造。剖面顯示，在柴達(dá)木盆地中存在NW 傾和SE 傾的兩組斷層(圖6a)，這兩組斷層應(yīng)該是阿爾金斷裂帶走滑隆升過(guò)程中造成的向盆地內(nèi)的擠壓作用形成的。在剖面的NW 段柴達(dá)木盆地西部斜坡帶上，NW 傾向逆沖斷裂發(fā)育。該處剖面的局部放大(圖6b)可以看出，斷層錯(cuò)斷了新生代從路樂(lè)河組到上油砂山組各層不同沉積，而止于獅子溝組，這表明在上油砂山組沉積之后，在獅子溝組沉積之前可能存在一次由NW 側(cè)阿爾金斷裂向SE 側(cè)柴達(dá)木盆地的強(qiáng)烈逆沖，也就是說(shuō)阿爾金斷裂在距今約8.2Ma 發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的活動(dòng)，并影響到了柴達(dá)木盆地。此外，下干柴溝組上段以下地層的厚度在橫向上基本保持不變，而從下干柴溝組上段開(kāi)始，各套地層的厚度均向柴達(dá)木盆地西部斜坡帶逐漸減薄(圖6b)，這表明下干柴溝組上段開(kāi)始沉積(42.8Ma)以來(lái)的地層為一套生長(zhǎng)地層，該套生長(zhǎng)地層的發(fā)育應(yīng)該也是由阿爾金斷裂走滑過(guò)程中伴隨的NWSE 向擠壓作用造成的。綜上所述，地震反射剖面1(圖6)記錄了阿爾金斷裂在42.8Ma 以來(lái)和約8.2Ma 左右的兩次強(qiáng)烈活動(dòng)事件。

剖面2 呈NW-SE 向，依次穿過(guò)東坪、鄂博梁2 號(hào)、鄂博梁3 號(hào)、伊克雅烏汝、南陵丘、鹽湖。與剖面1 類似，在該剖面中也存在傾向NW 和傾向SE 的兩組斷層(圖7a)，整條剖面地層呈波浪狀起伏，向斜、背斜交替出現(xiàn)(圖7a)，反映了明顯的NW-SE 向的擠壓縮短作用，而這一方向的擠壓作用顯然與阿爾金斷裂的新生代活動(dòng)和阿爾金山的隆升密切相關(guān)。對(duì)該剖面NW 端柴達(dá)木盆地西部斜坡帶東坪段的分析發(fā)現(xiàn)，上油砂山組以下地層的厚度在橫向上基本保持不變，而從上油砂山組向上，包括獅子溝組和七個(gè)泉組在內(nèi)的各套地層的厚度均向柴達(dá)木盆地西部斜坡帶逐漸減薄(圖7b)，這表明上油砂山組及其以上地層為一套生長(zhǎng)地層。也就是說(shuō)，該剖面記錄了上油砂山組開(kāi)始沉積(14.9Ma)以來(lái)以來(lái)，阿爾金斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地的影響。

圖5 柴西尖頂山-黑梁子褶皺構(gòu)造帶衛(wèi)星影像(a)及其地質(zhì)解譯圖(b)N22-上油砂山組;N23-獅子溝組;Q1-2-七個(gè)泉組;Q3-4-七個(gè)泉組以上第四系;黃色點(diǎn)劃線指示早期的褶皺軸被后期構(gòu)造改造而發(fā)生彎曲Fig.5 Satellite image (a)and its geological interpretation of the Jiandingshan-Heiliangzi fold belt in the western Qaidam basin

除上述兩條剖面外，劉志宏等(2010)通過(guò)對(duì)柴西緣月牙山附近，NW-SE 向切過(guò)阿爾金斷裂及月牙山構(gòu)造的地震剖面的分析，發(fā)現(xiàn)了背斜前翼的生長(zhǎng)地層，由此認(rèn)為阿爾金斷裂自下干柴溝組上段沉積時(shí)期(～38Ma)開(kāi)始形成，至今一直處于持續(xù)的活動(dòng)狀態(tài)，并且在下干柴溝組上段至上油砂山組沉積時(shí)期(38 ～8.1Ma)，斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度較小，自獅子溝組沉積開(kāi)始(～8.1Ma)，斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度明顯增大。肖安成等(2013)通過(guò)對(duì)穿過(guò)柴西緣近東西向斷裂體系的地震反射剖面的分析也發(fā)現(xiàn)了上干柴溝組以上和下油砂山組以上的兩套生長(zhǎng)地層，并認(rèn)為這是阿爾金斷裂帶早期基底剪切作用的產(chǎn)物。綜合分析前人的研究成果和我們對(duì)收集到的地球物理資料的重新解釋可以看到，在柴達(dá)木盆地西緣不同位置NW-SE 向穿過(guò)阿爾金-柴達(dá)木盆山結(jié)合帶的剖面上均發(fā)育有生長(zhǎng)地層，而且是不同時(shí)代的生長(zhǎng)地層，這表明阿爾金斷裂帶新生代以來(lái)一直在長(zhǎng)期持續(xù)活動(dòng)，并且這些活動(dòng)被柴達(dá)木盆地內(nèi)不同區(qū)域的新生代沉積地層記錄了下來(lái)。

圖6 柴達(dá)木盆地NW-SE 向地震反射剖面1 構(gòu)造解釋(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.6 Interpretation of the NW-SE extending seismic reflection profile (1)crossing the Qaidam basin (for location，see Fig.1)

3.3 地層等厚圖反映的柴達(dá)木盆地新生代疊加干涉褶皺

柴達(dá)木盆地不同時(shí)代地層等厚圖資料顯示(據(jù)中國(guó)石油青海油田公司)，在獅子溝組沉積時(shí)期(8.2 ～2.6Ma)，柴達(dá)木盆地東半部分，發(fā)育寬廣的不對(duì)稱向斜槽谷，南坡較緩，北坡較陡(圖8a)。與之相反，柴達(dá)木盆地的西半部分，則以發(fā)育數(shù)排短波長(zhǎng)(＜40km)的、沉積厚度較小(大多＜500m)的次級(jí)凹陷為特征(圖8a)。這些次級(jí)凹陷長(zhǎng)軸呈NWW-SEE向，各凹陷呈平行排列(圖8a)，形成地層厚度的NE-SW 向波狀起伏，總體反映了青藏高原向NE 擴(kuò)展隆升造成的擠壓應(yīng)力。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，除了上述NWW-SEE 向的軸線(圖8a 中F1)外，各次級(jí)凹陷圈閉還存在另外一組NNE-SSW 向的軸線(圖8a 中F2)，穿越軸線方向地層厚度也呈高低相間。這種地層等厚圖反映的是典型的兩期垂直軸褶皺干涉疊加的樣式(Ramsay，1967)，由軸面近NWW 走向的直立褶皺(主體)被后期軸面近NNE 向的直立褶皺所疊加形成。后期的褶皺軸線F2 平行于阿爾金斷裂走向，顯然是由阿爾斷裂新生代活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中造成的褶皺變形。實(shí)際上在獅子溝組沉積之前，上油砂山組地層的等厚圖(圖8b)上已經(jīng)可以看到疊加干涉褶皺的雛形，也就是說(shuō)，上油砂山組沉積時(shí)期(14.9 ～8.2Ma)阿爾金斷裂活動(dòng)已經(jīng)明顯影響到柴達(dá)木盆地，主要影響范圍在柴達(dá)木盆地的西北部靠近阿爾金山的盆山結(jié)合帶(圖8b)，而獅子溝組沉積時(shí)期(8.2 ～2.6Ma)阿爾金斷裂活動(dòng)對(duì)柴達(dá)木盆地改造最強(qiáng)，已經(jīng)影響到了整個(gè)柴達(dá)木盆地北部(圖8a)。

3.4 月牙山地震破裂帶所反映的阿爾金斷裂最新活動(dòng)

圖7 柴達(dá)木盆地NW-SE 向地震反射剖面2 構(gòu)造解釋(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.7 Interpretation of the NW-SE extending seismic reflection profile (2)crossing the Qaidam basin (for location，see Fig.1)

通過(guò)對(duì)高精度衛(wèi)星遙感影像的解譯，我們發(fā)現(xiàn)在柴達(dá)木盆地北部月牙山背斜東側(cè)可能存在一條地震地表破裂帶，野外的實(shí)地考察證實(shí)了這條地震破裂帶的存在(圖9)。該破裂帶西端始于月牙山以東，平行于阿爾金主斷裂近東西向延伸，東止于大通溝南山，長(zhǎng)約15km，在衛(wèi)片上具有清晰的線性構(gòu)造特征(圖9a)。破裂帶由一系列地震凹槽右階雁行狀排列組成(圖9b，c)，地表可見(jiàn)相間排列的擠壓鼓包和拉分凹陷(圖9b)，是走滑型地震地表破裂的典型標(biāo)志。野外見(jiàn)到的最大地震擠壓隆起超過(guò)5m，這種較大的擠壓隆起可能為多次大地震累積形成，暗示阿爾金斷裂的這條分支斷裂，甚至整個(gè)阿爾金斷裂在晚第四紀(jì)曾多次發(fā)生大地震(M ＞7)。從前面的圖3 中可以看出，這條地震地表破裂帶所屬的斷裂是阿爾金斷裂的一條分支，在深部與阿爾金主斷裂相連，因此該地表破裂帶是阿爾金斷裂次級(jí)斷裂最新活動(dòng)的產(chǎn)物，這表明阿爾金斷裂現(xiàn)在仍在強(qiáng)烈活動(dòng)，并且直接影響到了柴達(dá)木盆地西北部。

4 討論

4.1 阿爾金斷裂帶新生代主要活動(dòng)期次

(古)阿爾金斷裂帶可能形成于三疊紀(jì)，后又經(jīng)歷了侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)的強(qiáng)烈左旋走滑活動(dòng)，自印度板塊與歐亞大陸碰撞后阿爾金斷裂再次活動(dòng)，其新生代主要的走滑活動(dòng)發(fā)生在60 ～45Ma、漸新世至中新世、上新世至更新世、全新世等幾個(gè)不同時(shí)期(李海兵等，2006)。Rumelhart et al. (1997)根據(jù)阿爾金山前新生代沉積學(xué)研究結(jié)果，認(rèn)為阿爾金斷裂大規(guī)模的走滑開(kāi)始于漸新世(30Ma)。劉永江等(2007)認(rèn)為阿爾金走滑斷裂帶新生代的主要活動(dòng)時(shí)間為40 ～25Ma 和10 ～8Ma。Cheng et al. (2015)通過(guò)對(duì)地質(zhì)資料和地球物理資料綜合分析認(rèn)為阿爾金斷裂帶新生代活動(dòng)可以分成兩個(gè)階段，早期(49 ～15Ma)的活動(dòng)造成了～150km 的位移量，晚期(晚中新世至今)的活動(dòng)累計(jì)位移量為～190km。

沿阿爾金斷裂帶獲得的磷灰石裂變徑跡和40Ar/39Ar 熱年代學(xué)研究數(shù)據(jù)(Jolivet et al.，2001;萬(wàn)景林等，2001;陳正樂(lè)等，2001，2002，2006;王瑜等，2002;張志誠(chéng)等，2008;Ritts et al.，2008)顯示，阿爾金斷裂帶存在著～30Ma(王非等，2001;陳正樂(lè)等，2001;劉永江等，2007;張志誠(chéng)等，2008)和10 ～8Ma(Jolivet et al.，2001;萬(wàn)景林等，2001;陳正樂(lè)等，2002)兩期主要的構(gòu)造事件，其中10 ～8Ma 的強(qiáng)活動(dòng)期體現(xiàn)在沿阿爾金斷裂的廣大地區(qū)，多個(gè)地段靠近阿爾金主斷裂帶磷灰石的裂變徑跡年齡大部分集中在7 ～9Ma 之間，而遠(yuǎn)離阿爾金斷裂帶的“正花狀”構(gòu)造帶，裂變徑跡年齡明顯變老。陳正樂(lè)等(2006)對(duì)來(lái)自阿爾金山脈34 個(gè)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和片麻巖樣品中磷灰石的裂變徑跡測(cè)試結(jié)果表明，阿爾金山脈存在至少5 個(gè)階段的剝露作用，反演出阿爾金山脈具有多期次、階段性的隆升特征，并存在差異性:EW 向的阿爾金北緣拉配泉-紅柳溝山體隆升剝露時(shí)間早(61～34Ma);NE 向且末-茫崖山脈的主要隆升時(shí)間為始新世晚期-中新世(42 ～11Ma);沿阿爾金(主)斷裂山體的隆升剝露最為年輕，存在三期主要的剝露作用:10.2 ～7.3Ma、5.5 ～4.5Ma 和2.1 ～1.8Ma，表明了阿爾金斷裂在中新世-上新世和早更新世都發(fā)生了快速走滑作用，同時(shí)伴隨著斷裂帶兩側(cè)山體的快速隆升剝露。鄭劍東等(1991)在敦煌地區(qū)發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)地層逆沖到早更新統(tǒng)玉門(mén)礫巖之上，表明阿爾金斷裂第四紀(jì)發(fā)生走滑的同時(shí)還向盆地兩側(cè)發(fā)生逆沖。地貌學(xué)(Li et al.，2002)和沉積學(xué)(陳正樂(lè)等，2006)方面也有證據(jù)表明阿爾金斷裂帶在早更新世發(fā)生過(guò)快速隆升。

圖8 柴達(dá)木盆地獅子溝組(a)及上油砂山組(b)地層等厚圖(據(jù)中國(guó)石油青海油田分公司，2006 資料改編)a 圖中藍(lán)色線F1 指示早期NWW-SEE 向的褶皺軸;綠色線F2 指示晚期NNW-SSE 向的褶皺軸Fig.8 Isopach map of the Shizigou Formation (a)and Shangyoushashan Formation (b)strata in the Qaidam basin

綜上所述，印度板塊與歐亞大陸的碰撞造成了古阿爾金斷裂帶的復(fù)活，伴隨著青藏高原的隆升，阿爾金斷裂帶新生代持續(xù)活動(dòng)，綜合前人的成果，我們認(rèn)為其至少經(jīng)歷了漸新世(～30Ma)、晚中新世(～8Ma)和早更新世(～2.6Ma)三期較強(qiáng)烈的活動(dòng)。阿爾金斷裂帶新生代各期活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中均有明顯的響應(yīng)，表現(xiàn)為前述的地表褶皺形態(tài)、深部地震反射剖面特征及地層沉積厚度特征的變化，但上述這些證據(jù)只是定性的捕捉到了阿爾金斷裂帶新生代活動(dòng)的信息，而未能對(duì)各時(shí)期斷裂活動(dòng)的具體表現(xiàn)進(jìn)行很好的限定。

4.2 阿爾金斷裂新生代活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中的沉積、構(gòu)造響應(yīng)

柴達(dá)木盆地中的磁性地層和沉積學(xué)研究，是阿爾金斷裂帶新生代各期活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中響應(yīng)的良好記錄。紅三旱褶皺高精度磁性地層剖面年代學(xué)研究(Sun et al.，2005)發(fā)現(xiàn)上干柴溝組的沉積速率在～30Ma 時(shí)迅速增加，從23m/Myr 增加到66.1m/Myr，意味著阿爾金山在這一時(shí)期發(fā)生了快速隆升。從沉積物的巖性來(lái)看，上干柴溝組下部和中部巖性以細(xì)粒的泥巖、砂巖為主，而上干柴溝組上部沉積物的粒度開(kāi)始明顯變粗，有近10 層砂礫巖或礫巖層交替出現(xiàn)，表明沉積物物源開(kāi)始變近，搬運(yùn)距離縮短，和/或物源區(qū)地形起伏增大。盡管磨拉石沉積主要是山地隆起的產(chǎn)物，但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)并不是唯一的影響因素，氣候變化也是影響因素之一。如果上干柴溝組上部砂礫巖或礫巖層的交替出現(xiàn)主要是由于氣候作用形成的，說(shuō)明上干柴溝組上部至少存在10 次氣候旋回，但根據(jù)柴達(dá)木盆地第三紀(jì)的孢粉、紅層和蒸發(fā)巖的資料表明，始新世-晚漸新世柴達(dá)木盆地主要為高溫少雨的干旱期(Wang et al.，1999)，不可能存在多期次的氣候旋回，這些礫石層更不可能是寒冷冰期冰川的產(chǎn)物，所以我們認(rèn)為上干柴溝組頂部的砂礫巖或礫巖層，以及沉積速率的突然大幅增加可能是阿爾金斷裂帶在～30Ma 的強(qiáng)烈活動(dòng)及阿爾金山的快速隆升的結(jié)果，這一觀點(diǎn)也與該地區(qū)地質(zhì)資料和熱動(dòng)力學(xué)歷史相吻合。

圖9 阿爾金斷裂帶南側(cè)月牙山附近地震地表破裂帶衛(wèi)星影像及野外照片(a)地表破裂帶分布;(b)相間排列的擠壓鼓包和拉分凹陷;(c)破裂帶野外照片F(xiàn)ig.9 Satellite image and field photo show the surface rupture of recent earthquake in the Yueyashan area，south of the main Altyn Tagh Fault

柴達(dá)木盆地東部懷頭他拉高精度磁性地層所揭示的沉積速率存在三期明顯增加的特征。從距今約15Ma 開(kāi)始沉積速率明顯增加，然后減小，從距今約8Ma 開(kāi)始持續(xù)增加，距今約3.6Ma，尤其2.5Ma 以來(lái)，沉積速率急劇成倍增加(張偉林，2006;Fang et al.，2007)。巖性方面，在柴達(dá)木盆地中獅子溝組地層向上也出現(xiàn)礫巖逐漸增多的現(xiàn)象，表明獅子溝組開(kāi)始沉積時(shí)期(～8.1Ma，據(jù)Fang et al.，2007)盆地周?chē)l(fā)生了快速隆升的事件。約8Ma 和2.5Ma 以來(lái)的兩期加速沉積與阿爾金斷裂兩次強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期很好的吻合，是阿爾金斷裂新生代活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中響應(yīng)的有力證據(jù)。柴西地區(qū)紅溝子剖面晚新生代沉積物的巖石磁學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)～9.8Ma以來(lái)青藏高原北部的強(qiáng)烈構(gòu)造隆升事件(張濤等，2010)。根據(jù)柴達(dá)木西緣七個(gè)泉背斜磁性地層年代學(xué)研究獲得的地層沉積速率和在七個(gè)泉組地層沉積之前發(fā)育的角度不整合，Zhang et al. (2013)認(rèn)為七個(gè)泉構(gòu)造記錄了～3.6Ma、～2.5Ma、～1.1Ma 和～0.8Ma 四期構(gòu)造隆升事件，其中～2.5Ma 的隆升事件也與阿爾金斷裂早更新世的活動(dòng)在時(shí)間上吻合。

柴達(dá)木盆地周邊山地在～8Ma 和～2.6Ma 以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是青藏高原及周邊地區(qū)發(fā)生的兩期準(zhǔn)同期構(gòu)造隆升事件(王瑜等，2002)，不僅在柴達(dá)木盆地中有響應(yīng)，周?chē)渌貐^(qū)同樣對(duì)該次構(gòu)造時(shí)間有所記錄。我們?cè)诎柦饠嗔驯眰?cè)江尕勒薩依剖面獲得的古地磁研究結(jié)果也顯示在～8.26Ma和～2.15Ma 以來(lái)沉積速率大幅增加(孫知明等，未發(fā)表)，反映了整個(gè)青藏高原在此期間存在大規(guī)模的隆升作用。而月牙山地區(qū)地震地表破裂帶的發(fā)現(xiàn)則是阿爾金斷裂帶現(xiàn)在仍在強(qiáng)烈活動(dòng)，并且影響到柴達(dá)木盆地的最直接證據(jù)。

5 結(jié)論

(1)對(duì)柴達(dá)木盆地衛(wèi)星影像資料的解譯、地震反射剖面的解釋和新生代地層等厚圖的分析表明阿爾金斷裂帶新生代以來(lái)的強(qiáng)烈活動(dòng)在柴達(dá)木盆地中造成了沉積環(huán)境、構(gòu)造的響應(yīng)。

(2)通過(guò)對(duì)研究區(qū)已有的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)和沉積、構(gòu)造、磁性地層年代學(xué)等方面研究成果的總結(jié)和分析，認(rèn)為阿爾金斷裂在新生代至少存在3 次(～30Ma，～8Ma、～2.6Ma)強(qiáng)烈的隆升作用，在盆地內(nèi)主要表現(xiàn)為相應(yīng)地質(zhì)時(shí)代沉積速率明顯加快，沉積物巖性發(fā)生較大變化，構(gòu)造地貌的變形和同構(gòu)造生長(zhǎng)地層的出現(xiàn)。

(3)阿爾金斷裂帶新生代以來(lái)的多期構(gòu)造活動(dòng)影響和改造了柴達(dá)木盆地的構(gòu)造發(fā)育，對(duì)新生代油氣成藏會(huì)有重大影響。

致謝 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院和中國(guó)石油青海油田公司提供了研究區(qū)地震反射剖面和地層等厚度圖等資料;戚學(xué)祥研究員和何碧竹研究員對(duì)本文提出了寶貴的修改意見(jiàn);一并表示感謝。

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