西藏羌塘盆地北部拗陷侏羅系層序地層劃分對比及地質(zhì)意義

張潤合，斯春松，陳 明，馬立橋，王鵬萬，譚富文

(1.中國石油天然氣股份有限公司杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023;2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081)

羌塘盆地位于青藏高原腹地，夾持于可可西里-金沙江縫合帶與班公湖-怒江縫合帶之間，面積達(dá)22萬平方公里。盆地內(nèi)充填從古生界至中生界的巨厚海相沉積地層，其內(nèi)包含多套有機(jī)質(zhì)豐富的海相烴源巖，生儲蓋組合良好［1、2、3］，對油氣保存有利的石膏蓋層也極為發(fā)育，是青藏高原上面積最大、最具潛力的海相含油氣盆地。然而，由于該區(qū)自然地理條件惡劣、交通極為不便等因素導(dǎo)致其研究程度極低。加之構(gòu)造改造作用和大多數(shù)露頭地層剖面無頂?shù)椎纫蛩?，?dǎo)致盆地地層劃分、區(qū)域性地層對比和建立盆地充填格架等困難，甚至至今還難以開展有關(guān)油氣評價勘探的盆地建模等工作。

層序地層學(xué)是研究一系列不連續(xù)面所限定的、具有成因聯(lián)系的并可置于年代地層格架范圍內(nèi)的沉積組合體，目的是建立區(qū)域乃至全球等時對比格架。鑒于羌塘盆地北部拗陷侏羅系各組地層多發(fā)育不完整(多數(shù)剖面不見頂?shù)?，生物地層劃分依據(jù)不夠充分(主要依據(jù)時代意義較差的雙殼、腕足類化石)，巖石地層在不同相帶變化又大，從而導(dǎo)致不同作者對其時代和組段有不同的劃分。本文希望通過層序地層研究來建立盆地的等時劃分對比格局和修正盆地侏羅系各組地層的劃分，為今后在該區(qū)進(jìn)行地層學(xué)、沉積學(xué)、地球物理解釋、油氣勘探目的層埋深預(yù)測、盆地模擬方面研究的地質(zhì)工作者提供參考資料。

1 地質(zhì)概況

侏羅紀(jì)羌塘盆地是在前奧陶紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶基底、古生代被動大陸邊緣盆地和三疊紀(jì)前陸盆地基礎(chǔ)上形成的被動大陸裂陷-拗陷盆地［2］。盆地可劃分為北羌塘拗陷、中央隆起帶和南羌塘拗陷3個沉積-構(gòu)造單元。本文研究區(qū)為北羌塘拗陷區(qū)(圖1)，該區(qū)侏羅系地層自下而上為中下侏羅統(tǒng)雀莫錯組、中侏羅統(tǒng)布曲組和夏里組、上侏羅統(tǒng)索瓦組、雪山組等5個地層單元，原下侏羅統(tǒng)那底崗日組地層已被重新厘定為上三疊統(tǒng)［4-7］。各組地層的沉積充填特征如下。

(1)中下侏羅統(tǒng)雀莫錯組:為一套陸相到過渡相碎屑巖夾灰?guī)r組合，底界面為陸相砂礫巖超覆于上三疊統(tǒng)或二疊系地層之上的不整合界面。下部以沖積-河流相紫紅色巨厚層礫巖、含礫砂巖沉積為主，具有向上變細(xì)的充填特征;中部為潮坪、三角洲到瀉湖相紫紅、灰綠色巖屑石英砂巖、粉砂巖夾泥晶灰?guī)r，見鳥眼構(gòu)造、窗孔構(gòu)造、膏鹽假晶、層紋狀構(gòu)造等，產(chǎn)保存完整的小個體雙殼化石;上部為潮坪及潮上薩布哈相灰綠色砂巖、粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r、膏泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等組成，發(fā)育平行層理、交錯層理、透鏡狀層理等。產(chǎn)豐富的雙殼、腕足類化石。

圖1 羌塘盆地構(gòu)造單元劃分Fig.1 Tectonic division in the Qiangtang Basin

(2)中侏羅統(tǒng)布曲組:主要為臺地相灰?guī)r夾少量泥巖組合，與上下地層均為整合接觸。下部主要由瀉湖相深灰、灰黑色微泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r、核形石灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖組成;中部主要由潮坪灘相淺灰色、灰色鮞?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r組成，在那底崗日地區(qū)見潮上薩布哈膏鹽巖及粉砂質(zhì)泥頁巖;上部主要由瀉湖相灰色、深灰色顆?；?guī)r、微泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥頁巖組成，在那底崗日地區(qū)發(fā)育潮坪灘相鮞粒灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生屑灰?guī)r，見近對稱波痕及斜層理。產(chǎn)豐富的雙殼類、腕足類、珊瑚、有孔蟲、海膽、腹足類化石。

(3)中侏羅統(tǒng)夏里組:主要為一套過渡相碎屑巖夾碳酸鹽巖組合，與上下地層均為整合接觸。下部為灰色、灰綠色及暗紫紅色薄-中層狀鈣質(zhì)泥頁巖、粉砂巖、膏泥巖夾泥質(zhì)泥晶灰?guī)r和少量鈣質(zhì)石英砂巖組成，在那底崗日、烏蘭烏拉湖和祖爾肯烏拉山地區(qū)發(fā)育石膏層;上部為雜色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥晶灰?guī)r，在那底崗日地區(qū)以砂巖和粉砂巖為主，野牛溝地區(qū)以泥晶灰?guī)r為主。地層化石單調(diào)，主要為雙殼類、腕足類。

(4)上侏羅統(tǒng)索瓦組:主要為臺地相碳酸鹽巖夾碎屑巖組合，與上下地層均為整合接觸。下部為灰色、深灰色泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、核形石灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r夾薄層狀鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部見礁灰?guī)r，在那底崗日地區(qū)和雀莫錯地區(qū)見石膏層;上部為灰色、深灰色鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖、頁巖、泥灰?guī)r夾(或互層)泥晶灰?guī)r、介殼灰?guī)r等。產(chǎn)十分豐富的腕足、雙殼和少量的菊石化石。

(5)上侏羅統(tǒng)雪山組:總體表現(xiàn)為一套具海退沉積特征的雜色碎屑巖建造，與下伏索瓦組地層整合過渡，與上覆地層不整合接觸。主要為紫灰-灰綠色相間的粉砂巖、長石石英砂巖、灰白色-灰綠色中厚層狀巖屑砂巖、含礫砂巖和礫巖;從下到上砂巖增多、粒度變粗。產(chǎn)少量淡水雙殼化石和大量介形蟲、輪藻和孢粉等化石。

北羌塘拗陷在侏羅紀(jì)時期的古地理格局(圖1)顯示中央隆起帶和拗陷西北部的沱沱河地區(qū)為主要物源區(qū)，中央潛伏隆起帶為水下高地，拗陷內(nèi)部為過渡相到瀉湖相碎屑巖和臺地相碳酸鹽巖沉積。

2 典型剖面層序劃分及特征

層序的正確劃分主要是通過層序界面的標(biāo)定、相序變化特征以及準(zhǔn)層序、準(zhǔn)層序組的疊置序列和空間產(chǎn)出狀態(tài)來實現(xiàn)的［8］。那底崗日剖面是羌塘盆地侏羅系地層發(fā)育最完整的剖面之一，剖面頂、底與古近系康托組及上三疊統(tǒng)那底崗日組火山巖不整合接觸。作者通過野外調(diào)查及室內(nèi)分析，對該剖面進(jìn)行了層序地層解剖分析。在層序界面確定，準(zhǔn)層序疊置序列和體系域構(gòu)成等分析基礎(chǔ)上，將該剖面侏羅系沉積體劃分為5個三級程序(圖1)，時間跨度38Ma，每個層序7.6Ma。

(1)SQ1:對應(yīng)于雀莫錯組沉積體。層序底界面為雀莫錯組不整合覆于上三疊統(tǒng)那底崗日組之上的沖刷侵蝕界面，界面之上見底礫巖及沖積、河流相砂礫巖沉積。低水位體系域(LST)主要由沖積、河流相厚層-塊狀復(fù)成分礫巖、透鏡狀不等粒巖屑砂巖構(gòu)成，具有若干個粗-細(xì)相間的沉積體組成韻律互層。海侵體系域(TST)由發(fā)育鳥眼構(gòu)造、窗孔構(gòu)造的潮坪相藻紋層微泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、白云巖夾膏鹽巖演化為發(fā)育沙紋層理、水平層理、生物鉆孔的瀉湖相粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾薄層狀、透鏡狀長石巖屑砂巖及泥灰?guī)r等組成。高水位體系域(HST)由潮坪相砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖和薩布哈膏泥巖、泥晶白云巖等組成，具有多個向上變淺準(zhǔn)層序疊置，砂巖中見平行層理、交錯層理，產(chǎn)雙殼化石。

圖2 北羌塘拗陷那底崗日剖面層序地層劃分Fig.2 Sequence stratigraphic division for the Nadigangri section in the northern Qiangtang depression

(2)SQ2:對應(yīng)于布曲組中下部沉積體。層序底界面為海平面下降后發(fā)生快速上升形成的海侵上超層序不整合面;界面下上的δ13C由-0.600‰轉(zhuǎn)變?yōu)?+ 2.700‰，δ18O 由-5.645‰ 轉(zhuǎn) 變 為-11.350‰［9-10］，表明沉積環(huán)境和海平面升降迅速轉(zhuǎn)變。該層序不發(fā)育陸棚邊緣體系域(SMST)，主要由海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成。海侵體系域由瀉湖相微泥晶灰?guī)r、介屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、核形石灰?guī)r等組成，發(fā)育風(fēng)暴介屑層或透鏡體;高水位體系域由發(fā)育水平層理、白云巖條帶的潮坪-薩布哈相泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖及膏鹽巖組成，見多個泥灰?guī)r-膏鹽巖準(zhǔn)層序以加積序列疊置。

(3)SQ3:對應(yīng)于布曲組上部和夏里組下部沉積體。層序底界面為海平面快速下降轉(zhuǎn)換為上升形成的海侵上超層序界面;界面上下的 δ13C由-0.890‰轉(zhuǎn)變?yōu)?1.710‰，δ18O由-9.360‰轉(zhuǎn)變?yōu)?8.170‰［9、10］。該層序不發(fā)育陸棚邊緣體系域，主要由海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成;海侵體系域由發(fā)育斜層理、近對稱波痕的潮坪相鮞?；?guī)r、生屑灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r演變?yōu)闉a湖相含薄殼、小個體介殼的泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r等組成。高水位體系域由發(fā)育鳥眼構(gòu)造的潮坪-薩布哈相砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、生屑灰?guī)r、泥云巖、云灰?guī)r、膏鹽巖等組成。

(4)SQ4:對應(yīng)于夏里組中上部和索瓦組下部沉積體。層序底界面為海平面快速下降形成的沖刷侵蝕界面;界面下上的 δ13C由2.956‰轉(zhuǎn)變?yōu)?2.10‰，δ18O 由-8.138‰轉(zhuǎn)變?yōu)?9.480‰［9、10］，顯示海平面在進(jìn)一步下降。低水位體系域由夏里組中上部的三角洲平原相含礫砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾薄層煤線等組成，發(fā)育中-大型斜層理、沙紋層理，富含蟲管、植物碎片。海侵體系域由索瓦組下部瀉湖相泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、含生物泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)粉砂巖組成。高水位體系域由索瓦組中部的發(fā)育沙紋層理、生物鉆孔的潮上薩布哈相鈣質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖夾膏鹽巖組成。

(5)SQ5:對應(yīng)于索瓦組上部和雪山組沉積體。層序底界面為海平面快速下降后轉(zhuǎn)為上升形成的海侵上超層序不整合界面。該層序不發(fā)育陸棚邊緣體系域，海侵體系域由索瓦組上部發(fā)育沙紋層理和完整雙殼的瀉湖相鈣質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r組成。高水位體系域由發(fā)育交錯層理、沙紋層理的三角洲相細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，砂巖多呈透鏡狀，從下到上具有變粗充填特征。

3 層序地層對比

在上述典型剖面層序地層解剖和對北羌塘拗陷地層發(fā)育較完整、分布于不同地區(qū)的另外4條剖面層序地層劃分基礎(chǔ)上，開展了研究區(qū)層序地層對比分析(圖3)。

(1)SQ1:對應(yīng)于中下侏羅統(tǒng)雀莫錯組地層。除祖爾肯烏拉山剖面未見底外，其余4條剖面的層序底界面均由雀莫錯組與下伏不同層位地層的沖刷侵蝕不整合面。低水位體系域在整個拗陷均為沖積、河流相砂礫巖及粉砂巖組成。海侵體系域總體為過渡相沉積體組成，其中拗陷周圍的A、B、C剖面為三角洲、潮坪到瀉湖泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖組成;E剖面為濱岸相石英砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖組成。高水位體系域在沉積相上總體為過渡相沉積體組成，但沉積組合上存在差異:拗陷周圍的A、B、C剖面為潮坪相砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r及潮上薩布哈白云質(zhì)膏泥巖組成，頂部均以石膏層結(jié)束該層序;D剖面雖為潮坪相細(xì)碎屑巖夾泥灰?guī)r，未見膏鹽巖;E剖面為三角洲相粗碎屑巖組成，頂部見含鐵砂巖。以上說明沉積環(huán)境和物源供給控制了不同地區(qū)的沉積組合。

(2)SQ2:對應(yīng)于布曲組下部地層。層序界面均為海平面下降轉(zhuǎn)為快速上升形成的巖性巖相轉(zhuǎn)換面。海侵體系域主要為瀉湖相泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、含生物灰?guī)r夾泥頁巖;高水位體系域在巖性巖相上變化較大:A剖面以潮上薩布哈膏泥巖沉積為主，而B、C、D、E剖面則以潮下淺灘相鮞?；?guī)r、生屑灰?guī)r為主夾泥晶灰?guī)r，反應(yīng)在海平面下降過程中，由于所處古地理位置不同而導(dǎo)致沉積物組成差異較大。

(3)SQ3:對應(yīng)于布曲組上部和夏里組下部。海侵體系域在A剖面主要為潮坪灘相鮞?；?guī)r、生屑灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，在B、D、E剖面則主要為瀉湖相泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾泥頁巖，在C剖面為瀉湖相粉砂質(zhì)泥巖、泥頁巖夾泥晶灰?guī)r，顯示海平面上升期，不同地區(qū)的巖相、巖相有所差異。高水位體系域在A、C、D、E剖面以潮上薩布哈相泥頁巖和膏泥巖沉積為主，在B剖面則為三角洲相砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖沉積。

(4)SQ4:對應(yīng)于夏里組上部和索瓦組下部。A剖面見低水位體系域和海侵體系域的復(fù)合體，由三角洲相含礫砂巖、砂巖及粉砂巖組成，B、C、D、E剖面僅見海侵體系域，由瀉湖相泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)泥晶灰?guī)r和粉砂質(zhì)泥巖組成。高位體系域主要由潮坪相灰?guī)r及砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成。從沉積微相上看，A、E剖面見薩布哈膏鹽巖沉積，而B、C、D剖面主要為潮間、潮下顆粒灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r藻紋層灰?guī)r夾粉砂質(zhì)泥巖組成。

(5)SQ5:對應(yīng)于索瓦組上部和雪山組地層。海侵體系域主要由瀉湖相粉砂質(zhì)泥巖及泥晶灰?guī)r組成，但A、C、D、E剖面以碎屑巖沉積為主，B剖面以灰?guī)r沉積為主。高水位體系域為盆地萎縮階段的產(chǎn)物，均為三角洲相碎屑巖沉積。

4 意義

通過該區(qū)層序地層的劃分與對比研究，對清理盆地地層劃分與對比、建立盆地充填格架、正確分析古地理微地貌展布、預(yù)測油氣勘探目的層埋深、開展盆地建模等都具有重要意義。

(1)對于優(yōu)化盆地地層劃分與對比方面具有重要意義。羌塘盆地北拗陷地層劃分主要依據(jù)巖石地層和生物地層，而該區(qū)巖石地層受沉積相變化影響較大，生物地層又無時代意義較好的化石，從而導(dǎo)致地層劃分存在分歧。如那底崗日剖面布曲組地層的劃分，成都環(huán)境地質(zhì)與資源開發(fā)研究所(羌塘盆地西區(qū)綜合地質(zhì)工程(QT96YZ－01)，中國石油天然氣總公司勘探局青藏項目經(jīng)理部內(nèi)部資料，1996，70－79)從巖石地層出發(fā)，以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖的出現(xiàn)作為夏里組底部地層，因此將布曲組頂界面置于第46層(圖2)的泥質(zhì)泥晶灰?guī)r頂部;而四川碳酸鹽巖油氣開發(fā)研究中心(“羌塘盆地石油天然氣路線地質(zhì)調(diào)查”尼瑪那地崗日東－雪環(huán)湖西石油地質(zhì)路線，中國石油天然氣總公司勘探局青藏項目經(jīng)理部內(nèi)部資料，1995，24－27)從沉積旋回和北拗陷西部地層對比出發(fā)，將布曲組頂界面置于71層(圖2)的含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r頂部。通過本文層序地層對比，發(fā)現(xiàn)那底崗日剖面布曲組頂界面以71層泥晶灰?guī)r結(jié)束作為分界面較妥。原因是:一方面該界面為體系域分界面，具有區(qū)域?qū)Ρ刃?，作為地層組劃分較適合;另一方面是該界面之下的沉積體以碳酸鹽巖為主(筆者統(tǒng)計該段地質(zhì)體內(nèi)的碳酸鹽巖占80%以上)，與該區(qū)建立布曲組的“以碳酸鹽巖為主”的地質(zhì)體相吻合。

(2)能夠較好地克服沉積相及巖石組合變化而引起的地層對比問題。如北羌塘拗陷中侏羅統(tǒng)夏里組與上侏羅統(tǒng)索瓦組地層，通常以碎屑巖與大套灰?guī)r分界作為巖石地層的劃分標(biāo)志。然而，在拗陷東部地區(qū)(D、E剖面)的灰?guī)r通常以夾層形式出現(xiàn)于碎屑巖之中，且夏里組和索瓦組地層中均有灰?guī)r夾層，哪一層灰?guī)r作為地層分界線?不同的作者存在不同的觀點。通過層序地層劃分與對比，建立拗陷區(qū)等時對比格架，從而較好地解決地層對比問題。

(3)通過層序地層對比和等時對比格架的建立，對判定同一時期的隆起剝蝕區(qū)及剝蝕強(qiáng)度，正確認(rèn)識盆地古地理微地貌特征等具有重要實際意義。如拗陷邊緣那底崗日地區(qū)(圖3A)與拗陷內(nèi)部野牛溝地區(qū)(圖3B)的布曲組中、上部地層顯示了等時對比格架下的古地理微地貌變化。在相對海平面下降時期，那底崗日地區(qū)以潮上薩布哈膏鹽巖、泥灰?guī)r及泥巖沉積為主，而野牛溝地區(qū)則以潮下淺灘相顆?；?guī)r沉積為主;在相對海平面上升時期，那底崗日地區(qū)以潮下淺灘相顆?；?guī)r沉積為主，而野牛溝地區(qū)則以瀉湖相泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為主。

(4)在層序地層劃分對比及等時對比格架建立基礎(chǔ)上，結(jié)合古地理展布，可以預(yù)測盆地埋藏區(qū)生儲蓋及組合的發(fā)育特征等，從而為盆地油氣資源評價與勘探提供基礎(chǔ)性資料。

(5)對油氣勘探目的層埋深的預(yù)測具有指導(dǎo)性作用。由于羌塘盆地露頭剖面多不完整，從而導(dǎo)致鉆井井位露頭地層的具體時代和組段難以精確標(biāo)定。加之該區(qū)還沒有已知鉆井的對比，所以在井位論證過程中難以預(yù)測主要目的層的埋深。通過層序地層劃分與對比，可以大致了解某鉆井位置的露頭層序和地層厚度、巖性變化趨勢，從而大致預(yù)測主要目的層的埋深。

(6)對盆地及重點區(qū)塊的地球物理解釋、開展盆地建模等具有指導(dǎo)性作用。由于羌塘盆地遭受了多期構(gòu)造改造和復(fù)雜的變形、變質(zhì)及巖漿作用，使盆地出露地層剖面中70%～80%的組段發(fā)育不完整(即多數(shù)地層組段是見頂不見底或見底不見頂甚至頂?shù)拙闯霈F(xiàn)等狀況)，各組段地層厚度變化很難把握，從而導(dǎo)致地球物理剖面時代標(biāo)定和綜合解釋的可靠性差，甚至至今難以開展盆地建模工作。通過層序地層劃分對比與等時對比格架的建立，對盆地地球物理解釋及盆地建模等具有重要的意義。

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