柴東北緣青白口紀(jì)-第四紀(jì)構(gòu)造-沉積演化

于洪洲

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257000)

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省柴達(dá)木盆地東北緣地區(qū),是一個(gè)由宗務(wù)隆裂陷帶、歐龍布魯克地塊、灘間山島弧帶、魚卡-沙柳河高壓-超高壓變質(zhì)帶四個(gè)地質(zhì)體組成的復(fù)雜“拼盤”(圖1(a))。中新生代的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致印支期完成拼貼的基底分化,形成一系列NW-SE向展布的凹陷群及斷裂帶(圖1(b))?，F(xiàn)階段的柴東北緣地區(qū)由大柴旦、紅山、歐南、德令哈四個(gè)次級(jí)凹陷組成,總體呈“三山夾兩盆”的構(gòu)造格局(圖1(b)、(c))。

圖1 柴東北緣地質(zhì)簡圖

現(xiàn)今的柴東北緣是一個(gè)由不同時(shí)期、不同類型盆地疊加而形成的“多旋回疊合沉積盆地”,不同地質(zhì)階段具有不同的構(gòu)造背景、盆地類型、物源-沉積體系、沉積相及含油氣系統(tǒng)(圖2)。前中生代分為青白口紀(jì)-早泥盆世與早泥盆世-三疊紀(jì)“多島特提斯”大陸離散、洋陸俯沖、弧陸及陸弧陸增生與碰撞階段,以海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積充填為主。印支運(yùn)動(dòng)之后,海水全面退出,進(jìn)入陸內(nèi)山間河湖相沉積盆地、板內(nèi)褶皺變形階段?？偟膩碚f,青白口紀(jì)以來,研究區(qū)經(jīng)歷新元古代與早古生代、晚古生代、中生代和新生代4個(gè)成盆旋回,9大成盆期不同原型盆地沉積了豐富的煤、油氣資源(圖 2)。

圖2 柴東北緣地層系統(tǒng)及盆地演化

2 新元古代與古生代多島特提斯演化階段

達(dá)肯大阪群變質(zhì)巖與麻黃溝組底礫巖之間的風(fēng)化鋁土層與鐵質(zhì)層證明約900 Ma研究區(qū)響應(yīng)了Rodinia超大陸聚合。晉寧運(yùn)動(dòng)以后,南部賽什騰-錫鐵山-沙柳河一線發(fā)生裂陷形成柴北緣裂陷槽,隨著裂谷作用的發(fā)展及海平面上升,晉寧不整合面之上先后發(fā)育陸相碎屑巖沉積(麻黃溝組),無障壁碎屑海岸沉積(枯柏木組及石英梁組),進(jìn)而過渡到潮坪相碳酸鹽巖與細(xì)碎屑巖沉積(紅藻山組)。形成由碎屑巖到碳酸鹽巖沉積,由陸相到海相的一個(gè)完整沉積旋回。北部宗務(wù)隆一帶未發(fā)現(xiàn)該期裂陷的構(gòu)造-巖漿-熱事件證據(jù),因此歐龍布魯克地塊應(yīng)該是與南祁連相連的,整體為向南傾斜的被動(dòng)大陸邊緣盆地(圖 3)。

圖3 柴東北緣新元古代與古生代構(gòu)造-沉積演化模式

柴北緣洋洋殼出現(xiàn)的時(shí)間至今無信服結(jié)論,從島弧火山巖年代來看,洋殼很可能形成于新元古代晚期。史仁燈等[1](2004)在吉綠素和雙口山兩地灘間山群島弧火山巖中獲得的10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)年齡變化范圍為491～527 Ma,另外部分榴輝巖的變質(zhì)年齡也在520～500 Ma之間[2],這說明柴北緣的洋陸俯沖、灘間山島弧形成的起始時(shí)間應(yīng)不晚于520 Ma。因此從寒武紀(jì)早期開始,研究區(qū)自南向北發(fā)育灘間山島弧、弧后盆地及歐龍布魯克臺(tái)地三個(gè)地質(zhì)單元(圖 3)。早寒武世歐龍布魯克地塊以潮上帶薩布哈及潮間、潮下帶藻團(tuán)塊、疊層石白云巖發(fā)育為主要特點(diǎn),寒武紀(jì)中晚期發(fā)育大套碳酸鹽巖臺(tái)地、顆粒灘、灘間海相灰?guī)r及顆?；?guī)r,下奧陶統(tǒng)多泉山組發(fā)育多層臺(tái)緣斜坡碳酸鹽巖顆粒流、碎屑流沉積,石灰溝組則以深海-半深海濁流沉積為主,總體來說自寒武紀(jì)早期開始直至奧陶紀(jì)中期處于整體的海侵狀態(tài),但海平面震蕩頻繁。同期弧后海盆中發(fā)育了大套深海、半深海相的黑色泥頁巖(灘間山群a段下部)。灘間山島弧帶以安山-玄武質(zhì)熔巖及火山角礫巖、集塊巖發(fā)育為主(灘間山群b、d段)。

加里東運(yùn)動(dòng)開始的確切時(shí)間暫時(shí)無可信服證據(jù),一般認(rèn)為奧陶紀(jì)中晚期及志留紀(jì)研究區(qū)發(fā)生反轉(zhuǎn)遭受剝蝕,歐龍布魯克地塊上缺失中奧陶統(tǒng)以上地層?？p合帶周邊灘間山群e段發(fā)育的濱海相碎屑巖暗示該時(shí)期南部仍存在殘余海沉積,但分布較局限。

近東西向的柴北緣(賽什騰-魚卡-沙柳河)造山帶基本格架在早古生代晚期已經(jīng)初步形成。平行造山帶廣泛分布的晚泥盆世阿姆尼克組紫紅色磨拉石說明當(dāng)時(shí)造山隆升作用非常強(qiáng)烈。后碰撞伸展階段的晚泥盆世山前磨拉石沉積中發(fā)育豐富的巨大輝綠片巖、安山巖礫石,證明物源區(qū)很近,石炭系碎屑顆粒成分組成也顯示石炭紀(jì)物源區(qū)類型為再旋回造山帶,另外ZK3-1井上石炭統(tǒng)克魯克組巖心觀察發(fā)現(xiàn)該期研究區(qū)仍發(fā)育扇三角洲沉積,研究區(qū)晚古生代物源區(qū)為南部賽什騰-錫鐵山-阿姆尼克-沙柳河加里東造山帶。

晚古生代北部青海南山-宗務(wù)隆-土爾墾大坂一帶發(fā)生裂陷,裂陷開始于早泥盆世[3](393.5±3.0 Ma),裂陷槽內(nèi)發(fā)育了魚北溝群(D1-3y)夾灰?guī)r的濱淺海砂礫巖沉積,這也是整個(gè)柴達(dá)木晚古生代沉積最早地區(qū)。宗務(wù)隆裂陷槽中洋殼出現(xiàn)在晚石炭世[4](318 Ma),洋殼向南的俯沖活動(dòng)發(fā)生于晚二疊世-中三疊世之間(248.5～238 Ma)并形成以中酸性火山巖和青海湖南山及天峻南山花崗巖代表的島弧地體[5]。因此整個(gè)泥盆紀(jì)-早二疊世宗務(wù)隆構(gòu)造帶一直處于伸展階段,與此對應(yīng)的柴達(dá)木地塊北緣為被動(dòng)大陸邊緣,構(gòu)造相對穩(wěn)定。

從大地構(gòu)造背景來看,晚古生代研究區(qū)古地貌格局為南隆-北凹,以濱淺海沉積為主,深海沉積僅在宗務(wù)隆海槽發(fā)育,海水來自于宗務(wù)隆海盆。泥盆紀(jì)晚期開始,柴北緣造山帶遭受區(qū)域剝蝕、盆山高差縮小、盆地規(guī)模逐漸擴(kuò)大,在古陸周緣發(fā)育沖積平原及無障壁海岸碎屑巖沉積,靠近海槽一側(cè)發(fā)育大規(guī)模臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積。石炭紀(jì)晚期由于早期的填平補(bǔ)齊,底形坡腳變小,海岸帶的碎屑物質(zhì)受波浪、潮汐以及沿岸流的改造形成一系列沿濱線展布的障壁島,海岸帶發(fā)育障壁島-瀉湖-潮坪沉積體系。該階段直至早二疊世是柴達(dá)木盆地第一個(gè)大的聚煤期,克魯克組底部及扎布薩尕秀組底部兩套潮坪相煤系及潮坪-瀉湖環(huán)境暗色泥頁巖也是研究區(qū)古生界勘探的主力烴源巖[6]。

宗務(wù)隆小洋盆在中二疊世開始消減導(dǎo)致研究區(qū)僅在宗務(wù)隆地區(qū)發(fā)育中上二疊統(tǒng)沉積。宗務(wù)隆地區(qū)二疊系甘家組中發(fā)育夾枕狀熔巖的海相沉積,下三疊統(tǒng)隆務(wù)河組也存在夾火山巖的深海濁流沉積,說明宗務(wù)隆殘余海盆可能持續(xù)到三疊紀(jì)中晚期,該殘余海盆可能經(jīng)青海湖南山、橡皮山與西秦嶺商丹帶殘余海盆相連[6]。

3 中生代陸內(nèi)伸展-陸內(nèi)擠壓盆地階段

宗務(wù)隆小洋盆向南俯沖及歐龍布魯克地塊向南祁連地塊的仰沖導(dǎo)致研究區(qū)三疊紀(jì)發(fā)育前陸盆地(圖4),宗務(wù)隆構(gòu)造帶內(nèi)三疊系隆務(wù)河組、古浪堤組、鄂拉山組保存了前陸盆地的火山巖-海相碎屑巖沉積記錄。隨后宗務(wù)隆構(gòu)造帶隆起成為物源區(qū),研究區(qū)結(jié)束了海相沉積的歷史,進(jìn)入陸內(nèi)山間盆地的演化階段。宗務(wù)隆山石炭系變火山巖Ar40/Ar39年齡測定給出的208±14 、198±2.3、194.9±2.4Ma三個(gè)坪年齡指示該期隆升發(fā)生在195 Ma左右。

圖4 柴東北緣中生代構(gòu)造-沉積演化模式

三疊紀(jì)西秦嶺與柴達(dá)木發(fā)生拼貼導(dǎo)致東部鄂拉山一帶鄂拉山組大規(guī)模發(fā)育約240 Ma的陸相基性噴出巖及花崗巖,這奠定了研究區(qū)侏羅紀(jì)早期東南高-西北低的古地貌格局。侏羅紀(jì)早期的裂陷作用在準(zhǔn)平原化的柴北緣地區(qū)形成了一系列近東西向分布伸展盆地。侏羅紀(jì)早期斷陷湖盆形成于研究區(qū)西側(cè)冷湖地區(qū),研究區(qū)缺失侏羅系底部湖西山組地層。小煤溝組沉積期,柴西北地區(qū)斷陷湖盆發(fā)育成熟,柴東北緣則開始在綠草山-大煤溝一帶發(fā)育沖積沉積,紅山斷陷湖盆初具雛形。中侏羅世裂陷加劇,大煤溝組1～3段時(shí)期,湖盆依然局限在紅山地區(qū),但范圍稍有擴(kuò)大;大煤溝組4～7段時(shí)期,盆地大規(guī)模擴(kuò)張,沉積中心向大柴旦、德令哈、歐南凹陷轉(zhuǎn)移,此時(shí)賽什騰-埃姆尼克山尚未隆起,湖盆北以宗務(wù)隆山為界,南以柴南隆起為界,整體表現(xiàn)為“廣盆”沉積,并在中侏羅世晚期湖盆水深達(dá)到最大。晚侏羅世繼承了早期斷陷湖盆“廣盆”沉積基礎(chǔ),盆地類型轉(zhuǎn)為凹陷盆地,上侏羅統(tǒng)采石嶺組、紅水溝組沉積物以黃綠色、紫紅色陸源碎屑沉積為主,說明當(dāng)時(shí)氣候干燥、水深變淺,但湖盆范圍較早期略變大。需要指出的是該階段歐龍布魯克-牦牛山構(gòu)造帶已經(jīng)進(jìn)入地殼淺部[7],歐龍布魯克中央隆起雛形形成,并作為水下低隆起分割了德令哈、歐南凹陷。整體來說柴東北緣侏羅紀(jì)經(jīng)歷了斷陷形成(J1)、鼎盛(J2)、最終充填消亡(J3)的過程。該階段形成小煤溝組、大煤溝組兩套河湖相煤系沉積[8-9],是研究區(qū)第二個(gè)聚煤期,早-中侏羅世湖相泥頁巖也是研究區(qū)中新生代勘探的主力烴源巖。

宗務(wù)隆山南柏樹山剖面侏羅紀(jì)中晚期以夾灰?guī)r的湖相碎屑巖沉積為主,而白堊系沖積扇沉積的灰?guī)r礫石直徑可達(dá)80 cm,暗示J-K之交宗務(wù)隆山大幅度隆升并向南部湖盆推進(jìn)。胡授權(quán)等[10]認(rèn)為拉薩塊體的增生造成柴青藏高原東北部地區(qū)白堊紀(jì)初期發(fā)生逆沖活動(dòng)。研究區(qū)自北向南白堊系紫紅色碎屑巖粒度變小,J-K地層接觸關(guān)系由平行不整合變?yōu)椴徽?、大頭羊溝東部地區(qū)甚至整個(gè)J3遭受剝蝕,均是該期宗務(wù)隆山大幅度隆升并向南逆沖的證據(jù)。

4 新生代青藏高原隆升陸內(nèi)擠壓盆地階段

圖5 柴東北緣新生代構(gòu)造-沉積演化模式

古近紀(jì)以來,受南面印度-歐亞板塊陸-陸碰撞的影響,研究區(qū)陸內(nèi)變形與隆升強(qiáng)烈,以逆沖推覆和褶皺堆疊為特征,南部埃姆尼克構(gòu)造帶及歐龍布魯克-牦牛山中央構(gòu)造帶先后隆升成為物源區(qū)。古近系路樂河組(E1-2l)僅分布在紅山凹陷-綠梁山以西地區(qū),東部地區(qū)古近系沉積開始于漸新世(E3g-N1y),古新世-始新世研究區(qū)盆山格局東北高南西低,物源區(qū)為宗務(wù)隆山及柴東北緣隆起,發(fā)育干燥氣候環(huán)境下的陸相沖積扇-沖積平原沉積,湖盆中心位于柴西南地區(qū)。漸新世開始研究區(qū)東側(cè)開始接受沉積,以自下而上發(fā)育沖積扇、扇三角洲沉積,該階段物源區(qū)為宗務(wù)隆山,研究區(qū)與柴達(dá)木盆地仍相連。約15.3 Ma左右埃姆尼克山隆起[11],研究區(qū)與柴達(dá)木盆地發(fā)生分割,上油砂山組發(fā)育濱淺湖沉積,托素-克魯克泛湖形成,該階段物源區(qū)為宗務(wù)隆與埃姆尼克構(gòu)造帶(圖 5)。8.1 Ma之后湖盆進(jìn)入萎縮階段,湖盆水體變淺,上油砂山組上部以濱淺湖沉積為主。7個(gè)泉組巨厚礫石層說明2.8 Ma左右的構(gòu)造活動(dòng)十分劇烈,并導(dǎo)致歐龍布魯克構(gòu)造帶的強(qiáng)烈隆起[12],托素-克魯克泛湖肢解成兩個(gè)獨(dú)立湖盆,奠定了現(xiàn)今“三山夾兩盆”的盆山格局。隨后由于歐龍布魯克中央隆起自西向東的隆升,湖盆整體向東遷移,整個(gè)地區(qū)湖盆逐漸萎縮,現(xiàn)今各次級(jí)凹陷里面的湖泊如依克柴達(dá)木湖、巴嘎柴達(dá)木湖、克魯克湖、托素湖均是早期湖盆的殘余,沉積環(huán)境由濱淺湖沉積逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楹榉e礫石沉積。

5 結(jié) 論

(1)柴東北緣地區(qū)青白口紀(jì)以來經(jīng)歷了新元古代與早古生代、晚古生代、中生代和新生代4個(gè)成盆旋回?，F(xiàn)今的柴東北緣凹陷是由9個(gè)成盆階段不同原型盆地組成的“疊合盆地”。

(2)特提斯構(gòu)造階段研究區(qū)以海相沉積為主。早古生代研究區(qū)整體北高南低,物源位于南祁連,屬遠(yuǎn)物源沉積,整個(gè)早古生代柴東北緣不發(fā)育粗碎屑沉積;晚古生代為近源沉積,物源區(qū)為柴北緣加里東造山帶,盆山格局從早期的南海北陸轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃诘哪详懕焙?低位域時(shí)期扇三角洲沉積發(fā)育,粗碎屑顆粒大量注入。中新生代以陸內(nèi)河湖沉積為主,宗務(wù)隆山、埃姆尼克山、歐龍布魯克山的先后隆升是該區(qū)古地理演化的主控因素。

(3)柴東北緣地區(qū)存在晚古生代與侏羅紀(jì)兩大聚煤期,并在新元古界紅藻山組、下古生界石灰溝組、上古生界克魯克組與扎布薩尕秀組、中生界小煤溝與大煤溝內(nèi)發(fā)育4套暗色泥頁巖,具有充足的烴源巖基礎(chǔ),具備一定的勘探潛力。