柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)層序地層與巖相古地理研究

劉炳強(qiáng)，祝鎧甲，黃獻(xiàn)好，陳磊，劉達(dá)成，邵龍義

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083 2.青海煤炭地質(zhì)勘查院，西寧 810001

0 引言

柴達(dá)木盆地具有良好的油氣資源前景，石炭系、侏羅系、古近系—新近系油氣勘探相繼取得了一定的突破[1-3]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)[4-5]，柴北緣侏羅系發(fā)育多套陸相富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，厚度大、分布廣，柴西緣阿爾金山前侏羅系與柴北緣侏羅系具有相似的沉積背景[6]，地球物理解釋資料揭示該區(qū)侏羅系厚度超過(guò)6 300 m，在清水溝、采石嶺、月牙山等地相繼發(fā)現(xiàn)了厚度巨大的暗色泥頁(yè)巖露頭，具有較好的頁(yè)巖氣生烴和儲(chǔ)集條件[7-8]。然而在山前部署的數(shù)口鉆井中均未鉆遇中、下侏羅統(tǒng)[9]，柴西緣侏羅系的油氣勘探不理想，主要?dú)w因于該區(qū)侏羅系沉積及展布特征的系統(tǒng)研究較為缺乏。

在前人研究的基礎(chǔ)上，作者通過(guò)對(duì)野外露頭與鉆孔巖芯沉積特征的研究，建立了柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組層序地層格架，恢復(fù)了基于三級(jí)層序的巖相古地理，對(duì)沉積演化特征進(jìn)行分析，并對(duì)原型盆地進(jìn)行了探討，旨在提高對(duì)該區(qū)侏羅系沉積展布的認(rèn)識(shí)程度，對(duì)油氣勘探有一定的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地地處青藏高原東北隅，具有典型中、新生代內(nèi)陸湖盆沉積特征，是中國(guó)重要的高原型陸相含油氣盆地。與周圍的構(gòu)造單元均以大型斷裂相隔，北以宗務(wù)隆山—青海南山斷裂為界，與南祁連褶皺系相連；西以阿爾金山為界與塔里木盆地緊鄰；東以鄂拉山斷裂為界與西秦嶺造山帶相鄰；南以昆北斷裂為界與東昆侖造山帶相接[10]。

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地西緣阿爾金山前，是茫崖坳陷的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。野外地質(zhì)調(diào)查表明，山前侏羅系出露良好，為柴達(dá)木盆地北緣侏羅系北西向延伸部分。區(qū)內(nèi)侏羅系西起茫崖西山煤礦，呈長(zhǎng)條帶狀向北東斷續(xù)延伸到金鴻山、幸?？谝粠11]，東西長(zhǎng)約150 km，南北寬約20 km(圖1)。晚三疊世末期的印支運(yùn)動(dòng)，改變了柴達(dá)木盆地長(zhǎng)期隆起的狀態(tài)。早中侏羅世，研究區(qū)處于伸展構(gòu)造背景之下，開(kāi)始接受沉積，其近東西向的同生正斷層控制著沉積體系的展布[12]。侏羅系被上覆古近系、新近系所超覆，與下伏上奧陶統(tǒng)呈不整合接觸。依據(jù)巖性、沉積建造與區(qū)域?qū)Ρ龋瑢①_系劃分為下侏羅統(tǒng)小煤溝組、中統(tǒng)大煤溝組、上統(tǒng)采石嶺組及紅水溝組。下侏羅統(tǒng)小煤溝組厚度大于836.6 m，巖性主要為礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥頁(yè)巖。張發(fā)德等[11]將小煤溝組(J1x)劃分為下部粗碎屑巖段(J1xa)、中部含煤碎屑巖段(J1xb)、上部頁(yè)巖段(J1xc)三段。

圖1 柴西緣阿爾金山前地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological map of southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

2 巖相及沉積相類型

通過(guò)對(duì)研究區(qū)的野外露頭和鉆孔巖芯的分析，結(jié)合巖石結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)造特征，研究區(qū)小煤溝組共識(shí)別出5種巖石類型，分別為泥頁(yè)巖、礫巖、砂巖、粉砂巖以及可燃有機(jī)巖，進(jìn)而劃分出14種巖相類型(表1)，其中泥頁(yè)巖包含頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖；礫巖包含雜基支撐礫巖和顆粒支撐礫巖；砂巖包含塊狀層理砂巖、槽狀交錯(cuò)層理砂巖、板狀交錯(cuò)層理砂巖、爬升沙紋交錯(cuò)層理砂巖、平行層理砂巖以及含礫粗砂巖；粉砂巖包含波狀層理粉砂巖和水平層理粉砂巖，可燃有機(jī)巖主要為煤層(圖2)。

根據(jù)沉積序列特征，巖相以及沉積構(gòu)造的判別，研究區(qū)發(fā)育的沉積體系主要為湖泊、河流和扇三角洲，共識(shí)別出8種沉積相和多種沉積類型(表2)。

在柴西緣阿爾金山前地區(qū)，發(fā)育辮狀河沉積體系。辮狀河沉積體系巖性主要為含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖等，沉積物整體較粗，槽狀交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理以及平行層理清晰可見(jiàn)，底部沖刷面明顯，含礫石以及植物碎片化石。河流的二元結(jié)構(gòu)不明顯，下部多見(jiàn)相互疊置與切割的河道砂巖，代表河床沉積；上部泥巖段厚度明顯減小，橫向分布并不穩(wěn)定，發(fā)育水平層理，代表泛濫平原沉積(圖3)。

扇三角洲沉積體系由沖積扇直接進(jìn)入靜止水體而形成，對(duì)于柴西緣阿爾金山前發(fā)育的扇三角洲，扇三角洲平原和扇三角洲前緣的沉積序列明顯可見(jiàn)。扇三角洲平原可識(shí)別出漫灘沼澤、泥石流、分流間灣和辮狀分流河道等沉積類型。泥石流沉積以復(fù)成分角礫巖為主，礫、砂、泥混雜，分選與磨圓均極差。層理不明顯，多呈塊狀。辮狀分流河道沉積類型主要包括礫巖、含礫粗砂巖，礫巖為雜基支撐，礫石分選差，呈棱角狀，發(fā)育平行層理與交錯(cuò)層理，并可見(jiàn)沖刷充填構(gòu)造。分流間灣巖性以泥巖為主，夾有粉砂巖和細(xì)砂巖薄層，具有水平層理和透鏡狀層理，可見(jiàn)波痕以及植物碎片化石。漫灘沼澤沉積巖性主要為富有機(jī)質(zhì)暗色泥巖、泥炭或煤層，可見(jiàn)粉砂巖薄層，常見(jiàn)塊狀層理和水平層理，具有植物化石：Cladophlebisnebbensis.，C.hirte.，C.angusta.，C.haiburnensis.，Podozamitessp.，Baierafurcata.。

表1 柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組巖相Table 1 Lithofacies of the Lower Jurassic Xiaomeigou Formation from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

沉積體系沉積相沉積類型巖相類型(對(duì)應(yīng)表1巖相序號(hào))河流河床河床滯留沉積①③④⑥心灘④⑤⑦泛濫平原⑨扇三角洲扇三角洲平原泥石流②辮狀分流河道②③⑤分流間灣⑨⑩漫灘沼澤⑨扇三角洲前緣河口壩⑤⑦⑧遠(yuǎn)砂壩⑤前扇三角洲湖泊湖灣濱淺湖濱湖⑨⑩淺湖⑨⑩半深湖

圖3 柴西緣阿爾金山前鉆孔QMZK05辮狀河 序列沉積特征Fig.3 Depositional features of a braided river in borehole QM05 from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

扇三角洲前緣內(nèi)部可進(jìn)一步分為河口壩和遠(yuǎn)砂壩。河口壩主要由粉砂巖、細(xì)砂巖組成，向上逐漸變粗的逆粒序特征明顯，分選較好、呈次圓狀，小型交錯(cuò)層理以及平行層理清晰可見(jiàn)。相比河口壩，遠(yuǎn)砂壩厚度較薄，粒度也更細(xì)，以細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖為主，可見(jiàn)平行層理，常與河口壩呈漸變接觸。前扇三角洲相巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，與湖相泥質(zhì)沉積難以區(qū)分(圖4)。

湖泊沉積體系中濱湖沉積常與淺湖沉積共生，濱淺湖相巖性以泥巖和粉砂巖為主，分選和磨圓均較好，發(fā)育水平層理和波狀層理。湖灣相沉積物主要為暗色粉砂質(zhì)泥巖和頁(yè)巖，可發(fā)育泥炭沼澤，常表現(xiàn)為泥頁(yè)巖與煤層共生，含植物化石：Cladophlebisshansiensis，C.cf.haiburnensis，Pityophyllumlongifolium，P.staratschini，Podozamitessp.，C.tsaidamensis。半深湖巖性以暗色泥頁(yè)巖為特征，發(fā)育水平層理，橫向分布較廣，沉積厚度較大(圖5)。

圖4 柴西緣阿爾金山前探槽TC-13扇三角洲 序列沉積特征Fig.4 Depositional features of a fan delta in TC-13 from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

圖5 柴西緣阿爾金山前金鴻山剖面湖泊 序列沉積特征Fig.5 Depositional features of a lake in Jinhongshan Profile from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

3 層序地層格架

3.1 研究區(qū)關(guān)鍵層序界面

在柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組層序地層格架建立過(guò)程中，層序、層序界面、體系域的概念均采用 Exxon 公司“Vail”學(xué)派的觀點(diǎn)[13]，并對(duì)關(guān)鍵層序地層界面進(jìn)行識(shí)別。

3.1.1 識(shí)別層序界面

(1) 區(qū)域不整合面。區(qū)域性不整合面由古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成，是劃分層序地層的重要界面。研究區(qū)下侏羅統(tǒng)小煤溝組與下伏上奧陶統(tǒng)之間為區(qū)域不整合面，表明經(jīng)歷了區(qū)域性的沉積間斷或后期遭受了一定程度的剝蝕。

(2) 下切谷沖刷面。當(dāng)研究區(qū)基準(zhǔn)面逐漸下降至一定區(qū)間時(shí)，河流回春作用便會(huì)重現(xiàn)，水力侵蝕下伏地層導(dǎo)致了下切谷的產(chǎn)生，層序界面可以定為下切谷底部的沖刷面，研究區(qū)小煤溝組三段中均發(fā)育的厚層砂礫巖的底部沖刷面，代表當(dāng)時(shí)的河流下切充填沉積底面。

(3) 地層顏色、巖性突變面。上下地層間顏色、巖性的突然變化，亦可作為區(qū)域性的等時(shí)對(duì)比特征。如研究區(qū)金鴻山實(shí)測(cè)剖面中，小煤溝組下段頂部的灰黑色厚層頁(yè)巖與上覆的灰綠色細(xì)砂巖所構(gòu)成的顏色、巖性突變面。

3.1.2 識(shí)別初始湖泛面以及最大湖泛面

在研究區(qū)湖平面逐漸上升的過(guò)程中，湖岸的坡折帶以及低位下切谷會(huì)相繼被水體所漫過(guò)，那么這些地區(qū)首次被漫過(guò)時(shí)的湖平面即為初始湖泛面。柴西緣阿爾金山前小煤溝組各段中，下部的河道粗粒沉積與上部的細(xì)粒沉積(如粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖等)之間呈現(xiàn)出明顯的界面，可將這一界面定為初始湖泛面。

當(dāng)基準(zhǔn)面上升最快時(shí)，該旋回中可容空間增加的速度達(dá)到最高，湖盆擁有最大的水深，該時(shí)期的湖平面即為最大湖泛面。這一湖侵過(guò)程形成的沉積序列以粒度向上逐漸變細(xì)為特征，水體最深時(shí)往往形成一套厚度巨大的泥頁(yè)巖，最大湖泛面可以定為這套泥頁(yè)巖的底界面。研究區(qū)小煤溝組上段發(fā)育上百米厚的泥頁(yè)巖段，最大湖泛面的位置即為其底面。

3.2 建立層序地層格架

依據(jù)研究區(qū)層序界面、初始湖泛面以及最大湖泛面的識(shí)別標(biāo)志，結(jié)合野外剖面、探槽、鉆孔巖心所表現(xiàn)的關(guān)鍵界面特征，將小煤溝組劃分為3個(gè)層序(表3、圖6)，根據(jù)小煤溝組所含植物化石組合的時(shí)代分布，確定小煤溝組大體相當(dāng)于普林斯巴階[11]，延伸年限從190.8～182.7 Ma，持續(xù)8.1 Ma，平均每個(gè)層序代表的時(shí)限為2.7 Ma，其時(shí)間跨度與Vailetal.[14]所定義的三級(jí)層序基本一致。低位、湖侵和高位體系域分別為這3個(gè)三級(jí)層序內(nèi)的不同階段。

表3柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組層序劃分

Table3SequencedivisionoftheLowerJurassicXiaomeigou

FormationfromsouthernAltyntaghinthewesternQaidamBasin

3.2.1 層序Ⅰ

層序Ⅰ主要相當(dāng)于小煤溝組的下部粗碎屑巖段，層序底界為小煤溝組與下伏上奧陶統(tǒng)的區(qū)域不整合面(表3、圖6)。礫巖以及含礫粗砂巖為低位體系域的主要巖性，沉積體系主要為扇三角洲和河流。研究區(qū)低位體系域分布不連續(xù)，個(gè)別地勢(shì)較高的地區(qū)并不發(fā)育。在三腳架剖面發(fā)育辮狀河河床滯留沉積，其余地區(qū)均發(fā)育扇三角洲平原相。湖侵體系域巖性以中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和泥頁(yè)巖為主，主要為扇三角洲和湖泊沉積體系。柴水溝地區(qū)以及東北部的煤窯溝地區(qū)為湖泊沉積體系，柴水溝地區(qū)的湖灣相發(fā)育數(shù)層煤，其他地區(qū)主要為扇三角洲平原和扇三角洲前緣相，巖石粒度相對(duì)低位體系域明顯變細(xì)。高位體系域巖性以泥頁(yè)巖和粉砂巖等細(xì)粒沉積物為主，主要為湖泊和扇三角洲沉積體系，地層整體厚度較大(圖7)。

3.2.2 層序Ⅱ

層序Ⅱ與小煤溝組中部的含煤碎屑巖段范圍大體一致，含煤碎屑巖段底部發(fā)育明顯的河流下切谷沖刷面(表3、圖6)，可定為層序Ⅱ的底界。低位體系域巖性以礫巖、粗砂巖和中砂巖為主，主要為扇三角洲沉積體系。除金鴻山地區(qū)的濱湖細(xì)砂巖以外，其余地區(qū)均以扇三角洲平原的厚層礫巖和粗砂巖為主。

圖6 柴西緣阿爾金山前小西溝剖面下侏羅統(tǒng)小煤溝組沉積相和層序地層綜合柱狀圖Fig.6 Sedimentary facies and sequence stratigraphic column of the Lower Jurassic Xiaomeigou Formation in the Xiaoxigou Profile from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

圖7 柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組南西—北東向沉積相及層序地層對(duì)比圖Fig.7 SW-NE profile showing sedimentary facies and sequence stratigraphy of the Lower Jurassic Xiaomeigou Formation from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

低位體系域地層厚度整體由東北部向西南部變厚。湖侵體系域巖性以泥頁(yè)巖和粉砂巖為主，主要為扇三角洲和湖泊沉積體系。研究區(qū)東北部以及中部鉆孔11-1為濱淺湖相，其余地區(qū)均為扇三角洲平原和扇三角洲前緣相。湖侵體系域地層厚度由東北部向西南部逐漸變薄。高位體系域巖性以頁(yè)巖、炭質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，主要為湖泊和扇三角洲沉積體系，地層整體厚度較大。小西溝和柴水溝地區(qū)扇三角洲平原的漫灘沼澤發(fā)育煤層，其他地區(qū)整體為淺湖和半深湖相的細(xì)粒沉積(圖7)。

3.2.3 層序Ⅲ

小煤溝組上部的頁(yè)巖段基本在層序Ⅲ時(shí)期沉積，頁(yè)巖段底部同樣可見(jiàn)河流下切谷沖刷面，這一界面即為層序Ⅲ底界。小煤溝組頂部與上覆的中侏羅統(tǒng)大煤溝組底部之間存在河流下切谷沖刷面(表3、圖6)，代表了層序Ⅲ頂界面。低位體系域巖性以礫巖、含礫粗砂巖和中砂巖為主，主要為扇三角洲沉積體系。地層厚度除清水溝和金鴻山地區(qū)較大外，其他地區(qū)整體較小而均勻分布。粉砂巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖以及頁(yè)巖為湖侵體系域的主體巖性，沉積體系整體為湖泊。研究區(qū)湖泊沉積體系主要包含以大段頁(yè)巖為特征的半深湖相和以厚層粉砂質(zhì)泥巖為特征的淺湖相。湖侵體系域地層厚度除金鴻山地區(qū)較薄外，其余地區(qū)整體連續(xù)而厚度較大。高位體系域巖性以泥頁(yè)巖為主，整體為湖泊沉積體系。該時(shí)期研究區(qū)地層厚度較大，遍及全區(qū)的半深湖相發(fā)育厚度巨大的頁(yè)巖(圖7)。

4 巖相古地理重建

通過(guò)野外實(shí)測(cè)的典型剖面與近年來(lái)的施工鉆孔，基于單剖面和對(duì)比剖面的沉積相分析，進(jìn)行單因素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并分層序繪制了地層厚度及砂泥比等值線圖，綜合考慮構(gòu)造控盆，并結(jié)合物源及古水流分析，恢復(fù)了柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組各層序的巖相古地理。

4.1 小煤溝組沉積期古水流分析

古水流分析是物源分析的一種重要方法，可以通過(guò)交錯(cuò)層理、波痕、槽模、椎模、溝模、礫石組構(gòu)、生物化石的定向排列等標(biāo)志來(lái)測(cè)定古流向[15]。作者實(shí)際測(cè)量了野外沉積構(gòu)造所顯示的古流向，并結(jié)合前人的研究成果[16-17]，顯示柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組沉積期古水流方向以指向北為主(圖8)。柴水溝地區(qū)呈現(xiàn)NW向的古水流優(yōu)勢(shì)方向，清水溝地區(qū)古水流以NNE向?yàn)橹鳎簻系貐^(qū)古水流優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹W向，黑石山地區(qū)古水流主要為NE向，而研究區(qū)東北部月牙山地區(qū)古水流則持續(xù)為SW向。上述古水流格局反映研究區(qū)地勢(shì)為南高北低，東高西低，表明現(xiàn)今阿爾金斷裂地區(qū)為小煤溝組沉積期的匯水中心，物源主要來(lái)自南部的柴達(dá)木盆地腹部隆起以及東北部的古阿拉巴什套山。

4.2 層序Ⅰ巖相古地理恢復(fù)

層序Ⅰ地層厚度一般在80～220 m之間，東南部地區(qū)地層較薄，而西北部地區(qū)地層較厚(圖9a)。在清水溝以及1號(hào)溝北部地區(qū)地層厚度達(dá)到最大，超過(guò)220 m，為當(dāng)時(shí)的主要沉降中心。南部以及東部地區(qū)地層較薄，代表當(dāng)時(shí)的相對(duì)隆起區(qū)。層序Ⅰ時(shí)期砂巖厚度整體較大，大致在30～110 m之間，研究區(qū)內(nèi)清水溝和1號(hào)溝地區(qū)具有厚度最大的砂體，是扇三角洲向湖泊方向推進(jìn)的體現(xiàn)。該時(shí)期泥巖厚度表現(xiàn)為西北厚東南薄的特征，整體在30～150m之間，鉆孔11-1所在地區(qū)厚度最大，可達(dá)150 m，代表當(dāng)時(shí)的沉積中心。層序Ⅰ砂泥比值大致為0.2～2，呈現(xiàn)由東南向西北降低的趨勢(shì)(圖9b)，在西山煤礦、清水溝、咸水泉以及月牙山地區(qū)出現(xiàn)了砂泥比高值區(qū)域，推測(cè)為扇三角洲平原辮狀分流河道發(fā)育的位置。北部近現(xiàn)今阿爾金斷裂的地區(qū)為砂泥比低值區(qū)域，主要為水體較深的湖泊發(fā)育的區(qū)域。

層序Ⅰ沉積期在研究區(qū)南部以及東北部主要發(fā)育辮狀河與扇三角洲沉積體系，包含扇三角洲平原、扇三角洲前緣、泛濫平原相；北部地區(qū)發(fā)育湖泊沉積體系，主要包含淺湖和半深湖相(圖9c)。研究區(qū)南部發(fā)育三處扇三角洲，分別位于西山煤礦、清水溝以及咸水泉地區(qū)，大致由南至北向湖泊推進(jìn)，研究區(qū)西南部的扇三角洲物源推測(cè)來(lái)自于古昆侖山地區(qū)，研究區(qū)南部另外兩處扇三角洲物源由柴達(dá)木盆地腹部隆起提供。研究區(qū)東北部發(fā)育一處扇三角洲沉積，主要位于金鴻山地區(qū)，可推進(jìn)至月牙山地區(qū)，物源來(lái)自于古阿拉巴什套山地區(qū)。該時(shí)期盆地處于由擠壓性質(zhì)的山間坳陷向伸展性質(zhì)的山間斷陷轉(zhuǎn)換時(shí)期，沉積初期主要為扇三角洲沉積體系，分布區(qū)域較廣，水流方向以NW向?yàn)橹?，其次為SW向。沉積中后期控制盆地的邊界正斷層使盆地內(nèi)部發(fā)生構(gòu)造沉降，水體變深，湖泊沉積體系逐漸擴(kuò)張，并出現(xiàn)了半深湖相。

4.3 層序Ⅱ巖相古地理恢復(fù)

層序Ⅱ時(shí)期的沉積格局與層序Ⅰ基本一致，地層厚度表現(xiàn)為西北部厚、東南部薄的特征，厚度一般在90～230 m之間(圖10a)。地層厚度最大的地區(qū)出現(xiàn)于紅溝子北部以及索爾庫(kù)里達(dá)坂地區(qū)，在220 m以上，代表主要的沉降中心，向東南逐漸減薄，在清水溝北部地區(qū)也出現(xiàn)了厚度較大的地層，部分可超過(guò)220 m，代表次級(jí)的沉降中心。層序Ⅱ時(shí)期研究區(qū)內(nèi)整體表現(xiàn)為東南高西北低的格局。砂巖厚度在20～100 m之間，東南部砂巖厚度相對(duì)較大，向西北方向砂巖厚度逐漸減小，柴水溝和清水溝地區(qū)的砂巖高值區(qū)代表扇三角洲砂體發(fā)育的區(qū)域。層序Ⅱ泥巖厚度大致在60～120 m之間，表現(xiàn)為西北厚而東南薄，小西溝東北地區(qū)發(fā)育厚度最大的泥巖，基本保持了層序Ⅰ時(shí)期的沉積中心，煤窯溝北部地區(qū)局部泥巖厚度可達(dá)115 m，成為研究區(qū)次級(jí)沉積中心。該時(shí)期砂泥比值一般在0.1～1.3之間，變化趨勢(shì)與層序Ⅰ基本保持一致，但局部地區(qū)有較大變化(圖10b)，其中西山煤礦地區(qū)不再表現(xiàn)為高值區(qū)域，清水溝、咸水泉以及月牙山地區(qū)砂泥比值依然相對(duì)較高。

圖8 柴西緣阿爾金山前早—中侏羅世古流向平面分布圖(據(jù)段宏亮等，2007，有修改，柴水溝地區(qū)古流向來(lái)自本次野外測(cè)量)Fig.8 Horizontal distribution of paleocurrent directions of the Early-Middle Jurassic from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin(modified from Duan et al., 2007)

圖9 層序Ⅰ地層厚度、砂泥比等值線和巖相古地理a.地層厚度等值線圖；b.砂泥比等值線圖；c.古地理圖Fig.9 Isopleth maps of the strata thickness and the ratio of sandstone and mudstone, and paleogeographical map of sequenceⅠ

層序Ⅱ時(shí)期發(fā)育的古地理單元主要有扇三角洲平原、扇三角洲前緣、辮狀河、濱淺湖和半深湖(圖10c)，巖相古地理格局與層序Ⅰ比較相似。研究區(qū)北部仍為半深湖和淺湖沉積，南部以及東北部發(fā)育三處扇三角洲沉積，分別位于清水溝、咸水泉以及金鴻山地區(qū)，清水溝和金鴻山地區(qū)扇三角洲的推進(jìn)方向與層序Ⅰ時(shí)期基本保持一致，但咸水泉地區(qū)發(fā)育的扇三角洲推進(jìn)方向由層序Ⅰ時(shí)期的NW向變?yōu)镹E向。此外層序Ⅰ時(shí)期西山煤礦地區(qū)發(fā)育的扇三角洲在層序Ⅱ時(shí)期研究區(qū)內(nèi)并不發(fā)育，推測(cè)為局部構(gòu)造變動(dòng)使其遷移至西側(cè)研究區(qū)之外。

圖10 層序Ⅱ地層厚度、砂泥比等值線和巖相古地理a.地層厚度等值線圖；b.砂泥比等值線圖；c.古地理圖Fig.10 Isopleth maps of the strata thickness and the ratio of sandstone and mudstone, and paleogeographical map of sequenceⅡ

4.4 層序Ⅲ巖相古地理恢復(fù)

層序Ⅲ時(shí)期沉地層厚度相對(duì)于前兩個(gè)層序明顯變大，大致在120～280 m之間，厚度變化趨勢(shì)基本延續(xù)了前兩個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)(圖11a)。小西溝北部和1號(hào)溝地區(qū)地層厚度超過(guò)240 m，為當(dāng)時(shí)的主要沉降中心。層序Ⅲ砂巖厚度保持了東南厚西北薄的特征，但整體厚度相對(duì)較小，大致在10～100 m之間，砂巖厚度高值區(qū)出現(xiàn)于清水溝和金鴻山地區(qū)，推測(cè)發(fā)育扇三角洲砂體。層序Ⅲ時(shí)期出現(xiàn)了厚度巨大的泥頁(yè)巖段，一般在120～200 m之間，厚度最大的地區(qū)位于清水溝，可達(dá)250 m之厚，為當(dāng)時(shí)的主要沉積中心，月牙山地區(qū)泥巖厚度可達(dá)200 m，為當(dāng)時(shí)的次級(jí)沉積中心。該時(shí)期的砂泥比值整體較低，仍呈現(xiàn)南高北低，東高西低的特點(diǎn)，大部分地區(qū)砂泥比值均小于0.3(圖11b)，表明研究區(qū)大部均被水體較深的湖泊所覆蓋。其中清水溝、咸水泉和金鴻山地區(qū)依然表現(xiàn)為砂泥比高值區(qū)域，表明這些地區(qū)所發(fā)育的扇三角洲平原辮狀分流河道存在于整個(gè)小煤溝組沉積期。

層序III時(shí)期繼承了前兩個(gè)層序時(shí)期的古地理格局，主要為扇三角洲、河流和湖泊沉積體系，但湖區(qū)覆蓋面積以及深度均明顯變大(圖11c)。該時(shí)期盆地內(nèi)部構(gòu)造沉降幅度較大，致使湖泊范圍向南可擴(kuò)張至干柴溝以及大浪灘地區(qū)，而現(xiàn)今阿爾金斷裂附近整體為半深湖沉積。南部以及東北部發(fā)育的扇三角洲延續(xù)了層序Ⅱ時(shí)期的古流向，但扇體規(guī)模明顯縮小。柴達(dá)木盆地腹部隆起繼續(xù)為南部?jī)商幧热侵尢峁┪镌?，古阿拉巴什套山地區(qū)依然是東北部扇三角洲的物源區(qū)。

5 討論

5.1 原型盆地恢復(fù)

在一定的構(gòu)造背景下，盆地沉積同時(shí)期中部低洼地區(qū)以及邊緣相帶分布的區(qū)域，往往在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在一定的水體，前人將該區(qū)域定義為原型盆地[18]。柴達(dá)木盆地侏羅系原型盆地的性質(zhì)目前仍有較大爭(zhēng)議，此次研究通過(guò)盆地構(gòu)造背景、原始地層分布、相帶展布、源區(qū)分析等方面對(duì)研究區(qū)下侏羅統(tǒng)沉積期原型盆地進(jìn)行恢復(fù)。

早侏羅世柴達(dá)木地區(qū)處于印支運(yùn)動(dòng)后的相對(duì)松弛階段[19]，中侏羅統(tǒng)堿性玄武巖系列火山巖在柴達(dá)木盆地周邊有所分布，因此早中侏羅世在區(qū)域上應(yīng)處于伸展的構(gòu)造背景[20]。前人通過(guò)柴西斷層地震解釋剖面，可以看出發(fā)育于早中侏羅世的斷層下降盤明顯要比上升盤的沉積厚度大，這一特征顯然屬于同生正斷層，同時(shí)山前殘留的地層厚度較大、盆內(nèi)則相對(duì)較薄，整體表現(xiàn)為一不對(duì)稱楔形，與本次地層厚度等值線圖所得出的結(jié)論相符，顯示了伸展斷陷型盆地的典型沉積特征[17]。在局部伸展作用所造成的弱張性環(huán)境下，由基底走滑斷裂轉(zhuǎn)變而來(lái)的正斷層，控制了早侏羅世盆地的展布特征。研究區(qū)的古地理恢復(fù)顯示，扇三角洲沉積體系整體分布于南部以及東北部，作為盆地邊緣相帶的扇三角洲陸上沖積扇部分，在研究區(qū)南部主要沿西山煤礦—干柴溝—咸水泉一線展布，在東北部大致分布于金鴻山地區(qū)，因此推測(cè)柴西緣下侏羅統(tǒng)原型盆地南界位于西山煤礦—干柴溝—咸水泉以南，東北邊界可至金鴻山地區(qū)。近現(xiàn)今阿爾金斷裂地區(qū)整體為湖泊沉積體系，與斷裂帶西北側(cè)的塔東南地區(qū)沉積相具有高度的一致性[21-23]，沉積中心均位于阿爾金地區(qū)。地震資料顯示，阿爾金斷裂兩側(cè)柴西緣及塔東南的地層厚度向阿爾金山方向均變大[22,24]，表明下侏羅統(tǒng)小煤溝組沉積期阿爾金山并非隆升剝蝕區(qū)。前人通過(guò)40Ar-39Ar同位素測(cè)年及相關(guān)構(gòu)造年代學(xué)研究，亦證實(shí)了阿爾金山在早侏羅世并未隆升，直至新生代歐亞板塊與印度板塊之間的擠壓碰撞才使其隆升成山[25-30]，因此侏羅紀(jì)原型盆地西北邊界可越過(guò)阿爾金地區(qū)至塔東南，即柴西緣與塔東南在早侏羅世應(yīng)為一個(gè)統(tǒng)一的泛湖盆。研究區(qū)巖相古地理的分析表明盆地沉積中心為清水溝以及小西溝東北地區(qū)，其次為月牙山以及煤窯溝北部地區(qū)。下侏羅統(tǒng)沉積期原型盆地整體呈現(xiàn)北部半深湖、濱淺湖，南部以及東北部扇三角洲、河流的古地理格局。相對(duì)于層序Ⅰ和層序Ⅱ沉積期，層序Ⅲ時(shí)期盆地內(nèi)部構(gòu)造沉降幅度較大，湖區(qū)范圍明顯向南部以及東北部擴(kuò)張，水體深度也顯著變大。本次測(cè)量的古流向數(shù)據(jù)結(jié)合前人古水流研究成果[16-17]顯示，沉積期古水流方向以指向北為主，古地形表現(xiàn)為南高北低，東高西低，南部的柴達(dá)木盆地腹部隆起以及東北部的古阿拉巴什套山作為物源區(qū)在整個(gè)沉積期持續(xù)為盆地提供物源(圖12)?？傮w上看，本次巖相古地理恢復(fù)研究的成果對(duì)于柴西緣侏羅系原型盆地恢復(fù)具有重要的指示意義。

圖11 層序III地層厚度、砂泥比等值線和巖相古地理a.地層厚度等值線圖；b.砂泥比等值線圖；c.古地理圖Fig.11 Isopleth maps of the strata thickness and the ratio of sandstone and mudstone, and paleogeographical map of sequenceⅢ

5.2 油氣勘探指導(dǎo)意義

巖相古地理研究表明，柴西緣阿爾金山前早侏羅世的三個(gè)層序均發(fā)育厚度可觀的泥頁(yè)巖段，其中層序Ⅲ半深湖—深湖相的暗色泥頁(yè)巖厚度可達(dá)120～200 m，且分布范圍較廣，相比之下河流泛濫平原、扇三角洲平原分流間灣與漫灘沼澤以及濱淺湖相的泥頁(yè)巖則厚度相對(duì)較小且連續(xù)性較差，表明沉積環(huán)境對(duì)于泥頁(yè)巖的厚度與分布具有明顯的控制作用。研究區(qū)半深湖—深湖相的暗色泥頁(yè)巖樣品有機(jī)碳含量(TOC)較高，在0.88%～6.23%之間，平均為3.05%，鏡質(zhì)組反射率(Ro)均高于1.0%，一般處于成熟—高成熟階段，干酪根主要為II2型，生氣潛力大，說(shuō)明柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)具有良好的頁(yè)巖氣資源勘探開(kāi)發(fā)前景。古地理面貌恢復(fù)顯示研究區(qū)北部早侏羅世整體為半深湖沉積，位于當(dāng)時(shí)盆地沉積中心的清水溝以及小西溝東北地區(qū)，應(yīng)當(dāng)作為后期頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)。本次研究理清了柴西緣下侏羅統(tǒng)暗色泥頁(yè)巖的分布和充填特征，對(duì)阿爾金山前油氣勘探具有一定指導(dǎo)意義。

圖12 柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)沉積期原型盆地示意圖Fig.12 Schematic diagram showing the prototype basin for the Lower Jurassic from southern Altyn tagh in the western Qaidam Basin

6 結(jié)論

(1) 柴西緣阿爾金山前下侏羅統(tǒng)小煤溝組可識(shí)別出礫巖、砂巖、粉砂巖、泥頁(yè)巖和可燃有機(jī)巖5種巖石類型，14種巖相類型。巖性巖相的分析，表明研究區(qū)發(fā)育扇三角洲、河流和湖泊3種沉積體系。

(2) 識(shí)別出區(qū)域不整合面、河流下切谷沖刷面、地層顏色及巖性突變面3種層序界面，將小煤溝組劃分為3個(gè)三級(jí)層序，相對(duì)于層序Ⅰ和層序Ⅱ沉積期，層序Ⅲ時(shí)期湖泊沉積體系范圍明顯擴(kuò)張。

(3) 研究區(qū)下侏羅統(tǒng)沉積期整體呈現(xiàn)北部半深湖、濱淺湖，南部以及東北部扇三角洲、河流的古地理格局，地勢(shì)具有東南高西北低的特點(diǎn)，沉積期阿爾金山并未隆升，盆地沉積中心主要為清水溝以及小西溝東北地區(qū)，發(fā)育厚度巨大的泥頁(yè)巖段，為侏羅系頁(yè)巖氣勘探的有利地區(qū)。

致謝 感謝青海煤炭地質(zhì)局李永紅工程師與青海煤炭地質(zhì)勘查院張發(fā)德高級(jí)工程師在野外工作中的指導(dǎo)。