焉耆盆地原型盆地性質及構造演化特征研究

陳 剛,吳仕虎,李小剛,陳 輝

(1.成都理工大學能源學院,四川 成都 610059;2.成都理工大學數學地質四川省高校重點實驗室,四川 成都 610059)

焉耆盆地原型盆地性質及構造演化特征研究

陳 剛1,吳仕虎1,李小剛1,陳 輝2

(1.成都理工大學能源學院,四川 成都 610059;2.成都理工大學數學地質四川省高校重點實驗室,四川 成都 610059)

分別從盆地內構造特征、沉積體系發育和地層接觸方式、沉積速率分析以及盆內構造耦合關系著手,著重討論存在爭議的焉耆盆地早中侏羅世構造性質。應用平衡剖面技術恢復了早中侏羅世及后各個時期的構造。認為焉耆盆地屬于早中侏羅世開始孕育的陸內前陸盆地,經歷了前中生代基底形成、中生代前陸盆地雛形、燕山期前陸盆地形成、喜山期前陸盆地定型 4個構造演化階段。盆地內種馬場隆起和寶浪蘇木等主要構造帶為同沉積構造,構造帶的演化過程控制了凹陷內沉積體系發育特征及油氣圈閉形成。

早中侏羅世;原型盆地;構造演化;焉耆盆地

0 引 言

由于早中侏羅世焉耆原型盆地,尤其是盆地邊界逆沖斷裂帶,已被燕山期和喜山期構造運動強烈改造,造成了盆地原型認識上的困難,因而侏羅世原型盆地構造性質一直存在爭議。目前大致有 4種觀點：前陸盆地、壓扭性盆地、伸展斷陷盆地、拉分盆地。分歧的實質在于盆地早中侏羅世是擠壓性質還是拉張性質。根據沉積構造特征,以平衡剖面分析為佐證,就現有證據進行分析討論,探討焉耆盆地侏羅紀原型盆地性質及其演化特征。考慮如將其歸屬拉張背景,則難以解釋盆內缺少張性正斷層等拉張構造標志,但又不能忽略整體的大地構造背景。因此,從沉積構造特征展開分析,討論焉耆盆地早中侏羅世原型盆地構造性質。

1 地質背景

焉耆盆地是在海西期褶皺基底和元古代結晶基底之上發育起來的中、新生代山間盆地。盆地位于南天山褶皺系與庫魯克塔格褶皺帶之間,處于塔里木、準噶爾和吐哈三大盆地之間,自南而北可分為博湖凹陷、焉耆隆起、和靜坳陷,體現為“兩坳一隆”的格局。其中博湖凹陷又可細分為南部凹陷、種馬場隆起、北部凹陷 (圖 1)。鉆井揭示盆地內分布較廣泛的的地層自下而上分別為：中上三疊統小泉溝群(T2+3XQ)、下侏羅統八道灣組 (J1b)、三工河組 (J1s)、中侏羅統西山窯組 (J2x)及新生界地層,大面積缺失中上侏羅統地層,全區缺失白堊系地層 (表 1)。沉積物主要為沖積扇、辮狀河、辮狀河三角洲和湖泊相沉積,屬于一套砂礫巖、泥巖、煤及炭質泥巖互層的陸相含煤地層。

圖1 焉耆盆地區域位置與構造單元劃分圖

盆地內部的斷裂以北西西向、北西向為主,其中以北西西向斷裂規模為最,常常橫亙整個盆地,而平面上呈雁列式分布者居多。斷層性質為逆斷層,盆地內未見正斷層發育。斷層構造樣式主要有疊瓦狀、背沖式、對沖式、正花狀等。

表1 焉耆盆地地層簡表

2 問題的提出及討論

2.1 盆地原型的兩種觀點

拉張觀點根據板塊構造環境,古地溫梯度,古地磁,沉降曲線等,認為早中侏羅世,焉耆盆地周邊皆為伸展斷陷盆地,西北地區整體上處于弱伸展構造環境,解釋為擠壓之后的應力松弛,得出新疆地區早中侏羅紀泛盆的結論,從而在這個背景下將焉耆盆地歸入張性盆地。

擠壓性質觀點主要從盆地形態,盆地內構造樣式,盆山耦合關系以及平衡剖面研究等出發,認為盆地南北凹陷形態呈箕狀,單個沉積層序沉積中心向各凹陷中心遷移,廣泛分布擠壓構造樣式,盆地內中生代盆地走向與周緣褶皺山系一致,并緊鄰山前分布,得出盆地形成與先存褶皺山系在中生代的再度活動密切相關,以及盆地南部庫魯克山中生代持續繼承性隆起。根據這種盆地內構造的展布與周緣褶皺山系的耦合關系可以推斷盆地為擠壓性質。

2.2 擠壓觀點依據更為直接有力

將盆地原型歸為拉張性質所提出的依據,主要是根據來自周邊盆地的研究,然后推測出當時大的構造環境,并將焉耆盆地同樣置于這種環境來認識,其仍屬間接佐證。經詳細研究并未發現盆地內存在明顯的張性構造證據,有少數文獻中提出的正斷層證據,定性為正斷層的條件并不過硬,還不夠說明問題。而缺乏殘留正斷層等拉張構造的證據也對盆地構造反轉的認識提出質疑,如果盆地不存在構造反轉,也就無法說明遍布盆地內的擠壓構造。如前所述,拉張觀點認為新疆所在的西北地區整體屬于拉張背景,并在焉耆周緣的其他盆地發現殘留張性構造有力證據,唯獨在焉耆盆地不一致,沒有關鍵標志的發現,推測焉耆盆地與周邊其他盆地的構造性質存在差異。

相反擠壓觀點的認識是直接來自于盆內的沉積構造特征。除了上述擠壓觀點的已有認識外,研究中還發現以下幾點對揭示盆地原型有重要意義的認識。

①從地震剖面上可以看出：八道灣組地層自凹陷向種馬場隆起上超,地層厚度也是向隆起逐漸減薄 (圖 2,即圖 1中 AA’剖面),說明種馬場隆起是八道灣沉積期同沉積構造。隨后三工河沉積期也同樣有著上超和減薄的特征,說明種馬場構造繼續邊沉積邊隆起,構造幅度逐漸加大。在對寶浪蘇木構造仔細觀察后,也發現相同的構造沉積特征。這種同沉積隆起應是同期擠壓應力的結果。

圖2 種馬場隆起兩翼地層上超特征剖面圖

②在層序地層研究中,八道灣組和三工河組上部都識別出強制湖退體系域,它是相對湖平面下降的產物。影響相對湖平面下降的原因有 3種：氣候變化、區域構造抬升和構造差異升降。早中侏羅世氣候為濕潤環境,因此排除氣候變化引起的湖平面下降;湖盆構造差異升降一般是由拉張斷陷邊界正斷層構造掀斜所致,但盆地內并無掀斜斷層構造的標志,應該是構造抬升造成的相對湖平面下降。值得一提的是,這里的構造抬升引起的相對湖平面上升形成的強制湖退體系域是發育巖性地層圈閉的有利沉積單元。

③焉耆盆地侏羅紀沉降曲線與前陸盆地相似。不同類型的沉積盆地有獨特的沉降曲線。陸內前陸盆地的沉降曲線和沉積速率特征與伸展斷陷—坳陷型盆地和穩定大陸內坳陷有很大不同,藉助于這些特征可以初步判別盆地的原型。陸內前陸盆地的沉降曲線和沉積速率特征是由緩變陡的兩段式沉降曲線和由慢變快的沉積速率,而伸展斷陷—坳陷型盆地則為由陡變緩兩段式沉降曲線和由快變慢的沉積速率。穩定大陸坳陷的特征則缺乏上述現象,沉降曲線一般平緩,沉積速率也比較慢。焉耆盆地沉降曲線和沉積速率特征為由緩變陡 (圖 3),符合前陸盆地的沉降特征。

圖3 侏羅紀焉耆盆地沉降曲線圖

剖面的構造幾何形態,沉積構造發育特征,亦符合前陸盆地的發育特征,緊鄰庫魯克塔格推覆帶至種馬場隆起處構造變形最為強烈,庫魯克塔格與南部凹陷和種馬場隆起的關系可以解釋為造山帶與前陸凹陷和前陸隆起的關系。得出焉耆盆地中生代原型盆地類型是受中生代陸內造山成盆機制控制的壓扭性盆地或類前陸盆地。并且很顯然的是早中侏羅世經歷了數次旋回式的構造抬升,但其強度不大,沒有造成明顯的地層剝蝕及不整合。

3 構造演化

平衡剖面基本原理認為,如果變形前后物質的體積不變,則在垂直構造走向剖面上體現為“面積不變”;如果變形前后巖層厚度保持不變,則轉化為“層長不變”。平衡剖面可以理解為是遵循巖層長度或面積變形前后不變的原則,將變形剖面恢復到沉積地層狀態的剖面或從沉積地層剖面依據變形原理得到變形的剖面。平衡剖面技術對于檢驗構造解釋和構造樣式的合理性,重建構造發育過程,恢復地質構造演化史,都有著極其重要的意義。一般情況下平衡剖面技術應用于壓扭性盆地構造演化研究,大都采用線平衡方法。

演化過程：①進行精細的地震剖面解釋,提取地震速度譜,作時深轉換。②去后期構造,包括去斷層,去褶皺、傾斜,連接被后期構造作用斷開的層面。③作地層剝蝕恢復及壓實校正,按照不同沉積構造背景的沉積地層沉積厚度分布趨勢,特別是內部地層的地層的分布趨勢,平行則按等厚恢復,內收斂則按楔狀趨勢恢復,上超則按上超層趨勢恢復。④根據平衡剖面原理和構造分析理論,以受構造運動改造影響最小的凹陷中心設為釘線,兩邊變形較弱的位置為松線,選取連續穩定的反射層,遇有剝蝕的地層則采用剝蝕恢復后的地層,作為參照水平面層,進行層位拉平從而恢復得到該層沉積時的構造,然后采用逐層回剝得出該時期的地層構造,具體演化過程如圖 4(即圖 1中 BB’剖面)。

3.1 前中生代基底形成

焉耆盆地基底主要由元古代結晶基底和海西期淺變質褶皺基底組成,其中四十里城次凹主要為中上石炭統淺變質巖,焉南斷裂以北主要為中泥盆統淺變質巖。因此盆地基底的形成可分為元古代陸殼結晶基底形成階段和古生代淺變質褶皺基底形成階段。

3.2 中生代前陸盆地雛形

八道灣組地層與小泉溝組地層呈不整合接觸,表明在晚三疊世末印支運動,使得晚三疊世小泉溝組地層發生抬升剝蝕。

八道灣沉積期焉耆盆地總體表現為弱擠壓,擠壓應力主要源于南部庫魯克塔格造山帶持續向北推覆,種馬場構造帶為一水下低幅古凸起,持續控制下侏羅統八道灣組(J1b)沉積,造成南北構造和沉積分野,沉積中心分別位于南部凹陷和四十里城凹陷,其中八道灣沉積期四十里城凹陷比南部凹陷沉積中心要深 (圖 4-a);寶浪蘇木構造亦具雛形,與四十里城凹陷以一沉積坡折過渡。早侏羅世三工河組沉積期,沉積構造繼承性發育,但隨著擠壓作用的增強,種馬場構造隆升幅度明顯增大,控制兩側沉積,晚期湖侵范圍擴大,寶浪蘇木及七里鋪整體表現為向北變薄的楔狀體,焉耆隆起進一步隆升,但幅度不大。整個格局基本與八道灣一致,不同的是由于南部庫魯克塔格持續推覆擠壓造成此時南部凹陷比四十里城凹陷要深 (圖 4-b)。早中侏羅世盆地沉積物源主要來自北部、西部和南部,構造高差大,物源異常充分,快速堆積。至三工河晚期可容空間被填平補齊,造成盆地內構造幅度不明顯,湖盆范圍也隨之擴張,隨后沉積的西山窯組,南北分野的沉積局面已不復存在。整個中晚侏羅世構造格局變化不大,接受較厚的中上侏羅統沉積 (圖 4-c)。

3.3 燕山期前陸盆地形成

侏羅紀末期燕山運動,構造運動異常強烈,盆地內面貌發生劇變,具體表現在：種馬場、寶浪蘇木及焉耆隆起都強烈隆升遭受剝蝕 (構造帶上,上侏羅統全被剝蝕殆盡,大部分中侏羅統地層被剝蝕),但隆升幅度由南往北依次減小,此后長期的夷平作用,造成盆地內最為廣泛的構造不整合面;盆地內絕大部分斷層為該期構造運動的產物,先存的古斷層也開始復活 (如種馬場地區),使得本區構造基本定型(圖 4-d)。至此前陸盆地形成。

3.4 喜山期前陸盆地定型

新生代,已被夷平的焉耆盆地整體下降接受了一套紅色的沖積碎屑沉積,受第四系喜山運動影響,先存的主干斷層復活,種馬場、寶浪等構造進一步隆升、加強,構造最終定型 (圖 4-e)。

4 結 語

焉耆盆地早中侏羅世無構造反轉的標志,其原型盆地與受改造成型的現今盆地性質應屬相同。其沉降曲線特征為由緩變陡,發育形成于構造抬升條件下的沉積單元,盆地走向與周緣褶皺山系一致。緊鄰庫魯克塔格推覆帶至種馬場隆起處構造變形最為強烈,向北漸弱。庫魯克塔格與南部凹陷和種馬場隆起的關系可以解釋為造山帶與前陸凹陷和前陸隆起的關系,符合前陸盆地的發育特征。構造演化經歷了前中生代基底形成、中生代前陸盆地雛形、燕山期前陸盆地形成、喜山期前陸盆地定型 4個構造演化階段。

種馬場隆起與寶浪蘇木構造等構造帶皆為同沉積構造,其構造演化過程對沉積發育、油氣圈閉的形成及油氣成藏具有控制作用。種馬場隆起自八道灣沉積期開始隆升,形成南北兩個凹陷,控制坳陷內沉積單元的發育分布。除了已探明的寶浪蘇木、本布圖等背斜構造圈閉之外,種馬場隆起由于燕山期剝蝕強烈,中晚侏羅地層以上多數遭受剝蝕,缺乏遮蔽條件,具備圈閉可能性的只有八道灣組和部分未受剝蝕的三工河組。二者構造斜坡處發育的向湖盆遞降的臺階狀 (階狀向下)前積砂體與之上水進期發育的泥巖沉積可以配置成為有利巖性地層圈閉,燕山期和喜山期的兩次油氣充注皆可成藏。

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Study on prototype basin properties and tectonic evolution characteristics of YanqiBasin

CHEN Gang1,W U Shi-hu1,L I Xiao-gang1,CHEN Hui2

(1.School of Energy Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Key Lab of Geomathematics of Sichuan Province,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

In lights of the tectonic properties,depositional system development and contact style,sedimentary velocity analysis and tectonic coupling relationship within the basin respectively,the authors mainly stressed on the disputed structure properties of Yanqi Basin in early andmiddle Jurassic Epoch.The structural framework of each stagewas recovered from early andmiddle Jurassic by utilizing balance-section technology.Itwas concluded that YanqiBasin belonged to a intra-continent foreland basin that took its shape during early and middle Jurassic Epoch,undergoing four periods of structural evolution stage：basement formation in pre-Mesozoic,foreland-basin embryonic formation inMesozoic Period,foreland-basin inoculation in Yanshan period,final setting in H imalayan Period.Several primary structure belts were synsedimentary including Zhongmachang uplift and Baolang-Sumu structural belt,the evolution process along the structural belt controlled the characteristics of sed imentary system development and the formation of hydrocarbon traps.

Early and middle Jurassic Epoch;Prototype basin;Tectonic evolution;YanqiBasin

P544.4

A

1674-3636(2010)04-0372-05

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.372

2010-07-12;

2010-07-29;編輯：陸李萍

陳剛 (1982—),男,碩士研究生,礦產普查與勘探專業.