收稿日期:20000507;修订日期:20000911作者简介:蔡忠贤(1963— ),男,博士,副教授,矿产资源普查与勘探专业,现在石油大学博士后站工作。
①中国科学院兰州地质研究所1准噶尔盆地构造特征及形成演化[R]119851准噶尔盆地的类型和构造演化蔡忠贤1,陈发景2,贾振远2(11石油大学盆地与油藏研究中心,北京102200;21中国地质大学,北京100083)摘 要:准噶尔盆地的早二叠世属于裂谷还是前陆盆地,存在意见分歧;晚二叠世—老第三纪盆地的性质也不确定。
文中通过对盆地构造几何学、沉降史、热史及火山岩的综合分析研究,对盆地类型和构造演化获得了一些新的认识:(1)准噶尔盆地在早二叠世为裂谷,晚二叠世为热冷却伸展坳陷,三叠纪—老第三纪为克拉通内盆地,新第三纪至今,由于印度板块与亚洲大陆碰撞才形成陆内前陆盆地。
(2)对石炭纪—早二叠世的岩浆活动结合区域构造资料的研究表明,准噶尔地区古生代的板块运动和造山作用具软碰撞特点,早二叠世的裂谷盆地是在软碰撞背景下造山带伸展塌陷的产物。
(3)地幔热对流作用可能是软碰撞造山后伸展塌陷的主要深部动力学机制。
关键词:准噶尔盆地;裂谷;热冷却坳陷;克拉通盆地;软碰撞;伸展塌陷中图分类号:P544+14; 文献标识码:A 文章编号:10052321(2000)040431100 引言准噶尔盆地是新疆北部自二叠纪以来形成的大型陆内叠合盆地,目前是我国含油气前景最有希望的地区。
尽管20世纪80年代以来开展了大量的地球物理和地质研究工作,但由于盆地遭受改造,在盆地类型和成因方面仍存在着诸多的分歧。
中国科学院地学部①将盆地构造演化划分为4个阶段,即早二叠世断陷,晚二叠世拗陷,三叠纪—第三纪断拗和第四纪上升阶段。
吴庆福[1]认为二叠纪为裂陷,三叠纪—老第三纪为拗陷,新第三纪以后为收缩上隆阶段。
尤绮妹[2]的划分是:石炭纪—三叠纪为裂谷阶段,侏罗纪为中央隆升阶段,白垩纪以后为山前拗陷阶段。
赵白[3]的划分是二叠纪为断陷、拗陷阶段,三叠纪为断拗阶段,侏罗纪—老第三纪为拗陷阶段,新第三纪以后为萎缩上隆阶段。
肖序常[4]则认为晚石炭世—早二叠世为海相前陆盆地。
杨文孝[5]也将早二叠世划为海相前陆,晚二叠世和新第三纪—第四纪划为陆相前陆,之间三叠纪—老第三纪划为振荡型陆相盆地。
上述划分意见中归纳起来主要的分歧在于对盆地早二叠世的性质是张性还是压性的认识以及晚二叠纪—老第三纪拗陷盆地的性质。
近来,这种分歧不仅未缩小,反而扩大。
孙肇才[6]主张应该放弃早期盆地是塌陷或张性的认识,将准噶尔看作是一个在石炭纪—二叠纪前陆基础上,经过—134—第7卷第4期2000年10月地学前缘(中国地质大学,北京)Earth Science Frontiers (China University of G eosciences ,Beijing )Vol 17No.4Oct 12000三叠纪—侏罗纪陆内进一步沉降,白垩纪以来,主要是新生代后期才统一起来的典型复活前陆盆地。
相反陈发景(1999)则认为准噶尔盆地早期(P )为裂陷盆地,中期(T —E )为克拉通盆地,晚期(N —Q )为压陷盆地。
本文主要通过对盆地构造几何学、沉降史、古地温和火山岩等特征来综合分析盆地的类型和演化,并结合盆地形成的板块构造运动特征及发育的火山岩特征来进一步探讨盆地形成及演化的机制。
1 准噶尔盆地的类型和演化根据盆地的构造几何学、热史、沉降史和岩浆活动的特征,可以将叠合盆地划分为以下类型和演化阶段。
111 二叠纪裂陷盆地阶段可进一步划分为早二叠世裂谷(或称伸展断陷)和晚二叠世伸展坳陷。
(1)早二叠世裂谷:该时期伸展断陷大多呈南断北超分隔性较强的不对称箕状凹陷(图1),但东部则为北断图1 早二叠世不对称伸展断陷Fig 11 Seismic section showing asymmetric extensional faulteddepression of Early Permian南超的反向断陷。
具双模式的火山岩和非造山花岗岩发育。
古地温梯度达3714～4618℃/km (表1);大地热流值也很高,大于11018J ・cm -2・s -1。
南北断陷充填沉积体系不同,南部断陷以一套滨海浅海相陆源碎屑碳酸盐沉积体系为主,裂谷扩展期还发育有海底浊积扇体系。
东部断陷由一套滨岸沉积体系和河流体系组成,已具有向内部断陷过渡性质,至北部断陷内已完全变为陆相冲积体系和湖泊体表1 准噶尔盆地大地热流值和古地温梯度的单井模拟结果(据王捷等①修订)Table 1 Simulation results of paleo 2geothermal gradient for different wells时间t /Ma单井古地温梯度/(℃・km -1)盆4井盆参2井陆南1井西参1井呼2井滴南1井滴西1井大地热流值/(J ・cm -2・s -1)Q 末(0)2212221219141710171023132414N 末(210)2214221519171714181323152513E 末(2416)251826152113K 末(65)24152517191924172614J 3q 末(144)29182917311232173116J 2x 末(175)26162813341936113113J 1s 末(188)27192913351837173117J 1b 未(200)291831133714381832116615～4414T 3b 末(213)3416401042173510T 1b 末(243)4110P 2w 末(248)4512351711018～6615P 1末C 末(268)4310(?)46183714>11018 ①王捷,查明,刘震,等1含油气盆地油气藏形成特征和分布的主要控制因素[A ]1中国石油天然气总公司“九五”重点科技攻关项目中评估报告[R].19981—234— 盆地构造分析 地 学 前 缘 2000,7(4)系。
早二叠世末,盆地抬升、剥蚀,南部海水退出,形成区域性不整合,在玛湖坳陷、昌吉坳陷均可见P 2/P 1不整合发育。
(2)晚二叠世伸展拗陷:该时期南北基底沉降上的不同是构造性质具南拗北断特点。
陆梁以南,早二叠世断陷的分隔性局面消失,转化为统一的拗陷湖盆。
北部乌伦古拗陷则发生断陷,断陷走向与早二叠世的南部断陷相同,呈北西西向,但均呈北断南超反向断陷。
晚二叠世晚期,北部断陷作用逐步向拗陷沉降转化,整个盆地进入拗陷沉降时期。
盆地各构造单元古地温梯度为3517～4512℃/km ,大地热流值为11018～6615J・图2 准噶尔盆地不同构造单元基底构造沉降曲线Fig 12 Subsidence curves of different structural units in Junggar basincm -2・s -1(表1),构造沉降曲线段斜率较高(图2),表明沉降速率较大,为3714～4618m/图3 盆地西北缘T/P 角度不整合(SN10线)Fig 13 T/P angular unconformities developed at western margin of Junggar basinPt1—二叠系第1个反射波;Tt1—三叠系第1个反射坡Ma (表2)。
盆地内部充填层序主体为滨湖半深湖相构成的湖泊体系,西北缘为相对较粗的冲积体系(冲积扇和扇三角洲),南缘和东北缘以河流沉积体系为主夹有湖泊和扇三角洲体系。
该时期同期构造变形很弱,除北部乌伦古拗陷早期出现一些NWW 向同生正断层及东北大井凹陷早二叠世正断层仍有微小继承性活动外,盆地内绝大部分区域断裂活动不明显。
因此整个盆地体现了裂谷期后伸展拗陷的特征。
晚二叠世末,受海西运动主幕的影响,盆地发生抬升,并形成西北缘克乌断裂、车红断裂和北缘吐斯托依拉断裂等一系列重要的高角度逆冲断裂,使早二叠世伸展断陷受到改造,易—334— 2000,7(4) 地 学 前 缘 盆地构造分析被误为是前陆盆地。
盆地边缘隆起、冲断抬升造成二叠系地层上翘并被严重剥蚀,与上覆三叠系呈明显不整合接触(图3)。
112 三叠纪—老第三纪克拉通内盆地三叠纪—老第三纪克拉通内盆地以古地温梯度和热流值低、沉降速率小、沉积广泛超覆为特征。
(1)三叠纪弱挤压挠曲性质的克拉通内盆地:盆地古地温梯度为3416～4217℃/km ,大地热流值为11018～6615J ・cm -2・s -1(表1),比典型的克拉通盆地要高。
沉积速率与晚二叠世相比出现了跳跃式降低,为814～4718m/Ma (表2)。
构造沉降曲线也明显变缓(图2)。
表2 准噶尔盆地不同构造单元地层沉积速率表Table 2 Depositional rate of different structural units in J unggar basin 时代不同构造速率之沉积速率 v /(m ・Ma -1)索索泉凹陷(伦参1井)玛湖凹陷(艾参1井)陆南凸起(陆3井)大井坳陷(彩3井)昌吉坳陷中央坳陷克夏断阶带(检乌26井)南缘逆冲断褶带(齐8井)白垩纪51822162815侏罗纪731744472834146616三叠纪471839311581431183516晚二叠世32915167151861724032003 3据地震剖面时深转换厚度计算(未经剥蚀、压实校正)。
整个三叠系构成一旋回,超覆于早二叠世海西晚期因抬升、逆冲形成的边缘隆起上。
充填层序的沉积体系下三叠统主要为红色干旱条件下的冲积体系和河流体系。
中三叠统为滨浅湖相组成的湖泊体系,晚三叠世早中期湖侵达到最大,晚期收缩,变为潮湿条件下的湖沼沉积。
整个盆地在基底构造沉降上表现得比较稳定。
仅在盆地边缘局部地区三叠系上部地层出现有挤压,特别是准西隆起,隆起边缘三叠系地层出现了明显突变式楔形收敛,顶部与侏罗系呈明显角度不整合,向盆地方向渐变为假整合(图4)。
对这种现象Riba [7]和Anadon [8]称之为递进不整合(progressive unconformities ),系同沉积挤压作用造成的。
这一图4 西北缘三叠系发育的递进不整合(AD14线)Fig 14 Progressive unconformity within Triassic at western margin of Junggar basin (line :AD14)Pt1—二叠系第1个反射波;Tt1—三叠系第1个反射波;Jt1—侏罗系第1个反射波;Kt1—白垩系第1个反射波特征说明三叠纪的盆地属于克拉通内盆地,晚期呈现弱挤压性质。
三叠纪末,印支运动引起挤压作用加强,盆地整体抬升,广大地区形成平行不整合,边缘则为角度不整合(图3,4)。