中国古生代扬子、华北及塔里木克拉通统一体特征田　海　芹(石油大学石油资源科学系,山东东营257062) 摘要　对古生代扬子、华北及塔里木三大克拉通的区域构造背景及演化史、基底和盖层性质及演化史以及克拉通盆地形成、发育、充填及演化史等方面的统一性进行了研究,提出了“中国古生代扬子、华北及塔里木克拉通是一个统一体”的新观点假说。

如果这一假说成立,将会对研究我国含油气盆地的构造学、沉积学、油气分布规律和油藏成藏机制等产生一定的影响,因而有可能会提高我国扬子、华北及塔里木地区的油气勘探的成功率。

主题词　中国;扬子地区;华北地区;塔里木盆地;古生代;克拉通;统一体中图法分类号　P541作者简介　田海芹,男,1958年出生,副教授。

1985年获硕士学位,1997年在石油大学研究生院获博士学位。

现在从事碳酸盐岩沉积学、古地理学及层序地层学研究工作。

引　言对我国扬子、华北及塔里木三大克拉通进行了反复对比及综合研究,发现这三大克拉通在区域构造背景、区域构造演化史、基底及盖层的性质和演化史、克拉通盆地的形成、发育、充填和演化史以及烃源岩的热演化史等方面均具有惊人的相似之处。

从中国的现今地形图来看,在扬子(克拉通)、华北(克拉通)与塔里木(克拉通)平地之间,有一条向北东方向凸出的呈“半月形”的高地青藏高原。

在青藏高原东南部,又有一块向北东方向凹进的“半月形”平地。

整体观察,塔里木盆地好像是从扬子和华北地区中被挤出去的一部分。

由此推测扬子、华北及塔里木三大克拉通在中、新生代可能发生过位移。

所以,这里提出“中国古生代扬子、华北及塔里木三大克拉通是一个统一体”的观点或假说。

如果这一假说成立,它将会使我国的区域构造地质学、地层学、沉积学、古地理学及与其相关的一切学科的理论和体系得到补充和发展,同时它也将会影响我国的油气及其它矿产的勘探和开发。

1　三大克拉通的区域构造背景及演化1.1　三大克拉通的形成时期1.1.1　扬子克拉通的形成时期扬子克拉通的基底形成于晋宁期或扬子期(约800Ma前),并经历了3个重要的构造期:即吕梁期(约1700Ma前)、四堡期(约1000Ma前)和晋宁期或扬子期(约800Ma前)。

不同时期的洋壳俯冲及岛弧带的形成,使分散的陆核、孤岛增长连在了一起,最终形成了克拉通(地台)的统一褶皱基底。

扬子克拉通基底形成后,自震旦纪开始就进入相对稳定的发展阶段,即进入了相对稳定的克拉通发展阶段。

1.1.2　华北克拉通的形成时期华北克拉通的基底基本形成于早元古代晚期的吕梁运动。

自中元古代开始,进入了盖层发育阶段,即华北克拉通形成于早元古代的吕梁期。

但长城系、蓟县系及青白口系均有不同程度的变质。

1.1.3　塔里木克拉通的形成时期塔里木克拉通的基底亦可以说是形成于早元古代晚期,亦可以说是形成于中元古代青白口纪末期的塔里木运动期。

因为塔里木克拉通前震旦系的阿克苏群亦为结晶变质岩系,但其原岩已具盖层岩层的性质。

自震旦纪开始才真正进入了克拉通发育阶段。

扬子克拉通与塔里木克拉通的形成时期完全一致。

不过,华北克拉通自在早元古代晚期形成以来,中、新元古界盖层的分布范围十分有限,基本仅限于京、津、唐等的华北北部地区,且亦多有变质现象。

1998年　第22卷第6期 石油大学学报(自然科学版)Journal of the U niversity of Petroleum,China Vol.22　No.6Dec.1998收稿日期:1998-02-17本文是中国石油天然气总公司“九五”重点攻关项目的部分内容。

马永生、狄明信、马玉新、肖尚斌、于文芹、赵勇生、刘克奇、张卫海、胡书毅、文玲、李红南等同志参与了本项研究工作。

所以,京、津、唐等华北北部地区的“盖层”可能遍及不了整个华北克拉通,而华北克拉通的真正形成时期实际上与扬子克拉通和塔里木克拉通的形成时期是相同的。

1.2　三大克拉通内的构造运动进入克拉通发育阶段以后,三大克拉通内的构造运动性质基本上以升降作用为主,多发育平行不整合。

自震旦纪以来,震旦纪末期的构造运动在三大克拉通均有显示,震旦系(华北克拉通缺失)与上覆寒武系均呈平行不整合接触。

早古生代的加里东运动,使扬子和塔里木克拉通地区的志留系与上覆的泥盆系整体上呈角度不整合接触,大多地区呈平行不整合接触。

华北地区则主要表现为中奥陶统与上覆上石炭统的巨大平行不整合接触。

华北克拉通的上奥陶统、志留系、泥盆系及下石炭统极有可能是“失”,而不是“缺”。

因为,在华北克拉通大部分地区的中奥陶统与上石炭统之间,发育了一个非常大的风化壳。

在这个风化壳之上,发育了厚达几十米的风化壳型沉积物,如铝土矿、铁矿及富铝富铁的粘土岩等。

各种岩石在风化作用过程中,都只有少量的氧化硅及氧化铁游离出来,而要形成厚度较大的风化壳,尚需要湿热的气候、平坦的地形及构造相对稳定等条件。

华北克拉通有如此之大、分布之广的风化壳,可能多属残留风化壳,当然也有一些属于堆积风化壳。

若作为残留沉积物,可适当定性地计算一下风化壳厚度与被风化岩层厚度之间的比例。

尽管这一关系式尚难以确定,但可以肯定地说,被风化的岩层厚度决不会小,因为这一风化壳基本上是华北克拉通地史上最大的一个风化壳。

关于晚古生代的海西运动,表现最明显的是扬子和塔里木克拉通地区的早二叠世和晚二叠世间的地质背景突变:塔里木克拉通基本上由海相突变为陆相沉积;扬子克拉通则由海相变为海陆交互相。

华北克拉通地区在早二叠世和晚二叠世间的地质背景突变也较明显,也是由海相突变为海陆交互相。

三大克拉通在早二叠世和晚二叠世间的地质背景突变还表现在岩浆活动上,古生代大规模的岩浆活动(主要是玄武岩的大量形成)主要发生在晚二叠世。

所以,三大克拉通内的构造运动的性质和时期也基本上是相同的。

2　三大克拉通的基底和盖层性质及演化2.1　基底性质三大克拉通古元古界及其下伏的基底均为结晶变质岩系。

同样,三大克拉通前震旦系的岩石亦多为变质岩,只是源岩性质不同而已。

自震旦系沉积(华北克拉通缺失)开始,三大克拉通的基底岩性才真正具有了盖层岩性的特征,只有华北地区的中元古界长城系、蓟县系和青白口系是以碳酸盐岩为主。

2.2　盖层性质及演化史这里所说的盖层性质是指盖层层序的岩性宏观组合规律及各级层序的层序边界类型。

2.2.1　震旦系扬子克拉通的震旦系底界面和顶界面分别为角度不整合和平行不整合性质的Ⅰ类层序界面。

扬子板块在早震旦世早期(莲沱期)以陆源碎屑岩沉积为主,并含有大量火山岩(岩熔及火山碎屑岩)、少量硅质岩;早震旦世晚期(南沱期)以冰积岩沉积为主。

由于含有大量的砂质砾岩、砾质砂岩、砾质砂质泥岩和砾质泥岩,所以,有人称之为“杂砾岩”。

随着冰川作用的减弱或海水对冰积物改造作用的加强,杂砾岩比例逐渐减少。

碳酸盐台地和台缘沉积是南方晚震旦世(陡山沱期和灯影期)最主要的沉积类型,沉积物以碳酸盐岩为主,含少量陆源碎屑岩、磷质岩和硅质岩,即下部以碎屑岩沉积为主,上部以碳酸盐岩沉积为主。

华北克拉通缺失震旦系,严格地说,是“失”,而不是“缺”。

塔里木克拉通的震旦系亦是下部以碎屑岩沉积为主,上部以碳酸盐岩沉积为主,只是下部的碎屑岩多为滨浅海潮坪环境的产物。

震旦系底界面和顶界面也是角度不整合和平行不整合性质的I类层序界面。

所以,扬子克拉通与塔里木克拉通的盖层只是“同期异相”而已,并且,华北克拉通极有可能也是如此。

2.2.2　下古生界扬子克拉通的寒武系下部(龙王庙阶的下伏各阶)以碎屑岩沉积为主;寒武系上部及中、下奥陶统以碳酸盐岩沉积为主;上奥陶统及志留系以碎屑岩沉积为主。

各层序界面基本上以平行不整合性质的Ⅰ类层序界面为主。

华北克拉通的下古生界除缺失·12·石油大学学报(自然科学版) 1998年12月下寒武统下部、上奥陶统及志留系外,其它特征完全与扬子克拉通相同。

塔里木克拉通与扬子克拉通的下古生界的沉积特征基本相同。

此外,三大克拉通在下古生界底部均发育有含磷岩系。

2.2.3　上古生界扬子克拉通的泥盆系以碎屑岩沉积为主,石炭系和二叠系(及三叠系)以碳酸盐岩沉积为主,各层序界面均以平行不整合性质的Ⅰ类层序界面为主。

华北克拉通的上古生界则以碎屑岩沉积为主。

塔里木克拉通的泥盆系及石炭系以碎屑岩沉积为主,二叠系以碳酸盐岩沉积为主。

但这三大克拉通的相同之处是在泥盆纪表现出水体最浅及相对海平面最低的特征(华北克拉通当时可能真是陆地或是发育有少量陆相沉积)。

另外,下二叠统与上二叠统间的岩性变化最大。

由此可见,这三大克拉通的盖层性质及演化规律也基本上是一样的。

3　三大克拉通统一体的形成、发育、充填及演化 扬子克拉通盆地自早寒武世沧浪铺期开始分解成碳酸盐岩台地、斜坡及盆地三大古地理单元以后,这种古地理格局一直稳定到寒武纪末期。

进入奥陶纪以后(实际上是从晚寒武世开始,东南碎屑岩沉积区及盆地区就率先抬升),尽管中国南方仍有碳酸盐岩、暗色泥岩及碎屑岩(主要是相对较粗的砂岩、粉砂岩和泥岩)三大沉积区的格局,但古地理面貌(特别是盆地、斜坡及盆地的古地理格局的面貌已不复存在)已经发生了根本性的变化。

到志留纪就演化成了碎屑岩滨浅海沉积环境。

进入海西期,又开始了一个新的海侵旋回。

从泥盆纪至早二叠世栖霞期,海水不断加深;到茅口期,海水变浅;到早二叠世末期,海水再次(基本上)退出本区。

但从晚二叠世至早三叠世,又完成了一个海侵、海退沉积旋回。

在晚古生代,除泥盆纪及晚二叠世地形高差较大以外,扬子克拉通的地形起伏不是太大。

华北克拉通盆地的演化过程基本上与扬子克拉通相似。

只是华北克拉通在志留纪、泥盆纪和早石炭世时期,可能因为水体更浅或陆地太多,再加上后期的剥蚀作用,以致未保存下多少沉积物,造成巨大的沉积间断。

说其是“失”,中奥陶统与上石炭统间的巨大平行不整合及上石炭统本溪组的巨厚风化壳型沉积物也是一个佐证。

塔里木克拉通盆地的演化过程可以说与扬子克拉通盆地的演化过程没有什么区别,特别是整个早古生代期间的演化完全相同(包括碳酸盐岩台地、斜坡及盆地的演化,以及古地理的分布方位和格局),只是在晚古生代,塔里木克拉通盆地内的碎屑岩沉积较发育。

4　统一体假说的其它证据4.1　中新生代扬子、华北及塔里木三大地区的位移若在古生代,扬子、华北及塔里木三大地区是一个统一体,那么,造成它们分离的原因就是地壳运动。

扬子、华北及塔里木三大克拉通经过了古生代相对稳定的演化阶段之后,由于受全球构造运动、海平面变化的影响,进入中生代以后,又开始了活化。

扬子地区是从三叠纪后才进入这一阶段的,华北和塔里木进入活化阶段可以说也是从三叠纪开始的。

主要证据是,海相环境骤然消失或极大减少,陆相湖泊、河流甚至是沙漠环境(塔里木中生代乃至新生代的古地理背景与现今的塔里木地理背景有极相似之处)开始大量发育,特别是进入喜马拉雅期以来,印度板块的向北俯冲和青藏高原的强烈隆升,可能是造成这三大克拉通分离的重要力量和机制。