何登發(fā),張 磊,吳松濤,李 滌,甄 宇

盆地階段(basin phase)是盆地發(fā)展歷史中某一具主導(dǎo)沉降機(jī)制的時(shí)期,不同盆地階段之間主導(dǎo)的構(gòu)造沉降機(jī)制不同。它們之間可能為不整合面或相應(yīng)的整一界面所分隔。由于不整合面常表現(xiàn)為沉積間斷或剝蝕間斷,因此沉積盆地的演化表現(xiàn)為沉降過(guò)程不斷被這種間斷所打破的階段式發(fā)展歷史。在時(shí)間序列上,較長(zhǎng)的沉降過(guò)程間夾幕式的無(wú)沉積作用(hiatus)、隆升剝蝕或褶皺等事件;在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上,沉積盆地表現(xiàn)為被區(qū)域性不整合面所限定的構(gòu)造-地層層序在垂向上的疊加組合,這種疊加組合可以被晚期的構(gòu)造事件(如斷裂、褶皺和巖漿活動(dòng)等)所調(diào)整改造。

因此,厘定沉積盆地的演化階段即是確定盆地發(fā)展的時(shí)間序列及不同階段的空間結(jié)構(gòu),主要有兩種基本方法:①構(gòu)造沉降分析,確定構(gòu)造沉降過(guò)程及其變化特點(diǎn),剖析每一階段的構(gòu)造沉降機(jī)制,不同階段之間沉降的轉(zhuǎn)換特點(diǎn);②構(gòu)造-地層層序與年代地層格架分析,基于鉆井、地震和露頭等綜合建立區(qū)域地質(zhì)大剖面,分析構(gòu)造-地層層序構(gòu)成及其年代-地層格架,確定地層不整合面的時(shí)間、地理與幾何變量。

準(zhǔn)噶爾盆地因受其基底組成的非均一性及周緣構(gòu)造帶的長(zhǎng)期活動(dòng)影響,內(nèi)部變形復(fù)雜,結(jié)構(gòu)橫向變化快,兼之受地震分辨率影響長(zhǎng)期對(duì)其深層反射屬性難以界定等問(wèn)題,對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化階段的認(rèn)識(shí)迄今仍分歧較大[1-8]。而盆地構(gòu)造演化階段的厘定及對(duì)其性質(zhì)的剖析是了解盆地油氣地質(zhì)條件的基礎(chǔ),也是制定油氣勘探戰(zhàn)略的重要依據(jù)。本文依據(jù)近年來(lái)盆地的深探井、高分辨率地震反射剖面及周緣露頭的研究進(jìn)展,基于上述學(xué)術(shù)思路,重新認(rèn)識(shí)準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造演化階段,為建立盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)年表與深層油氣勘探提供新的思路與參考依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地地處古亞洲洋構(gòu)造域的南部,是中亞造山帶(CAOB)的重要組成部分[9-13](圖1a),其三面被古生代的縫合線和褶皺帶圍限。盆地的西面為北東-北東東向的西準(zhǔn)噶爾褶皺造山帶,是準(zhǔn)噶爾地塊與塔城、巴爾喀什等地塊相互碰撞拼接的縫合帶,盆地北東面及東面是西伯利亞古板塊南緣的阿爾泰褶皺造山帶及東準(zhǔn)噶爾褶皺造山帶,盆地南緣為北天山褶皺造山帶,為準(zhǔn)噶爾地塊與塔里木板塊之間的縫合帶(圖1b)。

依據(jù)盆地內(nèi)部二疊系構(gòu)造特征及后期構(gòu)造改造特點(diǎn),將準(zhǔn)噶爾盆地劃分為西部隆起、東部隆起、陸梁隆起、北天山山前沖斷帶、中央坳陷和烏倫古坳陷等6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元和44個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1b)。根據(jù)盆地深鉆井及地震反射資料,準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)石炭紀(jì)—第四紀(jì)發(fā)展起來(lái)的大陸板內(nèi)沉積盆地(圖2)[14-18]。石炭系-二疊系下統(tǒng)發(fā)育多套火山巖系;中二疊統(tǒng)發(fā)育大型湖泊沉積體系,為盆地主要烴源巖發(fā)育期;上二疊統(tǒng)粗碎屑沉積體系發(fā)育;中-下三疊統(tǒng)發(fā)育扇三角洲-湖泊沉積體系,扇體構(gòu)成油氣主要儲(chǔ)集體;上三疊統(tǒng)(白堿灘組)發(fā)育大型湖泊沉積,表現(xiàn)為克拉通內(nèi)坳陷盆地沉積;下侏羅統(tǒng)-中侏羅統(tǒng)下部(八道灣組-西山窯組)為湖泊-沼澤相沉積;中侏羅統(tǒng)上部(頭屯河組)-上侏羅統(tǒng)為河湖相砂礫巖沉積,盆緣沖積扇體系發(fā)育;下白堊統(tǒng)為河湖相沉積,上白堊統(tǒng)分布局限,為炎熱氣候環(huán)境下紅層;古近系為河湖相沉積;新近系-第四系山前巨厚,為一套砂礫巖沉積。

準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了石炭紀(jì)之前的基底形成,石炭紀(jì)—二疊紀(jì)過(guò)渡發(fā)展,中生代—古近紀(jì)內(nèi)陸湖盆及新近紀(jì)—第四紀(jì)強(qiáng)烈擠壓等演化過(guò)程[14-15]。

2 盆地構(gòu)造演化階段

2.1 構(gòu)造沉降與盆地階段

近年來(lái)盆地腹部有一系列深探井,如莫深1井和達(dá)探1井,都已鉆揭下石炭統(tǒng)。根據(jù)莫深1井和達(dá)探1井的鉆井資料做出了基底沉降曲線和構(gòu)造沉降曲線?？梢钥闯?盆地腹部在連續(xù)的沉降過(guò)程中為3次抬升剝蝕(早二疊世末期、晚侏羅世和古近紀(jì)末期)所打斷(圖3)。

1) 石炭紀(jì)—早二疊世快速沉降期

又可分為早石炭世、晚石炭世、早二疊世3個(gè)沉降階段,主要為正斷層活動(dòng)控制的快速沉降。其間在早石炭世末和晚石炭世末在盆地大部分地區(qū)(如帳北斷褶帶、陸東凸起、車-拐凸起等)可以見(jiàn)到擠壓隆升及剝蝕現(xiàn)象,反映了局部或區(qū)域構(gòu)造事件。

2) 早二疊世末隆升期

表現(xiàn)為風(fēng)城組頂部的不整合面。在沙灣、盆1井西、瑪湖等凹陷反映出早二疊世末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)。盆地性質(zhì)由伸展轉(zhuǎn)為擠壓。

3) 中二疊世—三疊紀(jì)沉降期

表現(xiàn)為中二疊世快速沉降、晚二疊世—中三疊世沉降減速、晚三疊世緩慢沉降的特點(diǎn),構(gòu)成“S”型沉降形態(tài),其類型類似前陸盆地的沉降曲線。

4) 早-中侏羅世沉降期

基底沉降表現(xiàn)為快速沉降,但在構(gòu)造沉降曲線上為慢速沉降,僅在早侏羅世初期(八道灣組沉積期)構(gòu)造沉降速率略大。

5) 晚侏羅世隆升期

主要是齊古組、喀拉扎組沉積期,盆地腹部缺失。

6) 白堊紀(jì)—古近紀(jì)沉降期

在基底沉降曲線上,莫深1井為快速沉降,達(dá)探1井在早白堊世晚期沉降放緩,但其后仍然下沉。兩口井在構(gòu)造沉降曲線上幅度變化不大,類似于熱沉降拗陷特征。

7) 古近紀(jì)末期輕微隆升

古近紀(jì)與新近紀(jì)之間發(fā)生了沉降機(jī)制的轉(zhuǎn)換,在構(gòu)造沉降曲線上有輕度隆升。

8) 新近紀(jì)—第四紀(jì)沉降期

莫深1井與達(dá)探1井區(qū)沉降較緩。山前帶則急劇撓曲沉降。

2.2 構(gòu)造-地層層序

2.2.1 構(gòu)造地質(zhì)剖面

根據(jù)探井聲波測(cè)井資料制作合成地震記錄,進(jìn)行地震剖面地質(zhì)層位標(biāo)定。通過(guò)層位追蹤、閉合解釋了南北向、東西向地震大剖面(圖4,圖5)。

南北向剖面(圖4)經(jīng)過(guò)北天山山前沖斷帶、阜康凹陷、莫索灣凸起、莫北凸起、滴南凸起、三南凸起、三個(gè)泉凸起、英西凹陷、石英灘凸起、索索泉凹陷和紅巖斷階帶。在該剖面上,可見(jiàn)第四系底界、新近系底界、白堊系底界、三疊系底界、二疊系底界等角度不整合現(xiàn)象(圖4b,c)。白堊系及其以上地層,統(tǒng)一南傾。石英灘凸起以南二疊系及其以上地層整體南傾,石英灘凸起以北白堊系之下泥盆系、三疊系和石炭系北傾,在紅巖斷階帶,下盤(pán)地層被牽引。在阜康凹陷與石英灘凸起之間,二疊系之下的石炭系發(fā)育一系列地塹、半地塹構(gòu)造,早石炭世的斷陷主要發(fā)育在C1v構(gòu)造層內(nèi),斷陷范圍較小、斷層傾角較陡,部分?jǐn)鄬酉蛏辖K止于C2s底界;晚石炭世斷陷范圍擴(kuò)大,大部分?jǐn)鄬咏K止于上覆二疊系底;他們?yōu)槎B系角度不整合覆蓋,在滴南凸起和三個(gè)泉凸起等高部位可被三疊系或侏羅系角度不整合覆蓋。北天山山前沖斷帶白堊系底部滑脫層之上形成滑脫沖斷系統(tǒng),其下在石炭系-侏羅系之間形成多個(gè)沖斷席組成的雙重構(gòu)造;靠近山前,發(fā)育石炭系-中生界構(gòu)成的構(gòu)造楔,導(dǎo)致新生界形成北傾單斜。紅巖斷階帶形成基底卷入型斷層傳播褶皺,在其上盤(pán)上石炭統(tǒng)之上,侏羅系和白堊系急劇減薄,其上為第四系所不整合覆蓋。整條剖面揭示出南、北對(duì)沖形態(tài)。

東西向剖面(圖5)經(jīng)過(guò)克-百斷裂帶、瑪湖凹陷、達(dá)巴松凸起、盆1井西凹陷、莫北凸起、東道海子凹陷、白家海凸起、五彩灣凹陷、沙帳斷褶帶、石樹(shù)溝凹陷、黃草湖凸起、石錢灘凹陷、黑山凸起、老君廟褶皺帶和克拉美麗山東段。在該剖面上,可見(jiàn)新近系底界、古近系底界和白堊系底界等區(qū)域性角度不整合(圖5b,c)。在克-百斷裂帶,可見(jiàn)侏羅系不整合于沖斷席之上;在瑪湖西斜坡,見(jiàn)三疊系底部的削截不整合;在東道海子凹陷內(nèi)部,可見(jiàn)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組的超覆現(xiàn)象。自克-百斷裂帶至黑山凸起,白堊系及以上地層形成大的坳陷帶,呈向斜形態(tài);三疊系-侏羅系也具此形態(tài),但在白家海凸起與黑山凸起之間,受下伏沖斷活動(dòng)影響,“向斜”東翼被褶皺及斷層切割復(fù)雜化。二疊系自克-百斷裂帶向莫北凸起一帶呈楔狀減薄,瑪湖凹陷西斜坡二疊系較厚,且東南傾,指示出前二疊系的構(gòu)造楔入活動(dòng)[19];莫北凸起東界之下有大型西傾斷裂,與上覆斷層構(gòu)成“樓梯式”轉(zhuǎn)接[20]。自白家海凸起、沙帳斷褶帶、黃草湖凸起到黑山凸起,二疊系、石炭系形成隔檔式斷層傳播褶皺背斜帶,大型斷層發(fā)育在次級(jí)構(gòu)造單元之間;其上為侏羅系、白堊系不整合覆蓋。黑山凸起以東為強(qiáng)烈的褶皺變形帶,老君廟褶皺帶石炭系-侏羅系形成大型向斜,克拉美麗山東段發(fā)育大型構(gòu)造楔。東西向剖面上也具對(duì)沖結(jié)構(gòu)(為不同構(gòu)造世代作用的結(jié)果)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地腹部莫深1井與達(dá)探1井的基底沉降與構(gòu)造沉降曲線Fig.3 Curves showing the basement subsidence and tectonic subsidence of Well Moshen-1 and Well Datan-1 in the central Junggar Basin

2.2.2 構(gòu)造-地層層序

圖4和圖5所示的結(jié)構(gòu)剖面清楚地指示了準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造-地層層序的發(fā)育特點(diǎn)。為更加直觀地反映出盆地構(gòu)成特點(diǎn),制作了圖6和圖7所示的年代地層格架剖面。

在南北向剖面上,可見(jiàn)6套構(gòu)造-地層層序,即:①石炭系:包括下石炭統(tǒng)和上石炭統(tǒng)兩套構(gòu)造-地層層序,下石炭統(tǒng)C1v斷陷構(gòu)造層分布較廣,主要分布在阜康凹陷北部、莫索灣凸起、陸梁隆起和紅巖斷階帶,在烏倫古坳陷內(nèi)被剝蝕;上石炭統(tǒng)主要?dú)埩粼陉懥郝∑鹕?紅巖斷階帶上有少部分殘留,烏倫古坳陷和盆地南側(cè)的中央坳陷帶內(nèi)均遭受剝蝕。石炭系與二疊系之間發(fā)育區(qū)域性不整合面(剝蝕時(shí)限52～101 Ma),致使上石炭統(tǒng)和部分下石炭統(tǒng)遭受強(qiáng)烈剝蝕,陸梁隆起及以北地區(qū)剝蝕較大。②下二疊統(tǒng):包括佳木河組、和風(fēng)城組。在阜康凹陷-莫北凸起一帶較為發(fā)育,在三南凹陷及以南有殘余,以北剝蝕殆盡。③中二疊統(tǒng)-三疊系:包括夏子街組-下烏爾禾組、上烏爾禾組、中下三疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)等4個(gè)次級(jí)構(gòu)造-地層層序。中二疊統(tǒng)殘余范圍擴(kuò)大,下烏爾禾組在三南凹陷、三個(gè)泉凸起、英西凹陷均有少量殘留。在莫索灣凸起、莫北凸起及陸梁隆起上,二疊系與三疊系之間發(fā)育不整合(不整合面時(shí)限長(zhǎng)為9～14 Ma),上二疊統(tǒng)在莫北凸起以北遭受強(qiáng)烈剝蝕,只在英西凹陷有部分殘留。下三疊統(tǒng)僅發(fā)育在莫北凸起以南,底部發(fā)育一套砂礫巖,超覆于下伏二疊系之上。中-晚三疊世,盆地沉積范圍擴(kuò)大到整個(gè)盆地,盆地進(jìn)入克拉通內(nèi)坳陷階段。④侏羅系:包括八道灣-西山窯組、頭屯河組、局部發(fā)育齊古-喀拉扎組。八道灣組沉積時(shí)期,盆地進(jìn)入伸展斷陷或拗陷階段,分布范圍廣,發(fā)育煤層。西山窯組沉積末期,盆地處于壓扭構(gòu)造背景,在莫北凸起和滴南凸起、石英灘凸起等發(fā)育角度不整合[18,21-22]。晚侏羅世,盆地遭受大規(guī)模隆升剝蝕,上侏羅統(tǒng)大多缺失,西山窯組在盆地南部的阜康凹陷、莫索灣凸起等地區(qū)被剝蝕;⑤白堊系-古近系:盆地進(jìn)入陸內(nèi)統(tǒng)一坳陷階段,發(fā)育下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)與古近系3個(gè)次級(jí)構(gòu)造層。古近紀(jì)末期盆地北部的三個(gè)泉凸起至紅巖斷階帶遭受剝蝕;⑥新近系-第四系:包括新近系、第四系次級(jí)構(gòu)造層,新近紀(jì)末期盆地北部再次遭受抬升剝蝕,第四系不整合于下伏地層之上。

在東西向剖面上(圖7),可見(jiàn)構(gòu)造-地層層序。①石炭系:大井坳陷以下石炭統(tǒng)為主,阜康-吉木薩爾-古城等凹陷,以上石炭統(tǒng)為主;②下二疊統(tǒng):在東道海子凹陷、瑪湖凹陷等較為發(fā)育;③中二疊統(tǒng)—三疊系:包括夏子街組-下烏爾禾組、上烏爾禾組、中下三疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)等4個(gè)次級(jí)構(gòu)造-地層層序,其間均為不整合面分隔。夏子街組分布甚廣,而下烏爾禾組在瑪湖凹陷、東道海子凹陷等較為發(fā)育;上烏爾禾組(東部稱為梧桐溝組)在五彩灣凹陷以東較為發(fā)育,在瑪湖凹陷南部、中拐凸起及沙灣凹陷一帶上烏爾禾組發(fā)育。下三疊統(tǒng)與中上三疊統(tǒng)之間也存在不整合面,下三疊統(tǒng)在盆地東部發(fā)育較廣,盆地西部受西北緣向盆內(nèi)推覆作用影響,地層較薄,以粗粒物質(zhì)為主[23-24];中三疊統(tǒng)主要發(fā)育在盆地西部;上三疊統(tǒng)沉積期,湖盆范圍擴(kuò)大,發(fā)育完整的上三疊統(tǒng),但白家海凸起有所缺失;④侏羅系:下侏羅統(tǒng)下部全盆發(fā)育,上部主要沉積在瑪湖凹陷、達(dá)巴松凸起、盆1井西凹陷、莫北凸起、東道海子凹陷,向盆地東部逐漸消失;中侏羅統(tǒng)在盆地內(nèi)大范圍發(fā)育,從克-百斷裂帶到瑪湖凹陷超覆不整合發(fā)育,盆地東部受逆沖活動(dòng)影響,形成一系列斷層相關(guān)褶皺帶,頂部被削蝕;上侏羅統(tǒng)大范圍缺失,但在東道海子凹陷和白家海凸起分布較廣;黑山凸起和老君廟褶皺帶一些地區(qū)也殘存上侏羅統(tǒng)[18];⑤白堊系-古近系:白堊系普遍發(fā)育,但盆地東部普遍缺失上白堊統(tǒng),下白堊統(tǒng)呈現(xiàn)盆緣較薄、盆內(nèi)較厚的特征;盆地東部部分缺失古近系;⑥新近系-第四系:包括沙灣組、塔西河組、第四系等次級(jí)構(gòu)造層,新近紀(jì)末期盆地北部大范圍遭受剝蝕,缺失獨(dú)山子組,第四系不整合于下伏地層之上。克-百斷裂帶新近系超覆于石炭系之上,缺失間斷時(shí)限約275 Ma。

2.3 盆地演化階段

從盆地構(gòu)造沉降曲線、構(gòu)造-地層層序及不整合面間斷時(shí)間綜合分析(圖3—圖7),準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了以下6個(gè)演化階段(圖2):①石炭紀(jì):分別經(jīng)歷早石炭世和晚石炭世兩個(gè)斷陷/拗陷旋回;②早二疊世:主要為佳木河期、風(fēng)城期斷陷發(fā)育期,在風(fēng)城組沉積末期構(gòu)造反轉(zhuǎn),由伸展轉(zhuǎn)為擠壓[21];③中二疊世—三疊紀(jì):分別經(jīng)歷夏子街組-下烏爾禾組、上烏爾禾組、中下三疊統(tǒng)、上三疊統(tǒng)等沉積期,為盆地的主要擠壓變形期,晚三疊世形成大型的克拉通內(nèi)坳陷;④侏羅紀(jì):早-中侏羅世早期伸展變形明顯,但中侏羅世晚期—晚侏羅世,壓扭活動(dòng)[16,18,22,25];⑤白堊紀(jì)—古近紀(jì):大型內(nèi)陸湖泊盆地發(fā)育期,受炎熱氣候影響,發(fā)育紅層;⑥新近紀(jì)—第四紀(jì):處于前陸環(huán)境,發(fā)生大規(guī)模縮短變形。

3 盆地構(gòu)造演化特征

3.1 剖面構(gòu)造演化及其對(duì)盆地構(gòu)造變形的約束

3.1.1 南北向剖面構(gòu)造演化

對(duì)南北向構(gòu)造地質(zhì)剖面(AA′)進(jìn)行平衡剖面恢復(fù),共劃分為石炭紀(jì)、早二疊世、中-晚二疊世、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)—古近紀(jì)和新近紀(jì)以來(lái)7個(gè)變形階段。其中,石炭紀(jì)處于伸展斷陷-拗陷階段,早、晚石炭世均經(jīng)歷一期斷-拗過(guò)程。早石炭世中晚期斷陷的伸展量較大,約為9 km,形成了一系列半地塹、地塹(圖8b);石炭紀(jì)末期斷陷經(jīng)歷了正反轉(zhuǎn)過(guò)程。下二疊統(tǒng)佳木河組沉積時(shí)期盆地依然處于伸展環(huán)境,在瑪湖凹陷西斜坡、中拐凸起和沙灣凹陷一帶發(fā)育大量火山巖;風(fēng)城組繼承了這種特點(diǎn),火山活動(dòng)在瑪湖凹陷較為強(qiáng)烈。整體而言,下二疊統(tǒng)分布不均勻,是對(duì)石炭紀(jì)末盆地地貌的一次調(diào)整,高處削截,低洼處填平補(bǔ)齊,而中-上二疊統(tǒng)分布范圍明顯擴(kuò)大,向隆起高部位逐漸超覆(圖8d,e)。中-晚二疊世盆地南、北兩側(cè)均發(fā)生擠壓活動(dòng),造成早期石炭紀(jì)的斷陷被改造,上石炭統(tǒng)和中-下二疊統(tǒng)遭受剝蝕。中二疊世以盆地南部逆沖推覆為主,縮短量達(dá)11 km。三疊系是在二疊系的基礎(chǔ)上繼承性發(fā)育,整體仍處于擠壓環(huán)境,在下三疊統(tǒng)底部發(fā)育一套沖積扇沉積體系,中-上三疊統(tǒng)發(fā)育時(shí)湖盆范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,形成統(tǒng)一的大型坳陷湖盆(圖8f)。早侏羅世早期盆地進(jìn)入斷陷階段,于盆-山結(jié)合部位斷陷發(fā)育,沉積厚度增大;中-晚侏羅世受盆緣大斷裂壓扭作用影響,在盆內(nèi)形成多個(gè)NE,NEE向凸起帶[22]。在凸起帶上,特別是對(duì)應(yīng)基底斷裂帶部位,發(fā)育中淺層次級(jí)斷裂。進(jìn)入白堊紀(jì),北部的紅巖斷階帶開(kāi)始活動(dòng),致使紅巖斷階帶的侏羅系遭受剝蝕(圖8h)[26]。南側(cè)準(zhǔn)南緣沖斷帶也開(kāi)始活動(dòng),形成多個(gè)逆沖斷片,這一時(shí)期的縮短量達(dá)11 km。新近紀(jì),受北天山?jīng)_斷活動(dòng)的影響,盆地?fù)锨两?整體向南掀斜,在山前沉積巨厚的新近系。新近紀(jì)晚期—第四紀(jì),南緣沖斷帶活動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng),在前期沖斷片之上形成逆沖推覆體,構(gòu)成上、下疊置的多重滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng),山前部位發(fā)育巨厚的第四系,縮短量達(dá)30 km。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地南北向構(gòu)造演化剖面(AA′)Fig.8 NS-trending tectonic evolution profile (AA′) of the Junggar Basina.C1v沉積前；b.C2沉積前；c.P1沉積前；d.P2沉積前；e.T沉積前；f.J沉積前；g.K沉積前；h.N1s沉積前；i.Q沉積前；j.現(xiàn)今

AA′剖面總縮短量為43 km,表明準(zhǔn)噶爾盆地南北向上整體發(fā)生了縮短,縮短率為12.2%,在中-晚二疊世縮短了11 km,古近紀(jì)末期縮短了11 km,上新世—第四紀(jì)縮短為30 km,晚期擠壓很強(qiáng)。在這些擠壓縮短事件之間,則是伸展或熱沉降期。即自石炭紀(jì)以來(lái),準(zhǔn)噶爾盆地在南北方向上經(jīng)歷了二疊紀(jì)—三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)—第四紀(jì)3個(gè)伸展-聚斂旋回。

3.1.2 東西向剖面構(gòu)造演化

對(duì)東西向構(gòu)造地質(zhì)剖面(BB′)進(jìn)行平衡恢復(fù),表明準(zhǔn)噶爾盆地在東西方向上經(jīng)歷了以下演化過(guò)程:①晚石炭世—早二疊世伸展斷陷階段(圖9a—c),在瑪湖凹陷、大井坳陷一帶發(fā)育半地塹組合[27];(2)中-晚二疊世,盆地東、西兩側(cè)均發(fā)生擠壓活動(dòng),以盆地西部的逆沖推覆為主,縮短量達(dá)73 km,盆地東部縮短量為39 km;西側(cè)發(fā)育大規(guī)模同構(gòu)造沉積活動(dòng)的扇體,形成扇三角洲體系群[28];③早三疊世,盆地兩側(cè)仍在同時(shí)擠壓,盆地西側(cè)縮短量為68 km,盆地東側(cè)縮短量為22 km,扇三角洲體系群仍然發(fā)育[23-24],這一時(shí)間整體以盆地西部構(gòu)造活動(dòng)為主;④中-晚三疊世,盆地西緣以穩(wěn)定湖盆沉積為主,中三疊世早期仍有逆沖推覆作用影響,形成一系列沖積扇;盆地東部變形則開(kāi)始向盆內(nèi)快速傳播,形成白家海凸起和黑山凸起,盆地東部縮短量為11 km,表現(xiàn)出西弱東強(qiáng)的活動(dòng)特點(diǎn);⑤早侏羅世—中侏羅世西山窯組沉積期,盆地西部以穩(wěn)定沉積為主,發(fā)育湖沼相沉積,盆地東部則繼續(xù)向盆內(nèi)推覆,縮短量約為52 km(圖9g),表現(xiàn)出強(qiáng)烈的縮短活動(dòng);⑥中-晚侏羅世,盆地受壓扭作用影響,在盆地內(nèi)部形成車-莫古隆起[16,18,20],盆地西緣和東緣都有相應(yīng)的逆沖響應(yīng),盆地東緣縮短量約為15 km(圖9h),表明在燕山期盆地東部的構(gòu)造活動(dòng)尤為強(qiáng)烈;⑦白堊紀(jì),在穩(wěn)定沉積了一定厚度的下白堊統(tǒng)之后,盆地東部再次抬升,但縮短量較小,反映在構(gòu)造幾何學(xué)特征上即盆地東部斷層更為高陡、褶皺抬升剝蝕較強(qiáng);⑧新近紀(jì)以來(lái)盆地東西向整體穩(wěn)定沉降,之后,受天山向北推覆影響,盆地西緣、東緣有所抬升,但構(gòu)造變形較小。

從東西向剖面的復(fù)原來(lái)看(圖9),準(zhǔn)噶爾盆地在東西向上的縮短率達(dá)35.8%,盆地西緣的縮短率為18.5%,盆地東緣的縮短率17.2%,西側(cè)的擠壓縮短強(qiáng)于東側(cè)。盆地西側(cè)的擠壓限于瑪湖凹陷一帶,前鋒可能達(dá)到莫北凸起;擠壓縮短主要發(fā)生在中-晚二疊世和早三疊世。但盆地東側(cè)的擠壓則達(dá)到黑山凸起,甚至達(dá)白家海凸起一帶,前鋒擴(kuò)展范圍較西側(cè)的大得多;擠壓縮短除中-晚二疊世、早三疊世之外,晚三疊世、中侏羅世早期、晚侏羅世—早白堊世仍有強(qiáng)烈的擠壓變形,即燕山早中期的構(gòu)造變形東強(qiáng)西弱。晚白堊世以來(lái),東、西方向上的擠壓較為微弱。

比較圖8和圖9不難看出,盆地變形具有以下特點(diǎn):①準(zhǔn)噶爾盆地在東西向上的縮短率(35.8%)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于南北向上的縮短率(12.2%)。②南北向上與東西向上的擠壓縮短時(shí)期存在差異,首先是中-晚二疊世東西向上的縮短遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于南北向的縮短;其次,早三疊世東西向上發(fā)生較大規(guī)?？s短,而南北向上擠壓很弱;第三是東西向上燕山早、中期較強(qiáng),南北向上較弱;第四是南北向上喜馬拉雅晚期非常強(qiáng)烈,但東西向上這一時(shí)期趨于平靜。③中-晚二疊世是盆地南北、東西向上都發(fā)生縮短的時(shí)期,但東西向上的擠壓(始于風(fēng)城組沉積末期)略早于南北向的擠壓(梧桐溝組沉積期)。④石炭紀(jì)均經(jīng)歷早石炭世、晚石炭世兩個(gè)伸展-拗陷旋回,早石炭世末期正反轉(zhuǎn),晚石炭世末期斷褶活動(dòng)強(qiáng)烈,地層剝蝕嚴(yán)重。

3.2 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化模式

隨著古亞洲洋盆的開(kāi)啟、消減和閉合的演化,準(zhǔn)噶爾地區(qū)自早古生代以來(lái)長(zhǎng)期表現(xiàn)為多島洋的構(gòu)造格局[14-15,29],該構(gòu)造體制持續(xù)發(fā)育至晚古生代,直至形成準(zhǔn)噶爾盆地的基底[18,30]。根據(jù)盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖3,圖4)和構(gòu)造演化(圖8,圖9)特點(diǎn),準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造演化可以概括為6個(gè)演化階段(圖2,圖10):

1) 石炭紀(jì)洋盆開(kāi)啟-消減階段

石炭紀(jì)期間,烏倫古、陸梁、莫索灣等線性島弧離散在準(zhǔn)噶爾洋中構(gòu)成了準(zhǔn)噶爾地區(qū)的多島洋格局[30-33]。洋盆俯沖消減過(guò)程中在島弧地體之上形成了一系列弧相關(guān)盆地[34](圖10a)。整個(gè)準(zhǔn)噶爾地區(qū)在石炭紀(jì)末期完成了洋-陸構(gòu)造轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致上述弧-盆系統(tǒng)相繼碰撞拼貼[31-32],完成了二疊紀(jì)準(zhǔn)噶爾盆地的拼合基底[30]。二疊系與石炭系之間為區(qū)域不整合,標(biāo)志了這一構(gòu)造事件。

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地東西向構(gòu)造演化剖面(BB′)Fig.9 EW-trending tectonic evolution profile (BB′) of the Junggar Basina.二疊系沉積前；b.下二疊統(tǒng)佳木河組沉積早期；c.中二疊統(tǒng)沉積前；d.三疊系沉積前；e.中三疊統(tǒng)沉積前；f.侏羅系積前；g.中侏羅統(tǒng)頭屯河組沉積前；h.上白堊統(tǒng)沉積前；i.新近系沉積前；j.現(xiàn)今

2) 石炭紀(jì)末—早二疊世伸展階段

石炭紀(jì)末—早二疊世處于后碰撞調(diào)整時(shí)期[35-36],后碰撞伸展作用導(dǎo)致準(zhǔn)噶爾盆地廣泛發(fā)育石炭紀(jì)末—早二疊世的斷陷和裂谷巖漿事件(圖10b),在盆地西部的佳木河組與風(fēng)城組可見(jiàn)多期中-基性火山巖,在地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面上可見(jiàn)該期的地塹與半地塹組合(圖3,圖4)。

3) 中二疊世—三疊紀(jì)前陸盆地階段

準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)入斷陷后的坳陷演化階段,具體表現(xiàn)為在盆地瑪湖、沙灣-盆1井西、東道海子-五彩灣-大井、阜康-吉木薩爾等凹陷內(nèi)發(fā)育中二疊世厚層泥巖(圖10c)。盆地在晚二疊世—三疊紀(jì)發(fā)生強(qiáng)烈撓曲沉降,如前所述,該期是準(zhǔn)噶爾強(qiáng)烈擠壓縮短時(shí)期(圖8,圖9),形成了準(zhǔn)噶爾西北緣、南緣及東緣的前陸盆地帶;至晚三疊世該期的差異構(gòu)造作用導(dǎo)致紅巖斷階帶形成低凸起[18]。

圖10 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化模式Fig.10 Tectonic evolution pattern of the Junggar Basina.石炭紀(jì)(弧相關(guān)盆地)；b.石炭未紀(jì)—早二疊世(后碰撞裂谷盆地)；c.中二疊世—早三疊世(陸內(nèi)斷-凹陷盆地)；d.侏羅紀(jì)—古近紀(jì)(熱沉降成因的凹陷盆地)；e.親近紀(jì)—第四紀(jì)(后方前陸盆地)

4) 侏羅紀(jì)伸展-壓扭階段

早侏羅世—中侏羅世早期,準(zhǔn)噶爾盆地處于弱伸展環(huán)境,發(fā)育在趙重遠(yuǎn)稱之的“后海西地臺(tái)”之上[37],主要為一套含煤建造,該期的盆地范圍廣闊,水體淺而寬,可稱為“泛準(zhǔn)噶爾盆地”(圖10d);自中侏羅世晚期頭屯河組沉積期—晚侏羅世,受周緣塊體調(diào)整影響,盆地處于壓扭活動(dòng)期[22],且盆地東緣擠壓強(qiáng)烈活動(dòng)(圖9)。使得侏羅紀(jì)經(jīng)歷了一個(gè)伸展-擠壓的完整旋回。

5) 白堊紀(jì)—古近紀(jì)克拉通內(nèi)拗陷階段

準(zhǔn)噶爾盆地及鄰區(qū)統(tǒng)一沉降,以拗陷湖盆沉積為主(圖10d),早白堊世湖盆范圍廣,早白堊世末期盆地東緣有擠壓發(fā)生,可能與蒙古-鄂霍茨克洋的關(guān)閉事件有關(guān);晚白堊世受古氣候影響,紅層發(fā)育;古近紀(jì)仍為大型坳陷,盆地南側(cè)發(fā)育安集海河組沉積期大型湖盆;古近紀(jì)末期盆地南側(cè)已有擠壓事件的發(fā)生。

6) 新近紀(jì)—第四紀(jì)前陸盆地階段

受印度和歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響,準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷活動(dòng)強(qiáng)烈,這主要是塔里木地塊在這一時(shí)期向天山之下發(fā)生陸內(nèi)俯沖[38],塔里木地塊俯沖前鋒到達(dá)準(zhǔn)噶爾盆地南緣一帶,準(zhǔn)噶爾盆地處于后方前陸環(huán)境(retro-foreland),發(fā)生急劇撓曲沉降,充填了巨厚的新近系-第四系,靠近山前,沉積厚度大,向前陸方向減薄,盆地幾何形態(tài)呈不對(duì)稱楔狀(圖3,圖10e)。準(zhǔn)噶爾盆地再次演化為大型前陸坳陷。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

前人對(duì)于準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化階段的劃分并不一致,主要是所依據(jù)的資料基礎(chǔ)與學(xué)術(shù)觀點(diǎn)差異較大。其一是對(duì)石炭紀(jì)的認(rèn)識(shí),早期將石炭系作為盆地的“基底”看待,但隨著五彩灣氣田、石西油田、克拉美麗氣田、中拐石炭系氣藏和滴南石炭系氣藏等的發(fā)現(xiàn),鉆探資料揭示出石炭系是火山巖系與沉積巖系的組合,王京彬等[35]認(rèn)為這是后碰撞階段伸展期的產(chǎn)物,從我們對(duì)石炭紀(jì)及其之前地質(zhì)時(shí)期的構(gòu)造-沉積格局復(fù)原來(lái)看[30-34],石炭紀(jì)是古亞洲洋中這一地域一系列島弧帶的拼貼期,發(fā)育一系列弧前、弧內(nèi)、弧后或弧間等“弧相關(guān)盆地”(圖10a),這是準(zhǔn)噶爾盆地的早期演化階段,經(jīng)歷了早、晚石炭世兩個(gè)伸展-凹陷旋回。

其二是關(guān)于早二疊世盆地的性質(zhì),多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這是前陸盆地發(fā)育期[4-5,8,39]。吳慶福[1]、尤綺妹[2]、趙白[3]、蔡忠賢等[6]、陳發(fā)景等[7]、何登發(fā)等[9]確定早二疊世為裂谷,主要依據(jù)是佳木河組、風(fēng)城組中基性火山巖發(fā)育的伸展構(gòu)造環(huán)境及靠近扎伊爾山前地層加厚、沉降中心的遷移發(fā)育等所體現(xiàn)的斷陷結(jié)構(gòu)。所不同的是,吳慶福[1]認(rèn)為二疊紀(jì)始終為裂陷,陳發(fā)景等[7]認(rèn)為中二疊世為裂谷期后弱伸展拗陷,晚期為弱縮短撓曲拗陷。本文則依據(jù)瑪湖、沙灣等凹陷地震剖面的解析,認(rèn)為風(fēng)城組末期已發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn),中二疊世已經(jīng)處于擠壓作用期,并認(rèn)為這一時(shí)期延續(xù)至晚三疊世,當(dāng)然期間存在多個(gè)擠壓高峰期,即存在幕式運(yùn)動(dòng)。

其三是關(guān)于早-中三疊世的盆地性質(zhì),陳發(fā)景等[7]認(rèn)為早-中三疊世及晚三疊世早期為弱伸展拗陷,晚三疊世晚期可能為弱縮短撓曲拗陷。從瑪湖凹陷周緣、沙灣凹陷周緣克拉瑪依、黃羊泉、夏子街、夏鹽、中拐等扇三角洲體系廣泛發(fā)育來(lái)看[23-24],早-中三疊世應(yīng)是周緣強(qiáng)烈沖斷活動(dòng)期,這從克-百斷裂帶、烏-夏斷裂帶和哈山斷裂帶等沖斷活動(dòng)及生長(zhǎng)地層的特征上也可得到證明[40]。晚三疊世白堿灘組沉積期,烏倫古坳陷已與中央坳陷等連城一體(圖4,圖8,圖10c),表現(xiàn)為克拉通內(nèi)坳陷特點(diǎn),但在烏-夏斷裂帶晚三疊世的逆沖活動(dòng)仍很強(qiáng)烈,侏羅系角度不整合于這些沖斷背斜帶之上。

對(duì)侏羅紀(jì)經(jīng)歷伸展-擠壓旋回的認(rèn)識(shí)逐漸趨于一致。如陳發(fā)景等[7]認(rèn)為早-中侏羅世為弱伸展拗陷,中-晚侏羅世為小型陸內(nèi)前陸坳陷。本文基于地震剖面解析,認(rèn)為早侏羅世、中侏羅世早期(西山窯期)處于伸展背景,在準(zhǔn)噶爾南緣一帶有斷陷帶發(fā)育,而中侏羅世晚期(頭屯河期)—晚侏羅世盆地整體處于壓扭構(gòu)造背景,形成了橫亙盆地中央的NE-NEE向的車-莫古隆起[22],在陸梁隆起部位形成了夏鹽、石東、滴水泉等8個(gè)壓扭性鼻狀凸起帶[25]。況軍等[41]認(rèn)為在準(zhǔn)南緣形成了前陸沖斷帶,齊古組和喀拉扎組等的礫巖代表該期沖斷活動(dòng)產(chǎn)物。

早白堊世為穩(wěn)定大陸內(nèi)坳陷,具有熱冷卻沉降性質(zhì)。而晚白堊世由于地層厘定仍有含混,對(duì)其屬性仍存爭(zhēng)議,如陳發(fā)景等[7]認(rèn)為晚白堊世為弱縮短撓曲拗陷;Tang 等[26]在盆地北緣紅巖斷階帶的構(gòu)造解析表明這一時(shí)期發(fā)生強(qiáng)烈沖斷,但盆地南緣、西北緣這一時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)并不強(qiáng)烈。

古近紀(jì)為穩(wěn)定大陸內(nèi)坳陷,在安集海河組沉積期發(fā)育大型湖泊,盆地中、南部沉積了厚達(dá)400～600 m的泥巖。北天山向北的沖斷活動(dòng)自20 Ma以來(lái)已經(jīng)開(kāi)始,塔西河組、獨(dú)山子組和西域組的粗碎屑沉積為沖斷前緣的近端沉積,該期盆地陳發(fā)景稱為大型內(nèi)陸前陸坳陷[7],本文稱為后方(或后側(cè))前陸盆地。

4.2 結(jié)論

1) 準(zhǔn)噶爾盆地是在前石炭紀(jì)復(fù)合基底之上,歷經(jīng)石炭紀(jì)—第四紀(jì)長(zhǎng)期演化而形成的大型疊合復(fù)合盆地。

2) 從盆地構(gòu)造沉降特征與盆地構(gòu)造-地層層序等出發(fā),將準(zhǔn)噶爾盆地劃分為石炭紀(jì)斷陷-拗陷、早二疊世斷陷、中二疊世—三疊紀(jì)前陸盆地、侏羅紀(jì)伸展斷陷—壓扭盆地(早-中侏羅世早期斷陷,中侏羅世晚期—晚侏羅世壓扭)、白堊紀(jì)—古近紀(jì)陸內(nèi)拗陷、新近紀(jì)—第四紀(jì)陸內(nèi)前陸盆地等6個(gè)演化階段。

3) 準(zhǔn)噶爾盆地自石炭紀(jì)以來(lái),經(jīng)歷了4期伸展-聚斂旋回,即石炭紀(jì)(包括早-晚石炭世兩個(gè)次級(jí)伸展-擠壓旋回)、早二疊世—三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)—第四紀(jì),伸展期、擠壓期并不等時(shí),但伸展活動(dòng)趨弱,擠壓活動(dòng)(南北向上)趨強(qiáng)。

4) 準(zhǔn)噶爾盆地整體表現(xiàn)為“四周擠壓、范圍縮小”特點(diǎn),南北、東西方向上的擠壓具有非等時(shí)性、非對(duì)稱性。南北向上縮短為12.2%,東西向上縮短為35.8%,東西向上的縮短遠(yuǎn)大于南北向上的縮短。西緣擠壓主要在中二疊世—早三疊世;而東緣擠壓除此之外,晚三疊世、中侏羅世早期、晚侏羅世—早白堊世仍擠壓強(qiáng)烈。南緣擠壓在中-晚二疊世、中-晚侏羅世、上新世—第四紀(jì)擠壓強(qiáng)烈;北緣則在晚白堊世沖斷活動(dòng)強(qiáng)烈。

5) 上述伸展、擠壓過(guò)程在時(shí)、空上的強(qiáng)烈差異性導(dǎo)致準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜的疊加、復(fù)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)。石炭紀(jì)的伸展形成近東西向上的裂谷帶,末期正反轉(zhuǎn)沿裂谷邊界斷裂發(fā)生;中-晚二疊世西北緣的強(qiáng)烈縮短伴隨旋轉(zhuǎn)調(diào)整形成了NNE-NE向的瑪湖-沙灣等大型前陸盆地,而準(zhǔn)南緣、克拉美麗山前該期近EW向的前陸坳陷盆地沉降量要小得多;晚侏羅世的縮短變形及其相關(guān)盆地主要在準(zhǔn)南緣;新近紀(jì)—第四紀(jì)的前陸盆地覆蓋盆地大部分范圍,準(zhǔn)南緣EW向前陸坳陷沉降量最大,盆地向南掀斜。

致謝：本文在醞釀、成文過(guò)程中,得到李德生、張國(guó)偉、賈承造和馬永生等院士的啟發(fā)與鼓勵(lì)。在與張義杰、何治亮、唐勇、高山林及鄭孟林等的交流中,受益匪淺,謹(jǐn)此致謝。