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塔里木盆地及周緣南華系和震旦系劃分對比研究*

2020-12-24 01:02吳林管樹巍馮興強(qiáng)任榮張春宇
巖石學(xué)報(bào) 2020年11期
關(guān)鍵詞:震旦系塔格布拉克

吳林 管樹巍 馮興強(qiáng) 任榮 張春宇,3

1. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 1000812. 中國石油勘探開發(fā)研究院,北京 1000833. 中國海油研究總院有限責(zé)任公司,北京 100029

圖1 塔里木盆地及周緣南華系、震旦系傳統(tǒng)分區(qū)方案(賈承造等,2004)Fig.1 Traditional stratigraphic zones of Nanhua and Sinian in Tarim Basin and its surrounding regions (after Jia et al., 2004)

塔里木克拉通是中國三大古老克拉通之一(Zhao and Cawood, 2012),經(jīng)歷太古代地殼生長、元古代Columbia與Rodinia超大陸旋回等一系列全球性重大地質(zhì)事件(Zhaoetal., 2004; Zhao and Cawood, 2012; Lietal., 2013; Geetal., 2014)。近年來隨著地球化學(xué)、年代學(xué)、地球物理學(xué)等理論技術(shù)的深入應(yīng)用,有關(guān)塔里木新元古代原型盆地及構(gòu)造過程的研究取得了諸多進(jìn)展(Geetal., 2014; Heetal., 2014; Wuetal., 2018; Renetal., 2020)。盡管克拉通內(nèi)部及周緣廣泛發(fā)育巨厚的新元古代火山、沉積與變質(zhì)巖系(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993),但各地區(qū)地層序列及巖性單元存在差異,未能形成系統(tǒng)的南華系、震旦系(分別對應(yīng)成冰系、埃迪卡拉系,由于國內(nèi)地質(zhì)學(xué)界廣泛認(rèn)同,文中沿用此名稱)劃分對比方案,由此也制約著塔里木前寒武系基礎(chǔ)地質(zhì)與油氣勘探研究。

塔里木克拉通南華系、震旦系比較發(fā)育,廣泛分布于盆地內(nèi)部及周緣造山帶,基本覆蓋天山以南的新疆大部分地區(qū)(Zhangetal., 2012, 2013, 2016)。盆地周緣露頭研究自1928年諾林(Norin, 1935)開始至今已有近百年(賈承造等,2004;汪嘯風(fēng)和陳孝紅,2005),特別是近二十年來,約有20余口探井鉆遇了盆地內(nèi)的南華系、震旦系(吳林等,2016),由此大大提升了其研究程度。然而,和華南、華北克拉通相比,其總體研究程度仍然偏低。近年來,隨著盆地內(nèi)鉆井、地震及年代學(xué)資料的補(bǔ)充,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,塔里木盆地及周緣發(fā)育新元古代巨厚的火山-沉積序列,是Rodinia超大陸裂解背景下的構(gòu)造-沉積響應(yīng),并進(jìn)行了盆地分布、古地理格局研究(張傳林等,2012;管樹巍等,2017;吳林等,2017)。按照《中國地層指南及中國地層指南說明書》(修訂版)中地層區(qū)劃原則(全國地層委員會,2016)和《塔里木盆地及周邊地層分布》中地層劃分方案(賈承造等,2004),塔里木盆地及周緣南華系、震旦系地層區(qū)可分為哈爾克山、柯坪、庫魯克塔格、鐵克里克及塔克拉瑪干等五個(gè)分區(qū)(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993)。只是,該劃分方案在一定程度上參考了古生界的分區(qū)方案,忽略了新元古代沉積盆地原型及其構(gòu)造演化背景,存在一定局限性,比如柯坪分區(qū)和塔克拉瑪干分區(qū)北部、南部的可對比性差異較大等,由此給石油地質(zhì)研究帶來諸多不便。因此,本文在地層劃分沿革基礎(chǔ)上,利用多學(xué)科資料建立地層格架,恢復(fù)南華紀(jì)和震旦紀(jì)原型盆地演化歷史,系統(tǒng)總結(jié)相關(guān)研究進(jìn)展,提出其地層劃分對比的新認(rèn)識,借此與同行探討。

1 地層劃分沿革

根據(jù)傳統(tǒng)認(rèn)識,塔里木盆地及周緣南華系、震旦系地層區(qū)可分為哈爾克山、柯坪、庫魯克塔格、鐵克里克及塔克拉瑪干等五個(gè)分區(qū)(圖1)。

表1 庫魯克塔格分區(qū)南華系、震旦系劃分沿革表

1.1 庫魯克塔格分區(qū)

庫魯克塔格分區(qū)位于塔里木盆地東北緣,西起庫爾勒,東至羅布泊,北界為南天山斷裂,南部于孔雀河一線(賈承造等,2004)。早在1928~1932年,中瑞考察團(tuán)成員諾林首次在塔里木盆地庫魯克塔格發(fā)現(xiàn)并報(bào)道類似冰磧巖,將其命名為“庫魯克塔格層系”,并與我國東部滇東區(qū)震旦系冰磧層進(jìn)行了對比,進(jìn)一步將其劃分為四個(gè)“統(tǒng)”和一個(gè)建造,即貝義西統(tǒng)、愛樂基斯建造、阿勒通溝統(tǒng)、特瑞愛肯統(tǒng)和育肯溝統(tǒng)(賈承造等,2004)。隨后《新疆區(qū)域地層表》(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)將庫魯克塔格震旦系(指現(xiàn)今震旦系和南華系)劃分成四個(gè)組,由下至上為貝義西組、特瑞愛肯組、育肯溝組及水泉組。高振家等在1977~1986年的工作中將庫魯克塔格的震旦系系統(tǒng)劃分出八個(gè)組,被廣泛沿用至今(高振家和吳紹祖,1983)。20世紀(jì)80年代末至90年代初,滇黔桂石油勘探局等在塔里木盆地進(jìn)行了地層、含油性綜合研究,將南華系-震旦系統(tǒng)稱為庫魯克塔格群,它以角度不整合超覆于青白口系帕爾崗塔格群之上,頂部被寒武系假整合覆蓋(黃智斌等,2009(1)黃智斌, 王振華, 楊芝林等. 2009. 庫魯克塔格地區(qū)石油地質(zhì)綜合研究及庫車地區(qū)野外地質(zhì)考察基地建設(shè).塔里木油田內(nèi)部研究報(bào)告)。曹仁關(guān)(1991)將阿勒通溝組上段含鐵白云巖劃分為間冰期黃羊溝組。賈承造等(2004)將原“震旦系”重新劃分為南華系、震旦系(表1),認(rèn)為南華系上、下統(tǒng)的界限應(yīng)在阿勒通溝組與特瑞愛肯組之間。2009年,塔里木油田再一次系統(tǒng)研究了庫魯克塔格地區(qū)南華系、震旦系地層,并根據(jù)興地?cái)嗔褍蓚?cè)巖相建造的差異將其劃分為北部辛格爾小區(qū)和南部孔雀河小區(qū),其中,南部因發(fā)育貝義西期火山巖高地而缺失照壁山組(黃智斌等,2009)。根據(jù)近期地層考察及年代學(xué)成果(Heetal., 2014; Renetal., 2020),本文認(rèn)同塔里木油田的劃分方案。

貝義西組主要為濱海相碎屑巖、火山巖建造,包括“雙峰式”的中酸性、基性火山巖和火山碎屑巖,下部發(fā)育冰磧礫巖,厚148~1713m,辛格爾小區(qū)可見貝義西組與下伏青白口系帕爾崗塔格群含疊層石白云巖呈角度不整合接觸,孔雀河小區(qū)火山巖不整合覆蓋于晉寧期二長花崗巖之上。照壁山組發(fā)育灰色砂巖、粉砂巖互層,底部為火山碎屑巖與砂巖、泥巖互層,可見多類型交錯(cuò)層理,厚144m~550m,與下伏貝義西組假整合接觸。阿勒通溝組也表現(xiàn)濱淺海相碎屑巖建造、火山巖建造,包括灰綠色塊狀火山角礫巖、灰色中厚層砂巖、粉砂巖、灰色薄層粉砂巖,底部發(fā)育灰色塊狀冰磧巖,厚72~1392m,與下伏地層假整合接觸。特瑞艾肯組下部為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖及深灰色雜砂巖,上部為灰色冰磧礫巖,厚690~1845m,整合覆蓋于阿勒通溝組之上(圖2)。扎摩克緹組發(fā)育薄層細(xì)砂巖、細(xì)晶云巖、灰?guī)r,夾灰綠色玄武巖,厚141~450m,與下伏地層假整合接觸。育肯溝組巖性為灰黃色粉砂巖、灰黑色薄層粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)晶灰?guī)r、礫巖夾少量凝灰?guī)r,厚131~780m。水泉組發(fā)育灰黃色薄層粉砂巖、泥巖,夾泥晶灰?guī)r、粉晶白云巖,厚42~318m。漢格爾喬克組以灰黃色冰磧礫巖為主,頂部發(fā)育薄層粉晶白云巖,厚85~550m,與水泉組普遍存在假整合(圖2)。由于火山巖及冰磧巖比較發(fā)育,相關(guān)年代學(xué)數(shù)據(jù)較多,各組地層時(shí)代較為明確。

圖2 塔里木盆地北緣野外露頭典型照片(a)庫魯克塔格分區(qū)震旦系漢格爾喬克組白云巖;(b)庫魯克塔格分區(qū)震旦系水泉組砂巖;(c)庫魯克塔格分區(qū)震旦系育肯溝組頁巖;(d)庫魯克塔格分區(qū)南華系特瑞愛肯組冰磧礫巖;(e)庫魯克塔格分區(qū)南華系阿勒通溝組砂巖;(f)庫魯克塔格分區(qū)南華系貝義西組玄武巖;(g)柯坪分區(qū)震旦系奇格布拉克組碳酸鹽巖與下伏蘇蓋特布拉克組砂巖整合接觸;(h)柯坪分區(qū)震旦系蘇蓋特布拉克組砂巖與下伏南華系尤爾美那克組砂巖不整合接觸;(i)柯坪分區(qū)南華系尤爾美那克組泥頁巖;(j)柯坪分區(qū)南華系巧恩布拉克組礫巖;(k)柯坪分區(qū)南華系巧恩布拉克組冰磧礫巖;(l)柯坪分區(qū)南華系西方山組砂巖Fig.2 Typical photos of outcrops in the northern Tarim Basin

1.2 柯坪分區(qū)

柯坪分區(qū)位于塔里木盆地西北緣,北臨南天山分區(qū),南以沙井子斷裂-柯坪塔格斷裂為界與塔克拉瑪干分區(qū)相鄰(賈承造等,2004)。早在20世紀(jì)初就有國外學(xué)者對該分區(qū)進(jìn)行過地質(zhì)調(diào)查,1942年B.M.西尼村認(rèn)為阿克蘇野外碳酸鹽巖地層統(tǒng)一劃入寒武系-奧陶系,隨后地質(zhì)部十三大隊(duì)進(jìn)行1/20萬地質(zhì)調(diào)查時(shí)沿用該方案(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)。1973年張?zhí)珮s將其與三峽震旦系對比后,上震旦統(tǒng)奇格布拉克組、蘇蓋特布拉克組和下震旦統(tǒng)巧恩布拉克組的格架逐漸清晰(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)。1979~1985年,高振家多次進(jìn)行專題研究,并將蘇蓋特布拉克組下部冰磧巖與華南南沱組冰磧巖對比,重新劃分為尤爾美那克組,與下伏巧恩布拉克組角度不整合接觸,同時(shí)對巧恩布拉克組四個(gè)巖性段分別命名,將其升級為巧恩布拉克群(高振家和吳紹祖,1983)。由于野外未見其底界和缺少火山巖年齡,賈承造等(2004)將巧恩布拉克組劃入青白口系,也有學(xué)者將基底阿克蘇群劃入南華系(Zhuetal., 2011),本文認(rèn)為南華系可分為西方山組、巧恩布拉克組、尤爾美那克組(表2),其冰期可與庫魯克塔格分區(qū)對比(Wuetal., 2019)。

西方山組主要發(fā)育灰綠色、深灰色長石石英砂巖,并含有薄層冰川成因砂礫巖,厚度大于1500m,目前未見與下伏地層接觸關(guān)系。巧恩布拉克組分為三段,下段為灰綠色冰磧礫巖,中部為灰色鈣質(zhì)砂巖、粗砂巖,下部為紫紅色厚層冰磧礫巖,特征明顯,厚度約780m,與西方山組呈假整合接觸。尤爾美那克組下段主要為紫紅色塊狀冰磧礫巖,上段為紫紅色、灰綠色粉砂巖、泥巖,厚110m。蘇蓋特布拉克組下段為大套紫紅色砂巖夾薄層灰綠色砂巖,底部為含礫粗砂巖,上段為紫紅色薄層細(xì)砂巖、淺綠色鈣質(zhì)砂巖,向上多見碳酸鹽巖-碎屑巖混積層,可見多類型交錯(cuò)層理,厚約650m,與尤爾美那克組不整合接觸(圖2)。奇格布拉克組主要發(fā)育淺灰色中厚層塊狀白云巖夾薄層粉砂巖,厚240m,整合覆蓋于蘇蓋特布拉克組之上(圖2)。

表2 柯坪分區(qū)南華系、震旦系劃分沿革表

1.3 哈爾克山分區(qū)

該分區(qū)包括塔里木北緣及南天山部分地區(qū)。1935年H.A.別良耶夫斯基在該區(qū)建立了寒武系薩瓦布齊巖系,該套巖系中發(fā)育含磷炭質(zhì)頁巖,應(yīng)屬于下寒武統(tǒng)底部典型標(biāo)志層(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)。1959~1961年新疆地質(zhì)局以該標(biāo)志層為界,將薩瓦布齊巖系劃分為兩段:上段白云巖為寒武系,厚約900m;下段紫紅色、黃綠色砂巖夾灰?guī)r、白云巖為震旦系,厚度約1500m,二者中間為平行不整合。蘇蓋特布拉克組發(fā)育暗紅色砂巖、礫巖、厚層泥質(zhì)硅質(zhì)巖,底部為中厚層礫巖夾玄武巖,奇格布拉克組為灰色厚層細(xì)晶灰?guī)r,這與柯坪分區(qū)薩瓦普齊剖面震旦系特征一致。新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局(1993)和賈承造等(2004)一致認(rèn)為,該區(qū)震旦系-寒武系與柯坪分區(qū)相似、可對比。由于研究程度較低,該區(qū)目前未見南華系報(bào)道。

1.4 塔克拉瑪干分區(qū)

塔克拉瑪干分區(qū)包括被沙漠覆蓋的塔里木盆地主體地區(qū),根據(jù)最新鉆探數(shù)據(jù),近年來約有20余口鉆井不同程度揭示盆內(nèi)南華系、震旦系和基底情況(吳林等,2016),震旦系蘇蓋特布拉克組為一套紫紅色石英砂巖,發(fā)育交錯(cuò)層理和波痕,奇格布拉克組為灰色含陸緣碎屑白云巖,可與柯坪分區(qū)很好地對比。

塔北隆起共有13口鉆井,其中烏參1、牙哈20、沙3、沙7、沙53、橋古3、齊滿1等揭示中生界下伏前南華紀(jì)變質(zhì)巖基底,如沙53井的1848Ma花崗片麻巖(Xuetal., 2013a)。南鄰的沙4、沙8、橋古1、橋古101、橋古102、星火1鉆遇震旦系奇格布拉克組白云巖,下伏832Ma的前南華紀(jì)變質(zhì)巖基底(Xuetal., 2013a)。位于孔雀河斜坡的尉犁1井鉆穿寒武系、震旦系至南華系上統(tǒng)沉積巖,可與周緣地層進(jìn)行對比。

中央隆起帶共13口鉆井,包括巴楚隆起6口、塔中隆起3口、塔東隆起4口。同1、巴探5、舒探1、方1、和4鉆遇部分蘇蓋特布拉克組,其巖性、沉積特征與小海子地區(qū)瓦基里塔格剖面、柯坪分區(qū)尤爾美那克剖面相似。塔東1、塔東2、東探1鉆遇奇格布拉克組碳酸鹽巖。中央隆起帶上未發(fā)現(xiàn)南華系碎屑巖,下伏地層為中-新元古代變質(zhì)-火山巖,如同1井的755Ma安山巖、塔參1井的1196Ma花崗巖、塔東2井的1908Ma花崗巖、瑪北1井變質(zhì)巖(Xuetal., 2013a)。

表3 鐵克里克分區(qū)南華系、震旦系劃分沿革表

1.5 鐵克里克分區(qū)

鐵克里克分區(qū)包括塔里木盆地西南緣地區(qū),由于野外作業(yè)難度較大,其研究程度最低。1956~1957年原地質(zhì)部十三大隊(duì)開始該進(jìn)行地區(qū)1/20區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作,劃分出奇自拉夫群(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)。1978年新疆地質(zhì)局發(fā)現(xiàn)奇自拉夫群中存在角度不整合,將不整合面之下劃入震旦系,并分為恰克馬克力克、庫爾恰克組、克孜蘇胡木組(轉(zhuǎn)引自賈承造等,2004)。馬世鵬等(1989)在恰克馬克力克組中發(fā)現(xiàn)兩層灰綠色冰磧巖,隨后學(xué)者也對其中的古生物化石進(jìn)行了多次研究,繼而將恰克馬克力克組三分為克里西組、恰克馬克力克組和雨塘組。該方案隨后被賈承造等(2004)沿用(表3)。近年來, Zhangetal. (2016)認(rèn)為南華系恰克馬克力克群屬于新元古代裂谷充填序列,自下而上可分為牙拉古孜組、波龍組、克里西組、雨塘組,與下伏青白口系蘇庫羅克組不整合接觸;本文沿用該劃分方案。

牙拉古孜組為一套紅色底礫巖夾砂巖、砂礫巖及粉砂質(zhì)泥巖,厚160m,不整合覆蓋于蘇庫羅克群之上。波龍組主要巖性為海相灰色冰磧礫巖,夾硅質(zhì)泥巖、粉砂巖、頁巖,厚度較大,約1200m??死镂鹘M下部為灰綠色砂巖、砂礫巖,上部為泥硅質(zhì)巖,粒度較波龍組細(xì),厚約390m。雨塘組發(fā)育塊狀混積巖及灰色砂巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r,以冰磧巖為標(biāo)志,厚約320m。庫爾卡克組以薄層砂巖、頁巖互層為主,底部以薄層白云巖不整合覆蓋于雨塘組之上,厚約635m。克孜蘇胡木組上部發(fā)育白云巖,下部為深灰色、紫色砂巖夾白云巖,厚約290m。

綜上所述,塔里木盆地及周緣五個(gè)地層分區(qū)研究程度差異較大,巖性單元既有差異性也有相似性。庫魯克塔格分區(qū)、柯坪分區(qū)南華系、震旦系地層序列相對明確,新元古代以來的盆山演化過程認(rèn)識清晰(Geetal., 2014; Renetal., 2020)。鐵克里克分區(qū)新元古界研究程度較低,后期改造較強(qiáng),塔里木南部新元古代構(gòu)造屬性仍然存疑(Wangetal., 2015; Zhangetal., 2016)。早期哈爾克山分區(qū)與塔克拉瑪干分區(qū)由于南華系、震旦系揭示較少,長期被人們所忽視,或者直接引用鄰近地層分區(qū)方案,易產(chǎn)生混淆。近年來,隨著盆地內(nèi)部的鉆井、地震資料的揭示,塔克拉瑪干分區(qū)與盆地周緣分區(qū)的親緣性對比逐漸迫切,這對傳統(tǒng)地層分區(qū)方案提出挑戰(zhàn),同時(shí)直接影響該時(shí)期原型盆地恢復(fù)及大陸動(dòng)力學(xué)演化認(rèn)識。

2 南北分異的劃分對比原則

2.1 地層年代學(xué)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

根據(jù)地層劃分對比方案,塔里木盆地西北緣柯坪地區(qū)新元古界相對缺乏火山巖年齡數(shù)據(jù)的約束,因此本次研究對南華系中部巧恩布拉克組碎屑巖進(jìn)行系統(tǒng)采樣,從上至下樣品編號依次為16AK04、16AK05、16AK06,巖性均為細(xì)砂巖。首先對樣品進(jìn)行預(yù)處理,壓碎沉積物樣品,并通過標(biāo)準(zhǔn)密度和磁性技術(shù)對鋯石進(jìn)行分選,并在雙目顯微鏡下將其固定在環(huán)氧樹脂中并進(jìn)行拋光。然后,用Quanta 200 FEG掃描電子顯微鏡拍照,獲得陰極發(fā)光(CL)圖像,分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年是在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)完成,并根據(jù)鋯石91500和TEMORA1的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出,經(jīng)ISOPLOT4.15處理(Ludwig, 2008)。最終成圖樣品誤差不超過±5%(數(shù)據(jù)表略)。

分析結(jié)果表明(圖3),16AK04、16AK05、16AK06的主峰年齡均為ca.800~900Ma,鋯石環(huán)帶清晰、未發(fā)生變形變質(zhì),均為巖漿成因鋯石(圖3),指示新元古代早期的巖漿事件。3件樣品的最小巖漿鋯石年齡依次為662Ma、779Ma、723Ma,同時(shí)16AK04中750Ma鋯石比較集中(圖3),表明巧恩布拉克組沉積事件小于ca.750Ma,與上下地層關(guān)系相符合。

圖3 塔里木盆地阿克蘇地區(qū)南華系巧恩布拉克組碎屑鋯石樣品譜圖Fig.3 Spectra of detrital zircons from the Nanhua Qiaoenbrak Formation in the Aksu region

2.2 南華紀(jì)盆地基底與開啟

區(qū)域地質(zhì)研究表明,新元古代裂谷沉積序列是塔里木克拉通基底之上發(fā)育的第一套蓋層,前南華系變質(zhì)巖基底與南華系底界研究是地層對比的重要依據(jù)之一。根據(jù)前人報(bào)道的野外和鉆井樣品的地球化學(xué)、年代學(xué)數(shù)據(jù),塔里木前南華系變質(zhì)巖系的巖性、時(shí)代差異較大,總體具有南北分異的特點(diǎn),即塔里木克拉通由南北不同屬性的地塊組成(鄔光輝等,2012;Yangetal., 2018),由南、北塔里木地塊拼合而成。北部為中-新元古代中淺變質(zhì)巖基底,如星火1井震旦系下伏片麻狀花崗巖U-Pb鋯石年齡為832±4Ma (Xuetal., 2013a),表現(xiàn)為大范圍低航磁異常;中部為古元古代花崗巖基底,表現(xiàn)為近東西走向的中央高航磁異常帶,東部阿爾金地區(qū)報(bào)道有829±60Ma的蛇綠巖,指示古洋殼對南北塔里木的分隔作用(郭召杰等,1998);南部為新元古代早-中期巖漿巖與變質(zhì)巖基底,航磁異常呈NE走向高低相間分布(鄔光輝等,2012)。

早期中國地層年代表中將南華系底界置于800Ma處(尹崇玉和高林志,2013),最新國際地層年代表(www.stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart 2020-03.pdf) 將其劃定在~720Ma,即不晚于720Ma。但可能因?yàn)楦骺死ǖ牡捉缒挲g存在差異,不同盆地南華系的劃分主要依據(jù)盆地構(gòu)造沉積演化及其巖漿事件。由于Rodinia超大陸持續(xù)的裂解作用控制,形成的裂谷盆地及其巖漿事件可以有效限定南華系底界。

造成南華系與下伏地層之間不整合稱為“塔里木運(yùn)動(dòng)”,各地層分區(qū)均有記錄。在北部,庫魯克塔格地層分區(qū)南華系底部貝義西組呈區(qū)域性角度不整合超覆于青白口系帕爾崗塔格群或花崗巖之上,帕爾崗塔格群普遍發(fā)生變質(zhì),最新報(bào)道鄰近地區(qū)的花崗巖U-Pb年齡為754~785Ma(Longetal., 2011),同時(shí)可見大量773Ma基性巖墻群(Zhangetal., 2009)。柯坪地層分區(qū)野外出露的最古老巖系即為阿克蘇群片巖,形成于Rodinia洋殼向塔里木克拉通北緣的俯沖作用(Zhuetal., 2011),目前認(rèn)為是該地區(qū)前南華系基底,沿塔里木北緣發(fā)育。野外未見阿克蘇群與南華系的接觸關(guān)系,但阿克蘇群與震旦系角度不整合關(guān)系明顯,759~757Ma輝綠巖墻基本可以約束南華系底界。塔克拉瑪干分區(qū)鉆井揭示巖漿活動(dòng)明顯,如同1井的755Ma安山巖(Xuetal., 2013a)、塔參1井的757Ma花崗巖(鄔光輝等,2009)。哈爾克山分區(qū)目前仍未有巖漿巖報(bào)道。如果以盆地發(fā)育前最年輕巖漿巖年齡為界,這幾個(gè)分區(qū)的南華系底界可能小于ca.750Ma,相對接近于國際上720Ma的方案。在南部,鐵克里克地層分區(qū)南華系下伏地層發(fā)生變質(zhì),Zhangetal. (2010)報(bào)道其輝綠巖侵入體年齡為802±9Ma,許許溝剖面可見其與南華系角度不整合接觸。向南至庫地,同樣發(fā)育783±10Ma、801±23Ma、815±57Ma的片麻狀花崗巖(張傳林等, 2003; Zhangetal., 2010),因此該地區(qū)最年輕的巖漿巖界定南華系底界可能位于780Ma左右,相對接近于華南揚(yáng)子地區(qū)800~780Ma的南華系底界。結(jié)合地球化學(xué)特征認(rèn)為南、北塔里木不同時(shí)期的巖漿事件可能指示不同的裂谷啟動(dòng)年齡(任榮等,2017)。

有學(xué)者認(rèn)為Rodinia超大陸裂解是多幕的,第一幕(820~800Ma)發(fā)生在華南、澳大利亞、印度和南非;第二幕(790~750Ma)又?jǐn)U大到納米比亞、北美、南極;第三幕(740~650Ma)擴(kuò)大影響至絕大多數(shù)克拉通(Lietal., 2008)。820~750Ma,塔里木盆地及周緣巖漿事件較為活躍,總體也具有幕式特點(diǎn)。而基性巖墻和巖漿事件可以指示裂谷盆地的開啟(Bialasetal., 2010),雙峰式火山巖和厚層火山-沉積序列通常是裂谷盆地開啟后的第一套沉積充填層序。因此幕式裂解控制下的裂谷盆地開啟時(shí)限可能也具有穿時(shí)性。庫魯克塔格地區(qū)南華系底界約740Ma左右,底部貝義西組發(fā)育粗碎屑巖系和740~725Ma雙峰式火山巖(高林志等,2013),英東2井發(fā)育722Ma玄武巖(Xuetal., 2013a),柯坪南華系可見大量ca.700~750Ma巖漿鋯石,西方山組底部可見ca.740Ma的巖漿鋯石(Wuetal., 2019),與湘西板溪群頂部(即南華系底界)725±10Ma的年齡數(shù)據(jù)相當(dāng)。因此,北部的庫魯克克塔格、阿克蘇和塔克拉瑪干北部地區(qū)所覆蓋的北部裂谷盆地開啟時(shí)間基本限定在 740Ma左右,屬于超大陸裂解第三幕的產(chǎn)物,是中國前寒武紀(jì)開啟最晚的裂谷盆地之一。南部的塔里木南部裂谷盆地同樣充填一套粗碎屑巖,以鐵克里克牙拉古孜組為代表,目前缺乏鋯石年齡數(shù)據(jù),但底部802~783Ma的巖漿巖可能表明南部裂谷盆地開啟于780Ma,屬于超大陸裂解第二幕的產(chǎn)物,與華南新元古代裂谷盆地開啟時(shí)間接近(Wang and Li, 2003)。

2.3 南華紀(jì)-震旦紀(jì)盆地充填與分布

原型盆地恢復(fù)是盆地研究及其地層劃分對比的重要內(nèi)容。野外露頭是早期地質(zhì)家們的唯一資料來源,近些年隨著鉆井和地震資料的大量補(bǔ)充,解釋殘余厚度、恢復(fù)原始厚度成為可能。限于資料品質(zhì)和掌握程度,各科研機(jī)構(gòu)、油田公司對南華系、震旦系殘余厚度認(rèn)識差異較大,但均認(rèn)為它們具有南北分區(qū)的特點(diǎn)(何金有等,2010;馮許魁等,2015;吳林等,2016),其原始沉積厚度展布很可能也是南北分異(圖4b)。塔里木前寒武系埋深較大,寒武系底界表現(xiàn)為連續(xù)中、強(qiáng)振幅反射軸,特征穩(wěn)定,易于識別和追蹤,而基底表現(xiàn)為雜亂反射特征。在塔克拉瑪干分區(qū)的寒武系之下、克拉通基底之上發(fā)育一套的較為完整的、地震頂?shù)追瓷洳ńM較為清晰的“楔狀反射”,其底部是盆地充填的起點(diǎn)和最低層位,類似于華南新元古代裂谷盆地的“楔形地層”。

在北部,哈爾克山地層分區(qū)處于塔克拉瑪干地層分區(qū)北部,二者震旦系相似,說明震旦紀(jì)盆地可能延伸至現(xiàn)今南天山地區(qū),遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)今盆地范圍(Xuetal., 2013)。現(xiàn)今北部坳陷所處的塔克拉瑪干地層分區(qū)北部是南華系、震旦系發(fā)育主體地區(qū),埋藏深度大(>11000m),其巨厚沉積與阿克蘇、庫魯克塔格地層分區(qū)類似(>3000m)。利用鉆井資料進(jìn)行層位標(biāo)定認(rèn)為,南華系底界表現(xiàn)為斷續(xù)的中等振幅反射特征,與上覆震旦系底界組成“楔形反射”,而震旦系底界表現(xiàn)為連續(xù)較強(qiáng)振幅反射特征。從穿過滿加爾凹陷的區(qū)域大剖面可以看出這種“楔狀反射”可以分為兩期,頂?shù)捉缇€較為清楚,分別指示南華系、震旦系。塔北隆起區(qū)出現(xiàn)“楔狀反射”,指示南華紀(jì)盆地邊緣,向北被中生界白堊系所削截,如星火1井區(qū)等。塔克拉瑪干地層分區(qū)中部,南華系、震旦系向南翹傾、減薄,如巴楚隆起舒探1井附近殘余震旦系被寒武系削截。塔中隆起未見南華系反射軸,其震旦系、寒武系反射軸呈“楔形反射”向北發(fā)育,反映震旦紀(jì)盆地邊緣,三維地震切片顯示震旦紀(jì)盆地邊界走向近東西,位于塔參1、中深1井北部。塔東隆起也處于震旦紀(jì)盆地邊緣,大部分剖面均可見典型的“楔形反射”特征,東探1井揭示“楔形反射”中800m白云巖。總體來說,北部的震旦系、南華系地震反射界面相對清晰,波組連續(xù)、較強(qiáng),厚度較大。

在南部,塔克拉瑪干地層分區(qū)南部和未定名地層分區(qū),南華系、震旦系地震反射品質(zhì)較差,波組斷續(xù)、較弱,南華系反射界面難以追蹤,厚度較薄,展布范圍及厚度明顯小于北部。同時(shí)受后期構(gòu)造變形影響,地震反射波組發(fā)生明顯褶斷,和田等局部地區(qū)“楔形反射”相對清晰。

露頭、地震、鉆井等資料綜合研究表明,南華系分布約占整個(gè)盆地面積的30%,震旦系分布約占70%,總體具有南北分異的特征(吳林等,2016)。北部南華系、震旦系分布于北部坳陷,呈東西向連續(xù)性展布,東北部庫魯克塔格和西北部阿克蘇為厚度中心;南部南華系、震旦系呈北東向展布,以葉城、和田地區(qū)為厚度中心,向盆地內(nèi)部可延伸至塔中-巴東地區(qū)。

綜上所述,塔里木南部與北部的盆地基底、開啟時(shí)間、分布范圍均具有南北差異,這可能與其動(dòng)力學(xué)背景有關(guān),任榮等(2017)認(rèn)為北部受Rodinia外側(cè)泛大洋俯沖造成的弧后伸展作用為主,南部受Rodinia內(nèi)側(cè)地幔柱造成的伸展作用為主。因此在地層劃分對比時(shí)需把握南北分異的原則。

3 地層對比格架

通過野外踏勘、勘探成果和文獻(xiàn)調(diào)研,收集現(xiàn)階段已描述的塔里木盆地新元古界柱狀圖,結(jié)合地震資料建立區(qū)域地質(zhì)剖面,系統(tǒng)分析塔里木盆地及周緣南華系、震旦系劃分與對比情況。

3.1 北部地層格架

塔里木北部揭示南華系、震旦系的野外露頭和鉆井較多。研究剖面呈東西走向貫穿塔里木北部,自阿克蘇露頭區(qū)尤爾美那克剖面,經(jīng)過塔北隆起,向東聯(lián)接至庫魯克塔格雅爾當(dāng)山剖面,全長約1000多千米,包括5個(gè)野外剖面和4個(gè)鉆井剖面(圖4a)。

東西兩側(cè)剖面雖然處于造山帶,但近原型盆地中心,揭示的南華系較全,以尤爾美那克剖面和雅爾當(dāng)山剖面為代表,盡管二者南華系未見底,但目前測量的南華系厚度均已超過3000m,發(fā)育南華系全部地層,相鄰剖面的年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示出ca. 750~740Ma的時(shí)間界限。相反地,中部鉆井剖面雖然處于現(xiàn)今盆地內(nèi)部,但近原型盆地邊緣和塔北古隆起,地層發(fā)育程度較低或接受后期改造。從原型盆地中心到邊緣(圖4b),可見清晰的超覆減薄的地層結(jié)構(gòu)和由粗至細(xì)的碎屑沉積結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出典型的裂谷盆地早期形態(tài)。

震旦系下統(tǒng)厚度格局繼承了南華系的特點(diǎn),以碎屑巖為主,原型盆地中心厚、兩側(cè)薄,呈現(xiàn)填平補(bǔ)齊的趨勢,因此其分布范圍更大,廣泛發(fā)育于塔里木北部的諸多露頭和鉆井中(圖4)。震旦系上統(tǒng)普遍發(fā)育海相碳酸鹽巖,厚度穩(wěn)定且可對比,如什艾日克剖面、星火1井、恰克馬克鐵什剖面,整個(gè)塔里木北部處于被動(dòng)大陸邊緣沉積中,一直持續(xù)到奧陶紀(jì)。相對于南華系,震旦系巖漿巖、冰磧巖明顯減少,育肯溝組和蘇蓋特布拉克組的615Ma火山巖是塔里木北部最晚期巖漿活動(dòng)產(chǎn)物(Xuetal., 2009)。

利用覆蓋北部的二維地震剖面拼接一條與前述地質(zhì)剖面位置相近、地層結(jié)構(gòu)相似的地震剖面進(jìn)行輔證(圖4c)。不難看出,南華系發(fā)育于剖面兩側(cè)的近原型盆地中心處,厚度大、范圍小;震旦系發(fā)育范圍增大,向原型盆地邊緣方向厚度明顯減薄,至剖面中部位置均遭受后期改造,沙4、沙8等鉆井揭示殘余震旦系上統(tǒng)被中生界覆蓋,下伏前南華系片巖。

3.2 中部地層格架

中央隆起帶處(包括巴楚、塔中、塔東等隆起)地層埋深相對較淺、易被鉆遇,目前約有十余鉆井揭示,包括舒探1井、方1井(圖5a)、同1井、中深1井、塔東1井等(吳林等,2016)??梢钥闯?,該地區(qū)南華系、震旦系沉積巖發(fā)育程度較低,可能處于近原型盆地邊緣隆起處,未接受沉積或沉積后遭受剝蝕。同1、舒探1、方1、和4、塔參1、英東2井鉆遇南華紀(jì)巖漿巖或殘余震旦系,塔東2井可見殘余震旦系與下伏基底、上覆寒武系均呈角度不整合接觸(圖5a)。在中央隆起帶上的一系列近南北的垂向地震剖面中,寒武系基本削截震旦系或南華系,表現(xiàn)為“楔形反射”,說明新元古代中央古隆起帶與現(xiàn)今中央隆起帶大致疊合(圖5b, c)。

3.3 西部地層格架

前期研究認(rèn)為,南北兩端野外剖面近原型盆地中心,揭示南華系地層齊全,如新藏公路剖面和尤爾美那克剖面,其中新藏公路剖面由多個(gè)露頭點(diǎn)拼接而成,總厚度超過2000m (Fig.5, Wuetal., 2018)。前已述及,舒探1、巴探5井剖面雖然處于現(xiàn)今盆地內(nèi)部,但靠近原型盆地邊緣和中央古隆起一帶,其地層發(fā)育程度低。與北部地層格架相似,可見明顯的超覆減薄結(jié)構(gòu)和巨厚碎屑沉積充填,代表裂谷盆地早期充填形態(tài);但與北部地層格架不同的是,巴楚隆起所處的新元古代中央古隆起完全分隔了南北裂谷盆地,而塔北古隆起只是部分程度地伸入北部裂谷盆地,并未起到分隔作用,二者有著本質(zhì)的區(qū)別。

震旦系早期依然表現(xiàn)為填平補(bǔ)齊,以碎屑巖為主,地層分布范圍比南華系更廣。盡管南華系-震旦系下統(tǒng)的巖性對比具有一定差異,但震旦系上統(tǒng)的碳酸鹽巖在整個(gè)塔里木盆地周緣及內(nèi)部均可對比,其中,中央古隆起上部分缺失(Fig.5, Wuetal., 2018)。震旦紀(jì)時(shí)期,與北部持續(xù)發(fā)育的被動(dòng)陸緣相比,南部逐漸隆升,其證據(jù)有二:首先是盆地內(nèi)部震旦系厚度明顯小于北部,地震資料有所揭示;其次是盆地周緣露頭震旦系頂被泥盆系不整合覆蓋,體現(xiàn)了震旦紀(jì)南北不同的盆地動(dòng)力學(xué)背景(任榮等,2017)。

因此,通過塔里木北部、中部的區(qū)域地層對比格架剖面與地震剖面分析,系統(tǒng)地證實(shí)南、北塔里木新元古代的沉積充填與構(gòu)造演化存在一定的差異,目前的地層分區(qū)(圖1)與塔里木新元古代原型盆地分布(圖5b)存在一定矛盾,給油氣地質(zhì)研究帶來困難。因此,可能需要一種新的地層分區(qū)方案,推動(dòng)塔里木盆地超深層與古老層系研究。

圖5 塔里木盆地中部地層對比格架(a)中部巖性對比格架;(b)震旦紀(jì)原型盆地分布及厚度特征; (c)巴楚地區(qū)新元古界地震反射剖面; (d)塔中地區(qū)新元古界地震反射剖面; (e)塔東地區(qū)新元古界地震反射剖面Fig.5 The stratigraphic framework in the central Tarim Basin

4 討論

4.1 南華系、震旦系的南北分區(qū)

前已述及,塔里木盆地及周緣南華系、震旦系劃分為哈爾克山分區(qū)、柯坪分區(qū)、庫魯克塔格分區(qū)、鐵克里克分區(qū)及塔克拉瑪干等五個(gè)分區(qū)(圖1)。因早期資料相對缺乏,地層分區(qū)劃分與原型盆地分布認(rèn)識差異較大,主要表現(xiàn)在兩方面:(1)同一原型盆地劃分出不同地層分區(qū),但其巖性、時(shí)代均可對比。如在塔里木西北部,柯坪露頭區(qū)屬于柯坪地層分區(qū),塔北隆起、巴楚隆起、塔東隆起屬于塔克拉瑪干地層分區(qū),它們的巖性、時(shí)代具有很好對比性和相關(guān)性,屬于同一個(gè)原型盆地不同位置的產(chǎn)物,這種親緣性至少延伸至下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組,如星火1井、舒探1井和尤爾美那克剖面。(2)不同原型盆地劃分為同一地層分區(qū),但其巖性、時(shí)代差異較大。如塔克拉瑪干地層分區(qū)覆蓋現(xiàn)今盆內(nèi)大部分地區(qū),同時(shí)忽略了南北不同的新元古代原型盆地展布及其地層特征,而星火1井、中深1井、巴探5井明顯不同。

《中國地層指南及中國地層指南說明書》(全國地層委員會,2016)認(rèn)為,地層區(qū)劃應(yīng)考慮地層發(fā)育的沉積類型、生物特征、構(gòu)造關(guān)系等,一定程度上反映古地理輪廓和構(gòu)造格局及演化。基于構(gòu)造單元和構(gòu)造演化研究的地層區(qū)劃應(yīng)隨著研究程度深入而逐漸完善。因此,結(jié)合近年進(jìn)展,塔里木盆地及周緣新元古界分區(qū)應(yīng)遵守南北分異的原則,調(diào)整原地層分區(qū)方案,可考慮撤銷塔克拉瑪干、哈爾克山分區(qū),修改柯坪、庫魯克塔格、鐵克里克分區(qū)范圍(圖6)。筆者認(rèn)為,可以現(xiàn)今中央隆起帶南緣為界(近似于中央高航磁異常帶南緣),初步劃分為北部地層分區(qū)、南部地層分區(qū),體現(xiàn)對南北塔里木不同的地層、沉積、構(gòu)造事件的重視。北部地層分區(qū)又可以進(jìn)一步劃分為東北部庫魯克塔格地層小區(qū)和西部阿克蘇地層小區(qū),對應(yīng)新元古代裂谷盆地兩個(gè)沉積中心,其中阿克蘇地層小區(qū)包括原方案中柯坪、塔克拉瑪干北部、哈爾克山分區(qū)。南部地層分區(qū)認(rèn)識程度有限,目前初步劃分出鐵克里克地層小區(qū),東南部阿爾金山地區(qū)目前未發(fā)現(xiàn)南華系、震旦系火山-沉積巖,總體認(rèn)識有待完善。

圖6 塔里木盆地及周緣南華系、震旦系劃分對比Fig.6 The stratigraphic zones of Nanhua and Sinian in Tarim Basin and its surrounding regions

圖7 塔里木盆地及周緣南華紀(jì)-震旦紀(jì)構(gòu)造沉積事件Fig.7 Nanhua-Sinian tectonic sedimentary events in the Tarim Basin and its surrounding regions

受后期造山擠壓作用和微陸塊裂離作用,塔里木新元古代原型盆地范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)今盆地范圍(Xuetal., 2013a)。但目前盆地內(nèi)部資料較少、品質(zhì)有待提高,盆地周緣造山帶的野外資料也非常稀缺,新元古代原型盆地邊界情況目前仍難以確定,因此擴(kuò)大補(bǔ)充露頭、鉆井資料的范圍仍是深入認(rèn)識塔里木南華系、震旦系的主要途徑。此外,超大陸模式中具有親緣性克拉通之間的橫向?qū)Ρ戎档藐P(guān)注。伊犁、中天山、哈薩克斯坦等地塊與北塔里木地塊在新元古代早期相鄰,隨后發(fā)生相似的裂解作用、巖漿事件(Geetal., 2014),其地層沉積序列相關(guān)性較大,如伊犁地塊南華系冰磧巖與庫魯克塔格冰磧巖可對比(高林志等,2013)。而澳大利亞、揚(yáng)子克拉通與南塔里木地塊也具有一定親緣性,位置相近(Lietal., 2013),三者裂谷盆地的南華系底界為ca. 820~780Ma,明顯早于北塔里木的ca.740Ma。本次將塔里木盆地及周緣南華系震旦系劃分對比與沉積事件總結(jié)如圖7。

4.2 北部地層分區(qū)的下寒武統(tǒng)烴源巖

經(jīng)勘探研究證實(shí),下寒武統(tǒng)烴源巖是塔里木盆地深層油氣的重要來源,如星火1井樣品的有機(jī)碳值約1.0%~9.4%,廣泛揭示于塔里木北部的鉆井和露頭,包括西部的玉爾吐斯組和東部的西山布拉克組、西大山組(朱光有等,2016)。玉爾吐斯組與西山布拉克組、西大山組均表現(xiàn)為一套海相、高TOC的暗色泥頁巖(Zhuetal., 2017, 2018, 2019, 2020),下部都富含硅質(zhì)、磷質(zhì)及早寒武世生物遺跡,其地球化學(xué)特征可對比(胡廣等,2014)。其命名不同是源于早寒武世“同時(shí)異相”的認(rèn)識:即以中上寒武統(tǒng)塔深1井區(qū)-古城地區(qū)的南北向臺緣帶為界,發(fā)育“東盆西臺”的古地理格局。然而,利用中上寒武統(tǒng)格架分析下寒武統(tǒng)烴源巖難免有一定的局限性,其地層命名也顯得較為混亂;相反地,應(yīng)該按照時(shí)間順序,利用南華系、震旦系格架討論沉積盆地演化,明確下寒武統(tǒng)烴源巖的時(shí)間、空間賦存形式。

隨著勘探程度的深入,盆內(nèi)諸多地震剖面的下寒武統(tǒng)總體表現(xiàn)為由北向南超覆的特征,因此人們對下寒武統(tǒng)烴源巖空間上的分布規(guī)律逐漸達(dá)成共識,即認(rèn)為塔里木南部不發(fā)育下寒武統(tǒng)烴源巖,塔里木北部廣泛發(fā)育烴源巖,其厚度展布規(guī)律受前寒武紀(jì)裂谷盆地演化和震旦紀(jì)末期構(gòu)造改造的共同控制(金之鈞等,2017)。早寒武世沉積前,塔里木南部抬升程度大,前寒武紀(jì)裂谷盆地反轉(zhuǎn)為大型古隆起;北部抬升程度小,前寒武紀(jì)裂谷盆地繼續(xù)演化為被動(dòng)大陸邊緣(Wuetal., 2019)。在南北分異的下伏盆地和構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)疊合作用下,早寒武世原型盆地必然繼承了這種南北分異的格局。根據(jù)晚震旦世的古地理格局研究(吳林等, 2017),早寒武世塔里木北部陸緣海繼承性發(fā)育,并有所擴(kuò)大,從中央隆起帶向北延伸至現(xiàn)今天山地區(qū),廣泛發(fā)育被動(dòng)大陸邊緣沉積,形成斜坡型有利烴源巖。而塔里木南部地層分區(qū)因隆起而很難發(fā)育烴源巖。

5 結(jié)論

(1)塔里木盆地周緣沉積巨厚的南華系、震旦系,傳統(tǒng)劃分為庫魯克塔格、柯坪、哈爾克山、鐵克里克及塔克拉瑪干等五個(gè)分區(qū)。由于不同地層分區(qū)研究程度及資料的差異較大,傳統(tǒng)劃分方案面臨越來越多的挑戰(zhàn),制約了新元古代以來原型盆地恢復(fù)、大陸動(dòng)力學(xué)演化等研究進(jìn)程。

(2)通過原型盆地啟動(dòng)、分布規(guī)律分析,建立區(qū)域地層對比格架,提出塔里木盆地及周緣新元古界具有南、北分異的特征,建議將塔里木盆地及周緣南華系、震旦系分為北部地層分區(qū)、南部地層分區(qū),大致以現(xiàn)今中央隆起帶南緣為界。北部可劃分為東北部庫魯克塔格地層小區(qū)和西部阿克蘇地層小區(qū),其中阿克蘇地層小區(qū)包括原方案中柯坪、塔克拉瑪干北部、哈爾克山分區(qū);南部初步劃分出鐵克里克地層小區(qū),有待完善。

(3)塔里木盆地及周緣新元古界劃分對比新方案意義明顯,既與區(qū)域動(dòng)力學(xué)背景響應(yīng)、具有理論意義,又與下寒武統(tǒng)烴源巖分布一致、具有勘探意義,希望借此拋磚引玉,與同行探討。

致謝感謝三位審稿專家和朱光有教授級高工提出的寶貴意見!

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