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分層滑脫:羌塘盆地構(gòu)造研究的新概念*

2023-02-09 02:01何登發(fā)王成善管樹巍李傳新開百澤梅慶華賀鴻冰
地質(zhì)科學(xué) 2023年1期
關(guān)鍵詞:侏羅羌塘盆地

何登發(fā) 王成善 管樹巍 李傳新 王 瑜 開百澤 梅慶華 賀鴻冰

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京 100083;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;3.中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司 成都 610041)

羌塘盆地位于青藏高原腹部羌塘地塊之上,介于昆侖山、岡底斯山、唐古拉山之間,南北寬約300 km,東西長(zhǎng)640 km,面積22×104km2,平均海拔5 000 m,發(fā)育大片連續(xù)的多年凍土,面積達(dá)18.5×104km2,也是青藏高原年平均地表溫度最低的地區(qū),地表?xiàng)l件和氣候條件十分惡劣。

羌塘盆地是我國(guó)目前唯一未大規(guī)??碧降暮蜌馀璧?。在盆地內(nèi)部,發(fā)現(xiàn)了液態(tài)油苗、炭質(zhì)瀝青、高壓淺層氣等系列油氣顯示;此外,也賦存有頁(yè)巖油、油砂、天然氣水合物、鉀鹽等資源。據(jù)初步估計(jì),羌塘盆地的油氣資源量達(dá)104億噸油當(dāng)量(王劍等,2020),為我國(guó)為數(shù)不多的油氣資源超百億噸的大型含油氣盆地。面對(duì)我國(guó)日益緊張的能源安全形勢(shì),勘探開發(fā)羌塘盆地的油氣資源已逐漸成為國(guó)家層面和油氣工業(yè)界的共識(shí)。

羌塘盆地地處青藏高原腹地,其北側(cè)為可可西里—金沙江縫合帶(HJS),南側(cè)為班公湖—怒江縫合帶(BNS),由北向南分為北羌塘坳陷、中央隆起和南羌塘坳陷3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。羌塘盆地在前泥盆紀(jì)結(jié)晶變質(zhì)基底之上沉積了上古生界—中生界海相地層和新生界陸相地層;中生代地層沉積序列完整,沉積巖厚度大于3 000 m,是一個(gè)以中生界海相沉積為主體的改造殘留盆地(王成善等,2001,2004;譚富文等,2002)。

“盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與形成演化”是控制油氣形成與分布的先決條件。羌塘盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與形成演化的獨(dú)特性表現(xiàn)在:1)羌塘盆地是在南、北側(cè)強(qiáng)烈活動(dòng)板塊邊界限定下的沉積盆地。南、北側(cè)邊界帶洋盆的俯沖與閉合,給盆地發(fā)育留下了深刻烙印;南、北邊界帶洋盆此張彼合的跨時(shí)演化,決定了原型盆地的屬性、充填與結(jié)構(gòu)的遷移變化。這是它有別于四川、塔里木、鄂爾多斯等盆地的基本特點(diǎn)。2)羌塘地塊規(guī)模小,活動(dòng)性強(qiáng),依附于其上的沉積相帶窄,原型盆地橫向變化快,構(gòu)造—沉積分異強(qiáng)烈。無(wú)論北羌塘地塊或南羌塘地塊(或是增生地體組合),地塊的規(guī)模小、強(qiáng)度低、活動(dòng)性強(qiáng)。發(fā)育其上的被動(dòng)大陸邊緣、臺(tái)地邊緣、臺(tái)地內(nèi)部深水陸棚等沉積相帶較窄,橫向變化快,發(fā)育不穩(wěn)定。這與鄂爾多斯、四川、塔里木等盆地發(fā)育寬廣坳陷或穩(wěn)定的碳酸鹽巖臺(tái)地構(gòu)成鮮明對(duì)比。3)后期隨青藏高原形成發(fā)生強(qiáng)烈隆升(Wang et al.,2002,2008;Fang et al.,2022;Xiong et al.,2022),經(jīng)歷“盆—山—原”轉(zhuǎn)換的多期構(gòu)造過(guò)程(Ding et al.,2022),巖漿活動(dòng)頻發(fā)(Wang et al.,2016),南北向裂谷疊加(Ding et al.,2007),地層大規(guī)模隆升、剝露、剝蝕,致使烴源巖熱演化終止、油氣聚集與保存條件發(fā)生顯著改變,這是它與國(guó)內(nèi)外沉積盆地根本不同之處。因此,研究羌塘盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)所遇到的瓶頸問(wèn)題是如何立足于高精度的構(gòu)造活動(dòng)時(shí)空格架,厘定不同地質(zhì)時(shí)期的盆地結(jié)構(gòu)單元,建立這些結(jié)構(gòu)單元復(fù)合疊加的構(gòu)造模型。

對(duì)于研究羌塘盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu),前人從重磁電與地表地質(zhì)填圖資料出發(fā)討論了羌塘盆地的分塊與分帶特征(張勝業(yè)等,1996;趙政璋等,2001;楊輝等,2002;賀日政等,2009;熊盛青等,2013,2020;周道卿等,2021),但對(duì)于分層結(jié)構(gòu)特征則鮮有涉及。巖石圈、地殼與沉積盆地因存在流變學(xué)分層,分層滑脫變形是它們的普遍特點(diǎn)。羌塘盆地保留有數(shù)千米厚的古生界和中生界,為碳酸鹽巖與碎屑巖的互層沉積,已證實(shí)有多套軟弱層,能干性地層與軟弱層之間存在顯著的流變學(xué)性質(zhì)差異,引起變形樣式在垂向上與側(cè)向上的較大變化。利用高精度地震資料開展盆地的分層地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究是揭示這一問(wèn)題的關(guān)鍵手段。同時(shí),在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)分層滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng)是控制油氣保存條件的根本性因素(何登發(fā)等,2004,2020),因分層滑脫,油氣在垂向上存在多個(gè)油氣保存區(qū)間,增大了聚油概率。

在羌塘盆地,膏巖、泥巖、膏泥巖等軟巖石構(gòu)成的滑脫層如何分布?滑脫層制約下的構(gòu)造變形有什么特點(diǎn)?分層滑脫對(duì)盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有何影響?本文基于深探井與高精度反射地震剖面對(duì)此進(jìn)行討論。

1 羌塘盆地的地層結(jié)構(gòu)

1.1 基底結(jié)構(gòu)

地理概念上的羌塘盆地橫跨拉薩、羌塘、松潘—甘孜、昆侖、柴達(dá)木等地塊(Yong et al.,2021),面積達(dá)70.8×104km2,為一周緣分水嶺環(huán)繞的內(nèi)流盆地。地質(zhì)概念上的羌塘盆地局限在羌塘地塊之上,南、北邊界分別為班公湖—怒江縫合帶與可可西里—金沙江縫合帶,其內(nèi)部以龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶劃分為南、北羌塘地塊(李才,1987,2003; 黃 繼 均 ,2001; 盧 占 武 等 ,2011;Liu et al.,2022;Zhang et al.,2022a,2022b)。

羌塘盆地的基底由南、北羌塘地塊拼貼而成,與古特提斯洋的發(fā)展息息相關(guān)(吳慶舉等,1998;Yin and Harrison,2000;Kapp et al.,2003)。南、北羌塘地塊的基底性質(zhì)不同,北羌塘地塊為親揚(yáng)子型,在晚古生代離華南、印支地塊較近,西段為格林威爾期基底,東段為晉寧期基底,泥盆系與下伏奧陶系—志留系之間發(fā)育角度不整合;南羌塘地塊為親岡瓦納型,具泛非變質(zhì)結(jié)晶基底,西、東端局部分別有格林威爾期、晉寧期基底,發(fā)育岡瓦納型沉積,奧陶系與下伏寒武系、前寒武系之間呈角度不整合接觸。南、北羌塘地塊之間在寒武紀(jì)—三疊紀(jì)發(fā)育古特提斯洋(李才等,2016;Hu et al.,2022b),于中-晚三疊世沿龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶關(guān)閉(240~225 Ma),因此,羌塘盆地是橫跨在縫合帶上的沉積盆地。

在羌塘盆地開展的重磁場(chǎng)、大地電磁、地震等地球物理研究(張勝業(yè)等,1996;趙政璋等,2001;楊輝等,2002;賀日政等,2009;熊盛青等,2013,2020;周道卿等,2021),基本厘定了羌塘盆地的磁性基巖深度、基底巖性與基底構(gòu)造分區(qū),劃分出了北羌塘坳陷、中央隆起帶與南羌塘坳陷(圖1)。

1.2 沉積蓋層的地層組成

羌塘盆地的沉積蓋層主要由古生界、中生界與新生界構(gòu)成(圖2)。

圖2 羌塘盆地的地層系統(tǒng)Fig.2 Stratigraphic system of Qiangtang Basin

古生代沉積層:以?shī)W陶系(或泥盆系)底部不整合面為界,包括奧陶系—二疊系沉積層序,可稱為岡瓦納北緣裂解層序或古特提斯洋被動(dòng)大陸邊緣層序(Fu et al.,2022;

Liu et al.,2022;Qiao et al.,2022;Wang et al.,2022a;Xu et al.,2022;Zhang et al.,2022b)。上古生界在南、北羌塘發(fā)育并可對(duì)比,在羌塘中部隆起的羌資5井鉆遇下二疊統(tǒng)占金組20 m左右海相泥巖(Wang et al.,2022b)。這一為洋盆分隔的陸緣沉積層序,構(gòu)成南、北羌塘“復(fù)合”的古生代沉積盆地。

中生代沉積層:中生界頂、底均以區(qū)域不整合面為界,為受南、北洋盆擴(kuò)張、俯沖、閉合控制的沉積層序,可稱為中特提斯洋的相關(guān)層序(Tang et al.,2022)。北側(cè)以可可西里—金沙江縫合帶為界,北羌塘地區(qū)三疊系為與之相關(guān)的陸表海—?dú)埩艉3练e,金沙江洋盆于晚三疊世閉合,北羌塘北側(cè)發(fā)育與其相關(guān)的前陸盆地(王成善等,2001;李勇等,2002;劉若涵等,2019)。南側(cè)以班公湖—怒江洋(中特提斯洋)縫合帶為界,對(duì)該洋盆的發(fā)育時(shí)限(如275 Ma:P1晚期以來(lái)?C—K?P3—K1?)、洋盆位置(在班公—怒江帶?獅泉河—納木錯(cuò)帶?)、洋盆結(jié)構(gòu)(發(fā)育微地塊:安多、嘉玉橋地塊?洋島?海底高原?)、關(guān)閉方式(如同時(shí)?穿時(shí):東早西晚?雙向俯沖或北向俯沖?)、最終關(guān)閉時(shí)間(在150~145 Ma:J末?115 Ma:K1晚期?)等研究取得顯著進(jìn)展(Yin and Harrison,2000;Guo et al.,2022;Hu et al.,2022a;Liu et al.,2022;Zeng et al.,2022),但迄今仍存在一定爭(zhēng)議。羌塘地塊中生代早期為陸表海坳陷沉積,沉積厚度可達(dá)3 000~6 000 m,構(gòu)成羌塘盆地的主體(Li et al.,2022);早白堊世晚期(116~112 Ma)以來(lái)進(jìn)入后碰撞期(Hu et al.,2022a),海/陸相沉積轉(zhuǎn)換東早西晚,東段在125~118 Ma,西段在109~90 Ma(Luo et al.,2022);于90~75 Ma,由后碰撞階段進(jìn)入板內(nèi)演化期(Wang et al.,2022a),發(fā)生擠壓、隆升與剝蝕。這一中生代陸表海沉積層序,構(gòu)成羌塘地區(qū)“疊合”在古生代盆地之上統(tǒng)一的坳陷盆地。

新生代沉積層:殘存厚度較薄,為受新特提斯洋俯沖、閉合影響的沉積層序,發(fā)育康托組、嗩吶湖組、玉林山組。羌地17井鉆遇465 m的嗩吶湖組,為膏鹽、泥巖與粉砂質(zhì)泥巖組合(Shen et al.,2020)。因后期隆升與剝蝕,新生界保存較薄。這一層序?yàn)樾律笮哇晗菖璧氐姆指钆c殘留,構(gòu)成羌塘地區(qū)改造殘留的“上疊”盆地。

2 羌塘盆地的滑脫層與分層構(gòu)造變形系統(tǒng)

2.1 滑脫層

目前已在羌塘盆地識(shí)別出一些新生代的逆沖推覆構(gòu)造(李亞林等,2006;吳珍漢等,2011,2016,2019),但對(duì)于羌塘盆地是否發(fā)育滑脫層卻討論不多(李亞林等,2008;王劍等,2020;Wang et al.,2022b)??偨Y(jié)中石油、油氣地質(zhì)調(diào)查中心、成都地調(diào)中心等單位完成的鉆井、測(cè)井資料并參考地質(zhì)實(shí)測(cè)剖面,初步研究認(rèn)為羌塘盆地發(fā)育4套區(qū)域性滑脫層與4套局部滑脫層(圖3)。

圖3 羌塘盆地膏巖、泥巖滑脫層分布圖(據(jù)中石油、油氣調(diào)查中心、成都地調(diào)中心資料編繪)Fig.3 Distribution of gypsum and mudstone detachment layers in Qiangtang Basin(data from PetroChina,Oil and Gas Investigation Center,and Chengdu Research Center for Geology and Deposit Investigation)

(1)區(qū)域性滑脫層

上三疊統(tǒng)泥巖:分布面積廣、厚度大,在北羌塘坳陷稱為肖茶卡組,在其北部厚100~760 m,在其南部厚100~562 m;在南羌塘坳陷稱為日干配錯(cuò)組,厚42~400 m。

中-下侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組泥巖、膏巖:分布在南、北羌塘坳陷,厚200~600 m,羌科1井雀莫錯(cuò)組硬石膏層厚達(dá)365 m(王劍等,2020)。

中侏羅統(tǒng)布曲組泥巖、泥灰?guī)r:分布在坳陷區(qū),厚85~749 m,羌科1井布曲組泥質(zhì)巖厚140 m。

中侏羅統(tǒng)夏里組泥巖、膏巖:厚100~600 m,主要分布在北羌塘坳陷,羌科1井夏里組含膏泥質(zhì)巖厚320 m;在南部露頭區(qū),夏里組泥質(zhì)巖厚達(dá)1 689 m。

(2)局部性滑脫層

下侏羅統(tǒng)曲色組泥質(zhì)巖:分布于南羌塘坳陷,厚34~625 m。

上侏羅統(tǒng)索瓦組的泥灰?guī)r、泥巖:在北羌塘坳陷厚為100~1 000 m,南羌塘坳陷厚為200~1 600 m。

始新統(tǒng)嗩吶湖組:膏鹽、泥巖,分布于北羌塘坳陷,在羌地17井厚達(dá)465m。

二疊系煤層:局部分布。

2.2 分層滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng)

(1)典型構(gòu)造樣式解析

選擇過(guò)羌科1井的地震剖面進(jìn)行解析(圖1,圖4)。羌科1井是羌塘盆地目前最深的1口井,鉆至上三疊統(tǒng)。羌科1井鉆遇雀莫錯(cuò)組硬石膏層厚365 m,夏里組含膏泥質(zhì)巖厚320 m。

圖4 過(guò)羌地17井與羌科1井的東西向地震解釋剖面(據(jù)反射地震剖面簡(jiǎn)化的線條圖)Fig.4 E-W seismic interpretation section across well Qiangdi 17 and well Qiangke 1

羌科1井鉆遇中侏羅統(tǒng)夏里組、布曲組構(gòu)成的兩個(gè)背斜,背斜西翼長(zhǎng)、東翼短,呈不對(duì)稱背斜,軸面分析表明,這兩個(gè)背斜均為由西向東逆沖的斷層端點(diǎn)向上突破形成,斷層下端點(diǎn)位于滑脫層頂界,上端點(diǎn)在上部滑脫層的底界或向斜核部,表現(xiàn)為兩個(gè)獨(dú)立的斷層傳播褶皺背斜。下伏的上三疊統(tǒng)呈西低東高的大型背斜,與上覆侏羅系的短波長(zhǎng)背斜相比,樣式明顯有別,呈分層變形特征。

羌科1井右側(cè)(東側(cè))的中侏羅統(tǒng)布曲組與夏里組形成西陡東緩的斷層傳播褶皺,斷層上端點(diǎn)止于夏里組底部,背斜軸部出露地表,夏里組遭受剝蝕。該背斜的東側(cè),以夏里組底部滑脫層為界,其下布曲組形成指向西的背斜,其上夏里組形成指向東的背斜,二者以夏里組底部滑脫層為界而剪切運(yùn)動(dòng)指向相反。在大的布曲組背斜的正下方,還發(fā)育中-下侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組的指向西的不對(duì)稱背斜,斷層的下端點(diǎn)進(jìn)入雀莫錯(cuò)組膏巖段消失。

羌地17井鉆遇嗩吶湖組、夏里組與布曲組。在該井部位,背斜核部的夏里組加厚,在夏里組背斜核部及其東翼發(fā)育兩條指向東的斷層,構(gòu)成兩個(gè)斷層傳播褶皺形成的疊加背斜;其下的中-下侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組也發(fā)育指向東的不對(duì)稱背斜。夏里組的背斜與布曲組的背斜以夏里組底部的滑脫層為界,發(fā)生分層滑脫變形,上、下背斜的面積和幅度均有差異。

在羌地17井西翼,夏里組還發(fā)育一個(gè)指向東的斷層傳播褶皺,背斜軸面陡立;斷層上端點(diǎn)位于夏里組中部,斷層下端點(diǎn)位于夏里組滑脫層頂部。

剖面西段為一大型向斜,上三疊統(tǒng)—侏羅系整體被褶皺,推測(cè)為上三疊統(tǒng)之下的斷層活動(dòng)所形成。

上述構(gòu)造現(xiàn)象清楚地指示了夏里組、布曲組、雀莫錯(cuò)組底部發(fā)育3套滑脫層,形成了運(yùn)動(dòng)學(xué)指向不一,褶皺波長(zhǎng)、形態(tài)不相一致的多個(gè)背斜、向斜,表現(xiàn)出分層滑脫變形特點(diǎn)。此外,從整條剖面上三疊統(tǒng)的舒緩褶皺來(lái)看,其下伏有滑脫層分布,形成的滑脫背斜頂部位于羌科1井及其東側(cè)附近。由下至上,呈多重滑脫構(gòu)造變形特點(diǎn)。

對(duì)圖4的不整合面進(jìn)行分析,可以得到構(gòu)造變形期次的概念。

剖面西段向斜部位上白堊統(tǒng)阿布山組(K2a)底部發(fā)育不整合面,在向斜的西、東翼都可見中侏羅統(tǒng)夏里組頂部的低角度削截現(xiàn)象,而不整合面之上的阿布山組(K2a)則向向斜兩翼逐漸超覆,地層減薄,向斜東翼阿布山組(K2a)地層產(chǎn)狀呈下陡上緩的旋轉(zhuǎn)形態(tài)。阿布山組(K2a)與中侏羅統(tǒng)夏里組(J2x)之間缺失了上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng),從該剖面右端發(fā)育上侏羅統(tǒng)(J3s)來(lái)看,上侏羅統(tǒng)與其下中侏羅統(tǒng)形態(tài)較為一致,據(jù)此可以推斷該剖面的主變形期在侏羅紀(jì)末—早白堊世,指示燕山早期運(yùn)動(dòng)。

阿布山組(K2a)與上覆嗩吶湖組之間也為不整合面接觸,這一不整合面的褶皺幅度遠(yuǎn)較阿布山組(K2a)底界的褶皺幅度要小,也表明晚白堊世末期—始新世早期的褶皺運(yùn)動(dòng)(燕山晚期運(yùn)動(dòng))在該部位要弱一些。但無(wú)疑表明燕山兩期運(yùn)動(dòng)形成了羌地17井—羌科1井部位的構(gòu)造,方式是沿多套滑脫層發(fā)生了擠壓運(yùn)動(dòng)。

有意思的是,該剖面西段的嗩吶湖組,地層產(chǎn)狀較平,表明其沉積期該地區(qū)地形較緩,沉積之后也未遭受褶皺破壞。從嗩吶湖組的成巖程度來(lái)看,其上部地層應(yīng)被剝蝕,估計(jì)剝蝕厚度在1 500~2 000 m以上。因此,若復(fù)原始新世嗩吶湖組沉積期的原盆,可能指示了一個(gè)范圍較大的伸展性坳陷,為寬淺湖盆性質(zhì),但沉降量卻較大。

北羌塘半島湖地區(qū)的羌科1井西側(cè)的始新統(tǒng)嗩吶湖組(E2s)披覆沉積(drape sequence)于上白堊統(tǒng)阿布山組(K2a)和上侏羅統(tǒng)雪山組(J3x)之上(圖4),穩(wěn)定發(fā)育。羌塘盆地的始新統(tǒng)嗩吶湖組(E2s)與其南側(cè)倫坡拉盆地始新統(tǒng)牛堡組(E2n)及北側(cè)柴達(dá)木盆地下干柴溝組上段(E3x2)具有相同或相近的時(shí)代和巖石學(xué)特征,后兩者已被證實(shí)為重要的烴源巖(孫濤等,2012;宋博文等,2013;付鎖堂等,2016;李國(guó)欣等,2022),柴達(dá)木盆地古新世—始新世沉積中心也一直保持穩(wěn)定(管樹巍,2018),可能指示青藏地區(qū)在始新世(—漸新世?)處于伸展環(huán)境,廣泛發(fā)育泛湖沉積(張克信等,2007,2008;王國(guó)燦等,2010;Shen et al.,2020),沉積了始新統(tǒng)(42~37 Ma)烴源巖。對(duì)于這一時(shí)期的原型盆地研究需要引起足夠重視。

(2)羌塘盆地分層滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng)

本次研究對(duì)采取層位與測(cè)井雙約束、非線性層析反演偏移速度建模等技術(shù)重新處理的羌塘盆地的南北向地震剖面(SN1-SN7)我們進(jìn)行了初步解釋(圖5)。以淺表地質(zhì)調(diào)查與已有鉆井和大地電磁探測(cè)(MT)結(jié)果對(duì)地震剖面進(jìn)行約束,研究表明,南羌塘坳陷在2.5 s上、下出現(xiàn)分層變形,淺層發(fā)育指向南的疊瓦沖斷系統(tǒng);北羌塘坳陷與中羌塘隆起過(guò)渡部位發(fā)育復(fù)合構(gòu)造楔;北羌塘坳陷在1.5 s上、下出現(xiàn)分層變形,之上為斷層相關(guān)褶皺背斜及其疊加組合,之下為大型被動(dòng)頂板雙重構(gòu)造,并在4.5~5.0 s進(jìn)入底部滑脫層。

圖5 羌塘盆地南北向地震大剖面(SN1-SN7)最新的構(gòu)造解釋Fig.5 The latest tectonic interpretation of the north-south seismic profile(SN1-SN7)in the Qiangtang Basin

可可西里縫合帶部位淺層發(fā)育4~5條指向南的逆沖斷層,構(gòu)成指向南的疊瓦沖斷系統(tǒng)。北羌塘坳陷由北向南由長(zhǎng)湖—雪蓮湖、淺水湖—波濤湖、吐坡—半島湖、牛肚湖、阿木錯(cuò)等5個(gè)斷褶帶構(gòu)成。前三者在2.0~2.5 s上、下分層,長(zhǎng)湖—雪蓮湖、淺水湖—波濤湖兩個(gè)斷褶帶的深層由4個(gè)沖斷席構(gòu)成被動(dòng)頂板雙重構(gòu)造,淺層為斷層傳播褶皺背斜帶構(gòu)成,長(zhǎng)湖—雪蓮湖斷褶帶與淺水湖—波濤湖斷褶帶之間在淺層構(gòu)成對(duì)沖的疊瓦系統(tǒng),深層雙重構(gòu)造在長(zhǎng)湖—雪蓮湖斷褶帶南部較高。吐坡—半島湖斷褶帶的深層由兩個(gè)較寬的沖斷席構(gòu)成,淺層由4個(gè)斷層相關(guān)褶皺帶組成,形成對(duì)沖構(gòu)造組合。牛肚湖斷褶帶為一較窄的指向南的斷層傳播褶皺背斜帶。阿木錯(cuò)斷褶帶也為一向南的逆沖系統(tǒng),與牛肚湖斷褶帶之間構(gòu)成對(duì)沖組合。上述5個(gè)斷褶帶的深層沖斷系統(tǒng)推測(cè)在4.5~5 s或6 s發(fā)生滑脫,進(jìn)入底板主滑脫層,推測(cè)為韌性剪切層,與南羌塘坳陷深反射地震剖面揭示的6 s滑脫界面相似(Gao et al.,2013;Shi et al.,2022)。

中央隆起帶淺層分別向南北兩側(cè)逆沖,構(gòu)成“背沖斷塊”組合,但淺層斷層向深部到2.5 s左右并入深部沖斷系統(tǒng)上,深層主體向南沖斷。這樣在北羌塘坳陷的南界,深層向南、淺層向北,構(gòu)成構(gòu)造楔組合;再結(jié)合龍木錯(cuò)—雙湖洋盆俯沖、閉合背景,中央隆起帶深部地殼向北楔入,與上部構(gòu)造楔共同構(gòu)成復(fù)合構(gòu)造楔系統(tǒng)。

南羌塘坳陷淺層主體由7~8個(gè)指向南的沖斷席組成,向下在2.0~3.0 s之間進(jìn)入底部滑脫層。南羌塘坳陷淺層向南沖斷,隱含深層沖斷系統(tǒng)指向北的運(yùn)動(dòng),與班公湖—怒江洋盆J3—K1向北俯沖與晚期(K末—E1)拉薩地體向北楔入亞洲大陸之下的區(qū)域構(gòu)造背景相吻合。

班公湖—怒江構(gòu)造帶淺層由3~4條指向北的沖斷席構(gòu)成,與北拉薩指向北的沖斷系統(tǒng)一起,構(gòu)成沖斷增生楔系統(tǒng),反映班公湖—怒江洋盆也向南俯沖于拉薩地體之下的深部背景。班公湖—怒江構(gòu)造帶與南羌塘坳陷之間在淺層形成對(duì)沖組合,在深層則受控于班公湖—怒江洋的雙向俯沖背景,地殼發(fā)生縮短。

對(duì)圖5的解釋仍需深化,但無(wú)疑指出羌塘盆地發(fā)育受滑脫層控制的分層變形系統(tǒng),整個(gè)盆地構(gòu)成大型滑脫沖斷構(gòu)造變形系統(tǒng)。

3 討 論

上述滑脫層的分布需要進(jìn)一步厘定,如在不同層系的分布、不同構(gòu)造分區(qū)的差異等。但沉積盆地多套滑脫層的發(fā)育將使沉積蓋層在垂向上具有顯著的巖石力學(xué)性質(zhì)差異,能干性地層(灰?guī)r、砂巖、火山巖等)與軟弱層(膏巖、泥巖、膏泥巖、煤層等)相間分布,在構(gòu)造應(yīng)力作用下前者出現(xiàn)脆性破裂,后者則發(fā)生韌性變形,出現(xiàn)滑脫。如過(guò)羌科1井的地震剖面所示(圖4),中侏羅統(tǒng)布曲組(J2b)、中-下侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組(J1-2q)之間發(fā)生分層變形,上、下構(gòu)造樣式、高點(diǎn)并不一致。

近30年來(lái)的深部地球物理探測(cè)研究了羌塘盆地的巖石圈流變學(xué)結(jié)構(gòu),得到了:1)羌塘盆地的莫霍面深度(Xuan and Jin,2022),在北羌塘為62 km,在南羌塘為66 km,在中羌塘隆起之下莫霍面斷錯(cuò)達(dá)18 km(Niu et al.,2022),推測(cè)為龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶在深部的反映;2)青藏高原中(上)地殼內(nèi)部約20 km深度普遍存在低速高導(dǎo)體(LVZs),在羌塘地塊內(nèi)部,大地電磁(MT)探測(cè)發(fā)現(xiàn)低速高導(dǎo)體(Wei et al.,2006);南羌塘地塊在0~20 km、20~40 km深度存在兩層低速高導(dǎo)體,北羌塘地塊在20~50 km深部存在低速高導(dǎo)體(嚴(yán)江勇等,2019),沿84.5°E剖面識(shí)別出了4個(gè)低速高導(dǎo)體(Niu et al.,2022),目前這些低速體被解釋為地殼部分熔融體(Ding et al.,2007;Zheng et al.,2020),研究表明北羌塘地區(qū)40 Ma以來(lái)受巖漿活動(dòng)的影響;3)深反射地震剖面揭示南羌塘地塊在上地殼底界(約6 s深度)存在拆離面,其上、下存在指向相反的逆沖構(gòu)造系統(tǒng)(Shi et al.,2022)。上述低速高導(dǎo)體證實(shí)了在中(上)地殼存在軟弱層(雖然不連續(xù)),可作為上地殼構(gòu)造變形的底界面(~6 s),南、北羌塘地塊的這一界面可能存在差異。這樣在地殼尺度,中地殼(~20 km深度)低速高導(dǎo)層構(gòu)成了沉積盆地變形的底部邊界,圖5所示的大型滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng)可能沿其發(fā)生拆離滑脫。

圖5的解釋將適用于脆性域變形的斷層相關(guān)褶皺理論(Suppe,1983;Shaw et al.,2005;何登發(fā)等,2005),與適用于韌性域變形的韌性剪切帶理論有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)造變形幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)的定量解釋,并對(duì)變形機(jī)制進(jìn)行有效約束。這類解釋依賴于地震剖面品質(zhì)的大幅度提高,可望繼續(xù)取得進(jìn)展。

有關(guān)滑脫層的厘定與變形研究,將根本性改變關(guān)于“羌塘盆地構(gòu)造變形與地質(zhì)結(jié)構(gòu)”的認(rèn)識(shí)。前期基于地表與低分辨率地震資料,將羌塘盆地解釋為一系列高角度逆沖斷層,并多“畫”成基底卷入型沖斷構(gòu)造,若是這種“通天”斷層,油氣將以破壞為主,羌塘盆地的油氣聚集將無(wú)從談起。

區(qū)域性滑脫層在實(shí)現(xiàn)盆地分層構(gòu)造變形與保存油氣方面具有支配作用。如庫(kù)車地區(qū)、川東地區(qū),二者都是強(qiáng)烈構(gòu)造變形區(qū),卻都是大型天然氣富集區(qū),均為我國(guó)大型天然氣生產(chǎn)基地(何登發(fā)等,2020;賈承造等,2022;楊學(xué)文等,2022)。庫(kù)車地區(qū)發(fā)育厚層古近系膏鹽巖,川東地區(qū)發(fā)育厚層下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖、中-下寒武統(tǒng)膏鹽巖,它們構(gòu)成區(qū)域性滑脫層,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)擠壓地區(qū)以滑脫層為界的上、下分層變形,起到了對(duì)下伏油氣成藏組合的最佳封蓋保存作用。類似現(xiàn)象在整個(gè)特提斯構(gòu)造域具有普遍性,如扎格羅斯山前、北非地區(qū)(何登發(fā)等,2015)。

受多套滑脫層控制,形成分層滑脫的構(gòu)造變形系統(tǒng),滑脫層在空間上錯(cuò)疊,斷層在閉鎖期則具封閉性,滑脫層與封閉性斷層可能形成空間上封閉流體的“箱體”(compartment),何登發(fā)等(2020)稱其為“相對(duì)穩(wěn)定的油氣保存單元”,其在時(shí)—空上多期、多層出現(xiàn)。雖然受斷裂活動(dòng)、巖漿活動(dòng)與構(gòu)造隆升等的影響,仍有可能發(fā)育“相對(duì)穩(wěn)定的油氣保存單元”(何登發(fā)等,2004)。厘定、落實(shí)這樣的“相對(duì)穩(wěn)定的油氣保存單元”將是開展羌塘盆地油氣成藏與分布研究的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

(1)羌塘盆地發(fā)育上三疊統(tǒng)肖茶卡組、中-下侏羅統(tǒng)雀莫錯(cuò)組、中侏羅統(tǒng)布曲組、夏里組泥巖、膏巖、膏泥巖等構(gòu)成的4套區(qū)域性滑脫層,基底內(nèi)部發(fā)育韌性剪切層。它們?cè)诖瓜蛏蠈⑶继僚璧胤謩潪檐浫鯇优c能干層相間的多套組合。

(2)受區(qū)域性滑脫層控制,羌塘盆地發(fā)育分層變形系統(tǒng);滑脫層上、下構(gòu)造幾何樣式差異較大,運(yùn)動(dòng)學(xué)指向也不一致;受多套不同性質(zhì)滑脫層控制形成了多重滑脫構(gòu)造變形系統(tǒng)。

(3)分層滑脫變形是羌塘盆地構(gòu)造研究的新概念,將為重新認(rèn)識(shí)羌塘盆地,評(píng)價(jià)羌塘盆地的油氣保存單元提供新的學(xué)術(shù)思路。

致 謝本文在研究過(guò)程中,使用了中國(guó)石油、中國(guó)石化、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的鉆井及地震剖面資料。在與劉池洋、李亞林、吳珍漢、王劍、沈安江等教授的交流與探討過(guò)程中,受益匪淺,在此謹(jǐn)致謝意。

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