南祁連盆地二疊系沉積特征及其充填模式

譚富榮,周立發

(西北大學地質學系西北大學,陜西西安710069)

南祁連盆地位于祁連山南部,它是祁連褶皺系的重要組成部分[1-4],盆地呈北西-南東向。其東北側為中祁連地塊,西南側為柴達木地塊,西端被北東向的阿爾金左行走滑斷裂截切,東止于青海湖。盆地演化經歷了古大陸克拉通演化階段(前奧陶紀),裂谷—坳陷作用階段(奧陶紀—志留紀),新大陸克拉通化階段(石炭紀—三疊紀),殘留盆地演化改造階段(侏羅紀—第四紀)。從而形成自北向南依次為前寒武系變質結晶基底、加里東期褶皺基底和海西期褶皺基底,加里東期褶皺基底構成了盆地的主體部分。二疊系是南祁連盆地沉積蓋層的主體組成部分之一,分布廣泛。大體以托萊河-大通河-哈爾蓋河-青海湖東-倒淌河一線為界,以北地區的二疊系主體為陸相沉積,以南地區的二疊系為海相沉積[5]。南祁連盆地的海相二疊系為臺地蓋層型沉積[6],上下統齊全,與下伏薊縣系、奧陶系、志留系及加里東期侵入巖均呈超覆型角度不整合接觸,其上被三疊系平行不整合覆蓋[7]。

本次工作采用了青海地礦局(1994)地層清理報告中的劃分方案,將南祁連盆地海相二疊系自下而上劃分為勒門溝組、草地溝組、哈吉爾組和忠什公組。

1 地層特征

勒門溝組巖性為紫紅色、灰色、深灰色厚層粗粒石英砂巖、粉砂巖及礫巖,夾泥質粉砂巖或生物碎屑灰巖,礫巖的礫石成份以石英為主。在區域上角度不整合于前二疊系地層之上,與上覆地層呈整合接觸。

草地溝組在哈拉湖和下日哈地區為灰-深灰色中、厚層狀灰巖,生物灰巖,夾少量黑色頁巖、暗灰色粉砂巖、細粒石英砂巖、含有豐富的生物化石,其中有紡綞蟲、腕足類、雙殼類、苔蘚等生物化石。在北部地區灰巖極少,而以灰綠色砂巖、鈣質砂巖、粉砂巖為主,夾少量紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖,厚l58m,未見化石[8]。灰巖在區內總體表現為向西側尖滅,東部的剛察大寺灰巖厚53m,再向東逐漸被碎屑巖所代替或過渡為陸相沉積。

哈吉爾組雖然也以碎屑巖為主,但其巖性與忠什公組相比要細,下部為紫紅色,雜色碎屑巖,上部為灰-深灰色碎屑巖夾灰-深灰色灰巖,化石豐富,與上下地層均為整合接觸。

忠什公組以雜色碎屑巖為主,偶夾頁巖、泥巖、含腕足類、植物石、與下伏地層哈吉爾組為整合關系,與上覆下三疊統下環倉組為平行不整接觸。

2 二疊紀沉積環境分析

通過野外實測剖面獲得的資料,對盆地二疊系顏色、結構、原生沉積構造等巖性特征及其空間配置關系和古生物化石等綜合分析,南祁連二疊系沉積類型表現為碳酸鹽巖臺地相、濱岸相、淺海陸棚相、三角洲相4種沉積相。

2.1 碳酸鹽巖臺地相

該類沉積相主要分布于下二疊統草地溝組下部及上二疊統哈吉爾組中上部,根據沉積特征可進一步分為開闊臺地、局限臺地亞相。

開闊臺地相是本區最為發育的碳酸鹽沉積相,其巖性以灰、深灰色微晶灰巖、生物碎屑灰巖和生物碎屑泥晶灰巖為主,具有塊狀層理、丘狀交錯層理、縫合線等構造。灰巖厚度大、橫向展布穩定。生物化石種類繁多,多發育窄鹽性生物腕足類、珊瑚類及廣鹽性生物有孔蟲和介形蟲等。

局限臺地相為受局限—半局限條件、海水鹽度正常或微淡化的環境,以泥晶灰巖、生物碎屑泥晶灰巖以及含生物碎屑泥晶灰巖為主,偶見泥灰巖,普遍發育波狀層理和塊狀層理。生物化石種屬比較單調,可見廣鹽性生物化石,如腕足類、有孔蟲和介形蟲等以及能反映局限、平靜-弱動蕩水體條件下的遺跡化石組合,如動藻跡、針管跡、蠕蟲跡和水平潛穴等。局限臺地相常與開闊臺地相和瀉湖相共生,該相不如開闊臺地相分布廣泛,且發育的灰巖厚度小、橫向展布不穩定,常常呈透鏡體狀產出。

2.2 濱岸相

為本區二疊系的主要沉積相,廣泛分布于下二疊統和上二疊統下部,可細分為近濱—濱外、前濱和后濱亞相。

近濱亞相以粉砂巖、泥質粉砂巖和細砂巖為主,夾粗砂巖,分選較差,明顯可見向上變粗的反韻律,發育板狀交錯層理、槽狀交錯層理,水平層理極為發育,有生物擾動現象。

前濱亞相以中粒、中—細粒石英砂巖、巖屑長石砂巖為主(巖屑以石英巖為主);發育低角度交錯層理、平行層理浪成波痕、不對稱波痕和對稱波痕;成分和結構成熟度較高。

后濱亞相主要為粉砂巖、細砂巖,夾中粒砂巖和薄層灰巖,水平層理發育。

2.3 淺海陸棚相

主要分布上二疊統哈吉爾組上部,為淺海陸棚相中的濱外陸棚亞相沉積,巖性為深灰色頁巖,偶夾薄層泥質粉砂巖,礦物成分成熟度和結構成熟度較高,分選和磨圓較好,水平層理極其發育,垂向上其下部發育臺地相灰巖。發育著珊瑚、苔蘚、瓣鰓類、腕足類等生物化石。

2.4 三角洲相

主要分布于上二疊統忠什公組,根據沉積特征及垂向組合將其分為三角洲平原亞相和三角洲前緣亞相。

三角洲平原亞相:分流河道見于上二疊統忠什公組上部,巖性為灰、灰黃及灰綠色中厚層中、中粗粒長石砂巖、石英長石砂巖及泥巖。垂向上具下粗上細的間斷性正韻律,發育大型槽狀、楔狀交錯層理,平行層理,粒序具正韻律,橫剖面上呈透鏡狀。

三角洲前緣亞相:遠砂壩是河口砂壩前方靠海的部位,水體較深,在浪基面附近的位置,見于忠什公組上部,巖性為灰、深灰色粉砂巖,粉細砂巖夾頁巖,粉砂巖具小型交錯層理及浪成波痕、生物擾動構造等,垂向上具有下細上粗的結構特征,粒度概率曲線為三段式。

支流間灣為河流道之間水體受限形成的海灣,水體較靜的環境,見于本剖面忠什公組中部,以灰綠、紫紅色泥巖為主,夾薄層粒細砂巖,具水平層理,透鏡狀層理,可見浪成波痕、生物介殼、植物碎片等。

3 沉積序列

本區二疊系沉積總體上是由早期快速海進形成的海進層序和晚期緩慢海退形成的海退層序組成,氣候變化是:由溫濕轉干熱又轉溫濕的演變歷程[9]。

3.1 海進層序

早二疊世海進十分迅速,海平面上升特別快,由濱海十分迅速的變為淺海相,形成了一套海進層序。層序下部為濱岸石英砂巖,向上為薄層粉、細砂巖與薄層灰巖互層,層序上部為粉、細砂巖和泥質粉砂巖。

3.2 海退層序

早二疊世海進后,海盆逐漸抬升,海平面下降,水體逐漸變淺,顏色由灰變紅,層序下部為近濱—濱外沉積,向上變為近濱上部、前濱、后濱,最后局部地區形成海陸交互相碎屑沉積。

4 盆地充填模式

4.1 基本特征

通過對南祁連盆地二疊系剖面的詳細沉積相分析,它在時空演化上有下列特點:

1)下二疊統上部草地溝組是穩定環境的碳酸鹽巖與碎屑巖的混合沉積。其中含生物碎屑的灰巖在盆地內,除盆地北緣之外,有較廣泛分布。下二疊統整體為一海侵型層序。

2)上二疊統在青海湖—天峻以南的天峻坳陷普遍缺失,可看到中三疊統灰巖直接超覆沉積在前二疊系之上。反映盆地沉積范圍較早二疊世要小。上二疊統主體為一海退型層序。

3)勒門溝組、草地溝組灰巖層和忠什公組的厚層—塊狀砂巖,在盆地內分布面積廣,橫向上巖相穩定,對于這樣的標志層我們難以用漸進型海侵—海退模式來解釋它。

4)各層段地層的巖性、巖相在縱向上變化清楚,在橫向上通常很難看到明顯的相變現象。或者說在橫向上所謂進積序列或退積序列并不明顯。

對于這種縱向上巖相變化明顯,橫向上相變關系不明顯的盆地充填物,可利用以下充填型式解釋。

4.2 盆地二疊紀充填模式

早二疊世勒門溝期,由于區域性的地殼伸展和地幔上隆的共同作用,在柴達木地塊與南祁連加里東褶皺帶之間,形成了早二疊世的宗務隆海槽[10],該海槽相對于石炭紀的土爾根達坂—宗務隆海槽其位置明顯南移。在海槽與南祁連洼地之間發育一半“島式”的邊緣隆起。來自古特提斯海水自西秦嶺向西侵入,當海水面超過半島之間的峽口高度時,海水自南向北呈倒灌式地侵入南祁連盆地,在其內堆積了勒門溝組的沉積(圖2-A)。在勒門溝組沉積期,南祁連盆地的古地理格局形式類似于第四紀以來的渤海灣盆地,最北側是中祁連北部—隴西低緩古隆起,向南方開闊平緩的渤海灣式的南祁連洼地,洼地之南為“膠東—遼東半島式”的低緩隆起,再向南為“黃海式”的宗務隆海槽。當海平面處于低位時,南祁連盆地僅作為一種洼地形式存在,當海平面相對上升超過半島之間的峽口侵入南祁連洼地,從而形成早二疊世勒門溝期的盆地,在該盆地內堆積了以碎屑巖為主體的盆地充填物。

早二疊世草地溝期,區域性的海平面相對快速上升,海平面高度已超過“半島式”的邊緣低緩隆起帶,宗務隆海槽海水呈倒灌式侵入南祁連盆地。此時,南祁連陸表海盆與宗務隆海槽連為一體[11],成為統一的一個大海盆,南祁連海盆相對于宗務隆海槽,具有邊緣坳陷的盆地性質及類型(圖2—B),在這樣一個廣闊的海盆地內充填了草地溝組的碳酸鹽巖和碎屑巖的沉積組合。這種盆地充填型式的特點是從盆地邊緣向盆地內部沉積相帶的展布不具有碎屑岸體系(碳酸鹽巖濱岸體系)向碎屑陸架體系(碳酸鹽巖陸架體系)過渡的特點,它導致盆地內大范圍巖性、巖相及其沉積體系的一致性。

晚二疊世哈吉爾期,隨著南側宗務隆海槽的閉合[12],臨近早二疊世海槽的邊隆起范圍向南擴展,南祁連盆地轉變成為四周封堵的受限陸表海盆地,其內接受了哈吉爾組的以陸源碎屑巖為主體偶夾碳酸鹽巖的沉積組合 (圖2-C)。總體來講,哈吉爾組是一套海平面時而上升盆地接受沉積,海平面時而下降,變為受限殘余陸表海盆地的演化發展過程,由此形成交互相的盆地充填型式。晚二疊世忠什公期,南祁連盆地完全轉變成為一個四周封堵的殘余陸表海盆地,盆地范圍較哈吉爾期明顯要小,在這個殘余受限陸表海盆地內接受了忠什公組厚層—塊狀碎屑巖的沉積(圖2-C)。

天峻坳陷上二疊統的缺失是邊緣隆起向南擴展的主要依據。晚二疊世晚期,南祁連盆地相對上升,從而造成韃靼期沉積體的完全缺失。

5 結論

1 南祁連二疊系沉積類型表現為碳酸鹽巖臺地相、濱岸相、淺海陸棚相、三角洲相4種沉積相。

2 南祁連盆地在早二疊世勒門溝期發生快速海侵和早二疊世草地溝期—晚二疊世忠什公期的緩慢海退過程。

3 南祁連盆地經歷了早二疊世勒門溝期的坳陷盆地,草地溝期的邊緣坳陷盆地和哈吉爾期—忠什公期的坳陷殘余陸表海盆地演化過程。

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