庫車盆地古-新近紀蒸發巖沉積對喜馬拉雅構造運動期次的響應①

曹養同 楊海軍 劉成林 顧喬元 焦鵬程 盧玉紅

(1.中國地質科學院礦產資源研究所 北京 100037; 2.塔里木油田公司勘探開發研究院 新疆庫爾勒 841000)

庫車盆地古-新近紀蒸發巖沉積對喜馬拉雅構造運動期次的響應①

曹養同1楊海軍2劉成林1顧喬元2焦鵬程1盧玉紅2

(1.中國地質科學院礦產資源研究所 北京 100037; 2.塔里木油田公司勘探開發研究院 新疆庫爾勒 841000)

庫車盆地在古-新近紀時期發育巨厚的蒸發巖沉積,自下而上蒸發巖沉積地層主要有:古近系的庫姆格列木組、蘇維依組;新近系下部的吉迪克組,依據部分鉆井剖面資料,可識別出5個蒸發巖沉積旋回。庫姆格列木時期巨厚的蒸發巖沉積(Ⅰ1、Ⅰ2沉積旋回期)是燕山后期相對寧靜的大地構造環境反映;蘇維依時期蒸發巖沉積(Ⅰ3沉積旋回期)在巖性、沉積范圍上發生明顯改變,反映了早喜馬拉雅構造環境下的不穩定沉積,吉迪克早期巨厚的鹽、膏沉積(Ⅰ4沉積旋回期)及沉積區域的繼續遷移則反映了早喜馬拉雅構造影響仍然存在但已經減弱;吉迪克中期(Ⅰ5沉積旋回期)蒸發巖沉積結束,鹽湖沉積轉變為陸源碎屑巖夾薄層石膏沉積,以砂、礫為主的山麓相沉積指示了當時山體抬升、遭受剝蝕、快速堆積的沉積環境,反映了相對活動的大地構造環境,是中喜馬拉雅構造運動時期的開始。可見,庫車盆地的蒸發巖沉積與喜馬拉雅構造運動有較好的對應關系,是大區域的構造運動在小區域范圍內的地質事件反映。

庫車盆地 蒸發巖 喜馬拉雅構造期次 響應

0 引言

在整個地質歷史時期中,蒸發巖的分布很廣,從寒武紀到近代,除奧陶紀尚未發現鉀鹽外,其余地質時代均有鉀鹽分布。世界上最重要的成鉀時代是寒武紀、泥盆紀、二疊紀、古近紀和新近紀,說明在地質歷史時期中,主要的鉀鹽礦床分布與地殼運動大旋回的末期有關,這因為全球性的構造運動末期一般伴隨著海退和干旱的氣候環境[1]。Wout Krijgsman等[2]認為西班牙的穆爾西亞-卡塔赫納(Murcia–Cartagena)盆地蒸發巖建造形成受構造運動控制,是對晚托爾通期(late Tortonian)至早梅辛期(early Messinian)構造運動的響應,袁見齊等[3]認為全球范圍的蒸發巖沉積與大地構造條件(主要是裂谷作用)有關,陸內裂谷、陸間裂谷、大陸邊緣裂谷、大洋中基裂谷均發育不同程度的蒸發巖沉積,其沉積作用與裂谷的4個演化階段(穹隆隆起、沉陷和接受沉積、裂谷回返、大陸離散)緊密相關。塔里木盆地自中生代以來,盆內的斷裂活動越來越弱,至中生代末期趨于停止,而盆地邊緣的斷裂活動自中生代以來越來越強,至新近紀時期達到高峰,使盆地邊緣大幅度下降,形成庫車前陸盆地[4],相應地盆地古-新近紀蒸發巖沉積作用受構造活動的控制,與其有緊密地對應關系。

1 地質背景

新疆庫車盆地位于塔里木盆地的東北緣,北鄰南天山構造帶。盆地內構造單元的劃分,一般自南向北依次可劃分為:前緣隆起帶,秋里塔格背斜(構造)帶,拜城坳陷和陽霞坳陷,克拉蘇-依奇克里克構造帶,北部單斜帶(圖1),是一個再生前陸盆地[5～9]。盆地的演化始于晚二疊世[5],其全盛期發生在三疊紀[10],至侏羅紀初庫車前陸盆地的發育已經完成[11],燕山期盆地繼續發育。至始新世末,由于印度板塊和歐亞板塊碰撞產生的遠距離效應[12],使得塔里木板塊向天山構造帶俯沖,庫車前陸盆地復活再次接受沉積,形成庫車再生前陸盆地。盆地在古-新近紀時期主要為一套河湖相、山麓相沉積。整個盆地發育扇三角洲相、湖泊相、正常三角洲相沉積[13,14],自下而上一般劃分為:古近系的庫姆格列木組(E1-2k)和蘇維依組(E2-3s),新近系的吉迪克組(N1j)、康村組(N1k)、庫車組(N2k)。古近系主要為河湖相沉積[15],其下部庫姆格列木組發育巨厚的蒸發巖沉積[16],上部為少量鹽巖、膏巖、細砂巖、粉砂巖和泥巖沉積,新近系下部為河湖相沉積,上部為山麓相洪積,洪積物為礫巖、含礫砂巖、粉砂巖夾泥巖[17],整個盆地自庫姆格列木時期至吉迪克時期發育大量的鹽、膏沉積。研究表明,蒸發巖沉積不但與古代地層鹵水,與“成巖作用相”緊密相關[18,19],而且與構造條件密不可分,特別是成鉀與否更是受構造作用控制[20,21]。在構造作用下,古-新近紀每個地層組沉積時期,蒸發巖沉積在巖性、沉積范圍、沉積中心上有明顯的變化,這種變化特征反映當時構造運動變化所形成的特定沉積環境,是對中國西部的喜馬拉雅運動構造期次變化的響應。

“喜馬拉雅運動”指新生代以來的構造運動[22,23],對于構造期次(構造幕)的劃分,不同學者有不同的意見[24～26]。但大多數學者把喜馬拉雅運動分為三期,任紀舜[27]根據構造旋回把喜馬拉雅運動分為三期,發生時間為:早喜馬拉雅運動(40～50 Ma);中喜馬拉雅運動(15 Ma);晚喜馬拉雅運動(2.4 Ma)。賈承造等[28]結合構造、地貌、巖漿活動把喜馬拉雅運動分為早、中、晚三期,其發生時間分別為(40 ～52 Ma)、(25 Ma)、(2.48 Ma)。李廷棟等[29]認為喜馬拉雅運動在青藏地區可劃分3個幕:其時間分別為始新世末、中新世中后期、上新世-早更新世。塔里木東北緣的庫車盆地,正好處于塔里木盆地和南天山構造帶兩大構造單元的交界處,在強烈的構造作用下,盆地的沉積特征(沉積物特征、沉積厚度變化、沉積中心遷移)必然受控于構造作用。根據上述學者的觀點,古-新近紀時期正是喜馬拉雅運動強烈的活動期,其構造活動期次的變化必然引起沉積物沉積特征的變化,本文主要通過分析盆地古-新近系庫姆格列木組(E1-2k)、蘇維依組(E2-3s)、吉迪克組(N1j)蒸發巖沉積特征的變化,來研究蒸發巖沉積與喜馬拉雅構造運動期次之間的響應關系,分析喜馬拉雅運動構造期次的發生時間。

2 研究方法

蒸發巖沉積總是和碎屑巖沉積相互交替,形成沉積韻律,由于鹽湖水體淡-咸-鹽-咸-淡的韻律變化,相應地沉積物發生由碎屑巖-膏巖-鹽巖-膏巖-碎屑巖的變化,這種變化可以形成多種微小的沉積韻律類型,如:泥巖-含膏泥巖-泥巖,粉砂巖-泥巖-含膏泥巖-石膏-含膏泥巖-泥巖-粉砂巖,泥巖-鹽巖-泥巖,泥巖-鹽質泥巖-泥巖。根據石油鉆孔資料,分析鉆孔巖性剖面柱碎屑巖-膏巖-鹽巖-膏巖-碎屑巖沉積韻律的變化,對每口鉆井剖面逐步劃出四級、三級、二級、一級沉積韻律,其方法為先劃出小的沉積韻律,比如碎屑巖-膏巖的變化,定為四級韻律,然后相同的四級韻律合并成三級韻律,逐級向上合并,最后劃出一級韻律(沉積旋回)(表1),通過劃分,識別沉積旋回期次。對于每一期蒸發巖沉積旋回,其巨厚的蒸發巖沉積不但代表了當時干旱炎熱的氣候環境,而且反應了地質歷史時期中相對寧靜的沉積環境。當巨厚的蒸發巖沉積旋回向以陸源碎屑巖為主的沉積旋回轉變時,盆地相對寧靜的沉積環境被打破,進入到由構造運動帶來的相對強烈的構造環境。所以蒸發巖沉積旋回的識別及其沉積巖性的變化反映了沉積環境的變化,而這種大的沉積旋回正是對地質歷史時期大的構造運動在沉積環境上的響應。

圖1 庫車盆地構造簡圖(據塔里木油田分公司資料,有修改)Fig.1 Schematicmap of structure in Kuqa Basin(quoted from data of Tarim Oilfield Corporation,amended)

圖2 鉆井位置圖Fig.2 Location of drilling holes

雖然盆地中發育眾多的近南北向逆沖斷層,可能使鉆井剖面所在的地層受斷裂影響而發生地層疊置現象,影響蒸發巖沉積旋回的識別,但結合鉆井具體地理位置和盆地斷裂構造的分布及地層層位關系,考慮每口鉆井蒸發巖旋回所處的地層僅位于庫姆格列木組至吉迪克組之間,對于選取的13口鉆井來說,旋回劃分范圍均沒有受到斷裂構造大的影響而發生地層疊置現象,另外,雖然微小的影響可能存在,以至于對于沉積韻律(特別是四級韻律的劃分)有可能產生影響,但不影響大的蒸發巖沉積旋回的識別。

表1 鉆井剖面柱沉積韻律劃分數量統計Table1 Statistics of sedimentary rhythms on columns of drilling holes

通過對盆地13口鉆井蒸發巖沉積韻律劃分、沉積旋回識別和對比,在盆地古近系和新近系的吉迪克組中共識別出五個蒸發巖沉積旋回,其中庫姆格列木組兩個(自下而上為Ⅰ1、Ⅰ2沉積旋回),蘇維依組一個(Ⅰ3沉積旋回),吉迪克組兩個(下而上為Ⅰ4、Ⅰ5沉積旋回),其中盆地西部鉆井(TB1、DB2、QL1、QC1、KL4、XQ2、YT2)(圖2)共發育4個沉積旋回,分別為古近紀的Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、和新近紀的Ⅰ4沉積旋回;盆地東部鉆井(KC2、DQ5、YH1、DN201、DN102)主要發育1個沉積旋回,為Ⅰ4沉積旋回,而DQ8井5個沉積旋回(Ⅰ1至Ⅰ5沉積旋回)均有發育,反映了古近紀至吉迪克組時期蒸發巖沉積由盆地西部向東部逐漸遷移。應與這一時期的喜馬拉雅構造運動有關。

3 庫車盆地蒸發巖沉積特征

3.1 蒸發巖類型及沉積序列特征

3.1.1 蒸發巖類型

盆地古-新近系蒸發巖主要為鹽巖和膏巖,少量白云巖和灰巖。蒸發巖中含有鈣芒硝、硬石膏、光鹵石、鉀石鹽、雜鹵石、鉀石膏及氯化鈣等礦物。巖鹽分為紅鹽(巖)、青鹽(巖)、白鹽(巖)。巖鹽中發現鉀石鹽殘晶、雜鹵石、無水芒硝、氯化鈣等蒸發鹽類礦物,說明此時屬炎熱干旱氣候,海水蒸發濃縮快速達到石鹽飽和結晶階段,后期干旱繼續,局部地區出現雜鹵石、芒硝、甚至光鹵石。時代上,鉀鹽礦物及氯化鈣主要分布于始新統上部,鈣芒硝主要分布于中新統,石鹽和石膏則廣泛分布于整個古近紀及新近紀的吉迪克時期。

鹽巖和膏巖分布于整個盆地。野外地表隨處可見鹽霜、砂巖縫隙中滲出的鹽泉、鹽泉蒸發形成的鹽花等,鹽丘中可見大的食鹽晶體,部分鹽丘已作為鹽礦進行開采。膏巖一般和褐紅色、灰綠色砂巖、粉砂巖、泥巖互層,或呈夾層產出,地表和山坡上隨處可見風化的片狀石膏、柱狀、板狀硬石膏。灰巖和白云巖在盆地分布相對較少,一般層厚幾米至十幾米(表2)。

3.1.2 沉積序列特征

整個盆地西部的蒸發巖沉積序列自下而上一般為:庫姆格列木早期的白云巖或灰巖沉積序列,但厚度不大,主要發生在蒸發巖沉積旋回的底部,含有較多的生物碎屑;庫姆格列木早中期的膏巖組合序列,主要表現為先是膏質泥巖(或泥質膏巖)與泥巖交互沉積,后為膏巖與泥巖交互沉積;庫姆格列木中期,隨著鹽湖的進一步咸化,出現鹽巖沉積序列,先是表現為膏質鹽巖(或泥質鹽巖)與泥巖交互沉積,后變為膏巖和鹽巖交互沉積,最后至巨厚的鹽巖沉積;庫姆格列木中晚期和蘇維依早期,又變為和庫姆格列木早中期一致的膏巖沉積序列,至蘇維依中晚期,則出現泥巖、粉砂巖沉積序列,反映了鹽湖水體的淡-咸-鹽-咸-淡的變化。

盆地東部蒸發巖沉積序列主要發生在吉迪克時期,其沉積特征同盆地西部基本一致,但膏巖沉積厚度比西部大,鹽巖沉積厚度比西部小,反映了盆地東、西部鹽湖在咸化期和鹽化期時間段長短上的差異,這種差異應與其對應的氣候條件及構造運動有關。

上述蒸發巖沉積序列中,蒸發巖沉積總是和碎屑巖(主要是泥巖、粉砂巖)交互沉積,反映了鹽湖在咸化(鹽化)過程中有淡水間斷注入,使鹽湖淡化,這種現象可能是天山山前淡水定期補給的結果,可能反映了庫車盆地在古近紀至新近紀早期長期干燥炎熱的氣候背景下曾經有短暫的濕潤氣候條件發生。

3.2 盆地西部蒸發巖沉積特征

根據所搜集的資料,對13口鉆井巖性剖面進行蒸發巖沉積特征分析,由于鉆孔剖面很長(一般2 000 ～5 000 m),不可能詳盡地列出其沉積物巖性變化,所以只粗略地列出其碎屑巖和蒸發巖沉積變化,但不影響對蒸發巖沉積特征的分析和大的沉積旋回的識別。

盆地西部分布TB1、DB2、QL1、QC1、KL4、XQ2、YT2共7口鉆井,對于每個鉆井剖面,其蒸發巖沉積旋回見圖3。由圖上可見,盆地西部共發育4個蒸發巖沉積旋回,分別為:庫姆格列木(E1-2k)時期2個(Ⅰ1、Ⅰ2沉積旋回期),蘇維依時期(E2-3s)一個,吉迪克(N1j)時期一個,每個旋回的沉積特征見表3。

由表3可以看出盆地西部蒸發巖沉積特征:庫姆格列木早期(Ⅰ1),蒸發巖沉積以TB1、DB2、XQ2井為中心,發育少量薄層的鹽、膏沉積,北部KL4井以巨厚膏巖為主、南部YT2井發生少量膏巖、白云巖沉積,代表了當時盆地西部蒸發巖沉積的邊界,在盆地西部呈近北西-南東向展布;庫姆格列木晚期,沉積范圍在早期的基礎上繼續向南北方向擴展,覆蓋了盆地西部大部分地區;蘇維依時期,蒸發巖沉積由北部經中部向南部遷移,沉積物由巨厚鹽、膏轉變為少量的薄層石膏;吉迪克時期,蒸發巖沉積發生在南部,沉積物由少量石膏又轉變為巨厚的鹽、膏沉積。

表3 盆地西部蒸發巖沉積旋回特征Table3 Sedimentary characteristics of evaporate in the western Kuche Basin

圖3 盆地西部蒸發巖沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of evaporate in the western Kuqa Basin

3.3 盆地東部蒸發巖沉積特征

盆地東部分布DQ8、KC2、DQ5、YH1、DN201、DN102共6口鉆井,對于每個鉆井剖面,其蒸發巖沉積旋回見圖4。由圖上可見,盆地東部共發育5個蒸發巖沉積旋回,分別為:庫姆格列木(E1-2k)時期2個(Ⅰ1、Ⅰ2沉積旋回期),蘇維依時期(E2-3s)一個,吉迪克(N1j)時期兩個,每個旋回的沉積特征見表4。

表4 盆地東部蒸發巖沉積旋回特征Table4 Sedimentary characteristics of evaporate in the eastern Kuche Basin

圖4 盆地東部蒸發巖沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of evaporate in the eastern Kuqa Basin

由表4可以看出盆地東部蒸發巖沉積特征:庫姆格列木早期(Ⅰ1)和晚期(Ⅰ2),蒸發巖沉積主要見于DQ8井,旋回Ⅰ1發育大量含泥灰巖、少量石膏,旋回Ⅰ2是旋回Ⅰ1基礎上沉積范圍進一步的擴大,同盆地西部庫姆格列木時期蒸發巖沉積特征一致,這因為DQ8井位于盆地中部所致。其旋回Ⅰ1大量的含泥灰巖沉積,代表了旋回Ⅰ1時期盆地西部蒸發巖沉積范圍的東部邊界點;蘇維依時期,蒸發巖沉積由巨厚鹽、膏轉變為少量的薄層石膏,由北部(KC2井:少量泥質灰巖)經中部(DQ8、DQ5井:少量石膏)向南部(YH1井:少量石膏)遷移,DQ8、DQ5、YH1為蘇維依時期盆地東部蒸發巖沉積中心;吉迪克時期,蒸發巖沉積發生在整個盆地東部,范圍向南、北、西(KC2、YH1、DQ8)擴大,并向東(DN201、DN102井)遷移,沉積了巨厚的鹽、膏;Ⅰ5旋回僅見于DQ8井,代表了蒸發巖沉積的衰退期。

圖5 庫車盆地古-新近紀蒸發巖沉積旋回范圍圖Fig.5 Scope of sedimentary circle of evaporation salt in Kuche Basin in Tertiary Period

通過對13口鉆井蒸發巖沉積旋回中蒸發巖厚度累加,利用Sufer軟件,可以初步圈出每個蒸發巖沉積旋回的沉積范圍(圖5)。從圖上可以看出,庫姆格列木時期,盆地西部的Ⅰ2旋回在Ⅰ1旋回基礎上向南北方向擴展;蘇維依時期,沉積區一分為二,分別向盆地南部、東部遷移;吉迪克時期,盆地南部、東部的兩個沉積區繼續發育巨厚的蒸發巖沉積,這與上述盆地東、西部蒸發巖沉積特征相一致。

4 對喜馬拉雅構造運動期次的響應

鹽湖的蒸發巖沉積需要一個穩定的沉積環境,在大地構造環境穩定的條件下,氣候持續的干燥炎熱,才能發育灰巖、膏巖、鹽巖等蒸發巖沉積,間斷性的淡水注入湖盆可以使湖水淡化,發育部分碎屑巖沉積,構成蒸發巖沉積旋回,但是蒸發巖沉積之前需要有一個長時間的濃縮階段,此階段離不開構造作用[21],往往在構造作用下鹵水才能反復振蕩濃縮,最終在構造的穩定區富集成鹽。

4.1 與早喜馬拉雅構造期次的響應

依據前述學者對喜馬拉雅構造期次劃分的觀點:早喜馬拉雅構造運動發生于40～50(52)Ma[27,28](始新世早期或者始新世末[29])。在此之前,庫車盆地處于燕山構造期后的相對寧靜期,海侵自古新世由古地中海沿天山南部深入到庫車盆地,海侵時斷時續,在庫車盆地發育了高咸度瀉湖區和咸化瀉湖區,氣候干旱①地質礦產部礦床地質研究所。新疆庫車盆地第三紀成鹽條件及找鉀遠景研究報告,1980:36-70,發育了庫姆格列木(E1-2k)時期的巨厚蒸發巖沉積。而Ⅰ2沉積旋回在Ⅰ1旋回范圍基礎上的擴大反映了二者之間有一個海侵范圍稍微擴大的時期,應該與“始新世早期塔里木盆地內的海侵范圍在局部擴展”①地質礦產部礦床地質研究所。新疆庫車盆地第三紀成鹽條件及找鉀遠景研究報告,1980:36-70及古近紀中晚期,盆地處于伸展擴張的構造環境之中[26]有關。自蘇維依時期(E2-3s)開始,蒸發巖沉積發生改變,主要表現為巖性上的變化(由巨厚鹽、膏向薄層石膏轉變)和沉積中心的變化遷移(沉積中心一分為二,自北西向東部、南部兩個方向遷移),其變化正是早喜馬拉雅構造期開始的反映。由于早喜馬拉雅構造運動,塔里木盆地向南天山構造帶俯沖,盆地的西北基地抬升[21],不但使得白堊紀至中新世盆地碎屑巖沉積中心向南遷移[34],而且導致鹽湖鹵水穩定的沉積環境遭受破壞,被一分為二,分別向南、向東遷移,在遷移過程中,間斷受淡水的補給,發育少量的膏巖沉積。在整個蘇維依時期,蒸發巖沉積一直以少量膏巖為主,并不斷遷移,反映了早喜馬拉雅構造運動的影響貫穿于整個蘇維依時期。

所以,早喜馬拉雅運動開始于蘇維依(E2-3s)初期,并貫穿于整個蘇維依時期。對于蘇維依組上下年限的測定,李忠等通過對庫車盆地磁性地層學和生物地層學的研究,厘定為38～24.4 Ma[32～34],依據國際地層委員會2004年修訂的年代地層標準(始新世: 55.8±0.2～33.9±0.1 Ma),早喜馬拉雅運動應開始于始新世末期的“巴爾通階”末期和“普里亞本階”初期[35],即38 Ma左右(圖6),與中國地質學擴編版[26]及李廷棟等[29](青藏地區早喜馬拉雅運動)認識相一致。

4.2 與中喜馬拉雅構造期次的響應

庫車盆地蘇維依時期至吉迪克時期蒸發巖沉積發生改變,主要表現為巖性改變(由薄層膏巖、泥巖變為巨厚鹽、膏)和沉積范圍遷移(繼續向東、向南遷移,向東部分鹵水匯入羅布泊[21],向南表現為鹵水遷移和海水退卻),表明到蘇維依后期,早喜馬拉雅運動的影響逐漸減弱,構造環境逐漸開始趨于穩定,鹵水在遷移過程中富集了大量鹽分,至吉迪克初期開始在盆地東部、南部發育巨厚的蒸發巖沉積,這同庫姆格列木時期的構造環境(燕山后期)相一致。自西向東,通過對YH1、DQ5、DN201、DN102四個鉆井巖性剖面分析,看出自蘇維依時期至吉迪克時期,蒸發巖沉積向東遷移,表明此時期內蒸發巖一邊遷移一邊沉積,早喜馬拉雅構造影響因素逐漸減小。對比庫姆格列木時期的蒸發巖沉積,其膏、鹽沉積厚度相對較小,這也與吉迪克時期早喜馬拉雅較為活動的構造環境有關。

吉迪克中后期(旋回Ⅰ5之后),盆地西部和南部的蒸發巖沉積結束,變為河流相的陸源碎屑巖沉積,野外調查及鉆孔資料分析顯示:碎屑巖沉積由下向上粒度逐漸變粗,由泥巖逐漸變為含礫砂巖、礫巖沉積,并夾有部分薄層(厚0.5～3 cm)膏巖沉積,一方面反映了逐漸穩定的蒸發巖沉積環境結束,另一方面,反映山麓相的粗碎屑巖沉積物說明了山體快速隆升、剝蝕、搬運、堆積的過程,應與中喜馬拉雅構造運動強烈的活動期有關,“新近紀初庫車盆地與南天山構造帶的邊界呈滑動上升模式[36]”和“自中新世庫車盆地與南天山構造帶的邊界向南遷移[37]”均說明了中喜馬拉雅構造運動的開始。另外,吉迪克中后期砂礫沉積物比蘇維依時期泥砂沉積物在粒度、分選、磨圓上明顯不同,顯示了中喜馬拉雅運動比早喜馬拉雅運動的活動更加強烈。

對于中喜馬拉雅構造運動開始的時間,分歧較大,賈承造等[28]認為中喜馬拉雅運動開始于25 Ma、任紀舜等認為始于15 Ma[27],李廷棟等[29]和任紀舜等認為的時間相近,始于中新世中后期。本次研究通過分析吉迪克組蒸發巖沉積時限,結合李忠等對庫車盆地吉迪克組年代上下界限的厘定(24.4Ma～ 16.9Ma)[32～34]及國際地層委員會修訂的年代地層標準(中新世:23.03～5.322 Ma),認為中喜馬拉雅運動應開始于吉迪克組Ⅰ5蒸發巖沉積旋回結束,大致開始于吉迪克(24.4～16.9 Ma)后期(約18 Ma左右)(圖6),位于中新世初期的“布爾迪加爾階”中期,這一點與前人的研究(25 Ma、15 Ma、中新世中后期)不同。

4.3 與全球海平面變化的關系

根據Bilal U Haq等[38]對古-新近紀全球海平面變化曲線的研究,把海平面變化曲線與庫車盆地蒸發巖沉積旋回及喜馬拉雅構造運動其次進行對比(圖6)。可以看出三者基本對應。庫姆格列木早期,盆地發育Ⅰ1蒸發巖沉積旋回,此時全球海平面處于較高位置,基本無變化,反映穩定的構造環境,由于古新世時期,古地中海的海水侵入庫車盆地,斷斷續續的侵入使得盆地高咸度瀉湖發育,發育少量薄層灰巖、膏巖、鹽巖沉積。庫姆格列木晚期,全球海平面總體上依然很高并伴隨間斷的升降,在52.5～53.5 Ma時海平面達到本時期最高值,這與“始新世早期塔里木盆地內的海侵范圍在局部擴展”相一致,導致蒸發巖沉積在旋回Ⅰ1基礎上其沉積范圍向盆地南北方向擴展。蘇維依時期全球海平面大幅度下降,反映了全球范圍內的構造運動抬升,早喜馬拉雅構造運動開始,庫車盆地海水退卻,盆地受近南北向擠壓導致西北部基底抬升,鹵水向南、向東遷移,旋回Ⅰ3發育少量鹽、膏沉積。至吉迪克時期,全球海平面下降總體趨于穩定,大地構造環境穩定,庫車盆地剩余的陸內湖水在干旱氣候條件下,分別在盆地西南部、東部發育Ⅰ4旋回沉積,盆地東部可能受北部天山淡水的間斷補給,發育Ⅰ5沉積旋回。此后全球海平面開始了2次急劇升降,時間在15～18 Ma,預示著中喜馬拉雅構造運動的開始,在15 Ma之后海平面大幅度下降,至10 Ma時降到-50 m以下,反映了比早喜馬拉雅運動更加強烈的中喜馬拉雅構造運動的發生,庫車盆地徹底轉為陸源碎屑巖沉積。

5 結論

通過對庫車盆地古-新近紀蒸發巖沉積特征分析及與喜馬拉雅構造運動期次的響應分析,獲得以下認識:

圖6 蒸發巖沉積旋回與喜馬拉雅構造期次關系Fig.6 Correlation on sedimentary cycle of evaporate and Himalayan tectonic phase

(1)穩定的大地構造環境是庫車盆地巨厚蒸發巖發育的必要條件,但干燥炎熱的氣候條件應該是主要因素,而構造變動又可以使鹵水遷移,蒸發巖沉積移位。

(2)庫姆格列木時期是燕山構造運動后期穩定構造環境的反映,沉積了巨厚的鹽、膏層。

(3)早喜馬拉雅運動開始于蘇維依初期,即始新世末期(38 Ma),構造擠壓使得盆地西北部基底抬升,蒸發巖沉積環境改變,沉積區一分為二,沉積中心向南、向東遷移,構造影響一直持續到蘇維依末期,在不穩定的構造環境下發育蘇維依組少量的石膏沉積,吉迪克早期,構造環境趨于穩定,構造影響仍然存在但很微弱,東部、南部的兩個沉積區分別繼續向東、向南遷移,發育巨厚的鹽、膏沉積。

(4)中喜馬拉雅運動開始于吉迪克后期(約18 Ma左右),即中新世初期,此時Ⅰ5蒸發巖沉積旋回結束,構造運動使得山體快速抬升、遭受剝蝕,盆地轉為山麓相、河流相沉積,并夾有薄層石膏沉積。

總之,庫車盆地的蒸發巖沉積與喜馬拉雅構造運動及全球海平面升降有較好的對應關系,是大區域的地質事件在小區域范圍內的地質事件反映。

References)

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Response on Sediment of Evaporate in Kuqa Basin from Paleogene to Neogene Period and Himalayan Tectonic Phase

CAO Yang-tong1YANG Hai-jun2LIU Cheng-lin1GU Qiao-yuan2JIAO Peng-cheng1LU Yu-hong2
(1.Institute of M ineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 2.Research Institute of Petroleum Exp loration and Development of Tarim Oil Field,Korla,Xinjiang 841000)

Sediment of evaporite with gigantic thickness had been developed in Kuqa Basin from Paleogene to Neogene period,and the main stratum were composed of Kumugeliemu group,Suweiyi group(Paleogene),and Jidike group(Neogene)。Going with transformation of the water of saline lake changing from fresh water,saline water,to brine,and then to saline water,fresh water,accordingly,the sediment changes from clastic rock,gypsum,to saline rock,and then to gypsum,clastic rock,so the sediment of evaporate and clastic rock is alternated each other,and the sediment rhythm or gyration come into being.Based on some datum of drill holes,5 sedimentary cycles of evaporite are given。Ⅰ1andⅠ2sediment cycles have been developed in Kumugeliemu period。Ⅰ1sediment cycle,which mainly developed in early Kumugeliemu period,has been fulled of folium saline rock,gypsum,limestone or dolomite,clastic rock,notonly is the sediment scopemainly attached center to Tubei1,Dabei2 and Xiqiu2 drilling holes, but also attached borderline to Kela2 drilling hole in north of basin and Yangta 2 drilling hole in the south of basin, and extended from northwest to southeast。Ⅰ2sediment cycles have been developed in late Kumugeliemu period,has been fulled of gigantic and thick saline rock and gypsum,and the sediment scope han been extended based on early sediment scope。Ⅰ3sediment cycles has beenmainly developed in Suweiyi period,and influenced on the early Himalayan tectonicmovement,the floor in north-west of basin was uplifted,so the sediment area was split into two parts which moved not only from north to south but also from west to east.Themain sediment is clastic rock and gypsum contained clastic rock,and the evaporite sedimentmoved from north,middle,to south of Kuqa basin in the west,in the east of basin itmoved from west to east.The gigantic thickness sediment of evaporite in Kumugeliemu period (Ⅰ1、Ⅰ2sediment cycles)reflects comparatively quiet tectonic setting after Yanshanmovement;and the sediment of evaporate has been changed obviously on lithology and scope in(Ⅰ3sediment cycles)in Suweiyiperiod,so unsteadily tectonic setting has been reflected in early Himalayan tectonic phase.Sediment of evaporite with gigantic thickness (Ⅰ4sediment cycles)had beenmainly developed in east of basin in Jidike period,and a few in south of basin,comparing sediment of evaporate in west of basin in Kumugeliemu period,the thickness of saline rock is attenuation but the gypsum is opposite,which reflects the long time of salty lake and the short time of saline lake.Themovement from west to east of the sediment area reflects the early Himalayan tectonicmovementwas still continuing In spite of its decline.The sediment of evaporate(Ⅰ5sediment cycles)has been breaken down in Jidike period,and it han been changed into continental sedimentation,so the setting of themountain uplifted,denuded,cumulated fleetly,was indicated by piedmont deposits,and themiddle Himalayan tectonicmovement period were coming.So it is a good corresponding relation on sediment of evaporite in Kuqa Basin and Himalayan tectonic movement,and it is a reflection of geology eventmade by large-scale tectonic movement in small areas.

Kuqa Basin;evaporate;Himalayan tectonic phase;response

曹養同 男 1975年出生 博士研究生 礦物、巖石、礦床學 E-mail:cyt1941@yahoo.com.cn

P512.2

A

1000-0550(2010)06-1054-12

①塔里木盆地重要蒸發巖坳陷成鹽及油氣生儲條件研究項目(批準號:41005050002),國家“十一五”科技支撐課題(編號:2006BAB07B06);中國地質科學院礦產資源研究所中央級公益性科研院所基本科研業務費項目(編號:K0807)共同資助成果。

2009-07-08;收修改稿日期:2009-10-29