庫車-塔北地區中生代關鍵變革期主要不整合及古隆起地貌特征

吳高奎,林暢松,,劉永福,劉景彥,楊憲彰,李 浩

[1. 中國地質大學(北京) 能源學院,北京 100083； 2. 中國地質大學(北京) 海洋學院,北京 100083； 3. 中國石油 塔里木油田公司 勘探開發研究院,新疆 庫爾勒 841000]

塔里木盆地是我國最大的、含油氣資源豐富的典型疊合盆地[1]。從震旦紀開始,在漫長的地質歷史演化過程中,該盆地先后經歷了多期次的構造變革,發育有一系列的構造不整合面及大型古隆起帶,形成了復雜的盆地結構樣式。多年的石油勘探結果已表明,盆地中大部分的油氣聚集與盆地關鍵變革期所發育的不整合、古隆起的分布有著密切的關聯。因此,對主要的不整合及古隆起的發育和分布特征加以研究,是揭示沉積盆地動力學演化及油氣聚集的關鍵,現已發展成為國內外相關學科領域研究的熱點問題[2-6]。

庫車-塔北地區是塔里木盆地最重要的油氣勘探目標之一,諸多前人的研究[7-12]表明,該地區在中生代期間發育有一系列構造成因的角度不整合和大型古隆起。然而,這些研究的大多數目前并未涉及到對庫車-塔北地區中生代主要不整合的整體分布特征、剝蝕特征以及古隆起的發育、演化過程展開系統性研究。另外,角度不整合一般被認為是構造隆升作用的產物[6],但其與盆地周邊碰撞造山作用的響應關系,揭示尚少。

本文是基于對研究區骨架二維地震剖面、局部三維地震剖面進行詳細解釋,結合鉆井及野外露頭等資料分析,采用不整合削截點及上超點追蹤等方法,探討庫車-塔北地區中生代主要不整合、古隆起地貌特征及其對盆地動力學背景的響應關系,其目的在于為塔里木盆地的動態演化分析及有利儲層分布預測提供一定指導。

1 地質背景及構造-地層序列

塔里木盆地位于中國西北部,盆地平面呈菱形,面積達56×104km2,四周被南天山、昆侖山和阿爾金山所環繞。作為中國最典型、最大的疊合盆地,塔里木盆地的研究及油氣勘探工作,歷來為全球的業內、外人士所矚目[13]。二疊紀以后,塔里木盆地結束了海相沉積期并正式進入了內陸盆地演化階段,盆地的地形基本上繼承了海西運動時期形成的南北隆坳相間、東西分塊的地貌格局,整個盆地可分為三隆四坳7個構造單元,即庫車坳陷、塔北隆起、北部坳陷、中央隆起、塔西南坳陷、塔南隆起和東南坳陷[1]。本文的研究區主要包括塔北隆起和庫車坳陷(圖1)。

塔北隆起,北接庫車坳陷,南鄰北部坳陷,長400 km,寬80 km,其最初形成于早古生代[1],經歷了漫長的地質演化過程,發育有復雜的地質構造,目前主體為第四系覆蓋[11]。區域性重力異常資料表明,塔北隆起帶在中生代時期分為溫宿、西秋、新和和牙哈等4個次級古隆起[12]。塔北隆起的含油氣系統包括寒武-奧陶系含油氣系統和三疊系-侏羅系含油氣系統。塔北隆起具有重要的理論研究意義,其對塔里木盆地的油氣勘探而言更是不可或缺,多年來塔北隆起一直吸引著眾多學者的目光[11,14-16]。

庫車坳陷,位于塔里木盆地最北緣,其東起庫爾勒、西至溫宿凸起、南鄰塔北隆起、北接天山南麓,整體呈EW向展布,長470 km,寬40～90 km[12]。庫車坳陷的發育演化經歷了多期次的構造變革,最終在喜馬拉雅運動中定格。二疊紀末,繼厚層磨拉石沉積之后,庫車坳陷進入了封閉的擠壓撓曲型盆地發展階段,拉開了中生代前陸盆地發展的序幕。庫車坳陷之中連續沉積了一套厚達數千米的中生界陸相沉積。作為盆地油氣勘探及盆山耦合解析的重要研究對象,多年來業內人士對庫車坳陷的關注度有增無減[17-20]。

綜合分析地震與測井等數據,建立了研究區塔北地區中生代的構造-地層序列(圖2)。在區內中生界中識別出TT，TJ，TK與TE 4個區域性角度不整合界面以及TK1bs一個平行不整合界面,據此可將中生界劃分為4個二級層序,大體與三疊系(T)、侏羅系(J)、白堊系卡普沙良群(K1kp)及白堊系巴什基奇克組(K1bs)相當。區內的下三疊統俄霍布拉克組底部為一套粗粒辮狀河三角洲沉積,與前三疊系呈高角度削截不整合接觸。中三疊統克拉瑪依組及上三疊統黃山街組均主要為粗粒辮狀河三角洲沉積。區內的侏羅系僅殘余下侏羅統陽霞組,殘余厚度為0～300 m,主要發育粗粒辮狀河三角洲沉積,與下伏三疊系呈微角度不整合接觸。區內的白堊系缺失中白堊統和上白堊統,殘余的下白堊統以平行不整合界面TK1bs為界分為卡普沙良群與巴什基奇克組,其中卡普沙良群殘余厚度為0～390 m,自下而上又分為亞格列木組、舒善河組和巴西改組。亞格列木組發育辮狀河三角洲沉積,與下伏侏羅系明顯呈角度不整合接觸。舒善河組主要發育濱淺湖泥質粉砂巖,巴西改組則主要發育三角洲粉砂巖。巴什基奇克組殘余厚度為0～700 m,主要為辮狀河三角洲細砂巖沉積。

圖1 庫車-塔北地區主要構造單元(a)和二維地震剖面P0(剖面位置見圖1a)上主要不整合及古隆起的發育(b)Fig.1 Main tectonic units in Kuqa-Tabei area(a) and the development of major unconformities and palaeo-uplifts on 2-D seismic profile P0(b)(see Fig.1a for the location of profile P0)

2 研究資料及方法

研究中運用的資料數據包括研究區23條二維地震剖面、塔北西部三維地震、近150口單井及庫車河野外露頭等(圖1)。

不整合的組合特征和剝蝕量分布研究,作為不整合研究的重要內容,可為再造古隆起地貌和尋找巖性地層圈閉提供重要信息。當前主要是基于鉆井資料,采用鏡質體反射率法、古孔隙或聲波測井等方法用以估算不整合剝蝕量[6,21]。然而,因可用的鉆孔數據有限且埋深過大,采用上述方法研究不整合剝蝕量分布比較困難。本次研究主要是在地震剖面上對不整合面進行層拉平,識別不整合面下伏殘余地層的初始削截點并基于其幾何性質外延恢復出“末期上超點”以建立起下伏地層原始的上超尖滅模型,最后結合鉆井數據標定出該不整合的剝蝕量。不整合的剝蝕帶范圍,即為該不整合面上覆層序沉積初期的古隆起范圍。層序沉積末期的古隆起范圍,則由不整合剝蝕量估算時所恢復的“末期上超點”來界定。依據古隆起的初期和末期范圍,可將古隆起地貌劃分為高隆區、斜坡區和坳陷區3個單元(圖3)。高隆區在整個層序沉積時期持續剝蝕供源,對應層序沉積末期的古隆起范圍,該部位發育有不整合疊合帶。斜坡區是上超不整合三角帶及削截不整合三角帶的發育位置。坳陷區對應平行不整合/整合帶。

圖2 塔北地區中生代構造-地層序列Fig.2 The Mesozoic tectono-stratigraphic sequence of Tabei area

圖3 不整合剝蝕量計算、古隆起地貌單元劃分方法示意圖Fig.3 Schematic diagram showing the calculation of unconformity denudation amount and division of palaeo-geomorphology units

3 主要不整合結構特征和剝蝕量分布

基于對研究區23條二維地震剖面、塔北西部三維地震、近150口單井及庫車河野外露頭等資料的綜合分析,在中生界內識別出4個主要的區域性高角度至低角度不整合(TT,TJ,TK和TE),分別形成于二疊紀末、三疊紀末、侏羅紀末和白堊紀末(圖4,圖5)。相對高角度的不整合面、下伏地層的變形或鉸鏈、伴生的逆斷層或褶皺構造,共同表明不整合的發育主要是與構造擠壓、隆升有關[3]。

3.1 二疊系頂不整合(TT)

不整合TT可區域性追蹤,在研究區中部,尤其是塔北西部三維工區內的許多地震剖面上,不整合面之下存在有明顯的高角度削截現象(圖5，圖6a)。測井資料表明,不整合面TT廣泛發育于上覆的下三疊統俄霍布拉克組與下伏的上二疊統沙井子組之間,局部見三疊系直接覆蓋于石炭系、泥盆系、志留系，甚至奧陶系之上[22]。在庫車河西岸野外露頭上,不整合面TT上下的巖性突變清晰可見,表現為下三疊統俄霍布拉克組雜色礫巖直接上覆于中二疊統比尤勒包谷孜組雜色含礫粗砂巖(圖4a)。

對大量的地震剖面進行精細解釋,發現不整合TT在剖面上和平面上具有一定的組合樣式和分布特征。從古隆起構造高部位向隆起斜坡、盆地坳陷區過渡,不整合TT的組合分布樣式可分為高隆區的不整合疊合帶、斜坡區的不整合三角帶以及坳陷區的平行不整合/整合帶(圖5)。在塔北地區,可見不整合TT對下伏二疊系的強烈削蝕,局部地區甚至削蝕寒武系,使得不整合TT與古生代所發育的多個區域性角度不整合發生疊合(圖1b，圖5)。不整合TT的剝蝕量估算結果表明,不整面TT的剝蝕帶主要分布在研究區的西部及中部地區,占地面積約34 880 km2(圖8a)。不整合TT剝蝕明顯、剝蝕量相對較厚的剝蝕帶主要位于溫宿、西秋、新和及牙哈等四個次一級古隆起的核部。在新和古隆起西南部的英買力地區,其剝蝕量超過1 000 m,剝蝕地層甚至包括奧陶系灰巖(圖6b)。不整合TT的分布范圍之廣、剝蝕量之大以及原始地層局部有平行褶皺構造發育(圖5a),均表明在二疊紀末,研究區因受構造應力擠壓而經歷了一次非常強烈的構造隆升、剝蝕作用,研究區中部發育有大型古隆起帶[7]。

3.2 三疊系頂不整合(TJ)

不整合TJ形成于三疊紀末,該不整合可通過觀察多條地震剖面上沿古隆起帶呈現的高角度的削截現象來識別(圖5),可區域性追蹤。鉆井資料顯示,不整合TJ是上覆下侏羅統陽霞組辮狀河三角洲砂礫巖、粗砂巖與下伏上三疊統黃山街組濱淺湖泥巖的分界線[23],不整合面之下缺失上三疊統塔里齊克組,不整合面之上缺失下侏羅統阿合租。在庫車河西岸野外露頭上,不整合面TJ上下的巖性突變亦清晰可見,表現為下侏羅統阿合組灰白色礫巖、粗砂巖與上三疊統塔里齊克組暗色泥巖呈現直接接觸(圖4b)。

大量的地震剖面的精細解釋結果發現,從古隆起構造高部位向隆起斜坡、盆地坳陷區過渡,不整合TJ的組合分布樣式也可劃分為高隆區的不整合疊合帶、斜坡區的不整合三角帶(圖5)以及坳陷區的平行不整合/整合帶。研究區局部地區,可見侏羅系直接覆蓋于前三疊系之上,使得不整合TJ與不整合TT以及古生代所發育的多個區域性角度不整合發生疊合(圖1b，圖7)。不整合TJ的剝蝕厚度圖表明,其剝蝕帶主要位于研究區的西部及中部地區,整體呈東西向展布,占地約41 680 km2(圖8b)。剝蝕量相對較厚的剝蝕帶主要位于溫宿-西秋、新和及牙哈古隆起的核部,其中在沿NE走向的新和隆起的擠壓隆起高部位,其最大剝蝕厚度可達400 m。作為研究區中生代期間發育的分布范圍最廣的不整合,不整合TJ的發育表明,在三疊紀末—侏羅紀初,研究區發生了一次規模較大的構造變革,該事件致使古隆起(尤其是溫宿古隆起)的范圍明顯增大。

3.3 侏羅系頂不整合(TK)

不整合TK形成于侏羅紀末,在塔北西部三維工區地震剖面上,可見TK不整合面之下呈現高角度的削截現象(圖5)。鉆井資料表明,在塔北地區,其下伏侏羅系均缺失中侏羅統及上侏羅統,僅殘余下侏羅統陽霞組,局部地區可見上覆白堊系卡普沙良群直接覆蓋于三疊系、二疊系、志留系,甚至奧陶系之上[24]。在庫車河西岸野外露頭上,不整合面TK之上為下白堊統卡普沙良群底部的亞格列木組雜色中礫巖，與不整合面之下的上侏羅統齊古組紅色泥巖直接接觸,有著明顯的巖性突變(圖4c)。

多條地震剖面的精細解釋表明,在研究區的中部和西部,從隆起區向盆地坳陷區過渡,不整合TK的組合樣式分布可劃分為隆起斜坡區的不整合三角帶以及坳陷區的平行不整合/整合帶(圖5)。局部地區(如新和古隆起頂部)可見白堊系直接上覆于前寒武紀盆地基底之上,使得不整合TK與不整合TT，TJ以及古生代所發育的多個區域性角度不整合發生疊合(圖1b，圖5)。不整合TK的剝蝕厚度圖表明,剝蝕區帶主要分布在研究區西部的溫宿-西秋地區、中部的新和地區以及東北部的牙哈地區,占地面積約為3 3024 km2(圖8c)。在牙哈古隆起的核部,其剝蝕帶呈東西走向且剝蝕量最大,可達500 m。較之不整合TJ,不整合TK的剝蝕帶分布范圍較小,古隆起范圍也小于侏羅紀初的古隆起范圍,這可能表明侏羅紀末的構造變革強度較弱。

3.4 白堊系頂不整合(TE)

不整合TE形成于白堊系巴什基奇克組沉積末期,其在地震上表現為低角度的削截現象(圖7a)。鉆井資料顯示,其上覆地層為古近系庫姆格列木群濱淺湖-膏鹽湖相沉積[25],下伏地層為大套下白堊統巴什基奇克組辮狀河三角洲砂巖,不整合面之下普遍缺失中白堊統及上白堊統,且存在巴什基奇克組遭受剝蝕與減薄現象。在庫車河西岸野外露頭上,不整合面TE上下亦存在明顯的巖性突變,表現為古近系庫姆格列木群灰色底礫巖上覆于下白堊統巴什基奇克組棕紅色細砂巖(圖4d)。

在研究區西部,不整合TE的組合樣式可劃分為隆起高隆區的不整合疊合帶以及隆起斜坡區的不整合三角帶，并在研究區中部和東部地區過渡為平行不整合/整合帶(圖5)。相比于不整合TT,TJ與TK,不整合TE的剝蝕帶分布范圍偏小,占地僅為18 032 km2(圖8d)。剝蝕顯著區位于研究區西部的溫宿古隆起核部,剝蝕量最厚約為300 m。在位于隆起東斜坡的W1井區,剝蝕厚度則為200 m,剝蝕地層均為下白堊統巴什基奇克組(圖7b)。角度不整合TE的發育意味著,白堊紀末—古近紀初,研究區發生了新一期的構造隆升與剝蝕事件。

4 古隆起地貌特征

基于主要不整合的組合特征及剝蝕量分布研究結果,對研究區三疊系、侏羅系、白堊系卡普沙良群及白堊系巴什基奇克組4個二級層序沉積初期的古隆起范圍及沉積末期的古隆起范圍進行了恢復并劃分了古地貌單元(圖9)。

4.1 古隆起發育和分布

不整合TT，TJ，TK和TE的結構特征和剝蝕分布表明,中生代期間,研究區塔北古隆起帶是由溫宿、西秋、新和和牙哈等次級古隆起所組成。

三疊系沉積初期,溫宿、西秋、新和和牙哈4個次級古隆起呈現連通,近東西向展布。三疊系沉積末期,4個次級古隆起南北分化為2排、東西向呈雁列式展布,塔北隆起帶的范圍減小,在地震剖面上表現為三疊系沿古隆起不斷上超(圖9a)。侏羅系沉積初期,4個次級古隆起再次實現連通,塔北古隆起帶的范圍較之三疊系沉積末期有顯著加大,表明在三疊紀末,研究區曾發生過一次大范圍的構造隆升作用。侏羅系沉積末期,4個次級古隆起雖仍保持連通狀態,但各個次隆的范圍均有所減小(圖9b),在地震剖面上可見侏羅系上超于古隆起之上。白堊系卡普沙良群沉積初期,溫宿、西秋、新和和牙哈古隆起仍然連通控盆。在白堊系卡普沙良群沉積末期,西秋、新和和牙哈3個次級古隆起均被白堊系卡普沙良群超覆淹沒。此時,溫宿古隆起的范圍雖有所減小,但依舊處于暴露與剝蝕狀態(圖9c)。白堊系巴什基奇克組沉積時期,溫宿古隆起的范圍持續縮小。但在古近系沉積初期,溫宿古隆起的范圍再次增大(圖9d),系因白堊紀末的構造變革事件所致。

圖8 庫車-塔北地區不整合剝蝕量分布Fig.8 Spatial variation of erosion thickness along the unconformities TT(a),TJ(b),TK(c) and TE(d) in Kuqa-Tabei areaa. TT不整合;b. TJ不整合;c. TK不整合;d. TE不整合

圖9 庫車-塔北地區三疊紀(a)、侏羅紀(b)、白堊系卡普沙良群沉積時期(c)和白堊系巴什基奇克組沉積時期(d)古地貌單元劃分Fig.9 Paleo-geomorphology units’ division during the sedimentary periods of the Triassic(a),Jurassic(b),Cretaceous Kapushaliang Group(c) and Cretaceous Bashijiqike Formation(d) in Kuqa-Tabei area

總體而言,從三疊紀末到侏羅紀初,塔北古隆起帶經歷了一次劇烈隆升,隆起范圍明顯增大；從侏羅紀到白堊紀,塔北古隆起帶的范圍整體呈縮小趨勢；白堊紀末,除研究區西側的溫宿古隆起持續暴露、剝蝕以外,中部和東部地區的西秋、新和、牙哈等古隆起均已被沉積地層超覆、淹沒。

4.2 古地貌特征

三疊紀—侏羅紀,塔北古隆起帶東西展布、南北控盆,研究區總體呈現出隆坳相間的構造格局,由南向北依次為北部坳陷、塔北隆起和庫車坳陷,三者均近東西向展布。古隆起北陡南緩,斜坡區大體環隆起高隆區分布,隆起北側的斜坡區范圍窄于南側。原始地層厚度方面,距離古隆起越遠,地層厚度相對較厚。即坳陷區地層發育較厚,斜坡區次之。在古隆起帶北部庫車坳陷,三疊系局部厚達3 000 m,侏羅系局部厚達2 900 m。在古隆起帶南側的北部坳陷,三疊系厚度一般只有幾百米(圖9a),侏羅系厚度則在300 m以內(圖9b)。

白堊系卡普沙良群沉積末期,先前“凹-凸-凹”的構造格局被打破,研究區的古地貌呈現出“西高東低”的新形態。該時期,由于西秋、新和和牙哈三大次隆被沉積地層實現超覆淹沒,隆起斜坡區的發育范圍較大。原始地層厚度方面,在古隆起帶北側的庫車坳陷,距離古隆起越遠,地層發育相對較厚。在古隆起帶南側的北部坳陷,古隆起供源有限,來自南部(大陸蝕源區)的物源占優,地層的沉降中心分布在新和古隆起的東南部,地層厚度呈環狀分布,厚度普遍在400 m以內。受地形控制,古隆起斜坡區的地層厚度變化較快,坳陷區地勢較平坦,地層厚度變化較慢(圖9c)。

白堊系巴什基奇克組沉積末期,研究區的古地貌仍呈“西高東低”。溫宿古隆起持續暴露、剝蝕在研究區西部,其斜坡區圍繞高隆區分布,南坡發育范圍大于北坡。原始地層厚度方面,在溫宿古隆起附近及北部造山帶,距離隆起或造山帶越遠,發育地層相對較厚。在巴什基奇克組沉積初期,新和古隆起作為水下低隆,仍然控制沉積。圍繞新和水下低隆,發育有一個“內薄外厚”的環狀厚度異常區,地層厚度在300 m左右。在研究區的東南角,發育地層沉降中心,朝東南方向地層逐漸加厚,梯度變化較緩,發育地層最厚為700 m。另外,在庫車坳陷中部,發育有物源主要來自北部山前帶的地層沉降中心,發育地層最厚達450 m(圖9d)。

4.3 古隆起斜坡區不整合三角帶與地層圈閉

已有的石油勘探實踐表明,研究區發現的中生代油氣藏大多集中在古隆起附近,而且和構造不整合形成的巖性地層圈閉密切相關[13,26-27]。多期次的構造隆升致使古隆起-古斜坡區發生多旋回的剝蝕、沉降,隆起斜坡區由主不整合面與次不整合面所構成的不整合三角帶正是形成有利的巖性地層圈閉的重要場所。從不整合的構成樣式上,不整合三角帶可分為削截不整合三角帶和上超不整合三角帶[3]。削截不整合三角帶是由主不整合面削蝕下伏的次一級不整合所成,上超不整合三角帶則是由次一級的不整合面沿主不整合面上超而成(圖3)。

一期構造隆升末期,古隆起強烈剝蝕供源,初始削截點以下的斜坡區向坳陷區過渡的斜坡邊緣常常廣泛發育低位體系域粗碎屑沉積體(如三角洲或低位扇等)。隨著構造沉降和水侵作用的發生,水侵早期的碎屑沉積體,開始沿古隆起不斷上超發育,這種碎屑沉積物性較好,多是盆內重要的儲集體。隨著水侵范圍的擴大,水侵晚期古隆起主體被沉積地層上超淹沒或被完全超覆淹沒,可能發育深水泥巖或泥灰巖沉積并覆蓋于水侵早期所發育的碎屑體系之上,形成良好的蓋層條件。因此,水進期在古隆起斜坡區廣泛發育的楔狀不整合上超三角帶,是巖性地層圈閉形成的絕佳場所之一。另外,斜坡區不整合面之下的削截不整合三角帶也是形成有利儲層、圈閉的重要場所,常發育削蝕不整合油氣藏。

以研究區白堊系的有利區帶預測為例進行詳細說明。研究區白堊系卡普沙良群自下而上,主要發育亞格列木組辮狀河三角洲、舒善河組濱淺湖及巴西改組三角洲沉積,白堊系巴什基奇克組則主要發育辮狀河三角洲沉積(圖2)。在TK不整合界面之上,亞格列木組辮狀河三角洲砂體向古隆起斜坡區的上超尖滅可作為良好的儲集體,其與上覆舒善河組濱淺湖泥巖沉積,構成了良好的儲蓋組合。另外,向古隆起斜坡區上超尖滅的巴西改組楔狀三角洲砂體以及在古隆起斜坡區發育的舒善河組濱淺湖透鏡狀灘壩砂體也是形成巖性地層油氣藏的重要場所[24]。在TE不整合界面之下,因遭受削蝕而上傾尖滅的白堊系巴什基奇克組辮狀河三角洲砂體可作為優質儲層,其上覆的古近系膏-泥巖沉積則可作為優質蓋層。目前研究區白堊系各組均有油氣藏發現,且主要是分布在巴西改組和巴什基奇克組的巖性地層油氣藏[24]。

5 構造背景討論

在區域性的構造背景下對盆地抬升加以研究,認為中生代期間盆地周邊發生的4次大規模碰撞造山作用對應著盆地的4期關鍵變革期,并造就了研究區主要不整合的發育以及大型古隆起的隆升。

發生在二疊紀末的海西晚期運動,作為研究區中生代發生的最為強烈的一次構造運動[28],對研究區乃至整個塔里木盆地的構造演化具有重要影響。隨著盆地北部古南天山洋與盆地南部古西昆侖洋的最終閉合,塔里木古陸塊成為歐亞大陸的南緣并進入了中生代陸內演化階段[29-30]。南天山的放射蟲化石年代、蛇綠巖同位素定年結果均證實,在二疊紀末,由于南天山古洋盆的閉合,伊犁-中天山地塊向南與塔里木板塊發生碰撞,使得南天山造山帶在塔里木盆地北緣迅速崛起并完成褶皺沖斷成山[31-32]。在區域性擠壓和構造載荷的作用下,研究區下伏前三疊系發育一系列逆沖、褶皺構造并經歷隆升、剝蝕[32-33],三疊系向隆起區上超充填并以不整合接觸的形式直接覆蓋于二疊系、泥盆系、志留系，甚至奧陶系之上,角度不整合TT產生。

三疊紀末的印支運動是塔里木盆地中生代發展過程中的又一次重大轉折。印支運動期間,隨著古特提斯洋的俯沖、閉合,羌塘地塊與塔里木板塊南緣發生碰撞[1,34],致使昆侖山造山帶急劇隆升并于山前產生大規模的A型俯沖[35],造成北東向的擠壓應力。西昆侖地區244～230 Ma的閃長巖脈和花崗巖脈的測試分析結果與之相符[36]。印支運動在研究區的另一個表現形式在于,因哈薩克斯坦板塊的進一步擠壓,天山山脈在220～180 Ma發生過一期快速隆升[32],產生了南西向的擠壓應力。磷灰石的裂變徑跡分析結果[37]以及重礦物組合特征[38]均證實了這一說法。另外,阿爾金斷裂在晚三疊世發生的左行走滑剪切[39],可能對塔里木盆地造成了北西向的擠壓應力。在整體近南北向的擠壓作用下,研究區發生了大范圍的構造隆升[40-41],塔北隆起帶的隆起范圍明顯增大,前三疊系遭受大范圍剝蝕,下侏羅統不整合于三疊系、甚至更老地層之上,形成了侏羅系與前侏羅系之間的不整合面TJ或印支侵蝕面。

侏羅紀末,燕山晚期運動發生。隨著新特提斯洋的關閉,拉薩地塊向北與塔里木南緣的羌塘地塊發生拼貼、碰撞,形成南北向的擠壓應力[32,42-43]。晚侏羅世—早白堊世的構造沉降-沉積速率以及剝蝕速率曲線的異常峰值,磨拉石礫巖沉積的發育以及地震剖面上擠壓構造的發育,均表明構造擠壓造成了隆升剝蝕,另外,其在時間上與拉薩地塊和歐亞大陸發生碰撞的時間相一致,這被認為意味著有應力發生傳遞的遠程構造響應存在[44]。另外,有關磷灰石裂變徑跡的測試結果表明,在160～130 Ma天山曾發生又一期快速隆升[37]。區域性的構造擠壓作用致使研究區再次發生構造隆升、剝蝕并普遍缺失中、上侏羅統,白堊系卡普沙良群與前白堊系呈不整合接觸,產生了主要不整合TK。

在晚白堊世,科希斯坦島弧與拉薩地體發生碰撞(約80 Ma),研究區全區因而發生了一次抬升,這可能是中、上白堊統缺失的原因之一[45-46]。隨后,在白堊紀末—古近紀初(約65 Ma),喜馬拉雅早期運動發生。期間,脫離非洲的印度板塊與歐亞板塊發生陸-陸碰撞[47],并持續匯聚、向北推擠,最終致使特提斯洋消失,相應地,青藏高原隆升、喜馬拉雅山脈崛起。由于喜馬拉雅山脈崛起效應的遠程傳遞,研究區仍然處于以南北向擠壓為主的構造應力場中[18,32,42,48]。另外,印度板塊與歐亞板塊的碰撞還導致青藏高原的北邊界,即阿爾金斷裂發生了由深及淺的韌性走滑[49],這對研究區或許造成了西北向的擠壓作用。在此構造背景下,研究區發生新一期抬升、剝蝕,研究區中新生代沉降特征、礫巖特征和天山隆升速率的研究結果證實了這一說法[20,43]。以中、上白堊統的普遍缺失、下白堊統巴什基奇克組及前白堊系的侵蝕為標志的不整合TE發育[40,50]并標志著研究區中生代構造-沉積演化的終結。

6 結論

1) 在庫車-塔北地區中生界中識別出TT，TJ，TK和TE 4個主要不整合,分別形成于二疊紀末、三疊紀末、侏羅紀末和白堊紀末4個關鍵變革期。角度不整合TT剝蝕量最大,角度不整合TJ分布范圍最廣,角度不整合TE分布范圍最小。主要不整合的分布樣式可劃分出高隆區不整合疊合帶、斜坡區不整合三角帶及坳陷區平行不整合/整合帶,識別這些不整合帶的發育和分布,對于恢復古地貌、尋找巖性地層圈閉而言意義重大。

2) 中生代的構造變革對庫車-塔北地區的古地貌產生了重要影響。二疊紀末,研究區中西部劇烈隆升、發育古隆起帶,研究區呈現出南北隆坳相間的構造格局。三疊紀末,研究區中西部的隆起帶范圍明顯增大并南北分割侏羅紀湖盆。侏羅紀末,研究區中西部再次隆升剝蝕,研究區在白堊系沉積末期呈現出“西高東低”的古地貌形態,發育大范圍的隆起斜坡。白堊紀末,溫宿古隆起范圍增大,研究區發生整體抬升。

3) 不整合及古隆起地貌特征控制著巖性地層圈閉的發育和分布。斜坡區低位域發育的粗碎屑沉積和水進早期發育的楔狀碎屑沉積是良好的儲層,水進晚期的泥巖或泥灰巖沉積則是良好的蓋層。斜坡區不整合面下的削截不整合三角帶也是形成有利儲層、圈閉的重要場所。

4) 庫車-塔北地區中生代經歷的4次關鍵變革是對盆地周邊4次碰撞造山作用的響應。二疊紀末的南天山褶皺沖斷成山并與塔里木板塊北緣發生碰撞,是研究區發生構造變革、形成不整合TT的誘因。三疊紀末,昆侖山及天山隆升,研究區遭受構造擠壓,古隆起范圍急劇增大并發育不整合TJ。侏羅紀末的構造隆升及不整合TK的發育是對拉薩地體與歐亞大陸發生拼貼、碰撞的構造響應。白堊紀末,因喜馬拉雅山脈崛起效應的遠程傳遞,研究區再次遭受擠壓隆升并產生不整合TE。