柴達木盆地東段中、新生代沉積遷移規律及原型盆地性質研究

馮懷偉，許淑梅，王大華，肖永軍，王金鐸

1.濰坊科技學院，山東濰坊 262700

2.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東青島 266100

3.海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東青島 266100

4.中石化勝利油田勘探開發研究院，山東東營 257000

0 引言

柴達木盆地位于青藏高原東北緣，其東段存在不同范圍及厚度的中、新生界，是研究沉積遷移規律、盆地性質演化及板塊運動遠程效應的理想地區。隨著地震、鉆井、重力、航磁、大地電磁測深等技術的不斷發展，研究區物源、基底沉降特征、盆地地層分布、古地溫等基礎資料的不斷增加，前人對于柴北緣中生代盆地性質主要有以下觀點：第一種觀點認為中生代柴北緣盆地性質為擠壓或類前陸盆地[1-6]；第二種觀點認為柴北緣盆地性質是經歷多階段演化的復合型盆地，其中早、中侏羅世為伸展斷陷盆地，晚侏羅世—白堊紀發育擠壓型盆地[7-12]。針對新生代盆地性質主要有兩種觀點，其一認為具有擠壓性質的坳陷盆地或前陸盆地[1,8-9]，其二認為前期具有拉張性質的伸展盆地而后期具有擠壓性質的盆地[13]。因此，對于中、新生界分布、沉積遷移變化及原型盆地性質演化之間的關系缺乏系統性認識。為此，本文以柴達木盆地東段的紅山、霍布遜凹陷為研究對象，在充分汲取前人研究成果基礎上，基于中、新生界野外地質露頭追蹤、鉆井（孔）資料分析、巖性巖相特征分析、地震剖面解釋、地層劃分對比，并結合中、新生界平衡剖面恢復研究，探討中、新生代沉積遷移規律與兩凹陷所處的大地構造位置，盆地性質演化及板塊運動之間的關系，為柴達木盆地地質資源勘探開發提供沉積學方面的依據。

1 地質背景

1.1 柴北緣盆地東段及周緣地區構造格局

基于研究區造山帶地層學、沉積巖石學、同位素地球化學、區域構造地質等方面的研究成果[14-17]，綜合分析認為柴達木盆地東段及周緣地區中、新生代呈現“多期造山、多山多凹、南北分帶、東西分塊、斷裂交切”的構造格局（圖1b）。自北向南包括中祁連地塊、南祁連加里東期造山帶、南祁連南緣斷裂、宗務隆印支期造山帶、宗務隆南緣斷裂、歐龍布魯克地塊、柴北緣魚卡—烏蘭斷裂、魚卡—沙柳河—錫鐵山高壓超高壓變質混雜巖帶，柴北緣南緣斷裂、柴達木地塊；自西向東發育近NE 向賽什騰斷裂、塔爾丁—魚卡斷裂、格爾木—錫鐵山斷裂，在兩組不同方向斷裂的交匯處自西向東斜列有賽什騰凹陷、魚卡凹陷、紅山凹陷。研究區柴北緣紅山凹陷處在NE 向格爾木—錫鐵山斷裂與NW向烏蘭—魚卡斷裂交匯處，而位于柴達木板塊之上的霍布遜凹陷處于兩條NW 向平行的柴北緣南緣斷裂與萌北—陵間—達霍斷裂之間。紅山、霍布遜凹陷所處的板緣、板內的特殊大地構造位置為中、新生代沉積遷移提供了位置基礎。

圖1 （a）紅山、霍布遜凹陷及周緣地區地質簡圖；（b）研究區中、新生界構造格局①賽什騰斷裂；②塔爾丁—魚卡斷裂；③格爾木—錫鐵山斷裂；④萌北—陵間—達霍斷裂；⑤柴北緣南緣斷裂；⑥烏蘭—魚卡斷裂；⑦宗務隆南緣斷裂；⑧南祁連南緣斷裂Fig.1 (a) Geological map of Hongshan and Huobuxun Sags; (b) Mesozoic and Cenozoic tectonic framework of the study area①Saishiteng fault;②Taerding￣Yuka fault;③Golmud￣Xitieshan fault;④Mengbei￣Lingjian￣Dahuo fault;⑤south margin fault of northern Qaidam Basin;⑥Wulan￣Yuka fault;⑦south margin fault of Zongwulong orogen;⑧south margin fault of south Qilian orogen

1.2 研究區中、新生代沉積遷移特征

因紅山、霍布遜凹陷所處板緣、板內的特殊構造位置，結合紅山、霍布遜凹陷內中、新生界對比及巖性巖相分析，沉積遷移大致呈現出“蹺蹺板”變化現象。下侏羅統僅局限分布于紅山凹陷，中侏羅統開始向南遷移至霍布遜凹陷內，晚侏羅世到早白堊世，沉積范圍向北后退到紅山凹陷；晚白堊世，兩者共同缺失上白堊統；在新生代古近紀，紅山凹陷發育古、始新統路樂河組，漸新統下干柴溝組，此時霍布遜凹陷缺失古近系；而在新近紀，霍布遜凹陷發育上干柴溝組，而紅山凹陷缺失新近系；在第四紀，紅山、霍布遜凹陷均發生了沉積，但沉積范圍向南進一步擴大（圖2）。

圖2 研究區中、新生界綜合巖性巖相柱狀圖Fig.2 Comprehensive lithological column of Mesozoic and Cenozoic sedimentary facies in the study area

2 中、新生界分布特征

2.1 紅山凹陷下侏羅統分布特征

下侏羅統小煤溝組及大煤溝組一段到三段發育較為局限，僅分布于紅山凹陷東、西次洼（圖1），下侏羅統出露齊全的大煤溝地區自下而上發育沖積扇—辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊相沉積，是早侏羅世的沉積中心。此外，庫1井揭示了160 m厚下侏羅統大煤溝組三段辮狀河三角洲沉積[18]，因此下侏羅統局限分布于紅山凹陷的東、西次洼（圖3，4）。

2.2 紅山、霍布遜凹陷中侏羅統分布特征

通過紅山凹陷露頭、鉆井（孔）及地震資料綜合分析，認為中侏羅統平面上呈NW 向條帶狀分布，且具有較強的分隔性。在大煤溝、綠草山西、寬溝均有出露，大致呈NW向展布。中侏羅世沉積中心在大煤溝地區，最厚可達541 m，發育扇三角洲—濱淺湖—辮狀河三角洲—半深湖相沉積；在紅山凹陷西次洼附近的庫1井內鉆遇大煤溝組四到七段，厚度超過600 m，發育扇三角洲—濱淺湖—辮狀河三角洲—湖泊相沉積，所以庫1井和大煤溝地區是中侏羅世的兩個沉積中心（圖4）?；舨歼d凹陷中侏羅統分布在錫鐵山—埃姆尼克山—達達肯烏拉山南麓，其中錫鐵山（45 m）、HB3-3（67 m）、花石溝（132 m）、鄂博溝（110 m）、HB9-2（170 m）、紅巖溝（150 m）、達山（80 m）地區出露中侏羅統（圖5）。與下侏羅統分布范圍相比，雖然中侏羅世沉積中心仍在紅山凹陷，但是沉積范圍南移，開始出現在南部的霍步遜凹陷。

圖4 紅山凹陷下、中侏羅統劃分與對比剖面（剖面位置見圖1a）Fig.4 Cross￣section of classification and correlation of Lower and Middle Jurassic in the Hongshan Sag(profile location shown in Fig.1a)

圖5 霍布遜凹陷中侏羅統劃分與對比（剖面位置見圖1a）Fig.5 Cross￣section of classification and correlation of the Middle Jurassic in the Huobuxun Sag(profile location shown in Fig.1a)

2.3 紅山、霍布遜凹陷上侏羅統—白堊系分布特征

紅山凹陷發育上侏羅統采石嶺組與紅水溝組及下白堊統犬牙溝組，缺失上白堊統；而霍布遜凹陷只發育上侏羅統，缺失全部白堊系。上侏羅統及白堊系在柴北緣的分布范圍基本上是在中侏羅統分布的基礎上繼續向東遷移，地層呈北西向分布，具有多個沉積中心，除了東部的紅山凹陷外，地層還向南東方向延伸到了霍布遜地區。紅山凹陷紅山參1 井及紅山1 井均鉆遇上侏羅統及白堊系[18]，所以，紅山凹陷上侏羅統與白堊系多與中侏羅統相伴而存在，但分布范圍要比中侏羅統更為廣泛（圖3）。

2.4 紅山、霍布遜凹陷古近系分布特征

古近系主要分布在紅山凹陷，在霍布遜凹陷幾乎沒有分布。紅山凹陷地震剖面顯示，盆地內有古、始新統路樂河組，漸新統下干柴溝組（圖3）。鉆井也顯示，紅山凹陷西南緣的圓丘1 井鉆遇路樂河組，巖性以細礫巖、棕紅色砂質泥巖為主，夾棕紅色泥巖、泥質粉砂巖、含礫泥巖[19]。圓丘1井也鉆遇下干柴組下段，其巖性以細礫巖、棕黃色砂質泥巖為主，夾棕紅色砂質泥巖、棕紅色泥巖[20]。紅山凹陷中部紅山參1 井鉆遇路樂河組，上部以細礫巖為主，夾有含礫泥巖及含礫砂巖、灰黃色泥質砂巖、砂質泥巖；下部以灰色泥巖、小礫巖、淺灰色泥礫巖為主，夾含礫砂巖、淺灰色泥質砂巖、砂質泥巖（圖3）。紅山凹陷東部庫1 井鉆遇路樂河組，以棕灰色、棕褐色、棕紅色泥巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖為主，夾少量礫巖?？傮w來看，紅山凹陷古近系厚度由北東到南西方向逐漸增厚，反映出古近紀沉積中心位于北部的紅山凹陷，但有向南西方向遷移的趨勢。

圖3 紅山、霍布遜凹陷NE￣SW 向地震剖面（剖面位置見圖1a）Fig.3 The NE￣SW trending seismic profile in the Hongshan and Huobuxun Sags (profile location shown in Fig.1a)

2.5 紅山、霍布遜凹陷新近系—第四系分布特征

新近系主要分布在霍布遜凹陷，在紅山凹陷幾乎沒有發育。埃姆尼克山南露頭顯示，油砂山組保留相對完整，獅子溝組殘留厚度差異大（圖6），霍布遜凹陷地震資料顯示，凹陷內發育上干柴溝組、油砂山組和獅子溝組（圖3）?；舨歼d凹陷全1 井鉆遇上油砂山組，厚度為532.52 m。巖性為灰白色高嶺土化細砂巖、粉—細砂巖、泥質粉砂巖，少數含礫砂巖及薄層淺灰色長石石英細砂巖與淺灰、淺棕紅、棕褐、淺灰黃等雜色泥巖、含粉砂泥巖、粉砂質泥巖間互出現，并夾薄層褐棕色頁巖，下部泥巖單層厚度增大，砂泥巖呈等厚互層。全1 井鉆遇獅子溝組，厚度為1 225.7 m。巖性以淺灰、淺灰白、淺綠灰色中、細粒長石砂巖為主，夾淺灰色粉砂巖、黃灰、淺棕黃色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖和含粉砂泥巖。地震剖面顯示，霍布遜凹陷發育有巨厚的第四系（圖3）。此外，霍布遜凹陷全1 井鉆遇第四系厚度為1 250 m，其中上更新統為厚度13 m的暗灰色、褐灰色礫石層、砂礫層；13~1 250 m 為下更新統七個泉組，為一套淺灰黃、淺灰色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖及細砂巖，夾薄層棕黃色泥巖和灰黑色碳質泥巖，自534.5 m出現淺灰白色細粒長石砂巖，下部夾淺灰色含礫砂巖[18]，所以此時的沉積中心在南部的霍布遜凹陷。

圖6 埃姆尼克山前新近系劃分與對比圖(剖面位置見圖1a)Fig.6 Cross￣section of classification and correlation of the Neogene in Aimunike Mountain front (profile location shown in Fig.1a)

3 中、新生界分布與盆地性質及板塊運動關系

3.1 早、中侏羅世小型伸展斷陷盆地

早、中侏羅世中國西部地區處于羌塘地塊、拉薩地塊分別與歐亞板塊南緣強烈擠壓碰撞之間的應力松弛階段，在此產生的伸展構造應力場作用下，柴達木板塊邊緣首先發生裂陷；同時，紅山凹陷位于柴北緣東段近NW—SE 方向魚卡—烏蘭斷裂與NE—SW方向格爾木—錫鐵山斷裂交界地帶（圖1b），早侏羅世的拉張構造環境使兩方向基底斷裂活化，發育伸展斷陷構造，形成紅山凹陷的雛形。紅山凹陷NE向AA’平衡地質剖面顯示，沉積寬度由早侏羅世早期的39 655 m 拉張到早侏羅世晚期的39 862 m（圖7），同沉積拉張量為207 m，拉張率為0.52%，拉張速率為7.63 m/Myr（表1），紅山凹陷處于NE向弱伸展應力構造環境，地層主要受小型正斷層控制，表明早侏羅世紅山凹陷處于弱斷陷階段。霍布遜地區北緣的錫鐵山磷灰石徑跡裂變的年齡為184±10 Ma（圖1a），表明該時期霍布遜地區處于抬升冷卻階段[21]，并沒有發育下侏羅統，因此，早侏羅世沉積中心在紅山凹陷。

圖7 紅山凹陷NE 方向AA’平衡剖面恢復圖（剖面位置見圖1a）Fig.7 Balanced cross￣section restoration of the NE￣directed AA’profile in the Hongshan Sag (profile location shown in Fig.1a)

中侏羅世，隨著裂陷活動持續加劇，紅山凹陷同沉積拉張量為780 m，拉張率1.97%，拉張速率70.91 m/Myr，地層受正斷層控制明顯，表明紅山凹陷處于較強伸展應力環境。該時期在錫鐵山—埃姆尼克山—達達肯烏拉山以南的霍布遜地區出現拉張伸展盆地，霍布遜凹陷NE—SW向BB’平衡剖面分析顯示，中侏羅世同沉積拉張量為251 m，拉張率為0.25%，拉張速率為22.81 m/Myr，山前地層受小型正斷層控制，剖面地層表現為同沉積拉張斷陷。所以，在中侏羅世，紅山、霍布遜凹陷均為斷陷盆地，但與下侏羅統局限分布于紅山凹陷東、西次洼相比，中侏羅統沉積范圍向南遷移，同時分布在紅山、霍布遜凹陷。

3.2 晚侏羅世—早白堊世擠壓型盆地

晚侏羅世拉薩地塊與歐亞板塊初始碰撞及蒙古—鄂霍次克洋西段關閉[21]，由此引發的擠壓作用使中國西北地區的構造應力場由拉張轉為擠壓，開始形成擠壓坳陷盆地。此外，全吉地塊早白堊世煌斑巖的發現也表明，紅山凹陷受熱沉降作用影響發育巨厚的上侏羅統和白堊系[22]。晚侏羅世強烈的區域性擠壓作用使早期張性斷裂帶構造反轉，紅山凹陷NE向AA′平衡剖面表現為持續的縮短變形，晚侏羅世剖面同沉積壓縮量為4 900 m，壓縮率為12.36%，壓縮速率為272.22 m/Myr，白堊紀剖面同沉積壓縮量為1 134 m，壓縮率為2.86%，壓縮速率為10.67 m/Myr（表1），地層受逆斷層控制明顯?；舨歼d凹陷NE 向BB’平衡剖面顯示，自晚侏羅世以來凹陷處于擠壓構造環境，同沉積壓縮量為2 287 m，壓縮率為2.28%，壓縮速率為127.06 m/Myr，霍布遜凹陷趨于萎縮（圖8、表1）。該時期紅山凹陷發育上侏羅統和下白堊統地層，而霍布遜凹陷只有局部發育上侏羅統地層，沉積范圍后撤北移。

3.3 晚白堊世區域性擠壓隆升階段

隨著拉薩地塊與歐亞板塊全面碰撞，擠壓活動的持續增強，其遠程效應使研究區內發育差異斷塊隆升活動，導致北部紅山凹陷缺失上白堊統，而霍布遜凹陷缺失部分上侏羅統及全部白堊統。紅山凹陷附近的魚卡地區AFT年齡為（85±12~78±9）Ma，而紅山凹陷西側柴達木山花崗巖AFT 中心年齡為89±7 Ma（圖1a），表明紅山凹陷在晚白堊世發生快速隆升；霍布遜凹陷北緣的錫鐵山、埃姆尼克山AFT年齡為86±5 Ma、110±7 Ma（圖1a），表明霍布遜凹陷在白堊紀發生隆升[23]。因此，紅山凹陷缺失上白堊統，而霍布遜凹陷缺失部分上侏羅統及全部白堊系。

3.4 古近紀擠壓坳陷盆地

古新世至始新世早喜馬拉雅期，印度板塊與歐亞大陸開始碰撞，新特提斯洋東端首先閉合擠壓導致柴達木盆地基底逆沖斷層存在108 Ma 至61 Ma 的活動[24]，南部的霍布遜凹陷受到逆沖斷層作用而隆升。而紅山凹陷也處于擠壓應力場中，紅山凹陷NE 向AA’平衡剖面顯示，沉積寬度由古新統的32 294 m壓縮到漸新統的31 472 m，同沉積壓縮量為822 m，壓縮率為2.07%，壓縮速率為74.73 m/Myr（表1），紅山凹陷內開始出現負花狀構造（圖7）。由此推測，古近紀期間受研究區基底逆沖斷層影響，位于板內霍布遜地區處于擠壓隆升階段，幾乎沒有發育古近系，而位于板緣的紅山凹陷受逆沖走滑斷層影響較小，發育較薄的古近系路樂河組和下干柴溝組。

3.5 新近紀—第四紀擠壓坳陷盆地

印度板塊向北持續碰撞擠壓的遠程效應使盆地前中生界基底持續抬升，以及祁連山褶皺帶迅速隆升并向盆地沖斷推覆，導致研究區沉積范圍的南移。同時，霍布遜凹陷NE 向BB’平衡剖面顯示，沉積寬度由上侏羅統的98 468 m壓縮到上新統的91 226 m，同沉積壓縮量為7 242 m，壓縮率為7.20%，壓縮速率為362.10 m/Myr，新近系受山前逆沖斷層控制明顯，沉積范圍向南進一步擴大（圖8、表1）。

第四紀上新世末期印度板塊發生強烈的向北俯沖與青藏高原迅速隆升所形成的強烈壓扭應力是柴達木盆地演化的主要動力。紅山凹陷NE 向AA’平衡剖面顯示，沉積寬度由上新世末期的31 472 m 壓縮到現今的27 362 m，同沉積壓縮量為4 110 m，壓縮率為10.36%，壓縮速率為1 370.00 m/Myr（圖7、表1），而霍布遜凹陷NE 向平衡剖面顯示，盆地沉積寬度被壓縮了1 305 m，壓縮率為1.29%、壓縮速率為435.00 m/Myr，地層受盆緣逆斷層控制明顯（圖8、表1）。盆地內部在不平衡的壓扭應力作用下產生右行走滑擠壓運動，使綠梁山、埃姆尼克山進一步隆起，所以第四紀沉積中心位于霍步遜凹陷。

圖8 霍布遜凹陷NE 方向BB’測線平衡剖面恢復圖Fig.8 Balanced cross￣section restoration of the NE￣directed BB’profile in the Huobuxun Sag (profile location shown in Fig.1a)

表1 柴北緣紅山凹陷、霍布遜凹陷剖面地層壓縮率表Table 1 Shortening ratios from the balanced cross?section restoration results of AA’and BB’profiles in the Hongshan and Huobuxun Sags

4 結論

（1）早侏羅世紅山小型斷陷盆地沉積，而霍布遜地區處于抬升階段缺失下侏羅統，沉積中心位于紅山凹陷；中侏羅世紅山、霍布遜凹陷均有沉積，且沉積范圍向南擴大，該現象與羌塘地塊、拉薩板塊分別與歐亞板塊南緣碰撞之間的應力松弛作用有關。

（2）晚侏羅世到早白堊世紅山、霍布遜地區為擠壓坳陷盆地，紅山凹陷發育全面，而霍布遜凹陷則僅有上侏羅統，沉積范圍后撤北移，這種現象與拉薩板塊與歐亞板塊南緣初始碰撞以及蒙古—鄂霍茨克洋西端的關閉有關。

（3）古近紀為擠壓坳陷盆地期，紅山凹陷發育古近系，而霍布遜凹陷缺失古近系，沉積中心位于紅山凹陷；這與印度地塊與歐亞板塊初始碰撞，新特提斯洋東端關閉引起的逆沖推覆作用導致霍布遜地區擠壓隆升有關。

（4）新近紀到第四紀為擠壓坳陷盆地期，紅山凹陷僅發育很薄的第四系，而霍布遜凹陷發育巨厚的新近系及第四系，沉積中心南移到霍布遜凹陷，這與印度板塊向北持續碰撞擠壓，導致青藏高原隆升及周緣山系隆起，引起的沉積中心南移有關。

致謝 感謝中石化勝利油田分公司項目“霍布遜中生界沉積演化研究”為本文提供的研究條件和資金支持。感謝評審專家對初稿修改提供的寶貴意見，感謝編輯部老師對稿件提供的辛勤服務，特此致謝。