青藏高原北羌塘弧后前陆盆地古地理特征浅析.pdf

Sichuan Building Materials Vol.41，No.4 August，2015 第41卷第4期 2015年8月 青藏高原北羌塘弧后前陆盆地古地理特征浅析 李良波, 毛晓冬, 庞 博, 樊炳良, 徐长昊, 蔡 峰 (成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059) 作者简介:李良波(1992 - ),男,湖北荆州人,在读硕士研究生,主要 研究方向:矿物学、岩石学、矿床学。 通信作者:毛晓冬(1962 - ),男,教授,主要研究方向:矿产普查与勘 探、岩石学、矿物学、矿床学。 摘 要: 北羌塘弧后前陆盆地位于青藏高原羌塘地块 之上, 大地构造位于金沙江缝合带与龙木错 - 双湖缝合带 之间。 在早 - 中侏罗世, 盆地经历了一个完整的海侵 - 海 退序列。 早 - 中侏罗世北羌塘弧后前陆盆地的古地理研究 对恢复北羌塘盆地的沉积环境, 构造属性有着重要意义, 同时对青藏高原提斯油气聚集带上盆地的油气前景有重要 作用。 关键词: 早 - 中侏罗世; 沉积相; 岩相古地理 ; 羌塘 盆地; 青藏高原 中图分类号: P542 3文献标志码: B 文章编号:1672 -4011(2015)04 -0181 -03 DOI:10. 3969/ j. issn. 1672 -4011. 2015. 04. 090 1 区域地质背景 1 1 区域地质构造 青藏高原被称为“造山的高原”1,其由北向南包括祁 连 - 柴达木、 昆仑、 巴颜喀拉、 羌塘 - 昌都、 冈底斯和喜 马拉雅等 6 个构造带, 各构造带之间被蛇绿混杂岩所代表 的缝合带隔开。 它们形成时代由北而南逐渐变新, 依次为 西昆仑 - 阿尔金 - 北祁连缝合带、 昆仑南缘缝合带、 可可 西里 - 金沙江缝合带、 班公湖 - 怒江缝合带和雅鲁藏布江 缝合带2。 从而形成相应的 5 个不同地块, 自北而南依次 为昆仑地块、 巴颜喀拉地块、 羌塘地块、 拉萨地块和喜马 拉雅地块。 北羌塘弧后前陆盆地的基底为北羌塘地块3。 因羌塘中央隆起的存在, 将羌塘南北分割为南、 北两 个不同性质的沉积盆地, 具有不同的大地构造性质, 侏罗 纪北羌塘沉积盆地是一个继承性的晚三叠世弧后前陆盆地, 岩浆弧位于北羌塘南缘的那底岗日 - 各拉丹东一带, 盆地 内大部分地域被海相侏罗系地层广泛覆盖4。 北羌塘盆地 在大地构造上位于金沙江缝合带和龙木错 - 双湖缝合带之 间。 早 - 中侏罗世北羌塘弧后前陆盆地的沉积和演化分别 与盆地北部的可可西里 - 金沙江缝合带、 南缘的羌中缝合 带及班公湖 - 怒江缝合带有着密切关系(如图 1)。 1 2 区域岩石地层特征 羌北盆地的下、 中侏罗统地层包括: 上三叠统 - 下侏 罗统那底岗日组 (T3J1n)、中侏罗统雀莫错组(J2q)、布曲组 (J2b)、夏里组(J2x),在羌塘北部地区广泛分布。 1) 上三叠统 - 下侏罗统那底岗日组(T3J1n)。那底岗日 组出现于北羌塘盆地那底岗日、拉雄错和石水河等地,主要 为一套火山岩 - 火山碎屑岩沉积5。与下伏上三叠统不整合 接触。总体上主要由灰绿色块状流纹质火山角砾岩、流纹岩、 块状蚀变英安岩组成。 中侏罗统(J2) 在羌北盆地分布较为广泛,由下向上总体 构成一个较完整的海侵 - 海退旋回机制,主要包括雀莫错组 (J2q)、布曲组(J2b) 和夏里组(J2x)。 注: TRMB 塔里木陆块; EKL 东昆仑地体; WKL 西秦岭 地体; WKL 西昆仑地体; SPGZ 松潘甘孜地体; NQT 北羌塘地 体; SQT 南羌塘地体; LS 拉萨地体; HM 喜马拉雅地体; TSH 甜水海地体; SALTS 南阿尔金缝合带; KDS 库地缝合带; JSJS 金沙江缝合带; CQTS 羌中缝合带 (龙木错 - 双湖缝合带); BNS 班公湖 - 怒江缝合带; SDS 松多缝合带; IYS 印度斯 - 雅 鲁藏布缝合带; KXWF 康西瓦断裂; EKLF 东昆仑断裂。 图 1 青藏高原羌塘盆地地区大地构造图 2) 中侏罗统雀莫错组(J2q)。雀莫错组(J2q),以灰绿色 长石岩屑砂岩与紫红色粉砂质泥岩为主,夹白云岩、泥灰岩 及石膏,产少量双壳类和腕足类化石。雀莫错组是中侏罗世 海侵阶段早期沉积的产物,由杂色粗 - 细粒碎屑岩、泥岩、钙 质泥岩与白云岩及膏盐层组成,石膏层及白云岩大部分出现 在北羌塘坳陷边缘沉积的底部及上部。 3) 中侏罗统布曲组(J2b)。羌北盆地布曲组(J2b) 岩石, 主要由灰岩夹泥灰岩、粉砂岩构成,沉积于开阔台地 - 礁滩 交替的碳酸盐沉积环境,与雀莫错组整合接触,布曲组在北 部坳陷以碳酸盐岩为主,夹碎屑岩,中部往往夹石膏;而南部 坳陷则以浅灰 - 灰黑色、紫、红色各种灰岩夹灰绿色岩屑石 英砂岩、粉砂岩和泥岩组成。布曲组沉积环境主要为碳酸盐 开阔台地相为主,短暂时期有碳酸盐局限台地的出现。 4) 中侏罗统夏里组(J2x)。 夏里组岩性特征为中厚层钙 质岩屑石英砂岩夹砾岩、 粉砂岩和暗红色泥岩, 含石膏层。 产双壳类、 腕足类、 海百合茎和抱粉化石。 夏里组是在布 曲组基础上的中侏罗世晚期海退沉积的产物, 与布曲组整 合接触; 该组中灰岩、 膏盐岩层数多厚度大、 稳定性好。 雁石坪 - 温泉地区及龙木错西北还出现多个大小不等的石 膏盐丘, 构成羌北盆地十分重要的油气盖层。 夏里组全区 分布比较广泛, 其厚度变化比较大, 厚者达 1 300 m3,6。 该组与下伏布曲组总体上呈整合接触。 夏里组大体上形成 于碳酸盐潮坪 - 泻湖环境。 2 沉积相类型及特征 北羌塘盆地主要为中生代海相沉积7 -8, 在早 - 中侏 181 Sichuan Building Materials Vol.41，No.4 August，2015 第41卷第4期 2015年8月 罗世时期, 主要发育了陆源碎屑沉积 - 火山沉积岩相、 碳 酸盐台地(台地边缘浅滩相、 碳酸盐缓坡相)、生物礁相, 泻 湖相沉积, 各相沉积分别有如下特征。 1) 陆源碎屑沉积 - 火山沉积岩相(terrigenousclastic sediment - volcano sedimentary facies)。 陆源碎屑沉积 - 火山 沉积岩相是火山在水体中或陆上喷发的火山碎屑经水流再 搬运或飘落到水体中再搬运沉积形成, 火山碎屑含量在 50% 90% 之间, 其他成分为正常的陆源或盆内碎屑物。 局部地区表现为以陆源碎屑沉积为主, 陆源碎屑含量大于 50%, 火山碎屑次之。 该相垂向上发育在那底岗日组中, 整体为一套沉积 - 火山沉积岩相。 2) 碳 酸 盐 沉 积 环 境 ( CarbonateDepositionalEnviron- ments)。 北羌塘盆地碳酸盐岩沉积体系包括潮坪、 泻湖、 浅滩、 生物礁和风暴沉积, 其中最具特色的是在中央隆起 及其两侧所发育的碳酸盐缓坡和台地边缘浅滩沉积。 垂向 上在中侏罗统雀莫错组、 布曲组和夏里组都有发育。 3) 台地边缘浅滩相(shoal of platform margin facies)是台 地边缘的沙洲、 浅滩、 扇状或带状的滨外潮汐沙坝或沙丘 岛的沉积。 主要有各种颗粒(包括鲕粒、 骨屑、 介壳、 核形 石、 球粒)的亮晶灰岩、 泥粒灰岩, 颗粒磨圆、 分选较好, 具大型交错层理。 在北羌塘盆地中, 浅滩相分布具十分明 显的规律性, 呈串珠状东西分布于双湖以东的中央隆起带 之上, 且浅滩相主要分布在以灰岩沉积为主的中侏罗统布 曲组和上侏罗统索瓦组, 表明这两个时期双湖以东的中央 隆起带表现为水下隆起, 其上发育串珠状浅滩相沉积, 主 要以碳酸盐颗粒灰岩为主, 包括颗粒滩、 鲕粒滩、 生物滩、 内碎屑滩、 核形石滩、 滩间、 滩后坪、 滩后泻湖等沉积类 型2,3,6,7。 浅滩相是前陆隆起上沉积的标志性沉积类型和 区域性最有利的油气储层。 4) 生物礁相(reef facies)。 生物礁多发育在中侏罗统 布曲组, 发育点礁和堤礁, 呈串珠状顺层分布(见图 2)。 图 2 羌塘盆地中侏罗世布曲组生物礁滩相沉积分布 礁体高度一般为 10 50 m, 最大延伸长度为 250 m, 最大礁体高度可达 200 m3,7。 所以在深部可能存在较大规 模的生物礁。 生物礁顶盖与底板多为泥岩或页岩、 生物碎 屑灰岩, 因此, 局部可以推定羌北盆地生物礁是被泥岩或 页岩、 粉砂岩、 泥晶灰岩等所围限的地质体, 是一种典型 的岩性圈闭类型。 5) 泻湖相(lagoon facies)。 泻湖相分布于羌北盆地边 缘相带和中央隆起南北两侧, 环绕盆地沉积中心呈东西向 展布。 在层位上主要分布于雀莫错组、 布曲组、 夏里组。 以蒸发岩为主, 一般由纹层状石膏、 细晶白云岩、 微晶灰 岩和少量紫红色泥岩和粉砂岩构成。 在羌塘盆地侏罗系陆 续发现白云岩, 白云岩是碳酸盐岩储集层的重要类型之一, 其原因在于它具有丰富的白云石晶间孔隙、 晶间缝、 溶孔、 溶洞和裂缝孔隙。 羌北盆地白云岩多为细晶白云岩, 多为 准同生 - 早成岩阶段形成。 其中布曲组和雀莫错组分布最 广泛, 是目前发现最好的碳酸盐岩储层6, 如图 3 所示。 图 3 羌塘盆地雀莫错组和布曲组白云岩分布 3 构造 -岩相古地理特征 3 1 早侏罗世古地理 在北羌塘盆地, 地表出露的沉积物主要呈北西向和东 西向条带分布, 以火山碎屑沉积相 - 滨海相 - 浅海相沉积 为主, 且具有快速沉积特点, 沉积物以火山碎屑沉积体系 为主, 夹少量河流和湖泊沉积, 据其中少量海相碳酸盐岩 沉积判断, 该期已开始有少量来自南侧的海水侵入, 可推 定属于近海陆源碎屑滨海相 - 浅海相沉积。 3 2 中侏罗世岩相古地理 中侏罗世雀莫错组沉积时期, 海侵方向由南向北, 全 区以碎屑岩沉积为主。 中央隆起两侧首次出现以扇砾岩为 特征的粗碎屑边缘相带, 主要发育有冲积扇、 扇三角洲相 和三角洲相, 显示中央隆起处于强隆升阶段, 表现为山地, 为蚀源区, 而羌塘盆地南北两侧处于强烈凹陷阶段, 形成 南北深渊。 中侏罗世布曲期是中生代羌塘盆地的最大海侵期, 全 区以碳酸盐岩沉积为主; 主要以泥晶灰岩、 生物碎屑灰岩 及鲕粒灰岩为主。 从动物化石看, 主要为窄盐度生物群, 泥晶灰岩中可见黄铁矿颗粒, 其沉积环境为泻湖相。 盆地 南缘的班公湖 - 怒江缝合带和盆地北缘的金沙江带此时构 造运动相对平静, 逆冲推覆作用所产生的构造负载较少, 中央隆起挠曲隆升明显较弱。 中侏罗世 - 夏里组沉积末期, 为海退沉积序列, 以碎 屑岩沉积为主。 中央隆起带两侧出现以三角洲和砾岩为特 征的边缘相, 显示中央隆起处于较强烈隆升阶段, 羌塘盆 地南北处于强烈凹陷阶段形成南北深渊。 土门隆起露出水 面, 成为次要物源区, 环绕隆起发育有膏盐坪、 泥灰坪。 羌塘盆地南缘发育以浊积岩为代表的海底扇, 横向上表现 为海底扇 - 深水盆地 - 浪控潮控三角洲充填模式, 盆地窄 而深。 4 结论及意义 1) 早 - 中侏罗世北羌塘弧后前陆盆地的岩石地层特征 以及地层之间的接触关系对进一步研究羌塘盆地的区域地 (下转第 184 页) 281 Sichuan Building Materials Vol.41，No.4 August，2015 第41卷第4期 2015年8月 3 复杂地质体三维建模与可视化技术的应用 3 1 地质工程复杂地质体三维建模与可视化的研究 通过不断的钻研和探索, 地质人员详细了解了离散采 样数据的插值和拟合的思想, 他们通过地质工程复杂地质 体和可视化技术, 从勘探数据库中不仅得到了许多地质信 息的坐标, 还得到了岩土体的物理力学参数, 不仅如此, 还可根据拟合思想, 再通过计算机显示出地质层面以及地 质实体, 根据这些数据建立三维模型, 可以更清楚、 更准 确地表达地质信息在地质空间的分布规律。 3 2 工程勘查空间数据库的管理 在地质工程实际勘查过程中, 由于得到各种各类的数 据。 于是地质人员就采用工程勘查空间数据库进行管理, 先将现场搜集勘查的数据进行整理, 再通过各类数据表将 这些数据进行录入, 这样不仅可以显示地质坐标数据, 更 重要的是可以提供相关地质的属性数据5。 就比如地层岩 面属性数据表, 它要求录入地层年代代码、 岩层走向以及 倾向、 倾角和接触关系等数据。 随着三维建模和可视化技 术的发展, 在工程勘查的过程中, 可以方便地修改补充以 及管理勘查数据。 比如在安徽省地勘局第一水文工程地质 勘查院对九华山名景地灾防治的工程上, 利用九华山工程 的勘查数据, 建立了九华山的三维立体地质图。 发现该地 域地层岩由上而下组合为: 第四系侏罗系泥岩、 粉砂质泥 岩以及泥质粉砂岩, 三叠系粉细砂岩等。 4 复杂地质体三维建模与可视化的意义性 1) 工程数据库可以存储和管理现场勘查所搜集的相关 数据, 可以将现场勘探数据用图形表达, 并利用计算机速 度快、 可重复性、 实时反馈以及实时交互的优点, 帮助地 质工作人员更好地了解相关地质信息数据。 2) 地质工作人员可以通过计算机自动绘制工程地质图 件, 也就是剖面图和平切面图, 这样不仅可以使地质人员 脱离繁琐的 CAD 编辑成图, 还可以通过可视化技术确定地 址位置坐标, 减少不确定人为因素的干扰。 3) 勘查人员现场勘查所搜集的相关地质信息, 如果得 到科学合理的利用, 那么就可以节约成本的目的, 如果现 场勘探的数据资料不足, 则可以拟合思想建立三维模型, 以此推断出未勘查的地质信息, 再根据数据的整合, 可以 让勘查人员绘制出岩土体物理学参数等分布趋势, 这样不 仅可以减少科研成本, 还可以带来一定的经济效益。 5 结束语 通过以上分析, 可以看出它对于复杂地质体的研究和 空间地址体信息的分布规律具有重要意义, 但是由于地质 工程具有一定的复杂性, 加之我国地质技术尚处于起步阶 段, 严重制约了可视化技术的发展。 技术需要科学理论的 支持, 而理论是通过相关专业人员经过不懈探讨和交流得 出的, 因此, 在建立复杂地质体的三维建模过程中, 科研 人员和地质工作者需要不断加强沟通, 形成优势互补, 争 取为我国地质工程在最大程度上攻克这项难题。 由于地质 工程岩土体是复杂的不规则形体, 而且还存在各种各样的 岩层面和结构面, 可以通过三维建模和可视化技术实现相 互切割和组合的关系, 为地质工程的实施提供科学可靠的 依据。ID: 002148 参 考 文 献: 1 翁正平. 复杂地质体三维模型快速构建及更新技术研究D. 北京:中国地质大学,2013. 2 陈其所. 地质工程复杂地质体可视化分析J. 黑龙江科技信 息,2013,17(6):64. 3 封棋. 基于 IDL 的单体滑坡三维可视化系统开发与应用D. 北京:中国地质大学,2013. 4 董波. 数字矿山三维地质建模及可视化研究D. 北京:中国地 质大学,2013. 5 周美霞. 单 - 多 Z 值地质体的统一数据模型与三维可视化、空 间分析研究D. 合肥:安徽理工大学,2013. (上接第 182 页) 质构造特点提供了有利依据, 同时也为燕山运动在青藏高 原羌塘盆地的影响提供了实际材料。 2) 早 - 中侏罗世沉积相类型及特征, 古生物化石种类 特点对北羌塘弧后前陆盆地地层划分, 沉积盆地分析提供 了有利证据, 对恢复早 - 中侏罗世的构造 - 古地理特征具 有十分重要的意义。 3) 北羌塘弧后前陆盆地在早、 中侏罗世时期完成了一 个完整的海侵 - 海退序列, 在中侏罗世早期雀莫错组沉积 时期, 羌塘盆地在早侏罗世相对稳定之后发生一次较强烈 的拉张和基底快速下降的沉降事件, 使盆地范围明显扩大, 陆源剥蚀区缩小。 中侏罗世雀莫错组沉积时期, 海侵方向 由南向北, 而羌塘盆地南北两侧处于强烈凹陷阶段, 形成 南北深渊。 到中侏罗世布曲期, 则迎来了中生代羌塘盆地 的最大海侵期, 全区以碳酸盐岩沉积为主, 中央隆起挠曲 隆升明显减弱。 而中侏罗世 - 夏里组沉积末期, 变为海退 沉积序列, 以碎屑岩沉积为主, 此时中央隆起处于较强烈 隆升阶段, 配合班公湖 - 怒江缝合带的第二次碰撞造山运 动, 中央隆起强烈的挠曲隆升显得更加明显。 4) 北羌塘弧后前陆盆地位于青藏高原羌塘 - 昌都含油 气聚集带上, 主要为浅海陆架碎屑岩, 滨岸沼泽沉积和碳 酸盐台地沉积, 在早 - 中侏罗世形成完整良好的生储盖组 合9 -10, 且盆地中各套地