地质科学  2016, Vol. 51 Issue (1): 128-148   PDF    
南羌塘盆地构造演化及其油气形成与构造保存条件研究

杨耀1, 2, 刘焰2 , 王显峰3, 苑婷媛2, 4    
1. 四川省地震局 成都 610041;
2. 中国地质科学院地质研究所, 大陆构造与动力学国家重点实验室 北京 100037;
3. 成都理工大学地球科学学院 成都 610059;
4. 中国地质大学(北京) 北京 100083
基金项目: 中国地质调查局青藏专项(编号:1212011121271)资助
杨耀,男,1987年8月生,硕士研究生,构造地质学专业。E-mail:yangyao_cdut@163.com
刘焰,男,1969年3月生,研究员,岩石学和构造地质学专业。本文通讯作者。E-mail:yanliu0315@126.com
2014-12-08 收稿, 2015-09-22 改回.
摘要: 羌塘盆地是我国陆域上面积最大的海相盆地,前人对该盆地构造演化过程及其油气远景存在截然不同的观点。以最近完成的1:5万地质调查为基础,本文再次讨论了南羌塘盆地构造演化过程及其油气远景。羌塘盆地中央近东西向的羌中隆起山脉将羌塘盆地分为南、北两部分。最近的研究表明,在寒武-奥陶纪之交,南、北羌塘块体被古大洋分隔开。北羌塘盆地南缘形成的晚三叠-早侏罗世的那底岗日组火山岩,其上部为流纹岩,表明晚三叠世南羌塘块体北向俯冲于北羌塘块体之下,在南羌塘块体北部形成了富含有机质的前陆盆地。南羌塘盆地南缘发育一套代表成熟海盆的侏罗纪复理石建造,表明南羌塘南部地区在早侏罗世具有被动大陆边缘的特点,随着南部班公-怒江洋的扩张,在南、北羌塘块体内分别沉积了侏罗纪-早白垩世的浅海相地层,以富含有机质礁灰岩为特征。盆地内部孕育了巨厚的晚白垩-古新世陆源碎屑岩,不整合覆盖于早期海相沉积岩之上,表明在该时期南羌塘块体逐渐从被动大陆边缘海相盆地转变为陆相盆地。新生代时期,印度与亚洲大陆持续汇聚,南羌塘盆地南向逆冲于拉萨块体之上,盆地内发育了多条大型逆冲断裂带,再次将盆地内部的上三叠统、侏罗系、白垩系富含有机质的海相礁灰岩深埋,这有利于油气资源的生成与保存。横跨南羌塘盆地的构造剖面显示盆地内部主要大型逆冲断裂带之间,构造变形较弱,发育宽缓的向斜构造,向斜核部发育新生代陆相地层,推测该新生代陆相地层之下保存有深埋的富含有机质的海相地层,因此,南羌塘盆地逆冲断裂带下盘和宽缓向斜核部区域可能具有良好的油气资源前景。
关键词: 南羌塘盆地    逆冲推覆    礁灰岩    构造演化    油气资源    

中图分类号:P542    doi: 10.3969/j.issn.0563-5020.2016.01.012

羌塘盆地位于青藏高原人迹稀少的腹地,是我国陆地上面积最大的晚古生代—中生代海相盆地,与其西侧的波斯湾等富含油气资源的盆地同属特提斯构造域内的海相盆地。已有的工作揭示出: 羌塘盆地内普遍发育厚度巨大、 分布面积较广、 有机质含量较高的烃源岩(易积正等,1996王岫岩等,1999王成善等,2001); 发育多套生、 储、 盖岩石组合,后期又经历了挤压变形过程,这些均有利于油气藏的形成,还发现了古油藏(王岫岩等,1999王成善等,2004)。因此,一些学者认为羌塘盆地如同波斯湾盆地一样具有良好的油气前景(王成善等,1996Wang et al.,1997Zhao et al.,2000赵政璋等,2001王剑等,2004Ding et al.,2013),但另外一些学者则认为,虽然早期的羌塘盆地具有良好的生油潜力,但该盆地在新生代时期,却经历了强烈的陆—陆碰撞造山事件,遭受了强烈的构造改造作用,大量的烃源岩被抬升至地表附近,使盆地内部早期形成的油气资源因此不易保存下来,勘探前景不容乐观(王岫岩等,1999许岩等,2005Guo et al.,2008解超明等,2009Fu et al.,2012)。导致羌塘盆地油气勘探认识分歧的主要原因是该盆地的研究程度依然比较低,当前对羌塘盆地构造演化过程、 油气保存条件等方面的认识还比较肤浅,争议比较大。

羌塘盆地中央近东西向的羌中隆起山脉大体将该盆地分为南、 北两部分,即南、 北羌塘盆地(图 1)。一种观点认为南、 北羌塘盆地分别属于南部的冈瓦纳大陆和北部的古华夏大陆,大体沿羌中隆起发育的龙木错—双湖构造带,被认为是晚古生代时期分隔南、 北古大陆的一级构造边界; 在中生代初期,南、 北羌塘块体逐渐汇聚成统一的块体(李才,1987Zhang et al.,20012006a李才等,2006aLiu et al.,2011Zhao et al.,2014)。第二种观点认为南、 北羌塘地块原属于同一个块体,二叠纪的裂谷作用将其分隔成南、 北两部分(王成善等,1987)。第三种观点认为南、 北羌塘块体同属于冈瓦纳大陆,其北部的金沙江缝合带才是一级构造边界(Pullen et al.,20082011Gehrels et al.,2011)。金沙江洋壳南向低角度俯冲,俯冲洋壳在龙木错—双湖一带底辟式上升,将羌塘块体一分为二(Kapp et al.,20002003Yin and Harrison,2000)。第四种观点则认为南羌塘块体为一巨型增生构造杂岩带,其南部的班公湖—怒江缝合带与北侧的龙木错—双湖缝合带同为一巨型缝合带的不同分支(潘桂棠等,2012Pan et al.,2012)。截然不同的盆地构造演化过程认识,将产生完全不同的找油思路。例如,如果南羌塘块体确为巨型增生构造杂岩带,则该区的油气资源前景极为暗淡,因为即使早期在该区形成了丰富的油气资源,后期强烈的(变质)增生造山事件也将严重破坏油气资源。本文拟在最近完成的 1︰5万区域地质调查与科研工作基础之上,着重分析南羌塘盆地构造演化阶段及其相应的沉积与改造特征,以此为基础,评估油气资源的形成与保存条件。

图1 青藏高原及邻区区域构造简图 地震反射剖面据Lu et al.(2013); 小苏莽宁多群片麻岩据何世平等(2013); 荣玛组浅变质石英砂岩据杨耀等(2014); LST. 拉萨地体; SQT. 南羌塘地体; NQT. 北羌塘地体; TSHT. 甜水海地体; BY-NSG. 巴颜喀拉—北松甘地体; INDB. 印度板块; TRM. 塔里木盆地; QDM. 柴达木盆地; HM. 喜马拉雅造山带; IYS. 雅鲁藏布江缝合带;BNS. 班公湖—怒江缝合带; LSS. 龙木错—双湖缝合带; XJS. 西金乌兰—金沙江缝合带 Fig.1 Sketch map showing tectonic setting of working area
1 区域地质背景

1.1 羌塘盆地基底

大量地质调查与研究揭示出,在羌塘盆地中央,沿羌中隆起一带,如图 2中的都古尔山、 塔石山一线,广泛出露时代较老的沉积岩、 变质杂岩与花岗岩(吴瑞忠等,1986Kapp et al.,20002003吉林大学地质调查研究院,2005Pullen et al.,20082011杨耀等,2014Zhao et al.,2014)。在南、 北羌塘盆地内,则广泛发育中、 新生代沉积岩,前中生代岩石比较罕见(吴瑞忠等,1986邓万明等,1996a1996b王成善等,2001冉皞等,2014)。在羌中隆起南部,广泛出露一套浅变质石英砂岩(图 1图 2),吴瑞忠等(1986)称其为阿木岗群的石英岩段。在这套浅变质石英砂岩中常见晚石炭世—二叠纪的辉长、 辉绿岩脉群、 晚三叠世花岗斑岩和变形较强的淡色花岗岩(图 2)。最近的 1︰5万区域地质调查发现这套浅变质石英砂岩被其上的中-上奥陶统塔石山组沉积岩平行不整合覆盖(杨耀等,2014Zhao et al.,2014),碎屑锆石年代学研究进一步证实了该不整合面上、 下岩石存在沉积间断(杨耀等,2014),且这套岩石被时代为470 Ma的淡色花岗岩侵入(Pullen et al.,2011杨耀等,2014Zhao et al.,2014),因此将该套浅变质石英砂岩命名为荣玛组,归入寒武系上部(杨耀等,2014图 2图 3)。这套寒武纪末期的岩石是目前南羌塘盆地发现的时代最老的沉积岩石,可能代表了南羌塘盆地的基底(Pullen et al.,2011杨耀等,2014Zhao et al.,2014)。在西藏昌都县夏日多和青海治多县多彩乡、 玉树县隆宝镇、 小苏莽、 长青可一带出露一套被称为宁多群的黑云母石英片岩、 片麻岩,被认为是北羌塘块体的变质基底(王辉,2005何世平等,2013周会武,2013)。何世平等(2013)对出露玉树县小苏莽一带的黑云母片麻岩(图 1)开展了锆石U-Pb年代学研究,进一步证实了北羌塘块体存在1 044~990 Ma的前寒武纪结晶基底。

图2 藏北羌塘改则地区地质简图 (据 1︰25万改则县幅、 日干配错幅、 丁固幅和玛依岗日幅地质图和本文调查成果修编)BNS. 班公湖—怒江缝合带; LSS. 龙木错—双湖缝合带 Fig.2 Simplified geological map of Gertse, northern Tibet

图3 南、 北羌塘盆地地层柱状图 南羌塘地层柱状图修编自: 梁定益等, 1983; 吴瑞忠等, 1986; 吉林大学地质调查研究院, 2005; 杨耀等, 2014。北羌塘地层柱状图修编自: 文世宣, 1979; 吴瑞忠等, 1986; 吉林大学地质调查研究院, 2005; 王辉, 2005; 夏军等, 2006; 何世平等, 2013 Fig.3 Stratigraphic column of southern and northern Qiangtang Basin

① 西藏自治区地质调查院. 2006. 1︰25万改则县幅地质图.

② 西藏自治区地质调查院. 2002. 1︰25万日干配错幅地质图.

③ 贵州省地质调查院. 2006. 1︰25万丁固幅地质图.

④ 吉林大学地质调查研究院. 2006. 1︰25万玛依岗日幅地质图.

1.2 羌塘盆地盖层

南羌塘盆地的盖层包括奥陶系、 志留系、 泥盆系、 石炭系、 二叠系、 三叠系、 侏罗系、 白垩系以及古近系牛堡组和丁青湖组、 新近系康托组等(图 3图 4)。中-上奥陶统塔石山组、 志留系三岔沟组和泥盆系长蛇山组是吉林大学地质调查研究院(2005)在 1︰25万区域地质调查期间建立的岩石地层单元,建组地点为塔石山(图 2)。在塔石山一带,塔石山组出露面积约为20 km2,呈断块产出于石炭—二叠系中。最近的地质调查发现,在荣玛乡西侧温泉一带(图 2图 4),塔石山组出露更佳,底部为角砾岩层,厚约为20 m。底砾岩之上为钙质粉砂岩,整合接触。钙质粉砂岩之上多为石英粉砂岩、 细砂岩夹薄层泥灰岩,向上,泥灰岩、 碳酸盐岩、 钙质粉砂岩含量逐渐增多,而石英砂岩含量则下降(杨耀等,2014)。志留系三岔沟组以岩屑砂岩、 粉砂岩夹泥岩为主。泥盆系长蛇山组则以长石石英砂岩和粉砂岩为主。石炭系擦蒙组、 展金组主要出露于羌中隆起一带,多呈岩片产出。二叠系主要在羌中隆起南部地区广泛出露,呈条带状产出。下二叠统曲地组多为浅海相的碎屑岩,中-下二叠统吞龙共巴组则以钙质石英砂岩和粉砂质泥岩为主(盛金章等,1981)。上二叠统龙格组以白云岩为主。三叠系在南羌塘盆地内广泛出露,出露于盆地北部的三叠系常被称为日干配错组(西藏自治区地质矿产局,1993),以微晶灰岩和鲕粒灰岩为主,夹有角砾状灰岩和砂屑灰岩等。出露于盆地南部的岩石则常被称为巫噶组 西藏自治区地质局区域地质调查大队. 1983. 1︰100万日喀则幅区域地质调查报告.,以粉砂岩为主,夹灰岩和硅质岩,指示该组形成于较深水的环境之中。南羌塘盆地腹地广泛出露侏罗系海相地层,中-下侏罗统色哇组以细粒石英砂岩、 灰色钙质泥岩、 灰色灰岩砾岩为主,局部砂岩增多。中侏罗统莎巧木组整合于色哇组之上,岩性为灰色、 浅灰色岩屑石英砂岩、 粉砂岩与灰黑色泥岩互层,局部地区礁灰岩含量大幅增加,该组产双壳类、 珊瑚及腹足类化石。中侏罗统捷布曲组整合于莎巧木组之上 中国地质大学(北京)地质调查研究院. 2005. 1︰25万安多县幅区域地质调查报告.,岩性为灰—灰黑色粉屑灰岩、 砂屑粉屑灰岩,夹少量粉屑微晶灰岩、 微晶灰岩及泥质灰岩。前人研究了南羌塘块体侏罗系海相地层有机碳的特征,发现这些沉积岩残留有机碳含量可达0.1%以上,原始有机碳含量为0.2%以上。暗色泥页岩的残留有机物含量高达0.5%以上,原始有机碳含量在1.5%以上,表明侏罗系中的有机质演化已达到成熟阶段(易积正等,1996王岫岩等,1999),其中,色哇组的泥岩和泥灰岩具有更好的生油潜力(易积正等,1996)。白垩系主要分布在南羌塘盆地的南部区域,上白垩统竟柱山组主要为陆相粗砾岩和砂岩(西藏自治区地质矿产局,1993)。古近系牛堡组和丁青湖组广泛发育于南羌塘盆地内,牛堡组下段为棕红色砂岩、 砾岩,化石稀少,局部夹灰绿紫红色泥岩,高角度不整合覆盖于下伏中生界海相地层之上,其中、 上段则以灰色、 灰绿色泥页岩为主夹油页岩、 泥灰岩和凝灰岩,发育轮藻、 孢粉、 介形类等化石。丁青湖组与牛堡组平行不整合接触,主要为灰色泥岩、 页岩、 油页岩和粉细砂岩,含有介形虫和轮藻等化石(王剑等,2004)。新近系康托组主要分布于南羌塘盆地中、 南部 西藏自治区地质局区域地质调查大队. 1986. 1︰100万改则县幅区域地质调查报告.,其下部为紫红色厚层块状砾岩、 含砾粗砂岩,向上过渡为砂岩、 粉砂岩,顶部为纳丁错组火山岩不整合覆盖。

图4 藏北南羌塘盆地区域地质图(据 1︰25万日干配错幅地质图 西藏自治区地质调查院. 2002. 1︰25万日干配错幅地质图.和杨耀等, 2014修编) Fig.4 Regional geological map of southern Qiangtang Basin, northern Tibet(modified after 1︰250000 geological map and Yang et al.,2014)

北羌塘盆地盖层包括下奥陶统、 上泥盆统、 石炭系、 二叠系、 三叠系、 侏罗系以及新近系等。下奥陶统三岔口组岩性较为单一,以细粒石英砂岩、 粉砂岩和页岩为主(夏军等,2006)。上泥盆统拉竹龙组则以白云岩为主(金玉玕等,1981)。缺失中-上奥陶统、 志留系与中-下泥盆统等岩石组合,这与南羌塘盆地沉积特征完全不同(图 3)。石炭系日湾茶卡组以深灰色中厚层生物灰岩为主(刘世坤等,1988)。石炭系瓦垄山组和二叠系长蛇湖组、 雪源河组则以灰岩为主(吉林大学地质调查研究院,2005)。上二叠统热觉茶卡组和下三叠统康鲁组以砂岩、 粉砂岩为主,中-下三叠统硬水泉组和康南组岩性则以灰岩、 泥灰岩为主(文世宣,1979),各地层间均呈整合接触。上三叠统菊花山组以碳酸盐岩为主,局部夹有少量细碎屑岩(吴瑞忠等,1986),与下伏地层整合接触。上三叠统那底岗日组下部以酸性火山岩为主(王剑等,2007),不整合于下伏地层之上,其上部碎屑岩则含有早侏罗世化石(见脚注⑦),是一穿时的地层单元。侏罗系沉积岩由老到新依次为雀莫错组、 布曲组、 夏里组和索瓦组(青海省地质矿产局,1997),雀莫错组和夏里组以砂岩为主,布曲组和索瓦组岩性主要为碳酸盐岩。新近系唢纳湖组下部为含砾粗砂岩和细砂岩,上部为细砂岩、 泥岩和泥晶灰岩,不整合覆盖于下伏地层之上(见脚注⑦)。

1.3 增生杂岩

在南羌塘盆地南、 北边缘分别出露两套增生杂岩。出露于北部羌中隆起一带的增生杂岩(图 4)可进一步细分为: 镁铁质、 超镁铁质岩石(如枕状熔岩、 辉长岩、 蛇纹岩等)、 三叠纪的高压低温变质杂岩(如石榴蓝片岩、 蓝片岩与低温榴辉岩)(Li et al.,2006Zhang et al.,2006aPullen et al.,2008Liu et al.,2011)、 绿片岩相变质杂岩(如深灰色细粒二云母石英片岩、 绿泥石二云母石英片岩)、 硅质岩、 大理岩等岩石类型。空间上绿片岩相变质杂岩分布较广,吴瑞忠等(1986)称其为阿木岗群中的绿片岩段。这套岩石韧性变形强烈,常发育紧闭褶皱、 无根褶皱等,与荣玛组浅变质石英砂岩、 奥陶系塔石山组岩石构造并置在一起(杨耀等,2014)。

出露于南羌塘盆地南缘的增生杂岩常被称为木嘎岗日群(图 4),以厚度巨大的复理石碎屑岩为特征,以细粒岩屑砂岩和粉砂岩、 泥岩为主,夹有少量的砾岩、 砂砾岩和硅质岩。细碎屑岩和泥岩中发育水平层理、 平行层理,硅质岩中含有丰富的深海浮游放射虫。部分地区含有浅变质砂、 板岩、 石榴石斜长角闪岩、 阳起石片岩等变质岩,夹有少量的灰岩、 火山岩及火山碎屑岩,板岩中出现浊积岩序列和不完整的鲍马层序,以上特征表明其形成于深海—半深海环境(谢国刚等,2009)。最近在洞错北侧的石榴石斜长角闪岩中识别出石榴辉石岩的残余,表明石榴石斜长角闪岩系从石榴辉石岩退变而来。该地石榴石斜长角闪岩源岩为MORB型玄武岩,其中的角闪石Ar-Ar年龄为178 Ma(Wang et al.,2008)。羌塘盆地南缘的增生杂岩分布广泛,呈狭窄的条带状东西向展布近500 km,其中常夹有规模不等的石炭系、 二叠系、 三叠系的灰岩岩块以及蛇绿岩杂岩体(潘桂棠等,2006李光明等,2011)。

1.4 岩浆岩

研究区内侵入岩浆活动表现较弱,侵入岩总体分布较小,主要分布在盆地北缘,在荣玛乡西北侧有晚三叠世花岗岩侵位于荣玛组浅变质石英砂岩之中(图 4)。研究区内火山活动较为强烈,主要有早白垩统去申拉组火山岩和古近系纳丁错组火山岩。去申拉组火山岩主要沿班公湖—怒江缝合带北缘出露(图 4),岩性组合以安山岩、 英安岩、 安山质晶屑凝灰岩、 流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩为主,局部夹有火山碎屑岩和砂岩(陈玉禄等,2002朱弟成等,2006康志强等,2010吴浩等,2013),以中酸性火山熔岩为主,代表班公湖—怒江特提斯洋壳北向俯冲的产物(Sui et al.,2013吴浩等,2013)。纳丁错组火山岩则零星分布在盆地内部(图 4),主要岩石类型有粗面玄武岩、 橄榄玄武粗安岩、 辉石安山岩以及粗面岩等(李才等,2006bDing et al.,2007刘建峰等,2009)。北羌塘盆地的新生代火山岩十分发育,岩石类型以熔岩为主,偶见火山碎屑岩(邓万明,19931996b赖绍聪等,2003)。根据其化学成分又可细分为碱性和高钾钙碱系列两套不同的岩石组合,其中碱性系列火山岩以钾质粗面玄武岩、 橄榄玄武岩、 安粗岩、 粗面岩为主,主要分布在北羌塘盆地西部的通天桥、 红山湖、 帮达错和火车头山等地区,高钾钙碱系列火山岩为安山岩、 英安岩岩石组合,广泛分布于北羌塘盆地的东部地区(邓万明,19931996b迟效国等,1999李光明,2000赖绍聪等,2001)。

2 南羌塘盆地构造变形特征

南羌塘盆地构造变形主要集中于盆地的南、 北两端,特别是增生杂岩的变形较强,常发育大型的紧闭褶皱、 平卧褶皱,常见增生杂岩逆冲于沉积岩之上(图 5)。盆地内部的变形相对较弱,主要发育几条大型逆冲推覆断层和与之共生的褶皱构造,走向多近东西向。自南向北包括嘎冬勒—俄榨勒逆冲推覆构造(GET)、 卡尔个当玛—尼勒日阿巴逆冲推覆构造(KNT)、 达刚玛布日—查布间勒逆冲推覆构造(DCT)、 吓烟日—日阿布日逆冲推覆构造(XRT)和扎噶—牛山逆冲推覆构造(ZNT)(图 4图 5)。大型逆冲断裂带之间的构造变形极弱,常发育宽缓的向斜(形)构造,向斜核部多出露新生代陆相地层(图 4图 5)。

图5 南羌塘盆地构造剖面图 剖面位置详见图4; 剖面图下端产状为所对应断层出露地表处的产状, 其中横线上方数字指示断层倾向, 横线下方数字表示断层倾角 Fig.5 Geological cross-section of southern Qiangtang Basin
2.1 嘎冬勒—俄榨勒逆冲推覆构造

嘎冬勒—俄榨勒逆冲推覆构造(GET)产出于班公湖—怒江缝合带北侧,包括两条较大的逆冲断层。南部的断层为东西走向,北部的断层为北西西走向,伴有背斜和向斜等褶皱构造(图 4图 5)。逆冲断层上盘为三叠系巫嘎组,以砂岩为主,夹有灰岩、 硅质岩和砾岩。其中砂岩包括深灰色、 灰黄色中厚层状长石石英岩屑砂岩,钙质岩屑砂岩和钙质粉砂岩等。砂岩成分主要为石英、 长石(钾长石较多,斜长石较少)、 岩屑(主要为沉积岩,部分为火山岩屑)、 粘土矿物和云母矿物等。砾石成分主要为石英砂岩、 灰岩砾石。逆冲断层下盘为白垩系竟柱山组,为一套陆相的红色、 灰紫色砾岩、 中细粒岩屑石英砂岩,局部夹中薄层状砂质灰岩,总体上以砾岩为主,砂岩较少。砂岩成分为主要石英和岩屑(砂岩岩屑)。逆冲断层下盘的白垩系地层被纳丁错组火山岩覆盖,空间上沿断层走向展布,约十余平方公里。该逆冲断层均以高角度向北逆冲,倾角为75°~85°。

2.2 卡尔个当玛—尼勒日阿巴逆冲推覆构造

卡尔个当玛—尼勒日阿巴逆冲推覆构造(KNT)发育于南羌塘盆地南部,空间上延伸较短,在卡尔个当玛以西和尼勒日阿巴以东均被第四系堆积物所覆盖(图 4图 5)。逆冲岩片和逆冲岩系主要由增生杂岩组成,为一套浅变质的复理石相砂、 板岩夹灰岩、 硅质岩、 火山岩及火山碎屑岩,硅质岩产状近直立(图 6a)。下伏地层上部康托组地层,岩性为紫红色薄层状细砂岩、 粉砂岩、 长石石英砂岩夹粉砂质泥岩等(图 6b),产状近直立,倾角为75°~85°,走向近东西。下部为一套白垩系陆相沉积物,发育一套红色、 灰紫色砾岩、 中细粒岩屑石英砂岩局部夹砂质灰岩层。该逆冲断层向南推覆,倾角为30°~45°,走向近东西,发育一套由深灰色泥岩组成的断层泥(图 6c)。

图6 南羌塘盆地野外照片 a. 早中侏罗世硅质岩(镜头向东); b. 盆地南缘康托组地层(镜头向东); c. 逆冲断层破碎带(镜头向南); d. 中侏罗统莎巧木组礁灰岩野外照片; 照片位置详见图4 Fig.6 Field photos in southern Qiangtang Basin
2.3 达刚玛布日—查布间勒逆冲推覆构造

达刚玛布日—查布间勒逆冲推覆构造(DCT)发育于南羌塘盆地腹地,断层延伸较远,西至达刚玛布日,东经查布间勒,东西向延长约为30 km。该逆冲断层发育明显的断坡与断坪,为叠瓦式逆冲断层(图 4图 5),近东西走向,向北倾斜。在该断层上盘,深灰色团块状礁灰岩被逆冲断层推覆至地表(图 6d图 7),根据其上覆地层为侏罗系捷布曲组灰岩,且两者之间为整合接触,故推测该礁灰岩的形成时代应为中侏罗统,归属于莎巧木组。断层下盘,上部为新近系康托组地层,下部为侏罗系色哇组地层,岩性为细粒石英砂岩、 灰色钙质泥岩、 灰色灰岩砾岩,局部砂岩增多,总体以泥质岩为主。成分为石英、 岩屑(为沉积岩和变质岩)、 云母、 粘土矿物和少量长石。砾石主要有两种成分: 一种为细小的石英岩、 砂岩砾石,另一种为较大的灰岩砾石。

图7 礁灰岩显微照片(单偏光) Fig.7 Photomicrographs of reef-limestone(plane-polarized light)
2.4 吓烟日—日阿布日逆冲推覆构造

吓烟日—日阿布日逆冲推覆构造(XRT)发育于南羌塘盆地北部,多被第四系堆积物所覆盖,只是在吓烟日和日阿布日等局部地区有出露(图 4图 5)。该断层近东西走向,向北倾斜,同样发育较为明显的断坡与断坪构造。逆冲岩片和逆冲岩系为三叠系日干配错组,为一套滨海相的灰岩沉积,岩石组合以微晶灰岩,鲕粒灰岩为主,其间不同程度夹有角砾状灰岩、 岩屑砂岩、 泥灰岩、 粒屑灰岩、 藻灰岩和介屑灰岩。其成分以方解石为主,少量白云石、 泥质、 铁质和生物屑。下伏地层为侏罗系莎巧木组深灰色团块状礁灰岩。

2.5 扎噶—牛山逆冲推覆构造

扎噶—牛山逆冲推覆构造(ZNT)发育于龙木错—双湖缝合带(羌中隆起)南侧,该逆冲推覆构造带包括两条大型逆冲断层。北部的断层空间上延伸近百公里,向北倾斜,在扎噶地区断层走向近东西向,但到牛山及以西走向逐渐转变为北东向。南部的断层走向近东西,向北倾斜,延伸较短,在空间上东西两侧均被第四纪堆积物所覆盖(图 45)。在该断裂带上,二叠系上统龙格组地层被逆冲断层推至地表,与侏罗系色哇组泥岩、 砂岩呈断层接触,龙格组地层以白云岩为主,夹少量灰岩。成分以白云石、 方解石为主,含有少量泥质及生物碎屑。二叠纪下统吞龙共巴组砂岩、 泥岩夹硅质岩又被逆冲断层推覆至上统龙格组白云岩之上。在断层带中,有少量的新近系康托组沉积物覆盖,岩性为紫红色粗砂岩、 细砂岩和含砂质泥岩组合。在该断裂带北部、 荣玛乡以西,寒武系荣玛组浅变质石英砂岩与二叠系下统吞龙共巴组砂岩、 泥岩呈断层接触关系。

野外调查进一步揭示出,南羌塘盆地的强变形域主要集中于南、 北两端,特别是增生杂岩的变形比较强,常发育大型的平卧褶皱(图 8a),局部岩层还可见由强烈的层间滑动而形成的层间小褶皱(图 8b)。而在盆地内部,大型逆冲断裂带附近,褶皱变形相对弱一些,轴面近直立的紧闭褶皱和平卧褶皱少见,这与南羌塘盆地南、 北两端的变形完全不同。在这些逆冲断裂带之间,构造变形则非常弱,常常发育宽缓的向斜构造,其核部充填新生代陆相地层(图 5),未见底,在其南、 北两端的逆冲断裂带附近常可见早期的海相地层逆冲于新生代地层之上(图 9),因此完全有理由推测宽缓向斜核部新生代陆相地层之下依然是早期富含有机质的海相地层,被新生代陆相地层不整合覆盖(图 5)。

图8 增生杂岩变形宏观照片(照片位置见图4) Fig.8 Field photos of accretionary complexes
3 南羌塘盆地构造演化过程分析

南羌塘盆地位于北部的龙木错—双湖缝合带和南部的班公湖—怒江缝合带之间,这两条缝合带的演变过程深刻地影响着南羌塘盆地的构造演化过程。潘桂棠等(2012)认为南羌塘盆地的基底以洋壳为主,局部为小陆块,总体上为一巨型增生杂岩体,但这一观点与最近获得的南北向横跨羌塘盆地的地震反射长剖面(位置见图 1)结果不符,后者认为羌塘盆地应具有前古生代的基底(卢占武等,2011Gao et al.,2013Lu et al.,2013)。本文的观察也不支持潘桂棠等(2012)的观点。前已指出,产出于羌中隆起南部的变质石英砂岩形成于晚寒武—早奥陶世,是目前南羌塘地区识别出来的最古老的岩石,被淡色花岗岩侵位。锆石与岩石地球化学研究表明这些淡色花岗岩系上地壳岩石被深埋之后发生部分熔融形成,因此被认为是南羌塘盆地的泛非基底(Pullen et al.,2011杨耀等,2014Zhao and Li,2014),到目前为止,并没有发现任何洋壳作为南羌塘盆地基底的证据。此外,南、 北羌塘块体基底性质完全不同,前已指出,后者具有前寒武纪变质结晶基底(何世平等,2013),而前者到目前为止,尚未发现前寒武纪变质结晶基底,只具有泛非晚期基底(杨耀等,2014Zhao et al.,2014)。两者沉积盖层的演化历史也截然不同,前者连续沉积了奥陶—二叠纪的海相地层(图 3); 而后者则经历了强烈的加里东运动,导致该区泥盆纪之前的地层多有缺失(图 3),这充分说明南、 北羌塘盆地具有完全不同的大地构造属性,并在寒武—奥陶纪之交开始了各自独立演化的阶段(图 3)。根据前述资料,本文进一步将南羌塘盆地的构造演化过程厘定为以下几个阶段。

3.1 古特提斯消亡、 陆块汇聚阶段

在寒武—奥陶纪之交,南、 北羌塘块体就被古大洋分隔开(杨耀等,2014),南羌塘块体亲冈瓦纳大陆,北羌塘块体则亲扬子块体。晚石炭—早二叠世,南、 北羌塘块体进一步出现了沉积和古生物方面的巨大差异,南羌塘盆地此时沉积一套深海—半深海相的砂岩、 泥岩夹硅质岩和灰岩,富含冷水生物群,而北羌塘块体则富含暖水生物群(Wang and Mu,1983范影年,1985李才,1987李才等,2006a2008)。晚二叠世末—中三叠世,由于受到南部班公—怒江洋张开的影响,介于南、 北羌塘块体之间的古特提斯洋盆开始向北羌塘之下俯冲(李才等,19972006c2007Zhang,2001Zhang et al.,2006a2006bLiu et al.,2011Zhai et al.,2011),南、 北羌塘块体相向运动,并在北羌塘南缘形成了晚二叠世—三叠纪的岛弧岩浆岩,南羌塘块体内部则发育浅海相灰岩(图 10a)。晚三叠世,介于南、 北羌塘块体之间的古特提斯洋盆逐渐闭合,在南、 北羌塘块体之间形成了三叠纪的增生杂岩,南羌塘块体开始北向俯冲于北羌塘之下,证据之一是在北羌塘盆地的南缘形成了晚三叠—早侏罗世的那底岗日组火山岩,其下部为安山岩,其上部为流纹岩,流纹岩是地壳部分熔融的产物。此时在南羌塘北部形成了一个前陆盆地(图 10b),孕育了被称为日干配错组的滨、 浅海相碳酸盐岩沉积,以微晶灰岩、 鲕粒灰岩及富含有机质的礁灰岩为主(图 5)。

图9 礁灰岩被推覆至新生代康托组磨拉石之上(照片位置见图4) Fig.9 Reef-limestones are juxtaposed over Cenozoic Kontuo Formation in the south

图10 南羌塘盆地构造演化简图 LST. 拉萨地体; SQT. 南羌塘地体; NQT. 北羌塘地体; BNS. 班公湖—怒江缝合带; LSS. 龙木错—双湖缝合带 Fig.10 Cartoon showing the tectonic evolution of southern Qiangtang Basin
3.2 新特提斯之被动大陆边缘阶段

晚三叠世初,南羌塘盆地的南部则为一个向南倾斜的楔形盆地,发育浊积岩、 三角洲、 碳酸盐缓坡和蒸发岩系等岩石组合,形成了被称为巫噶组的海相沉积岩。早侏罗世开始,随着班公—怒江洋的进一步扩大,海水进一步向北推进,在南羌塘盆地南缘发育了代表成熟海盆的复理石建造(木嘎岗日群),表明南羌塘南部地区处于拉张环境,具有被动大陆边缘的特点,并经历了深水盆地的发展演化过程(图 10b)。中-晚侏罗世,海水进一步北侵至北羌塘地区,导致南、 北羌塘块体内部广泛发育侏罗纪的富含有机质的海相地层(图 5)。

3.3 主动大陆边缘阶段

晚侏罗世,由于印度陆块不断北向移动,导致班公湖—怒江特提斯洋盆开始收缩,北向俯冲于南羌塘盆地之下(图 10c),形成岩浆弧与增生杂岩(Girardeau et al.,1984Pearce and Deng,1988Wang et al.,2008),在班公湖—怒江缝合带北侧表现为沉积间断和蛇绿岩套岩片北向仰冲。晚侏罗世末,海水逐渐从羌塘盆地退至班公—怒江缝合带附近,南羌塘盆地转变为弧后盆地(图 10c),盆地内部广泛沉积了侏罗纪—早白垩世浅海相地层,形成了厚逾5 000 m左右的陆棚—潮间陆屑—碳酸盐建造,含有丰富的有机质,具有良好的油气成藏的地质条件(易积正等,1996)。到晚白垩世,由于南部的拉萨块体持续北移,最终与南羌塘地体发生碰撞,班公—怒江洋消失,在南羌塘盆地内开始沉积了一套陆相的砾岩、 砂岩夹灰岩建造(图 5)。

3.4 新生代叠合盆地

晚白垩世之后,南羌塘盆地转变为陆相盆地,广泛接受陆相沉积,形成了厚达5 000 m以上的竟柱山组、 牛堡组、 丁青湖组、 康托组沉积岩,不整合覆盖于早期海相地层之上(图 10d)。随着新生代印度陆块与亚洲陆块持续汇聚,南羌塘盆地受到了近南北向的构造挤压,在盆地内部发育了多条大型逆冲断裂系,将曾经深埋于新生代陆相沉积岩之下的海相灰岩挤出地表,同时将南羌塘盆地南向逆冲于南部的拉萨地块之上。

4 南羌塘盆地油气资源形成与保存条件讨论

对羌塘盆地油气前景持悲观观点的主要原因是构造保存条件不佳,后期构造活动太强烈,导致生油层出露地表,油气不易保存(王岫岩等,19981999)。笔者的野外调查发现,确实在盆地内部,有较多的生油层出露地表附近,但进一步的调查表明这些生油层多被逆冲断层推挤出来,多呈线性展布,且被推覆至新生代地层之上(图 5图 6d图 7图 9),这表明逆冲断裂下盘、 被新生代地层不整合覆盖之下依然存在早期富含有机质的海相地层,即仍然会有具有规模的生油层被保存下来,且被后期的逆冲断层进一步地深埋,这对油气资源的形成与保存极为有利。

前已指出,向斜核部新生代陆相地层之下依然是富含有机质的海相地层,这对油气的形成与保存极为有利。因此,笔者认为南羌塘大型逆冲推覆构造完全可以有效地圈闭油气藏,区内挤压构造应力场也易于形成盆地超压,为油气的运移提供动力。盆地内部发育的宽缓向斜构造则是非常有利的油气圈闭构造,因此南羌塘盆地具有良好的油气资源构造保存条件,在盆地内部的大型逆冲断裂下盘和大型宽缓向斜的核部可能保存有较好的油气藏,上三叠统的日干配错组、 侏罗系至下白垩统的海相地层应该是今后南羌塘盆地油气勘查的重点目标地层。

5 结 论

(1)南羌塘盆地具有泛非基底,北羌塘盆地则具有前寒武纪变质结晶基底,早古生代—中生代,南、 北羌塘盆地的构造演化过程截然不同。

(2)南羌塘盆地经历了古特提斯洋壳北向俯冲,南、 北羌塘块体的汇聚等阶段,在南羌塘北部形成了一个晚三叠世的前陆盆地。由于班公—怒江洋的扩张,在南羌塘南部形成了侏罗、 白垩纪的被动大陆边缘的海相盆地。随着班公—怒江洋的闭合,南羌塘盆地又转变为陆相盆地,巨厚的陆源沉积岩不整合覆盖于海相地层之上。

(3)在新生代印度与亚洲大陆持续汇聚期间,南羌塘盆地遭受了近南北向缩短变形,并南向逆冲于南部的拉萨块体之上,盆地内部则发育了多条大型逆冲断裂带,再次将富含有机质的海相礁灰岩深埋。大型逆冲断裂带之间的构造变形较弱,发育宽缓的向斜构造,是重要的储油构造,因此南羌塘盆地具有良好的油气资源构造保存条件。

致谢 野外调查承蒙袁国礼教授、 赵中宝博士、 梁晓博士和郑艺龙博士的大力支持与帮助,两位审稿人提出了非常好的修改建议,在此一并表示衷心感谢。

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Oil-gas formation, preservation and tectonic evolution of the southern Qiangtang Basin

Yang Yao1, 2, Liu Yan2 , Wang Xianfeng3, Yuan Tingyuan2, 4    
1. Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041;
2. State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037;
3. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059;
4. China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083
Abstract: The Qiangtang Basin is the largest marine basin of Chinese mainland. Tectonic evolution of the basin and oil-gas prospect has been disputed for a long time. Based on recently completed 1:50000 geological survey, this article discusses the tectonic evolution and oil-gas prospects of southern Qiangtang Basin again. There is a nearly EW-trending mountain in the center of the basin, which divided it into southern and northern Qiangtang blocks. The latest geological survey and research show that there was an ancient ocean between the southern and northern Qiangtang blocks in the Late Cambrian-Early Ordovician. Late Triassic to Early Jurassic Nadi Kangri volcanic rocks, which its upper part is rhyolite, was found at the southern margin of the northern Qiangtang block, indicating that the southern Qiangtang block northward subducted beneath the northern Qiangtang in the Late Triassic, while led to the formation of organic-rich foreland basin at the northern margin of the southern Qiangtang block. Jurassic flysch which represent a mature basin is exposed in south of southern Qiangtang Basin, implying that the southern region of South Qiangtang has the characteristics of passive continental margin. Following the continuous expansion of Bangong-Nujiang tethyan ocean, Jurassic to Early Cretaceous shallow marine strata, which is characterized by organic-rich reef-limestone, was widely deposited in southern and northern Qiangtang blocks. Late Cretaceous to Paleocene terrigenous clastic rock is exposed in the area vary greatly inside the basin, which unconformably overlie the early marine sedimentary rocks, implying that the southern Qiangtang block transformed from marine basin situated on passive continental margin into a continental sedimentary basin from Late Cretaceous to Paleocene times. In Cenozoic, during the ongoing collision between India and Asian continents, the southern Qiangtang Basin was southward juxtaposed over the Lhasa terrane. Several large-scale thrust faults were found in southern Qiangtang Basin, which led to much Upper Triassic, Jurassic and Cretaceous organic-rich marine reef-limestone buried deeply in the basin again. Structural section across southern Qiangtang Basin shows that structural deformation is extremely weak between these large thrust faults, broad and gentle synclines are widely developed in this basin and Cenozoic continental strata is distributed in the syncline core, so we speculate that the organic-rich marine strata is still exist under the Cenozoic continental strata. Therefore, it indicates huge amounts of oil-gas potential resources in the southern Qiangtang Basin. We should look for oil-gas resources in the footwall of thrust faults and broad, gentle syncline core region.
Key words: The southern Qiangtang Basin    Thrust structure    Reef-limestone    Tectonic evolution    Oil and gas resources