地质科学  2016, Vol. 51 Issue (1): 157-164   PDF    
卡拉库姆盆地晚二叠世-三叠纪的构造属性讨论

张强1, 张光亚2, 李曰俊1, 温志新2, 磊1, 赵岩1, 刘亚雷1    
1. 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029;
2. 中国石油勘探开发研究院 北京 100083
基金项目: 国家科技重大专项"全球重点大区石油地质特征与油气分布规律"(编号:2011ZX05028-003)资助
张强,男,1984年11月生,博士研究生,构造地质学专业。E-mail:zhangqiangfendou@126.com
2014-12-10 收稿, 2015-11-01 改回.
摘要: 卡拉库姆盆地位于中亚地区图兰地台南部,北西走向,是中亚地区最重要的含油气盆地之一。对于盆地晚二叠世-三叠纪的构造属性一直都存在着很多争论,我们根据钻井、地球物理及露头资料,认为卡拉库姆盆地是以增生杂岩为基底形成的一个沉积盆地,晚二叠世-三叠纪具有弧后裂谷的性质。卡拉库姆盆地前侏罗纪的构造演化分为4个阶段:1)石炭纪之前古特提斯洋壳开始俯冲增生; 2)石炭纪-早二叠世形成丝路弧; 3)晚二叠世-三叠纪马什哈德-北帕米尔弧形成,卡拉库姆盆地处于弧后拉张的位置; 4)晚三叠世末伊朗等地块与欧亚大陆碰撞,卡拉库姆盆地进入短暂的周缘前陆盆地阶段。其晚二叠世-三叠纪的沉积中心在北阿姆河坳陷,木尔加布坳陷和科佩特山前坳陷,沉积环境主要为陆相,三叠纪发生海侵,部分地区接受海相沉积。岩石类型主要为陆源碎屑岩、火山岩及少量灰岩。
关键词: 卡拉库姆盆地    晚二叠世-三叠纪    弧后裂谷    周缘前陆盆地    古特提斯    增生楔    

中图分类号:P542    doi: 10.3969/j.issn.0563-5020.2016.01.014

卡拉库姆盆地位于中亚地区图兰地台南部(安作相等,1993),北西走向,是中亚地区最重要的含油气盆地之一(图 1)。它因为其丰富的油气资源及与塔里木盆地的密切关系而得到中国学者的广泛关注和研究。以往的研究多集中在与国内盆地在沉积,构造和石油地质条件等方面的类比(王素华等,1999白国平等,2007游国庆等,2010)。国外学者近年来则主要进行了油气地质特征和勘探潜力方面的综合研究(Clarke,1994Otto,1997)。然而由于基础地质资料的缺乏及地缘政治的原因,在非俄文文献中很少涉及卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪构造属性的研究讨论。卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪的构造属性确定了盆地整体的构造格架,奠定了盆地发展的基础,对侏罗纪及之后盆地的发展及油气的生成、 运移及储集方面都起到了关键性作用。因此,对卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪的构造属性的研究,有助于正确认识卡拉库姆盆地的地质和石油地质特征,对中亚大地构造也有重要意义。

1 图兰地台

图兰地台是中亚的哈萨克斯坦南部和乌兹别克斯坦、 土库曼斯坦西北部的广袤低地。其西北部同俄罗斯克拉通相接,北部与西伯利亚克拉通相连,西部深入里海与斯基夫地台相望,东接天山山脉和帕米尔高原,南界为科佩特山脉。其发展演化主要分为两个阶段(Garzanti et al.,2002): 1)古生代增生到阿尔泰的南部边缘; 2)晚二叠世—第三纪盆地在此基础上发展。其统一性主要表现在地台盖层的结构及年龄的相似性方面(王素华等,1999)。

图1 研究区位置图(据Natal'in et al.,2005修改) Fig.1 Location of study area(modified after Natal'in et al.,2005)
2 卡拉库姆盆地的大地构造位置及构造单元划分

2.1 大地构造位置

卡拉库姆盆地是图兰地台东南部的一个大型沉积盆地(徐文世等,2009李洪玺等,2010),盆地北为南天山造山带(古亚洲洋造山带的一部分),南为科佩特山(古特提斯造山带的一部分),东以阿富汗—塔吉克盆地和阿莱盆地与塔里木盆地相连,西邻里海。盆地基底是古生代海西期褶皱基底,上二叠统—三叠系为基底和盖层的过渡层。许多大地构造学家认为卡拉库姆盆地与塔里木盆地位于统一的卡拉库姆—塔里木板块之上,直至中新世帕米尔突刺地向北楔入才导致两个盆地分开。

2.2 构造单元划分

卡拉库姆盆地的区域构造特征,根据基底起伏和沉积盖层的构造形态,划分出北阿姆河坳陷、 中央卡拉库姆隆起、 巴哈尔斜坡、 科佩特山前坳陷和木尔加布坳陷5个一级构造单元(图 2)。

图2 卡拉库姆盆地构造单元划分图 (1).布哈拉台阶;(2).查尔朱台阶;(3).希文凹陷;(4).扎翁古兹凹陷;(5).巴加德任台阶;(6).卡拉别卡乌尔凹陷;(7).别什肯特凹陷;(8).乌恰德任隆起;(9).奥博如彻凹陷;(10).北卡拉比里凹陷;(11).巴德郝兹-卡拉比里隆起带;(12).卡拉依莫尔凹陷;(13).别乌尔杰什克台阶 Fig.2 Division of tectonic units of the Karakum Basin

1 )北阿姆河坳陷: 此构造单元占据了盆地的中部和东北部;西与中央卡拉库姆隆起相邻,南与木尔加布坳陷相接,北被克孜勒库姆中央隆起所限,东为努拉京外陆台边缘带; 主要包括布哈拉台阶,查尔朱台阶,希文凹陷等二级构造单元。

2)中央卡拉库姆隆起: 位于卡拉库姆盆地的西北部,四周都有断裂带分布,成为与相邻构造单元的交界线。

3 )巴哈尔斜坡: 位于中央卡拉库姆隆起的南部,为中央卡拉库姆隆起向科佩特山前坳陷的过渡带,代表一个相对平缓的构造单元。

4)科佩特山前坳陷: 位于卡拉库姆盆地的西南边缘地带,是科佩特山脉北麓的山前坳陷,北西走向,和科佩特褶皱带相伴随。

5 )木尔加布坳陷: 位于盆地的南部,北与北阿姆河坳陷相邻,西与巴哈尔斜坡和科佩特山前坳陷相接,西南被科佩特山脉所限,南面和东南面延伸进入阿富汗境内;主要包括乌恰德任隆起,北卡拉比里凹陷等二级构造单元。

3 卡拉库姆盆地前侏罗纪的构造演化

卡拉库姆盆地前侏罗纪的构造演化分为以下4个阶段(图 3)

图3 图兰地台前侏罗纪构造演化示意图 Fig.3 Tectonic evolution of Turan platform in pre-Jurassic

石炭纪之前古特提斯洋壳开始向北俯冲增生,在阿尔泰的南缘形成增生杂岩。阿尔泰的南部边缘缓慢向南增生(Şengör et al.,1993)。

石炭纪,古特提斯洋壳继续向北俯冲,在已经形成的增生杂岩之上形成了一个岩浆弧,这个岩浆弧沿着欧亚大陆的南部边缘从华北一直延伸到黑海,这些地区都有火山岩的证据(Natal'in et al.,2005)。卡拉库姆盆地基底岩石中包括各种各样的岩石类型,包括洋壳残余。其中,石炭纪的火山岩广泛发育,并且产生了特征性的线性正磁异常(Ulmishek,2004)。岩性从酸性的流纹岩到基性的玄武岩都有分布,并且伴随有凝灰岩,但以安山岩为主,代表石炭纪岩浆弧的存在,Natal'in(2005)把这个岩浆弧叫做丝路弧(Silk Road Arc),并且认为在石炭纪—早二叠世的时间段内这个岩浆弧是一个连续的实体。丝路弧是一个增生弧,是在增生杂岩之上形成的岩浆弧。卡拉库姆盆地的基底就是在这样不断增生的过程中形成的。

晚二叠世—三叠纪,古特提斯洋壳继续向北俯冲,在丝路弧的南部,北帕米尔—马什哈德弧形成,此岩浆弧从北帕米尔一直延伸到北伊朗的马什哈德地区(Şengör et al.,1996)。由于资料的缺乏,其向西的延伸是有疑问的。北帕米尔—马什哈德岩浆弧与丝路弧一样建立在已经形成的增生杂岩之上,是一个增生弧,其存在的时代为晚二叠世—三叠纪,卡拉库姆盆地二叠纪—三叠纪广泛分布的火山岩与此相关。此时,卡拉库姆盆地位于弧后构造部位,处于拉张构造背景,在盆地的内部发育了一些正断层(图 4图 5)。

晚三叠世的基墨里事件: 晚三叠世末期,中伊朗地块、 阿富汗地块、 中帕米尔地块及羌塘地块与欧亚板块碰撞,古特提斯洋闭合(Otto,1997),卡拉库姆盆地进入短暂的周缘前陆盆地演化阶段。

图4 卡拉库姆盆地A-B地质剖面(剖面位置见图 2)(据安作相等,1993修改) Fig.4 A-B geological profile in Karakum Basin(see location in Fig. 2)(modified after An et al.,1993)
4 卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪的沉积特征

晚二叠世—三叠纪时,古特提斯洋壳继续向北俯冲,在丝路弧的南部形成了北帕米尔—马什哈德岩浆弧,此时卡拉库姆盆地处于弧后拉张的构造位置,在盆地中形成了许多正断层(图 4图 5)。盆地从北东向南西呈断阶式下降,显示为北东抬起的不对称箕状盆地(图 4)。在这样的构造背景下,卡拉库姆盆地在晚二叠世—三叠纪发生了较强烈的裂谷作用,在盆地中沉积了较厚的碎屑岩和火山岩,沉积物平均厚度在6 km左右(图 4图 6)。在科佩特山前坳陷(图 4),北阿姆河坳陷中的别乌尔杰什克凹陷(图 5)

图5 卡拉库姆盆地C-D地质剖面(剖面位置见图 2) Fig.5 C-D geological profile in Karakum Basin(see location in Fig. 2)

图6 卡拉库姆盆地各构造单元地层对比图 Fig.6 Stratigraphic correlation diagram of each structural unit in Karakum Basin

及木尔加布坳陷中的北卡拉比尔凹陷上二叠统—三叠系沉积物的厚度最大可达10 km。其中在科佩特山前坳陷的bd井(图 2)中钻遇了二叠系—三叠系的分选差的砾岩、 凝灰岩和钙碱性的火山岩。在希文凹陷中的ac1井(图 2)中钻遇了二叠系—三叠系的玄武岩、 安山岩和英安岩。在ac2井(图 2)中钻遇了二叠系—三叠系的红色钙质泥岩和页岩,分选不好的灰色砂岩和大量的花岗岩类岩石及中性火山碎屑岩。在卡拉别卡乌尔凹陷的fb井(图 2)中钻遇了砂岩、 砾岩、 页岩和灰岩,灰岩的孢粉年龄为二叠纪—三叠纪,这些岩石的碎屑物质分选不好,说明了沉积地点离物源很近。在巴哈尔斜坡的md井(图 2)中钻遇了654 m厚的安山岩、 玄武岩和它们的碎屑岩,这些岩石不包含化石,通过地层对比推断它们的年龄为二叠纪—三叠纪(Natal' in et al.,2005)。晚三叠世末期,由于伊朗地块等与欧亚大陆的碰撞,古特提斯洋闭合,卡拉库姆盆地进入短暂的周缘前陆盆地演化阶段。这次碰撞使得盆地中较高的部位如中央卡拉库姆隆起,布哈拉台阶、 查尔朱台阶等地(图 6)上二叠统—三叠系的沉积物被部分或者完全剥蚀,在地质剖面(图 5)及地层对比图(图 6)上显示为缺失上二叠统—三叠系的沉积物。

综上,卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪的沉积环境主要为陆相,三叠纪发生海侵,盆地中较深的地方变为海相,沉积中心主要在北阿姆河坳陷、 木尔加布坳陷和科佩特山前坳陷,岩性主要为陆源碎屑岩、 火山岩及少量的灰岩。

6 结 论

(1)卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪位于北帕米尔—马什哈德弧的弧后的构造部位,具有弧后裂谷的性质。

(2)卡拉库姆盆地前侏罗纪的构造演化分为4个阶段: 1)石炭纪之前古特提斯洋壳开始俯冲,2)石炭纪—早二叠世形成丝路弧,3)晚二叠世—三叠纪北帕米尔—马什哈德弧形成,卡拉库姆盆地处于弧后拉张的构造部位,4)晚三叠世末伊朗等地块与欧亚大陆碰撞,卡拉库姆盆地进入短暂的周缘前陆盆地阶段。

(3)卡拉库姆盆地晚二叠世—三叠纪的沉积中心在北阿姆河坳陷、 木尔加布坳陷和科佩特山前坳陷。沉积环境主要为陆相,三叠纪发生海侵,部分地区接受海相沉积。岩石类型主要为陆源碎屑岩、 火山岩及少量灰岩。

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Discussion of structural attributes for Karakum Basinin Late Permain-Triassic

Zhang Qiang1, Zhang Guangya2, Li Yuejun1, Wen Zhixin2, 1, Zhao Yan1, Liu Yalei1    
1. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;
2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083
Abstract: Karakum Basin, which is located in the south of Turan platform, NW trending, is one of the most important petroliferous basins in central Asia. The tectonic attributes of basin in Late Permian-Triassic has always been around a lot of controversy. According to the drilling, geophysics and outcrop data, we think that the Karakum Basin is a sedimentary basin which has a basement with accretionary complexes. It has nature of back-arc rift in Late Permian-Triassic. The evolution of Pre-Jurassic in Karakum Basin can be divided into four stages:1)Paleotethys oceanic crust began to subduction before Carboniferous; 2)Silk Road Arc formed in Carboniferous-Early Permian; 3)Karakum Basin is located in the back-arc extensional position when Mashhad-North Pamir Arc formed in Late Permian-Triassic; 4)Karakum Basin became a peripheral foreland basin in short week stage when Iran blocks collided with Eurasia in the end of Late Triassic. The depocenter of basin is North Amu-Darya, Murgab and Kopet Dag foredeep. The depositional environment is conventional facies, and some areas received transgression and became marine in Triassic. Rock types are mainly siliciclastic rocks, volcanic rocks and a small amount of limestone.
Key words: Karakum Basin    Late Permian-Triassic    Back-arc rift    Peripheral foreland basin    Paleotethys    Accretionary complexes