1000 0569/2019/035(04) 1107 20ActaPetrologicaSinica 岩石学报doi:10 18654/1000 0569/2019 04 09准噶尔盆地乌伦古坳陷中 新生代构造演化及成因机制
文磊1 孙相灿1 李程2 周新桂1 杜小弟1 高永进1 易立1 龚晓星1
WENLei1,SUNXiangCan1,LICheng2,ZHOUXinGui1,DUXiaoDi1,GAOYongJin1,YILi1andGONGXiaoXing1
1 中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100083
2 DepartmentofGeography,KyungHeeUniversity,Seoul02447
1 Oil&GasSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Beijing100083,China
2 DepartmentofGeography,KyungHeeUniversity,Seoul02447,Korea
2018 11 01收稿,2019 02 09改回
WenL,SunXC,LiC,ZhouXG,DuXD,GaoYJ,YiLandGongXX 2019 Meso andCenozoictectonicevolutionandformationmechanismoftheWulungudepression,JunggarBasin ActaPetrologicaSinica,35(4):1107-1120,doi:10 18654/1000 0569/2019 04 09
Abstract LocatedinthenortheasternJunggarBasinandthesouthernAltayMountains,theWulungudepressioncanbedividedintotheHongyanstep faultzone,SuosuoquansagandSouthernslopezone,strikeNW SE TheMesozoicandCenozoicErathemdevelopedquitecompletely:UpperTriassicandtheJurassicgrowthstratadepositedtowardstheburiedLulianguplift;CretaceoussystemdepositedonlapthetopoftheJurassic;Paleogene,NeogeneandQuaternarydepositedsteadily ThebottomoftheMesozoicErathemisdeepestintheSuosuoquansag,andrisestowardtheSouthernslop
ezonegradually TheMesozoicErathemintheHongyanstep faultzoneisdenudedandtheCenozoicErathemdepositedoverlayonthePaleozoicErathemdirectly Basedonthegrowthstrata,theunconformityandtheinvolvedlayerage,wecanconclude:duringEarlytoMiddleTriassic,theWulungudepressionstayupliftanddenudationasthesameasPermian,lackofdeposit;duringLateTriassictoJurassic,theLuliangupliftrisescontinuouslyandthegrowthstratadepositedintheWulungudepression;theHongyanstep faultzoneformedduringtheCretaceous;thethruststructureweakenedduringPaleogene,andthePaleogenedepositedsteadily;boththrustandnormalfaultsdevelopedduringNeogenetoQuaternary WulungudepressionismainlycontrolledbytheAltayintracontinentalorogenicbeltsduringtheMesozoicEra,andbelongstoAltayMesozoicintracontinentalforelandbasinsystem:the
wedge topdepozoneextendsfromAltayMountainstowardsthesouthuntilCretaceousextendsinHongyanstep faultzone;forebulgezoneisintheLuliangupliftandrisesduringLateTriassictoJurassic DuringPaleogene,withtheorogenyweakened,Wulungudepressionundergoestheregionalsubsidence TheNorthTianshanintracontinentalorogenyformedunderthefarfieldeffectoftheIndia EurasiacollisionduringNeogenetoQuaternary WulungudepressiondevelopedsomeslightthruststructuresbecauseoffarfromtheNorthTianshanMountains,andthenormalfaultsformedduringthetectonicpausebetweentwosuccessivethrustpulsesunderthefarfieldeffectoftheIndia Eurasiacollision
Keywords AltayMountains;NorthTianshanMountains;Wulungudepression;Intracontinentalorogenicbelt;Hongyanstep faultzone;Normalfaults
摘 要 乌伦古坳陷位于准噶尔盆地东北部、阿尔泰山南缘,由北西 南东走向的红岩断阶带、索索泉凹陷和南部斜坡带组成。坳陷内上三叠统直接覆盖在石炭系基底之上,上三叠统和侏罗系发育生长地层,白垩系向红岩断阶带方向超覆沉积在侏罗系顶削蚀不整合面之上,古近系、新近系和第四系较稳定地沉积在白垩系顶小角度不整合面之上。索索泉凹陷中生界底面最深,往南部斜坡带逐渐抬高。红岩断阶带中生界被抬升剥蚀,古生界之上直接覆盖新生界。根据生长地层、不整合面、卷入变形的地层时代判断:早 中三叠世乌伦古坳陷延续了二叠纪的隆升剥蚀格局,地层缺失;晚三叠世 侏罗纪陆梁隆起隆升,在坳陷内沉积生长地层,局部发育逆冲断层;白垩纪为红岩断阶带主形成期,白垩系朝着红岩断阶带超覆沉积于侏罗系之上;古
本文受中国地质调查局二级项目(DD20160170、DD20190090、DD20160203)资助.
第一作者简介:文磊,男,1989年生,博士,构造地质学专业,E mail:wenleiucas@163.com
近纪构造变形微弱,沉积较为稳定;新近纪 第四纪发育挤压构造和正断层。乌伦古坳陷中生代受阿尔泰陆内造山作用制约,
属于阿尔泰中生代陆内前陆盆地系统的一部分:楔顶带从阿尔泰山不断往南扩展,到白垩纪扩展到乌伦
古坳陷红岩断阶带;
前隆带位于陆梁隆起,并于晚三叠世 侏罗纪挠曲隆升。古近纪造山作用减弱,乌伦古坳陷区域沉降,地层较稳定沉积。新近
纪 第四纪受印度 欧亚板块碰撞作用的远程效应影响,北天山发生陆内造山作用,乌伦古坳陷远离北天山,挤压构造变
形相对较弱。新近纪 第四纪正断层为造山间歇期形成的区域性伸展构造,代表了中亚地区晚新生代脉动式冲断作用
的一个间歇期。
关键词 阿尔泰山;北天山;乌伦古坳陷;陆内造山带;红岩断阶带;正断层
中图法分类号
P542图1 准噶尔盆地及研究区位置图(据Xiaoetal ,2009;Maetal ,2012;赵淑娟等,
2014;Tangetal ,2015;Yangetal ,2015;Wenetal ,2017修
改)Fig.1 LocationoftheJunggarBasinandstudiedarea(modifiedafterXiaoetal ,2009;Maetal ,2012;Zhaoetal ,2014;Tangetal ,2015;Yangetal ,2015;Wenetal ,2017)
中亚造山带地处亚洲大陆中心,周围被西伯利亚板块、
俄罗斯克拉通、塔里木板块和华北克拉通所围限(图
1a),是全球显生宙陆壳增生与陆内改造作用最显著的地区,在十亿年来的陆壳演化过程中,经历了陆缘增生、后碰撞和陆内造山作用3个
阶段,完备的大陆演化过程以及丰富的矿产和能源资源使得中亚造山带成为研究大陆演化过程及其成矿机
理的天然实验室(Jahnetal ,2000;Jahn,2004;肖文交等,2008;Xiaoetal ,2009,2010,2013;XiaoandSantosh,2014;郭召杰等,2010)
。天山造山带位于中亚造山带的南缘(图1b),是晚古生
代 中生代形成的碰撞造山带,受印度 欧
亚板块碰撞作用远8011ActaPetrologicaSinica
岩石学报2019,35(
4)
图2 乌伦古坳陷构造位置及其构造单元划分图(据任新成,2008;王学斌等,2014;Tangetal ,2015)
位置见图1;图3 图6剖面位置见此图
Fig.2 Tectoniclocationandtectonicunitsdivideo
ftheWulungudepression(modifiedafterRen,2008;Wangetal ,2014;Tangetal ,2015)
LocationshowninFig 1;profilelocationofFig 3 Fig 6showninthisfigure程效应的控制形成了天山新生代陆内造山带及其陆内前陆盆地(李曰俊等,2001,2009;汪新等,2002;方世虎等,2004;郭召杰等,2006,2007;漆家福等,2008;杨庚等,2016;文磊等,2016)。其中北天山新生代陆内造山作用在准噶尔盆地南缘形成了强烈的褶皱冲断构造,并对准噶尔盆地新生代构造格局、变形特征和沉积演化等产生了重要影响(方世虎等,
2004;管树巍等,2006;杨庚等,2016)。
阿尔泰造山带位于中亚造山带腹部,南与准噶尔盆地相邻,北进入蒙古、俄罗斯和哈萨克斯坦境内(图1b),是晚古生代西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块碰撞形成的(郑常青等,2003;徐学纯等,2005;肖文交等,2008;陈汉林等,2006;任宝琴等,2011),并于中生代以来进入陆内造山阶段,在准噶尔盆地东北缘形成了强烈的挤压冲断构造(袁万明等,2004;赵淑娟等,2014)。
准噶尔盆地位于中亚造山带南部,整个盆地呈三角形夹持在南部的天山造山带、东北部的阿尔泰造山带
和西北部相互隔断的扎伊尔山和哈拉阿拉特山之间(图1b),是发育在古生代基底之上的中 新生代沉积盆地,中 新生代盆地的形成演化受控于周围造山带同期构造活动的制约(马宗晋等,2008;宋传春,2012)。
乌伦古坳陷是准噶尔盆地东北部的一个大型一级构造单元,呈NW走向近菱形展布,东北以青格里底山 福津盆地为界,西南与陆梁隆起相邻,北西抵德伦山一带,东南到达克拉美丽山前(图2)。坳陷以石炭系为基底,上覆沉积地层主要为上三叠统、侏罗系、白垩系和新生界。根据构造变形特征和沉积地层特征可将乌伦古坳陷划分为红岩断阶带、索索泉凹陷和南部斜坡带三个二级构造单元(任新成,2008;杨朝等,2015)。红岩断阶带为乌伦古坳陷东北部逆冲推覆带,逆冲断层规模大,中生界几乎全部被抬升剥蚀,新生界直接不整合覆盖在石炭系之上。坳陷内主要发育吐丝托依拉断裂、伦2井南断裂、乌伦古东断裂、红盆断裂和喀拉萨依断裂等(图2)。索索泉凹陷为一北深南浅的NW SE向长条形凹陷,侏罗系和白垩系沉积厚度大,为乌伦古坳陷的主体部分。南部斜坡带基底朝陆梁隆起方向逐渐抬升,侏罗系朝陆梁隆起方向逐渐减薄,上三叠统朝陆梁隆起方向略有减薄。
阿尔泰造山带在中生代发生了强烈的陆内造山作用(赵淑娟等,2014),在乌伦古坳陷形成了强烈的挤压构造,并沉积了较厚的中 粗粒碎屑岩系(Howardetal ,2003)。晚白垩世 古近纪早期阿尔泰及周缘地区经历了广泛的准平原化作用(Dobretsovetal ,1996;DeGraveetal ,2007a,b,2009),
9011
文磊等:准噶尔盆地乌伦古坳陷中 新生代构造演化及成因机制
表1 乌伦古坳陷地层简表(据林璐等,
2011;Tangetal ,2015)Table1 StratigraphicaltableoftheWulungudepression(modifiedafterLinetal ,2011;Tangetal ,2015)
界系统
组代号厚度(m)岩性描述资料来源
新生界第四系Q100~500砂岩、泥岩和砂砾岩
新近系N0~500泥岩、砂质泥岩夹透镜状砾岩古近系
E50~150泥岩、粉砂岩,顶部和底部为含砾砂岩新福地1井、伦8井、伦2井、伦参1井、乌参1井等
中生界白垩系
侏罗系
三叠系上统下统中统下统上统东沟组K2d50~200灰白砂岩、灰砾岩、褐泥岩、砂质泥岩吐谷鲁K1tg500~1600褐泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩、底部为灰绿角砾岩头屯河组J2t100~600杂砂岩、泥岩夹砾岩
西山窑组J2x100~800砂、泥岩互层,夹碳质泥岩及煤线,底部为砂砾岩
三工河组J1s100~650灰绿泥岩为主夹砂岩八道湾组J1b100~600灰砂岩夹泥岩,含煤,底部为砾岩白碱滩组T3b
20~400
上部砂岩与泥岩互层,下部泥岩夹少量薄层砂岩伦8井、伦5井、伦3井、伦参1
井、乌参1井等古生界石炭系
C
灰凝灰岩、凝灰质砂岩夹灰黑凝灰质泥岩
新福地1井、伦5井、伦8井在乌伦古坳陷表现为古近系底的区域性不整合,新生界较为平整的覆盖在该不整合面之上。乌伦古坳陷新生代构造变形较弱,针对该区新生代构造变形特征和演化过程的研究较少。新生代准噶尔盆地南缘强烈的褶皱冲断作用与乌伦古坳陷相对平静的新生代构造形成了明显的反差。究竟印度 欧亚板块碰撞的远程效应在乌伦古坳陷产生了什么影响?从中生代到新生代该区构造变形强弱演化发生了什么样的转变?这对于探索中亚造山带在中 新生代的演化过程及其大陆动力学机制具有重要意义。
1 地层概况乌伦古坳陷是发育在石炭系基底之上的中 新
生代坳陷,构造演化控制了地层沉积特征。石炭系基底之上主要沉积地层有上三叠统、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系,缺失二叠系和下、中三叠统(表1)
。石炭系(C)是乌伦古坳陷的基底构造层(林璐等,2011;Tangetal ,2015),以火山岩夹沉积岩为主,新福地1井、伦5井和伦8井等钻揭的石炭系主要为一套凝灰岩和凝灰质砂
岩夹凝灰质泥岩。
上三叠统白碱滩组(T3
b)在全区稳定分布,以湖相三角洲砂岩、泥岩为主,局部含碳质泥岩。侏罗系(J)沉积厚度大,以辫状河流、三角洲、滨浅湖相砂泥岩为主。下侏罗统八道湾组(J1
b)为一套含煤岩系,以粗碎屑岩为主,底部常沉积一套底砾岩。下侏罗统三工河组(J1
s)
以含砾砂岩、细砂岩、粉砂岩和泥岩为主。中侏罗统西山窑组(J2
x)为灰砂砾岩、砂岩、泥岩、煤层或碳质泥岩组成的2~3个正粒序沉积旋回,煤层在全区稳定分布。中侏
罗统头屯河组(
J2
t)为灰泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与褐灰砂岩不等厚互层,并组成多个正粒序旋回。白垩系(K)发育下统吐谷鲁(K1
tg)和上统东沟组(K2
d)。吐谷鲁(K1
tg)主要为灰绿细砂岩与棕、褐红、灰绿泥岩夹粉砂岩,底部发育一套灰绿角砾岩。东沟组(K2
d)上部为紫红泥岩与泥质粉砂岩互层,下部为紫红粉砂岩夹红泥岩、粉砂质泥岩,底部为杂、灰黑砂砾岩夹紫红泥岩。古近系(E)沉积较为稳定,厚度50~150m,
岩性以泥岩、粉砂岩为主,顶部和底部均发育含砾砂岩。
古的反义词是什么新近系(N)沉积厚度变化大,地层厚度0~500m,岩性以泥岩、粉砂质泥岩为主,局部夹透镜状砂砾岩。第四系(Q)厚度100~500m,呈半固结 固结状,岩性以砂岩、泥岩和砂砾岩为主。2 构造变形样式2 1 晚新生代伸展构造:新近纪 第四纪正断层在精细的地震剖面解释基础上,我们首次发现乌伦古坳陷发育新近纪 第四纪正断层(图3c、图4b,c)。这些正断层有的成对相间发育组成堑 垒构造(图3④),有的发育在早期逆断层之上,形成负反转构造(图3③)。正断层断穿最新地层显示这些正断层活动时间主要为新近纪 第四纪(图4b,
0111ActaPetrologicaSinica
岩石学报2019,35(
4)
图3 乌伦古坳陷北东 南西向地震剖面A A’构造解释图
Fig.3 SeismicprofileA A’acrosstheWulungudepressionc)。由于乌伦古坳陷中新生代主体以挤压构造变形为主,且正断层发育规模小,所以这些正断层极易被研究者所忽略。
在区域挤压构造背景下,这些正断层的发现对于研究区域中 新生代构造演化过程具有重要意义。
2 2 陆梁隆起隆升过程的同沉积地层:南部斜坡带上三叠统、侏罗系生长地层
前人依据乌伦古坳陷侏罗系内部不整合面、生长背斜、逆冲断层等,认为乌伦古坳陷侏罗纪主要构造变形为强烈的
挤压冲断构造,并对挤压构造变形特征和形成时间等展开了大量的研究,获得了较好的研究成果(林璐等,2011;王学斌等,2014;赵淑娟等,2014;杨朝等,2015;曹高社等,2017)。侏罗纪挤压构造变形确实存在,但上三叠统、侏罗系沿着陆梁隆起北坡,即乌伦古坳陷南部斜坡带发育的生长地层(图
3②、图4②、图5②)则指示了更清晰的地质信息。这些地质信息清楚地记录了陆梁隆起在中生代的活动过程,为乌伦古
坳陷中生代构造格局和构造演化过程的重塑提供了可靠的地质依据。上三叠统整体沉积厚度较为稳定,朝着陆梁隆起方向有轻微的减薄,生长地层特征最弱,部分地区三叠系被陆梁隆起边界断裂所截。而侏罗系向陆梁隆起方向减薄的趋势更加明显,生长地层非常发育,相对而言侏罗纪的挤压构造变形仅仅表现为宽缓褶皱和局部的冲断构造,而生长地层则指示了陆梁隆起从晚三叠世开始持续到晚侏罗世长时期的隆升过程,并控制了乌伦古坳陷的构造格局及地层沉积特征。
2 3 三大区域不整合面:上三叠统底不整合面、侏罗系顶不整合面和古近系底不整合面
除了侏罗系内部、白垩系内部或新生界内部发育的次级不整合面(不整合面上一般发育底砾岩,以平行不整合或小
角度不整合为主),乌伦古坳陷中新生代主要发育三大区域不整合面,分别为上三叠统底不整合面、侏罗系顶的削蚀不整合面和古近系底的削蚀不整合面。
乌伦古坳陷缺失二叠系和下、中三叠统,上三叠统直接覆盖在石炭系之上,形成了上三叠统与石炭系基底之间的区域性不整合面(图3a、图4a、图5a)。该不整合面是从二叠纪持续到中三叠世区域隆
升剥蚀形成的,石炭系顶部遭受了一定程度的剥蚀,直到晚三叠世乌伦古坳陷才开始沉降重新接受沉积。地震剖面上该不整合面非常明显,不整合面之下石炭系反射杂乱,局部有地层反射轴但不连续,该区石炭系地表出露较少,钻井部分揭示为认识石炭系的主要来源;不整合面之上中新生界反射轴清晰且连续。该不整合面为该区
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文磊等:准噶尔盆地乌伦古坳陷中 新生代构造演化及成因机制
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