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准噶尔盆地南缘白垩系呼图壁组地球化学特征.rar

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    准噶尔盆地 白垩 呼图壁 地球化学 特征
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    准南前陆盆地构造特征及演化史一、构造演化准噶尔盆地南缘构造格局是在前寒武纪结晶基底和石炭系褶皱基底的双重基底基础之上,经历了晚海西、印支、燕山、喜山期等四个构造运动而发展起来的。同构造期次相对应,构造格局的形成经历了四个阶段:即晚石炭世~早二叠世的海相、残留海相前陆盆地阶段、中晚二叠世陆相前陆盆地阶段、中生代振荡型陆内坳陷盆地阶段和新生代再生前陆盆地阶段。因此,我们现在所讲的准南前陆盆地通常是指的新生代盆地,它叠置在早期不同类型盆地之上的。地层系统 构 造 演 化 阶 段系 统 组 段 魏国旗第四系上新统 独山子组(N 2d)塔西河组(N lt)上第三系中新统 沙湾组(Nls)再生前陆盆地渐新统安集海河组(E 2-3α)下第三系古新统紫泥泉子组(E 1-2z)陆内前陆盆地阶段陆内前陆盆地上统 东沟组(K 2d)白垩系 下统 吐谷鲁群(K ltg)喀拉扎组(J 3k)上统齐古组(J 3q)构造弱变形阶段头屯河组(J 2t)中统西山窑组(J2X)三工河组(J lS)侏罗系下统 八道湾组(Jlb)边缘断陷盆地阶段郝家沟组(T 3hj)上统黄山街组中统 克拉玛依组烧房沟组三叠系下统韭菜园子组振荡型陆内坳陷阶段坳陷盆地上统 下苍房沟群 (P2ch)前陆盆地红雁池组(P 2h)二叠系 中统 芦草沟组(P 21)边缘裂谷(陷)盆地周缘前陆盆地发展阶段前陆盆地井井子沟组(P 2j)乌拉泊组(P 2wl)下统 下芨芨槽子群 (P1jj)石炭系柳树沟组(C 2l)海相及残留海相前陆盆地阶段(一)海相或残留海相前陆盆地阶段中、晚石炭世末期是准噶尔盆地发展演化过程中的重要转折时期。晚石炭世~早二叠世为准~吐板块与塔里木板块碰撞,从而揭开北天山推覆构造和准南前陆盆地沉积演化的序幕。早二叠世早期,盆地周缘海槽基本收缩闭合,仅在盆地东南部博格达等地区残存海槽。此期构造作用主要表现为西准噶尔造山带强烈地自西向东推覆,造成盆地基底西倾,在盆地西部形成并发育了前陆型海相沉积盆地。南缘则表现为残留海~陆相过度阶段。(二)二叠纪周缘前陆盆地发展阶段早二叠世晚期,盆地周缘海槽己经全部褶皱成山,火山活动减弱,由于盆地周缘褶皱山系向盆地的冲断推覆作用,致使风城期准噶尔盆地于边缘冲断推覆带前缘形成了三个独立发展的前陆盆地,即西北缘前陆盆地、南缘前陆盆地和东北缘前陆盆地,残留的海水主要分布在这三个前陆盆地中,正是由于这三个前陆盆地的发育,准噶尔盆地进入了分割性沉积阶段,盆地坳隆格局初具规模,形成玛湖~盆一井西坳陷、北天山山前昌吉坳陷和多个隆起区。这一阶段,昌吉坳陷开始形成。中二叠世,全盆地分割局面得到初步统一,但是沉积坳陷仍然受控于深大断裂,多个沉积中心并存。晚二叠世盆地内部基本填平补齐,二叠系顶部的上乌尔禾组以比较稳定的厚度在盆地中广泛发育。晚二叠世,北天山经准噶尔地体与塔里木地体碰撞开始成山,准噶尔南缘形成山前坳陷。到晚二叠世末期,在四棵树地区经历较强烈的晚海西期运动,形成和缓的褶皱及断裂,如艾卡断裂、高泉断裂、托斯泰北断裂。此时,高泉、卡因迪克构造己具雏形。随着沉积范围的不断扩大,各个小凹陷相继被填平,除了车排子隆起以西及托斯台地区仍为隆起外,其他地区连成一片,加入到同一盆地行列,从此开始陆相同一盆地发展阶段;而此时山前断裙带表现为以大幅度沉降为主的振荡作用,为连续沉积,形成南厚北薄的箕状坳陷。这一阶段,第一排构造断块隆升并形成山前推举带前缘断裂(如南安集海断裂、齐古北断裂等):东部地区博格达山开始形成。(三)三叠纪~白垩纪振荡型陆内坳陷阶段中、新生代时期,我国西部盆地的发展与特提斯构造演化密切相关。自三叠纪开始准噶尔盆地进入坳陷发展阶段,各时代沉积主要受控于重力均衡作用,断裂多具有同生性质,对坳陷的发育也具有一定的控制作用。在漫长的坳陷发育中经历了两次较为强烈的改造运动:印支、燕山运动。印支运动构造期盆地总体表现以坳陷作用为主,在南缘西部特别是安集海及东部博格达山一带叠加了一定程度的推覆,并对东部地区产生比较明显的影响。三叠纪末期,盆地发生整体抬升,形成了三叠系和侏罗系之间的区域性不整合,此后进入了燕山运动影响的坳陷阶段。燕山运动是指在整个侏罗纪、白垩纪期间发育于我国全境的重要构造运动。在准噶尔盆地燕山运动主要表现为三幕:第一幕:在南缘托斯台地区,头屯河组与下伏地层有明显的角度不整合接触;第二幕:以白垩系吐谷鲁群与下伏地层区域性不整合为代表,此幕对盆地影响广泛。在南缘博格达山强烈升起,并形成推覆构造;第三幕:为白垩纪末期的构造运动,可以见到下第三系与下伏地层之间的局部不整合。从上述论述中可以看出,印支运动和燕山运动对整个盆地的影响十分巨大,为准噶尔盆地两大重要的成盆期,具体到南缘的西、中、东段又表现为不同的构造演化形式:对四棵树凹陷来讲:印支运动,在本区表现为持续性隆升,在二叠系风化夷平基础上,研究区多数地区遭受到剥蚀或未接受沉积,托斯台局部地区见三叠系超覆于石炭系之上。侏罗纪是准噶尔盆地发展的全盛时期,沉积范围达到最大,燕山末期研究区沉积边界己达到托斯台地区。由于受西北缘冲断带的影响,车排子地区大部分侏罗系、白垩系均遭剥蚀,同时受车排子高地的抵柱及南部挤压应力的作用,四棵树凹陷从南缘统一的坳陷中分离开来,形成相对独立的次一级负性单元,而在车排子突起东南方向挤压形成卡因迪克、西湖、独山子一线走滑断裂系统,并伴随形成雁列式的伴生构造。白垩纪,北天山局部发生隆升作用,坳陷收缩,剥蚀夷平作用加大,剥蚀区己经高度准平原化,沉积范围较侏罗系有所减小,自东向西、自北向南地层减薄明显。对中段山前断褶带讲:三叠纪,本区表现为大幅度沉降为主的振荡运动,山前为连续沉积,形成南厚北薄的箕状坳陷,这一阶段,第一排构造断块隆升并形成山前推举带前缘断裂(南安集海断裂,齐古北断块等)。侏罗纪-白垩纪:燕山期,推覆体相盆地扩展,第一排构造持续隆升,中晚侏罗世,第一排构造带开始形成,具构造雏形:侏罗纪末期,第二、第三排构造具构造雏形,并伴随形成南倾的主控断裂,构造幅度向北依次减弱,白垩纪末(燕山末期),三排构造幅度均有不同程度增加。对东段阜康断裂带来讲:三叠纪中晚期的印支运动,在阜康断裂带表现得相对较弱,主要是一些海西末期形成的断裂在张应力作用下开始活化。这时的甘河子北断裂、五梁山断裂都从海西期的逆断裂转变为正断裂,上盘沉积了比下盘更厚的以暗色泥岩为主的湖相小泉沟群。三叠纪末期的印支运动,阜康断裂带轻微抬升,小泉沟群上部地层遭到剥蚀。侏罗纪早中期,阜康断裂带在继承三叠纪沉积之上,广泛接受了一套湿润潮湿环境下的河沼相含煤建造一水西沟群。水西沟群沉积之后的燕山一幕构造运动在阜康断裂带表现强烈,挤压应力在断裂带中东段形成了一个北西,南东走向的隆起带,其上的水西沟群各组(西山窑组、三工河组、八道湾组)依次遭到剥蚀。中晚侏罗纪,阜康断裂带由以前的潮湿环境变为干燥环境,广泛沉积了一套河流相的红色、杂色砂泥岩建造一头屯河组、齐古组,在断裂带西端向西南下倾的部位,齐古组之上还超覆沉积了一套冲洪积相的黄绿色、褐色的砂粒岩建造一喀拉扎组(可能仅分布在近物源的坳陷及周缘)。侏罗系沉积之后的燕山二幕构造运动使阜康断裂带发生整体抬升,中上侏罗统受到较严重的剥蚀:断裂带西端生成了由西南向北东方向的挤压应力,这股应力的作用使阜康断裂带的下盘发育塑性煤层的侏罗系产生了层间滑动,形成了状如蛇头的双重堆垛构造;断裂带中段那些在印支和燕山早中期具有拉张性质的正断裂开始向逆断裂转化:断裂带东段的断裂活动加剧。阜康断裂带此时初步形成。白垩纪早中期,阜康断裂带下沉接受了少量湖沼相的以泥岩为主的碎屑岩沉积。随后,博格达山前前陆坳陷在燕山三幕构造运动的作用下,持续褶皱回返。同时,控制阜康断裂带南北两侧的边界断裂活动加剧,表现持强烈的挤压推覆体征,上盘地层受到了更为严重的剥蚀。(四)陆内前陆盆地阶段早第三纪基本继承了白垩纪的构造背景。喜马拉雅期受印度大陆和中国大陆板块的碰撞作用,北天山再度复活,使天山山前进入陆内前陆盆地发展阶段。在四棵树地区,由于南部挤压应力场的作用,边界断裂剧烈活动,天山山前大幅沉降,沉积了厚度达4000米左右的磨拉石建造。该阶段,早期形成的各类构造的幅度加大,并最终定型。如高泉、卡因迪克构造更具显形,并形成西湖、独山子、独南构造。研究区南部的的托斯台褶皱带,基本上以断块隆升为主,表现为高角度南倾逆冲断裂。四棵树凹陷由于南部逆冲挤压,在中新生代地层引起挤压变形,并且局部地区随着基底断裂的活动,基底有所抬升。在中段,上第三系独山子沉积前为喜山一幕构造运动,表现为第一排构造断块隆升的基础上,霍玛吐断裂开始形成,其断裂沿推举带前缘断裂的根部向北逆冲推覆,规模较大,霍玛吐断裂推覆一滑脱,断裂前锋突破地表,但未破坏构造的完整性。第三纪末为喜山期二幕,构造活动达到高峰,山前第一排构造沿推举带前缘大幅度隆升、断褶,霍玛吐断裂掩冲~滑脱~断层逆冲突破达到高峰,断层突破前峰并伴随形成一系列次级断裂,褶皱幅度明显加强,且破坏了表皮构造的完整性。同时,侏罗系内部的层间滑脱也达到高峰,第二、三排构造大多演化形成相向逆断裂控制的背斜构造,形成了现今的构造格局。东段阜康地区,随着喜山期沉积坳陷的不断西移,阜康断裂带作为西侧阜康凹陷的东斜坡,沉积了数千米的新生界。喜山期的构造运动在阜康断裂带及其周缘表现的强弱不一:断裂带南侧,博格达山前坳陷褶皱回返,隆起成山,结束坳陷历史:阜康断裂上盘曾经深埋地下的古生界、中生界急剧抬升,出露地表:阜康断裂以北,构造运动较弱,甘河子北断裂、五梁山断裂、孚远断裂等进一步活动,上盘地层进一步抬升,阜康断裂带此时定型。第三纪以来,印度板块向欧亚板块强烈俯冲,造成沿板内缝合带发生强烈造山运动。北天山地区受此影响也快速而大幅度地隆升,并向北冲断推覆,使盆地南部地壳遭受挤压而发生弯曲,从而在山前形成陆内造山型前陆盆地。从整个第三系厚度资料分析,盆地以整体抬升为主,特别是盆地腹部和北部地区。其中北部抬升幅度最大,呈现北升南降的态势,沉积坳陷收缩到南缘沿天山一线,沉积了厚度4000~6000米的磨拉石建造,促使该区侏罗系煤系生烃层的成熟。同时扭压应力在盆地南缘形成了喜马拉雅期成排成带的雁列式褶皱和断裂。喜山期的造山运动使整个盆地北部整体抬升,特别是整个盆地的腹部和北部地区,其中北部地区抬升幅度最大,呈现北升南降态势。压扭作用使南缘呈现成排成带的格局,且最终定型于第四纪。简言之,准南前陆盆地经历了在上述的晚二叠纪的雏形期、中生代的发展期及新生代的定型期逐步演化而成的(见图1、图2所示)。二、构造特征准南前陆盆地前陆冲断带位于北天山与博格达山山前地区,在构造上具有南北分带、东西分区的特点。具体而言,南北向分三排背斜带,即山前推举带、霍玛吐背斜带、呼图壁~安集海~西湖背斜带:在东西向分为四棵树凹陷、山前断褶带、阜康断裂带三个构造单元。(一)构造特征南北分带准南前陆冲断带最明显的构造特征是具有成排的背斜分布。断层相关褶皱理论认为几排构造在成因上有一定的联系,都是断层由山体向前陆传播过程中由于断层位移量的大小、力源大小、方向、层间滑脱、断层向上突破导致能量的释放等因素的影响而造成构造形态上的差异。根据这一理论,同时兼顾构造的几何特征和运动学特征,在南北向将准南前陆冲断带划分为三排构造带:1.山前推举带包括托斯台构造群、南安集海背斜、南马纳斯背斜、清水河鼻状构造、齐古背斜、昌吉背斜、喀拉扎背斜、古牧地背斜、阿克屯背斜、南、北小渠子背斜、西山背斜及煤系背斜等第一排构造带,以侏罗系为构造主体。范围为博尔通沟一齐古北断裂之南至北天山北麓古生代露头区,系从晚海西期开始多期运动形成的巨型扭压冲断构造。在山前,因基底断裂的隆升和逆冲使断层的上盘相对较老的地层出露,主要以基底断裂和厚皮构造为特征,如阜康断裂、托斯台断裂等。这些构造核部出露地表,背斜核部出露侏罗~白垩系地层,构造浅部侏罗系褶皱强烈,隆起幅度高,深部三叠系地层隆起幅度较平缓。这类构造特点是:构造呈雁列式展布:由于断层向上突破导致能量释放和转移,使地层褶皱形成显性构造:深层,由于断层的传播而形成蛇头形状为代表的双重构造带:剖面上常形成构造三角带。典型的构造如齐古背斜为短轴型背斜,长轴8.8km,断轴2.2km,轴向NWW,轴面南倾70~80 0。由浅至深地层倾角变陡,背斜两翼南缓北陡,北翼倾角30~50 0,南翼倾角22~32 0,两翼与顶部地层遭受不同程度的剥蚀。从核部到两翼依次出露的地层为主罗系头屯河组、齐古组、喀拉扎组、白垩系及第三系。头屯河组与西山窑组呈角度不整合,在背斜两翼较为明显。发育于齐古背斜之北的齐古北断块,在燕山期之前为南倾正断层,在燕山后期~喜山期由于强烈的挤压作用发生反转形成了垂直距离达到3000~500Om的大型逆冲断层,断开层位石炭系一第三系。该断层是齐古油田主要的油气运移通道,也是其遭受破坏的主要逸散通道。2.霍一玛一吐构造带为坳中背斜带,以下第三系为构造主体。主要包括霍尔果斯背斜、玛纳斯背斜、吐谷鲁背斜和东湾背斜等,为第二排构造带。该背斜在霍尔果斯背斜和吐谷鲁背斜发现了工业油流。由于第一排构造带在喜马拉雅期急剧隆升,使山前大断裂至第二排背斜带断层上盘地层根部抬升,导致红光镇断裂以东安集海河组以上地层沿该组塑性泥岩层产生重力滑脱,形成了上部地层倒转及薄皮冲断构造特征。背斜形态在地表多遭冲断破坏,而下第三系安集海河组及以下背斜侏存较完整,侏罗系表现为台阶状断层。该构造带在燕山期表现为具有一定幅度的断背斜,喜山期山前推举带的推覆位移量通过下第三系滑脱层传播到该带,以冲断形式突破地表,该构造最终定型。其中东湾背斜介于第一、二排构造之间,为一宽缓向斜构造下部的隐伏背斜构造,处于霍玛吐滑脱断裂的下盘,在南北向被两个相向逆断裂所夹持,呈半花状,背斜形态较完整。构造特点为:背斜构造在平面上呈雁列式展布;存在明显的层内滑移断层;在断层位移的前锋形成大型褶皱;滑脱断层向上出露地表;断层下盘地层挠曲形成断层转折褶皱;缺乏明显的堆垛式双重构造。3.呼图壁~安集海~西湖背斜带为坳边背斜带,以上第三系为构造主体,主要包括安集海背斜、呼图壁背斜、独山子背斜、西湖背斜等构造。背斜形态为南北翼宽缓、东西向狭长的长轴背斜。安集海背斜发育“Y“字形断裂,形成了断背斜的构造特征。呼图壁背斜受压扭应力相对较小,断裂断距也相对较小,构造相对平缓。如呼图壁背斜两翼倾角只有10 0左右,且两翼基本对称。第三排背斜带主要受压扭作用控制,构造形成于喜马拉雅期。在该背斜带,发现了呼图壁气田。安集海背斜钻探过程中见到了良好的油气显示。该带的特点是背斜较完整。依据断层相关褶皱理论,这一构造带属于断层层间滑托位移的前锋,主要以滑脱褶皱为特点:但滑脱断层没有突破到地表;构造具有隐伏性;滑脱层以下花状断裂较发育。其中呼图壁背斜位于该背斜带的最东端,在石河子~呼图壁县以东其深部构造为基岩断凸上拱形成的断块构造,其上形成继承性宽缓背斜。两翼地层倾角平缓,南翼倾角9~11 o,北翼倾角8~10 0,喜马拉雅期在压扭应力作用下继承了燕山期形成的较深部位的断裂雏型,进一步发育成花状断层。上部层位形成了逆冲挤压断层,该逆冲断层主要断开东沟组到沙湾组,断面南倾,凹面向上,并逐渐顺层滑脱,消失于吐谷鲁群塑性泥岩层,断距为50~350米,对天然气起到封闭作用。下部断层最初形成于基岩断凸上拱期,最终在喜马拉雅期扭压应力作用下形成,主要断开紫泥泉子组至八道湾组,断层断面陡,是呼图壁气藏的主要天然气运移通道。目前,南缘已发现的30余个背斜构造中,近三分之二为浅层构造,三分之一为中深层构造:在中西部的浅层背斜构造多分布在山前的第一、第二排构造带上,中深层构造则多分布在二、三排构造带上:而南缘东部的阜康断裂带则以阜康断裂为界,上盘为浅层构造,下盘为中深层构造。另外,由于前陆盆地边界的不规则性或受力方式的变化,前陆冲断变形还往往具有走滑变形的特点,在准南前陆盆地的构造横剖面上表现为“花状“背斜;在平面图上,构造高点不仅横向推覆迁移,还要受走滑作用影响发生斜向位移,使得在三维空间上构造样式恢复非常困难。(二)构造特征东西分区从东到西,根据构造样式特点的差异,可分为四棵树凹陷、山前断裙带、阜康断裂带三个构造分区,形成几个不同的构造样式。1.四棵树凹陷区四棵树凹陷内,南北向主要发育三排构造。例如:托斯台构造群~高泉背斜~西湖背斜。基本特点为:山前的基底抬升很高:构造应力向盆地传播的距离相对较近:浅层构造变形较弱,因此大部分构造为隐伏性质;缺乏构造三角带。构造样式见如图2.2(a)所示。2.缘中部霍玛吐地区发育三排完整的构造,前陆盆地构造特征较明显。主要特点表现为:重力滑脱断层沿层内的滑脱距离远:滑脱断裂之下发育双重构造;整体构造在纵向上可分为滑脱断层面构造体系和中深层隐伏构造体系。构造样式如图2.2(b)所示。3.南缘中东部齐古~古牧地地区及东部博格达山前地区齐古~古牧地地区主要包括齐古、喀拉扎、古牧地等构造,处于北天山与博格达山构造转换带上,为弱挤压~弱拉张环境。主要特点是山前推覆构造较发育,向前陆方向未表现为成排成带构造特点。博格达山前阜康断裂带山前推举带发育,表现出强烈的断裂逆冲推覆,但盆内的几排
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