吴根耀, 李曰俊, 刘亚雷, 赵岩. (2013)塔里木西北部乌什—柯坪—巴楚地区古生代沉积—构造演化及成盆动力学背景[J]. 古地理学报, 15(2): 203-218
Wu Genyao, Li Yuejun, Liu Yalei, Zhao Yan. (2013)Paleozoic sedimento-tectonic evolution and basin dynamic settingsin Wushi-Kalpin-Bachu area,northwest Tarim[J]. Journal Of Palaeogeography, 15(2): 203-218. DOI:10.7605/gdlxb.2013.02.018  
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塔里木西北部乌什—柯坪—巴楚地区古生代沉积—构造演化及成盆动力学背景
吴根耀, 李曰俊, 刘亚雷, 赵岩
中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029

第一作者简介: 吴根耀,男,1946年生,1968年毕业于北京大学地质系,1985年获理学博士学位,研究方向为大地构造学专业。

收稿日期:2012-03-09
摘要

把柯坪断隆“还原”为塔里木板块的一部分,重塑了它与北邻的乌什地区和南邻的巴楚地区古生代“分分”“合合”的演化史,得到以下重要认识。(1)奥陶纪在乌什、柯坪和巴楚一间房地区发育以东西向的古吐木休克断层为南界的台盆;该断层的西段后期被柯坪塔格断裂(东西走向段)迁就利用,中—东段后期因被肢解而“消失”。(2)柯坪地区最西部中泥盆世已有海相沉积,晚泥盆世—石炭纪海侵不断向东扩展;因南天山洋的消减在柯坪—阿克苏—库车一线形成横贯塔里木北缘的石炭纪隆起带,使得塔里木中—北部上泥盆统—石炭系的沉积相有清楚的空间展布规律。(3)据同位素年龄值将柯坪地区东段玄武岩的时代更正为早二叠世,强烈火成活动造成的热隆升使该地区早二叠世即出现陆相沉积;塔西北的其他地区石炭纪末—早二叠世普遍发生海侵。(4)从与南天山洋和西昆仑洋耦合演化的角度简要探讨了塔里木西北地区古生代的成盆动力学背景,认为古生代有东西向、北西向及北东向的控盆和控相断裂发育并总结了其后期演化的特点。

关键词: 沉积—构造演化; 奥陶纪台盆; 海侵; 隆起; 火成活动; 成盆动力学; 古生代; 塔里木西北部
中图分类号:P548 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2013)02-0203-16
Paleozoic sedimento-tectonic evolution and basin dynamic settingsin Wushi-Kalpin-Bachu area,northwest Tarim
Wu Genyao, Li Yuejun, Liu Yalei, Zhao Yan
Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029

About the first author: Wu Genyao, born in 1946, graduated from the department of Geology, Peking University in 1968 and obtained his Ph.D. degree in 1985. Now he majors in tectonics.

Abstract

The paper restored the Kalpin Fault-Rise to be a part of the Tarim plate,which experienced similar development with the Bachu Fault-Rise during geohistory.The main knowledge on the Paleozoic sedimento-tectonic evolution of northwest Tarim are as follows.(1)The Ordovician northwest Tarim Basin,filled with calcareous turbidites,covered an area of Wushi,Kalpin and Yijianfang of Bachu,with the southern boundary being the paleo-Tumxuk fault. Later on,the western segment of the fault was accommodated and utilized by the Kalpintag fracture,while its middle-eastern segment was dismembered by a group of NW-striking fractures and disappeared.(2)There developed marine sediments of the Middle Devonian in the westmost part of Kalpin area,and the transgression expanded eastwards successively during the Late Devonian-Carboniferous.Caused by subduction of the South Tianshan Ocean,a Carboniferous rise occurred along Kalpin-Akesu-Kuqa,which traversed the northern margin of the Tarim plate.So the sedimentary facies changes of the Late Devonian-Carboniferous in the central-northern plate had a clear spatial regularity.(3)Based on systematic isotopic datings,the eruptive age of the basalt in eastern segment of Kalpin area(the Kupukuziman and Kaipaizileike Formations)is corrected to be the Early Permian,instead of the Middle Permian.The heat uplifting related to the violent igneous activity resulted in that the continental facies clastic rocks deposited there in the Early Permian,while transgression occurred and marine limestone deposited in other regions of northwest Tarim during the latest Carbonifeous-Early Permian.(4)The basin dynamic settings were explored briefly in the light of that the Paleozoic developing of northwest Tarim should be coupled with evolution of the South Tianshan and West Kunlun oceans to the north and to the south of the area respectively.The features of three Paleozoic groups of basin-controlling or facies-controlling fractures,namely,latitudinal,NW-striking as well as NE-striking ones,and their Meso-Cenozoic developing were summarized.

Key words: sedimento-tectonic evolution; Ordovician basin; transgression; uplift; igneous activity; basin dynamics; Paleozoic; northwest Tarim

塔里木西北部是新生代的“ 盆” (塔里木盆地)与“ 山” (南天山陆内造山带)叉指状发育的地区, 这为正确认识古生代的“ 盆” (塔里木板块)、“ 山” (南天山洋的消减闭合)关系及其演化制造了假象。笔者从现存构造出发, 在剥去喜马拉雅运动改造的基础上, 把现已被卷入南天山陆内造山带的柯坪地区“ 还原” 为地史期间塔里木板块的一部分, 以期客观地重塑该地区及邻区古生代的沉积— 构造演化并剖析其与邻侧造山作用的耦合关系。

1 现今构造格局概述

柯坪地区的现今构造位置属南天山, 是渐新世开始的南天山陆内造山过程中形成的一个前陆褶皱冲断带, 以近东西向转为近北东向的柯坪塔格断裂为前锋断裂(王国林等, 2009; 杨海军等, 2010)。该地与南邻的巴楚地区(巴楚断隆)地史期间有相似的演化史(古生界发育完好, 中生代隆起), 显然是塔里木板块的一部分, 称柯坪断隆。柯坪冲断带是南天山造山带中非常醒目的一个次级构造单元:它呈“ 牛头” 状伸进塔里木盆地, 后者实际上是塔里木板块遭新生代造山作用改造后的残余部分。“ 牛头” 的正前方是巴楚断隆, “ 牛脖子” 的两侧各有一个窄长的盆地, 东侧的窄长盆地称乌什凹陷(图 1)。

图1 巴楚断隆的边界断裂及主要的块内断裂
断裂带名称:F1— 巴什托普; F2— 色力布亚; F3— 康西; F4— 康塔库木; F5— 海米塔格; F6— 罗斯塔格; F7— 沙垅; F8— 鸟山; F9— 古董山; F10— 鸟山东; F11— 玛扎塔格; F12— 玛东; F13— 巴东(吐木休克Ⅱ 号); F14— 吐木休克; F15— 卡拉沙依; F16— 阿恰; F17— 乔来买提西; F18— 一间房; F19— 三岔口; F20— 曲许盖; F21— 柯坪塔格; F22— 阔什拉克; F23— 同岗; F24— 古吐木休克; F25— 七狼滩。现今构造单元名称(Ⅰ — Ⅰ Ⅹ 为塔里木盆地):Ⅰ 1— 乌什凹陷, Ⅰ 2— 库车坳陷; Ⅱ — 塔北隆起:Ⅱ 1— 温宿凸起; Ⅲ — 北部坳陷:Ⅲ 1— 阿瓦提凹陷, Ⅲ 2— 满加尔凹陷, Ⅲ 3— 孔雀河斜坡, Ⅲ 4— 英吉苏凹陷; Ⅳ — 巴楚断隆; Ⅴ — 塔中低隆; Ⅵ — 塔东低隆; Ⅶ — 西南坳陷:Ⅶ 1— 麦盖提斜坡, Ⅶ 2— 塘沽孜巴斯凹陷; Ⅷ — 塔南隆起; Ⅸ — 东南坳陷; Ⅹ — 南天山造山带:Ⅹ 1— 柯坪褶皱冲断带; Ⅺ — 西昆仑造山带; Ⅻ — 阿尔金造山带。数字代表的地震剖面名称:1— AN92-156剖面(图 5左); 2— BD97-146剖面(图 5右); 3— A05-112剖面(图 6左上); 4— A05-128剖面(图 6右上); 5— A05-168剖面(图 6左下); 6— A92-286剖面(图 6右下)Fig.1 Boundary fractures and main intra-block faults of Bachu Fault-Rise

乌什凹陷东延连库车坳陷, 两者同为印支期的前陆磨拉石盆地, 新生代又同属南天山的山前褶皱冲断带控制发育的陆内前陆盆地; 其南的温宿凸起的前身是阿克苏古隆起, 印支运动时成为乌什前陆盆地的前隆, 并与塔北隆起(库车前陆盆地的前隆)连成一体。温宿凸起以沙井子断裂与其南的阿瓦提凹陷分界。

巴楚断隆可能是残留的古造山带的西段, 即塔里木板块的基底由3部分组成:塔北地块(克拉通)、塔南地块(克拉通)和夹于这两者之间的塔中晋宁期碰撞造山带(李曰俊等, 2005a; 吴根耀等, 2006), 玛扎塔格断裂带(杨海军等, 2007b)和吐木休克断裂带(朱德丰等, 2008)分别曾是塔中晋宁期造山带的南、北边界。现今巴楚断隆的北界是阿恰断裂(下述)、吐木休克断裂和巴东断裂(吐木休克Ⅱ 号断裂, 李曰俊等, 2008b)。吐木休克断裂向东延伸时由近东西走向转变为近北西走向, 因而总体上呈向北偏东突出的弧形; 对其活动方式和演化史已有初步论述(朱德丰等, 2008), 研究区域集中于该断裂的东段, 时代上则集中于新生代, 因而并不清楚为什么其最西段(阿恰断裂以西)是巴楚断隆内部的断裂, 更谈不上考虑它是否可能进一步西延的问题。巴楚断隆的南界是一个复杂的剪切— 挤压构造带, 目前对其的研究(杨海军等, 2007b; 张洪安等, 2011)只限于白垩纪以来的活动。

巴楚断隆的西界, 即它与柯坪断隆的分界是柯坪塔格断裂, 这条界线十分醒目, 因为巴楚断隆西部的一系列近北西向断裂向西北延伸时均为柯坪塔格断裂所截, 不能延入柯坪断隆内(图 1)。肖安成等(2002, 2005)认为近北西向断裂是中新世开始发育的, 以柯坪塔格断裂为代表的柯坪地区的近东西向断裂上新世以后才开始活动。

在塔里木板块漫长的演化史中, 其沉积— 构造格局几经变化, 近东西向断裂和近北西向断裂都经历了长期复杂的活动(吴根耀等, 2009), 现今构造很可能不是古生代构造的简单重演。但在按现今地理位置进行沉积— 古地理重建时, 常习惯于把现今构造格局当成前印支期业已存在且一成不变的事物; 在塔西北地区则是把柯坪断隆从塔里木板块“ 挖” 出去而归于南天山(前印支期的洋盆), 迄今亦然(刘伟等, 2011; 辛仁臣等, 2011)。这严重制约了全面认识塔里木板块前印支期的沉积— 构造演化, 也影响了对南天山造山带发育的深入研究。

文中以构造古地理学(冯增昭, 2003, 2009)、造山带古地理学(吴根耀, 2005, 2007)为指导, 据野外调查和相关的地震资料并结合地层研究的最新进展(贾承造等, 2004), 在重塑乌什、柯坪、巴楚这3个地(层)区古生代“ 分分” “ 合合” 演化史的基础上, 既强调各地史阶段的控盆断裂和控相断裂, 又注重地史期间存在过但今天可能已“ 消失” 了的断裂构造, 以期尽可能客观地恢复作为塔里木板块一部分的柯坪断隆及其邻侧地区前印支期的沉积— 构造演化, 并从“ 盆” “ 山” 耦合角度探讨各时期的成盆动力学背景, 进而总结古生代“ 控盆” 和“ 控相” 断裂的后期演化特点。

2 早古生代沉积— 构造演化
2.1 寒武系简述

塔中晋宁期造山带在遭受了南华纪的坍塌夷平后, 震旦纪开始接受海相盖层沉积。塔里木中西部的下— 中寒武统是一套局限台地— 潟湖相的白云岩夹黑色页岩, 以夹多层膏盐层(包括白云质膏盐岩、含膏盐白云岩、含泥盐岩和石膏层等)为特征。钻井揭露和地震剖面解释表明这套夹膏盐层的白云岩在塔里木中西部稳定发育, 分布面积可达2× 105 km2, 指示了一种非常稳定的构造— 古地理环境。上寒武统称下丘里塔格组, 钻遇厚度697~933 m, 为中厚层— 厚层或块状白云岩夹灰岩, 上部含燧石结核, 局部夹薄层灰黑色泥(或炭)质白云岩。当时巴楚和柯坪地区同属该碳酸盐台地(塔西台地)。乌什地区的寒武系以灰黑色— 黑色的泥岩、泥灰岩为主, 海侵时出现黑色页岩和(泥质)硅质岩沉积(王招明等, 2002; 刘伟等, 2011), 表明当时为台盆环境。即:寒武纪时柯坪地区与巴楚地区“ 合” , 与乌什地区“ 分” , 两者以古乌什南断裂为界。

2.2 奥陶纪的沉积分异

研究区奥陶系的地层对比见表1。表中除列出柯坪断隆(以大湾沟剖面为代表)和巴楚断隆主体的奥陶系外, 还列出了一直被作为巴楚地层小区的巴楚一间房(— 唐王城)地区(图 2)的奥陶系; 受一条近东西向断层(文中称古吐木休克断层)同沉积伸展活动的控制, 一间房地区的奥陶系与巴楚断隆不同而与柯坪断隆相似。

表1 柯坪断隆、巴楚一间房地区和巴楚断隆主体奥陶系对比 Table1 Stratigraphic correlation of the Ordovician in Kalpin Fault-Rise, Yijianfang area of Bachu and main part of Bachu Fault-Rise

巴楚断隆的上丘里塔格组(O1-2s)分布较广, 自下而上分为白云岩与灰岩互层段、泥质灰岩段和巨厚层状灰岩段, 玛2井等钻遇厚度34~60 m(贾承造等, 2004), 是稳定的碳酸盐台地沉积。古吐木休克断层以南的大坂塔格所见为该组上段, 是一套浅色的厚层— 块状(亮晶)灰岩, 向东陡倾, 节理较发育(有的节理面上有擦痕)。灰岩间有钙泥质岩的夹层, 内有钙质的团块, 钙质流失后形成空洞, 大者直径可逾1 m。灰岩的层面十分平整, 可见一些浅的凹坑, 可能是由上述夹层中的钙质团块的压入形成, 现钙质已流失。层面上的这些凹坑常沿节理发育。

古吐木休克断层以北的一间房地区, 上丘里塔格组(O1-2s)也可分为3段:下段为中— 厚层白云岩与灰岩互层, 厚523.4 m; 中段为薄— 中层状灰岩和砂质灰岩, 厚929.4 m; 上段为薄— 中层状的含燧石团块灰岩、泥质灰岩和钙质砂泥岩, 厚156.5 m①(① 滇黔桂油田分公司勘探开发科学研究院. 2002. 阿图什至柯坪地区古生界至新生界露头区石油地质综合研究报告．内部资料．)。根据野外观察, 笔者认为该地区的上丘里塔格组中上段是一套钙质浊积岩。

图2 巴楚一间房地区古吐木休克断层的位置
1— 山峰(“ 塔格” 即“ 山” ); 2— 二叠纪玄武岩露头; 3— 野外调查区(角图中); 4— 古吐木休克断层(齿在上盘); 5— 公路; 6— 塔里木盆地的次级构造单元界线(构造单元名称同图1); 7— 地名Fig.2 Sketch showing locality of paleo-Tumxuk fault in Yijianfang area of Bachu

在良里塔格及吐木休克塔格见该套钙质浊积岩具以下沉积特征。 (1)有砾岩层, 钙质胶结, 砾石成分有两种, 一种是来自下伏地层的硅质灰岩, 另一种是属同生砾岩的灰岩, 常呈定向排列。砾岩层厚度常大于1 m, 构成鲍马序列的A层。(2)中厚层灰岩、薄层灰岩和钙质泥岩构成的韵律性沉积十分发育, 分别构成鲍马序列的B层、C层和D层。B层的底面不平, 有类似火焰状的构造。D层常厚1 cm或略厚。(3)灰岩中夹钙质砂岩或灰绿色砂岩, 粒度和层厚的变化均十分清楚, 构成鲍马序列的B层和C层。(4)整套沉积可分为两部分, 下部泥质含量较高, 地形上是缓坡, 上部硅质含量较高(硅质灰岩), 地形上构成一个高数十米的陡坎。

其西的乌库麻扎(尔)塔格也由上丘里塔格组的钙质浊积岩组成, 可观察到以下现象。(1)虽钙质浊积岩与下伏的上寒武统厚层— 块状白云岩间具岩性突变, 但两者间仍为连续沉积。(2)钙质砂岩和砂岩相对较发育, 因其抗风化能力强, 露头上常见它突出在钙质泥岩及灰岩之上。(3)常见极薄层的灰岩(钙质岩)与(钙质)砂岩的互层, 且有黑色的硅质岩夹层, 或见含燧石结核的灰岩。与良里塔格所见相比, 该地区的上丘里塔格组粒度更细、硅质含量更高。

古吐木休克断层以南(巴楚断隆主体)上丘里塔格组沉积之后发生隆起, 一间房地区则在上丘里塔格组之上连续沉积有一间房组(O2y)和恰尔巴克组(O3q)。一间房组总体上是台地型的厚层状生物灰岩, 仅下部见深灰色薄层砂屑灰岩, 产角石; 恰尔巴克组是红色富含泥质的瘤状生物碎屑灰岩, 露头上易于识别。

良里塔格组(O3l)和桑塔木组(O3s)在古吐木休克断层的南、北两侧均有发育而岩性明显有别:南侧是一套开阔台地相的生物灰岩和鲕状灰岩, 断层以北则是钙质泥岩夹灰岩组成的钙质浊积岩。特别要指出的是:方1井、和4井等钻孔揭示良里塔格组下部为台地相灰岩, 向上变为台地边缘相和斜坡相的钙质浊积岩(贾承造等, 2004), 指示吐木休克断裂的东西走向段和北西西走向段当时都发生伸展活动。除岩性外的另一不同是南侧(巴楚断隆主体)桑塔木组沉积时已有部分地区隆起剥蚀, 之后全面隆起, 缺失柯坪塔格组下段沉积。

柯坪地区的中— 上奥陶统发育较好, 除大湾沟组(O2d)为浅水台地沉积外, 其他各组均为半深水及深水沉积。在一间房以北的柯坪塔格东段, 萨尔干组(O2-3s)为深灰色泥质粉砂岩夹含笔石之碳质页岩(至大湾沟相变为富含笔石和黄铁矿结核之黑色页岩, 夹泥质灰岩和硅质条带), 坎岭组(O3k)为团块状泥灰岩。该地与一间房地区相应地层岩性的突变可能反映了古沙井子断裂的同沉积活动。坎岭组之上的其浪组(O3q)在柯坪塔格东段为(绿)灰色钙泥质粉砂岩与泥(质)灰岩的韵律性互层, 印干组(O3y)为薄— 中层状灰岩, 下部夹深灰色页岩(至大湾沟相变为碳质钙质页岩及粉砂岩夹灰岩和泥灰岩)。在更北的乌什地区, 奥陶系的岩性岩相组合(王招明等, 2002)与柯坪地区基本一致, 采用柯坪地区的地层名称。

综上所述, 奥陶纪(除早奥陶世初期外)柯坪地区与乌什地区“ 合” , 与巴楚地区(不包括一间房地区)“ 分” , 两者间以近东西向的古吐木休克断层为分界:其北以钙质浊积岩为主, 夹碳质页岩及灰岩, 文中称塔西北台盆; 其南是塔西碳酸盐台地。

2.3 奥陶纪塔西北台盆的范围

塔西北台盆的南界在巴楚以北的三岔口— 吐木休克一线, 是近东西向的古吐木休克断层; 其西的八盘水磨— 西克尔一线, 即柯坪塔格断裂的西段(近东西走向段)是该套钙质浊积岩的南界(图 3)。一种可能是:古吐木休克断层当时西延至西克尔、八盘水磨等地, 构成塔西北台盆的南界, 加里东运动后长期处于平静状态; 新近纪柯坪褶皱冲断带发育时, 其前锋断裂部分地迁就和利用了古吐木休克断层, 故表现为近东西向(东延为近北东走向)。台盆的北界是卡拉铁克断裂。该断裂以北的托云盆地和迈丹他乌山脉尽管未见奥陶系出露, 但志留系为厚约2000, m的千枚岩和片岩等, 上泥盆统为灰色— 深灰色灰岩夹钙质砂岩和绢云母绿泥石板岩, 石炭系为厚近5000, m的细碎屑岩(钙泥质岩已变质成千枚岩)夹硅质岩①(① 新疆地质矿产局第二地质大队. 1985. 新疆南疆西部地质图矿产图（1:500000） 说明书.), 表明已属南天山洋盆的南侧被动大陆边缘沉积。该套被动陆缘沉积东延至阔克沙勒岭被阔克沙勒沟弧带①(① 新疆地质矿产局第二地质大队. 1985. 新疆南疆西部地质图矿产图（1:500000） 说明书.)的夹安山岩的志留系和泥盆系所截, 沟弧带的沉积已沿着克勒铁别克— 麦尔克契断裂发生了向南的推覆并逆掩到台盆沉积之上(台盆的北界应在克勒铁别克— 麦尔克契断裂的西北)。由于南界与北界走向不平行(北界为北东东— 北东向), 该台盆向西变窄, 在阿图什以北趋于尖灭(图 3)。

该台盆东延至乌什南受到阿克苏古隆起的阻挡, 后者早— 中奥陶世是浅水的碳酸盐台地, 晚奥陶世隆起剥蚀。阿克苏古隆起以南的印干一线见印干组碳质页岩和下伏的上奥陶统钙质浊积岩发育, 指示了古沙井子断裂的同沉积活动。更南为阿瓦提凹陷。田作基等(1999)曾提出震旦纪出现的库鲁克塔格— 满加尔坳拉槽西延至此并于奥陶纪达到全盛, 沉积碳质页岩和碎屑浊积岩。但这一认识并未得到物探及钻探实践证实, 如:何宏等(2002)认为阿瓦提凹陷早— 中奥陶世为台地灰岩沉积, 其北侧的印干一线有深水盆地发育; 先伟(2009)提出早— 中奥陶世阿瓦提凹陷的主体是台地相灰岩, 仅西北缘有斜坡相沉积。文中支持后两者的观点, 认为塔西北台盆东延至乌什南后分为两支连通塔东浊积岩盆地(冯增昭等, 2005)或称库鲁克塔格— 满加尔坳拉槽(梁狄刚, 1999):北支在乌什北, 南支在印干一线(晚奥陶世该支向南东扩大变宽, 相应地, 阿瓦提的碳酸盐台地退缩)。阿瓦提当时属塔西台地, 与塔西北台盆间以北西向的古阿恰断裂为界(图 3)。

2.4 志留系概述

奥陶纪末的早加里东运动(艾比湖运动; 李曰俊等, 2008a)使台盆闭合, 古吐木休克断层反转, 其南的巴楚地区因这一挤压事件而发生褶皱或冲断变形, 故常见晋宁期的岩浆岩被塔塔埃尔塔格组(S1t)不整合覆盖(吴根耀等, 2006)。艾比湖运动结束了塔里木板块奥陶纪沉积分异的历史, 志留纪出现了一个统一的克拉通内挠曲坳陷(贾进华等, 2006), 巴楚与柯坪地区同发育滨岸— 陆棚浅海相的砂岩、粉砂岩及泥岩, 自下而上称柯坪塔格组((O3-S1)k)、塔塔埃尔塔格组(S1t)和依木干他乌组(S2y)。尽管各地厚度有别, 岩性并无显著差异。乌什— 阿合奇一线也见柯坪塔格组出露。乌什南的索格当他乌, 该组是一套灰色— 灰绿色的浊积砂泥岩, 属被动大陆边缘沉积, 之后长期隆起, 与上覆的蒙达勒克组(C1m)灰岩呈角度不整合接触(周新源等, 2002)。可见志留纪时柯坪与巴楚地区“ 合” , 与乌什地区“ 分” 。

图3 奥陶纪塔西北台盆的范围(按现今地理位置表示)
1— 碳酸盐台地:Ⅰ — 阿克苏, Ⅱ — 塔西(Ⅱ 1为巴楚断隆, Ⅱ 2为阿瓦提凹陷)。2— 塔西北台盆; 3— 被动大陆边缘; 4— 属沟— 弧带的志留— 泥盆系; 5— 同沉积正断层:F1— 卡拉铁克, F2— 古吐木休克, F3— 古乌什南(乌什凹陷南界断裂的前身), F4— 古沙井子, F5— 古阿恰; 6— 后期的逆掩断层:F7— 克勒铁别克, F8— 麦尔克契; 7— 地名Fig.3 Limits of the Ordovician basin in northwest Tarim(according to nowaday geographic location)

3 晚古生代沉积— 构造演化
3.1 泥盆纪沉积格局

受志留纪末的晚加里东运动(也称博罗霍洛运动, 李曰俊等, 2008a)影响, 塔里木板块的上志留统— 中泥盆统发育较为零星。巴楚地区称克兹尔塔格组((S3-D2)k), 露头见于麻扎(尔)塔格(位于小海子水库以东, 图2), 岩性为氧化环境下的褐红色或砖红色碎屑岩, 与下伏依木干他乌组(S2y)呈假整合接触。钻孔则仅在沿吐木休克断裂的方1井及和4井等钻遇(贾承造等, 2004), 意味着该断裂晚加里东期的活动和对沉积的控制。巴楚地区的克兹尔塔格组呈北东厚、南西薄的楔形, 属近北西走向的冲断层控制发育的磨拉石沉积(李曰俊等, 2008a)。柯坪地区有该组沉积, 且较巴楚地区表现出厚度更大、粒度更粗的特点, 如柯坪塔格中段该组厚630 m, 向东至克兹尔塔格该组增厚为1000 m(巴楚地区的厚度小于600 m), 柯坪西北的提克科里恰克塔格见该组上部夹含硅质砾石的粗砂岩等①(① 新疆地质矿产局第二地质大队. 1985. 新疆南疆西部地质矿产图(1:500000)说明书.), 反映了更典型的磨拉石建造特征。

巴楚地区克兹尔塔格组之上连续沉积东河塘组(D3d), 以细粒石英砂岩为主(东河砂岩)。塔中地区也有该组发育, 据朱筱敏等(2004)研究, 该组沉积时塔中地区为一西倾斜坡, 平面上自西向东可分为临滨相、前滨相和河口湾相(粒度向东变粗), 垂向上则是河流和河口湾沉积向东退缩。朱筱敏等(2004)正确地指出了东河塘组沉积期的海侵自西向东发生, 但因为把柯坪断隆从塔里木板块“ 挖” 出去了, 故找不到海相沉积区在哪里, 也无法恢复博罗霍洛运动后海侵渐进发育的全过程。

其实, 在柯坪地区西部的巴什索贡(位置见图3)见海相的中— 上泥盆统, 分别称托格买提组(D2t)和坦盖塔尔组(D3t)。前者为灰色块状灰岩及薄层状红色灰岩, 产珊瑚化石, 厚约400 m, 与上、下地层的接触关系不清; 后者的下部为生物碎屑灰岩, 产腕足类化石, 厚400~500 m, 底界为断层所切; 上部为厚层状— 块状灰岩, 厚300~400 m, 其上被巴什索贡组(C1b)不整合覆盖①(① 新疆地质矿产局第二地质大队. 1985. 新疆南疆西部地质矿产图(1:500000)说明书.)。据之可认为中泥盆世柯坪的最西部已接受海侵, 晚泥盆世海侵向东扩大至柯坪— 阿合奇地区(因石炭纪的隆起大部分地区的上泥盆统被剥蚀掉了)。其东的巴楚地区, 东河塘组为滨海相石英砂岩, 上覆的巴楚组((D3-C1)b)下部为滨海相红色碎屑岩夹泥岩及灰岩; 更东地区的东河塘组依次为临滨— 前滨和河口湾— 河流沉积。

表2 乌什、阿合奇、柯坪断隆主体、柯坪东段和巴楚断隆石炭系— 二叠系对比 Table2 Stratigraphic correlation of the Carbono-Permian in Wushi, Aheqi, main part of Kalpin Fault-Rise, east sector of Kalpin and Bachu Fault-Rise

石炭纪初, 海侵已向东扩大到巴楚地区(巴楚组上部为浅海相灰岩)。巴楚组也广布于塔中和塔北地区(塔北隆起东段缺失), 其总趋势是:越向东, 砂砾岩所占的比例越高, 灰岩的含量越低(可参阅辛仁臣等, 2011的图2), 灰岩出现的层位越来越高。由于石炭纪柯坪— 阿克苏— 库车一线全面隆起(下述), 塔中— 塔北地区的海侵只能来自西边, 即上述的巴什索贡。

综上所述, 泥盆纪柯坪与巴楚地区“ 合” (尽管上泥盆统有相变), 与隆起剥蚀的乌什地区“ 分” 。

3.2 石炭纪的沉积分异

巴楚地区在巴楚组上部灰岩之上沉积有卡拉沙依组(C1-2k, 命名地位于阿瓦提县)潟湖相红色膏泥岩和小海子组(C2x)浅海相灰岩, 两者均广泛分布且两者间常见假整合接触。小海子组之上覆以南闸组(P1n)灰岩(表 2), 两者间呈假整合接触。

乌什地区石炭系发育完好, 西部(阿合奇)与东部(乌什)有不同的地层名称。阿合奇以西, 见坦盖塔尔组(D3t)之上覆以巴什索贡组(C1b)薄层状灰岩夹钙质砾岩, 厚1250 m, 两者呈假整合接触; 之上地层为别根他乌组(C2b)灰岩夹砂岩(底部砂岩中夹页岩和薄煤层①(① 新疆地质矿产局第二地质大队.1985.新疆南疆西部地质矿产图(1:500000)说明书．)), 厚逾千米, 与下伏的巴什索贡组呈角度不整合接触。乌什县城附近, 下石炭统自下而上称蒙达勒克组(C1m, 灰岩, 底部砂砾岩, 厚170 m)、乌什组(C1w, 下部灰岩, 上部砂岩夹泥质岩, 厚976.1 m)和库鲁组(C1k, 以砂岩为主, 厚305.3 m)。上石炭统称索格当他乌组(C2s), 为厚575.8 m的灰岩, 与库鲁组呈假整合接触①(① 新疆地质矿产局第二地质大队. 1985. 新疆南疆西部地质矿产图(1:500000)说明书.)。

图4 塔里木板块及北邻地区石炭纪古地理简图(按现今地理位置表示)
1— 稳定地块沉积区:EL— 伊犁中间地块, TM— 塔里木板块; 2— 南天山洋盆(STS)的边界(虚线示推测); 3— 塔里木板块北缘的灰岩、砂(砾)岩沉积区; 4— 塔里木板块内的隆起区:Ⅰ — 塔北, Ⅱ — 塔东南; 5— 地名Fig.4 Simplified palaeogeographic map of the Carboniferous of Tarim plate and northern adjacent areas(according to nowaday geographic location)

柯坪地区则几乎缺失石炭系, 康克林组((C2-P1)kk)直接覆于志留系— 泥盆系之上。这与南天山洋盆早石炭世的消减有关(岛弧型花岗闪长岩与花岗岩分别测有350± 7 Ma和318± 5, Ma的年龄; 孙桂华等, 2006), 在紧邻南侧大陆边缘的阿合奇— 乌什一线因被动陆缘的沉陷和后退而接受沉积, 板内的北缘地区则因俯冲造山的挤压应力而隆起。这一认识还有以下证据:(1)其东的库车坳陷基本缺失石炭系(其北缘可能有过相应于乌什地区的沉积, 但已遭破坏, 目前仅在北缘的依奇克里克带的依南2井钻遇石炭系), 表明柯坪— 阿克苏— 库车构成一个横贯塔里木北缘的东西向隆起带 (图 4); (2)阿合奇的巴什索贡组(C1b)与别根他乌组(C2b)之间为角度不整合接触, 乌什的上石炭统与下石炭统之间为假整合接触, 板内的卡拉沙依组(C1-2k)与小海子组(C2x)之间也常见假整合接触, 反映了早石炭世的挤压变形事件。

综上所述, 石炭纪柯坪地区既与巴楚地区“ 分” , 也与乌什地区“ 分” 。

3.3 二叠纪的沉积分异

石炭纪末— 早二叠世是塔西北的全面海侵期, 除柯坪地区东段即印干山区(见下述)外均处于同一碳酸盐台地内。当然, 在“ 合” 的大背景之下也有一定程度的“ 分” 。柯坪的康克林组((C2-P1)kk)岩性稳定, 厚50~170 m。巴楚的南闸组(P1n)分布较局限(仅见于北部的小海子和南部的玛扎塔格地区), 局部地区有玄武岩喷发。乌什的扎尔加克组((C2-P1)z)沉积厚度大(可达1300 m)且有大量礁灰岩发育, 属台地边缘的生物礁— 滩相沉积。下二叠统与中二叠统之间普遍为假整合接触。

中— 晚二叠世的沉积分异(表 2)表现为:乌什地区和柯坪地区主体(印干山以西)的中二叠统为海相沉积, 缺上二叠统; 巴楚地区和柯坪东段中— 上二叠统为陆相碎屑岩夹火山岩。

乌什地区的中二叠统岩性可3分:下部为黑色薄层状泥质灰岩, 中部以礁灰岩为主, 上部为钙质粉砂岩、细砂岩夹灰岩。柯坪地区主体的中二叠统岩性也可3分:下部是由砂(砾)岩和粉砂岩组成的杂色层, 厚10~35 m; 中部为灰岩, 含腕足类、瓣鳃类、腹足类和化石, 厚数十至数百米; 上部为砂岩和砂质泥岩, 因遭受剥蚀而厚度不确定。巴楚地区的中— 上二叠统称阿恰群(P2-3aq), 分为下碎屑岩段(大致相当栖霞阶)、火山岩段和上碎屑岩段(上二叠统)。下文将对阿恰群尤其是原称阿恰群中火山岩的地层问题作简要说明。

阿恰群创建于柯坪地区东段印干山的印干村西(阿克苏在地层区划上归柯坪区东部), 由《新疆区域地层表》1981年正式使用; 是年又拆群建组, 该套地层自下而上称为库普库兹满组(P2k)、开派兹雷克组(P2kp)和沙井子组(P3s), 三者间为连续沉积。当时巴楚及更东的广大覆盖区尚未开展钻探, 故将南闸组之上的二叠系笼统地称为阿恰群, 没有细分。1999年, 《中国地层典》据钻孔资料将阿恰群分为(自下而上)下碎屑岩段、火山岩段和上碎屑岩段①(① 黄智斌, 张师本, 杜品德, 等. 2003.塔里木油气区石炭— 二叠系划分对比、古环境研究及含油气远景评价. 内部资.), 并得到广泛使用。尽管柯坪东段的中— 上二叠统已不再称阿恰群, 但原阿恰群拆分出来的3个组与巴楚及以东覆盖区阿恰群的3个岩性段之间几乎呈一一对应的关系(库普库兹满组和开派兹雷克组分别为中二叠世早期和晚期沉积, 可参阅张洪安等, 2009的表1), 则似乎已成定论。但火山岩的定年结果并不支持这一认识。

库普库兹满组在印干村西剖面见2层玄武岩, 总厚约70 m(含火山碎屑岩)。已获得的K-Ar法年龄有:292.4± 0.5 Ma(刘金坤和李万茂, 1991), 292.0± 0.5 Ma(王廷印和刘金坤, 1991), 278 Ma(贾承造等, 1992)和289.0± 6.07 Ma①(① 黄智斌, 张师本, 杜品德, 等. 2003.塔里木油气区石炭— 二叠系划分对比、古环境研究及含油气远景评价. 内部资.); 39Ar-40Ar 法年龄有:282.90± 1.55 Ma、274.08± 2.35 Ma和271.93± 3.67 Ma(均据Zhang et al., 2010); 锆石U-Pb法年龄有:287± 20, Ma和294± 21 Ma(张洪安等, 2009), 291.4± 4.4 Ma(余星, 2009), 293.9± 4.6 Ma和291.9± 2.2 Ma(张达玉等, 2010), 289.5± 2.0 Ma(Yu et al., 2011)。这些年龄值显然表明该组的时代为早二叠世(主要是萨克玛尔期), 不能与阿恰群下碎屑岩段(栖霞期)对比(表2, 表中将库普库兹满组和开派兹雷克组分别简称为库普组和开派组)。

开派兹雷克组玄武岩的分布尽管不如库普库兹满组玄武岩广, 但厚度大, 相变也较大。印干村西原称阿恰群的建群剖面上见5层火山岩(火山碎屑岩夹玄武岩, 总厚近530 m), 黄智斌等测得该剖面上开派兹雷克组玄武岩的K-Ar法年龄分别为:272.88± 4.04 Ma(第2层), 288.40± 4.37 Ma(第3层)和248.27± 3.76 Ma(第5层即顶层)①(① 黄智斌, 张师本, 杜品德, 等. 2003.塔里木油气区石炭— 二叠系划分对比、古环境研究及含油气远景评价. 内部资.)。印干村的玄武岩还测有287.2± 5.6 Ma的K-Ar法年龄(杨树锋, 面告)和281.8± 4.2 Ma的 39Ar-40Ar 年龄(第6层, Yang et al., 2006)。Yu等(2011)报道印干村第6层玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb法年龄为288.0± 2.0 Ma。陈汉林等(1997)测得开派兹雷克村的该组玄武岩的 39Ar-40Ar 年龄为278.5± 1.4 Ma。柯坪四石厂的采石场上见该组中夹9层玄武岩, 总厚339 m。陈咪咪等(2010)对该地顶层的玄武岩测到其锆石SHRIMP U-Pb法年龄为279.0± 4.5 Ma, 这限定了开派兹雷克组玄武岩喷发的上限是早二叠世阿丁斯克期(其上的砂泥岩属沙井子组)。这些年龄值表明开派兹雷克组玄武岩属早二叠世喷发。由于地层划分上以库普库兹满组上层玄武岩之上的沉积岩作为开派兹雷克组的开始, 但库普库兹满组玄武岩厚度变化较大(如柯坪四石厂为132.9 m, 库普库兹满村西南残余厚度仍可达400 m), 因而开派兹雷克组的底界是穿时的(在上层玄武岩因空间分布有限或缺失而相变为沉积岩时, 沉积岩被划归开派兹雷克组; 表2)。开派兹雷克组属早二叠世的进一步证据是:(1)它与库普库兹满组有相同的植物化石, 都可与西欧的奥顿植物群对比(张师本等, 2003); (2)北部坳陷满加尔凹陷中的顺1井钻遇被称为开派兹雷克组的英安斑岩和玄武岩, 英安斑岩的锆石U-Pb法年龄为285± 11 Ma(张洪安等, 2009), 为早二叠世萨克玛尔期; (3)贾承造等(1992)曾测得巴楚阿恰群中辉绿岩的Sm-Nd等时线年龄259± 57 Ma, 开派兹雷克组显然不能与之对比。库普库兹满组和开派兹雷克组同属早二叠世说明玄武岩是快速喷发— 溢流活动的产物。

4 成盆动力学背景初探

塔里木板块的演化明显受周边造山带发育的制约(吴根耀和马力, 2003; 李曰俊等, 2008a), 塔西北地区古生代的古地理演化主要与南天山洋盆及西昆仑洋盆的发育相耦合。

4.1 加里东期

新疆、甘肃交界处的北山地区奥陶纪出现洋壳(月牙山蛇绿岩, 何国琦等, 1994), 表明南天山洋盆晚寒武世— 早奥陶世处于进一步扩张阶段, 因而塔西北地区早奥陶世发生伸展, 深水— 半深水沉积区扩大并形成塔西北台盆。相应地, 基底中的东西向断裂(古吐木休克断层)和北东向断裂(阿克苏古隆起的南界古沙井子断裂)活化, 成为控盆或控相断裂。

古吐木休克断层是吐木休克断裂的西延; 后者加里东期的活动已由朱德丰等(2008)讨论过, 笔者进一步补充以下证据。在通过吐木休克断裂中部的AN92-156剖面(图 5左)上可见F2断层上盘的Tg6'与Tg5'界面之间的地层(上寒武统— 中奥陶统)较下盘(阿瓦提凹陷, 当时属塔西碳酸盐台地)的相应地层厚860, m左右, 断层上盘的Tg5'至Tg3界面之间的地层(上奥陶统和志留系— 泥盆系)较下盘的地层厚440, m左右。这由2个原因造成:一是奥陶纪沿吐木休克断裂发生了伸展, 故沿断裂带沉积厚度较大, 水体相对较深, 这已为钻探揭示的岩性变化证实; 二是巴楚断隆上的克兹尔塔格组((S3-D2)k)仅在沿吐木休克断裂的方1井、和4井等钻遇(贾承造等, 2004), 反映了该断裂对博罗霍洛运动的磨拉石盆地的控制。该剖面上还见F1断层上延未切过Tg3界面, 反映了它在加里东期的活动。BD97-146剖面(图 5右)所见断裂两侧地层厚度变化的情况与AN92-156剖面基本相同, 只是因2条次级断层的发育而使断裂带的结构复杂化; 不同之处是F1断裂在喜马拉雅期重新活动了。该剖面上的2条主干断裂向上延伸均止于T3界面, 反映了该断裂的主活动期是中新世— 上新世早期, 断裂带整体向南倾的面貌也在此时定型。

北东向的古沙井子断裂加里东期的活动可总结为两条:(1)在中奥陶世— 晚奥陶世早期是沉积相带的分界, 其南东侧(巴楚一间房)的一间房组和恰尔巴克组是台地相碳酸盐岩, 北西侧的萨尔干组和坎岭组为台盆沉积; (2)在晚志留世— 中泥盆世是克兹尔塔格组的控盆断裂, 故柯坪地区的该套地层较巴楚地区厚度更大、粒度更粗。

近北西向断裂的发育则与西昆仑洋古生代的消减相耦合(吴根耀等, 2009; 并可参阅李曰俊等, 2008a的图13), 古阿恰断裂在加里东期活动。在切过阿恰断裂南段的A05-112剖面(图 6左上)上可见该断裂倾向北东, 上盘是阿瓦提凹陷, 下盘是巴楚断隆, 上盘的Tg7与Tg5界面之间的地层厚度较下盘的大。勘探结果证实:巴楚断隆缺一间房组和恰尔巴克组, 阿瓦提凹陷内发育这两组沉积。位于阿恰断裂中段的A05-128 剖面(图 6右上)揭示了同样的地层厚度变化现象, 尽管阿恰断裂带的主干断裂倾向南西。这说明阿恰断裂的中南段(北段是塔西碳酸盐台地与塔西北台盆之间的分界)虽位于塔西碳酸盐台地内, 但对两侧(南西侧为巴楚断隆, 北东侧为阿瓦提凹陷)的中— 上奥陶统沉积仍有控制作用。

图5 通过吐木休克断裂中部的AN92-156地震剖面(左)和 BD97-146地震剖面(右)
地震反射界面:T2— 更新统底面; T3— 库车组(N2k)底面; T5— 康村组(N1-2k)底面; T8— 古近系底面; Tg— 三叠系底面; Tg1— 上二叠统(阿恰群上碎屑岩段)底面; Tg2— 南闸组(P1n)底面; Tg3— 巴楚组((D3-C1)b)底面; Tg5— 志留系底面; Tg5'— 良里塔格组 (O3l)底面; Tg6— 奥陶系底面; Tg6'— 中— 下寒武统膏盐层的顶面; Tg7— 中— 下寒武统膏盐层的底面Fig.5 Seismic profiles AN92-156(left)and BD97-146(right)across middle sector of Tumxuk fault

图6 通过阿恰断裂(上, 左下)和乔来买提西断裂(右下)的地震剖面
左上— A05-112剖面; 右上— A05-128剖面; 左下— A05-168剖面; 右下— A92-286剖面。地震反射界面:T2— 更新统底面; T3— 库车组(N2k)底面; T5— 康村组(N1-2k)底面; T8— 古近系底面; Tg— 三叠系底面; Tg1— 上二叠统(阿恰群上碎屑岩段)底面; Tg2— 南闸组 (P1n)底面; Tg3— 巴楚组((D3-C1)b)底面; Tg5— 志留系底面; Tg7— 中— 下寒武统膏盐层的底面Fig.6 Seismic profiles across Aqia(upper and lower left)and Qiaolaimaitixi(lower right) faults

4.2 早海西期

塔里木板块北部石炭纪的演化与南天山洋盆的消减相耦合。当时沿柯坪— 阿克苏— 库车地区形成一条横贯塔里木板块的北缘隆起带, 其东、西两段发育的具体细节尚有不同。塔里木东部, 库车地区(除北缘外)缺失石炭系; 其南的塔北隆起区巴楚组和卡拉沙依组下部沉积广布; 因基底中东西向构造的复活形成3条东西向的断垒带(自北向南依次为轮南、桑塔木和阿克库勒断垒带, 杨海军等, 2007a; 吴根耀等, 2009), 故卡拉沙依组上部和小海子组分布零星。更南的阿瓦提凹陷中卡拉沙依组发育完好, 小海子组的顶部地层不全。这说明从石炭系的完好发育区至隆起剥蚀区之间有一个宽阔的过渡带, 东西向构造对石炭系发育有控制作用。

塔西北的明显不同是以柯坪塔格断裂为界, 其北西的柯坪地区基本缺失石炭系, 其南东的巴楚地区则石炭系发育完好。当然, 今日所见的柯坪塔格断裂是新生代柯坪褶皱冲断带的前锋断裂, 石炭纪柯坪断隆与巴楚沉积区之间的界线可能有两种情况:(1)柯坪塔格断裂的前身是柯坪断隆的东南边界断裂即上述两大沉积相区的分界(柯坪断隆于石炭纪出现雏形), 因后期的逆掩或逆冲迁就利用它而发生(下文将证实这种情况的可能性), 故其原始面貌已被模糊, 位置也发生了向南东的迁移。(2)原柯坪断隆与巴楚沉积区之间的界线因柯坪冲断带的向南推覆而被“ 掩盖” 了。不过, 这种推覆毕竟是原地— 准原地的, 像塔东那样石炭系发育的开阔过渡带在塔西北似不可能出现。塔西北的另一特点是因迁就利用了古沙井子断裂, 柯坪塔格断裂的主体是近北东向的, 仅西段因迁就利用古吐木休克断层而呈近东西向。

4.3 晚海西期

塔西北地区二叠纪的演化主要受强烈的火成活动引起的热隆升造山和南天山洋盆的消减闭合制约; 西昆仑洋二叠纪的消减对北西向断裂的发育也有贡献, 故北西向断裂在晚海西期得到进一步发展, 并控制了巴楚断隆北部的火成活动。自东向西简述如下。

1)古阿恰断裂。沿古阿恰断裂有早二叠世的玄武岩喷发(罗俊成等, 2000)。此外, 其北东侧的次级断裂(七狼滩构造, 图6左下)也指示它在晚海西期的活动, 即七狼滩的2条断裂上延只切穿Tg2界面表明它是南闸组沉积时的同生断层。后期(主要为古近纪末), 这2条断层间夹持的地层因挤压而冲起, 造成“ 中间高两侧低” 的古地貌并影响了新近系的厚度变化。

2)古一间房断裂。一间房地区(良里塔格)见上丘里塔格组内“ 夹” 有玄武岩(露头分布见图2), 玄武岩的上、下地层均明显遭受烘烤, 说明它是后期顺层贯入的。与玄武岩共生的一间房辉绿岩的锆石U-Pb法年龄283± 1.3 Ma(张洪安等, 2009), 一间房辉长岩锆石U-Pb法年龄274± 15 Ma(李勇等, 2007), 可证实它们是早二叠世的基性岩浆活动。

3)古古董山断裂。瓦基里塔格以南见沿古古董山断裂有玄武岩喷发。瓦基里塔格以北的小海子地区见密集的辉绿岩脉侵入且呈规律的北西走向。小海子以东的麻扎塔格辉长岩的锆石U-Pb法年龄283.1± 3.2 Ma(张洪安等, 2009), 小海子南闸辉绿岩的锆石U-Pb法年龄272± 6 Ma(李勇等, 2007), 说明它们也是早二叠世的基性岩浆活动产物。

4)古三岔口断裂、古曲许盖断裂和古色力布亚断裂。沿这3条断裂有基性岩侵入或玄武岩喷发(罗俊成等, 2000)。瓦基里塔格辉长岩的锆石U-Pb法年龄265± 16 Ma(张洪安等, 2009); 巴楚断隆南部的钻井中常见阿恰群火山岩段发育(如前述的玛401井), 邻侧的阿瓦提凹陷如满西2井, 尽管缺失南闸组, 阿恰群火山岩段钻遇厚度为417.5 m(玄武岩6层, 总厚约70 m), 说明沿北西向断裂的玄武岩喷发可延续到中二叠世。

需要强调的是, 巴楚断隆北部的这些北西向断裂, 除古阿恰断裂外, 其他断裂北延均被柯坪塔格断裂所截, 未能进入柯坪断隆内, 因而该断裂两侧的早二叠世火成活动有不同的面貌:巴楚地区与玄武岩共生的辉绿岩脉广布, 呈规则的北西走向, 辉长岩也十分发育; 柯坪地区(主体)只见少量的基性侵入岩, 呈北东东— 近东西走向(罗俊成等, 2000)。这说明柯坪塔格断裂早— 中二叠世是一条分开了柯坪断隆和巴楚断隆的构造边界。

因强烈的火成活动造成热隆升, 巴楚地区的南闸组(P1n)分布较为局限, 且南闸组沉积后发生隆起, 海相的下二叠统与陆相的中— 上二叠统间为假整合接触。其东的阿瓦提和塔中地区则因热隆升而缺失南闸组。这一热隆升对柯坪地区东段(印干山区)有特别重要的影响。由于沿古阿恰断裂及其东的近北西向断裂(如印干断裂)发生强烈的玄武岩喷发, 该地尽管接受过康克林组沉积时期的海侵, 但很快隆起, 在经历了短暂的剥蚀后发育库普库兹满组和开派兹雷克组下部的陆相碎屑岩(夹玄武岩)沉积。这是塔西北地区的一个独特之处(乌什地区、柯坪地区主体和巴楚地区下二叠统均为海相灰岩), 实际上是由北西向断裂控制的大规模火成活动引起的热隆升造成的。

近东西向断裂则在晚海西期发生分异。吐木休克断裂在早— 中二叠世发生伸展, 控制了玄武岩喷发和深成岩侵入(罗俊成等, 2000); 中二叠世末发生反转, 上盘(阿瓦提凹陷)向南逆冲, 反映了该期冲断活动受南天山洋盆的向北消减制约(朱德丰等, 2008)。古吐木休克断层在晚海西期没有活动, 并自此开始进入消亡阶段, 这由以下两个因素决定:(1)它被一系列晚海西期活动的北西向断裂切成了若干段, 这些北西向断裂在中新世几乎都发生过冲断活动, 有的(如三岔口断裂)甚至在更新世还重新活动(张洪安等, 2011); (2)其南、北两侧晚海西期和后期都有断裂活动。其南侧是北西西走向的卡拉沙依断裂(位置见图1), 晚海西期沿之有大规模的基性岩浆活动, 白垩纪和更新世都有冲断作用发生(张洪安等, 2011)。其北侧有北东东走向的乔来买提西断裂。通过乔2井的A92-286地震剖面(图 6右下)揭示它发生过两期活动, 晚期活动显然发生在更新世, 因断裂已切穿T2界面。早期活动是沿寒武系中的膏盐层发生自北向南的冲断, 在上盘形成断层传播褶皱即乔2井背斜 (图 6右下的中部)。该剖面见更新统角度不整合覆于二叠系之上, 导致确定早期冲断活动的时代较为困难。区域上看, 吐木休克断裂对侏罗系— 白垩系的沉积分异尽管有控制作用, 但无明显的冲断活动(朱德丰等, 2008), 据此推测乔来买提西断裂的早期活动发生在晚海西期。

南天山洋盆中— 晚二叠世消减、二叠纪末闭合(孙柏年和沈光隆, 1991; 李曰俊等, 2004, 2005b)的造山运动对塔西北地区演化的制约主要表现在:(1)乌什地区和柯坪地区主体中二叠世末— 晚二叠世隆起; (2)巴楚及其北的印干山区的阿恰群上碎屑岩段(及与之大致相当的沙井子组)主要是紫红色、褐色泥岩与长石石英砂岩、粉砂岩不等厚互层, 属俯冲造山的磨拉石建造。洋盆闭合后继之以陆— 陆(弧)碰撞, 沿塔里木板块的北缘普遍发育三叠纪的磨拉石建造。

5 结语和讨论

1)把柯坪断隆“ 还原” 为塔里木板块的一部分, 恢复了古生代它与北侧的乌什地区和南侧的巴楚地区“ 分分” “ 合合” 的沉积演化史, 发现它总体上与巴楚地区具相似性。仅在两个地史阶段柯坪地区与乌什地区处于同一沉积— 古地理单元:一是笔者首次提出的奥陶纪塔西北台盆, 因南天山洋盆的进一步扩展导致塔里木板块的北部地区伸展沉陷; 二是石炭纪末— 早二叠世, 由于经早石炭世消减后残留的南天山洋盆再度扩张, 塔西北地区石炭纪末— 早二叠世发生海侵。这两次事件都波及到巴楚地区北部, 即巴楚一间房地区奥陶纪属塔西北台盆, 早二叠世的海侵到达巴楚小海子和其东的麻扎塔格。

2)把柯坪断隆“ 还原” 到塔里木板块里, 不仅可以全面认识塔西北地区早加里东运动(艾比湖运动)的磨拉石的空间分布特征, 而且为勾绘晚加里东运动(博罗霍洛运动)后塔里木板块的海侵史提供了一条清晰的思路:一方面, 中泥盆世在柯坪地区的最西部已发育海相沉积, 晚泥盆世和石炭纪不断向东扩大其范围; 另一方面, 因南天山洋的消减在柯坪— 阿克苏— 库车一线形成一条横贯塔里木北缘的东西向石炭纪隆起带阻挡了向南的海侵, 故塔里木板块中— 北部上泥盆统— 石炭系的沉积相展布有清楚的空间规律。

3)首次提出塔西北地区石炭纪— 二叠纪的沉积— 古地理演化主要与两个造山作用耦合, 一是南天山洋消减闭合的俯冲造山, 二是早二叠世强烈的火成活动引起的热隆升造山。在巴楚断隆北部和北邻的印干山区, 强烈的火成活动受北西向断裂控制。首次据大量同位素年龄值(并参考原植物群的研究成果), 将柯坪地区东段(印干山区)原认为属中二叠世的库普库兹满组和开派兹雷克组更正为早二叠世, 是南闸组的相变, 为正确划分塔里木板块二叠纪的火成活动旋回、分别探讨其源区性质和地球动力学背景(吴根耀等, 2002)奠定了基础。该地早于其他地区出现陆相沉积是热隆升导致石炭纪末— 早二叠世(康克林组沉积期)海侵的区域变小、海相沉积时间变短所致。

4)基于对沉积和火成活动控制的事实, 厘定了大量古生代活动的断裂, 把前人认为的白垩纪— 新生代断裂的形成时代推进到古生代(为了与新生代断裂区别, 文中冠以“ 古” 字)。这些古生代断裂在新生代可能有3种情况:(1)仍保持在同一运动学系统内继续活动, 如古阿恰断裂、古一间房断裂等仍归属塔中北西向断裂系; (2)被后期断裂迁就利用而成为新的运动学体系的分子, 如古吐木休克断层的西段和古沙井子断裂的中西段被柯坪塔格断裂迁就利用; (3)后期不活动并因被“ 肢解” 而消失了, 如古吐木休克断层的中东段。值得注意的是:阿瓦提— 巴楚— 喀什一线以北现今为地震活跃带(称乌恰— 巴楚地震带), 该带上的地震活动表现为沿东西方向跳跃、往返迁移的特点①(① 新疆地质局区域地质调查大队.1980.新疆维吾尔自治区构造体系与地震分布规律图(1:1000000)说明书.), 这无法用柯坪冲断带的活动来解释, 因为皮羌以东该冲断带的主冲断层(自南向北为柯坪塔格断裂、依木干他乌断裂和卡拉布克塞塔格断裂; 可参阅王国林等, 2009的图6)均为北东走向, 这些特点指示了基底中有构造薄弱带(古断裂带)存在。

5)塔西北地区古生代的控盆及控相断裂可分为两种:基底构造的继承性活动(如东西向断裂)和新生构造(如北西向断裂)。朱德丰等(2008)对吐木休克断裂的研究已表明:西段(东西走向段)属基底构造的活化, 在加里东期活动较强, 在之后的历次构造运动中其活动性逐渐减弱; 东段(近北西走向段)是加里东期出现的新生构造, 在之后的历次构造事件中不断发展壮大。笔者进一步认为古吐木休克断裂曾是吐木休克断裂带的西延, 它在奥陶纪活化成为塔西北台盆的南界, 中东段在早海西期已不再活动, 晚海西期则因被肢解而趋于“ 消失” , 这为揭示吐木休克断裂带的时空演化特征提供了新资料。早二叠世时北西向断裂发展壮大并控制了强烈的火成活动, 使柯坪东段的印干山区成为独立于乌什— 柯坪— 巴楚海侵区外的一个陆相的沉积— 构造单元。

6)塔里木盆地是塔里木板块经新生代陆内造山作用改造后残留下来的块体。这种改造作用大体可分为两种方式。一是(南天山的)山前发育一组倾角相对较陡的冲断层, 原塔里木板块的沉积被卷入到冲断带, 即被分散地保存于各逆冲岩片(席)中。由于冲断层控制了新生代磨拉石盆地发育, 常把这个冲断带视为“ 盆” , 实际上是“ 山” 与“ 盆” 之间的过渡带, 如库车— 乌什冲断带。另一种情况是:(南天山)山前冲断层的倾角甚缓, 原塔里木板块的沉积被卷入冲断带之后接着向盆内发生薄皮的逆掩, “ 盆” 与“ 山” 之间的界线是截然的。如在柯坪地区, 南天山新生代造山带与塔里木盆地之间的界线是柯坪塔格断裂, 该断裂的上盘是原塔里木板块的古生界, 现属于“ 山” , 其下盘仍是原塔里木板块的沉积, 只是被向南逆掩的“ 山” 掩盖了。识别这两种方式对正确地恢复地史期间塔里木板块的范围和沉积— 古地理演化有十分重要的意义。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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