利用基准面变化分析塔北地区构造和沉积演化史

塔北地区沉积基准面变化曲线可分为6个一级升降旋回,分别对应6个巨层序,即元古界巨层序TS(Z-O1)、TTP-TKA(O2+3-D)、TKB-TLA(C-P)和中新生代巨层序TUA (T-)。基准面一级旋回变化反映了塔里木盆地发展演化的不同阶段。

1.巨型层序TS的形成阶段

在巨层序TS形成过程中,塔里木盆地由大陆裂谷发展为被动大陆边缘。超层序TSA在曼加尔凹陷发育大规模低水位沉积,是盆地形成早期深裂谷沉积充填的反映。在超层序TSA顶部,发育大规模的前进积超沉淀,这是一个大规模的海侵特征。反映在基准面变化曲线上,表现为一个快速、持续的上升过程,一直持续到超层序TSC的形成。虽然有小幅下降(对应地震上的顶进积序列)和停滞,但总的趋势是上升的,在TSC沉积早期(相当于早奥陶世早期)达到最高水位。随之而来的是海平面的大幅下降。

在巨层序TS的发育阶段,基准面变化曲线存在三个明显的二级旋回。第一个旋回主要是一个持续稳定的上升过程,对应于塔里木北部地区,以浅水、陆地和近海碳酸盐台地和潮坪相沉积为主。第二旋回,塔北发展为被动大陆边缘,自西向东为碳酸盐开阔台地相-陆棚相-深盆相。台地相区发育多期进积层序,层序间进积角大,顶超,进积和加积交替出现。在大陆架相区,随着海平面的升降,大陆架的棱角向海洋或陆地迁移。在地震剖面上,有多期丘状礁,内部反射混乱。在深盆相区,发育低位体系域,低位体系域顶部可见进积和底面,具有典型的海相层序结构特征。第三旋回是塔里木海北部最大和最高水位时期,曼加尔坳陷存在欠补偿沉积。西部台地沉积地层相对较厚,东部深盆迅速变薄。

2.巨型层序TTP—TKA的形成阶段

巨型层序TTP-TKA (O2+3-D)的发育阶段是盆地向活动大陆边缘和弧后前陆发展的转化阶段。由于南天山洋(?),北疆洋向南俯冲,塔里木北缘出现奥陶纪大陆火山岛弧带,东部库鲁克塔格弧后盆地出现砂质、泥质板岩夹薄层生物灰岩韵律层。孔雀河海槽区发育厚度近3000米的水下扇,以及海槽盆地中的浊积岩和远洋暗色泥岩。

在基准面变化曲线中,地震超点曲线与可容纳空间变化曲线具有良好的一致性。可以分为三个次级循环。第一旋回(相当于O2+3),底水位最低,对应一个大的层序界面。在地震上,中、上奥陶统的特点是发育了一个大规模的低水位体系。地层西薄东厚,自东向西为上层建筑明显的楔形体。根据南北区域剖面分析,在塔中隆起东南区,在NS585地震线上看到一个从东南延伸至曼加尔坳陷的大型下切河谷,并看到一个由南向北的高角度大规模进积,表明曼加尔坳陷中-晚奥陶世大型盆底扇是东南物源的结果。

第二旋回和第三旋回分别对应TTPB(S)和TKA(D),现有钻井位于志留-泥盆系边缘相带,揭示沉积环境为浅水背景的陆源碎屑沉积。但是,根据地震层序分析,在Mangar深凹中,存在以上述顶相为特征的低水位沉积,以及隐约可见的指示最大洪泛面位置的下顶面,这表明志留系Mangar凹陷已发育深水沉积,具备形成含油层的条件。

3.巨型层序TKB—TLA的发育阶段

TKB—TLA巨层序相当于石炭纪—二叠纪。早海西运动从根本上改变了石炭纪相对于震旦纪-泥盆纪的古地理格局,开始了全新的沉积旋回。在这一运动的影响下,库鲁克塔格拗拉槽和塔里木前陆盆地闭合并隆升成陆,而西南地区发生扭曲和断裂,形成内部克拉通盆地,与塔里木克拉通西南地区的周边盆地相连。塔北地区继承了晚泥盆世以来的海退沉积格局,海水大规模向西南方向后退。

在地震过冲曲线上,石炭纪表现为两个二级旋回,二叠纪为一个二级旋回。在测井可容纳空间曲线上,石炭系也是两个二级旋回,其中包含四个三级旋回,二叠系曲线缺失。第一个二级旋回发育于早石炭世早期,其最大水淹面对应“双峰灰岩”段,塔北地区低水位体系不发育或发育很薄。主要为海侵体系域和高水位体系域。在海侵过程中,形成了厚层的海侵砂层,成为石炭系的主要目的层。在第一旋回中,塔北地区还发育潮坪相和蒸发岩相。第二旋回对应于早石炭世晚期和晚石炭世,其最高水位出现在早石炭世末期。与这一旋回相对应,塔里木北部发育河流-三角洲沉积体系。

在盆地西南部,沿和田河剖面可见多期、长距离的下铅产物(图2-23),构成了石炭系的主要生油区。

二叠纪沉积旋回主要发育在盆地西南部,分布在塔巴北部Sha10井以西。地震以进积高频序列为特征,有大面积火成岩发育。

4.巨序列TUA的发育阶段

巨层序TUA对应三叠纪和侏罗纪。塔北仅发育下侏罗统,因此TUA巨型层序上部不完整。

经过三叠纪晚二叠世的充填和充填,塔北地区进入中新生代陆相盆地发展阶段。阿瓦提-曼加尔地区被柯坪-巴楚古龙、新河-轮台低山丘陵和库尔勒-尉犁古龙所包围,成为一个北高南低的坳陷型内陆盆地。阿瓦提地区受阿恰断裂和沙井子断裂影响,具有坳陷性质,成为塔北地区早三叠世的沉积中心。

在基准面变化曲线上,这一时期发育了两个次级旋回。第一旋回下部处于低水位,对应的沉积范围局限于阿瓦提断陷,沉积地层自西向东叠置。早三叠世中晚期达到最高水位,地震上出现代表致密剖面的具有稳定特征的连续强反射。随着三叠纪地层的形成,阿瓦提地区逐渐抬升,湖泊由西向东移动,沉积中心向曼加尔地区移动,发育了一个小规模的低位体系域。到侏罗纪,沉积中心进一步东移,塔北地区只看到盆地边缘的沉积相区。

5.巨型序列tz-tte的发育阶段

塔里木北部白垩系及以上地层分布稳定,产状平缓,在地层上很难找到超点,该阶段的超点曲线与全球海平面变化曲线没有可比性。究其原因,很可能是因为白垩系及以上地层,上超点曲线的可靠性降低。测井得到的可容空间变化曲线与地层岩性的旋回性有很好的对应关系,虽然与全球海平面变化曲线差异较大,但有一定的可比性。曲线体现为两个二级循环,整体变化缓慢。对应Kapshaliang群,有一个峰值水位。