论文部分内容阅读
银额地区位于中亚造山带南缘中段，处于塔里木板块与华北板块的交接过渡地带，且位于阿尔金和东戈壁两条陆内大型走滑断裂带的侧接部位。该区石炭—二叠纪的构造环境与盆地构造属性颇有争议，中新生代陆内构造变动产生的改造效应亦相当复杂，此问题不但对中亚造山带晚古生代构造环境与亚洲腹部中新生代陆内变形过程的认识具有重要的科学意义，而且直接影响该区石炭—二叠系的油气资源评价与勘探部署，属于当今盆山动力学及其资源环境效应研究的前沿领域。本文在前人研究的基础上，聚焦银额地区石炭—二叠纪盆地发育特征与后期改造，将野外地质调查与大量测试分析以及覆盖区的地球物理资料相结合，开展综合研究，系统探讨了银额地区石炭—二叠纪盆地的前寒武纪基底性质、沉积充填、构造属性、后期改造以及油气远景区。主要取得以下成果认识：
首次在银额地区北部的珠斯楞-杭乌拉构造带发现淡色花岗岩并获得~0.9Ga锆石U-Pb年龄，且得到锆石Hf同位素两阶段模式年龄介于2.0~1.6Ga，为该构造带前寒武纪古老陆块存在提供了年代学证据，推测其应为南蒙古微大陆在我国境内的延伸。据此并结合前人研究成果提出，银额地区石炭—二叠纪沉积盆地具有前寒武纪结晶基底，自南而北可分为3个特征各异的单元：南部的雅布赖-巴音诺尔公构造带与中部宗乃山-沙拉扎山构造带在~0.9Ga就已发生拼贴，此拼贴事件与Rodinia超大陆的拼合有关；北部的珠斯楞-杭乌拉构造带与宗乃山-沙拉扎山构造带拼贴时限较晚，二者之间的恩格尔乌苏断裂带具有活动构造带的性质。总体而言，银额地区在石炭—二叠纪盆地发育期具块-带-盆动力学系统的特征，即沉积盆地与稳定地块和活动构造带形成密切相关、有机相联的地球动力学系统。
沉积学与地层学研究表明，晚石炭世—早二叠世早期（阿木山组沉积期），银额地区的沉积环境具有明显的分区性，恩格尔乌苏一带发育深海沉积，恩格尔乌苏以南主体为滨浅海相沉积。中晚二叠世（埋汗哈达组、阿其德组和哈尔苏海组沉积期），银额地区主体发育滨浅海相沉积，缺失深海沉积。此外，恩格尔乌苏一带可见阿木山组的深海沉积与上覆埋汗哈达组的滨浅海相沉积呈不整合接触，指示早二叠世晚期银额地区的构造环境发生了转变。岩相学与岩石地球化学分析表明，银额地区石炭—二叠纪的碎屑沉积岩总体显示出较低的结构与成分成熟度，源区物质经历了较弱的化学风化作用、沉积分选以及成岩作用改造，指示区域构造环境较为活跃。碎屑锆石物源分析表明，恩格尔乌苏以南的阿木山组具有统一的源汇体系，显示出双向物源的特征，表明晚石炭世—早二叠世早期阿拉善地块与宗乃山-沙拉扎山之间不存在具有分隔意义的大洋盆地；与之不同，恩格尔乌苏一带的阿木山组具有单向物源；这指示该区与其以南地区的阿木山组具有截然不同的源汇体系。中上二叠统埋汗哈达组和哈尔苏海组的沉积物源具有双向性，既有南部阿拉善地块和宗乃山-沙拉扎山构造带的贡献，又有北部珠斯楞-杭乌拉构造带与蒙古国南部地质体的贡献。将上述结果与火成岩地球化学、古地磁和生物构造古地理的最新研究成果相结合，本文提出银额地区古亚洲洋的最终闭合发生在早二叠世晚期（约280~270Ma），即阿木山组沉积之后、埋汗哈达组沉积之前；晚石炭世—早二叠世早期，银额地区的古亚洲洋向南俯冲并形成沟弧盆体系，在恩格尔乌苏一带发育海沟或弧前盆地，恩格尔乌苏以南的地区受弧后伸展作用的影响发育裂陷盆地；中晚二叠世，银额地区处于后碰撞伸展阶段并发育近海的陆内裂陷盆地。
构造变形变位、岩浆热力活动以及后期构造变动的热年代学记录指示银额地区石炭—二叠纪盆地经历了10期后期构造变动-改造事件，其中早二叠世晚期的构造变动对阿木山组的影响较大；二叠纪末—晚三叠世早期的构造变动对于上古生界的改造最强；中侏罗世晚期—早白垩世早期与早白垩世中晚期的构造变动对于上古生界也具有较强的改造效应；其余构造变动对于上古生界的改造相对较弱。后期改造的形式主要包括构造变形、抬升剥蚀、叠合深埋、肢解残存与热力改造等，且这5种改造形式在不同地区以不同强度表现出差异叠加、复合改造的特征。从改造效应看，伸展环境下沉降区的叠合深埋对于上古生界的保存较为有利；伸展环境下盆缘区与隆起带的构造抬升以及挤压环境下的强烈变形与隆升对于上古生界的保存不利。银额地区各期构造变动事件的动力学背景不尽相同，早二叠世晚期的构造变动主要受古亚洲洋关闭的影响，中生代的构造变动先后受南部特提斯洋、北部蒙古-鄂霍茨克洋和东部古今太平洋系统演化的影响，新生代的构造变动主要与阿尔金和东戈壁两条大型左行走滑断裂的幕式活动密切相关。
根据石炭—二叠纪盆地的发育特征、烃源条件以及后期改造特征，在银额地区划分了3个不同级别的油气保存成藏单元与远景区，其中恩格尔乌苏断裂带以北中生代拐子湖-哈日凹陷下伏的二叠系为该区上古生界最为有利的油气远景区。此外，白垩纪裂陷盆地中凸起的石炭—二叠系岩层可能形成新生古储的潜山型油气藏，也是银额地区石炭—二叠系油气勘探的重要目标。
首次在银额地区北部的珠斯楞-杭乌拉构造带发现淡色花岗岩并获得~0.9Ga锆石U-Pb年龄，且得到锆石Hf同位素两阶段模式年龄介于2.0~1.6Ga，为该构造带前寒武纪古老陆块存在提供了年代学证据，推测其应为南蒙古微大陆在我国境内的延伸。据此并结合前人研究成果提出，银额地区石炭—二叠纪沉积盆地具有前寒武纪结晶基底，自南而北可分为3个特征各异的单元：南部的雅布赖-巴音诺尔公构造带与中部宗乃山-沙拉扎山构造带在~0.9Ga就已发生拼贴，此拼贴事件与Rodinia超大陆的拼合有关；北部的珠斯楞-杭乌拉构造带与宗乃山-沙拉扎山构造带拼贴时限较晚，二者之间的恩格尔乌苏断裂带具有活动构造带的性质。总体而言，银额地区在石炭—二叠纪盆地发育期具块-带-盆动力学系统的特征，即沉积盆地与稳定地块和活动构造带形成密切相关、有机相联的地球动力学系统。
沉积学与地层学研究表明，晚石炭世—早二叠世早期（阿木山组沉积期），银额地区的沉积环境具有明显的分区性，恩格尔乌苏一带发育深海沉积，恩格尔乌苏以南主体为滨浅海相沉积。中晚二叠世（埋汗哈达组、阿其德组和哈尔苏海组沉积期），银额地区主体发育滨浅海相沉积，缺失深海沉积。此外，恩格尔乌苏一带可见阿木山组的深海沉积与上覆埋汗哈达组的滨浅海相沉积呈不整合接触，指示早二叠世晚期银额地区的构造环境发生了转变。岩相学与岩石地球化学分析表明，银额地区石炭—二叠纪的碎屑沉积岩总体显示出较低的结构与成分成熟度，源区物质经历了较弱的化学风化作用、沉积分选以及成岩作用改造，指示区域构造环境较为活跃。碎屑锆石物源分析表明，恩格尔乌苏以南的阿木山组具有统一的源汇体系，显示出双向物源的特征，表明晚石炭世—早二叠世早期阿拉善地块与宗乃山-沙拉扎山之间不存在具有分隔意义的大洋盆地；与之不同，恩格尔乌苏一带的阿木山组具有单向物源；这指示该区与其以南地区的阿木山组具有截然不同的源汇体系。中上二叠统埋汗哈达组和哈尔苏海组的沉积物源具有双向性，既有南部阿拉善地块和宗乃山-沙拉扎山构造带的贡献，又有北部珠斯楞-杭乌拉构造带与蒙古国南部地质体的贡献。将上述结果与火成岩地球化学、古地磁和生物构造古地理的最新研究成果相结合，本文提出银额地区古亚洲洋的最终闭合发生在早二叠世晚期（约280~270Ma），即阿木山组沉积之后、埋汗哈达组沉积之前；晚石炭世—早二叠世早期，银额地区的古亚洲洋向南俯冲并形成沟弧盆体系，在恩格尔乌苏一带发育海沟或弧前盆地，恩格尔乌苏以南的地区受弧后伸展作用的影响发育裂陷盆地；中晚二叠世，银额地区处于后碰撞伸展阶段并发育近海的陆内裂陷盆地。
构造变形变位、岩浆热力活动以及后期构造变动的热年代学记录指示银额地区石炭—二叠纪盆地经历了10期后期构造变动-改造事件，其中早二叠世晚期的构造变动对阿木山组的影响较大；二叠纪末—晚三叠世早期的构造变动对于上古生界的改造最强；中侏罗世晚期—早白垩世早期与早白垩世中晚期的构造变动对于上古生界也具有较强的改造效应；其余构造变动对于上古生界的改造相对较弱。后期改造的形式主要包括构造变形、抬升剥蚀、叠合深埋、肢解残存与热力改造等，且这5种改造形式在不同地区以不同强度表现出差异叠加、复合改造的特征。从改造效应看，伸展环境下沉降区的叠合深埋对于上古生界的保存较为有利；伸展环境下盆缘区与隆起带的构造抬升以及挤压环境下的强烈变形与隆升对于上古生界的保存不利。银额地区各期构造变动事件的动力学背景不尽相同，早二叠世晚期的构造变动主要受古亚洲洋关闭的影响，中生代的构造变动先后受南部特提斯洋、北部蒙古-鄂霍茨克洋和东部古今太平洋系统演化的影响，新生代的构造变动主要与阿尔金和东戈壁两条大型左行走滑断裂的幕式活动密切相关。
根据石炭—二叠纪盆地的发育特征、烃源条件以及后期改造特征，在银额地区划分了3个不同级别的油气保存成藏单元与远景区，其中恩格尔乌苏断裂带以北中生代拐子湖-哈日凹陷下伏的二叠系为该区上古生界最为有利的油气远景区。此外，白垩纪裂陷盆地中凸起的石炭—二叠系岩层可能形成新生古储的潜山型油气藏，也是银额地区石炭—二叠系油气勘探的重要目标。