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塔里木盆地中央高磁异常带成因_来自地震反射剖面的新证据

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塔里木盆地 中央 异常 成因 来自 地震 反射 剖面 证据
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281国家重点基础研究发展计划(2009和中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司委托项目(041011080016) 资助 收稿日期: 2013 修回日期: 2013 网络出版日期: 2014 京大学学报( 自然科学版), 第 50 卷 , 第 2 期 , 2014 年 3 月 50, 2 (2014) 里木盆地中央高磁异常带成因: 来自地震反射剖面的新证据 李文山 李江海†周肖贝 李维波 王洪浩 杨静懿 造山带与地壳演化教育部重点实验室 , 北京大学地球与空间科学学院 , 北京 100871; † 通信作者 , 要 根据钻井资料及构造分析, 对塔东地区二维地震资料和塔中地区三维地震资料进行系统解释, 在该地区震旦系之下识别出断坳二元结构的陆内裂谷 , 该裂谷由 4 个断陷沿纬向形成一个裂谷带 , 其平面分布形态与高磁异常范围极为吻合。结合构造与地层发育特征认为: 裂谷期断陷中发育典型陆内双峰式火山岩, 是航磁异常带上磁力高的直接表现 ; 高磁异常带轴线与断陷的边界断层位置吻合 , 异常源具有垂直向下的通道, 与基底断裂及深部岩浆上涌有关。正演计算验证了南华纪裂谷带模型的磁异常结果。高磁异常带东段为裂谷成因, 向中部、西部裂谷作用逐渐减弱直至消失, 至巴楚段高磁异常主要由二叠纪玄武岩造成, 异常带西段则属于塔南古陆块。 关键词 塔里木盆地; 中央高磁异常带 ; 南华纪裂谷 ; 双峰式火山岩 ; 地震剖面 中图分类号 I 00871; † on a of D D a is in a it is of of it be a it to of of of is by it to is 京大学学报( 自然科学版) 第 50 卷 282 黑线为尖灭线, 红线为边界断层, 蓝线为图 3~6 中地震剖面位置 图 1 塔里木盆地航磁异常化极图及与裂谷对应关系 (修改自文献[1]) 1 of of [1]) 塔里木盆地前寒武纪基底对盆地后期演化起了决定性的作用, 研究盆地前寒武纪基底构造格局对盆地的演化有指导意义。塔里木盆地主体被沙漠所覆盖, 盆地内无基底岩石出露。研究全盆地基底构造最好的手段之一是对航磁异常进行场源解释。塔里木盆地航磁异常主要呈现 4 个带 , 盆地中部东西向展布的航磁异常带最为醒目 (图 1)[1]。盆地中部沿北纬 39°40′左右存在一条呈东西向展布、由 6 个磁力高强度带组成的正磁异常带 , 面积近 30000 磁力强度一般为 200~350 最大达 500 过化极处理 , 该异常带向上延拓 20 40 显示宽缓高值正异常[2–3]。盆地东南部为北东向变化 剧烈的正负局部异常带, 磁力强度正异常, 为 300~ 600 化极处理向上延拓 20 40 算后 , 磁力异常强度明显减弱。以上两个高异常带极化向上延拓后的差异说明中央高磁异常带的磁源体埋深较大。巴楚地区存在变化剧烈的窄小尖峰的局部异常, 北西或北西西走向成群分布, 磁力异常强度为 −1600~500 磁力异常明显受吐木休克、卡拉沙依和玛扎塔格断裂控制[4−5]。 塔里木盆地中部的纬向高磁异常带一直是探讨盆地深部及基底物质组成与构造的焦点, 前人对中央航磁异常带的地质成因解释主要分为以下 3 种。1) 中部航磁异常带是塔里木盆地南、北地块震旦纪前拼贴事件的响应。贾承造等[4]认为纬向高磁异常带可能是南、北塔里木地块在震旦纪之前拼贴事件的反映。郭召杰等[6–7]认为中部高磁异常带是以蛇 绿岩带(时线年龄为 829±60 代表的缝合带的反映。吴根耀等[8]和李曰俊等[9]认为, 巴 楚县瓦基里塔格晋宁期火山岩 (40年龄为825~837 盆地中部塔参 1 井闪长岩(40a[10])及花岗闪长岩 (40年龄为 91 0])同为晋宁期岛弧的记录, 指示一条晋宁期古缝合线。2) 盆地中部航磁异常带代表古元古代至新元古代裂陷期产物。许炳如[2]认为中部航磁高异常带可能是古元古代镁铁 –超镁铁岩墙的体现。王宜昌等[3]认为纬向航磁正异常与南部北东向正、负异常带大体上是同期产物, 推断是由长城纪和蓟县纪裂谷引起。3) 盆地中部航磁异常带是后期火山活动及构造作用的反映。丁道桂等[11]认为纬向磁异常带是晚古生代中基性火山岩构造带的反映。李曰俊等[12]认为近东西向的断裂提供了二叠纪至三叠纪岩浆喷发和侵入通道, 形成一条横贯盆地中部的重磁异常带。何碧竹等[13]认为中部高磁异常与奥陶纪阶段性拉张环境下产生的基性火成岩体相关。对磁异常的解释具有多解性的根源在于 , 磁异常是多种地质因素引起的异常的叠加, 所以在解释时要充分利用各种地质、地球物理资料以及已知的地质条件作为约束[14–15]。随着研究资料的不断丰富, 为航磁异常成因分析提供了更多证据。本文第 2 期 李文山等: 塔里木盆地中央高磁异常带成因: 来自地震反射剖面的新证据 283首次利用钻井与深部地震资料, 在前人研究的基础上对航磁异常进行综合解释, 并通过磁异常正演计算对模型进行验证, 分析盆地内南华纪裂谷的构造特征, 以及该裂谷事件与盆地中部高航磁正异常的相关性。 1 塔里木盆地内南华纪裂谷地震解释成果 南华– 震旦系是塔里木盆地结晶基底形成以来的第一套沉积盖层 , 与 大陆的裂解相 关[16–17]。震旦系露头主要分布在盆地东北缘、西北缘和西南缘[18–20], 其中东北缘还发育南华系 (图 2)。勘探资料表明, 盆地内南华– 震旦系主要分布在北部坳陷内, 由坳陷向周围隆起区逐渐减薄至塔中隆起尖灭。震旦系地层在塔北与塔中、塔东隆起区及全盆地区域剖面上都有较清晰的地震反射, 塔中与塔东地区震旦系界面下还有清晰的楔形地震反射 (图 3~6), 推测为南华系。对比东北缘和西北缘露头区[16–19], 盆地上震旦统为坳陷期海相沉积, 构造相对比较平稳 ; 下震旦统与南华系则为断陷期沉积 , 主要沉积于几个大型楔状体中, 以火山岩及陆相沉积为主。本文通过对塔东地区二维地震资料和塔中地区三维地震资料进行系统解释, 分析南华– 震旦 图 2 塔中– 塔东地区钻井与塔东北缘露头区柱状图(修改自文献 [17–18]) 2 of [17–18]) 纪断陷在剖面和平面上的物质组成与形态特征。 塔东地区穿过塔东 1 井与塔东 2 井的二维地震剖面中, 在震旦系底部强反射轴下, 存在一清晰的北倾强反射轴( 图 3 和 4), 北至满加尔断层处结束。根据其典型的断坳二元结构特征及钻井资料, 判断该楔状体为塔里木盆地南华纪裂谷期沉积。 塔中地区西北部三维地震剖面上 , 震旦系之下亦发现一强反射轴, 北倾并向北东方向延伸出工区(图 5)。该地区与塔东地区震旦系及其下的地震反 射特征和平面构造特征类似, 由此推断塔中地区深部沉积楔状体也是南华纪裂谷断陷沉积, 二者具有相同发育模式 (图 6)。 在地震剖面上对震旦系地层进行拉平 , 可见断陷底部相当于下南华统, 因盆地内裂谷初始期不发育 , 其厚度及平面上变化较大, 可能以火山岩为主(图 4~6)。连续反射特点由断陷期上南华统在强烈 拉伸背景下的稳定沉积导致。震旦纪为裂谷发育的断坳阶段, 沉积厚度变化较大, 主要是沉积萎缩造成的楔状沉积, 在隆起部位可能发育碳酸盐岩, 如塔东 2 井 (图 2 和 3), 隆起前部发育一套巨厚的扇三角洲砂泥岩系 (图 7)。 2 塔里木盆地中央高磁异常带成因 近年来在塔里木盆地周缘发现多处 大陆裂解事件的地质记录, 如塔里木西北缘阿克苏基性岩墙群在 759±7 锆石 龄 )侵入蓝片岩之中[21]; 东北缘兴地花岗闪长岩及太阳岛花岗岩锆石 龄为 820~795 9,22], 侵入其中的基性岩墙群年龄为 a (锆石龄 )[21–22], 贝义西组底部裂谷型火山岩锆石 龄为 740±7 3]; 西南缘西昆仑双峰式侵入杂岩锆石 龄为 783±10 4], 铁克里克凝灰岩( 锆石 龄为 787±1 共生大陆溢流玄武岩皆形成于大陆裂谷环境[25](图 8)。地质记录表明“ 大塔里木陆块”在新元古代中期伴随 大陆发生了广泛的裂解, 并在早古生代演化出库地洋、南天山洋、北阿尔金– 祁连洋、南阿尔金– 柴北缘洋等。塔里木盆地内部虽然也有 大陆裂解的物质记录 , 但并没有进一步裂解为洋盆, 体现了裂解强度的不均一性, 可能与地幔柱的强弱有关[27]。 在塔中地区和塔东地区通过地震剖面共解释出4 个上述类型断陷, 由西至东分别为塔中南华纪断 北京大学学报( 自然科学版) 第 50 卷 284 寒武系底界; 震旦系底界; 南华系底界 图 3 塔东 2 井南北向二维地震剖面南华纪裂谷特征 3 on D 4 塔东 1 井南北向二维地震剖面南华纪裂谷特征 , 以震旦系底界拉平 4 on D , d 图 5 塔中地区南北向三维地震剖面南华纪裂谷特征 , 以寒武系底界拉平 5 on D w 图 6 塔中地区东西向三维地震剖面南华纪裂谷特征 , 以寒武系底界拉平 6 on D w 第 2 期 李文山等: 塔里木盆地中央高磁异常带成因: 来自地震反射剖面的新证据 285图 7 南华– 震旦纪裂谷断坳发育模式示意图 7 8 塔里木盆地及周缘南华系陆内火山岩分布图( 据文献 [26]修改 ) 8 of [26]) 陷、塔东 2 井南华纪断陷、塔东 1 井南华纪断陷和米兰南华纪断陷( 图 1 和 8)。断陷均南向北延伸 , 具有典型的陆内裂谷断坳双层结构。断陷沉积楔状体向南尖灭于高磁异常带南缘, 其北界断层向南陡倾 , 且恰位于高磁异常带中轴线位置。由此可知, 中央高磁异常带是在南华纪盆地断陷期形成, 地壳深部岩浆沿盆地中部陡倾正断层上涌, 在盆地基底中发育强磁性的基性岩墙群, 并在断陷底部沉积了双峰式火山岩。 我们通过磁异常正演, 计算验证该模型, 全部模拟采用 演拟合软件 (成。根据 图 7 中裂谷断陷发育模式, 将主要磁异常体模型设定为两个: 位于异常带轴部的超基性岩通道( 垂直向下直达居里面 , 磁化率以超基性岩为准 , 设为 6000× 10−5断陷底部楔形沉积的双峰式火山岩 (磁化率以玄武岩和流纹岩取平均 , 设为 1200×10−5裂谷浅层及震旦系之上设为无磁性沉积 岩 ; 北部基底设为花岗岩, 磁化率设为 300× 10−5南部基底设为浅变质岩, 磁化率设为 200× 10−5图 9)。计算结果表明 , 基性岩通道总宽度至少为北京大学学报( 自然科学版) 第 50 卷 286 1 断陷内双峰式火山岩最大厚度超过 1 计算得到的磁异常曲线与实测磁异常吻合( 图 9)。 3 塔里木盆地中央高磁异常带分段性讨论 中央高磁异常带[2]东起阿拉干 , 西至岳普湖和喀什, 长约 1400 ]。虽然整条带都显示较高的航 磁正异常特征, 但异常形态有较大差异, 应分段对其构造成因进行探讨。根据磁异常强度及形态将中央高磁异常带分为东段、巴楚段和西段。 航磁异常特征显示 , 中央高磁异常带东段由东部向中部强度逐渐减弱并变窄, 磁异常的减弱对应断陷规模的减小; 向西延伸至巴楚隆起北侧开始北折趋势并消亡 (图 1)。 巴楚段航磁异常特征有别于东段高正异常 , 特点为正负变化剧烈, 表现为在正负异常背景上叠加的窄条状正异常, 其背景的北东向正负相间特征与塔西南航磁特征极为相似。巴楚地区方 1 井于寒武系之下钻遇玄武岩和辉绿岩, 阿克苏露头区震旦系中也发育后期辉绿岩墙, 并且阿克苏地区航磁异常也具有窄条状正异常特征( 图 1)。据此推断两者皆 是后期岩墙的表现, 巴楚段高磁异常是在塔西南古老陆块基底上叠加二叠系火山活动所致[28], 与东段裂谷带成因不同。 喀什附近的航磁异常具有北东走向特征 , 有别于巴楚段, 将其称为中央高磁异常西段。该段实质上为塔里木盆地西南地区大尺度北东向正负航磁异常相间带的延伸 , 隶属于塔南古陆块[29–30]。 4 结论 1) 塔里木盆地中央高磁异常带为南华纪裂谷期深部基性岩浆上涌通道, 直接表现为断陷中发育的双峰式火山岩。 2) 南华纪裂谷作用在盆地东部地区发育强烈 , 向盆地中部、西部逐渐减弱 , 直至消失。 3) 塔里木盆地中央高磁异常带具有分段性特征 , 中、东段由南华系裂谷火山岩造成 ; 巴楚段主要由二叠系玄武岩造成 ; 西段属于塔南古陆块 , 与盆地西南地区北东向高磁条带相同。 致谢 研究工作得到塔里木油田潘文庆高级工程师的大力指导 , 齐英敏高级工程师和陈永权博士提供大量资料和见解 , 北京大学雷军教授对正演计算给予帮助 , 在此一并致谢。 图 9 中央高磁异常裂谷带模型南北向剖面磁异常正演计算 9 of in of 2 期 李文山等: 塔里木盆地中央高磁异常带成因: 来自地震反射剖面的新证据 287参考文献 [1] 袁学诚. 中国地球物理图集. 北京: 地质出版社, 1996 [2] 许炳如. 根据航磁解释的塔里木盆地基岩分布. 西安石油学院学报, 1997, 12(6): 8 −11 [3] 王宜昌 , 杨辉 , 王小牧 , 等 . 塔克拉玛干前震旦纪古裂谷及其含油气远景. 新疆石油地质, 1994, 15(3): 191−200 [4] 贾承造 , 魏国齐 , 姚慧君 , 等 . 塔里木盆地油气勘探丛书: 盆地构造演化与区域构造地质 . 北京: 石油工业出版社 , 1995 [5] 贾承造 , 孙德龙 , 周新源 , 等 . 塔里木盆地石油地质与勘探丛书: 塔里木盆地板块构造与大陆动力学. 北京: 石油工业出版社 , 2004 [6] 郭召杰 , 张志诚 , 贾承造 , 等 . 塔里木克拉通前寒武纪基底构造格架 . 中国科学 : D 辑 , 2000, 30(6): 568−575 [7] 郭召杰, 张志 诚 , 王建君 . 阿尔金北缘蛇 绿岩带的时线年龄及其大地构造意义. 科学通报, 1998, 43(18): 1981−1984 [8] 吴根耀 , 李曰俊 , 王国林 , 等 . 新疆西部巴楚地区晋宁期的洋岛火山岩. 现代地质 , 2006, 20(3): 361−369 [9] 李曰俊 , 贾承造 , 胡世玲 , 等 . 塔里木盆地瓦基里塔格辉长岩 40龄及其意义. 岩石学报, 1999, 15(4): 594−599 [10] 李曰俊 , 孙龙德, 胡世玲, 等 . 塔里木盆地塔参 1 井底部花岗闪长岩的 40代学研究. 岩石学报 , 2003, 19(3): 530−536 [11] 丁道桂, 汤良杰. 塔里木盆地形成与演化. 南京: 河海大学出版社, 1996 [12] 李曰俊 , 吴根耀 , 孟庆龙 , 等 . 塔里木盆地中央地区的断裂系统 : 几何学、运动学和动力学背景 . 地质科学 , 2008, 43(1): 82−118 [13] 何碧竹 , 焦存礼 , 蔡志慧 , 等 . 塔里木盆地中部航磁异常带新解译. 中国地质 , 2011, 38(4): 961– 969 [14] 崔军文, 唐哲民 . 塔里木盆地构造格架和构造应力场分析 . 岩石学报, 2011, 27(1): 231 −242 [15] 侯遵泽, 杨文采 . 塔里木盆地多尺度重力场反演与密度结构 . 中国科学: D 辑 , 2011, 41(1): 29−39 [16] 周肖贝 , 李江海 , 傅臣建 , 等 . 塔里木盆地北缘南华纪 −寒武纪构造背景及构造 −沉积事件探讨 . 中国地质, 201 2, 39(4): 900−912 [17] 邬光辉 , 李浩武 , 徐彦龙 , 等 . 塔里木克拉通基底古隆起构造 −热事件及其结构与演化. 岩石学报 , 2012, 28(8): 2435−2452 [18] 展新忠 , 郭瑞清 , 张晓帆 , 等 . 新疆库鲁克塔格新元古代火山岩地质 −地球化学特征及构造意义 . 新疆地质 , 2010, 28(1): 22−27 [19] et of 2011, 185: 215–230 [20] 张传林 , 叶海敏 , 王爱国 , 等 . 塔里木西南缘新元古代辉绿岩及玄武岩的地球化学特征: 新元古代超大陆(裂解的证据. 岩石学报 , 2004, 20( 3): 473−482 [21] et at of 2009, 35(2): 167–179 [22] 邓兴梁 , 舒良树 , 朱文斌 , 等 . 新疆兴地断裂带前寒武纪构造− 岩浆 −变形作用特征及其年龄 . 岩石 学报 , 2008, 24(11): 2800−2808 [23] et W 2009, 168: 247–258 [24] et in 2006, 48(2): 112–128 [25] 王超 , 刘良, 车自成 , 等 . 塔里木南缘铁克里克构造带东段前寒武纪地层时代的新限定和新元古代地壳再造: 锆石定年和 位素的约束. 地质学报, 2009, 83(11): 1647−1656 [26] 宗文明 , 高林志 , 丁孝忠 , 等 . 塔里木盆地西南缘南华纪冰碛岩特征与地层对比 . 中国地质 , 2010, 37(4): 1183−1190 [27] 刘函 , 王国灿 , 曹树钊 , 等 . 北阿尔金南华纪双峰式火山岩的发现及构造意义 . 地球科学 : 中国地质大学学报 , 2012, 37(5): 917−928 [28] 杨文采 , 王家林 , 钟慧智 , 等 . 塔里木盆地航磁场分析与磁源体结构. 地球物理学报, 2012, 55(4): 1278−1287 [29] 张家声, 李燕 , 黄雄南 . 中国 北部古元古代 地壳尺度的伸展拆离 和硅铝壳内活动带: 北东向线性航磁异常的地质构造解释. 地质科学 , 2007, 42(2): 267−302 [30] 张家声, 劳秋元, 李燕 . 航磁异常的构造解释和华北 −塔南 −扬子超陆块演化 . 地学前缘 , 1999, 6(4): 379−390
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