分层滑脱：羌塘盆地构造研究的新概念

何登发¹ 王成善¹  管树巍²   李传新¹   王　瑜¹  开百泽¹  梅庆华³  贺鸿冰³

（1. 中国地质大学（北京） 北京　100083； 2. 中国石油勘探开发研究院 北京　100083；3. 中国石油化工股份有限公司勘探分公司 成都　610041）

 摘　要　羌塘盆地地处青藏高原腹地，油气资源丰富，是我国目前唯一未大规模勘探的含油气盆地。研究其地质结构，将为青藏高原科学考察与油气地质条件评价奠立重要基础。本文针对羌塘盆地“古生代南、北基底有别，中生代周缘板块构造边界限制，新生代陆内构造变形强烈”这一典型的缝合带上的多旋回复合、叠合盆地，利用盆地内部的钻井与高精度反射地震剖面对其分层地质结构进行研究。结果表明，羌塘盆地发育上三叠统肖茶卡组、中-下侏罗统雀莫错组、中侏罗统布曲组与中侏罗统夏里组泥岩、膏岩、膏泥岩等4套区域性滑脱层，和下侏罗统曲色组泥质岩、上侏罗统索瓦组的泥灰岩、泥岩，始新统唢呐湖组的膏盐、泥岩，与二叠系煤层等4套局部性滑脱层；基底内部发育韧性剪切层；它们在垂向上将羌塘盆地分划为软弱层与能干层相间的多套组合。受区域性滑脱层控制，羌塘盆地发育分层变形系统；滑脱层上、下构造几何学样式差异较大，运动学指向也不一致；整体表现为大型多重滑脱构造变形系统。分层滑脱变形系统约束了油气保存单元的分布。分层滑脱变形将为进一步认识羌塘盆地，评价羌塘盆地的油气保存单元提供新的学术思路。

关键词　滑脱层　分层变形　地质结构　油气保存单元　羌塘盆地

中图分类号：P542             文献标识码：A       

DOI: 10.12017/dzkx.2023.001

Stratified detachment deformation: New concept for studies on the tectonics of Qiangtang Basin

He Dengfa¹　Wang Chengshan¹　Guan Shuwei²　Li Chuanxin¹    Kai Baize¹　Wang Yu¹　Mei Qinghua³　He Hongbing³

（1. China University of Geosciences (Beijing), Beijing　100083；2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing　100083；3. Sinopec Exploration Company, Chengdu　610041）

 Abstract

 The Qiangtang Basin with abundant oil and gas resource is located in the interior of the Qinghai-Tibet Plateau, which is the only basin with low-hydrocarbon-prospecting-degree in China. To study its geological structure can set up a basis for the science exploitation and the appraisals of the oil and gas geological conditions in the plateau. The Qiangtang Basin is a classical multi-cycle composite and superimposed basin developed right upon the suture zone, which is characterized by the Paleozoic basement differentiated in the northern and the southern parts, the Mesozoic marine basin controlled by the peripheral plate tectonic boundaries, and the Cenozoic intra-continental extensive deformation. The paper takes use of the borehole data and the latest high-resolution seismic reflection profiles to study the stratified geologic framework of the basin. It shows that the basin develops the mudstones, the gypsum rocks, and the gypsum-muddy stones of the Upper Triassic Xiaochaka Formation, the Lower and Middle Jurassic Quemoco Formation, the Middle Jurassic Buqu Formation, and the Middle Jurassic Xiali Formation as the four series of regional detachment layers, as well as the four local detachment intervals such as the Lower Jurassic argillaceous rocks, the Upper Jurassic Suowa Formation marls and mudstones, the Eocene Suonahu Formation gypsum and mudstones, and the Permian coal beds. The ductile zones are occurred in the basement. These detachment zones subdivide vertically the basin into multi-series of assemblages of soft rock intervals and the strong rock intervals. Controlled by the regional detachment layers, the Qiangtang Basin developed the stratified deformation tectonic system. The geometric structural styles and the kinematic vergences are quite different from above and below the detachment zones. The basin is characterized by the large-scale multi-detachment tectonic deformation systems. The stratified detachment deformation system controls the distribution of the oil and gas preserving units. The concept of the stratified detachment deformation system puts forward a new academic idea for the study of the basin structures and the appraising the oil and gas preserving units.

Keywords　Detachment zone, Stratified deformation, Geological structure, Oil and gas preserving unit, Qiangtang Basin

羌塘盆地位于青藏高原腹部羌塘地块之上，介于昆仑山、冈底斯山、唐古拉山之间，南北宽约300 km，东西长640 km，面积22×10⁴ km²；平均海拔5 000 m，发育大片连续的多年冻土，面积达18.5×10⁴ km²；也是青藏高原年平均地表温度最低的地区，地表条件和气候条件十分恶劣。

羌塘盆地是我国目前唯一未大规模勘探的含油气盆地。在盆地内部，发现了液态油苗、炭质沥青、高压浅层气等系列油气显示；此外，也赋存有页岩油、油砂、天然气水合物、钾盐等资源。据初步估计，羌塘盆地的油气资源量达104亿吨油当量（王剑等，2020），为我国为数不多的油气资源超百亿吨的大型含油气盆地。面对我国日益紧张的能源安全形势，勘探开发羌塘盆地的油气资源已逐渐成为国家层面和油气工业界的共识。

羌塘盆地地处青藏高原腹地，其北侧为可可西里—金沙江缝合带（HJS），南侧为班公湖—怒江缝合带（BNS），由北向南分为北羌塘坳陷、中央隆起和南羌塘坳陷3个一级构造单元。羌塘盆地在前泥盆纪结晶变质基底之上沉积了上古生界—中生界海相地层和新生界陆相地层；中生代地层沉积序列完整，沉积岩厚度大于3 000 m，是一个以中生界海相沉积为主体的改造残留盆地（王成善等，2001，2004；谭富文等，2002）。

“盆地的地质结构与形成演化”是控制油气形成与分布的先决条件。羌塘盆地的地质结构与形成演化的独特性表现在：1）羌塘盆地是在南、北侧强烈活动板块边界限定下的沉积盆地。南、北侧边界带洋盆的俯冲与闭合，给盆地发育留下了深刻烙印；南、北边界带洋盆此张彼合的跨时演化，决定了原型盆地的属性、充填与结构的迁移变化。这是它有别于四川、塔里木、鄂尔多斯等盆地的基本特点。2）羌塘地块规模小，活动性强，依附于其上的沉积相带窄，原型盆地横向变化快，构造—沉积分异强烈。无论北羌塘地块或南羌塘地块（或是增生地体组合），地块的规模小、强度低、活动性强。发育其上的被动大陆边缘、台地边缘、台地内部深水陆棚等沉积相带较窄，横向变化快，发育不稳定。这与鄂尔多斯、四川、塔里木等盆地发育宽广坳陷或稳定的碳酸盐岩台地构成鲜明对比。3）后期随青藏高原形成发生强烈隆升（Wang et al.，2002，2008；Fang et al.，2022；Xiong et al.，2022）；经历“盆—山—原”转换的多期构造过程（Ding et al.，2022），岩浆活动频发（Wang et al.，2016），南北向裂谷叠加（Ding et al.，2007），地层大规模隆升、剥露、剥蚀，致使烃源岩热演化终止、油气聚集与保存条件发生显著改变，这是它与国内外沉积盆地根本不同之处。因此，研究羌塘盆地的地质结构所遇到的瓶颈问题是：如何立足于高精度的构造活动时—空格架、厘定不同地质时期的盆地结构单元，建立这些结构单元复合叠加的构造模型？

对于研究羌塘盆地的地质结构，前人从重磁电与地表地质填图资料出发讨论了羌塘盆地的分块与分带特征（张胜业等，1996；赵政璋等，2001；杨辉等，2002；贺日政等，2009；熊盛青等，2013，2020；周道卿等，2021），但对于分层结构特征则鲜有涉及。岩石圈、地壳与沉积盆地因存在流变学分层，分层滑脱变形是它们的普遍性特点。羌塘盆地保留有数千米厚的古生界和中生界，为碳酸盐岩与碎屑岩的互层沉积，已证实有多套软弱层，能干性地层与软弱层之间存在显著的流变学性质差异，引起变形样式在垂向上与侧向上的较大变化。利用高精度地震资料开展盆地的分层地质结构研究是揭示这一问题的关键手段。同时，在复杂构造区分层滑脱构造变形系统是控制油气保存条件的根本性因素（何登发等，2004，2020），因分层滑脱，油气在垂向上存在多个油气保存区间，增大了聚油机率。

在羌塘盆地，膏岩、泥岩、膏泥岩等软岩石构成的滑脱层如何分布？滑脱层制约下的构造变形有什么特点？分层滑脱对盆地的地质结构有何影响？本文基于深探井与高精度反射地震剖面对此进行讨论。

1　羌塘盆地的地层结构

1.1　基底结构

地理概念上的羌塘盆地横跨拉萨、羌塘、松潘—甘孜、昆仑、柴达木等地块（Yong et al.，2021），面积达70.8×10⁴ km²，为一周缘分水岭环绕的内流盆地；地质概念上的羌塘盆地局限在羌塘地块之上，南、北边界分别为班公湖—怒江缝合带与可可西里—金沙江缝合带，其内部以龙木措—双湖缝合带划分为南、北羌塘地块（李才，1987，2003；黄继均，2001；卢占武等，2011；Liu et al.，2022；Zhang et al.，2022a, 2022b）。

羌塘盆地的基底由南、北羌塘地块拼贴而成，与古特提斯洋的发展息息相关（吴庆举等，1998；Yin and Harrison，2000；Kapp et al.，2003）。南、北羌塘地块的基底性质不同，北羌塘地块为亲扬子型，在晚古生代离华南、印支地块较近，西段为格林威尔期基底，东段为晋宁期基底，泥盆系与下伏奥陶系—志留系之间发育角度不整合；南羌塘地块为亲冈瓦纳型，具泛非变质结晶基底，西、东端局部分别有格林威尔期、晋宁期基底，发育冈瓦纳型沉积，奥陶系与下伏寒武系、前寒武系之间呈角度不整合接触。南、北羌塘地块之间在寒武纪—三叠纪发育古特提斯洋（李才等，2016；Hu et al.，2022b），于中-晚三叠世沿龙木措—双湖缝合带关闭（240~225 Ma），因此，羌塘盆地是横跨在缝合带上的沉积盆地。

在羌塘盆地开展的重磁场、大地电磁、地震等地球物理研究（张胜业等，1996；赵政璋等，2001；杨辉等，2002；贺日政等，2009；熊盛青等，2013，2020；周道卿等，2021），基本厘定了羌塘盆地的磁性基岩深度、基底岩性与基底构造分区，划分出了北羌塘坳陷、中央隆起带与南羌塘坳陷（图1）。近30年来的深部地球物理探测研究了羌塘盆地的岩石圈流变学结构，得到了：1）羌塘盆地的莫霍面深度（Xuan and Jin，2022），在北羌塘为62 km，在南羌塘为66 km，在中羌塘隆起之下莫霍面断错达18 km（Niu et al.，2022），推测为龙木措—双湖缝合带在深部的反映；2）青藏高原中（上）地壳内部约20 km深度普遍存在低速高导体（LVZs），在羌塘地块内部，大地电磁（MT）探测发现低速高导体（Wei et al.，2006）；南羌塘地块在0~20 km、20~40 km深度存在两层低速高导体，北羌塘地块在20~50 km深部存在低速高导体（严江勇等，2019），沿84.5ºE剖面识别出了4个低速高导体（Niu et al.，2022），目前这些低速体被解释为地壳部分熔融体（Ding et al.，2007；Zheng et al.，2020），研究表明北羌塘地区40 Ma以来受岩浆活动的影响；3）深反射地震剖面揭示南羌塘地块在上地壳底界（约6s深度）存在拆离面，其上、下存在指向相反的逆冲构造系统（Shi et al.，2022）。上述低速高导体证实了在中（上）地壳存在软弱层（虽然不连续），可作为上地壳构造变形的底界面（~6 s），南、北羌塘地块的这一界面可能存在差异。

 1.2　沉积盖层的地层组成

羌塘盆地的沉积盖层主要由古生界、中生界与新生界构成（图2）。古生代沉积层：以奥陶系（或泥盆系）底部不整合面为界，包括奥陶系—二叠系沉积层序，可称为冈瓦纳北缘裂解层序或古特提斯洋被动大陆边缘层序（Fu et al.，2022；Liu et al.，2022；Qiao et al.，2022；Wang et al.，2022a；Xu et al.，2022；Zhang et al.，2022b）。上古生界在南、北羌塘发育并可对比，在羌塘中部隆起的羌资5井钻遇下二叠统占金组20 m左右海相泥岩（Wang et al.，2022b）。这一为洋盆分隔的陆缘沉积层序，构成南、北羌塘“复合”的古生代沉积盆地。

中生代沉积层：中生界顶、底均以区域不整合面为界，为受南、北洋盆扩张、俯冲、闭合控制的沉积层序，可称为中特提斯洋的相关层序（Tang et al.，2022）。北侧以可可西里—金沙江缝合带为界，北羌塘地区三叠系为与之相关的陆表海—残留海沉积，金沙江洋盆于晚三叠世闭合，北羌塘北侧发育与其相关的前陆盆地（王成善等，2001；李勇等，2002；刘若涵等，2019）。南侧以班公湖—怒江洋（中特提斯洋）缝合带为界，对该洋盆的发育时限（如275 Ma：P₁晚期以来？C—K？P₃—K₁？）、洋盆位置（在班公—怒江带？狮泉河—纳木错带？）、洋盆结构（发育微地块：安多、Jiayuqiao地块？洋岛？海底高原？）、关闭方式（如同时？穿时：东早西晚？双向俯冲或北向俯冲？）、最终关闭时间（在150~145 Ma：J末？115 Ma：K₁晚期？）等研究取得显著进展（Yin and Harrison, 2000；Guo et al., 2022；Hu et al., 2022a；Liu et al., 2022；Zeng et al., 2022）， 但迄今仍存在一定争议。羌塘地块中生代早期为陆表海坳陷沉积，沉积厚度可达3 000~ 6 000 m，构成羌塘盆地的主体（Li et al.，2022）；早白垩世晚期（116~112 Ma）以来进入后碰撞期（Hu et al.，2022a），海/陆相沉积转换东早西晚，东段在125~118 Ma，西段在109~90 Ma（Luo et al.，2022）；于90~75 Ma，由后碰撞阶段进入板内演化期（Wang et al.，2022a），发生挤压、隆升与剥蚀。这一中生代陆表海沉积层序，构成羌塘地区“叠合”在古生代盆地之上统一的坳陷盆地。

图2　羌塘盆地的地层系统

Fig. 2　Stratigraphic system of Qiangtang Basin

新生代沉积层：残存厚度较薄，为受新特提斯洋俯冲、闭合影响的沉积层序，发育康托组、唢呐湖组、玉林山组。羌地17井钻遇465 m的唢呐湖组，为膏盐、泥岩与粉砂质泥岩组合（Shen et al.，2020）。因后期隆升与剥蚀，新生界保存较薄。这一层序为新生代大型坳陷盆地的分割与残留，构成羌塘地区改造残留的“上叠”盆地。

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