南祁连盆地阳康地区二叠系—三叠系沉积特征

姚海峰，王 佳，谭先锋，陈 磊，杨 成，肖 龙，刘世明，蒋 聪

(1.青海煤炭地质勘查院，西宁 810001；2.重庆科技学院，重庆 401331)

南祁连盆地是我国含油气盆地之一，前人开展了大量研究工作，在常规油气、固体矿产勘探方面取得了长足的进展[1-7]。近年来，随着天然气水合物、页岩气等非常规油气勘探的快速兴起，南祁连盆地受到更多地质学者的关注和研究[8-10]。早期基于不同的勘探目的或研究区域的不同，对阳康地区的沉积演化认识相对薄弱，往往认为整个南祁连盆地二叠纪—三叠纪沉积演化较为单一，忽略了南祁连盆地在该沉积时期横向上差异的对比研究。本文针对阳康隆起、下日哈坳陷、哈拉湖坳陷开展了大量野外地质路线调查工作，对阳康及周缘地区二叠纪—三叠纪沉积空间演化规律和模式进行了总结和分析，以期为南祁连盆地油气地质勘探提供新的数据支撑和认识。

1 区域地质特征

南祁连盆地属于我国典型的叠合盆地之一，地处青海省境内，构造上位于秦祁昆构造带、柴达木盆地北缘，北接河西走廊构造带[11-12],包含拖莱南山隆起、拜兴哈达隆起、疏勒南山隆起、阳康隆起、天棚隆起、大通山隆起等6个隆起和疏勒坳陷、哈拉湖坳陷、下日哈坳陷、木里坳陷、天峻坳陷等5个坳陷，整体构成隆—坳相间构造格局[1]。本次研究区位于南祁连盆地西北部阳康及周缘地区，中部为阳康隆起，西北为哈拉湖坳陷，南东为下日哈坳陷，整体以北西—南东向构造为主，多期次构造运动致使研究区发育一系列紧闭背斜和相对宽缓的向斜，构造较为复杂，呈断裂带与坳陷相间的构造组合(图1)。阳康隆起地区整体出露志留系基底，为一套浅绢云母片岩、板岩等变质岩，与上覆二叠系—三叠系岩性差别明显，两者为角度不整合接触。

2 地层和岩相古地理特征

2.1 地层特征

阳康地区沉积地层包括志留系、二叠系、三叠系及第四系，缺失上古生界泥盆系、石炭系和部分中生界(表1)。志留系巴龙贡嘎尔组早期为南祁连前陆盆地海相碎屑岩沉积，具有典型的复理石沉积特征，沉积厚度大，厚度超过5 000 m，分为3段，受后期构造运动改造较强，具有明显的热液变质和区域变质作用，岩性以绢云母片岩、千枚岩和板岩为主。二叠系—三叠系是研究区在华里西期之后海水侵入对应沉积的一套海相、湖相、陆相交替出现的沉积地层，发育泥岩、砂岩、生物碎屑灰岩等多种岩性，沉积厚度在3 000～5 000 m不等[13-15]。

2.2 岩相古地理特征

阳康古隆起自华里西期以来就一直存在，是制约该地区岩相古地理特征的关键。南祁连盆地南边的宗务隆海槽和北边的苏勒坳陷，在泥盆纪或石炭纪相继开始发生海侵，而研究区则在中二叠世早期才开始大规模海侵，海水由南东缘经宗务隆海槽呈“倒灌式”侵入，并开始接受海相碎屑岩沉积(图2)。中—下二叠统勒门沟组底部为一套紫红色底砾岩，直接不整合覆盖于志留系变质岩基底之上，其上部为滨岸相沉积，这也是该时期海侵的有力证据。中二叠世末期草地沟组沉积期，海平面大规模上升，沉积了由北向南变深再变浅的“三角洲—滨岸—浅海陆棚—碳酸盐岩台地”沉积体系；而晚二叠世哈吉尔组沉积期，海水向盆地南东方向退出，发育了以海陆过渡三角洲相为主的沉积。晚二叠世忠什公组沉积期，盆地完全转化为陆地，沉积一套陆相河流沉积。

图1 南祁连盆地构造单元划分及采样点位置示意据参考文献[2]修改。

图2 南祁连盆地阳康地区早—中二叠世岩相古地理

三叠纪沉积演化序列与二叠纪相似，只是海侵规模相对较小。早三叠世开始海侵，中—下三叠统下环仓组、江河组为一套以滨岸相为主的海相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积；中三叠世开始陆续海退，在研究区沉积了一套大加连组碳酸盐岩台地相灰岩，之后的晚三叠世，研究区即转化为陆相湖泊相沉积，沉积了一套岩屑长石砂岩与页岩为主的湖相沉积。整体上，研究区二叠纪—三叠纪沉积古地理特征变化不大，仅仅因为海平面的升降带来研究区沉积相空间的变化。

3 沉积相特征

3.1 沉积相类型

通过对研究区二叠系—三叠系的实测及野外地质观察，利用岩性组合、沉积构造、古生物等特征，结合地层相序及旋回特征，发现研究区二叠系—三叠系广泛发育碳酸盐岩台地相、浅海陆棚相、滨岸相、三角洲相、河流相及湖泊相沉积。

3.1.1 碳酸盐岩台地相

阳康隆起地区碳酸盐岩台地相主要发育在靠近阳康隆起周边，包括开阔台地和局限台地，以草地沟组下部和大加连组顶部2个层段为代表。草地沟组为开阔台地相沉积，为深灰色块状含生物碎屑微晶灰岩(图3a)，富含虫筳、腕足类(图3b)、珊瑚、苔藓虫等多门类窄盐度生物化石，具有典型的缝合线、石英脉体等沉积构造，溶蚀孔洞发育。该层段灰岩厚度较大，约50 m，横向上连续性较好，为研究区一明显标志层，在局部可见风暴沉积，具有含砾石、粗粒砂屑灰岩。相比之下，研究区中—下三叠统大加连组则为局限台地相沉积，受潮汐影响明显，岩性以灰白色厚层状泥晶灰岩为主，局部夹有薄层状鲕粒灰岩，发育双壳类、介形虫等广盐度生物和菊石(图3c)生物化石，在阳康隆起周边较厚，在坳陷区厚度明显变薄。

3.1.2 浅海陆棚相

研究区浅海陆棚相沉积在中二叠世最为发育，沉积水体环境相对安静，沉积了一套细粒页岩。中二叠世草地沟组沉积期发生大规模海侵，在阳康古隆起东西两侧分别沉积了一套黑色页岩，偶夹有粉砂质页岩沉积(图3c，d)，水平层理发育(图3f)，厚度30～70 m，横向分布稳定，坳陷区厚度变厚。该套细粒沉积位于草地沟组中上部，上覆于中二叠世碳酸盐岩台地相沉积之上，呈一定向上变粗的反粒序沉积，下部为黑色页岩，往上陆续过渡为泥质粉砂岩，以及长石石英砂岩，富含虫筳类等生物化石。而在哈吉尔组沉积期，海水开始退却，在横向上不同区域沉积相有所差异，阳康地区部分低洼地带哈吉尔组顶部偶见灰黑色页岩夹灰色含燧石条带灰岩与生物灰岩，下部见植物化石，上部富含腕足类、苔藓虫、珊瑚及双壳类等生物化石，证明该时期局部地区也存在浅海陆棚相或局限海湾相沉积。

图3 南祁连盆地阳康地区野外沉积特征图版

a.HPCA-1剖面P1-2c下部灰岩，全景；b.HPCC-1剖面P1-2c下部灰岩，腕足化石；c.哈拉湖坳陷北缘T1-2d中菊石化石；d.HPCC-1剖面第7层P1-2c页岩；e.HPHA-1剖面6/7层分界线；f.HPCC-1剖面P1-2c中部页岩水平层理构造；g.HPHB-1剖面第1层P1-2l石英细粒岩；h.HPHA-1剖面第7层P1-2c中粒石英砂岩；i.HPCC-1剖面上部P3h紫红色石英砂岩；j.HPCA-3剖面第9 层P1-2c中低角度交错层理；k.哈拉湖坳陷南端P3z低角度交错层理；l.哈拉湖坳陷南端P3z岩屑长石砂岩；m.HPGA-1剖面T3g湖相沉积全景；n.HPGA-1剖面T3g7/8层分界线；o.HPGA-1剖面T3g8/9层黑色页岩与岩屑石英砂岩互层

Fig.3 Field sedimentary characteristics of Yangkang area, South Qilian Basin

3.1.3 滨岸相

研究区发育临滨及前滨亚相，相序较为稳定。整个研究区滨岸相沉积较为发育，广泛发育在勒门沟组、草地沟组上段及哈吉尔组下段。

临滨亚相主要发育在勒门沟组及哈吉尔组下部，对应为一套灰绿色、紫灰色泥质粉砂岩沉积，垂向上可见明显的向上变粗的反粒序韵律，水平层理较为发育，反映水动力条件相对较弱，受波浪水动力改造作用影响相对较小。

前滨亚相在研究区勒门沟组、草地沟组及哈吉尔组均有发育。勒门沟组中上部发育的灰白色石英细砾岩(图3g)、草地沟组上部的灰绿色中厚层石英细砂岩(图3h)及哈吉尔组底部的紫红色—灰绿色中—粗粒石英砂岩(图3i)均为典型的前滨亚相沉积，其沉积构造以平行层理及小型低角度交错层理(图3j)为主。整体来讲，该亚相沉积水动力条件较强，主要受到波浪作用控制，岩性以石英砂岩为主，结构和成分成熟度均较高，陆源输入较多。

3.1.4 三角洲相

阳康隆起及周缘地区三角洲相沉积主要发育在晚二叠世末期大规模海退之后，对应沉积了一套海陆交互相沉积，沉积地层以上二叠统哈吉尔组顶部最为明显，纵向上发育三角洲平原、三角洲前缘亚相及前三角洲亚相，很好地反映了晚二叠世海退的沉积过程(图4)。

3.1.5 河流相

继二叠纪末期大规模海退三角洲沉积之后，早三叠世海进之前，在忠什公组中上部主要发育大套河流相沉积，岩性主要以灰绿色中粒、细粒长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主(图3k)，具有典型的向上变细的正粒序结构，发育大型的板状交错层理及流水波痕(图3l)等沉积构造，主要以河床亚相的边滩沉积为主，河漫滩沉积少见。

3.1.6 湖泊相

在晚三叠世海退之后，研究区阿塔寺组、尕勒得寺组发育一套典型的湖相沉积(图3m)，是研究区中生代沉积唯一的湖泊相沉积地层。该套地层以滨浅湖及半深湖—深湖相沉积为主，厚度较大，成层性较好，横向分布稳定，在研究区的坳陷区大面积出露地表(图3n，o)。尕勒得寺组岩性以黑色页岩及岩屑石英砂岩、长石石英砂岩为主；下部为黑色页岩，中部为页岩与岩屑石英砂岩、长石砂岩呈互层状分布；顶部以岩性砂岩为主。由于受到印支运动的强烈影响，研究区尕勒得寺组中上部地层随着后期抬升几乎剥蚀殆尽，仅留下残余地层。

3.2 相序特征

研究区中二叠世—晚三叠世发生了多次海平面升降，伴随着2次大的海相与陆相的转换，因此这种现象在阳康隆起周缘中下二叠统和上三叠统中表现得尤为明显[5]。结合前人的研究成果[2-4]，利用二叠系—三叠系岩相组合特征、沉积相的变化，认为研究区二叠系—三叠系层序演化过程主要受到岩相古地理特征的变化，海平面的频繁升降导致其拥有海进、海退等多种层序的演变。

3.2.1 海进层序

中二叠统的海进层序最为明显，由勒门沟组底部的底砾岩或砂岩沉积迅速变为碳酸盐岩台地和浅海棚相沉积。岩性依次为“砾岩/砂岩—灰岩—页岩”的演变模式，沉积相则依次由滨岸突变为碳酸盐岩台地和浅海陆棚相(图5)。

早三叠世南祁连盆地海进同样也较为明显，继上二叠统忠什公组河流相沉积之后迅速转变为下三叠统下环仓组碎屑岩组合，从上二叠统忠什公组紫红色长石岩屑砂岩变为下三叠统的灰色中—粗粒石英长石、长石岩屑砂岩或灰色薄层状含生物碎屑灰岩(图6)。

3.2.2 海退层序

晚二叠世受到构造抬升的影响，海平面下降，沉积水体逐渐变浅，岩石颜色由黑色或灰绿色变成紫红色，逐渐由中二叠统黑色深水相页岩沉积向上过渡为泥质粉砂岩、粉砂岩滨岸相沉积，再往上直至海水退却，阳康地区逐渐在晚二叠世转变成哈吉尔组上部三角洲相和忠什公组河流相沉积[6](图5)。

在晚三叠世之初，同样具有海退层序的存在，大加连组沉积之后，受到印支运动的影响，海水迅速退出研究区，沉积由早期的滨岸相直接过渡为陆相沉积，阳康地区最为典型的上三叠统陆相沉积为湖相沉积，以深湖相黑色页岩为主(图6)。

3.2.3 向上变粗的反粒序沉积序列

在研究区乃至整个南祁连盆地表现为一种海相进积沉积序列，主要发生在滨岸相带，在中二叠统和上二叠统下部最为发育，整体上均为粒度较粗的碎屑岩沉积[3]。纵向上层序表现为：下部为含粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹有薄层钙质、砂质灰岩，发育水平层理，粒度相对较细；往上过渡为泥质或含泥细、粉砂岩互层，发育低角度交错层理；中部为中—粗粒砂岩，交错层理更加发育，石英含量增加，长石、岩屑含量相对减少，水动力作用增强；上部为中粒长石石英砂岩，层理构造以平行层理、波痕等为主；在顶部偶见有滨岸砾岩及风暴含砾灰岩，推测其与重力流沉积有关(图5)。

3.2.4 向上变细的正粒序沉积序列

该层序主要表现在上二叠统忠什公组(图5)，为典型河流相沉积，具有河漫滩沉积的正粒序“二元”结构，内部交错层理常见，岩石粒度往往较粗，磨圆度和分选性较好。该层序下部往往存在小型的冲刷面和下凸上平的砂岩透镜体沉积，同时沿底部冲刷面有砾石的定向排列，砾石倾向方向与早期河流流向一致。忠什公组顶部岩石粒度逐渐变细，而且沉积构造和岩石组构也有所不同。沉积构造主要以平行层理为主，岩石中砾石含量急剧降低，泥质成分含量则相对增加；沉积亚相主要由前期的河床沉积转变为河漫滩和洪泛平原。

图5 南祁连盆地阳康地区二叠系沉积演化序列

除此之外，上三叠统同样存在向上变细的正粒序沉积层序，但与上二叠统忠什公组存在明显的差异。该层序为典型的湖相沉积，岩性以碳质页岩与细、粉砂岩交替出现，发育交错层理、波状层理及植物的根痕或碎片；沉积环境由下往上依次为滨湖砂、滨湖泥环境或沼泽相，局部发育煤线，下日哈坳陷范围内发育2次湖平面的上升，层序明显(图5，6)。

3.3 沉积演化特征

针对南祁连盆地二叠系—三叠系沉积演化，前人做了大量研究工作[2-6]，一致认为中二叠世勒门沟组沉积期，受到区域性的地壳伸展[16]及地幔上隆[17-18]的共同制约，在柴达木地块北缘和南祁连加里东褶皱带之间，形成了中二叠世的宗务隆海槽。该海槽是继石炭纪的土尔根达坂—宗务隆海槽南移而成，在海槽与南祁连洼地之间则发育一个“半岛式”的边缘隆起，因此在南祁连盆地南部，草地沟组直接平行不整合覆盖于石炭系之上[3]。本文研究发现，阳康地区紧靠宗务隆造山带的北面，与海槽内的沉积特征有着明显的差别。虽然在中二叠世有着大规模的海侵，但在阳康古隆起地区则表现为勒门沟组砾岩以底砾岩的形式超覆于志留系基底之上，直接缺失了泥盆系和石炭系，整个南祁连盆地在泥盆纪和石炭纪沉积相变化较大，有的地方沉积了海相沉积，而在阳康隆起地区一直处于风化剥蚀的状态(图7a)。

中二叠世草地沟组沉积期，区域性的海平面快速上升，致使海平面远远越过了前期“半岛式”的边缘低缓隆起带，海水经宗务隆海槽大规模侵入南祁连盆地(图7b)。前人认为，该时期南祁连陆表海盆与宗务隆海槽已经连为一体，为一个大海盆，南祁连海盆已经是一个具有边缘坳陷、盆地内充填了草地沟组碳酸盐岩和碎屑岩的沉积组合、由北向南水体变深的三角洲—硅质碎屑滨岸—浅海陆棚—碳酸盐台地沉积体系组成的盆地[3-4]。然而，通过对阳康隆起周边地质调查发现，该地区存在多个水下志留系变质岩基底古隆起，古隆起控制了该地区的沉积演化。

图6 南祁连盆地阳康地区三叠系沉积演化序列

晚二叠世哈吉尔组沉积期，随着构造运动的持续，南祁连盆地南侧宗务隆海槽开始闭合，海水逐渐向北西方向退却、沉积水体逐渐变浅的同时，哈吉尔组上部已经转化为海陆交互相三角洲沉积，以紫红色泥质粉砂岩和长石岩屑砂岩互层为主。不同地区海平面退出的时间和水深不一致，部分地区哈吉尔组还伴有碳酸盐沉积，富含小型介壳生物。但研究区由于阳康古隆起的存在，一直处于一个相对高海拔的古地理位置，哈吉尔组主要表现为三角洲相沉积，间接反映了南祁连盆地哈吉尔组在横向上具有较大的不连续性。

晚二叠世忠什公组沉积期，南祁连盆地已经完全变为陆相沉积。与早期的海相和海陆过渡相相比，忠什公组的河流沉积横向上则变化更明显，为向上变细的正粒序层序(图7c)。研究区受到阳康隆起的影响明显，河流沉积沿着隆起向四周放射式分布，发育大量的河漫滩、砂岩透镜体等沉积构造。

早中三叠世下环仓组—切尔玛沟组沉积期，继晚二叠世海退后，海水又一次从东边入侵，南祁连盆地为一断陷盆地或海槽，其中部地区主要为一大陆边缘坳陷，沉积了一套碳酸盐岩与碎屑岩为主的沉积组合(图7d)。实际上，中二叠世—中三叠世是南祁连陆表海盆地形成的主要阶段，整体表现为2个沉积旋回,包含了以下几个构造发展期：(1)中二叠世海侵期；(2)晚二叠世海退期；(3)早三叠世—中三叠世早期海进期；(4)中三叠世晚期海退期[3]。

图7 南祁连盆地二叠系-三叠系充填模式示意

中三叠世末，受到印支运动的影响，南祁连地区隆升作用持续加强，从而再次结束了海相盆地的演化历史，转化为湖相沉积体系(图7e)。晚三叠世，南祁连及邻区主要以湖相沉积为主，在坳陷地区沉积了区域上具有生烃潜力的湖相黑色页岩和滨湖相砂岩(图7f)。阳康隆起周缘上三叠统阿塔寺组和尕勒得寺组厚度达3 000 m以上，沉积物源与前期沉积一样，主要来自于阳康古隆起。阿塔寺组和尕勒得寺组砂岩中含有大量的云母(图8)，是证明该时期物源来自志留系绢云母片岩的有力证据。

区域构造演化决定了研究区多次沉积演化的转变，相对于整个南祁连盆地，阳康地区沉积更加单一，在中二叠世—晚三叠世，紧紧围绕阳康隆起以角度不整合形式沉积了中二叠统—上三叠统，水体沿着阳康隆起向周围逐渐变深，横向上表现为相应的相变特征。

图8 南祁连盆地阳康地区上三叠统湖相沉积岩石镜下特征

4 结论

南祁连盆地阳康地区二叠纪—三叠纪的沉积演化，整体上继承了整个南祁连盆地的沉积演化，但又具有明显的差异。阳康古隆起形成于加里东运动，二叠纪—三叠纪沉积之时为古隆起构造，志留系基底的存在对二叠纪—三叠纪沉积的整体格局、物源、水动力条件等起到了强烈的控制作用。中二叠世—晚三叠世发生2次大规模海侵，对应2次完整的旋回沉积。同时研究区中二叠世和早三叠世海相沉积发育，高位体系域沉积的页岩为油气提供了良好的生烃潜力，广泛发育的滨岸相碎屑岩沉积为油气的富集成藏提供了良好的储层条件。晚三叠世开始进入湖相沉积环境，大套的黑色页岩同样具有良好的生烃潜力，但在阳康隆起周缘坳陷区，在该湖相地层沉积之后再未接受侏罗系的沉积，至今一直为风化剥蚀环境，处于一个相对开放的状态，封堵能力较差，可能会限制油气的大规模富集成藏。

致谢：感谢青海地质调查局李世金、李熙鑫、潘彤、陈建州等领导，以及重庆科技学院王茂成副教授、赵东升教授等专家在野外给予的地质指导，审稿人对本文提出了宝贵意见，在此一并致谢。