锆石U-Pb测年与综合地球物理方法研究塔里木盆地前寒武基底结构特征

郭 忻，郝建龙，杨素举，于静芳

(中国石化股份有限公司西北油田分公司 勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 引 言

塔里木盆地是中国最大的含油气盆地之一，前寒武纪基底是盆地形成与演化研究的重要内容，一直备受关注。但由于受资料所限，塔里木盆地内部前寒武基底研究相对薄弱[1,2]。前寒武基底结构对于寒武纪沉积，尤其对早寒武世玉尔吐斯组烃源岩研究至关重要[3]。通过钻井和地震资料研究发现，中下寒武统玉尔吐斯组烃源岩在塔北地区分布稳定，并且在巴楚隆起也有分布，而往塔中隆起则慢慢尖灭，暗示中央隆起带可能存在前寒武基底古隆起，并对玉尔吐斯组烃源岩的分布有着明显的控制作用。

图1 塔里木盆地航磁ΔT 等值线平面[8]Fig.1 The aeromagnetic ΔT contour map of the Tarim basin

随着塔里木盆地油气勘探的深入，盆地内钻井以及高质量地震资料增多，为研究前寒武基底结构提供了条件，本文拟通过研究盆地周缘露头、盆地内已钻井和地震资料，利用锆石测年方法，结合盆地周边年代学资料来探讨塔里木盆地前寒武基底结构属性和形成演化特征。

2 基底地质背景

2.1 重磁场异常特征

了解中央高航磁异常带的属性是认识前寒武基底组的重要手段，塔里木盆地航磁异常特征表现为正异常主要分布在盆地中央沿北纬40°近东西向条带及盆地南部呈NEE向，负异常主要分布在盆地北部，而正负异常相间地带则分布在盆地东南缘及库鲁克塔格地区，呈NE向葫芦状展布，说明此处磁异常变化强烈[4-7](图1)。巴楚隆起则位于较宽缓的正异常背景之上。综合野外露头及钻井岩性特征，初步认为南北塔里木块体在晋宁期的构造运动造成航磁正异常带的分布。而阿克苏群片岩的广泛分布可能是塔北地区航磁负异常的原因所在，正负相间异常带的分布区塔南很可能是前寒武基地古隆起演化的结果。

许志琴等[9]在2016年，利用航磁、钻井、地球物理等方法对塔里盆地基底的岩性组成和分布情况做了深入研究(图2)。总体而言，塔里木盆地基底特征塔北、塔南有所区别。塔北地区航磁表现为平缓负异常，岩性以中上元古界阿克苏片岩类型为主，地震反射特征为连续层状强反射，与XH1井钻遇的下元古界副片麻岩组成双层基底。而塔南地区航磁表现为宽缓的正异常，岩性以下元古界副片麻岩类为主，地震反射特征表现为成层的不连续骨片状。

图2 塔里木盆地基底组成分布[9]Fig.2 A distribution map of basement composition of Tarim basin

2.2 基底地层简况

巴楚隆起及周缘钻井揭示的基底岩性反应了前寒武时期该地区处于剥蚀地区。BT5井钻遇南华系角砾岩，上覆地层肖尔布拉克组(∈1x)为白云岩段。MB1井钻遇下元古界黑云钾长片麻岩，上覆下寒武统肖尔布拉克组白云岩段(∈1x)，缺失震旦系和下寒武统玉尔吐斯组(∈1y)，该井南北两侧均钻遇震旦系地层。而BT5井临近黑云钾长片麻岩的基底物源，说明在寒武系沉积前及玉尔吐斯沉积期(∈1y)，巴楚隆起可能处于剥蚀区[10,11]。此外，F1井、T1井及北部的XH1井均揭示了苏盖特布拉克组(Z1s)的岩性组合特征为巨厚基性火山岩过渡为砂泥岩、辉绿岩及凝灰岩互层，而上覆下寒武统玉尔吐斯组(∈1y)，缺失奇格布拉克组(Z2q)白云岩段及苏盖特布拉克组(Z1s)部分碎屑岩段，说明该地区在寒武系沉积前也处于剥蚀区。另外，塔西南MC1井揭示的岩性与铁克里克露头区下震旦统库尔卡克组(Z1k)类似，这与加里东期构造运动相关，均为一套原岩为滨海-陆棚相沉积的浅变质绿片岩系，加里东期构造运动造成石炭系与震旦系绿片岩系之间的不整合接触，说明在震旦系塔西南地区处于边缘裂陷的沉积区[11-13]。

图3 塔里木盆地钻井及周缘露头寒武系/前寒武系接触关系分布[15]Fig.3 Distribution diagram of cambrian/precambrian contact relation of drilling and peripheral outcrops in Tarim basin

根据钻井及野外露头T90界面上下地层接触关系，可以将其划为四种接触关系。第一种接触关系为西山布拉克组/上震旦统(碎屑岩)，发育于KN1、WL1、KT1、却尔却克剖面；第二种接触关系为玉尔吐斯组/西山布拉克组/上震旦统(白云岩)，发育于盆地的东部，满加尔坳陷区的TD1、TD2、DT1、YD2以及柯坪断隆的肖尔布拉克露头剖面区；第三种接触关系为玉尔吐斯组缺失/相变/下震旦统(碎屑岩、火山碎屑岩、火山岩)，发育于巴楚隆起的T1、F1、H4；第四种接触关系为玉尔吐斯组缺失/基底，见于巴楚地区的BT5、MB1以及塔中地区TC1、ZS1(图3)。

Am-角闪石;Bt-黑云母;K-Fsp-钾长石;Pl-斜长石;Qz-石英图4 MB1井基底样品显微照片Fig.4 Micrograph of base sample of well MB1

3 基底岩石特征及年代学测定

MB1井采自井底岩屑样品，主要由斜长石(35%～50 %)、石英(25%～35 %)、钾长石(10%～25 %)、角闪石(5%～10 %)及黑云母(<5 %)组成，副矿物有铁氧化物、磷灰石、榍石、锆石等。矿物边界不平整且成半定向排列，石英部分动态重结晶，角闪石和黑云母边部与核部颜色有差异(图4)，这些特征说明岩石发生变质作用，但变质程度不高，可以判断出原岩为黑云母花岗闪长岩[12,16]。岩石命名为黑云母花岗闪长片麻岩。LA-ICP-MS U-Pb测试结果显示,10个锆石边部测点皆位于谐和线附近，且Th/U比值皆大于0.1，这10个测点代表了样品MB1-3片麻岩原岩花岗闪长岩的岩浆形成年龄，测点207Pb/206Pb显示加权平均年龄为1936±21 Ma(MSWD = 1.4)(图5)。

图5 MB1井基底样品MB1-3的U-Pb测年谐和图Fig.5 U-pb dating harmonic diagram of the basement sample MB1-3 in well MB1

T1井井底样品来自Z1s，共测试分析了82颗锆石，92个数据，其中包括82颗谐和年龄数据，10个不谐和年龄数据，记录了四组构造-热事件，包括>2.5 Ga、2.5～2.3 Ga、2.1～1.7 Ga和0.9～0.6 Ga，以后两期为主(图6)。

图6 T1井锆石谐和图和年龄直方图Fig.6 Zircon harmonics and age histograms of well T1

BT5井是在井底的角砾岩当中(图7)，样品共测试分析了32颗锆石，32个数据，包括28个谐和年龄数据，4个不谐和年龄数据(图8)。记录了2.6～2.2 Ga、2.0～1.8 Ga和1.8～0.75 Ga三组热事件年龄，最年轻的锆石年龄为723 Ma，说明地层时代可能为中上南华统-下震旦统(图9)。

图7 BT5井基底样品Fig.7 Base sample of well BT5

图8 BT5井测试锆石的CL图像Fig.8 CL image of zircon from well BT5

图9 BT5井锆石谐和图和年龄直方图Fig.9 Zircon harmonics and age histograms of well BT51

ZS1井井底采集的岩屑样品，具有花岗结构和轻微的片麻理构造。主要含长石30 %～35 %，石英45 %～55 %，微斜长石15 %～25 %及少量石榴子石，蛇纹石化作用较强(图10)。LA-ICP-MS U-Pb测试结果显示28个锆石，U为23～551 ppm, Th 为17～235 ppm，且Th/U比值为0.04～1.80。其中19个测点获得206Pb/238U、207Pb/235U谐和年龄(图11)，207Pb/206Pb加权平均年龄为1 895 ± 1 Ma (MSWD = 2.6)，代表了样品花岗闪长岩的岩浆形成年龄(图12)。

Am-角闪石；Bt-黑云母；K-Fsp-钾长石；Pl-斜长石；Qz-石英图10 ZS1井基底样品的岩屑照片及显微照片Fig.10 Cuttings and micrographs of base samples of well ZS1

图11 ZS1井基底样品锆石阴极发光图像Fig.11 Cathode luminescence image of zircon in the basement sample of well ZS1

图12 ZS1井基底样品U-Pb测年谐和图Fig.12 U-pb dating map of the base sample of well ZS1

4 前寒武地质结构探讨

南华-震旦系是寒武系沉积前塔里木盆地结晶基底形成以来的第一套沉积盖层，它与Rodinia 超大陆的裂解有关[17-21]。南华-震旦系露头主要分布在盆地东北缘、西北缘和西南缘。地层主要分布在盆地北部坳陷，并向隆起区呈减薄趋势，在中央隆起区尖灭，寒武系与前寒武系顶部地层呈不整合接触。接触关系可分为平行不整合和角度不整合。平行不整合发育在坳陷区沉降中心一侧或坳陷区，是南华-震旦系与寒武系之间的不整合。受震旦纪末期构造运动影响或地层沉积时的不完全填平补齐，寒武系会超覆南华-震旦系形成超覆不整合。前寒武系角度不整合则是坳陷区沉积的南华-震旦系与寒武系之间的不整合，表现为前寒武地层以大角度向顶面削截，上覆地层为寒武系。前寒武系顶面不整合是柯坪运动的响应，揭示了古隆起的发育和分布[17,22]。巴楚隆起西部、卡塔克隆出露基底或南华系，其余大部覆盖了晚震旦奇格布拉克沉积。巴楚-塔中地区寒武系沉积前总体为多个古隆起发育区，基底零星出露(BT5-MB1-CT1-ZS1-TC1)，震旦系地层遭受不同程度的剥蚀(T1、F1、H4、ST1)；古隆起区玉尔吐斯组沉积缺失或发生相变，古隆起之间坳陷区可能发育玉尔吐斯组。

塔里木盆地区域剖面的地震反射特征表明[23-29]，在塔北、塔中及塔东隆起区震旦系地层均清晰可追踪，而塔中、塔东地区震旦系之下的楔形反射结构推测为南华系地层。参考盆地周缘西北及东北露头，认为上震旦统为坳陷期海相沉积，构造相对平稳，而下震旦统与南华系则为断裂期沉积，岩性以火山岩及陆相沉积为主，主要沉积于几个大型楔形内。在巴楚古陆北部发现三个北东向的裂陷槽，地震剖面上南华-早震旦地层向北东向呈楔形体展布(图13)，裂陷槽以北发育南华-震旦-早寒武系地层沉积，可能发育早寒武世玉尔吐斯组。巴楚古陆南部麦盖提斜坡也发现有相似的 “楔形”地震相结构，推测麦盖提斜坡也发育前寒武裂陷槽,与巴楚北部裂谷形成时间一致。沉积序列上，震旦系以坳陷沉积为主，南华系早期以断陷沉积为主，晚期转为坳陷沉积，分布范围小于震旦系。

图13 巴楚隆起北缘前寒武地层结构模式图(a-a′)Fig.13 Structural pattern of Precambrian strata at the northern margin of the Bachu uplift(a-a′)

图14 塔里木盆地前寒武基底古隆起分布Fig.14 Paleouplift distribution map of Precambrian basement in Tarim basin

综合露头资料、钻井信息和地震剖面信息，中央隆起古陆两侧发育南华纪—震旦纪裂陷槽，南华系—震旦系发育断陷转向坳陷、陆相转向海相的构造沉积组合。南华纪—震旦纪裂陷槽发育控制着上覆寒武系底部烃源岩分布，寒武系烃源岩的沉积与震旦纪末古地貌关系密切，钻井证实有上震旦统白云岩沉积的区域往往有玉尔吐斯组发育(图14)。

5 结 论

1)中央航磁异常带盆地内钻井揭示的花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测定发现1 900 Ma前寒武纪基底，南北塔里木块体可能在该时期拼合。

2)塔里木盆地前寒武系发育区域不整合，寒武系与震旦系为间断沉积。中央隆起带发育前寒武纪古陆，控制南华系-震旦系-下寒武统地层向中央古陆逐渐尖灭。前寒武系顶面不整合是柯坪运动的响应，揭示了中央古陆的发育和分布。

3)结合钻井和地震剖面资料，发现巴楚隆起两侧发育前寒武裂陷并发育由裂陷转向坳陷的构造沉积模式。该沉积充填模式较可能发育上震旦统奇格布拉克组海相碳酸盐岩，钻井证实有上震旦统白云岩沉积的区域往往有玉尔吐斯组发育。

4)巴楚-塔中地区寒武系沉积前总体为多个古隆起发育区，基底零星出露(BT5-MB1-CT1-ZS1-TC1)，震旦系地层遭受不同程度的剥蚀(T1、F1、H4、ST1)；古隆起区玉尔吐斯组沉积缺失或发生相变，古隆起之间坳陷区可能发育玉尔吐斯组。