柴达木盆地北缘晚新生代精细磁性地层学与沉积对构造的响应

青藏高原作为世界上最高最大的独立地貌单元,是地质学家长期关注和研究的热点地区。但是目前国内外就青藏高原研究中最核心的板块碰撞时间、形式、幅度以及碰撞过程中高原变形、隆升机制等问题仍存在着极大分歧。其中一个重要的原因就是由于高原核心部位仍然缺乏关键的年代资料。因此,要检验以前的观点或提出新观点、解决青藏隆升的时间、形式和过程这一核心科学问题,就迫切需要对能连续完整记录高原构造活动事件的关键控制部位进行高精度研究。 造山带盆地沉积和山体隆升的构造耦合性的研究,揭示盆地沉积物能够很好的反映造山带形成演化史。青藏高原内外盆山分布是在高原的挤压变形和隆起过程中形成,根据盆—山耦合关系,通过对高原内外与造山带毗邻的沉积盆地进行地层高精度测年、精细沉积盆地分析以及构造和环境信息的提取,不仅可以揭开沉积盆地本身的地质过程,而且还是研究造山带活动构造的一条重要途径,最有希望恢复青藏高原隆升的历史。 柴达木盆地是青藏高原北部最大的,被昆仑山、阿尔金山、祁连山围限的沉积厚度最大的山间盆地,其直接受高原北部三大主控断裂及其次级断裂的控制,盆—山耦合现象明显。盆地沉积了巨厚的新生代地层,物质主要来自于周边山地,完整的保存了新生代以来高原隆升和盆地演化的详细记录,是检验和完善现有高原构造模式或提出新观点的最理想研究地区。然而,由于柴达木盆地新生代地层的绝对年代测定一直没有很好开展,因此,长期以来束缚着柴达木盆地精细的沉积—构造演化与高原变形隆升方面的深入研究。因此,突破柴达木盆地新生代地层精细的绝对年代序列对解决上述科学问题研究就显十分迫切和重要。 本文选择近期发现哺乳动物化石的柴达木盆地北缘怀头他拉天然剖面作为研究对象,首先通过对其高精度磁性地层年代学研究,结合哺乳动物化石宏观年代的控制,确定该区新生代地层的精细年代序列。然后在地层年代的控制下,通过对其新生代地层、沉积特征和它们空间变化规律的研究,以及不同时期古流向、沉积相组合、沉积厚度、沉积物源与盆缘山脉岩石剥蚀关系等精细盆地分析,揭示柴达木盆地北缘沉积演化和南祁连山隆起的过程,为探讨青藏高原北部构造隆升过程以及盆—山构造地貌格局的形成提供重要的信息。通过本文研究,主要获得如下结论: 1、通过对柴达木盆地北缘怀头他拉地层剖面高密度和精细的古地磁测量,结合哺乳动物化石的宏观年代,建立了该区15.7Ma以来晚新生代地层年代序列,确定了柴达木盆地北缘下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组和七个泉组的地层年代分别为＞15.3Ma、15.3-8.1Ma、8.1-2.5Ma和＜2.5Ma。通过对沉积速率的分析,揭示了柴达木盆地北缘怀头他拉地区至少经历了6次高沉积速率时期。 2、通过岩性、沉积结构和构造特征分析,怀头他拉地区划分出24种岩相和6种沉积环境。根据各个时期沉积物岩性、沉积相组合、古流向和砾石成分的综合分析,结合磁性地层年代,恢复了柴达木盆地北缘怀头他拉地区自15.7Ma以来经历了柴达木盆地(＞15.3Ma)、柴达木盆地北缘初步分割(15.3-12.6Ma)、柴达木盆地北缘进一步分割与德令哈凹陷发展(12.6-8.1Ma)、柴北缘德令哈凹陷逐步萎缩(8.1-2.5Ma)和山间盆地形成(＜2.5Ma)5个沉积演化阶段。 3、依据沉积速率和地层古地磁磁偏角的变化以及沉积物粒度、沉积相、砾石成分和古流向的变化等沉积对构造作用的响应分析,认为自15.7Ma以来,柴达木盆地北缘和南祁连山地区发生了7次较强烈的构造隆升事件,分别发生在15.3、14.6-12.4、8.1、6.6、3.6、2.5和1.8Ma,其中以15.3Ma、8.1Ma和2.5Ma以来的构造活动尤为重要。15.3Ma左右构造事件使南祁连山断裂向盆地扩展,造成柴达木盆地北缘埃姆尼克山的隆起,以及柴达木盆地北缘发生分割;8.1Ma左右构造事件使南祁连山和埃姆尼克山开始逐步隆升以及南祁连山断裂向盆地快速扩展,并使柴达木盆地北缘德令哈凹陷进入萎缩阶段;2.5Ma以来构造事件十分剧烈,造成了南祁连山和埃姆尼克山以及欧龙布卢克山的强烈隆起,并使盆地改变成山间盆地性质。1.8Ma左右强烈的构造隆升使柴达木盆地北缘怀头他拉一带结束接受沉积的历史,并使早先沉积地层褶皱变形和遭受剥蚀;综合前人近年来的研究成果,认为上述构造事件在高原北缘广大地区表现出具整体同步性和阶段性的特点。这为进一步正确、合理解释和构筑整个高原的形成演化模式提供了新的线索。 上述研究不仅对祁连山的隆起和青藏高原东北部构造隆升及过程的研究有重要意义,而且它对正确理解柴达木盆地北缘破坏、改造和重组油气资源的研究以及油气资源勘探也具十分重要的参考价值。