北羌塘西南缘上三叠统—中下侏罗统沉积特征及古气候演化研究

发布时间：2020-07-11 16:59

【摘要】：晚三叠世中期(约225 Ma)是羌塘盆地演化的关键时期,受古特提斯洋关闭的影响,盆地逐步萎缩,在上三叠统土门格拉组顶部发育区域性分布的古风化壳,结束了前一轮盆地的演化。另一方面,受中特提斯洋快速扩张的影响,在羌塘盆地内部广泛发育晚三叠世诺利期—瑞替期的火山喷发—火山沉积作用,开启了新一轮盆地的演化。在此期间,沉积环境、盆地性质和古气候都发生了显著的变化。受盆地萎缩的影响,在土门格拉组下部沉积了一套广泛分布的暗色泥岩,是目前羌塘盆地最重要的烃源岩层之一,正受到越来越多的关注。本文重点选取北羌塘盆地西南缘地区沉积—构造转换前上三叠统土门格拉组地层和转换后上三叠统那底岗日组和中下侏罗统雀莫错组地层作为研究对象,同时兼顾盆地北缘的那底岗日组地层。本次研究主要通过沉积学、沉积地球化学、岩石学和矿物学的方法重点开展晚三叠世—早中侏罗世沉积环境和古气候的演化特征研究。同时通过锆石U-Pb年代学和沉积学的方法限定新一轮盆地开启的时限和性质,结合前人区域构造演化研究成果探讨新一轮盆地开启的动力学机制。最后笔者针对盆地萎缩期上三叠统暗色泥岩开展古气候、古生产力、氧化还原条件、物源属性及沉积速率等研究,探讨了该套暗色泥岩形成过程中有机质的富集机理。第一,本文通过岩相、沉积构造、古生物和地球化学等指标识别和划分了土门格拉组、那底岗日组和雀莫错组的沉积相,恢复了沉积—构造转换前后(晚三叠世早期—中侏罗世早期)沉积环境的演化特征。土门格拉组地层形成于三角洲环境中,可进一步识别出三角洲前缘和三角洲平原两个沉积亚相及水下分流间湾、水下分流水道、分流间湾、分支河道和天然堤五个沉积微相;那底岗日组地层形成于陆相火山爆发—火山溢流及冲洪积环境中;雀莫错组地层形成于辫状河流、局限台地和潮坪环境中,可进一步识别辫状河道、心滩、河漫滩、泻湖、台内滩、低潮坪、中潮坪和高潮坪等八个沉积亚相。土门格拉组沉积期表现为一个向上变浅的海退沉积序列,最终隆升成陆,随后伴随着那底岗日组时期大规模的火山喷发—火山沉积作用,至雀莫错组沉积期表现为一个向上变深的海侵序列。第二,本文在沉积相和沉积环境研究的基础上建立了新一轮中生代羌塘盆地开启早期的沉积充填序列,限定了新一轮盆地的性质。新一轮中生代羌塘盆地开启早期的沉积充填序列为那底岗日组火山喷发相和溢流相构成的陆相火山—火山碎屑沉积序列,那底岗日组和雀莫错组一段冲洪积相及河流相构成的陆相硅质碎屑岩沉积序列和雀莫错组二、三段局限台地和潮坪相构成的海相碳酸盐岩和硅质碎屑岩沉积序列,该过程经历了从陆相到海相的沉积超覆作用,表现为一个向上变深的海侵序列,与典型裂谷盆地充填序列具有很好的相似性。那底岗日组火山—火山碎屑岩可能代表了同裂谷阶段的产物,中生代新一轮羌塘盆地的形成主要与晚三叠世班公湖—怒江洋的快速扩张有关。第三,本文通过地层的接触关系和凝灰岩锆石U-Pb年代学限定了盆地开启的时限。那底岗日组底部的底砾岩或火山/火山碎屑岩为新一轮盆地开启阶段的最初产物,其年龄最能代表盆地开启的年龄。方湖地区那底岗日组底部凝灰岩直接沉积超覆于上三叠统土门格拉组地层之上,自下而上可识别出3个火山喷发-沉积旋回,其锆石U-Pb年龄分别为221.7±1.3 Ma,217.0±1.5 Ma和207.1±1.3 Ma。综合区域上前人的研究结果,笔者认为中生代裂谷盆地的初始开启年龄可能为220.4-221.7 Ma,其裂谷作用持续的时间至少为19.3 Ma(221.7-202.4 Ma)。第四,本文通过地球化学、岩石学和矿物学的方法对北羌塘盆地西南缘沃若山—方湖剖面上三叠统土门格拉组、那底岗日组和中下侏罗统雀莫错组沉积期的古气候条件进行了综合分析,重建了该地区沉积—构造转换前后(晚三叠世早期—中侏罗世早期)古气候演化规律。土门格拉组沉积期具有温暖潮湿的气候条件,且向上具有弱干旱化的趋势,表现为沉积物具有中等的化学风化指标值(CIA_(corr)、PIA_(corr)、CIW和CPA),且向上减小,发育煤线和植物化石,具有低的长石含量,部分样品中可见菱铁矿。那底岗日组和雀莫错组沉积期具有炎热干旱的气候条件,表现为沉积物具有低的化学风化指标值,发育红层沉积(见大量的钙质结核),向上发育白云岩、泥晶灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩和石膏,红层具有高的长石和赤铁矿含量。气候的显著变化与晚三叠世沉积—构造转换的时间具有一致性,可能是受羌塘盆地构造演化的控制。晚三叠世早期温暖潮湿到弱干旱化的气候条件可能是受古特提斯洋关闭的影响,而晚三叠世中期—中侏罗早期炎热干旱的气候条件可能是受中特提斯洋快速扩张的影响。快速扩张背景下释放大量的CO_2,进而使得晚三叠世中期气候变得炎热干旱,但该种形成机制需要在后续工作中进一步研究。最后,本文通过对盆地萎缩过程中形成的上三叠统土门格拉组下段暗色泥岩(沃若山—方湖剖面)沉积时古气候、氧化还原条件、初级生产力、物源属性及沉积速率等进行综合分析,明确了暗色泥岩中有机质富集的主控因素并建立了相应的聚集模式。暗色泥岩下部黑色泥岩有机碳含量(0.71-3.29%,均值为1.67%)明显高于上部的灰色泥岩(0.54-0.88%,均值为0.64%)。暗色泥岩中等的化学风化强度(CIA_(corr))指示其沉积期温暖潮湿的气候条件。相对较高的P含量指示水体具有相对较高的古生产力。Mn,U/Th,C_(org)/P_(tot)等指标指示暗色泥岩沉积时水体处于完全氧化的状态,且上部灰色泥岩处于更氧化的水体中。TiO_2-Zr,Co/Th-La/Sc,La/Th-Hf及La/Yb-∑REE判别图和ω(La)_N/ω(Yb)_N比值揭示暗色泥岩沉积时具有大量长英质碎屑物质的输入,且具有快速的沉积速率。暗色泥岩相对较高的TOC含量主要与高的初始生产力和快的沉积速率有关,促使部分有机质在完全氧化的水体中也能够保存下来。大量长英质碎屑物输入在有机质富集过程中起着一定的稀释作用。上部灰色泥岩具有较低的TOC可能与其沉积时更氧化的水体和相对更低的古生产力有关。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.13
【图文】：

研究思路与技术路线图

2.1 盆地基本格架特征2.1.1 盆地大地构造位置羌塘盆地位于青藏高原中北部（图 2.1），中生代羌塘盆地是青藏高原地区最大的海相沉积盆地，其在特提斯构造域中所处的位置对于分析该时期的盆地性质和演化过程具有十分重要的作用。但是，由于其复杂的演化历史和有限的资料积累，至今对中生代羌塘盆地在特提斯域中的位置仍有不同认识，大致可归为 3 种观点：第一种观点认为羌塘地块位于特提斯域的中部，属于劳亚大陆与冈瓦纳大陆间的“基墨里大陆”块体群之一（王岫岩等，1998；甘克文，2000）；第二种观点认为羌塘地块中生代时期位于劳亚大陆的南缘（罗金海和车自成，2001）。第三种观点是目前的主流观点，即南北羌塘为两个独立的地块（李才等，1995）。自古生代以来北羌塘地块一直位于劳亚大陆的南缘，而南羌塘地块自早古生代时期从冈瓦那大陆裂解一直向北漂移（中间隔着龙木错—双湖洋）于晚三叠世早期与北羌塘地块发生碰撞拼贴（李才等，2007b，Zhai et al., 2013）。

图 2.2A 羌塘盆地及邻区大地构造单元简图（据 Yin & Harrison, 2000 和 Zhang et al., 2014a 修改）；B：羌塘盆地构造单元简图（据王剑等，2004 修改）。（2） 南部班公湖—怒江缝合带的构造演化班公湖—怒江缝合带（以下简称班怒带）是中特提斯洋在青藏高原的关键区域。在地理上，向东经日土、改则、东巧、安多、索县、丁青，然后沿怒江南下14

本文编号：2750680