西藏尼玛盆地古近纪湖相油页岩正构烷烃特征及其古环境与古气候意义

尼玛盆地地处青藏高原中部特殊区域,自新生代以来沉积了大套连续的湖相暗色油页岩,其富含生物分子化石,对重建青藏高原古气候和古环境具有重要意义。本文通过对尼玛盆地古近系牛堡组康嘎勒剖面正构烷烃及相关参数分布特征进行研究,结果显示,剖面油页岩正构烷烃分布从底到顶由单峰前峰型向单峰后峰型过渡,具2个旋回周期;碳优势指数相对稳定,但TAR、ACL、P_(aq)及nC≤21/nC≥25变化较大,表明湖泊沉积有机质由内源为主的低等藻类向高等水生植物和外源陆生高等植物转变,且区域气候环境由温凉湿润向炎热干旱逐步演化。综合分析认为,尼玛盆地在始新世的气候变化在很大程度上是受西风环流和季风系统的共同影响。且西风环流和季风的强度变化与全球气候存在一定的关系。即全球变暖时,西风环流势力减弱,西风环流和残余洋水汽为高原中部提供的有效降水减少,气候相对干旱;而在全球降温时,西风环流和印度季风增强,残余洋水汽的叠加又为高原中部提供了充足的有效降水,气候湿润。

青藏高原古近系牛堡组三段天文周期旋回分析及古湖平面演化研究:以尼玛盆地尼1井为例

青藏高原中部尼玛盆地是一个形成于班公湖-怒江缝合带之上的新生代陆相裂谷盆地。交通不便和勘探程度较低等因素导致其高精度沉积旋回特征和地层学一直鲜有研究。尼1井是盆地内第一口地质探井,通过对该井古近系牛堡组三段的自然伽马测井曲线进行频谱分析,证实了天文轨道周期对盆地内湖相地层的沉积具有显著影响。滤波分析显示牛堡组三段保存了41个短偏心率(~100 kyr)周期,76个斜率(~54 kyr)周期和178个岁差(~23 kyr)周期,平均沉积速率为92.03 m/Ma,沉积时限~4.1 Myr。此外,结合Fischer图解与总有机碳含量的变化趋势,确定牛堡组三段湖平面经历了1次长周期的升-降变化过程。综合分析,认为尼玛盆地优质烃源岩的形成主要受天文旋回周期影响下的湖平面变化所控制。

西藏尼玛地区油气显示的发现及其意义

2005年度,在《青藏高原油气资源战略选区调查及评价》项目的陆相第三系盆地野外地质调查过程中,在尼玛县城关(折章)东约90～100km、老尼玛区(现名为措罗镇)南约10～12km处,发现了许多含有沥青脉的坡积、洪积砂砾岩转石。经进一步追索还证实,该区北侧出露有与伦坡拉盆地牛堡组下段地层相当的灰色、灰绿色、黄灰色泥页岩夹薄板状含灰质泥岩和泥灰岩夹层的地层。在这套地层的灰色泥岩节理面上发育有许多沥青薄膜。尼玛地区第三系地层的发育证实了该区依然发育有新生界的沉积盆地,油气显示在该区的发现则证实了该区发育有含油气盆地。从而突破了在青藏高原上陆相第三系盆地中寻找油气资源被局限在伦坡拉盆地中东部概念的束缚,扩大了第三系盆地中寻找油气资源的领域和前景。

西藏尼玛北部新生代盆地沉积记录及控盆机理

通过野外地质调查和地层对比,将尼玛北部盆地新生代陆相地层定为牛堡组。根据岩石组合和沉积特征分析,尼玛北部盆地牛堡组可划分为扇三角洲相、湖泊相和冲积扇相。扇三角洲相可进一步划分为扇三角洲前缘和前扇三角洲2种亚相;湖泊相可划分为半深湖—深湖和滨湖—浅湖2种亚相。盆地的演化特征可分为盆地形成初始期、盆地扩张期和盆地萎缩期,3期的演化可分别对应牛堡组的一段、二段和三段。尼玛北盆地发育的各个阶段都跟古气候变化和构造活动有很大的联系,两者共同影响着盆地发育的各个阶段。结合前人的研究资料,认为尼玛盆地的发育时代为早白垩世末期—晚白垩世初。根据盆地边缘相与半深湖—深湖沉积相伴生、牛堡组底部发现火山岩夹层等沉积特征,可以推断尼玛盆地是一个具有走滑拉张性质的盆地。

尼玛盆地南部古近系牛堡组沉积特征及其地质意义

对西藏尼玛盆地南部查昂巴古近系牛堡组实测剖面的沉积相研究识别出2种沉积相类型:扇三角洲相与湖泊相。根据沉积物岩性、结构、构造、颜色等特征,扇三角洲相可进一步划分为扇三角洲平原(包括辫状河道与河道间湾2个沉积微相)、扇三角洲前缘(包括水下分流河道与分流间湾2个沉积微相)与前扇三角洲3个沉积亚相;湖泊相可进一步划分为滨湖、浅湖与深-半深湖3个沉积亚相。扇三角洲前缘砂岩中波痕指数与剥离线理证明沉积物来自盆地南部的改则-色林错逆冲推覆带。该剖面可以分为3个沉积旋回:沉积旋回I为一个整体向上变粗的进积型沉积旋回,从湖泊相过渡到扇三角洲相;沉积旋回II为一个"粗-细-粗"的沉积旋回;沉积旋回III同样是一个"粗-细-粗"的沉积旋回,由扇三角洲相到湖泊再到扇三角洲相。查昂巴古近系牛堡组沉积相与沉积旋回的划分对青藏高原隆升、古地理恢复与油气勘探具有重要的地质意义。

从尼玛地区地质新资料看中特提斯洋的构造演化

班公湖 怒江结合带南缘存在一套中、晚侏罗世稳定浅海碎屑岩沉积,属残余海盆地沉积,表明尼玛地区的俯冲消减机制在中侏罗世以后已结束。结合带南侧三叠系确哈拉群为一套半深水—深水沉积,是陆架边缘沉积序列,代表结合带打开之初的较早期沉积。确哈拉群之上不整合覆盖了一套中侏罗世钙碱性岛弧火山岩系,是班公湖 怒江结合带在早侏罗世向南俯冲对应的滞后弧火山岩。在结合带南侧80～100km范围内分布着一条东西长超过100km的中晚侏罗世后碰撞强过铝花岗岩带,属班公湖 怒江结合带向南俯冲碰撞作用的后碰撞阶段产物。综合认为,尼玛地区中特提斯洋是在三叠纪打开、中侏罗世以前向南俯冲闭合的。结合区域上该结合带闭合时间有早有晚、俯冲方向有南有北的事实,提出中特提斯是一个具有众多互不相通的、时代早晚各不相同的小洋盆共同组成的多岛洋,其间存在许多大小不一、运动方向和性质各不相同的地体。不同时期、不同方向的弧 弧碰撞、弧 陆碰撞造山(造陆)机制是解释中特提斯洋发展演化诸多问题的理想模式。

西藏尼玛盆地陆相地层归属及其油气意义

西藏尼玛盆地发育以灰绿色泥岩、纸片状页岩、钙质页岩为代表的陆相地层,前人将其归属为上白垩统竞柱山组。然而,这套地层中存在大量始新世—渐新世的孢粉组合,同时赋存有相当数量的时代为渐新世—中新世的鱼化石。因此,尼玛盆地的陆相地层时代应为古近纪始新世—渐新世。在这套陆相地层中还发现了油苗和沥青,表明尼玛盆地不仅是一个古近系陆相盆地,同时也是一个含油气盆地。由于尼玛盆地陆相地层与伦坡拉盆地连片分布,两个盆地的烃源岩和储盖层发育层位、特点以及组合特征都非常相似,表明两个盆地的生成、发育和演化过程都可以视为一个整体。

西藏尼玛盆地古新统—始新统牛堡组化学地层格架分析

已有勘探资料表明,西藏尼玛盆地古新统—始新统牛堡组地层具有良好的油气资源显示,然而目前有关于该套地层的地层格架划分仍然薄弱。化学地层学方法在北美页岩气勘探开发中取得了巨大成功,鉴于此,本文以尼玛盆地东部的协德乡南牛堡组剖面作为研究对象,通过对露头样品的主微量元素测试结果进行沉积地球化学、主成分分析、完备总体经验模态分解、以及自相关函数分析,从化学自—异旋回角度以及元素耦合行为出发,探讨地球化学基准面对化学地层格架的控制作用,从而为牛堡组地层提供化学地层划分方案。主成分分析结果表明,牛堡组地层沉积主要受控于细粒碎屑输入、碳酸盐岩、粗粒碎屑输入、氧化还原—生产力、以及盐度这五个因素;经验模态分解和自相关函数分析结果表明,牛堡组地层受到了明显的异旋回驱动,显示出多尺度基准面震荡特点。通过对异旋回信号分量(本征模函数,IMFs)进行重构,并且结合元素相互耦合特性,建立了牛堡组化学地层格架,该结果与岩石地层单元以及沉积相单元一致,证明了本文所提出的化学地层划分方案的可靠性和实用性。

基于自然伽马测井曲线的旋回识别及古气候判断

尼玛盆地地处青藏高原腹地,由于环境恶劣交通不便等问题,导致尼玛盆地沉积旋回和层序地层研究程度极低。收集盆地内第1口探井(尼1井)的地球物理数据,利用自然伽马测井曲线对尼1井牛堡组一段进行频谱分析,共识别出405 kyr周期旋回37个、100 kyr周期旋回148个、54 kyr周期旋回274个、41 kyr周期旋回362个和23 kyr周期旋回646个,各周期对应旋回沉积厚度分别为17.7305、4.4623、2.3680、1.7873、1.0886 m,平均沉积速率44.03 m/Ma,沉积时限14.8 Ma。在此基础上,结合带通滤波变化趋势分析,认为该地区的气候反常现象由印度板块与亚欧板块的碰撞隆升引起,风化作用与焚风作用共同控制了高原内部的气候变化。