柴达木盆地北缘（以下简称“ 柴北缘” ）是在新生代印藏板块碰撞背景下形成的一个复杂变形带^{[1, 2]}, 广泛沉积青藏高原北缘最齐全的新生界^{[3, 4, 5]}, 是研究新生代由于印藏板块碰撞远程效应导致构造变形的理想地区。目前对青藏高原隆升过程的认识中存在自南向北逐渐传递的渐进式变形模型^{[6, 7]}和南北几乎同时启动的整体变形模型^[8]两种观点, 而后者的关键证据就来自柴北缘地区的新生代沉积和变形记录^{[2, 9]}。受研究方法和资料分辨率的限制, 目前有关柴北缘地区新生代层序和构造变形特征的认识还存在很大争议。在地层年代方面, 对其新生界底部的路乐河组是属于下始新统还是上渐新统^{[7, 10, 11]}、物源是来自北侧的南祁连还是南侧的祁曼塔格— 东昆仑山地区还存在很大争议^{[7, 12, 13]}; 在构造变形方面, 存在冲断^{[14, 15, 16]}、右行走滑冲断^{[1, 17, 18]}、左旋斜冲推覆^{[19, 20]}和构造楔^[2]等多种解释模型。上述这些不确定性在一定程度上制约了对青藏高原北缘新生代变形机制的理解。柴北缘也是柴达木盆地重要的油气聚集区^{[21, 22, 23, 24, 25]}, 但一直没有重大的勘探突破, 对其开展构造变形研究对后续的油气勘探具有一定意义。本文选取了柴北缘中新生界地表出露良好的鱼卡— 九龙山地区作为研究对象, 基于最新采集的地震反射资料, 结合野外地质调查、钻井数据和磷灰石裂变径迹定年, 详细解剖了该地区新生代构造变形特征, 并对其变形机制进行了探讨。

鱼卡— 九龙山地区位于柴北缘赛什腾山东端, 其东南侧为绿梁山, 西南侧为赛南坳陷, 为由一系列北西走向褶皱形成的复杂变形区, 自南向北分别为马海尕秀背斜、鱼卡本部背斜、鱼卡北部背斜和九龙山背斜（见图1）, 其从构造单元上属于赛什腾— 埃姆尼克构造带^[1]。该地区中新生界出露齐全, 厚约4 500 m（见图1、图2）。中下侏罗统大煤沟组（J_{1— 2}）为一套灰黑色、绿灰色的砂岩、泥岩夹砾岩, 是柴北缘主要的产煤层和生油层; 上侏罗统红水沟组（J₃）为红色泥岩、砂岩及砾岩; 下白垩统犬牙沟组（K₁）为红色砾岩、砂岩夹泥岩; 上白垩统在柴达木盆地整体缺失。新生界主要为一套红色砂岩、砾岩夹泥岩, 厚约4 000 m（见图2）, 自下而上包括路乐河组（E₁₊₂l, 距今44.2~52.0 Ma）、下干柴沟组（E₃, 距今34.2~44.2 Ma）、上干柴沟组（N₁, 距今19.5~34.2 Ma）、下油砂山组（N₂¹, 距今12.9~19.5 Ma）、上油砂山组（N₂², 距今8.1~12.9 Ma）、狮子沟组（N₂³, 距今2.5~8.1 Ma）及七个泉组（Q₁₊₂q, 距今小于2.5 Ma）。需要说明的是, 目前对柴北缘新生界（尤其是下油砂山组及下伏地层）时代还存在较大争议^{[7, 10, 11]}, 但对本文结果影响不大。前人对鱼卡— 九龙山地区的研究多关注中下侏罗统大煤沟组的沉积层序、沉积环境及其油气意义^{[26, 27]}, 而对产生现今构造面貌的新生代变形涉及较少。本文主要参考了Ji等^[11]在柴北缘大红沟地区和Fang等^{[28, 29]}在柴北缘怀头他拉地区所做的磁性地层定年结果（见图2）。

图1

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	图1 柴北缘鱼卡— 九龙山地区地质图

图2

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	图2 柴北缘鱼卡— 九龙山地层柱状图（据文献[28], 有修改）

笔者对马海尕秀背斜、鱼卡本部背斜、鱼卡北部背斜和九龙山背斜进行了详细的野外剖面构造测量, 并绘制实测构造剖面图（见图3）。

图3

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	图3 柴北缘马海尕秀— 鱼卡— 九龙山剖面实测构造剖面图（剖面位置见图1）

研究区南部的马海尕秀背斜为一狭长条带型的紧闭背斜（见图1）, 向南东与绿梁山之间为一断层接触（见图4a）, 向北西逐渐倾没消失; 其南翼地层近直立甚至倒转, 北翼相对较缓; 背斜核部出露中下侏罗统大煤沟组、上侏罗统红水沟组和下白垩统犬牙沟组, 北翼新生界仅出露路乐河组和下干柴沟组, 南翼新生界相对齐全（见图1、图3、图4a）。

图4

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	图4 野外典型构造照片（位置见图1）

鱼卡本部背斜位于马海尕秀背斜北部, 是一个主体发育在侏罗系中的宽缓背斜, 地表地形平坦（见图1）。背斜核部的中下侏罗统炭质泥岩中发育一条北东倾向的逆冲断裂, 地层变形非常强烈（见图4b）, 产状多变, 向两翼产状逐渐稳定, 其内卷入变形的最新地层为新生界底部路乐河组。鱼卡本部背斜南翼还发育一个次级的背斜和向斜（见图1）, 再向南以一条大型的北东倾向逆断层与南侧的马海尕秀背斜分隔, 野外可见该断裂逆冲至第四纪晚期地层之上（见图3、图4c）。

鱼卡北部背斜位于鱼卡本部背斜以北, 二者之间以一条隐伏断裂分隔（见图1）。其核部出露中下侏罗统大煤沟组炭质泥页岩, 褶皱变形严重、次级断裂发育（见图3、图4d、图4e）, 但地层产状整体较缓; 北翼地层直立甚至倒转, 大煤沟组与上侏罗统红水沟组之间以一条近直立断裂分隔（见图1、图4d）。野外观测卷入变形的最新地层为下白垩统犬牙沟组, 向上被第四系沉积物覆盖（见图3）。

九龙山背斜位于研究区最北部, 同样为一线性的紧闭背斜（见图1）; 其核部出露新生界下部的路乐河组和下干柴沟组, 向两翼被第四系不整合覆盖, 且第四系也遭受了一定程度的变形, 表明其形态最终定型时间很晚; 产状总体具有北翼陡（倾角大于60’ ）、南翼缓（倾角约40’ ）的特征（见图3）。

为了更好地刻画研究区在新生代早期的沉积和构造格局, 笔者还在鱼卡北部背斜核部大煤沟组顶部的黄绿色砂岩中采集了一个砂岩样品YQ01（见图2）, 对其开展了碎屑磷灰石裂变径迹测试。磷灰石裂变径迹的年龄和径迹长度对温度非常敏感, 能较好地记录样品在低于110 ℃时的热演化史, 因而可用于估计样品的埋藏过程。本文主要用该方法定量评估鱼卡北部背斜新生界的最大沉积厚度, 并与周缘进行对比, 进而分析研究区在新生代的整体演化过程。样品处理流程见田云涛等^[31], 样品测试在伦敦地质年代学中心开展。裂变径迹长度和年龄结果如表1、表2所示, 其相应的单颗粒年龄和径迹长度分布直方图如图8a和图8b所示。

表1

表1

表1 单颗粒裂变径迹年龄统计表 序号 年龄/ Ma 误差 序号 年龄/ Ma 误差 绝对值/ Ma 相对值/ % 绝对值/ Ma 相对值/ % 1 146.42 32.85 22.44 9 209.02 38.23 18.29 2 290.60 77.21 26.57 10 169.73 41.95 24.72 3 148.75 62.02 41.69 11 218.25 47.39 21.71 4 168.98 24.33 14.40 12 170.67 27.49 16.11 5 160.82 22.39 13.92 13 256.01 56.34 22.01 6 221.97 37.54 16.91 14 236.39 108.67 45.97 7 141.98 37.58 26.47 15 302.56 54.90 18.15 8 233.16 38.18 16.38

表1 单颗粒裂变径迹年龄统计表

表2

表2

表2 单颗粒裂变径迹长度统计表 序号 径迹长度/μ m 序号 径迹长度/μ m 序号 径迹长度/μ m 1 13.68 9 13.61 17 12.19 2 14.17 10 15.01 18 13.18 3 13.73 11 15.48 19 9.62 4 10.93 12 13.67 20 12.62 5 9.84 13 9.66 21 14.50 6 15.13 14 13.53 22 12.57 7 13.31 15 9.72 23 12.73 8 13.21 16 10.69 24 10.81

表2 单颗粒裂变径迹长度统计表

图8

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	图8 碎屑磷灰石裂变径迹测试结果（n— 样品数; GOF— 裂变径迹年龄模拟值与实际值的吻合程度）

从实验结果可以看出, 单颗粒年龄误差大部分在15%~25%, 仅有少量（2颗）误差较大（超过40%）; 单颗粒年龄分布较为分散, 距今104~303 Ma, 70%以上的颗粒年龄与样品的沉积时代相同或更老, 但也有约30%的颗粒年龄为晚侏罗世, 略晚于样品的沉积时代, 表明样品自沉积后经历了部分退火; 径迹长度范围为9.5~15.5 μ m, 分布范围较大, 大部分的径迹长度为13~14 μ m, 但也有少量小于10 μ m, 最小仅为9.62 μ m, 呈现出一定的双峰特征, 同样表明样品自沉积后发生了一定程度的埋藏加温。这些观测结果指示该样品自沉积后发生过埋藏加温, 最深可能至磷灰石裂变径迹的部分退火带附近（75~110 ℃）, 使得裂变径迹发生部分退火, 导致出现了较年轻的颗粒年龄和较短的径迹长度。由于磷灰石裂变径迹的单颗粒年龄主要通过径迹的分布获得, 其部分退火也导致了测得的单颗粒年龄普遍存在一定的误差。

由于柴北缘新生界与下覆地层呈不整合接触^[32], 因此样品在晚侏罗世— 早白垩世和新生代都可能发生过埋藏加温。前人研究表明, 柴北缘上侏罗统和下白垩统的最大残余厚度仅为1 500 m左右, 而晚白垩世时柴北缘主要遭受了强烈的构造变形和剥蚀, 沉积作用很弱^[33]。该厚度远小于柴北缘新生界厚度, 因此笔者认为样品埋藏的最大深度发生在新生代。考虑到样品中较老的颗粒年龄和较长的径迹长度依然占据主要部分, 笔者认为样品退火程度很弱, 最多到达部分退火带的中上部（75~90 ℃）。前人研究表明柴北缘新生代古近纪至新近纪早期的古地温梯度约为26 ℃/km^[34], 地表平均温度约为15 ℃, 由此可得出样品新生代以来所经历的最大埋藏深度为2 900 m。

此外, 笔者还利用HeFTy程序^[35]对该样品进行了热演化史模拟, 模拟的限制条件有3个：①在距今180 Ma之前样品中的磷灰石颗粒从物源区隆升剥蚀、出露至磷灰石裂变径迹的部分退火带附近（约110 ℃）; ②地层沉积时代为距今160~180 Ma, 对应样品位置在近地表（古地温（20± 10）℃）; ③在下干柴沟组沉积后期至狮子沟组沉积期间（距今2.5~40.0 Ma）达到最大埋深（古地温小于90 ℃）。模拟结果如图8c所示, 表明样品自中侏罗统沉积后最大埋深仅至古地温40~60 ℃, 发生在新生代晚期, 对应的深度为1 000~1 700 m。需要特别注意的是, 本样品为碎屑岩, 其内的磷灰石在沉积前可能来自不同的物源区, 具有不同的热演化历史, 上述热演化史模拟结果仅供参考, 但也支持样品新生代以来的最大埋深小于2 900 m。考虑到该碎屑样品位于中侏罗统上部, 其上覆中生界厚约300 m（见图2）, 以此推测样品上覆新生界最大厚度仅为2 600 m。

综合野外露头调查、地震反射剖面、相关钻井资料以及热年代学定年的基础上, 对柴北缘鱼卡— 九龙山地区新生代构造变形特征进行详细分析, 得出以下结论：

鱼卡— 九龙山地区总体为一受南侧赛南断裂、北侧龙北断裂控制的近似箱状背斜形态, 两翼较陡、核部宽缓, 马海尕秀背斜和九龙山背斜为箱状背斜两翼受次级反冲断裂影响的次级褶皱, 鱼卡本部背斜和鱼卡北部背斜为箱状背斜的宽缓核部发育的次级褶皱。

鱼卡— 九龙山地区发育的断裂多为陡倾的基底断层, 共同构成一个正花状构造, 除具有逆冲性质外, 还具有一定的右旋走滑分量, 其中逆冲活动导致的地壳缩短率约为15.3%。右旋的斜向冲断作用可能代表了柴达木盆地北缘新生代晚期主要的变形特征。

鱼卡— 九龙山地区为一自新生代早期就开始发育的古隆起构造, 使得其上的新生界沉积很薄, 可能受控于其南侧先存的赛南断裂的微弱活动; 其强烈的褶皱变形则非常晚, 在狮子沟组沉积时或之后。鱼卡— 九龙山地区邻近发育中下侏罗统烃源岩的赛南凹陷具有较好的油气勘探潜力。