早古生代中晚期(中晚奥陶世至志留纪)为塔里木盆地环满加尔地区的关键沉积-构造转折期。目前的研究表明,早古生代中晚期满加尔坳陷南、北两侧构造域都发生过诸如洋盆俯冲、消减或碰撞造山的构造事件,基于盆山相互作用(Basin-orogen coupling)的原理,环满加尔地区于早古生代中晚期发生的沉积变革均应与南、北两侧构造域地球动力学状态改变有关。然而,关键的科学问题是究竟跟南侧阿尔金洋还是北侧天山洋的俯冲、消减乃至碰撞造山事件有关,抑或是南、北两侧构造事件的叠加作用?以及满加尔坳陷的盆地属性,是裂谷,前陆盆地,还是坳拉槽?这些都是具有巨大争议且亟需解答的问题。由于满加尔地区早古生界地层埋藏太深,目前钻井、地震方面资料较少,接下来的油气勘探工作也需要大量成本,同时具有高风险,因此,从坳陷周边地区入手,从沉积物源体系的角度对坳陷的发育、充填、消亡进行限定,一方面为最终解决“满加尔坳陷到底是何种性质”这一争议热点和难点提供新的科学依据,同时也为生油潜力巨大的满加尔坳陷的油气勘探工作指出新的方向。
环满加尔地区中晚奥陶世沉积面貌发生重大改变的一个重要表征就是陆源碎屑岩的大规模出现。碎屑岩是连结沉积区和物源区的桥梁,较大程度上保留了物源区的信息,因此,碎屑岩物源研究尤其是砂岩的物源示踪分析是目前国内外进行古地理恢复、盆山相互作用甚至超大陆重建等的常用手段。基于此,本文拟将在精细的等时地层格架搭建的基础上,以环满加尔地区典型露头剖面和钻井资料为主要研究对象,以早古生代中晚期沉积记录尤其是碎屑岩沉积为研究载体,进行环满加尔地区早古生代中晚期沉积物源体系和构造-古地理格局的研究。目前获得的主要认识与进展如下:
(1)库鲁克塔格南区上奥陶统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄记录了527~694Ma、713~870Ma、904~1090Ma、1787~2094Ma和2419~2517Ma共5期构造热事件,并以新元古代(峰值为760Ma)和晚古元古代(峰值为1975Ma)两期年龄为主体,通过与所有可能的物源区构造热事件年龄对比,其与塔里木克拉通基底构造热事件年龄具有最高的吻合度。两样品713~870 Ma的碎屑锆石98%的εHf(t)值为负值,与塔里木内部新元古代花岗岩的εHf(t)值特征基本吻合。两样品没有检测到阿尔金洋早古生代俯冲、消减和碰撞事件的年龄信息(约470~500Ma),表明中晚奥陶世库鲁克塔格南区及满加尔东北部碎屑物源主要来自于盆地内部古隆起,如库鲁克塔格北部隆起或塔北古隆起,而非盆地南侧的阿尔金造山带。
(2)库鲁克塔格南区上志留统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄结果显示存在一个主峰值为456Ma,可以跟南侧北阿尔金造山带主体碰撞造山的时代很好的对比,碎屑锆石εHf(t)值也跟北阿尔金红柳沟地区泥盆系砂岩相关特征很吻合,都为约-10~10,因此,认为主体物源来自北阿尔金造山带。但是,样品中也存在少量420~430Ma的年龄,跟样品沉积时代很接近,锆石CL图显示岩浆振荡环带和较好的自形晶,说明来自近源的岩浆岩,库尔勒一带出露的花岗岩类年龄为约420Ma,认为这些420~430Ma的年轻年龄来自塔里木东北缘陆缘弧岩浆带。塔北地区上志留统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄也检测到420Ma的次峰值,可以得出跟库鲁克塔格南区上奥陶统砂岩类似的结论。因此,综合起来表明塔里木东北缘晚志留世已经由被动陆缘转变为活动陆缘。
(3)满加尔地区在南华纪早期跟罗迪尼亚超大陆裂解事件同步发生大规模裂解,为满加尔坳拉槽初始裂解时期;震旦纪-寒武纪坳拉槽进入裂解-沉降阶段;中奥陶世北阿尔金弧后洋盆产生,区域上为整体拉张的动力背景,陆缘发生显著的沉降,发育硅质页岩、放射虫硅质岩等深水沉积,该时期塔北、塔中地区发育大规模碳酸盐台地。晚奥陶世桑比阶至凯迪阶早期,南侧的北阿尔金地区发生洋壳俯冲、消减甚至碰撞造山作用,北侧的Terskey洋向塔里木克拉通下发生南向俯冲,由于南、北两侧活动带构造作用的叠加影响,满加尔坳拉槽及碳酸盐台地发育呈现出不同于经典模式的“个性”特征,如良里塔格组沉积时期塔北、塔中开阔台地呈现明显分化,中间被深水坳陷分割,且两个台地沉积建造呈现明显差异,表现出区域地球动力学来源非单一化的特点;晚奥陶世凯迪阶中晚期,阿尔金地区进入碰撞造山阶段,北侧的Terskey洋向塔里木克拉通下持续进行南向俯冲,克拉通内部多个古隆起形成或复活,导致盆内剥蚀区面积增加,陆源碎屑供应相应增加,塔北、塔中碳酸盐台地生长环境被破坏,最终消亡,被碎屑岩-混积陆棚代替。早志留世,阿尔金地区进入碰撞-碰撞后阶段,南天山弧后产生拉张、裂解,区域动力学背景为张性,满加尔坳陷内发育浅海-辫状河三角洲相,塔北、塔中地区发育碎屑岩潮坪。晚志留世,南天山洋形成并向南俯冲导致塔里木东北缘陆缘弧岩浆带的产生,该岩浆弧为库鲁克塔格和塔北地区都提供了碎屑物源,但两地碎屑主体物源仍来自南侧阿尔金造山带,复杂的物源供给体系也是满加尔坳拉槽的“个性”之一。