阿尔金断裂作为青藏高原北部边界，分割了塔里木盆地和青藏高原，连接了东、西昆仑和祁连山构造带(图 1a)，在高原的形成及向北生长过程中起着至关重要的作用 (Yin et al., 2002; Cowgill et al., 2003)。尽管目前大多数地质学家认为阿尔金断裂的现今形态主要形成于新生代，然而其在新生代何时开始活动仍存在很大争议。如Meng et al. (2001) 通过对柴达木盆地与塔里木盆地古生界-新生界进行对比研究后认为阿尔金断裂体系于晚始新世-渐新世开始活动；Yin et al. (2002) 对阿尔金断裂两侧8条新生代沉积剖面开展了岩性、磁性地层年代学、砂岩成分及碎屑磷灰石裂变径迹等综合分析，提出阿尔金断裂系早在49Ma就开始左旋走滑。Yue et al. (2001) 基于对索尔库里盆地的沉积学研究认为阿尔金断裂活动始于晚渐新世-早中新世。刘永江等(2001) 通过对断裂带内靡棱岩化花岗岩的⁴⁰Ar/³⁹Ar定年及柴达木盆地地表反”S”型构造的分析后认为现今的阿尔金断裂早在晚白垩世时就开始在深部孕育，一直到始新世中期才开始影响地表。Wu et al.(2012a, b) 对柴达木盆地西北缘多条沉积剖面进行详细研究后认为阿尔金断裂的起始活动时间约在36Ma。存在这些争议的主要原因是上述研究大都基于野外沉积剖面的细测和年代学方法，很大程度上受到研究剖面地层出露情况的制约。

图 1

Fig. 1

图 1 柴达木盆地西部地质图(据吴磊，2011修改) 右下角为青藏高原地区构造略图 Fig. 1 Geological map of the western Qaidam Basin (modified after Wu, 2011) Inset is a simplified tectonic map of the Tibetan Plateau

柴达木盆地紧邻阿尔金断裂中段南侧，是青藏高原内部最大的新生代沉积盆地，沉积了巨厚的中、新生代地层 (陈志勇等, 2005; Yin et al., 2008a, b ; Wu et al., 2011)，是研究阿尔金断裂新生代活动的理想地区。根据前人的研究成果认为阿尔金断裂带在约36Ma(T₃)开始活动 (陈正乐等，2001；Wu et al., 2012a, b )，相当于上干柴沟组沉积的晚期，但是这一时间的得出是基于地表局部点位沉积记录和地层接触关系所得到的结果。这种方法存在自身的局限性，一是该岩相变化带的空间分布规律不清楚，无法分析与区域构造背景的关系；二是能够进行沉积学研究的记录往往具有非常明显的相变和岩性的变化，而这会使得到的相关结论晚于背景带真正的起始活动时间。基于以上分析，作者选取柴达木盆地西北缘紧邻阿尔金断裂的红柳泉-七个泉地区为研究对象(图 1b), 在上干柴沟组上段(T₃-T₄)的范围内利用三维地震属性分析技术，结合钻井资料来提取研究区新生代早期的沉积相变化，并以此来论证阿尔金断裂新生代的最早起始活动时间和古构造的空间分布规律。以此来反推阿尔金断裂新生代的起始活动时间。该方法能很好的针对覆盖区新生代早期地层开展研究，且平面上和纵向上都具有很好的连续性，能有效弥补传统方法的不足，为阿尔金断裂的形成时间提供新的制约证据。目前已有相关学者运用这种方法对柴达木盆地动力学特征进行研究并取得了较好效果(吕宝凤等，2008)。

柴达木盆地新生代主要发育陆相沉积，在盆地内部一般为湖泊相沉积(王亚东等，2011)，周围则发育了辫状河三角洲、冲积扇等(蒋宏忱等，2003；郭峰等，2006)。新生代地层自下而上可分为路乐河组、下干柴沟下段、下干柴沟上段、上干柴沟组、下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组以及七个泉组，其地层底界年龄目前已经有较好的磁性地层结果制约(表 1) (如Sun et al., 2005; Lu and Xiong, 2009) 。在目的层附近下干柴沟组上段岩性较细，以深灰色、灰色钙质泥岩为主，向北东岩性变粗；上干柴沟组下段自下而上岩性由细变粗，颜色由灰变红。前人的研究认为阿尔金断裂的起始活动时间在上、下干柴沟之间的界限附近，绝对年龄约在35~36Ma (Wu et al., 2012a, b )。本文主要针对该界线以下的下干柴沟组上段地层进行详细的三维地震属性研究，试图揭示柴达木盆地对阿尔金断裂新生代活动的最早响应时间。为描述方便，我们把下干柴沟组上段分为五层，并简单地从上到下命名为下干五(XG5)、下干四(XG4)、下干三(XG3)、下干二(XG2)、下干一(XG1)(表 1)。研究工区位于阿尔金山的南部斜坡上的对于活动记录较为敏感的红柳泉-七个泉地区(图 1)，可以利用三维地震属性识别其沉积演化记录，从而为研究阿尔金断裂的早期活动提供重要线索。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 柴达木盆地西部地区新生代地层表 Table 1 Cenozoic stratigraphic chart of Qaidam Basin 时代 地层名称 年龄(Ma) 代号 地震分层 更新统 七个泉组 2.5 T0 上新统 狮子沟组 8.2 T1 中新统 上油砂山组 14.9 T′2 下油砂山组 22.0 T2 渐新统 上干柴沟组 35.5 T3 始新统 下干柴沟组 上段 XG5 XG4 XG3 XG2 40.5 XG1 T4 下段 43.8 T5 路乐河组

表 1 柴达木盆地西部地区新生代地层表 Table 1 Cenozoic stratigraphic chart of Qaidam Basin

三维地震数据携带丰富的信息量，它可以反映地下地质体的岩性、物性、构造等多方面信息。相比野外地质实测和钻井，三维地震属性技术对岩相古地理带在宏观上的展布具有较好的表现。地震属性比较常用且容易实现的有振幅统计属性、复地震道统计属性、频谱统计属性、时间序列统计属性、相关统计属性(郭刚明，2005)。通过对多种地震属性提取的结果与已知的井参数进行对比分析，最终选取符合率高且目标对应性强的振幅统计类属性。

钻井揭示研究区下干柴沟上段地层整体以发育浅湖-半深湖沉积环境的砂、泥岩为主，在盆地边缘颗粒较粗，出现灰色砾岩、砂岩。沉积厚度一般多在1000m以上，最厚可达2200m，整体向南增厚。我们对研究区内的九口井进行了精细的合成记录标定，以指导XG5、XG4、XG3、XG2、XG1五套小层的精细地震解释，得到了这五层的等T0 图，再对这五套地层进行多种属性方法提取，经过反复比对分别筛选出均方根振幅属性、弧长属性为最优组合。

地震属性具有多样性，应针对不同的研究目的选用不同的地震属性，需要对同一研究区进行多次的实验最终选取合适的方法。均方根振幅是将振幅平方的平均值开平方，它反映了给定时窗内的振幅横向变化情况。振幅的横向变化已被用于地层研究，可用于检测河道砂、扇体分布范围(李国发等，2011)，也可用于分析砂泥岩百分比，一般情况下，富砂的区域振幅较强，富泥的区域振幅较弱。弧长属性是由地震道的波形长度来定义的，它可以用来区分强振幅高频和强振幅低频、弱振幅高频和低频反射(陈东，2008)，用于砂泥岩百分含量分析，反映反射的非均质性。

钻井岩芯和邻区地面露头揭示本地区下干柴沟组上段岩性以泥岩为主，夹有薄层泥质砂岩、粉砂岩或砂岩，整体为向上变粗的正旋回，底部有大套的灰质泥岩出现。图 2 是对于研究区的下干柴沟组上段第一小层(XG1)进行的均方根振幅和弧长地震属性提取结果，同时利用钻井地质资料对属性图所代表的岩性进行约束。其中C1井以深灰色灰质泥岩为主，夹有极少的薄层泥灰岩和灰质粉砂岩，C4井在该层以灰质泥岩和泥岩为主，夹极少量的砂质泥岩和泥质粉砂岩，C5井在该层为灰质泥岩和泥岩互层，夹少量的砂质泥岩。这几口钻井反映了该层的深湖沉积特点。在附近的狮23井岩心取样中同样观察到具有半深湖-深湖亚相特征的沉积构造(青海油田公司研究院, 2004^①)。从三维地震属性提取结果中发现XG1均方根振幅属性(图 2a)在研究区内横向上基本上没有变化，弧长属性(图 2b)除在西北角显示有岩性变化外，其余地区变化很小，说明这一时期沉积的岩性比较单一，水体较安静，推断这一时期为深湖亚相，在西北角存在少量的粗粒沉积(见后文)。

图 2

Fig. 2

图 2 下干柴沟组上段第一小层(XG1)地震属性提取图 (a)-XG1均方根振幅图；(b)-XG1弧长属性图.属性图反映出研究区主要由细粒的泥岩构成，代表了半深湖-深湖的深水相沉积特点，在图的左上方局部的粗粒沉积物暗示了水下隆起的雏形 Fig. 2 Geophysical attributes of XG1 (a)-the RMS amplitude-attributes of XG1; (b)-the arc length-attributes of XG1. The attribute information indicates fine mudstone in the study area, which represent semi-deep and deep lacustrine environment. The coarse sediments in the top left of (b) may indicate a submarine initial uplift

①青海油田公司研究院，东方地球物理公司研究院敦煌分院.2004. 柴达木盆地西部地区第三系沉积相研究

图 3是对于下干柴沟组上段第二小层(XG2)进行的地震属性提取。在XG2时期结合钻井及地质资料表明，研究区可以划分出A、B、C三个异常区(图 3)，其均方根振幅明显大于其它区，在弧长属性(图 3b)中与之对应的区域异常变化明显。具有代表性的A区内的柴6井以砂质泥岩为主，伴有泥岩，夹有薄层的粉砂岩，反映水动力较强(水体变浅)，沉积砂泥比相对较高。对应的沉积背景为水下同沉积的古隆起发育造成局部的水动力高能带，导致沉积粒度的变大。位于三个异常区之间的C1井为深灰色灰质泥岩和泥灰岩互层；C4井为灰色泥岩，代表了深湖沉积的背景。另外，图 3中的A、B区有大致北西向雁行排列的特点，其成因将在下面讨论。

图 3

Fig. 3

图 3 下干柴沟组上段2套地层(XG2)地震属性提取图 (a)-XG2均方根振幅图；(b)-XG2弧长属性图.图中用实线圈定的A、B、C三个区代表了粗粒的沉积范围，指示了控制沉积的水下隆起具有北西走向和斜列展布特点，C1、C4井区仍然为深湖环境.分析见图 5b Fig. 3 Geophysical attributes of XG2 (a)-The RMS amplitude-attributes of XG2; (b)-the arc length-attributes of XG2. Regions A, B and C outlined by solid lines represent coarse depositing areas, which indicate the NW-striking submarine uplifts are echelon arranged. Wells C1 and C2 represent deep lake environment in the study area as well. See the interpretation in Fig. 5b

图 4是对于下干柴沟组上段第四小层(XG4)进行的地震属性提取，在XG4时期结合钻井及地质资料表明，C1井在灰质泥岩的背景下，岩性较二、三小层明显变粗，砂岩含量增加；C4井以泥岩为主，伴有砂质泥岩和灰质泥岩；C5井出现大量的砂质泥岩。根据属性分析图可以画出一个大的北西向的异常区A(图 4)。在均方根振幅属性(图 4a)上，A区域的均方根振幅值明显大于其它区域，说明在该区域砂泥比较高，而在弧长属性(图 4b)中也从另一方面验证了这种岩性变化。

图 4

Fig. 4

图 4 下干柴沟组上段4套地层(XG4)地震属性提取图 (a)-XG4均方根振幅图；(b)-XG4弧长属性图.图中实线代表水下隆起的范围，虚线代表次级隆起的轴部位置所在.该阶段控制粗粒沉积物分布的水下的隆起已经连成一个区带，大致为北西走向，内部可进一步的识别出多个斜列的次级粗粒沉积物分布带，即低级别的水下隆起.分析见图 5d Fig. 4 Geophysical attributes of XG4 (a)-the RMS amplitude-attributes of XG4; (b)-the arc length-attributes of XG4. The submarine uplifts which control the distribution of coarse deposits spread and join together as a NW-striking zone, in which some echelon arranged sub-uplifts could be recognized as well. See the interpretation in Fig. 5d

A区域的粗粒度代表了水体变浅，水动力变强，相对于第二小层的来说，第四小层异常区域具有稳定的北西走向和的明显的范围扩大的特点，反映出水下隆起区域(粗粒沉积物)的定向扩展。北西向的异常带可以进一步分解出多个北西向的小型雁列状的次级隆起，大致构成左阶式的排列。这种粗粒沉积物与水下隆起相关联，显然这种排列是受到区域构造控制的。

根据以上分析我们掌握了研究区的岩性分布及其变迁规律：在下干柴沟组上段第一小层(XG1)时期研究区整体以灰质泥岩沉积为主，岩性单一，水体安静，属于深湖亚相沉积环境(图 5a)，在这种安静的深湖环境的西北角局部发育了粗颗粒的砂质沉积，其周围被细粒的泥岩沉积所围限；在下干柴沟组上段第二小层(XG2)时期(图 5b)尽管整体沉积以细粒的灰质泥岩或泥岩沉积为主，具有深湖相的沉积特点，但在深湖背景下开始发育长轴线呈北西向展布，呈雁列式排列的粗粒沉积区，这些粗颗粒堆积物周围被细粒的沉积物所包围，揭示了其“无源”特征。在下干柴沟组上段第三小层(XG3)时期(图 5c)，原本呈雁列式独立分布的粗颗粒沉积带范围逐渐扩展变大，并且连接成北西向的带状分布。下干柴沟组上段第四小层沉积时，除了北西向的区带范围扩大，连接为完整的粗粒沉积区，其中又可以进一步的识别出多个斜列的次级粗粒沉积物分布带，指示着隆起带的叠加和扩展的特点(图 5d)。

图 5

Fig. 5

图 5 红柳泉-七个泉地区下干柴沟组上段沉积时的岩相古地理演化图(本图来自于图 2、图 3、图 4的再综合解释) (a)-XG1古隆起雏形期；研究区的西北部发育局部的砂质和砂泥质的沉积区，周围为深湖相的泥岩，代表着新生代阿尔金构造带的最早活动时间；(b)-XG2古隆起孤立发育期：在深湖的背景下，多个小型古隆起逐渐的“生长”，彼此为雁行排列；(c)-XG3古隆起生长期：古隆起彼此连接，预示着北西向古构造带的开始形成和扩展，表现为具有受到左旋剪切作用的扭动应力场的影响；(d)-XG4古隆起生长期：水下的隆起连成一个北西走向的区带，内部可见多个斜列的次级低级别的水下隆起的斜列, 从这一阶段开始，沉积相具有明显的变化，也是目前地面岩性可以识别阿尔金最早的活动时间段 Fig. 5 Lithofacies paleogeography of Hongliuquan-Qigequan area during the deposition of upper XG (interpreted from Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4) (a)-XG1 initial development of uplifts: the emerge of sandy depositing region within the deep lake represents the earliest document of the activity of Altyn Tagh Fault in the Cenozoic; (b)-XG2 uplifts grow separately, and are echelon arranged, under the background of deep lake; (c)-XG3 uplifts spread and join together, indicating the NW striking tectonic range is formed and developed by sinistral shear; (d)-XG4 submarine uplifts form a NW striking zone, containing several echelon arranged sub-uplifts. The lithofacies stay relatively unchanged since the deposition of XG4, which is also the earliest period related with the movement of Altyn Tagh Fault that we can identify from fieldwork

从上面的讨论可以发现两个特点，一是研究区的水下粗粒沉积区由开始的局部发育(XG1)，慢慢的扩展为不连续的斜列状(XG2)，然后连接为北西向的带状分布(XG3~XG4)，这一过程代表了粗粒沉积区的逐渐“生长”的性质；二是无源的粗粒沉积区带具有方向性，先在局部位置发育，逐渐扩大、彼此连接，最后形成稳定的北西向沉积区。

在分析了上面的特点以后，我们认为，这种无源粗粒的沉积区实际上是由与阿尔金构造带新生代早期开始发育的，位于水下的低幅度构造隆起所控制，在古隆起的高部位会使沉积面的水体深度变小，引起局部的水下高能带的产生，堆积了相对粗粒的砂或者粉砂质的沉积物，而不受古构造隆起控制的区域依然保持着深湖的环境，维持着泥质沉积物的堆积特点。在下干柴沟组上段自下而上粗粒沉积区的扩展和变化，指示了水下古构造隆起逐渐的“生长”过程。从图 5a至图 5d中沉积相带的空间变化和空间排列及彼此的叠加方式，说明古构造的生长受到区域左旋剪切作用的扭动应力场影响，如图 5c, d中力偶指示的那样。

基于以上利用地震属性分析方法研究下干柴沟组上段的岩相古地理变化的成果，本文提出一个阿尔金最早活动时间判断的地质模型。在下干柴沟组上段第一层沉积期(XG1)(40Ma)，柴达木盆地和塔里木盆地东南缘曾经连在一起成为一个统一的沉积盆地(汤良杰等，2000)(图 6a)，在现今阿尔金断裂带南侧的柴达木盆地西部地区，基本上为半深湖-深湖相的沉积环境，此时的阿尔金断裂带刚刚开始活动，表现为在深湖中发育古隆起的雏形，形成局部分散的小型隆起。下干柴沟组上段第二层沉积期(XG2)沉积时，阿尔金断裂带的活动形成一些低幅度隆起，这与柳祖汗等(2006) 王亮等(2010) 学者的观点相近，在柴达木盆地西缘地区形成了一些低幅度雁列式的水下隆起，隆起上部沉积了相对较粗颗粒的砂岩，但是整体还是处于深湖的背景(图 6b)。在下干柴沟组上段第三层-第四层(XG3~XG4)沉积时期，由于构造活动的继续，在阿尔金断裂带的南缘形成的大范围的水下隆起，逐渐扩大连接成片(图 6c)，这种古构造背景下的隆起带是阿尔金断裂带早期阶段的反应，后期会出现辫状河-冲积扇-扇三角洲沉积(图 6d)，也被称之为阿尔金古隆起阶段(王亮等，2010)。在上干柴沟组沉积初期，阿尔金山地区开始抬升(吴磊，2011)并出露水面。

图 6

Fig. 6

图 6 阿尔金断裂带下干柴沟组晚期构造活动与沉积古地理演化模型图 (a)-下干柴沟组沉积之前或更早的时间，阿尔金断裂带还没有开始活动，研究区整体处于深湖亚相沉积中；(b)-XG1~XG2沉积时期，阿尔金断裂带开始微弱的活动，形成一些岩性相对较粗的低幅隆起；(c)-XG3~XG4沉积时期，阿尔金断裂带继续活动，水下隆起范围扩大；(d)-下干柴沟组沉积晚期，阿尔金山地区开始进入大规模的隆起阶段，主体部位露出水面，在研究区发育了辫状河、冲积扇和扇三角洲沉积 Fig. 6 Tectonic and paleogeographical model of Altyn Tagh Fault during the deposition of upper XG (a)-prior to the deposition of XG or even earlier, the study area is dominant by deep lake environment before the formation of Altyn Tagh Fault; (b)-during the deposition of XG1 and XG2, several low amplitude uplifts are formed due to the initial activity of Altyn Tagh Fault; (c)-during the deposition of XG3 and XG4, submarine uplifts spread and grow because of the continued activity of Altyn Tagh Fault; (d)-during the deposition of the uppermost XG, the Altyn zone uplifts widely above the water surface and generates alluvial fan, braided river and fan dalta, etc. in the study area

本文通利用三维地震属性分析方法并结合钻井资料来对柴达木盆地西部红柳泉-七个泉地区下干柴沟组下段五个时期的沉积相进行了系统分析，以此来约束阿尔金断裂带新生代早期的起始活动时间，得出以下几点结论：

(1) 3D地震数据体的属性提取方法可以用来解决地质历史时期岩相古地理的空间划分及判别问题；由此可以对控制岩相古地理变化的构造背景及区域性的构造活动事件进行分析。

(2) 利用3D地震资料属性提取技术，得出新生代阿尔金断裂带最早的活动时间开始于约40Ma，大致为下干柴沟组沉积的晚期，这一时间早于前人利用地面地质研究得到的35.5Ma。