新疆北山南部地區(qū)石炭-二疊紀巖石地層單位厘定

新疆北山南部地區(qū)石炭-二疊紀巖石地層單位厘定

新疆北緣山緣與羅布泊接壤，自然環(huán)境非常惡劣，地質(zhì)調(diào)查和研究水平很低。到目前為止，面積超過120萬，仍有許多差距?！拔幕蟾锩逼陂g，國家“三武”項目辦公室配合區(qū)域地質(zhì)勘探，在該地區(qū)部署了多個研究項目，進一步加深了該地區(qū)的基礎地質(zhì)研究水平。但是,對于該地區(qū)大面積發(fā)育的石炭-二疊紀地層(圖1)未作專門的調(diào)查研究工作,工作基礎較為薄弱,區(qū)域地層方面還存在諸多問題,主要表現(xiàn)在地層單位使用不夠統(tǒng)一,部分地層時代還有爭議,建立的地層層序還有待修改完善等。2002年隨著新疆北山南部地區(qū)1∶25萬筆架山幅區(qū)調(diào)修測項目的開展,筆者有機會對這一地區(qū)石炭-二疊紀地層進行調(diào)查研究,系統(tǒng)的收集到了巖石類型及其組合形式、基本層序構成、接觸關系性質(zhì)、巖石地層疊覆特征及區(qū)域變化特點、沉積構造和古生物化石等資料,進行了系統(tǒng)的分析和對比研究,依據(jù)收集的資料、并結合前人研究成果(張二朋等,1977;新疆地礦局,1997,1993),較合理的厘定了新疆北山南部地區(qū)的巖石地層單位和地層序列,在此基礎上探討了該地區(qū)晚古生代沉積盆地性質(zhì)和沉積環(huán)境演化歷史。筆者是在項目綜合地質(zhì)報告基礎上撰寫而成,屬集體勞動成果。1區(qū)域層研究歷史和發(fā)展新疆北山南部地區(qū)區(qū)域地層研究有著較長的歷史,不同研究者對該地區(qū)地層單位劃分認識還不統(tǒng)一,其劃分沿革情況如表1。1.1石炭系的起源1959年,新疆地質(zhì)局第一區(qū)測大隊首次確定了新疆境內(nèi)北山地區(qū)石炭系的存在,隨后多家單位對該區(qū)石炭紀地層進行了研究,采集了大量生物化石,確定了早石炭世晚期,中—晚石炭世和晚石炭世地層的存在。1966年,甘肅第一區(qū)測隊創(chuàng)名建立了下石炭統(tǒng)紅柳園組,發(fā)現(xiàn)有早石炭世的珊瑚、腕足等標準化石分子;1979年新疆第一區(qū)調(diào)隊沿用紅柳園組,并對新疆北山石炭系進行了劃分研究;本項目沿用紅柳園組一名。1973年,甘肅第二區(qū)測大隊于敦煌青墩峽鄉(xiāng)東創(chuàng)名中石炭統(tǒng)石板山組,采集有中石炭世的1979年,新疆地質(zhì)局區(qū)測大隊十一分隊梁云海等在1∶20萬白玉山幅區(qū)調(diào)中創(chuàng)名勝利泉組,在庫木庫都克幅中發(fā)現(xiàn)了晚石炭世的1973年,甘肅區(qū)測二隊于敦煌青墩峽西創(chuàng)名干泉群,時代為晚石炭世;1990年王增吉改稱干泉組;1999年《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》認為新疆區(qū)測大隊1979年所建上石炭統(tǒng)鹽灘組與甘肅區(qū)測二隊創(chuàng)立的干泉組完全吻合,應棄用鹽灘組,采用干泉組一名,并指出新疆一區(qū)調(diào)原建矛頭山組上部的火山巖應歸屬干泉組,下部火山巖歸紅柳園組,廢棄矛頭山組;本報告沿用干泉組一名,據(jù)巖性組合將測區(qū)的干泉組劃分為下、中、上3段,總體構成一復式向斜。1.2疊統(tǒng)紅柳河組地層劃分1959年,新疆第一區(qū)測大隊陶鈞政等在哈密沙泉子地區(qū)紅柳河南1612高地附近創(chuàng)建紅柳河巖系,歸早二疊世并分為3個亞系;1979年新疆區(qū)測大隊在哈密白山南與白玉山一帶厘定出下二疊統(tǒng)紅柳河組;1991年新疆地研所張致民、吳紹組將該套地層劃歸下二疊統(tǒng)紅柳河組,并劃分為3個亞組;1999年《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》將北山該套地層劃分為早二疊世紅柳河組,并分為兩個亞組;本次區(qū)調(diào)沿用紅柳河組一名,據(jù)巖性組合將該組分為上、下兩部分。1979年,1∶20萬白玉山幅區(qū)調(diào)將北帶二疊紀地層劃分為上二疊統(tǒng)駱駝溝組,南帶二疊紀地層劃分為下二疊統(tǒng)因尼卡拉塔格組;1999年新疆地層清理認為,南、北兩帶二疊系巖石組合特征有共同之處,建議停止使用立名較早的因尼卡拉塔格組,統(tǒng)稱駱駝溝組,筆者沿用駱駝溝組一名,時代厘定為中二疊世,置于紅柳河組之上。2巖石地層單位厘定和地層單位調(diào)查研究區(qū)地處多個構造單元結合部位,構造作用強烈,巖漿活動頻繁,使得石炭-二疊紀地層受到不同程度的改造,總體表現(xiàn)為淺變質(zhì)、強變形特征,面理置換較為強烈,對巖石地層單位厘定和地層層序建立造成一定困難。1∶25萬筆架山幅區(qū)調(diào)根據(jù)古生物化石、構造解析和地層層序恢復及沉積環(huán)境演化歷史等資料,對石炭-二疊紀地層進行了重新厘定,從老到新(自下而上)依次為早石炭世紅柳園組、晚石炭世石板山組、勝利泉組、干泉組(包括下、中、上3段)、早二疊世紅柳河組、中二疊世駱駝溝組,現(xiàn)將各巖石地層單位主要特征由早到晚詳述如下。2.1基性巖質(zhì)巖巖石學特征大面積分布于菊花山-淤泥河凹地南、北兩側,呈不規(guī)則帶狀SWW—NEE向展布,其上被二疊系、古近—新近系不整合覆蓋,多被華力西期侵入巖侵位蠶蝕,為一套淺變質(zhì)碎屑巖-火山巖-碳酸鹽巖建造。據(jù)巖性組合特征可劃分為上、下兩部分。上部為灰色灰?guī)r、生物灰?guī)r夾砂巖、頁巖,灰?guī)r之下部見有透鏡狀鮞狀赤鐵礦;該套地層沿走向變化大,向西灰?guī)r相變?yōu)殁}質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)板巖,并且火山巖增多,在筆架山一帶被安山玢巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖夾灰?guī)r所代替。淤泥河北側灰?guī)r中含大量珊瑚化石,主要種屬有HeterocaniniatholusiabulataYabeetHayasaka(穹隆橫床異犬齒珊瑚),KueichouphyllumsinenseYu(中國貴州珊瑚),YuanophyllumlongiseptatumYuetal.(長隔壁袁氏珊瑚)等。下部巖性組合主要為灰綠色糜棱巖化礫巖、砂礫巖、變質(zhì)細砂巖、粉砂巖(千枚巖),夾凝灰?guī)r、鐵碧玉團塊、玄武巖、磁鐵礦透鏡體;西部由于受侵入巖侵位影響而變質(zhì)較深,為灰一灰綠色絹云石英片巖、千枚巖,黑云石英片巖等。2.2積旋回組成分布于調(diào)查區(qū)的三峰山-小黑山一帶,呈帶狀沿SW-NE方向展布,與下伏紅柳園組和上覆勝利泉組均以S該組巖性組合沿走向有一定變化,東段(小黑山一帶)剖面上主要由多個沉積旋回組成,每個旋回基本層序自下而上為淺灰色中厚層狀變質(zhì)巖屑礫巖、變含礫粗粒長石巖屑雜砂巖、變粗-中粒長石巖屑砂巖,頂部一般為灰色含凝灰質(zhì)粗-中粒長石巖屑砂巖、粉砂巖,局部夾黃綠色、綠色蝕變陽起石巖、蝕變安山巖等;西段(三峰山-高尖一帶)變質(zhì)程度稍高,火山巖夾層明顯增加,上部為灰色二云母石英千枚巖、變不等粒巖屑長石雜砂巖、劈理化變質(zhì)細-粉砂巖,夾少量灰綠色蝕變玄武巖和透鏡狀硬錳礦層,下部為灰色二云母石英千枚巖、黑云母石英千枚巖、劈理化變質(zhì)中-細粒巖屑長石雜砂巖、變質(zhì)巖屑礫巖,夾灰綠色蝕變玄武巖等。2.3深灰色基細砂質(zhì)千完全巖組分布于調(diào)查區(qū)駱駝峰北-雙坪包-淤泥河一線,呈西寬東窄帶狀沿SW-NE方向展布于石板山組東南側,兩者之間現(xiàn)以S巖性組合在區(qū)域上有一定變化,東段(小黑山南-淤泥河一帶)為深灰色-灰黑色粉砂質(zhì)千枚巖夾互淺灰色中薄層狀變細粒巖屑長石雜砂巖、夾少量變質(zhì)含泥硅質(zhì)巖和凝灰?guī)r,為韻律型基本層序,發(fā)育鮑瑪序列的D、E段,常見水平層理、小型波狀沙紋層理;西段(駱駝峰北-雙包坪一帶)主要為灰黑色-深灰色薄層狀細砂巖夾(互)粉砂質(zhì)千枚巖、碳質(zhì)板巖、夾同色中薄層狀含黃鐵礦砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,發(fā)育水平層理和小型波狀沙紋層理。上述資料說明,該套地層巖性組合沿走向有一定變化,由東向西砂質(zhì)、鈣質(zhì)含量增加、泥質(zhì)含量減少,總體反映了深海-半深海還原沉積環(huán)境,東部海水相對較深,西部海水相對較淺。2.4晚石碳世界干泉群c出露于調(diào)查區(qū)駱駝峰南-黑山口-矛頭山一帶,呈西窄東寬的帶狀沿SWW—NEE方向展布于勝利泉組南側,兩者之間現(xiàn)以S2.4.1火山碎屑巖夾翠綠色-鮮綠色變質(zhì)安山質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、夾杏仁狀玄武巖、安山巖、安山質(zhì)熔結凝灰角礫巖、磁鐵石英巖透鏡體和薄層狀生物碎屑泥晶灰?guī)r等,向西相變成火山碎屑巖夾互中-基性火山熔巖。在弱變形域見凝灰?guī)r夾細碎屑巖中發(fā)育水平層理;灰?guī)r中含腕足、珊瑚、2.4.2制成林巖的類型灰綠色、暗綠色蝕變玄武巖、杏仁狀玄武巖、杏仁狀安山巖、蝕變安山巖、安山質(zhì)玄武巖、安山質(zhì)熔結凝灰?guī)r、安山質(zhì)熔結角礫巖,夾灰白色中薄層生物碎屑結晶灰?guī)r,其中灰?guī)r中含2.4.3基性火山巖沉積相灰綠色、紫紅色復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、細粒巖屑長石砂巖、粉砂質(zhì)千枚巖,夾灰綠色玄武巖、杏仁狀玄武巖、杏仁狀安山巖、安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)火山角礫凝灰?guī)r,薄層生物碎屑灰?guī)r等,剖面上該段由多個自下向上由粗變細的旋回型基本層序組成,礫巖中發(fā)育正粒級層理,灰?guī)r中含頭足類化石。2.5中二疊統(tǒng)駱溝組分布于調(diào)查區(qū)北部邊緣,近東西向帶狀展布,與相鄰地質(zhì)體多以脆韌性剪切帶接觸,在圖幅北鄰的馬蹄山南及駱駝溝一帶超覆不整合于奧陶系、志留系之上,其上又被中二疊統(tǒng)駱駝溝組不整合覆蓋。據(jù)巖性組合將該組分為上、下兩部分。下部主要為黃綠色-紫紅色凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r,夾玄武巖、生物碎屑灰?guī)r透鏡體等,沿走向向西相變?yōu)橹兴嵝曰鹕綆r,薄層灰?guī)r中含腕足化石;上部主要為灰綠色-暗綠色玄武玢巖、安山玢巖、安山巖、杏仁狀細碧巖,凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)熔結角礫巖,夾細粒長石石英雜砂巖,火山巖中含鐵碧玉團塊及條帶,向東在圖外相變?yōu)樯皫r、粉砂巖、灰?guī)r不均勻互層。2.6地層組合及沉積體系調(diào)查區(qū)主要沿兩個帶出露,北帶位于調(diào)查區(qū)東北角,覆于紅柳河組之上;南帶斷續(xù)出露于險峰南、黑山口南和矛頭山南的1098高程點附近,覆于石炭系干泉組之上,有的地段為不整合接觸,有的地段為斷層接觸,為一套碎屑巖-碳酸鹽巖建造。調(diào)查區(qū)內(nèi)該組巖性組合主要為一套粗碎屑巖,南、北兩帶略有差異。北帶下部為淡綠色片理化安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、含安山質(zhì)火山角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r、夾中粒巖屑長石砂巖;上部由多個旋回型基本層序組成,自下而上巖性分別為紫紅色-淡綠色復成分礫巖、砂礫巖、含礫粗—中粒巖屑長石砂巖、粉砂巖等;總體反映了進積型沉積特征;南帶巖性組合主要為紫紅-黃綠色礫巖、砂礫巖、巖屑長石砂巖、粉砂巖夾薄層灰?guī)r和灰?guī)r透鏡體,剖面上由多個旋回型基本層序組成,沉積構造發(fā)育,主要有正粒級層、沖刷-充填構造等;灰?guī)r中含較豐富的腕足、腹足及3基性火山巖巖石地球化學特征調(diào)查區(qū)總體上屬新疆北山晚古生代盆地西部,石炭-二疊紀地層分布廣泛,巖石類型復雜,巖相變化明顯,沉積物顏色主要為紫紅色夾灰綠色,陸源碎屑物為成熟度較低的石英和長石,顯示了氧化條件、近源、快速堆積的陸內(nèi)裂谷盆地沉積特征(劉肇昌,1985),火山巖以基性巖和酸性巖緊密共生(雙峰式)為特征,基性火山巖巖石地球化學特征類似于大陸裂谷拉斑玄武巖。依據(jù)建造特征、沉積構造和基本層序初步恢復其巖相古地理環(huán)境為濱淺海相、半深海相和海陸交互相3種類型(陳建強等,1998),發(fā)育兩個較為完整的海進→海退沉積旋回(表2),現(xiàn)按巖石地層單位形成的先后由早到晚敘述如下。3.1拉張擴展、濾波研究區(qū)早石炭世開始,調(diào)查區(qū)出現(xiàn)新的大規(guī)模拉張(成守德等,2000),北山陸內(nèi)裂谷自東向西拉張擴展、波及調(diào)查區(qū),使調(diào)查區(qū)卷入了裂谷構造活動之中。隨著拉張裂解作用繼續(xù),白地洼-淤泥河和小黑包-平梁子一線分別形成裂谷盆地,持續(xù)的拉張裂解使沉積盆地由淺→深,火山活動由弱→強,發(fā)育濱淺海相的陸源碎屑巖-碳酸鹽巖-火山巖建造(紅柳園組),總體屬退積型沉積序列。3.2巖石學和構造環(huán)境晚石炭世早—中期隨著裂解作用進一步加強,裂谷海盆深度明顯加大,主要沉積了一套淺海-半深海相的細碎屑巖(石板山組、勝利泉組),具有復理石建造特征,總體為加積型沉積序列,火山活動相對較弱,代表了寧靜的還原環(huán)境;晚石炭世中晚期,隨著區(qū)域應力由拉張轉換為擠壓,裂谷海盆收縮,海水明顯變淺,但火山活動變得異?；钴S,主要沉積了一套濱淺海-海陸交互相碳酸鹽巖-火山巖-碎屑巖建造(干泉組),總體為進積型沉積序列,火山噴發(fā)主要表現(xiàn)為線狀裂隙式,早期為爆發(fā)相,晚期為溢流相;晚石炭世晚期隨著華力西中期構造運動發(fā)生,強烈的擠壓作用使得石炭紀裂谷海盆閉合(周守氵云,2000),總體表現(xiàn)為淺(低綠片巖相)變質(zhì)、強變形特征,發(fā)育多條產(chǎn)狀北頃、由北向南的高角度韌性-脆韌性推覆剪切帶(彭希齡,1998),主要構造形跡有線狀緊閉同斜褶皺、剪切流變褶皺、無根褶皺,發(fā)育區(qū)域透入性構造面理;與此同時,受強烈擠壓作用,地殼中下部部分物質(zhì)熔融,大量中酸性巖漿侵位,北山裂谷帶發(fā)育小長山-平梁子巖體群、三峰山-小黑山巖體群、因克卡拉塔格巖體群等,主體顯示擠壓型、地殼重熔型花崗巖特征(夏林圻,2002;徐學義,2005),與這一階段裂谷閉合關系密切;與此同時,石炭紀地層發(fā)生低綠片巖相的區(qū)域低溫動力熱流變質(zhì),局部地段形成變質(zhì)沉積型鐵礦,該期變質(zhì)作用還使前寒武紀中深變質(zhì)巖系發(fā)生退變質(zhì)作用;另一方面,在大青山-矛頭山強變形帶,伴隨著強烈擠壓推覆構造作用,成礦元素-金活化,形成礦化熱液,在剪切帶附近遷移、聚集、沉淀,形成韌性剪切帶型的金礦(周濟元,2000;肖序常,1992;張旺生,1992)。3.3裂谷海盆期20世紀20-20年代早二疊世開始,隨著區(qū)域應力由擠壓轉為拉張,調(diào)查區(qū)及相鄰地區(qū)出現(xiàn)新的拉張裂解,與石炭紀相比其裂解范圍相對較小(韓玉玲,2000),在菊花山-筆架山北一線形成裂谷海盆,此時環(huán)境更為動蕩,火