蒙古國南戈界地區(qū)銀額盆地地質(zhì)特征

蒙古國南戈界地區(qū)銀額盆地地質(zhì)特征

蒙古南戈壁省與中國蒙古自治區(qū)西部銀質(zhì)盆地接壤。20世紀(jì)20年代,蒙古國南戈壁省塔萬托爾戈伊地區(qū)(現(xiàn)楚格圖蘇木)居民開始開發(fā)利用當(dāng)?shù)孛禾抠Y源。自1932年起,前蘇聯(lián)、保加利亞等多個(gè)國家的地質(zhì)工作者在南戈壁省進(jìn)行了地質(zhì)填圖、煤田勘探與水文地質(zhì)調(diào)查,在南戈壁省南部發(fā)現(xiàn)了多個(gè)二疊系大型—特大型煤田。由于地質(zhì)工作程度低,缺乏系統(tǒng)的古生物資料和火山巖地層年齡資料,1969年之前所有研究者將該套含煤地層及其下伏的酸性火山巖時(shí)代確定為侏羅紀(jì)。1969—1976年古生物學(xué)家MH杜蘭特在塔萬托爾格伊地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的古生物研究,在煤系地層之下及含煤系地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的二疊紀(jì)植物群,將含煤地層的時(shí)代修正為晚二疊世中期(二疊紀(jì)兩分)(1)。近年來,筆者所在的團(tuán)隊(duì)開展銀額盆地石炭系—二疊系油氣地質(zhì)條件研究,在盆地演化與沉積充填特征研究方面取得了一系列新認(rèn)識,將石炭紀(jì)—二疊紀(jì)盆地構(gòu)造單元劃分為兩坳一隆,其中黑鷹山—額濟(jì)納旗坳陷帶跨中蒙邊界,并在銀額盆地靠近中蒙邊境的賽汗桃來—希熱哈達(dá)一帶發(fā)現(xiàn)一套含煤系地層,巖性組合與蒙古國南戈壁省二疊系巖性組合特征相同。由于中蒙邊界地帶二疊系研究程度極低,之前所有資料記錄的銀額盆地二疊系主要為海相沉積,僅北山地區(qū)晚二疊紀(jì)末期(方山口期)沉積了陸相火山巖,并對含煤系地層的時(shí)代存在不同認(rèn)識,影響了對二疊紀(jì)盆地演化及盆地沉積充填特征的認(rèn)識。為了深化銀額盆地石炭紀(jì)—二疊紀(jì)盆地演化與沉積充填特征的研究,筆者及其團(tuán)隊(duì)2013年對蒙古國南戈壁省南部的瑙木根蘇木、楚格圖蘇木、瑙音蘇木等地區(qū)石炭系—二疊系剖面進(jìn)行了野外調(diào)查與樣品采集分析,獲得了大量第一手資料。本文擬通過對中蒙邊境地區(qū)二疊系層序地層及其巖石組合特征的對比,分析中蒙邊界地區(qū)二疊系巖性組合的橫向變化規(guī)律,明確銀額盆地鉆井揭示的煤系地層的時(shí)代歸屬,進(jìn)一步分析二疊紀(jì)沉積演化與沉積充填特征,為區(qū)域構(gòu)造演化研究提供依據(jù)。1鄰區(qū)地質(zhì)界線研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西北部與蒙古國南戈壁省南部的接合部位,中國境內(nèi)包括銀額盆地西北部及其周緣的北山地區(qū)和洪果爾山地區(qū)。構(gòu)造演化經(jīng)歷了南華紀(jì)—泥盆紀(jì)洋陸演化階段,石炭紀(jì)—二疊紀(jì)海陸演化階段和中生代陸內(nèi)盆山演化階段。南華紀(jì)—泥盆紀(jì)構(gòu)造位置位于華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交會過渡帶,石炭紀(jì)—二疊紀(jì)時(shí)期所屬構(gòu)造單元為北山—巴丹吉林裂谷盆地的黑鷹山—額濟(jì)納旗坳陷帶的北部邊緣帶,是一個(gè)大地構(gòu)造極其復(fù)雜的多構(gòu)造單元交會帶,涉及研究區(qū)及鄰區(qū)的重要地質(zhì)界線有2條:(1)北部蒙古國南戈壁省的阿爾泰斷裂帶(或造山帶),早古生代開始活動,第四紀(jì)仍有明顯活動,該斷裂帶于晚泥盆世—二疊紀(jì)發(fā)生強(qiáng)烈擠壓造山,晚二疊世發(fā)生拉張走滑,對研究區(qū)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)構(gòu)造演化與沉積充填具有重要影響;(2)紅石山—雅干斷裂帶(或構(gòu)造帶)中奧陶世開始發(fā)育,石炭紀(jì)—二疊紀(jì)伸展與拉張,控制了石炭紀(jì)—二疊紀(jì)盆地黑鷹山—額濟(jì)納旗坳陷帶的演化與沉積充填。研究區(qū)出露的前石炭紀(jì)地層包括奧陶系、志留系和泥盆系。奧陶系、志留系為火山巖(以中基性火山巖為主)+碎屑巖組合,夾少量的硅質(zhì)巖;泥盆系為火山巖(中酸性火山巖為主)+碎屑巖+碳酸鹽巖組合,沉積地層中具有強(qiáng)烈的火山活動產(chǎn)物,包括基性—中性—酸性的各類火山巖,碎屑巖礦物成分成熟度低,代表洋殼上發(fā)育起來的島弧環(huán)境的沉積。區(qū)內(nèi)石炭紀(jì)最早接受沉積的時(shí)代為早石炭世晚期,上石炭統(tǒng)分布廣泛,不整合覆蓋于奧陶系—泥盆系不同地層單元之上(圖1),為碎屑巖+火山巖+碳酸鹽巖組合,火山巖具有雙峰式結(jié)構(gòu),代表了裂谷盆地沉積特征。二疊系與石炭系為連續(xù)沉積,研究區(qū)南部的北山地區(qū)和洪果爾山地區(qū)在早—中二疊世以濱—淺海相沉積為主,巖性組合為以砂、泥巖為主的細(xì)碎屑巖夾火山巖,局部發(fā)育碳酸鹽巖;銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)及蒙古國南戈壁省為以礫巖為主的粗碎屑巖+煤系地層,夾中酸性火山巖。中生代三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)以隆升作用為主,零星分布有山麓相粗碎屑巖。白堊紀(jì)為斷陷(或坳陷)盆地發(fā)育階段,廣泛分布河—湖相砂泥巖組合。2巖性分區(qū)及巖石學(xué)特征蒙古國南戈壁省地質(zhì)工作程度極低,1∶20萬地質(zhì)圖各圖幅間地層劃分不統(tǒng)一,或上石炭統(tǒng)與下二疊統(tǒng)未分,或二疊系未分,給對比研究帶來較大困難。本文對地層巖性組合特征的描述主要依據(jù)研究區(qū)1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果(2),結(jié)合區(qū)內(nèi)煤田地質(zhì)勘查資料,以及筆者及其團(tuán)隊(duì)在蒙古國南戈壁省的野外調(diào)查成果,在建立地層層序的基礎(chǔ)上對巖性組合特征進(jìn)行總結(jié)性描述。前人所劃的杜諾西賓組(C2P1d,上石炭統(tǒng)小獨(dú)山階—下二疊統(tǒng)紫松階)為一套中酸性火山巖,本次研究獲得的鋯石年齡為(300.1±3.1~304.0±5.6)Ma,與中國境內(nèi)銀額盆地的干泉組上段(C3P1g2,火山巖段)年齡及巖性可對比,為了研究方便,本文所指的二疊系是指下二疊統(tǒng)隆林階及其以上地層。蒙古國南戈壁省二疊系分布廣泛,整合覆蓋于石炭系之上,自西向東的可對比性強(qiáng),按巖性組合自下而上可劃分為3個(gè)巖組。下巖組為以砂礫巖為主的碎屑巖夾火山巖,中巖組為以泥巖為主的含煤系地層夾火山巖(相變?yōu)榘瞪囗搸r為主的細(xì)碎屑巖),上巖組為以礫巖為主的粗碎屑巖夾火山巖。下礫巖段:出露于瑙音蘇木的敖包圖、楚格圖蘇木塔萬托爾依煤礦南、瑙木根蘇木北等剖面,厚度逾580m,與下伏杜諾西賓組火山巖為整合接觸(圖2),巖性為礫巖、凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖,夾火山巖,下部可相變?yōu)樗樾紟r與火山巖互層(圖版Ⅰ-A),以碎屑巖為主。碎屑巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低,火山巖屑(或火山礫)含量高(圖版Ⅰ-B),分選和磨圓度差,呈次圓—次棱角狀,反映了近源沉積的特點(diǎn),為河流—沖積扇沉積?；鹕綆r主要為流紋質(zhì)玻屑晶屑巖屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r和流紋狀熔巖,塔本陶勒蓋煤礦南流紋質(zhì)玻屑晶屑巖屑凝灰?guī)r取樣獲得的火山巖年齡為289.7Ma±8.2Ma,指示地層時(shí)代為早二疊世隆林期。中巖組:出露于瑙音蘇木敖包圖南、楚格圖蘇木塔萬托爾依煤礦一帶,厚度逾965m,由黑色—深灰色泥巖、煤、灰色—深灰色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、礫巖構(gòu)成多個(gè)下粗上細(xì)的韻律層(圖版Ⅰ-C),夾碳酸鹽巖和凝灰?guī)r或中—酸性火山巖。煤層發(fā)育程度差異大,可由數(shù)十米迅速變薄或尖滅,含煤系數(shù)為3.0%~16.8%,楚格圖蘇木塔萬托爾依一帶可采煤層達(dá)16層,單層最大厚度達(dá)33.25m,煤質(zhì)及煤的演化程度縱向差異大,從下部的焦煤變化到上部的氣煤和長焰煤。巖性橫向變化亦大,由以泥巖為主的細(xì)碎屑巖夾煤層變?yōu)橐陨暗[巖為主的粗碎屑巖夾煤層?；鹕綆r主要分布在本亞組的上部,且火山巖厚度變化大。泥巖富有機(jī)質(zhì),砂礫巖成分火山巖巖屑含量高,表明成分成熟度低。巖性橫向變化大,可由粗碎屑巖相變?yōu)楹駥幽鄮r。為海陸交互相沉積,以河流—沼澤相,或泛濫平原相沉積為主,或發(fā)育近海湖相細(xì)碎屑巖,碳酸鹽巖為濱—淺海相沉積。上巖組:出露于楚格圖蘇木東部、瑙木根蘇木南部等剖面,厚度逾500m,灰色、灰白色、紫紅色礫巖、含礫粗砂巖、砂巖、凝灰質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、紫紅色泥巖與火山巖組成(圖版Ⅰ-D)。碎屑巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低,碎屑成分中火山巖屑(或火山礫)含量高,分選性差,磨圓度亦差,主要為棱角狀—次棱角狀,代表近源的河流—沖洪積相沉積。火山巖主要為流紋質(zhì)玻屑晶屑巖屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r和流紋狀熔巖。巖性橫向變化大,尤其是火山巖分布不穩(wěn)定,局部以火山巖為主。3地表剖面二疊紀(jì)銀額盆地上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組(C2P1g)為碎屑巖+火山巖組合,下部以碎屑巖為主,夾火山巖和碳酸鹽巖,上部以火山巖為主,夾碎屑巖,石炭系與二疊系界線難以劃分。本文所指的二疊系是指下二疊統(tǒng)隆林階及其以上地層。地表剖面出露的二疊系主要分布于洪果爾山地區(qū)(東部)雅干—杭烏拉一帶和北山地區(qū)(西部)的六駝山以南,洪果爾山地區(qū)自下而上出露埋汗哈達(dá)組(P1-2m)、阿其德組(P2a)和哈爾蘇海組(P3h);北山地區(qū)自下而上為雙堡塘組(P1-2s)、菊石灘組(P2j)、金塔組(P2jt)和方山口組(P3f)。地表剖面二疊系除方山口組(P3f)為陸相火山巖外,其他各組均以海相沉積為主,一般除進(jìn)積沉積的底部或退積沉積的頂部發(fā)育河流相—沖洪積相的粗碎屑巖外,其他多為濱—淺海相的細(xì)碎屑巖、碳酸鹽巖,夾火山巖。在銀額盆地西北部的希熱哈達(dá)—賽汗桃來一帶,鉆井揭示的二疊系下部主要為以粗碎屑巖為主的河流相—沖洪積相沉積;中部由泥巖、砂礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖和煤層夾火山巖組成,為河流—沼澤相,或泛濫平原相沉積;上部為以粗碎屑巖為主夾火山巖的河流—沖洪積相沉積。3.1細(xì)斷裂巖層序pet埋汗哈達(dá)組(P1-2m):研究區(qū)西部的北山地區(qū)對應(yīng)為雙堡塘組(P1-2s),零星出露于研究區(qū)東南部的埋汗哈達(dá)—杭烏拉一帶和西南部的六駝山一帶,厚度逾1000m。巖性橫向變化大,東南部主要巖性為灰色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、含粉砂鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉—細(xì)砂巖、礫巖,夾薄層灰?guī)r(杭烏拉剖面為厚層塊狀灰?guī)r),或夾火山巖。底部碎屑巖粒度粗,代表沖積扇—濱海相沉積,中上部碎屑巖粒度變細(xì),以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主,代表淺海陸棚相沉積。西部為礫巖、細(xì)—粗粒雜砂巖、粉砂巖,縱向上自上而下碎屑巖粒度亦由粗變細(xì),反映了以濱海相為主且海水逐漸加深的沉積特點(diǎn)。阿其德組(P2a):東部洪果爾山地區(qū)與埋汗哈達(dá)組分布范圍一致,厚度逾1100m。下段為長石石英雜砂巖、鈣質(zhì)凝灰質(zhì)砂巖、泥巖與粉砂巖,夾玄武巖、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r與薄層灰?guī)r。上段以暗綠色安山巖為主,夾長石巖屑砂巖、長石石英砂巖及薄層灰?guī)r,為濱海相與淺海相的過渡沉積,南部為河流相—濱海相的過渡沉積。含腕足類化石Linoproductuscf.cora,Stenoscismamutabilis,Anidanthusirregulatus,Waagenoconchacf.purdoni,Marginniferasp.,Paramarginiferasp.,Chonetinellasp.,Neochonetessp.,Uncinunellinasp.等。西部北山地區(qū)為菊石灘組、金塔組,分布在六駝山一帶,菊石灘組巖性組合上部為暗色頁巖、粉砂巖與中細(xì)砂巖互層,夾礫巖,產(chǎn)Paragastriocerassp.,Wagernocerassp.,Uralocerassp.化石。上部為灰黑色頁巖與薄層粉砂巖互層,夾薄層中細(xì)砂巖,代表了以淺海陸棚相為主的沉積。金塔組下部為中酸性熔巖角礫凝灰?guī)r夾灰?guī)r透鏡體,產(chǎn)海百合莖,中上部為流紋巖夾泥巖。銀額盆地居延海鉆井揭示的菊石灘組自南向北碎屑巖粒度變粗,天草坳陷以泥巖為主,路井坳陷及路北凸起以礫巖為主,礫石成分以火山巖為主。居延海坳陷缺失金塔組及以上地層。哈爾蘇海組:分布在紅果爾山地區(qū)的灰石山、雅干、哈爾蘇海、蒙根烏拉一帶,厚度大于2000m,主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖。碎屑沉積由細(xì)至粗構(gòu)成2個(gè)旋回,代表了2次濱海相—淺海陸棚相的沉積。研究區(qū)西部缺失上二疊統(tǒng)方山口組。3.2.沉積相—希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)二疊系巖性特征銀額盆地西部額濟(jì)納旗賽汗桃來—希熱哈達(dá)地區(qū)的煤田預(yù)查井及油氣調(diào)查評價(jià)鉆井揭示的二疊系整合覆蓋在上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)干泉組之上(圖版Ⅰ),賽汗桃來古陸缺失石炭系,二疊系不整合覆蓋在前石炭系變質(zhì)巖之上(圖3)。鉆井揭示的二疊系自下而上為粗碎屑巖(下巖組)—含煤系地層(中巖組)—粗碎屑巖夾火山巖(上巖組)。下巖組:厚度大于150m,與火山巖段為整合接觸(圖版Ⅰ)。以礫巖、含礫砂巖為主,夾泥巖和煤線或薄煤層,或相變?yōu)橄虏康[巖,中上部以泥巖為主。受沉積時(shí)古地貌的控制,厚度橫向變化較大,在賽汗桃來古陸可導(dǎo)致下巖組的尖滅。砂礫巖成分成熟度低,以火山巖巖屑為主,其次為變質(zhì)巖巖屑和花崗巖巖屑,石英、長石等礦物含量結(jié)構(gòu)成熟度亦較低,次棱角狀—次圓狀,為河流相—沖(洪)積扇相沉積,細(xì)碎屑巖發(fā)育帶為近海河流相—湖相沉積。中巖組:厚度300~600m,巖性組合為礫巖、粗砂巖與煤層及泥巖不等厚互層,煤層單層厚度0.1~6.0m,相變?yōu)橐阅鄮r為主,夾煤層(圖版Ⅰ-F),主要為河流相—沼澤相沉積,相變?yōu)榻：唷恿飨唷訚上喑练e。砂礫巖成分火山巖或火山巖屑、花崗巖巖屑含量較高,石英、長石含量低,成熟度較低,結(jié)構(gòu)成熟度亦較低,次棱角狀—次圓狀。鉆井揭示的煤層4~5層,單層最大厚度6.0m。上巖組:厚度變化大,鉆井揭示的最大厚度逾650m,受后期剝蝕的影響可缺失上巖組,為紫紅色礫巖(圖版Ⅰ-G)、粗砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖,夾紫紅色泥巖與凝灰?guī)r(圖版Ⅰ-H),碎屑巖成分火山巖屑、火山礫占較高的比例,長石、石英、變質(zhì)巖巖屑等含量較低,分選差,次棱角狀為主,為河流相—沖(洪)積相的沉積。4討論4.1地層巖性組合1979年甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)測隊(duì)完成的《1∶20萬地質(zhì)圖六駝山幅》將希熱哈達(dá)東部烏珠爾嘎順地區(qū)的含煤地層確定為侏羅系,2009年以來內(nèi)蒙古自治區(qū)地勘基金在銀額盆地開展的希熱哈達(dá)地區(qū)煤田勘查沿用了1∶20萬地質(zhì)圖的劃分方案,將含煤系地層劃為侏羅系。盧進(jìn)才等對煤田鉆井揭示的含煤系地層巖性組合進(jìn)行對比研究,并根據(jù)煤系地層的火山巖鋯石年齡提出鉆井揭示的煤系地層為石炭系—二疊系。銀額盆地周緣的北山地區(qū)和洪果爾山地區(qū)二疊系均為以海相沉積為主的碎屑巖+碳酸鹽巖+火山巖組合,侏羅系碎屑巖礦物成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高的碎屑巖,鉆井揭示的含煤地層巖性組合找不到可對比的地表露頭剖面,對地層時(shí)代歸屬仍存爭議。部分研究者依據(jù)中國北方地區(qū)侏羅系煤系地層廣泛分布,北山地區(qū)和洪果爾山地區(qū)二疊系為海相沉積,認(rèn)為銀額盆地鉆遇的煤系地層屬侏羅系。通過銀額盆地鉆井揭示的含煤系地層與中蒙邊界地區(qū)蒙古國南戈壁省二疊系的對比,其巖性組合特征與蒙古國南戈壁省瑙音蘇木南、楚格圖蘇木塔萬托爾依煤礦、瑙木根蘇木等廣泛分布的二疊系巖性組合特征相同,為明確銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)含煤系地層的時(shí)代提供了依據(jù)。4.2沉積體系及沉積特征進(jìn)一步確定近年來,許多學(xué)者對銀額盆地及鄰區(qū)二疊系的沉積充填特征進(jìn)行了研究,明確了銀額盆地二疊系為典型的海相裂谷盆地,將銀額盆地石炭紀(jì)—二疊紀(jì)構(gòu)造單元劃分為兩坳一隆,編制了沉積相平面展布圖,認(rèn)為二疊系沉積物源主要為阿拉善古陸和馬鬃山—切刀中間隆起帶,也有學(xué)者認(rèn)為可能存在北部物源區(qū)的影響。由于缺乏蒙古國境內(nèi)二疊系沉積充填資料,沉積相圖只涉及中國境內(nèi),研究區(qū)所在的構(gòu)造單元黑鷹山—額濟(jì)納旗坳陷帶向蒙古國境內(nèi)如何變化認(rèn)識還不清楚,加上銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)鉆井揭示的二疊系與北山地區(qū)和洪果爾山地區(qū)沉積充填特征差異巨大,影響了對二疊系沉積充填特征的進(jìn)一步研究。通過銀額盆地鉆井揭示的二疊系與蒙古國南戈壁省的對比,明確了銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)二疊紀(jì)與蒙古國南戈壁省沉積充填特征一致,以河流相—沼澤相沉積為主的陸相沉積明確了二疊紀(jì)沉積時(shí)銀額盆地的沉積邊界。受阿爾泰山褶皺造山作用和同沉積期火山活動的影響,沉積了礦物成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度低,以粗碎屑巖夾煤層(夾火山巖)的沉積建造。根據(jù)銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗桃來地區(qū)的鉆井資料完善了沉積相平面展布圖,蒙古國南戈壁省及銀額盆地希熱哈達(dá)—賽汗