準(zhǔn)噶爾盆地南緣早白堊世準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生界碎屑成份特征與構(gòu)造期次

準(zhǔn)噶爾盆地南緣早白堊世準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生界碎屑成份特征與構(gòu)造期次

1新生代構(gòu)造活動及其期次研究目前，北天山的研究主要集中在晚古生代的多陸塊整合歷史上（如waton等人，1987；coleman，1989；carroll等人，90；winder等人，90；肖旭昌等人，1992；倫琴等人，1993；何國琦等人，1994；麥豪爾等人，1996；李進(jìn)儀，2004）以及肯塞爾等人在第一代土地上的作用（例如，kapponierandmoner，1979；wolpen等人，1994；hendri等人，1994；yintou等人，1998；dynei等人，2000；bullen等人，2001；dumitru等人，2001；j.參與等人，2003），對中生代結(jié)構(gòu)活動的研究相對較少。已有研究表明:天山地區(qū)的盆山分異作用主要受控于中生代以來的構(gòu)造活動(Hendrixetal.,1992;Hendrix,2000;方世虎等,2005a,2006a;張傳恒等,2005;郭召杰等,2006),對中生代以來構(gòu)造活動及其期次的研究顯得尤為重要。中-新生代天山兩側(cè)盆地接受了巨厚的沉積,表明在此期間經(jīng)歷了顯著的構(gòu)造活動(Watsonetal.,1987;Hendrixetal.,1992,1995;Wangetal.1992;Yinetal.,1998;Sobel,1999;Hendrix,2000;Tapponnieretal,2001)。在這種環(huán)境下,沉積系統(tǒng)中新鮮碎屑的輸入速率很高,沉積物埋藏速度快,這些因素減弱了風(fēng)化和搬運過程對于砂巖碎屑成份的影響,源巖成份在很大程度上決定了沉積物的碎屑成份(Hendrix,2000)。沉積碎屑成份的研究不僅可以分析物源屬性及其演化特征,而且可以為分析構(gòu)造活動、盆山分異活動提供最直接的證據(jù),對這些構(gòu)造活動的確定有利于認(rèn)識北天山地區(qū)中-新生代演化的歷程。本文以準(zhǔn)噶爾盆地南緣的多條剖面為研究對象,重點分析中-新生代以來的沉積巖碎屑特征及其演化,確定中生代以來的主要構(gòu)造活動期次。工作剖面見圖1,并可參閱方世虎等(2006a)的圖1。準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生界包括三疊系、侏羅系(自下而上稱八道灣組J1b、三工河組J1s、西山窯組J2x、頭屯河組J2t、齊古組J3q和喀拉扎組J3k)、白堊系(自下而上稱清水河組K1q、呼圖壁河組K1h、勝金口組K1s、連木沁組K1l和東溝組K2d)、古近系(紫泥泉子組E1-2z和安集海河組E2-3a)、新近系(沙灣組(E3-N1)s、塔西河組N1t、獨山子組N2d和更新-全新統(tǒng)巨厚磨拉石沉積),地層發(fā)育特征、沉積特征各異(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1993;王紅亮等,2000;張立強(qiáng)等,2005;方世虎等,2005a),本文研究層系主要為侏羅系—新近系。2盆緣沉積巖巖屑、變質(zhì)巖屑含量變化礫巖是鄰近物源及其屬性的真實記錄,其成份變化反映物源區(qū)的變化及可能發(fā)生的剝蝕和隆升事件。野外統(tǒng)計分析表明:準(zhǔn)噶爾南緣侏羅系下部八道灣組發(fā)育的礫巖均以巖漿巖巖屑為主,其中,石場剖面以中-酸性火山巖巖屑為主(占90%以上,沉積巖巖屑中以硅質(zhì)巖屑占多數(shù));郝家溝剖面八道灣組的礫石巖屑則以中-酸性火山巖巖屑和凝灰?guī)r巖屑為主,沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑總量在10%以下,兩條剖面物源屬性上存在一定的差異。上侏羅統(tǒng)喀拉扎組礫巖及白堊系底礫巖中除了含有大量的中-酸性火山巖巖屑外,(變)沉積巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑含量明顯增加(分別為5%～18%和5%～14%)。博格達(dá)山前剖面的統(tǒng)計分析及前人研究(張傳恒等,2005)也證實晚侏羅世—早白堊世早期礫巖中沉積巖屑的增加。這些證據(jù)反映盆地南緣的沉積巖物源區(qū)已構(gòu)成物源的重要組成部分,盆緣的沉積巖可能遭受隆升、剝蝕,顯示構(gòu)造活動的活躍和隆升—剝蝕作用的加劇。晚白堊世的沉積以氧化環(huán)境下的紫紅色砂礫巖為特征,野外剖面上能清楚識別顆粒較大的沉積巖巖屑,塔西河剖面的沉積巖屑中可見到較多的紅色礫石,其可能的物源是上侏羅統(tǒng)的紅色沉積碎屑,顯示其近源特征以及盆緣沉積巖物源的重要影響。由于下白堊統(tǒng)沉積時期整體表現(xiàn)為穩(wěn)定的寬、淺湖盆沉積特征,晚白堊世盆地南緣發(fā)育的厚層砂礫巖及含量較多的近源沉積巖巖屑是晚白堊世構(gòu)造活動較為活躍、構(gòu)造活動增強(qiáng)的重要證據(jù),盆地東、西部的部分缺失(方世虎等,2005b)及區(qū)域缺失特征(賈承造,1997;陸潔民等,2004)也證明這一結(jié)論。晚新生代以來以發(fā)育大量砂巖、礫巖為特征,南緣安集海河剖面的新近系獨山子組(N2d)粗砂巖—細(xì)礫巖的取樣和鏡下鑒定分析表明,其中的沉積巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑含量均占有一定比例(圖2)。更新世以來強(qiáng)烈構(gòu)造活動形成了巨厚磨拉石沉積,野外沒有進(jìn)行統(tǒng)計分析。因此,礫石成份特征顯示盆地南緣物源屬性的變化趨勢存在一定的相似性,即晚侏羅世—早白堊世早期、晚白堊世和晚新生代以來,沉積物源中的沉積巖巖屑均發(fā)生較明顯的增加,沉積巖成為重要的近源物源之一,可能是盆緣沉積巖遭受隆升并成為盆地物源的重要證據(jù),顯示構(gòu)造活動較為活躍,隆升—剝蝕作用增強(qiáng)。3盆地沉積序列砂巖碎屑成份、盆地類型和構(gòu)造背景有關(guān)(DickinsonandSuczek,1979;Dickinson,1984;Ingersolletal.,1984;Hendrix,2000;李忠等,2004;方世虎等,2006b)。其中輕礦物組合可以用來區(qū)分沉積盆地物源區(qū)的大地構(gòu)造背景(Dickinson,1974)。利用盆地沉積序列中出現(xiàn)不同碎屑巖類型來分析物源巖石類型、構(gòu)造屬性和相鄰造山帶的演化歷史早已有成功的先例(Hendrixetal.,1992;Grahametal.,1993;Hendrix,2000;李忠等,2004;柳永清等,2004;方世虎等,2006b)。砂巖碎屑成份分析采用Gazzi-Dickinson顯微鏡統(tǒng)計法(Ingersolletal.,1984),單個薄片完成統(tǒng)計300～400個顆粒。Gazzi-Dickison法和傳統(tǒng)方法的主要區(qū)別在于:大巖屑中包含的粒徑大于0.0625mm的單顆粒礦物或小巖屑記為各自本身,而不是記為大巖屑。(1)巖石學(xué)和礦物源特征博格達(dá)山北緣侏羅系在單條剖面上出露不夠完整,研究中選取水西溝、三工河剖面及大紅溝剖面進(jìn)行取樣(圖1)?？傮w來看,博格達(dá)山北緣侏羅系成份成熟度較低,巖屑含量高,其中以火山巖占有較大優(yōu)勢;石英含量較低,多晶石英的相對含量普遍很低;碎屑成份三角圖上顯示博格達(dá)山北緣侏羅系的物源主要為再旋回造山帶、弧造山帶和晚古生代巖漿弧(圖3)。Qp-Lvm-Lsm三角圖上數(shù)據(jù)點主要靠近Lvm端。自西山窯組沉積晚期開始,沉積巖巖屑含量發(fā)生較明顯增加(圖3b),沉積巖巖屑或變質(zhì)沉積巖巖屑的增加顯示盆緣沉積巖物源的隆升、剝蝕作用,顯示構(gòu)造活動的存在和較強(qiáng)的盆山分異作用。侏羅系巖石成份三角圖上的樣品點比較離散的分布說明其物源構(gòu)造屬性的復(fù)雜性,方世虎等(2006b)對烏魯木齊以西地區(qū)的侏羅系砂巖碎屑成份進(jìn)行了較為系統(tǒng)的類似研究,對比發(fā)現(xiàn),博格達(dá)地區(qū)與南緣西部地區(qū)的侏羅系物源屬性存在較大差異,博格達(dá)山前剖面的碎屑成份中沉積巖巖屑或變沉積巖巖屑的含量明顯較高(圖3)。(2)盆地南緣白堊系巖石碎屑成因模式下白堊統(tǒng)吐谷魯群樣品主要位于頭屯河剖面和塔西河剖面,上白堊統(tǒng)的樣品全部取自呼圖壁河剖面的齊古背斜北翼。由于白堊系砂巖雜基含量普遍較高,適合砂巖成份分析的樣品不多。下白堊統(tǒng)砂巖中的石英含量普遍偏低,絕大多數(shù)小于30%,Qp含量遠(yuǎn)小于Qm;長石含量普遍偏低,長石中又以斜長石為主,鉀長石的含量更低;巖屑含量占碎屑成份的50%～90%,巖屑中以火山巖巖屑為主,其次為沉積巖巖屑,變質(zhì)巖巖屑很少(圖4)。上白堊統(tǒng)的巖屑成份與下白堊系差異不大,沉積巖巖屑比例稍有增加(圖4)。從白堊系巖石成份三角圖(圖4)來看,白堊系物源主要是為再旋回造山帶和晚古生代的巖漿弧,上白堊統(tǒng)的沉積巖物源相對有所增加、成份成熟度有所降低(圖4)。盆地南緣白堊系鉆井取心巖石碎屑成份數(shù)據(jù)相對較少,見表1?？梢钥闯?白堊系的成份成熟度也不高,總體還是以巖屑砂巖、長石質(zhì)巖屑砂巖為主,巖屑成份中又以火山巖巖屑為主,變質(zhì)巖巖屑有所增加,總體上為低-中等成份成熟度和中等-好結(jié)構(gòu)成熟度。此外,白堊系底礫巖與白堊系其它組(段)相比,總體表現(xiàn)為石英含量低,長石含量較高,成份成熟度較低,顯示白堊系底礫巖快速堆積的近源成因(方世虎等,2005b)。表1中,阜東斜坡帶南部北三臺地區(qū)的白堊系巖石成份成熟度很低,而阜東斜坡帶和莫索灣凸起的成份成熟度相對較高,表明其時北三臺地區(qū)可能以受較近的博格達(dá)物源的影響為主,博格達(dá)山已經(jīng)隆升并成為重要物源區(qū)之一。(3)宏觀成因分析南緣西部安集海河剖面、霍爾果斯剖面、塔西河剖面和瑪納斯河剖面等的新生界砂巖碎屑成份見圖5,絕大多數(shù)數(shù)據(jù)點落入再旋回造山帶和巖漿弧區(qū)域內(nèi),成份成熟度普遍較低,其中以沙灣組(N1)碎屑成份的變化范圍最大,成份成熟度差異較大,獨山子組(N1)的樣品較少。本次研究在瑪納斯河、安集海河和獨山子剖面進(jìn)行了古近-新近系部分樣品的砂巖碎屑成份鏡下鑒定,總體特征與圖5相似,其中Qp-Lvm-Lsm三角圖上的新近系(N1,N2)碎屑成份中沉積巖巖屑發(fā)生了相應(yīng)的增加(圖6a,圖6b),顯示可能發(fā)育的沉積巖物源的隆升—剝蝕作用。(4)沉積巖巖屑巖屑的發(fā)育根據(jù)本次研究及方世虎等(2006b)的研究成果,準(zhǔn)噶爾盆地南緣東段與西段剖面侏羅系巖石成份三角圖上的樣品點比較離散的分布說明其物源構(gòu)造屬性的復(fù)雜性,其中博格達(dá)山前剖面的碎屑成份中沉積巖巖屑或變沉積巖巖屑的含量明顯較高(圖3)。砂巖碎屑成份三角圖顯示準(zhǔn)噶爾盆地南緣侏羅紀(jì)物源主要是再旋回造山帶和部分古生代巖漿弧,可能反映了侏羅紀(jì)(特別是晚侏羅世)由于剝露作用而暴露的“弧造山帶物源”;晚侏羅世的沉積巖物源成份有所增加。砂巖碎屑成份三角圖顯示南緣白堊系、古近-新近系的物源屬性相似,上白堊統(tǒng)砂巖碎屑分析顯示沉積巖巖屑有所增加并占有一定的比例,新近系(N1和N2)砂巖碎屑成份中的沉積巖巖屑開始出現(xiàn)并有較明顯的增加,顯示沉積巖物源區(qū)的重要性及盆緣可能發(fā)生的沉積巖物源區(qū)的隆升—剝蝕。這些特征均表明晚侏羅世、晚白堊世及晚新生代以來構(gòu)造活動相對活躍及由此產(chǎn)生較強(qiáng)的隆升—剝露作用。4層位及構(gòu)造特征不同的碎屑重礦物組合往往是不同母巖類型的反映(Morton,1985;Pettijohnetal.,1987),地層中重礦物組合、重礦物相對含量可與特定的物源、沉積環(huán)境相聯(lián)系,并為認(rèn)識構(gòu)造演化提供可靠信息。方世虎等(2006a)的研究表明:準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生界沉積重礦物相對含量及組合特征在晚侏羅世、晚白堊世、晚新生代均發(fā)生了明顯的變化,顯示剝蝕隆升事件、構(gòu)造活動的存在。本次研究對盆地南緣西段的石場—瑪納斯河剖面的部分層位進(jìn)行了相似的補(bǔ)充分析,得到的結(jié)論是相似的,其中以中-晚侏羅世和晚新生代的重礦物組合變化最為明顯,特別是晚侏羅世、晚新生代的綠簾石相對含量快速增加,穩(wěn)定重礦物相對含量相應(yīng)有所減少(表2)。該表中的“其它”表示通過重液、精淘分離和電磁分離無法分離的其它重礦物及未列出的含量極少的礦物(以石英、長石及次生蝕變的礦物、鐵屑為主)。結(jié)合方世虎等(2006a)對準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段的頭屯河剖面、烏蘇剖面砂巖碎屑重礦物分析,研究結(jié)果顯示烏蘇剖面、石場—瑪納斯河剖面和頭屯河剖面重礦物特征有一定的相似之處,如含有重礦物的種類及不穩(wěn)定重礦物出現(xiàn)的層段相似,但是也有諸多不同之處,如:頭屯河剖面幾乎不含電氣石而烏蘇剖面、石場—瑪納斯河剖面則含有一定量的電氣石;石場—瑪納斯河剖面和頭屯河剖面的綠簾石含量明顯大于烏蘇剖面的綠簾石含量;烏蘇剖面侏羅系基本不含(赤)褐鐵礦而頭屯河剖面和石場—瑪納斯河剖面的(赤)褐鐵礦的含量較高;烏蘇剖面的石榴石含量相對較少等等。這些數(shù)據(jù)在一定程度上表明盆地南緣東段與西段的物源體系存在一定的差異,其中石場—瑪納斯河剖面的特征介于兩者之間。但是,重礦物特征及不穩(wěn)定重礦物有規(guī)律的增減特征均表明:中晚侏羅世—早白堊世早期、晚新生代是本區(qū)構(gòu)造活動較為活躍的兩個時期,張立強(qiáng)等(2005)對新生界的研究也證明了這一觀點;上白堊統(tǒng)的重礦物組合特征、沉積特征和區(qū)域缺失等證據(jù)表明晚白堊世是又一構(gòu)造相對活躍期。5晚古生代構(gòu)造環(huán)境對準(zhǔn)噶爾盆地南緣物源屬性的影響磷灰石裂變徑跡研究成果顯示:天山經(jīng)歷了晚古生代晚期(距今270～250Ma)、晚中生代(距今140～100Ma)和古近紀(jì)末(距今24Ma)以來3次快速隆升和剝蝕事件(Hendrixetal.,1994;Yinetal.,1998;Dumitruetal.,2001;郭召杰等,2006)。準(zhǔn)噶爾盆地南緣礫巖、砂巖碎屑成份及砂巖碎屑重礦物組成分析表明,對應(yīng)于中-晚侏羅世—早白堊世早期、晚白堊世和晚新生代3個時期。準(zhǔn)噶爾盆地南緣物源體系中的沉積巖巖屑均發(fā)生較明顯的增加,可能是盆緣沉積巖遭受隆升并成為盆地物源的重要證據(jù),同時物源屬性發(fā)生較大的變化,中央低凸起形成并逐漸消失(何登發(fā)等,2005);尤以中侏羅世至侏羅紀(jì)末期的重礦物組合變化最為明顯,顯示構(gòu)造活動和隆升—剝蝕作用增強(qiáng)。與3個時期相對應(yīng),準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)育相應(yīng)的區(qū)域性不整合及砂礫巖沉積。準(zhǔn)噶爾盆地南緣物源主要為中-高級變質(zhì)巖—中-酸性巖漿巖—沉積巖組合,以“再旋回造山帶”和“混合造山帶”和“巖漿弧”(DickinsonandSuczek,1979)為特征,反映此時物源具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu),沉積物不是來自單一的構(gòu)造單元。值得提出的是:雖然準(zhǔn)噶爾盆地南緣砂巖組份模式顯示其“巖漿弧”物源類型發(fā)育,顯然是北天山造山帶晚古生代構(gòu)造環(huán)境的間接指示,這從側(cè)面反映了晚古生代北天山大地構(gòu)造環(huán)境和造山作用對準(zhǔn)噶爾盆地南緣物源區(qū)巖石構(gòu)造屬性的制約作用。但是物源屬性也發(fā)生了相應(yīng)變化,主要表現(xiàn)為中-晚侏羅世—早白堊世早期、晚白堊世和晚新生代的巖屑組成的相對變化,其中沉積巖巖屑的出現(xiàn)和增加是盆地邊緣沉積巖遭受隆升—剝蝕并成為重要物源區(qū)的證據(jù),顯示盆山格局和物源體系發(fā)生了重要改變,即:早-中侏羅世是盆地發(fā)育的極盛時期(方世虎等,2005a),天山、博格達(dá)山尚未具有明顯正地形(張傳恒等,2005;方世虎等,2006a,2006b;何光玉等,2006);中侏羅世晚期開始,博格達(dá)地區(qū)近源物源的控制作用及天山山脈的快速隆升導(dǎo)致沉積體系、盆山格局的改變和天山南北沉積環(huán)境的巨大差異(Hendrixetal.,1995;顧家裕,1996)。同期發(fā)育的白堊系與侏羅系之間角度不整合及相關(guān)礫巖(方世虎等,2005b)也顯示明顯的構(gòu)造活動,對應(yīng)于歐亞板塊南緣與拉薩地塊的拼合作用(Allenetal.,1994;Jolivetetal.,2001)。早白堊世整體表現(xiàn)為寬、淺湖盆沉積,但晚白堊世的砂礫巖沉積特征及近源沉積物源的增加、上白堊統(tǒng)缺失及鄰近盆地(如柴窩堡、吐魯番—哈密、塔里木、柴達(dá)木和酒西盆地等)的上白堊統(tǒng)缺失均表明晚白堊世晚期應(yīng)是區(qū)域構(gòu)造活動相對活躍的時期。晚新生代以來,印—藏碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)(MolnarandTapponnier,1975;TapponnierandMolnar,1979;Allenetal.,1999;郭令智等,2003;賈承造等,2003)使天山造山帶再次活躍,沉積物源的增加、強(qiáng)烈的撓曲作用及年代學(xué)記錄顯示強(qiáng)烈剝蝕、快速堆積的沉積背景和強(qiáng)烈擠壓的構(gòu)造背景,盆山格局發(fā)生明顯改變。因此,準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生代發(fā)育的3次較明顯的構(gòu)造活動在盆地的碎屑沉積中得到了清楚的反映,充分顯示盆—山演化是耦合的過程(吳根耀等,2003)。構(gòu)造活動直接影響烴源巖的成熟演化進(jìn)程,對含油氣系統(tǒng)的形成及油氣成藏關(guān)鍵時刻具有重要的控制作用。準(zhǔn)噶爾盆地南緣中-新生代3次構(gòu)造活動時期對應(yīng)于圈閉形成、油氣成藏及油氣藏調(diào)整的關(guān)鍵時期(宋巖等,2000;張義杰等,2002;鄒華耀等,2005;李偉等,2006;吳孔友等,2006)。前兩次構(gòu)造活動(燕山期)對油氣成藏的意義重大,構(gòu)造活動與烴源巖大量生排烴、油氣運聚在時間上匹配良好,加