準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)沉積特征研究

鄧　遠(yuǎn)，陳世悅，楊景林，王　越

（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)沉積特征研究

鄧遠(yuǎn)，陳世悅，楊景林，王越

（中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580）

準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)地層與沉積特征方面的研究較為薄弱，沉積演化過程尚不明確。通過對盆地北部野外露頭剖面進(jìn)行詳細(xì)實測和觀察描述，明確了地層發(fā)育特征，并運用沉積學(xué)方法對沉積相類型及沉積演化過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)發(fā)育上白堊統(tǒng)艾里克湖組、上白堊統(tǒng)紅礫山組、古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組和漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)索索泉組等4組地層；共發(fā)育沖積扇、辮狀河、湖泊、風(fēng)成沉積等4種沉積相類型；艾里克湖組與紅礫山組沉積時期，氣候炎熱干燥，湖盆萎縮，發(fā)育辮狀河、沖積扇和湖泊相沉積；烏倫古河組和索索泉組下段沉積時期，氣候溫暖潮濕，發(fā)育辮狀河和沖積扇相沉積；索索泉組上段沉積時期，氣候逐漸轉(zhuǎn)為干旱，發(fā)育風(fēng)成沉積。

沉積特征；晚白堊世；古近紀(jì)；準(zhǔn)噶爾盆地

0　引言

準(zhǔn)噶爾盆地屬于哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊的東緣部分，是我國重要的含油氣盆地。研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地克拉瑪依—三個泉一線以北地區(qū)，西起艾里克湖，東至青格里底山，北抵額爾齊斯河，南達(dá)三個泉。對準(zhǔn)噶爾盆地北部的研究始于1955年，當(dāng)時對盆地北緣的中、新生代地層進(jìn)行了研究，至1981年建立了該區(qū)較為完整的巖石地層單位系統(tǒng)。隨著研究的不斷深入，陸續(xù)有學(xué)者對該地區(qū)地層劃分提出不同見解，并對部分野外剖面的地層歸屬產(chǎn)生爭議［1-7］；此外，前人在該區(qū)開展的研究多集中于生物地層方面，沉積特征方面的研究則相對較為薄弱，沉積演化過程尚不明確［8-12］，從而制約了油氣勘探進(jìn)程。筆者通過對盆地北部野外露頭剖面進(jìn)行詳細(xì)實測和觀察描述，結(jié)合前人研究成果，分析各層段地層特征，對該區(qū)發(fā)育的沉積相類型及沉積演化過程進(jìn)行研究，旨在為盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)巖相古地理研究以及后期的油氣勘探提供依據(jù)。

1　地層特征

通過對盆地北部20余處野外露頭剖面（圖1）進(jìn)行詳細(xì)實測和觀察描述，對存在爭議的地層進(jìn)行了大范圍的追蹤對比，明確了地層發(fā)育特征，并對前人提出的地層劃分方案進(jìn)行了完善，認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)地層可劃分為4組：上白堊統(tǒng)艾里克湖組（K2a）、上白堊統(tǒng)紅礫山組（K2h）、古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組（E1-3w）、漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)索索泉組（E3—N1s）。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地北部野外露頭剖面位置Fig.1　Location of outcrop section in northern Junggar Basin

1.1上白堊統(tǒng)艾里克湖組

艾里克湖組主要出露于盆地西北緣，建組剖面為艾里克湖東岸剖面。艾里克湖組巖性主要為淺灰綠色含礫粗砂巖、砂礫巖與淺灰綠色、黃綠色細(xì)砂巖互層，向上逐漸出現(xiàn)薄層棕紅色泥巖，至頂部過渡為灰白色鈣質(zhì)含礫中粗砂巖、淺黃綠色細(xì)砂巖、淺棕紅色粉細(xì)砂巖及棕紅色泥巖，與上覆紅礫山組呈角度不整合接觸。

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地北部上白堊統(tǒng)地層綜合柱狀圖Fig.2　Stratigraphic column of Late Cretaceous in northern Junggar Basin

1.2上白堊統(tǒng)紅礫山組

紅礫山組建組剖面為紅礫山東高點剖面。大部分地區(qū)紅礫山組的出露位置位于山前，巖性主要為紅褐色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、淺灰綠色砂巖、含礫砂巖及紅褐色礫巖，頂部富含鈣質(zhì)結(jié)核。紅礫山組底部的紅色礫巖層是區(qū)域上重要的識別標(biāo)志，礫石成分為石英、瑪瑙、安山巖和板巖，石英礫石表面及內(nèi)部因鐵質(zhì)析出被染成紅色，形成紅礫山組特殊的標(biāo)志層。

三個泉東剖面靠近盆地中央（參見圖1），紅礫山組沉積時期該處發(fā)育濱湖相沉積，巖性主要為淺灰綠色細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖與紅褐色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖不等厚互層（圖2），在淺灰綠色砂巖中見假嬉蚌化石［13］。

1.3古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組

烏倫古河組分布較廣，為一套淺色河流相碎屑巖沉積，在現(xiàn)今烏倫古河流域出露最好，分上、中、下3段。下段巖性主要為淺灰綠色砂巖、紅褐色粉砂質(zhì)泥巖及泥巖，底部以厚度為幾米至十余米不等的灰白色礫巖與下伏紅礫山組接觸；中段巖性主要為淺灰綠色中—細(xì)砂巖與灰綠色砂質(zhì)泥巖互層，夾少量淺灰綠色砂礫巖，灰綠色砂質(zhì)泥巖含錳，染色后呈灰綠、紅褐斑雜色，遠(yuǎn)觀呈棕色條帶或“青紅椒”色；上段分布最廣，巖性主要為灰白色含礫砂巖、黃綠色砂巖以及黃褐色粉砂質(zhì)泥巖的不等厚互層（圖3）。

1.4漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)索索泉組

索索泉組分上、下2段，2段之間有時呈漸變過渡而無明顯界線。下段巖性主要為灰綠色砂礫巖、砂巖與含砂泥巖互層，偶夾紅褐色含砂泥巖，灰綠色砂礫巖、砂巖多為鈣質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化后呈狗糞狀，過去常被研究人員稱為“狗糞砂巖”；上段發(fā)育一套較厚的紅褐色粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖，厚度可達(dá)30 m，巖性穩(wěn)定、色澤鮮明，在準(zhǔn)噶爾盆地北部分布很廣，是標(biāo)志性的新生代地層（參見圖3）。

2　沉積相分析

通過對研究區(qū)20余條野外露頭剖面的巖性、沉積構(gòu)造、結(jié)構(gòu)特征、生物化石及垂向序列等的觀察描述，共識別出4種沉積相類型，包括沖積扇相、辮狀河相、湖泊相和風(fēng)成沉積相。

2.1沖積扇相

沖積扇是強水流涌出山口后，由于地形坡度變緩，沉積物快速堆積而形成的扇形沉積體。研究區(qū)沖積扇相發(fā)育于紅礫山組和索索泉組下段：紅礫山組沉積時期，受燕山運動影響，準(zhǔn)噶爾盆地北部造山帶發(fā)生構(gòu)造抬升，遭受風(fēng)化剝蝕并提供大量陸源碎屑［14］，在靠近物源區(qū)的位置發(fā)育多個不同規(guī)模的沖積扇；烏倫古河組沉積后，喜山運動使盆地發(fā)生南北擠壓，并導(dǎo)致了吐孜托依拉斷裂等基底斷裂的復(fù)活，在現(xiàn)今的烏倫古河兩岸形成多個東西軸向的褶曲［11，15-16］，索索泉組下段沉積時期在此基礎(chǔ)上發(fā)育了沖積扇沉積，起到了填平補齊的作用。通過對研究區(qū)烏倫古河以北地區(qū)南北方向約30 km的野外地層追蹤對比發(fā)現(xiàn)，地層表現(xiàn)出“索索泉組下段與烏倫古河組整合接觸→索索泉組下段厚度逐漸變薄乃至消失→索索泉組上段與烏倫古河組直接接觸”的變化，從而證實了上述觀點。

研究區(qū)沖積扇多位于近物源的山前地區(qū)，規(guī)模大小不一，以扇中和扇緣亞相最為發(fā)育。扇中亞相是沖積扇的主要組成部分，在距離物源區(qū)較近的位置可見重力流沉積作用形成的雜基支撐礫巖，發(fā)育塊狀構(gòu)造或粒序?qū)永恚渲锌梢姷[石直立或斜列，多具有一定的定向性，呈次棱角—次圓狀，平均粒徑3～5 cm，礫石間充填黏土或粉砂級的細(xì)粒沉積，具有泥、砂、礫混雜堆積的特征，反映出近源快速堆積的特點（圖版Ⅰ-1）。扇緣亞相地形較扇根和扇中亞相更為平緩，水動力也相應(yīng)減弱，主要發(fā)育辮狀水道沉積和漫流沉積，向盆地中心逐漸過渡為沖積平原。與扇中亞相相比，扇緣亞相砂巖顆粒變細(xì)，分選性與磨圓度變好，沉積物以砂巖和含礫砂巖為主，夾少量粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，在砂巖及含礫砂巖中發(fā)育有明顯的交錯層理、底沖刷構(gòu)造等（圖版Ⅰ-2～Ⅰ-4）。

2.2辮狀河相

研究區(qū)辮狀河相主要發(fā)育在艾里克湖組與烏倫古河組沉積時期，以山前沖積平原為主要發(fā)育位置。烏倫古河組沉積時期辮狀河相的發(fā)育最為典型，且分布面積最大［17］，在現(xiàn)今的烏倫古河兩岸多個剖面位置均有出露，推測當(dāng)時盆地北部應(yīng)為密布的河網(wǎng)區(qū)。

辮狀河水流淺且急，所形成的沉積物粒度較粗，以砂巖和含礫砂巖為主，在垂向上均呈間斷性正韻律，具有辮狀河典型的二元結(jié)構(gòu)：底層的粗粒沉積發(fā)育良好，頂層的細(xì)粒沉積不發(fā)育或厚度較薄。辮狀河河床較寬，水流形成多條河道，并不斷分岔與匯合，擺動頻繁，主要發(fā)育辮狀河河道亞相和河漫亞相沉積。河道亞相包括水道和心灘2個微相，整體以水道砂體沉積為主，主要發(fā)育灰白色、淺灰綠色砂巖和含礫砂巖等。其中，含礫砂巖中的礫石分選性與磨圓度較好，反映其搬運距離相對較長，底面多發(fā)育沖刷面，呈疊瓦狀排列，為典型的河道滯留沉積。野外觀測可見單個河道砂體或疊覆的多個正韻律砂體，其中單個砂體厚度為0.2～5.0 m，疊覆砂體最厚可達(dá)20 m。河道亞相主要發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理以及底沖刷構(gòu)造（圖版Ⅱ）。河漫亞相主要發(fā)育灰綠色及棕色泥巖，厚度小，橫向分布不穩(wěn)定，常呈透鏡狀夾于上下2套河道砂體之間，且多被上覆的河道滯留沉積所侵蝕。

烏倫古河組上、中、下3段沉積時期氣候均溫暖濕潤，辮狀河相沉積發(fā)育穩(wěn)定，所形成的巖石類型及組合、沉積構(gòu)造和沉積韻律等都較為相似，僅在巖石顏色上存在一定差異，反映了氣候的波動；艾里克湖組沉積早期與烏倫古河組沉積時期類似，以發(fā)育粗粒沉積為主，但艾里克湖組沉積末期氣候逐漸變得干旱，降雨量減少，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積增多。

2.3湖泊相

晚白堊世開始，準(zhǔn)噶爾盆地整體處于炎熱干旱的環(huán)境，早白堊世幾乎覆蓋了大半個盆地的大型湖盆在該時期急劇萎縮，研究區(qū)內(nèi)僅在三個泉東剖面處的紅礫山組中發(fā)育湖泊相沉積，主要為濱湖亞相。濱湖亞相位于洪水岸線與枯水岸線之間，巖石類型以淺灰綠色砂巖、含礫砂巖與紅褐色泥巖互層為主，反映了沉積過程中沉積物間歇性暴露于水面之上，整體為相對較淺的氧化環(huán)境。該時期研究區(qū)同時受到入湖河流和波浪的沖流、回流的影響，水動力較強，沖洗強烈，巖石的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較高，發(fā)育低角度的大型交錯層理。在淺灰綠色含礫砂巖中發(fā)現(xiàn)大量假嬉蚌化石，其鉸合構(gòu)造較強及殼壁較厚等特征也反映了其生存環(huán)境為水動力較強的濱湖地區(qū)［13］（圖版Ⅲ-1～Ⅲ-2）。

2.4風(fēng)成沉積相

索索泉組上段發(fā)育厚層紅褐色粉砂質(zhì)泥巖（厚度約30 m），巖性穩(wěn)定，在研究區(qū)分布廣泛。野外觀測可見該套粉砂質(zhì)泥巖中常發(fā)育有鈣質(zhì)結(jié)核，多為塊狀構(gòu)造（圖版Ⅲ-3～Ⅲ-4）。根據(jù)元素地球化學(xué)分析，該厚層粉砂質(zhì)泥巖中的稀土元素配比模式以及稀有元素成分類似于黃土高原的紅黏土，證明二者成因相同，均為風(fēng)成沉積物。然而，研究區(qū)索索泉組與黃土高原風(fēng)成沉積物中的Sr和Nd同位素差異較大，推斷二者的風(fēng)成沉積物分別來自不同物源區(qū)。粒度分析表明，研究區(qū)索索泉組上段風(fēng)成沉積物粒度相對更細(xì)，為遠(yuǎn)源塵埃，結(jié)合新生代以來特提斯海逐漸向西退卻及哈薩克斯坦大部分地區(qū)在漸新世已是干旱氣候，可推斷研究區(qū)內(nèi)索索泉組風(fēng)成沉積物是由西風(fēng)系攜帶的中亞沙漠地區(qū)的粉塵在此堆積而成［18］。

3　沉積演化

通過對各剖面野外露頭巖性序列、厚度和顏色變化及沉積構(gòu)造等進(jìn)行研究，結(jié)合反映鹽度變化的Sr/Ba、反映氣候干旱或潮濕的Sr/Cu以及反映氧化還原環(huán)境的δU等微量元素指標(biāo)，恢復(fù)準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)沉積環(huán)境演化過程（圖4）。

上白堊統(tǒng)艾里克湖組沉積時期：氣候炎熱干燥，處于氧化環(huán)境。早白堊世的大型湖盆在該時期迅速縮小，僅在南緣保持小規(guī)模淺水湖泊。盆地北部以辮狀河沉積為主，早中期水動力較強，晚期隨氣候變得干旱，水動力逐漸減弱。

上白堊統(tǒng)紅礫山組沉積時期：氣候整體依然炎熱干燥，處于氧化環(huán)境。北部造山帶發(fā)生構(gòu)造抬升，加之受環(huán)境影響，風(fēng)化剝蝕強烈并提供大量陸源碎屑，在靠近物源區(qū)的位置發(fā)育多個不同規(guī)模的沖積扇，距離物源較遠(yuǎn)處為沖積平原?，F(xiàn)今的三個泉地區(qū)為濱湖亞相。

古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組沉積時期：下段沉積時期氣候變得溫暖濕潤，而氣候的短暫波動導(dǎo)致沉積了灰綠、紅褐色條帶砂、泥巖；中、上段沉積時期氣候更加潮濕，雨量充沛，地表徑流增大，盆地北部河網(wǎng)密布，以辮狀河沉積為主，整體處于氧化環(huán)境。

漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)索索泉組沉積時期：下段沉積時期，氣候依然較為溫暖潮濕，喜山運動導(dǎo)致盆地北部形成東西軸向的褶曲，在此之上發(fā)育了沖積扇沉積，起到了填平補齊的作用；上段沉積時期，由于青藏高原及其山系的隆升影響了大氣環(huán)流格局，加之特提斯海向西退卻等原因，氣候變得干旱，由西風(fēng)系攜帶的中亞沙漠地區(qū)的粉塵在研究區(qū)堆積，形成索索泉組上段風(fēng)成沉積，整體處于氧化環(huán)境。

圖4　準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)沉積演化Fig.4　Sedimentary evolution of Late Cretaceous and Paleogene in northern Junggar Basin

4　結(jié)論

（1）準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)地層可劃分為4組，即上白堊統(tǒng)艾里克湖組、上白堊統(tǒng)紅礫山組、古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)烏倫古河組及漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)索索泉組。

（2）準(zhǔn)噶爾盆地北部晚白堊世—古近紀(jì)共發(fā)育沖積扇、辮狀河、湖泊、風(fēng)成沉積等4種沉積相類型。艾里克湖組發(fā)育辮狀河相；紅礫山組發(fā)育沖積扇相和湖泊相；烏倫古河組發(fā)育辮狀河相；索索泉組下段發(fā)育沖積扇相，上段發(fā)育風(fēng)成沉積相。

（3）準(zhǔn)噶爾盆地晚白堊世以來氣候炎熱干燥，艾里克湖組沉積時期盆地北部發(fā)育辮狀河沉積；紅礫山組沉積時期山前位置為沖積扇，向南逐漸過渡為沖積平原，在三個泉地區(qū)為湖泊。烏倫古河組沉積時期氣候開始變得潮濕，雨量充沛，整體發(fā)育水動力較強的辮狀河沉積，氣候波動使巖石顏色發(fā)生變化。索索泉組下段沉積時期，氣候依然較為溫暖潮濕，在擠壓變形的烏倫古河組地層之上發(fā)育了沖積扇沉積，起到了填平補齊的作用；索索泉組上段沉積時期，氣候轉(zhuǎn)為干旱，形成索索泉組上段風(fēng)成沉積。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅰ說明：準(zhǔn)噶爾盆地北部沖積扇相實測剖面相標(biāo)志。1.礫巖中的粒序?qū)永?，紅礫山組，烏蘭林格剖面；2.砂礫巖中的交錯層理，紅礫山組，頂山剖面；3.底沖刷構(gòu)造，索索泉組下段，索索泉剖面；4.底沖刷構(gòu)造，索索泉組下段，薩爾多依臘剖面

圖版Ⅱ

圖版Ⅱ說明：準(zhǔn)噶爾盆地北部辮狀河相實測剖面相標(biāo)志。1.槽狀交錯層理，艾里克湖組，艾里克湖東岸剖面；2.板狀交錯層理，艾里克湖組，艾里克湖東岸剖面；3.槽狀交錯層理，烏倫古河組，三個泉東剖面；4.底沖刷構(gòu)造，烏倫古河組，紅礫山西高點剖面

圖版Ⅲ

圖版Ⅲ說明：準(zhǔn)噶爾盆地北部湖泊相和風(fēng)成沉積相實測剖面相標(biāo)志。1.楔狀交錯層理，紅礫山組，三個泉東剖面，湖泊相；2.假嬉蚌化石，紅礫山組，三個泉東剖面，湖泊相；3.厚層泥巖中的鈣質(zhì)結(jié)核，索索泉組上段，紅梁剖面，風(fēng)成沉積相；4.厚層紅褐色泥巖，索索泉組上段，紅梁剖面，風(fēng)成沉積相

（本文編輯：于惠宇）

Sedimentary characteristics of Late Cretaceous and Paleogene in northern Junggar Basin

Deng Yuan，Chen Shiyue，Yang Jinglin，Wang Yue
（School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China）

There are controversies about stratigraphic classification and distribution of Late Cretaceous and Paleogene in northern Junggar Basin.The researches on sedimentary characteristics and evolution are relatively weak.Through detailed measurement，observation and description about the outcrops in northern Junggar Basin，the sedimentology theory was used to study the stratigraphic characteristics，sedimentary facies types and sedimentary evolution.The results show that the strata of Late Cretaceous and Paleogene in northern Junggar Basin were divided into four formations，including Ailikehu Formation，Honglishan Formation，Wulunguhe Formation and Suosuoquan Formation. Four kinds of sedimentary facies were identified:alluvial fan facies，braided river facies，lake facies and aeolian facies. Climate was heat and drought during the depositional period of Ailikehu Formation and Honglishan Formation，and braided river，alluvial fan and lake facies were developed.The climate became warm and wet during the depositional period of Wulunguhe Formation and the lower part of Suosuoquan Formation，and braided river was generally distributed.The climate became drought and aeolian deposition was developed during the depositional period of the upper part of Suosuoquan Formation.

sedimentarycharacteristics；Late Cretaceous；Paleogene；Junggar Basin

TE121.3

A

1673-8926（2015）05-0053-07

2015-04-11；

2015-07-15

國家重大科技專項“致密砂巖氣有效砂體分布及儲層分類評價研究”（編號：2011ZX05013-002）資助

鄧遠(yuǎn)（1990-），男，中國石油大學(xué)（華東）在讀博士研究生，研究方向為沉積學(xué)及層序地層學(xué)。地址：（266580）山東省青島市黃島區(qū)長江西路66號。E-mail：angeliance@163.com。