庫魯克塔格地區(qū)南華系貝義西組沉積環(huán)境及對南華紀裂谷盆地演化的指示

魏震，郭瑞清，趙新生，孫敏佳，呂彪，王克卓（.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 80046；.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 800；.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 800）

庫魯克塔格地區(qū)南華系貝義西組沉積環(huán)境及對南華紀裂谷盆地演化的指示

魏震1，郭瑞清1，趙新生1，孫敏佳2，呂彪1，王克卓3
（1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；3.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830011）

為恢復(fù)南華紀初期庫魯克塔格地區(qū)的古地理環(huán)境和構(gòu)造背景，利用該區(qū)貝義西組巖石特征、沉積構(gòu)造和粒度分析等資料，對其非冰期沉積環(huán)境進行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，貝義西組自下而上發(fā)育殘坡積相、沖洪積扇扇根和扇中亞相、扇三角洲平原和前緣亞相、濱岸的臨濱亞相及淺海相，為持續(xù)的海進過程，屬拉伸背景下的沉積，符合裂谷盆地的沉積序列。其沉積環(huán)境很快由陸相演化至海相，缺乏湖相沉積，說明裂解迅速，指示南華紀早期庫魯克塔格可能處于Rodinia超大陸邊緣。結(jié)合前人資料認為，其可能是三叉裂谷系一個伸向塔里木克拉通的分支。

庫魯克塔格；貝義西組；沉積環(huán)境；裂谷盆地

庫魯克塔格斷隆位于塔里木盆地東北緣，北以辛格爾斷裂與南天山相鄰，南以孔雀河斷裂與塔里木盆地分隔（圖1-a），該區(qū)由大面積前南華系基底和變質(zhì)變形微弱的南華—震旦系沉積蓋層組成，形成典型的雙層結(jié)構(gòu)[1-3]。貝義西組作為這套沉積蓋層最底部的地層單元，呈角度不整合覆蓋于前南華基底之上，對其沉積環(huán)境的研究有助于恢復(fù)該時期古地理環(huán)境和構(gòu)造背景。近年來對該套地層的研究多集中在冰川對比、地層沉積時限討論、風(fēng)化情況及物源等方面[4-10]，關(guān)于沉積環(huán)境僅少數(shù)學(xué)者做過簡單介紹。高振家等1982年將貝義西組大致分為河流沖積相、海岸碎屑巖相、冰前陸架碎屑巖相及冰筏-海洋相，張艷等將貝義西組置于濱海相[11-12]。筆者在該區(qū)1∶5萬區(qū)調(diào)過程中收集了該組豐富的巖石特征、沉積構(gòu)造等資料，并對該組不同相段薄片進行粒度統(tǒng)計，用以定量判斷相應(yīng)相段沉積環(huán)境，恢復(fù)了其非冰期沉積階段的沉積環(huán)境，并討論了其形成的構(gòu)造背景和盆地演化模式。

1　地層特征

研究區(qū)位于庫魯克塔格西段，緊鄰庫爾勒市，區(qū)內(nèi)貝義西組出露完整，總厚400~1 000 m，下部角度不整合于青白口系帕爾崗塔格群及同期花崗巖之上，上部被照壁山組整合覆蓋（圖1）。在依格孜塔格山北側(cè)和西山口以東分別測制了PM01和PM04剖面，通過剖面可知，貝義西組底部為一套底礫巖，其上為砂巖、礫巖和中-基性火山巖組成的序列。在剖面中部及頂部的砂巖中采集了若干微體古生物樣品，鑒定結(jié)果表明，貝義西組中含豐富的微古植物化石，包括光面球藻（未定種）Leiosphaeridia sp.、連球藻（未定種）Synsphaeridium sp.、擬昆布膜片（未定種）Laminalites sp.、?光寬藻（未定種）?Leiovalia sp.、底棲藻類碎片等，這些疑源類指示該組中上部整體處于海相沉積環(huán)境[13]。

2　沉積相類型及特征

據(jù)詳細野外觀察和室內(nèi)分析，綜合其巖石類型及組合、粒度標志及沉積構(gòu)造、古生物、剖面結(jié)構(gòu)等相標志，將貝義西組劃分為殘坡積相、沖洪積扇相、扇三角洲相、濱海相和淺海相。

2.1殘坡積相

該相主要見于依格孜塔格山北側(cè)貝義西組底部，由塊狀堆積的角礫巖組成，不整合于下伏青白口系花崗閃長巖之上，礫石成分十分單一，皆為下伏花崗閃長巖，礫石間少見或不見膠結(jié)物，因此和花崗閃長巖體宏觀特征較一致，野外極難識別，僅能以不同礫石間具不同方向片麻理的特征將其和花崗閃長巖體區(qū)分。據(jù)此認為其是殘坡積相的沉積產(chǎn)物，是在干旱氣候下經(jīng)機械破碎后原地堆積-近距離搬運堆積的結(jié)果。該相厚度較小，僅1~2 m，分布極不穩(wěn)定。

圖1　庫魯克塔格地質(zhì)概況（a）、研究區(qū)地質(zhì)簡圖及剖面分布（b）Fig.1 Simplified geological map of the Quruqtagh Block(a)and geological map of the study area and sampling section(b)

2.2沖洪積扇相

主要見于依格孜塔格山北側(cè)貝義西組底部，為一套不整合覆蓋于下伏地質(zhì)單元之上的楔狀礫巖-含礫砂巖堆積體，部分超覆于殘坡積相礫巖之上（圖2）。露頭呈楔狀，最寬約250 m，向西尖滅，長約800 m。主要發(fā)育淺灰、灰白色礫巖與灰白色含礫粗砂巖，色調(diào)明亮，不同于貝義西組其余部分的灰綠-灰黑色巖石，為典型陸相沉積物（圖3-a）。據(jù)其巖石類型及組合、沉積構(gòu)造、粒度特征可細分為扇根亞相、扇中亞相，未見扇端亞相。

圖2　沖洪積扇相層序特征Fig.2 The sequence feature of alluvial fan

扇根亞相 主要出露于剖面底部，由厚約20 m的泥石流成因灰白色礫巖組成。該礫巖礫石成分簡單，皆為下伏花崗閃長巖，礫石磨圓度低，主要為棱角-次棱角狀，礫徑差別較大，最大50~100 cm±，最小僅數(shù)厘米，含量高達90%，礫石間充填粗砂-細礫級雜基，成分與礫石相同。巖石呈塊狀，可見明顯的似流動構(gòu)造（圖3-c），因此，該礫巖為典型的泥石流成因洪積礫巖。此外，還可見崩塌角礫巖，礫石較洪積礫巖大，大者可達3~5 m，小者20~30 cm，成分為花崗斑巖，大礫石基本無磨圓，邊界平直，小礫石磨圓中等，礫石含量約70%，雜基為細砂-粗砂巖灌入物，構(gòu)成雜基支撐結(jié)構(gòu)，礫石下伏砂巖層被擾動嚴重，可見明顯彎曲變形繞礫石而過，形成崩塌落石構(gòu)造（圖3-e），反映沉積時該區(qū)地形陡峻，地質(zhì)活動（如地震）頻繁，因地質(zhì)營力而發(fā)生崩塌的剝蝕區(qū)高地巖體就地沉積，或沿斜坡發(fā)生地滑，形成崩塌角礫巖[14]。

扇中亞相 由淺紫紅-灰白色長石巖屑砂巖、長石砂巖、礫質(zhì)砂巖及灰白色細-中礫巖組成。礫巖單層厚約30~40 cm，礫石大小約5~10 cm，磨圓較好，分選較差，顆粒支撐，發(fā)育疊瓦狀構(gòu)造（圖3-d），每個礫巖層底部都具沖刷充填滯留構(gòu)造（圖3-d），指示其可能為河道充填沉積，礫巖層上部為具平行層理的長石巖屑砂巖、礫質(zhì)砂巖等砂巖層，二者構(gòu)成一個向上變細的基本層序。扇中亞相厚度較薄，由3~4個礫巖-砂巖的基本層序構(gòu)成，為典型的牽引流沉積。該亞相頂部被另一扇根亞相的崩塌角礫巖礫石擾動，彎曲變形，局部厚50~70 cm。

圖3　貝義西組典型相標志Fig.3 Typical facies marker of Bayisi Formation

2.3扇三角洲相

該相位于西山口一帶貝義西組底部，角度不整合于青白口系帕爾崗塔格群北塞納爾塔格組鈣質(zhì)砂板巖、白云巖之上（圖3-f），主要由礫巖和砂巖組成。與發(fā)育于依格孜塔格地區(qū)的沖洪積扇相相比，巖石粒度明顯偏細，顏色轉(zhuǎn)為灰綠色，且礫巖層厚度明顯減小，顯著區(qū)別于沖洪積扇環(huán)境，應(yīng)為扇三角洲環(huán)境的產(chǎn)物。該相可分為扇三角洲平原亞相和扇三角洲前緣亞相。

扇三角洲平原亞相 在PM04剖面底部發(fā)育一層厚約7 m的底礫巖層，該礫巖礫石成分復(fù)雜，主要為下伏青白口系北塞納爾塔格組板巖、灰?guī)r，另可見淺變粒巖、花崗巖類等礫石，淺變粒巖及花崗巖類礫石磨圓度較高，一般次棱角狀-次圓狀，板巖及灰?guī)r礫石受后期構(gòu)造影響，拉伸變形強烈。該礫巖分選差，大者可達40~60 cm，小者僅數(shù)厘米，礫巖層整體為雜基支撐，塊狀構(gòu)造，層底部發(fā)育大型沖刷面，應(yīng)為沖刷滯留沉積（圖3-f，g），可能為扇三角洲平原亞相的河道沉積。礫巖層上部由一套厚約3 m的灰綠色砂巖-粉砂巖層組成，發(fā)育較細的水平層理，應(yīng)為河道間沉積。

扇三角洲前緣亞相 該亞相發(fā)育于扇三角洲平原亞相之上，厚約40 m，巖石組合以礫巖、含礫粗砂巖、巖屑砂巖為主，夾少量細砂巖和粉砂巖，整體為砂巖-含礫粗砂巖-礫巖韻律層。該亞相中礫巖為雜礫巖，雜基支撐，砂質(zhì)膠結(jié)，礫石成分復(fù)雜，可見淺變粒巖、花崗巖類及沉積巖類礫石（圖3-i）。另可見同沉積泥礫，礫石以次棱角狀為主，大小差異明顯，大者約10 cm，小者僅數(shù)厘米，礫巖層厚約1 m，底部具沖刷面。礫巖層上部為中細粒砂巖層，灰褐色、米黃色等，中薄層狀，發(fā)育平行層理，層厚2~3 m。礫巖層與砂巖層構(gòu)成向上變細的基本層序，總厚約5~8 m，該亞相共由2~3個基本層序構(gòu)成，代表了2~ 3個扇三角洲前緣水下分流河道沉積。該亞相砂巖粒徑約-2~6 Φ，表明水動力條件較強，標準偏差為0.6±，偏態(tài)為-0.05~0.12，峰態(tài)在1附近，粒度累計曲線為三段式，滾動組分含量約10%~30%，跳躍次總體含量約50%~70%，整體較陡，懸浮次總體含量較低，不足10%（圖4-a，b），反映貝義西組底部水動力條件較強，多數(shù)沉積物以滾動方式搬運，為扇三角洲前緣亞相河道沉積特征。

2.4濱岸相

該相位于貝義西組中部，整合覆蓋于扇三角洲或冰川沉積物之上，沉積物延伸穩(wěn)定，分布較廣。該相巖石多為灰綠、灰黑色，主要由中細粒砂巖-粉砂巖及少量泥巖組成，偶見中層細礫巖。礫巖為塊狀，厚約40 cm，礫石成分較沖洪積扇和扇三角洲礫巖簡單，僅見長英質(zhì)巖石和變淺粒巖類，分選好，次圓狀，顆粒支撐，礫石含量約80%（圖3-l），礫徑較小，僅1~2 cm，分選好，部分礫巖見不明顯正粒序?qū)永?，礫巖層下部具底沖刷構(gòu)造。砂巖-粉砂巖中可見水平層理與平行層理，后者層面平直，延伸穩(wěn)定，紋層厚度不一，可見數(shù)厘米和數(shù)十厘米者（圖3-j），指示該巖石形成于急流及能量高的環(huán)境中，砂巖泥巖中還發(fā)育韻律層理，構(gòu)成砂泥互層層理，層與層平行，層面平直，沿走向延伸穩(wěn)定，單層厚度約10 cm（圖3-j）。另外，在粉砂巖及砂巖表面發(fā)育波痕等淺水構(gòu)造標志，主要為波浪作用下的波痕（圖3-k）。該段巖石粒度分布概率累計曲線呈跳躍總體和懸移總體為主的二段式，且以跳躍總體含量最高，總體斜率大，分選好，存在兩個次總體，反映其為波浪的沖刷與回流雙重作用結(jié)果，懸移總體分選差，兩者為突變關(guān)系，部分為漸變，混合度約1 Φ（圖4-c），粒度分布特征與濱岸沉積的特征相符。通過薩胡粒度判別函數(shù)(Y海灘：淺海=15.654 3Mz+65.709 1σ12+ 18.107 1Sk1+18.504 3Kg)，計算該相樣品值全部小于65.365，顯示為海灘沉積環(huán)境。綜上所述，認為其是濱岸相的前濱亞相沉積。

2.5淺海相

圖4　貝義西組扇三角洲及濱海相沉積物粒度分布特征Fig.4 Grain size feature of the sediment of fan delta and coastal facies

該相位于貝義西組頂部層位，主要由具平行層理的粉砂巖、砂巖和含礫砂巖組成，局部可見礫巖層。礫巖層礫石含量較低，雜基支撐，礫石大小約10 cm，磨圓較好，分選差，礫巖單層厚20 cm，可見漂浮礫、直立礫等，反映較深水沉積特點(圖3-p，q)，這些礫石可能是冰筏搬運沉積的結(jié)果。成層性好的礫巖局部發(fā)育類似砂巖巖墻的脈狀構(gòu)造，應(yīng)為液化管，是成巖作用初期液化的礫巖層受壓力上涌刺破砂巖層形成。該亞相未見雨痕、波痕等淺水沉積構(gòu)造，巖層平直，延伸十分穩(wěn)定，另發(fā)育受擾動的水平紋層、包卷層理及滑塌層理等（圖3-n，o）。砂巖的平均粒徑0.6~2.4 Φ，標準偏差0.5~0.8，偏態(tài)-0.1~ -0.4，峰態(tài)在1附近，據(jù)薩胡粒度判別函數(shù)(Y淺海:三角洲= 0.285 2Mz－8.760 4σ12－4.893 2Sk1+0.048 2Kg和Y海灘:淺海)，判別結(jié)果皆為淺海沉積。此外，在貝義西組淺海相硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了生物遺跡化石——潛穴，寬2~6 mm，長達70 mm，與層面平行或斜交，潛穴成分與圍巖成分基本一致，皆為硅質(zhì)巖，但圍巖風(fēng)化色為灰褐色，潛穴風(fēng)化色灰白色，潛穴痕跡多呈直線和彎曲型，少數(shù)直線型潛穴有分叉跡象，分叉與主枝呈較小的銳角，潛穴間可見重疊交切，整體潛穴彎曲，較淺，多傾斜或水平，說明影響環(huán)境的因素變化小，常見于淺海地區(qū)（圖3-m）。

3　對裂谷盆地演化的約束

貝義西組自下而上分別發(fā)育殘坡積相-沖洪積扇相-扇三角洲相-濱海相-淺海相，沉積環(huán)境從陸相-海陸過渡相-淺海相演化，是一個明顯且不間斷的海進過程（圖5），說明其沉降速率大于沉積速率。典型裂谷盆地形成早期即以沖洪積相、扇三角洲及陸相湖泊等成因相組合為主，隨后斷裂構(gòu)造活動、地塹盆地形成，以黑色頁巖相或蒸發(fā)巖相、欠補償盆地相及臺地相沉積為主[15-16]。貝義西組由陸到洋的演化過程符合裂谷盆地早期的沉積序列。據(jù)沉積環(huán)境演化信息可將該裂谷在貝義西組時期的演化分為以下兩個階段。

初始拉張階段 對應(yīng)于貝義西組底部，主要受板內(nèi)拉伸作用影響，地殼變薄，沉降并斷裂形成總的軸向地塹，內(nèi)部包括一系列地壘和小地塹，地塹中沉積各種沉積巖，并呈近緣特征，相變化大，小型地塹周緣的地壘高地主要是由長英質(zhì)和高度變質(zhì)的大陸基底組成，地塹中，堆積主要發(fā)生在控盆斷裂坡底附近，即斷層崖坡腳處。具體表現(xiàn)為一套殘坡積相和沖洪積扇相-扇三角洲相的粗碎屑巖角度不整合在古元古代變質(zhì)巖、青白口紀花崗巖及青白口系之上，在該套地層底部發(fā)育巨礫級花崗巖角礫崩落在下伏巖層中，形成崩塌落石，說明構(gòu)造活動相當(dāng)強烈。此外，依格孜塔格地區(qū)沖洪積扇相和西山口地區(qū)扇三角洲相同為貝義西組底部的沉積相，分別發(fā)育于研究區(qū)北部和南部且空間上不存在疊置關(guān)系，可能說明南華系沉積初期二者分屬不同的小型地塹盆地。

圖5　貝義西組綜合柱狀圖Fig.5 Histogram of Bayisi Formation

較穩(wěn)定沉積階段 在較短期內(nèi)，一系列小地塹被沉積物充填，海平面上升至小型地塹盆地肩部，淹沒原地塹盆地內(nèi)的高地，地形相對平坦，形成類似初始陸架的沉積。表現(xiàn)為貝義西組中部及上部穩(wěn)定的陸緣碎屑濱岸沉積-淺海沉積，但在該段沉積中亦發(fā)育代表構(gòu)造活動的滑塌層理等，并有大規(guī)?；鹕綆r產(chǎn)生。

貝義西組沉積時限為740~725 Ma[4-6,9,17]，在該時期內(nèi)，沉積環(huán)境由陸相沖洪積扇直接演化至海相沉積，缺乏湖相沉積過程。然而，環(huán)塔里木的其他新元古代裂谷盆地如柯坪、鐵克里克等[18-20]，以及華南裂谷盆地都是經(jīng)由陸相-湖相-海相演化的[15]，且典型的大陸裂谷盆地演化初期也是由沖洪積相及陸相湖泊等成因相組成[21]。Friedmann指出，早期發(fā)育由崩塌角礫巖、泥石流沉積組成的沖洪積扇相，缺乏典型河流相[22]，說明該時期處于干旱-半干旱氣候，即庫魯克塔格貝義西組沉積初期處于干旱-半干旱環(huán)境。而在扇三角洲相砂巖中獲得了豐富的疑源類微古植物化石，說明該扇三角洲是向海發(fā)育的三角洲。以上證據(jù)表明，其早期為干旱-半干旱環(huán)境，但裂解十分迅速，裂解初期有大量海水灌入。因此，該時期庫魯克塔格可能正處于Rodinia超大陸邊緣，不是發(fā)育于大陸內(nèi)部的陸內(nèi)裂谷盆地，而是和周緣大洋一起構(gòu)成了一個三叉裂谷系，庫魯克塔格盆地正是該裂谷系伸向塔里木克拉通的分支，并在震旦—寒武系繼續(xù)延伸至塔里木內(nèi)部，形成庫滿凹陷[23-24]。賈承造等提出了庫魯克塔格-滿加爾坳拉槽模式后[25]，張同鋼等據(jù)庫魯克塔格-滿加爾一帶的巖石組合也提出了庫-滿坳拉谷模式，并認為震旦系具原始裂谷盆地特征[23]，段吉業(yè)等也認為庫魯克塔格是以半深海、淺海深水相為主體的新元古代—早古生代克拉通裂陷槽，滿加爾坳陷是其有機組成部分[24]。因此，本文所得結(jié)論和賈承造、張同鋼、段吉業(yè)等提出的庫滿凹陷發(fā)育模式相符，并能從沉積環(huán)境演化上證實該裂陷槽的存在。

4　結(jié)論

（1）貝義西組自下而上分別發(fā)育殘坡積相、沖洪積扇相、扇三角洲相、濱海相、淺海相，其中，沖洪積扇相由扇根亞相和扇中亞相組成，扇三角洲相由扇三角洲平原和扇三角洲前緣組成，濱海相主要發(fā)育前濱亞相，淺海相主要為潮控陸架沉積。

（2）貝義西組自下而上由陸相演化至海相，為拉伸背景下的沉積，其沉積層序符合裂谷盆地的沉積層序，但裂解迅速，很快由陸相演化至海相，缺乏湖相沉積，說明庫魯克塔格盆地可能處于Rodinia超大陸邊緣，是三叉裂谷系一個伸向塔里木克拉通的分支。

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Sedimentary Environment of Nanhuaan Bayisi Formation in Quruqtagh Domain and itsImplicationson theEvolution of theNanhua Rift Basin

Wei Zhen1，Guo Ruiqing1，Zhao Xinsheng1，Sun Minjia2，Lv Biao1，Wang Kezhuo3
(1.College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Sciences,Urumqi,Xinjiang,830011,China;3.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China)

The sedimentary environment of nonglacial strata of Bayisi formation is discussed in this paper based on the data of its petrology,sedimentary structures,and grain size analysis etc.,shed light on the paleogeography and tectonic setting of early Nanhua in Quruqtagh domain.The results show that it is principally divided into residual slope facies,alluvial pluvial fan facies,fan delta facies,coastal and shallow sea facies,reflect a transgression process and indicated this basin was in a extensional setting.Its depositional sequence same to rift basin,but it has a high rates of extension,varying depositional environment from land to marine quickly and lack of lacustrine facies,combined with previous data we can draw the conclusion that Quruqtagh was a branch into Tarim craton belong to a three armed rift system and sited at the margin of Rodinia supercontinent at early Nanhua.

Quruqtagh;Bayisi Formation;Sedimentary environment;Rift basin

1000-8845(2016)03-331-07

P595；P542

A

項目資助:中國地質(zhì)調(diào)查局新疆興地塔格阿匍口地區(qū)1∶5萬(K45E014010、K45E014011、K45E015010、K45E015011、K45E016011) 等5幅區(qū)調(diào)項目（1212011120477）資助

2015-11-18;

2016-01-19;作者E-mail:1273758227@qq.com

魏震（1991-），男，新疆昌吉人，新疆大學(xué)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士

郭瑞清（1964-），男，吉林德惠人，副教授，博士，E-mail:guoruiqing8888@163.com