北祁連地區(qū)中寒武世巖相古地理研究

譚志遠(yuǎn)，牟傳龍，王啟宇，，陳小煒，葛祥英，侯　乾

(1.山東科技大學(xué)，山東　青島　 266590;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川　成都　610081)

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北祁連地區(qū)中寒武世巖相古地理研究

譚志遠(yuǎn)1，牟傳龍2，王啟宇1，2，陳小煒2，葛祥英2，侯乾1

(1.山東科技大學(xué)，山東青島 266590;2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都610081)

現(xiàn)今地處造山帶的北祁連地區(qū)在中寒武世時(shí)期拉張的構(gòu)造背景下海域進(jìn)一步拓寬。通過對(duì)北祁連地區(qū)中寒武統(tǒng)地層野外調(diào)查及室內(nèi)分析研究，在“構(gòu)造控盆、盆控相”的思路控制下，以沉積巖性、結(jié)構(gòu)-構(gòu)造、古生物組合等為基礎(chǔ)，在優(yōu)勢(shì)相原則的指導(dǎo)下，共劃分出淺海陸棚相、半深海相、深海盆地相3種沉積相類型。結(jié)合前人的研究資料，編制北祁連地區(qū)中寒武世的沉積構(gòu)造格架及沉積盆地類型圖，分析其空間配置關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，采用造山帶巖相古地理編圖方法，恢復(fù)與重建研究區(qū)的古地理面貌，編制相應(yīng)的古地理圖。

北祁連地區(qū);中寒武世;瓦爾特相律;巖相古地理

前言

巖相古地理重建對(duì)于油氣勘探有著重要的作用，北祁連地區(qū)地質(zhì)研究和勘探雖有很長(zhǎng)的歷史，但作為中國(guó)著名的“中央造山帶的”的一部分[1-3]與我國(guó)其它地區(qū)相比，受地質(zhì)和地表?xiàng)l件限制，其總體研究和勘探程度較低。前人[4-7]對(duì)研究區(qū)中寒武世巖相古地理特征研究成果頗豐，但是對(duì)巖相古地理爭(zhēng)議較大，究其原因主要是由于其地處造山帶，巖相古地理的恢復(fù)難度較大，且尚無方法可循。面對(duì)著這些爭(zhēng)議，本文作者在“構(gòu)造控盆、盆地控相、相控油氣基本地質(zhì)條件”的編圖思路基礎(chǔ)上[8-9]，在現(xiàn)今緯度上，針對(duì)造山帶地區(qū)靈活運(yùn)用瓦爾特相律對(duì)其沉積相及古地理進(jìn)行合理恢復(fù)與重建。

1　區(qū)域構(gòu)造背景及沉積盆地類型

研究區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造演化受到原特提斯洋和古亞洲洋的雙重制約[11]，現(xiàn)今表現(xiàn)為盆山相間的構(gòu)造格局[13]。北祁連地區(qū)早古生代地處中祁連地塊和塔里木、華北板塊之間，是主要地塊與造山帶聚集交接轉(zhuǎn)換部位，也是東西、北西向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交會(huì)區(qū)[14-17]。區(qū)內(nèi)具前寒武紀(jì)下元古界變質(zhì)結(jié)晶基底[18]，構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了震旦紀(jì)晚期—早奧陶世北祁連洋盆發(fā)展擴(kuò)張，中奧陶世—志留紀(jì)洋盆俯沖消亡至造山的復(fù)雜過程；而寒武紀(jì)則處于洋盆擴(kuò)張的關(guān)鍵時(shí)期，具有承上啟下的作用。

圖1研究區(qū)剖面位置圖

Fig.1Location of the studied sections in northern Qilian area

圖2北祁連地區(qū)中寒武世構(gòu)造格架、沉積盆地類型及空間配置關(guān)系圖[11，19]

Ⅰ-1.敦煌被動(dòng)大陸邊緣盆地；Ⅰ-2.敦煌地塊；Ⅱ.阿拉善地塊;Ⅲ.華北克拉通盆地；Ⅳ-1.阿爾金洋盆；Ⅳ-2.走廊被動(dòng)大陸邊緣盆地；Ⅳ-3.北祁連洋盆；Ⅳ-4.祁連裂谷盆地

Fig.2Tectonic framework, basin type, and spatial distribution of northern Qilian area during the Cambrian (after Pan Guitang et al, 2013,2006)

中寒武時(shí)期的北祁連地區(qū)繼承了早寒武世以來洋盆擴(kuò)張演化歷史，海域范圍進(jìn)一步擴(kuò)大[11，12，19]。前人研究表明，以玉石溝-野牛溝-清水溝蛇綠巖結(jié)合帶為代表的北祁連洋形成時(shí)代為早古生代[20-22]，發(fā)育于洋盆擴(kuò)張的構(gòu)造壞境[21-25]。該帶北側(cè)為華北板塊西緣的走廊被動(dòng)大陸邊緣盆地[15，19]，其上發(fā)育海相碎屑巖-碳酸鹽沉積組合。此時(shí)，北祁連洋盆、走廊被動(dòng)大陸邊緣盆地、華北克拉通盆地三者之間屬于同一構(gòu)造背景下形成的沉積盆地類型，盆地之間是連續(xù)的空間配置關(guān)系(圖2)。

2　地層劃分對(duì)比

造山帶構(gòu)造復(fù)雜，不同構(gòu)造單元、同一構(gòu)造單元內(nèi)的不同盆地(地區(qū))地層出露差異較大，研究區(qū)內(nèi)寒武紀(jì)地層劃分對(duì)比[26-31]遵循盡可能對(duì)地質(zhì)體的劃分做到客觀、準(zhǔn)確的原則?？傮w上，研究區(qū)地層劃分為：北祁連地區(qū)和酒泉-武威-中寧(走廊)地區(qū)兩大分區(qū)(表1)。對(duì)于時(shí)代歸屬存在爭(zhēng)議的香山群，本文采取其歸為中、晚寒武世的觀點(diǎn)[31-35]。

3　沉積相類型及特征

研究區(qū)中寒武統(tǒng)地層發(fā)育較全，沉積特征各異，通過野外露頭及室內(nèi)研究綜合分析，主要識(shí)別出淺海陸棚相、半深海相及相3種沉積相類型，而淺海陸棚相又可以劃分出淺海陸棚碎屑巖相、碎屑巖-火山巖相、碎屑巖-碳酸鹽相。

3.1淺海陸棚相

陸棚是指在正常浪基面以下外海與大陸斜坡相接的廣闊的淺海沉積地區(qū)。淺海陸棚相在研究區(qū)廣泛發(fā)育，由于研究區(qū)構(gòu)造演化復(fù)雜，巖相發(fā)育各不相同。(1)碎屑巖淺海陸棚相主要發(fā)育于永昌-武威地區(qū)。永昌杜家莊剖面中—上寒武統(tǒng)大黃山組下段以灰色、灰綠色粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖為主，發(fā)育水平層理，局部砂巖底部見印模(圖3)。武威四溝咀剖面巖性主要為灰綠色變質(zhì)砂巖夾千枚狀板巖、石英巖，偶見灰?guī)r透鏡體，厚度大于5000m。兩個(gè)地區(qū)都表現(xiàn)出碎屑巖淺海陸棚相沉積特征。 (2)火山碎屑巖淺海陸棚相主要發(fā)育在天祝-永登一帶。以永登中寒武統(tǒng)黑茨溝組為典型代表，其由碎屑巖及火山碎屑巖組成，碎屑巖主要有千枚巖、變質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)千枚巖、少量硅質(zhì)巖及少量結(jié)晶灰?guī)r；火山碎屑巖有變質(zhì)英安凝灰?guī)r、變質(zhì)流紋英安凝灰?guī)r等。該剖面主要以變質(zhì)砂巖和火山碎屑巖為主，野外沉積構(gòu)造不發(fā)育，室內(nèi)薄片觀察到水平層理及變形層理等，結(jié)合構(gòu)造背景及沉積盆地類型分析，推測(cè)為火山碎屑巖淺海陸棚相沉積環(huán)境。(3)碎屑巖-碳酸鹽巖淺海陸棚相主要發(fā)育在寧夏中衛(wèi)-同心一帶。以寧夏康拉碑中晚寒武世香山群中下段為代表，碳酸鹽巖主要發(fā)育在香山群第一亞群中，巖性為薄層灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、千枚巖、灰綠色板巖與變質(zhì)砂巖互層。有少量三葉蟲化石，沉積構(gòu)造以水平層理為主(圖4A、B、C)。其中灰?guī)r多為微晶灰?guī)r，灰?guī)r層面可見較多的鐵質(zhì)結(jié)核，局部層系之間泥質(zhì)條帶灰?guī)r發(fā)育，泥質(zhì)條帶尖滅表現(xiàn)出透鏡體狀現(xiàn)象，整體上表明其形成于較低能的深水陸棚環(huán)境。碎屑巖主要發(fā)育在香山群第二亞群及第三亞群下段。整體巖性為灰綠色、黃綠色變質(zhì)砂巖與板巖的韻律互層，并夾有少量薄層灰?guī)r及硅質(zhì)巖。見腕足類及三葉蟲化石，平行層理、小型交錯(cuò)層理局部發(fā)育(圖4D、E、F)，表現(xiàn)出淺水陸棚相沉積特征。

表1研究區(qū)及鄰區(qū)寒武系地層劃分對(duì)比[13，26]

Table 1Division and correlation of the Cambrian strata in northern Qilian area and its adjacent areas

3.2半深海相

半深海的位置相當(dāng)于大陸坡，是淺海環(huán)境與深海環(huán)境的過渡區(qū)[36]。半深海相沿蛇綠巖帶分布，主要分布于張掖-民樂以西的地區(qū)，以昌馬和肅南的黑茨溝組為代表。其中昌馬黑茨溝組巖性下部為灰黑色、黑色泥質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)巖、含錳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖及晶屑凝灰?guī)r夾細(xì)碧玢巖；上部為灰黑色砂泥質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)砂巖、黑色板巖，見有少量三葉蟲化石，發(fā)育水平層理，局部發(fā)育濁積巖。肅南白泉溝地區(qū)地層出露較少，厚度僅200m左右，主要巖性為灰黑色、黑色中薄層硅質(zhì)巖夾少量千枚巖及泥晶灰?guī)r(圖5)。

圖3甘肅永昌大黃山組沉積特征

A.灰綠色粉細(xì)砂巖；B.泥質(zhì)粉砂巖(正交偏光，×25)，水平紋層；C.粉砂巖中水平層理，砂紋層理；D.砂巖底部印模

Fig.3Sedimentary characteristics of the Dahuangshan Formation in Yongchang, Gansu

圖4寧夏康拉碑香山群淺海陸棚相沉積特征

a.香山群第一亞群微晶灰?guī)r(正交偏光，×50)，深水陸棚相；B.第一亞群泥質(zhì)條帶灰?guī)r，深水陸棚相；C.第一亞群灰?guī)r中水平層理，深水陸棚相；D.香山群第二亞群砂巖與板巖的韻律層，深水陸棚相；E.第二亞群砂巖中小型交錯(cuò)層理，淺水陸棚相;F.第二亞群砂質(zhì)板巖發(fā)育平行層理，淺水陸棚相

Fig.4Sedimentary characteristics of the neritic shelf deposits in the Xiangshan Group, Kanglabei, Ningxia

3.3盆地

深海相發(fā)育于大洋盆地，水深在2000m以下，平均深度4000m[36]。該相帶主要發(fā)育在玉石溝-野牛溝-清水溝蛇綠巖結(jié)合帶，是北祁連洋盆擴(kuò)展發(fā)展的沉積表現(xiàn)，西起吊達(dá)坂-朱龍關(guān)，經(jīng)玉石溝-川刺溝，東至大阪山一帶，主要為蛇紋石化斜輝橄欖巖、橄欖斜輝巖、蛇紋石化橄欖二輝巖等蛇綠巖及蛇綠河紅混雜巖等深海盆地沉積特征。

4　古地理研究與編圖

4.1編圖思路

圖5昌馬白泉河紅溝黑茨溝組半深海相沉積特征

A.灰黑色條帶狀硅質(zhì)巖；B.硅質(zhì)巖鏡下特征(正交偏光，×200)

Fig.5Sedimentary characteristics of the bathyal deposits in the Heicigou Formation in the Baiquan River area, Gansu

北祁連地區(qū)為秦祁昆造山帶中地質(zhì)構(gòu)造條件較為復(fù)雜的地區(qū)，巖相古地理研究與編圖爭(zhēng)議一直存在。本文在“構(gòu)造控盆、盆控相、相控油氣基本地質(zhì)條件”的編圖思路基礎(chǔ)上[8，9]，利用造山帶發(fā)育無序疊置在一起的“非史密斯型”地層不遵循史密斯生物順序律和瓦爾特相律的特點(diǎn)，在“現(xiàn)今緯度上”采用“在同一板塊、構(gòu)造背景下形成的沉積盆地內(nèi)及空間連續(xù)配置的沉積盆地之間采用瓦爾特相律對(duì)其沉積相及古地理進(jìn)行合理的恢復(fù)與重建；但若是不同的板塊及構(gòu)造背景下形成的沉積盆地或者是空間不連續(xù)配置的沉積盆地之間，沉積相帶及古地理單元的恢復(fù)與重建則按現(xiàn)今出露地層所反應(yīng)出的沉積相忠實(shí)地表現(xiàn)，相帶之間可以不遵循瓦爾特相律，且以現(xiàn)今的構(gòu)造界線或是實(shí)際相界線如實(shí)分隔”的方法[10]嘗試對(duì)北祁連造山帶的古地理環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)研究。前文分析了研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造演化及其控制下的原型沉積盆地類型以及它們之間的空間配置關(guān)系，研究區(qū)包含北祁連洋盆、走廊被動(dòng)大陸盆地，盆地之間是連續(xù)的空間配置關(guān)系，故本文自然采取瓦爾特相律對(duì)研究區(qū)沉積相及古地理進(jìn)行恢復(fù)與重建。

4.2古地理演化特征

中寒武世時(shí)期，北祁連洋盆繼承了早寒武世以來擴(kuò)張演化歷史，受洋盆擴(kuò)張影響，研究區(qū)總體處于淺海-半深海海域環(huán)境(圖6)。走廊地區(qū)由于北祁連洋盆的擴(kuò)張發(fā)育比較穩(wěn)定的被動(dòng)大陸邊緣盆地，其上發(fā)育淺海陸棚-半深海古地理單元。走廊西部，昌馬-肅南一帶發(fā)育半深海相，其沉積物主要為黑色泥質(zhì)板巖、薄層硅質(zhì)巖、含錳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖夾少量千枚巖等。向東水體變淺，表現(xiàn)為永昌-武威-中衛(wèi)-永登發(fā)育淺海陸棚相，其中包括永昌-武威淺海陸棚碎屑巖相、天祝-永登以東淺海陸棚火山巖碎屑巖相以及寧夏中衛(wèi)地區(qū)淺海陸棚碎屑巖-碳酸鹽相。北祁連洋盆受擴(kuò)張構(gòu)造背景的控制，進(jìn)一步加寬，經(jīng)洋盆俯沖消亡最終殘留在玉石溝-野牛溝-清水溝蛇綠巖結(jié)合帶內(nèi)，西起吊達(dá)坂-朱龍關(guān)，經(jīng)玉石溝-川刺溝，東至大阪山一帶，主要巖性有蛇紋石化斜輝橄欖巖、橄欖斜輝巖、蛇紋石化橄欖二輝巖等蛇綠巖及蛇綠混雜巖等。整體上，受北祁連洋盆的擴(kuò)張影響，研究區(qū)的古地理演化區(qū)域上從西南往東北，沉積環(huán)境水體具有由深變淺的特征，沉積相帶如圖6所示是連續(xù)展布的，是符合瓦爾特相律的，古地理單元之間是連續(xù)展布的(圖7)。需要指出的是，從沉積—盆地—構(gòu)造響應(yīng)角度出發(fā)，通過野外及室內(nèi)分析所得出的沉積相及古地理的展布與前期構(gòu)造背景及沉積盆地類型之間是響應(yīng)一致的，在走廊被動(dòng)大陸邊緣盆地主要發(fā)育一套淺海陸棚-半深海相沉積環(huán)境，而結(jié)合帶所代表的北祁連洋盆則發(fā)育一套硅質(zhì)巖為代表的深海沉積環(huán)境。這從另一側(cè)面證明了本文的編圖思路及方法是能夠在造山帶的巖相古地理編圖與研究中得以實(shí)踐的。

5　結(jié)論

(1)在前人研究的基礎(chǔ)上，分析了北祁連地區(qū)中寒武世的沉積構(gòu)造格架、沉積盆地類型及其空間配置關(guān)系，并結(jié)合研究區(qū)中寒武世沉積地層的巖性特征、沉積構(gòu)造，劃分出深海相、半深海相、淺海陸棚相。

(2)從沉積-構(gòu)造響應(yīng)角度出發(fā)，在“現(xiàn)今緯度上”針對(duì)北祁連造山帶地區(qū)中寒武世巖相古地理采用“空間配置連續(xù)-遵循瓦爾特相律，空間配置不連續(xù)-不遵循瓦爾特相律”的方法恢復(fù)與重建了研究區(qū)的古地理面貌，并編制了相應(yīng)的古地理圖。這是對(duì)造山帶巖相古地理研究與編圖思路的一種實(shí)踐。

圖6北祁連中寒武世沉積相對(duì)比

Fig.6Correlation of the Middle Cambrian sedimentary facies in northern Qilian area

圖7北祁連中寒武世巖相古地理圖

Fig.7Sedimentary facies and palaeogeographic map of northern Qilian area during the Middle Cambrian

(3)本文利用造山帶巖相古地理編圖思路對(duì)研究區(qū)中寒武世古地理進(jìn)行了初步嘗試。由于研究區(qū)范圍資料有限，因而在編圖思路的詮釋及圖件精度上尚需在以后的研究工作中進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

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[36]姜在興.沉積學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

Sedimentary facies and palaeogeography of northern Qilian area during the Middle Cambrian

TAN Zhi-yuan1， MOU Chuan-long2， WANG Qi-yu1, 2， CHEN Xiao-wei2， GE Xiang-ying2， HOU Qian1

(1.ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,Shandong,China; 2.ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu610081,Sichuan,China)

The sedimentary facies and palaeogeographic analysis in the present paper is based on the field and laboratory examination guided by the thoughts of “tectonic-controlled basin and basin-controlled facies” in integration with lithology, textures and structures, and fossil assemblages. Three sedimentary facies are discriminated including neritic shelf, bathyal and abyssal-oceanic basin facies, followed by the reconstruction of the sedimentary facies and palaeogeographic map of northern Qilian area during the Middle Cambrian. The results of research in this study may provide a helpful approach to the sedimentary facies and palaeogeographic analysis for the orogenic zones.

northern Qilian area; Middle Cambrian; Walther’s law; sedimentary facies and palaeogeography

1009-3850(2016)01-0055-07

2015-08-22； 改回日期： 2015-09-25

譚志遠(yuǎn)(1990-)，男，碩士研究生。研究方向：沉積學(xué)與盆地分析。E-mail：zhiyuantan1314@163.com

國(guó)家重大科技專項(xiàng)“全國(guó)油氣基礎(chǔ)地質(zhì)編圖”(2008ZX05043-005)、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“中國(guó)巖相古地理編圖”(1212010916060)的聯(lián)合資助

P512.2

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