準(zhǔn)噶爾盆地東南緣侏羅系重礦物演化特征及對(duì)博格達(dá)山隆升的響應(yīng)

鄭有偉 王亞東 郭建明 劉興旺 趙光亮 蘇 龍 鄭建京

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；3.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古包頭 014010；4.中國(guó)石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

?

準(zhǔn)噶爾盆地東南緣侏羅系重礦物演化特征及對(duì)博格達(dá)山隆升的響應(yīng)

鄭有偉1,2，3王亞東1郭建明1劉興旺1趙光亮4蘇 龍1鄭建京1

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 蘭州 730000； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；3.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古包頭 014010；4.中國(guó)石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院 新疆庫(kù)爾勒 841000)

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)大型含油氣盆地之一，其南緣發(fā)現(xiàn)了一系列油氣田，但博格達(dá)山前帶油氣勘探?jīng)]有取得大的突破，究其原因可能為博格達(dá)山體與周緣凹陷的盆山關(guān)系認(rèn)識(shí)不夠，以及后期演化對(duì)成盆成烴的控制與約束作用認(rèn)識(shí)不夠深入。沉積盆地中保存的碎屑物質(zhì)記錄了盆地在沉積過程中周緣造山帶巖石圈特征和盆地動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，而沉積重礦物由于其自身的穩(wěn)定性全程參與在這漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地質(zhì)過程中，所以碎屑重礦物是源區(qū)母巖信息的重要載體。根據(jù)重礦物碎屑的磨圓情況、含量變化、組合特征以及不同重礦物指數(shù)等礦物巖石學(xué)特征，研究侏羅紀(jì)時(shí)期博格達(dá)山隆升過程，為博格達(dá)山隆升發(fā)生在中侏羅世頭屯河時(shí)期提供有力的佐證。依據(jù)重礦物特征將侏羅紀(jì)博格達(dá)地區(qū)構(gòu)造演化分為兩個(gè)階段：早侏羅世—中侏羅晚期，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定階段；中侏羅晚期—晚侏羅世，構(gòu)造隆升強(qiáng)烈階段。并結(jié)合前人的構(gòu)造熱年代學(xué)、U-Pb年齡，古水流等研究成果，認(rèn)為在早侏羅世—中侏羅晚期，博格達(dá)山地區(qū)為匯水沉積區(qū)，物源主要來自卡拉美麗山，在中侏羅晚期—晚侏羅世，物源來自于博格達(dá)山，認(rèn)為此時(shí)博格達(dá)山已經(jīng)隆升。

準(zhǔn)噶爾盆地 東南緣 侏羅系 重礦物分析 博格達(dá)山 隆升

0 引言

博格達(dá)山作為北天山東段的分支，現(xiàn)今的區(qū)域地質(zhì)呈現(xiàn)地塊與造山帶鑲嵌、盆地與山脈共存，構(gòu)成了中亞獨(dú)具特色的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造格局，造就了巨大的中亞成礦域，同時(shí)孕育著豐富的能源、礦產(chǎn)資源；其中新生代的隆升堪稱歐亞大陸新生代地質(zhì)史上的標(biāo)志性重大事件[1-2]。對(duì)博格達(dá)山的研究不僅是探索大陸巖石圈動(dòng)力學(xué)機(jī)制和造山帶模型的理想場(chǎng)所，也是檢驗(yàn)盆山耦合關(guān)系的關(guān)鍵。但是目前對(duì)博格達(dá)山隆升的研究存在很大的爭(zhēng)議，阻礙了山前帶油氣勘探的突破。沉積盆地中保存著造山帶巖石經(jīng)內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用搬運(yùn)來的碎屑物質(zhì)，這些沉積碎屑物記錄了盆地在沉積過程中周緣造山帶巖石圈特征和盆地動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，而沉積重礦物由于其自身的穩(wěn)定性全程參與在這漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地質(zhì)過程中，所以碎屑重礦物是源區(qū)母巖信息的重要載體。不同時(shí)代的沉積地層其重礦物含量、重礦物組合特征都不相同，重礦物組合特征以及不穩(wěn)定重礦物規(guī)律性的增減和消失等特征均可反映物源、沉積環(huán)境、古氣候條件差異以及當(dāng)時(shí)的盆山格局與演化等信息[3-6]。很多學(xué)者對(duì)博格達(dá)山地區(qū)開展了古水流、地層學(xué)、U-Pb年代學(xué)和構(gòu)造熱年代學(xué)研究[7-15]，但對(duì)山前帶重礦物組合特征研究較少，筆者通過對(duì)山前帶重礦物重礦物磨圓情況、含量變化、組合特征以及不同重礦物指數(shù)等礦物巖石學(xué)特征，研究侏羅紀(jì)時(shí)期博格達(dá)山隆升過程，為博格達(dá)山隆升發(fā)生在中侏羅世頭屯河時(shí)期提供有力的佐證。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

博格達(dá)山是一個(gè)東西走向，向北凸出的弧形構(gòu)造帶，是準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)的南邊界和吐哈盆地的北邊界(圖1)。在博格達(dá)山出露的地層主要有石炭系，二疊系主要出露在博格達(dá)山南北兩側(cè)，巖性以基性—酸性火山巖及火山—沉積組合為特征，其中侵入有大量的晚石炭世—二疊世輝綠巖和中酸性巖體。在山體南北兩側(cè)還有大量侏羅系砂巖。白堊系零星出露。準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)夾持卡拉美麗山脈與博格達(dá)山之間，沉積了厚層的侏羅系。

研究區(qū)侏羅系地層總體上南厚北薄，白楊溝剖面侏羅系出露最完整，從下侏羅統(tǒng)到中侏羅統(tǒng)發(fā)育以潮濕、溫暖氣候?yàn)樘卣鞯暮合邓樾紟r，以河流—沼澤相為主，總體上沉積物粒度由下向上呈現(xiàn)由粗變細(xì)的過程。上侏羅統(tǒng)是一套發(fā)育在干旱的氣候環(huán)境下形成的，以紫紅色、暗紫紅色碎屑巖系，整體呈現(xiàn)出下細(xì)上粗的反沉積旋回。白堊系為一套沖積扇、河流相、泛濫平原相、湖相砂泥巖沉積地層，發(fā)育在較干旱氣候條件下，沉積物粒度呈現(xiàn)由粗變細(xì)再變粗的過程。甘河子剖面主要是中下侏羅統(tǒng)(八道灣組、三工河組、西山窯組)地層，其中二疊系與侏羅系西山窯組以角度不整合接觸，侏羅系內(nèi)部以整合或者平行不整合接觸。

2 樣品采集與分析處理

沉積巖中分選的重礦物是指比重大于2.89 g/cm3部分，重礦物部分在沉積巖中所占的比例很小，通常小于1%；其顆粒相對(duì)較細(xì)，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗風(fēng)化能力強(qiáng)等特征。文中的沉積巖樣品的采集主要集中在甘河子剖面和白楊溝剖面(圖2,3)。重礦物樣品的分離和挑選在誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，主要操作流程如下：①前處理：將樣品破碎30～100目，提取碎屑粒徑在0.25～0.63 mm之間的樣品，經(jīng)雙氧水和稀鹽酸處理；②重液粗選分離：選用三溴甲烷重液分離富集，獲取比重大于2.89 g/cm3的重礦物進(jìn)行顯微鏡下鑒定。

圖1 博格達(dá)山地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)陳科[16])Fig.1 The simplified geological map of Bogda mountain (after Chen[16])

圖2 白楊溝地質(zhì)剖面及主要重礦物含量平均值Fig.2 The geological section of Baiyanggou and heavy mineral average content

圖3 甘河子地質(zhì)剖面及主要重礦物含量平均值Fig.3 The geological section of Ganhezi and heavy mineral average content

本次實(shí)驗(yàn)共鑒定出的重礦物根據(jù)礦物的電磁性特征分為：無磁礦物、弱磁性礦物和強(qiáng)磁礦物。其中無磁性礦物主要有：鋯石、磷灰石、金紅石、銳鈦礦、白鈦石、黃鐵礦、重晶石、榍石等。弱磁性礦物主要由：石榴石、電氣石、綠簾石、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦等。以及強(qiáng)磁性的代表礦物磁鐵礦。

3 重礦物特征

源區(qū)物質(zhì)在一定的地質(zhì)歷史中，經(jīng)過內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用，風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)到沉積盆地，而碎屑重礦物全程參與在這一漫長(zhǎng)而復(fù)雜的地質(zhì)過程中，所以碎屑重礦物是源區(qū)母巖信息的重要載體。不同時(shí)代的沉積巖地層其重礦物含量、重礦物組合特征都不相同；重礦物組合特征以及不穩(wěn)定重礦物規(guī)律性的增減和消失等特征均可反映物源、沉積環(huán)境、古氣候條件差異以及當(dāng)時(shí)的盆山格局與演化等信息[3-6]。一般碎屑物質(zhì)在從物源區(qū)到沉積區(qū)搬運(yùn)的過程中，隨著搬運(yùn)距離的增加，穩(wěn)定重礦物的相對(duì)含量會(huì)逐漸增加，不穩(wěn)定重礦物的相對(duì)含量逐漸降低。筆者根據(jù)重礦物磨圓情況、含量變化、組合特征以及不同重礦物指數(shù)等礦物巖石學(xué)特征，依次對(duì)博格達(dá)山北麓的白楊溝剖面和甘河子剖面重礦物進(jìn)行分析討論。

3.1 重礦物形態(tài)特征及組成

本次實(shí)驗(yàn)所挑選出的重礦物中，碎屑鋯石表現(xiàn)為淺黃到淺玫瑰紅色，以次棱角狀和次圓狀為主?？梢娝姆诫p錐狀，分選磨圓好，透明，玻璃至金剛光澤。磷灰石以白色為主，柱狀和粒狀，透明，絲絹光澤。金紅石以深紅色為主，次棱角狀、粒狀和柱狀，金剛光澤，透明至半透明。石榴石以淺紅色、橙紅色為主，次滾圓狀和不規(guī)則粒狀，透明，玻璃光澤。

重礦物雖非砂巖的主要成分，但是其包含了物源區(qū)母巖的重要信息，研究地層中現(xiàn)存的重礦物組合特征，能為研究盆山耦合動(dòng)力學(xué)提供重要的支撐[17]。在博格達(dá)山北麓的準(zhǔn)噶爾盆地東部采集的十多個(gè)晚中生代樣品中，共鑒定出20余種重礦物(具體詳見表1)，主要有：鋯石、磷灰石、金紅石、銳鈦礦、黃鐵礦、白鈦石、重晶石、石榴石、電氣石、綠簾石、赤褐鐵礦、磁鐵礦等。實(shí)際中，北天山和克拉美麗山，以及博格達(dá)山能提供的重礦物遠(yuǎn)不止這些，其中很多不穩(wěn)定重礦物在風(fēng)化、搬運(yùn)、成巖過程中消失了。所有樣品中鋯石、磷灰石、金紅石、銳鈦礦、黃鐵礦、白鈦石、石榴石、電氣石、鈦鐵礦都有出現(xiàn)，在早侏羅—中侏羅世沉積的樣品中，這幾種礦物占據(jù)所有重礦物部分總量的85%以上，其中鋯石占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。晚侏羅世—早白堊世的沉積樣品中磁鐵礦在重礦物碎屑中占據(jù)很大的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。所有沉積樣品中重晶石、輝石、榍石、海綠石、方鉛礦等總含量普遍小于所有重礦物部分總量的7%。

3.2 重礦物組合特征

博格達(dá)山北麓白楊溝剖面(圖2)，早中侏羅世主要以鋯石—磷灰石—石榴石—鈦鐵礦重礦物組合。鋯石相對(duì)含量在重礦物總含量中所占的百分含量為超過30，磷灰石為15左右，與晚侏羅—早白堊比較以鋯石、磷灰石含量急劇增加，鈦鐵礦大量出現(xiàn)，指示還原環(huán)境的黃鐵礦出現(xiàn)為特征。該時(shí)期盆地整體處于水體相對(duì)較深的弱還原環(huán)境。

頭屯河組重礦物是以磁鐵礦—鋯石—鈦鐵礦—綠簾石—赤褐鐵礦組合為特征。穩(wěn)定重礦物鋯石在重礦物總含量中所占的百分含量為25.6，磷灰石占1.6，赤褐鐵礦占6.8，磁鐵礦占32.6，石榴石占2.6。不穩(wěn)定重礦物綠簾石含量為9.1。齊古組重礦物以磁鐵礦—赤褐鐵礦—石榴石—鋯石為特征組合。穩(wěn)定重礦物鋯石在重礦物總含量中所占的百分含量為23.8，磷灰石為3，赤褐鐵礦為11.6，磁鐵礦為31，石榴石占11.2。不穩(wěn)定重礦物綠簾石在重礦物總含量中所占的百分含量為2.5，重晶石占1.9。下白堊統(tǒng)地層重礦物主要以磁鐵礦—赤褐鐵礦—磷灰石—鋯石為特征組合。碎屑重礦物分別在重礦物總含量中所占的百分含量為：穩(wěn)定重礦物鋯石占10.8，磷灰石為15.3，赤褐鐵礦為22.5，磁鐵礦為30，石榴石為2.6。不穩(wěn)定重礦物綠簾石占7.7，重晶石占1.3。總體表現(xiàn)為穩(wěn)定重礦物含量相對(duì)較高，不穩(wěn)定重礦物含量相對(duì)較少，與下覆齊古組地層有相似的重礦物組合特征。以上三組地層都是以磁鐵礦大量出現(xiàn)，以綠簾石等為代表的不穩(wěn)定礦物出現(xiàn)和增加為特征，赤褐鐵礦增加顯示晚侏羅世—早白堊早期盆地整體處于水體較淺而富氧的強(qiáng)氧化環(huán)境，以曲流辮狀河和濱淺湖沉積為主。赤褐鐵礦的這種變化特征與野外剖面中上侏羅統(tǒng)紅色沉積明顯增加有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)顯示了該時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)較為活躍。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地東南緣白楊溝剖面和甘河子剖面主要重礦物組成及相對(duì)含量(%)

注：本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果由河北省廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司提供重礦物分離與鑒定。

甘河子剖面主要采集的早中侏羅世樣品(圖3)，以鋯石—磷灰石—石榴石—鈦鐵礦重礦物組合為特征，穩(wěn)定重礦物鋯石在重礦物總含量中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，所占比例在32%～42%之間；磷灰石含量在7%～17%之間，石榴石含量在7%～18%之間。

3.3 重礦物指數(shù)特征

Mortonetal.[18]認(rèn)為影響物源的因素有很多，其中水動(dòng)力條件就是其中之一，但在相似水動(dòng)力條件下，穩(wěn)定重礦物比值能夠更好地反映物源區(qū)特征，利用一種重礦物與另一種重礦物或者多種重礦物比值來作為反映源區(qū)特征的一個(gè)指標(biāo)，這些特征指數(shù)包括ATI指數(shù)、Gzi指數(shù)和ZTR指數(shù)等。ATi指數(shù)用于判斷物源為火山巖的樣品數(shù)量和風(fēng)化程度，以及當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境，ATi值越高，反映沉積碎屑中火山巖成分越高，同時(shí)也指示處于高位體系域或者水進(jìn)體系域，反之處于低水位體系域。GZi指數(shù)用來分析是否存在角閃巖或麻粒巖物源，ZTR指數(shù)是指由穩(wěn)定礦物鋯石、電氣石和金紅石在透明礦物中所占的比例，反映物源搬運(yùn)距離和重礦物的成熟度，ZTR指數(shù)越大，代表重礦物成熟度越高。

研究區(qū)重礦物ATi指數(shù)都比較高(如圖4)，平均高達(dá)80.3%，其中白楊溝剖面ATi指數(shù)平均值為91.3%，除八道灣組樣品外，其余樣品均超過86.9%；甘河子剖面ATi指數(shù)平均值為70.9%，除八道灣組頂部和底部?jī)蓚€(gè)樣品之外，其余樣品ATi指數(shù)值均在80%左右，和白楊溝剖面中同時(shí)期樣品值相當(dāng)。白楊溝剖面的樣品中ZTR指數(shù)在八道灣組、三工河組和西山窯組表現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定性，其值均在35左右，頭屯河組和齊古組其ZTR值逐漸下降，在早白堊時(shí)期表現(xiàn)出很強(qiáng)的而不穩(wěn)定性，ZTR值為最低的11.1，甘河子剖面ZTR指數(shù)值在40～58之間，隨地層由老到新逐漸減低的趨勢(shì)，成熟度相對(duì)較高。GZi指數(shù)與ATi指數(shù)和ZRT指數(shù)相比要小的多，平均不到20%，代表以角閃巖和麻粒巖為物源的巖石較少。

圖4 主要重礦物指數(shù)變化曲線A.甘河子剖面；B.白楊溝剖面Fig.4 Main heavy minerals index curveA. the section of Ganhezi; B. the section of Baiyang river

4 重礦物的地質(zhì)意義

4.1 指示沉積環(huán)境

通常，重礦物組合可以作為物源區(qū)母巖的指示劑，如：晶型完好的鋯石、磷灰石和電氣石并伴有少量黑云母的礦物組合指示母巖為花崗巖；有磁鐵礦、鈦鐵礦、銳鈦礦、輝石和角閃石的礦物組合通常被認(rèn)為是基性火山巖存在的標(biāo)志；大量沒有韻律環(huán)帶的鋯石、石榴石、綠簾石、綠泥石礦物組合為特征的巖石，代表變質(zhì)巖。重礦物特征不僅能夠反映母巖組成，而且反映沉積物離物源區(qū)的距離，如抗風(fēng)化能力較弱的輝石和角閃石能夠大量保存下來，說明沉積物離物源區(qū)距離很近，搬運(yùn)距離較短；以及在搬運(yùn)、沉積過程中的物理分選、機(jī)械破碎、化學(xué)溶蝕作用和當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境等，比如，一定數(shù)量的赤鐵礦和褐鐵礦出現(xiàn)，表明當(dāng)時(shí)氣候干旱，水體較淺的氧化環(huán)境；還有一些特定的礦物出現(xiàn)，就基本確定的當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境，如海綠石、鮞綠泥石是海相淺海沉積的標(biāo)型礦物。

研究區(qū)幾乎所有的樣品中都含有赤褐鐵礦和黃鐵礦，早中侏羅統(tǒng)八道灣組至中侏羅統(tǒng)西山窯組地層中黃鐵礦的含量是頭屯河組至晚侏羅統(tǒng)樣品的3～50倍，在早白堊統(tǒng)地層中赤褐鐵礦含量最高，晚侏羅統(tǒng)含量次之，早中侏羅統(tǒng)含量最低，或者不含赤褐鐵礦。這些現(xiàn)象說明在八道灣至西山窯時(shí)期，博格達(dá)構(gòu)造區(qū)已經(jīng)處于水體較淺的氧化環(huán)境，中上侏羅統(tǒng)赤褐鐵礦含量有明顯增加的趨勢(shì)，它們是由黃鐵礦、磁鐵礦氧化而成，其富集表示一種極端氧化的環(huán)境，反映了中上侏羅統(tǒng)的沉積環(huán)境發(fā)生明顯的變化，它有早中侏羅世的潮濕型變成中晚侏羅世的干旱—半干旱型氣候環(huán)境，形成了一套以紫紅色、棕紅色為主體的雜色碎屑巖沉積組合。

4.2 物源區(qū)母巖類型

由重礦物組合及各種組合指數(shù)的構(gòu)成特征來看，博格達(dá)地區(qū)侏羅系地層物源存在多種成因的巖石類型，但含量有差別，以基性火山巖居多，中酸性侵入巖次之，變質(zhì)巖組分較少。ATi指數(shù)在所有實(shí)驗(yàn)樣品中很高，反映了其物源區(qū)火山巖物質(zhì)較為豐富，GZi指數(shù)雖然不是很高，但是在各個(gè)樣品中或多或少地出現(xiàn)，這表明在物源區(qū)存在富含角閃巖類和麻粒巖類的變質(zhì)巖。

此外，在中侏羅統(tǒng)頭屯河組開始大量出現(xiàn)磁鐵礦，反映了存在基性火山巖和高溫?zé)嵋旱脑磪^(qū)，研究認(rèn)為這與博格達(dá)山在此時(shí)隆升有關(guān)，該時(shí)期博格達(dá)山已經(jīng)能夠提供大量物源。這一結(jié)論與前人研究成果相吻合(關(guān)寶文,2015[19])，說明在中侏羅世晚期博格達(dá)山已經(jīng)開始隆升，之后持續(xù)為準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)提供物源。

4.3 物源分析

重礦物作為連接沉積盆地與造山帶的紐帶，其物源分析已成為研究盆山耦合關(guān)系的有效手段。碎屑組分和結(jié)構(gòu)特征反映著物源的大致方向，在搬運(yùn)的過程中隨著搬運(yùn)距離的增加，碎屑組分中的穩(wěn)定礦物逐漸增加，不穩(wěn)定的礦物逐漸減少，巖石的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度逐漸增加，這是分析物源區(qū)所用的理論基礎(chǔ)[20-22]。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析并結(jié)合生產(chǎn)單位鉆井資料的重礦物分析，認(rèn)為準(zhǔn)東地區(qū)侏羅系地層主要重礦物類型相對(duì)含量存在兩個(gè)明顯的主要類型區(qū)間。侏羅紀(jì)時(shí)期準(zhǔn)東地區(qū)在北東方向，重礦物除鋯石、磷灰石、石榴石之外含有較多的綠簾石，重礦物成分基本一致，指示了北東方向的克拉美麗山在侏羅系持續(xù)為準(zhǔn)東地區(qū)提供物源。而在南西方向，從頭屯河時(shí)期開始，重礦物類型較多，含量不均，磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦占據(jù)很高的比重，研究認(rèn)為從頭屯河時(shí)期開始，準(zhǔn)東地區(qū)有南西方向的物源流入。該分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果相一致(圖5)，也表明準(zhǔn)東地區(qū)可能有北東向個(gè)南西向兩個(gè)不同的物質(zhì)來源方向。

圖5 準(zhǔn)東地區(qū)頭屯河組重礦物聚類分析(據(jù)新疆油田研究院)Fig.5 Toutunhe heavy minerals cluster analysis in the eastern Junggar Basin

5 對(duì)博格達(dá)山隆升的響應(yīng)

在詳細(xì)對(duì)比分析研究區(qū)關(guān)于博格達(dá)山隆升資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人獲得的構(gòu)造熱年代學(xué)資料和古水流研究[11-12,23]，本文進(jìn)一步探討準(zhǔn)噶爾盆地東南緣中生代盆地演化與構(gòu)造隆升時(shí)間之間的耦合關(guān)系。

關(guān)寶文[19]報(bào)道了在博格達(dá)山北緣采集的樣品的U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)，其中，下侏羅統(tǒng)八道灣組樣品U-Pb年齡主要集中在250～270 Ma、280～350 Ma、360～440 Ma之間，中上侏羅統(tǒng)頭屯河組和齊古組以及白堊紀(jì)樣品U-Pb年齡都集中在160～180 Ma、280～350 Ma之間，汪新偉[11]通過在博格達(dá)山西段不同部位所做的磷灰石裂變徑跡研究發(fā)現(xiàn)，在博格達(dá)山西段北緣一帶的數(shù)據(jù)以155～135 Ma最為集中。此外結(jié)合前人關(guān)于古水流的研究成果，博格達(dá)山北緣在西山窯時(shí)期之后古水流方向由南南西轉(zhuǎn)為北北西。上述事實(shí)充分說明在西山窯時(shí)期之后，博格達(dá)地區(qū)發(fā)生了一次強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升。

在早侏羅世到中侏羅世晚期，博格達(dá)地區(qū)主要物源來自于克拉美麗山，成分以凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖為主，表現(xiàn)出礦物成熟度較高，搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)等特征。在中侏羅世晚期之后，不穩(wěn)定礦物少量出現(xiàn)，以160～180 Ma年齡為代表的碎屑物質(zhì)出現(xiàn)，結(jié)合前人在博格達(dá)地區(qū)達(dá)到年代學(xué)和古水流研究，顯示了以博格達(dá)山為物源的特征，成分以中基性巖、閃長(zhǎng)巖為主，礦物成熟度相對(duì)早侏羅世時(shí)期低，搬運(yùn)距離近等特征。證明此時(shí)博格達(dá)山已經(jīng)隆升。早白堊時(shí)期，重礦物穩(wěn)定指數(shù)急劇下降，重礦物碎屑成分與晚侏羅時(shí)期相似，顯示了該時(shí)期博格達(dá)山存在一次快速隆升剝蝕。

6 結(jié)論

(1) 重礦物指數(shù)中ATi指數(shù)較高，反映了物源區(qū)以火山巖物質(zhì)為主，早中侏羅世ZTR指數(shù)較為穩(wěn)定，指示該階段物源區(qū)穩(wěn)定，沒有發(fā)生大的構(gòu)造事件，從中侏羅晚期到白堊紀(jì)時(shí)期，ZTR指數(shù)依次減低，不穩(wěn)定成分相對(duì)增加，重礦物ZTR指數(shù)隨著地層由老到新逐漸減小。

(2) 早中侏羅世，博格達(dá)構(gòu)造區(qū)北緣以穩(wěn)定重礦物組合為主，ZTR指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，不同層段重礦物組分差異較小，表明早中侏羅世源區(qū)相對(duì)穩(wěn)定，沉積物經(jīng)歷了較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)，母巖類型以火山巖為主，變質(zhì)巖含量相對(duì)很低。中晚侏羅世—白堊紀(jì)時(shí)期，不穩(wěn)定成分逐漸增加，母巖以基性侵入巖為主。

(3) 中侏羅世，博格達(dá)山褶皺帶逐漸形成，在中侏羅晚期博格達(dá)山已經(jīng)出露水面之上遭受剝蝕，沉積區(qū)砂巖樣品重礦物中以磁鐵礦大量出現(xiàn)為特征，表明有新的物源區(qū)出現(xiàn)，筆者認(rèn)為這與博格達(dá)山在此時(shí)隆升有關(guān)，博格達(dá)山在西山窯晚期隆升，在頭屯河時(shí)期作為盆地新的物源區(qū)。

致謝 非常感謝兩位評(píng)審專家，你們提出的寶貴意見和建議顯著提高了論文的質(zhì)量，另外非常感謝蘭州油氣中心的陶輝飛副研究員和吉鴻杰博士給予的幫助。

References)

1 Shu Liangshu, Wang Bo, Yang Fan, et al. Polyphase tectonic events and Cenozoic basin-range coupling in the Tianshan belt, northwestern China[J]. Acta Geologica Sinica (English Edition), 2003, 77(4): 457-467.

2 Charvet J, Shu Liangshu, Laurent-Charvet S, et al. Palaeozoic tectonic evolution of the Tianshan belt, NW China[J]. Science China Earth Sciences, 2011, 54(2): 166-184.

3 Hendrix M S. Evolution of Mesozoic sandstone compositions, southern Junggar, northern Tarim, and western Turpan basins, northwest China: a detrital record of the ancestral Tian Shan[J]. Journal of Sedimentary Research, 2000, 70(3): 520-532.

4 宋春輝，孫淑榮，方小敏，等. 酒西盆地晚新生代沉積物重礦物分析與高原北部隆升[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2002，20(4)：552-559. [Song Chunhui, Sun Shurong, Fang Xiaomin, et al. Analysis of tectonic uplift and heavy minerals of sediments on Jiuxi Basin in the northern margin of Tibetan Plateau since the Late Cenozoic[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2002, 20(4): 552-559.]

5 李忠，王道軒，林偉，等. 庫(kù)車坳陷中—新生界碎屑組分對(duì)物源類型及其構(gòu)造屬性的指示[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2004，20(3)：655-666. [Li Zhong, Wang Daoxuan, Lin Wei, et al. Mesozoic-Cenozoic clastic composition in Kuqa depression, northwest China: implication for provenance types and tectonic attributes[J]. Acta Petrologica Sinica, 2004, 20(3): 655-666.]

6 Li Zhong, Peng Shoutao. Detrital zircon geochronology and its provenance implications: responses to Jurassic through Neogene basin-range interactions along northern margin of the Tarim Basin, Northwest China[J]. Basin Research, 2010, 22(1): 126-138.

7 張傳恒，劉典波，張傳林，等. 新疆博格達(dá)山初始隆升時(shí)間的地層學(xué)標(biāo)定[J]. 地學(xué)前緣，2005，12(1)：294-302. [Zhang Chuanheng, Liu Dianbo, Zhang Chuanlin, et al. Stratigraphic constraints on the initial uplift age of Bogda Shan, Xinjiang, north-west China[J]. Earth Science Frontiers, 2005, 12(1): 294-302.]

8 柳永清，王宗秀，金小赤，等. 天山東段晚中生代—新生代隆升沉積響應(yīng)、年代學(xué)與演化研究[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，78(3)：319-331. [Liu Yongqing, Wang Zongxiu, Jin Xiaochi, et al. Evolution, chronology and depositional effect of uplifting in the eastern sector of the Tianshan mountains[J]. Acta Geologica Sinica, 2004, 78(3): 319-331.]

9 沈傳波，梅廉夫，劉麟，等. 新疆博格達(dá)山裂變徑跡年齡特征及其構(gòu)造意義[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2005，27(2)：273-277. [Shen Chuanbo, Mei Lianfu, Liu Lin, et al. Characteristics of fission track age of Bogedashan in Xinjiang and its structural significance[J]. Journal of Oil and Gas Technology (J. JPI), 2005, 27(2): 273-277.]

10 朱文斌，舒良樹，萬景林，等. 新疆博格達(dá)—哈爾里克山白堊紀(jì)以來剝露歷史的裂變徑跡證據(jù)[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80(1)：16-22. [Zhu Wenbin, Shu Liangshu, Wan Jinglin, et al. Fission-track evidence for the exhumation history of Bogda-Harlik Mountains, Xinjiang since the Cretaceous[J]. Acta Geologica Sinica, 2006, 80(1): 16-22.]

11 汪新偉，汪新文，馬永生. 新疆博格達(dá)山晚中生代以來的差異剝露史[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81(11)：1507-1517. [Wang Xinwei, Wang Xinwen, Ma Yongsheng. Differential exhumation history of Bogda Mountain, Xinjiang, northwestern China since the Late Mesozoic[J]. Acta Geologica Sinica, 2007, 81(11): 1507-1517.]

12 李瑋，胡健民，黎敦朋，等. 新疆博格達(dá)山北緣晚古生代—中生代古水流樣式轉(zhuǎn)折及其構(gòu)造意義[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2007，25(2)：283-292. [Li Wei, Hu Jianmin, Li Dunpeng, et al. Analysis of the Late Paleozoic and Mesozoic Paleocurrents and its constructional significance of the northern Bogdashan, Xinjiang[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2007, 25(2): 283-292.]

13 孫國(guó)智，柳益群. 新疆博格達(dá)山隆升時(shí)間初步分析[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2009，27(3)：487-493. [Sun Guozhi, Liu Yiqun. The preliminary analysis of the uplift time of Bogda Mountain, Xinjiang, Northwest China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2009, 27(3): 487-493.]

14 章惠，曠紅偉，柳永清，等. 北疆東部三塘湖與吐哈地區(qū)中侏羅統(tǒng)西山窯組沉積差異性及對(duì)博格達(dá)山隆升時(shí)間的約束[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2013，32(2/3)：443-455. [Zhang Hui, Kuang Hongwei, Liu Yongqing, et al. The sedimentary differences of the Middle Jurassic Xishanyao Formation between Santanghu area and Turpan-Hami area and their constraint on the uplifting of the Bogda Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2013, 32(2/3): 443-455.]

15 張妍，李振生，聶峰，等. 新疆博格達(dá)山晚古生代地層的形成時(shí)代、物源及其演化：碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)證據(jù)[J]. 地質(zhì)科學(xué)，2015，50(1)：155-181. [Zhang Yan, Li Zhensheng, Nie Feng, et al. Age, provenance and tectonic evolution of Late Paleozoic strata in Bogda Mountain, Xinjiang: evidence from detrital zircon U-Pb geochronology[J]. Chinese Journal of Geology, 2015, 50(1): 155-181.]

16 陳科，王鎮(zhèn)遠(yuǎn)，劉飛，等. 博格達(dá)山北緣前陸褶皺沖斷帶構(gòu)造特征及其動(dòng)力學(xué)意義[J]. 地質(zhì)科學(xué)，2012，47(4)：1041-1051. [Chen Ke, Wang Zhenyuan, Liu Fei, et al. The structural characteristics along the northern piedmont of Bogedashan and its dynamic significances[J]. Chinese Journal of Geology, 2012, 47(4): 1041-1051.]

17 李雙建，石永紅，王清晨，等. 白堊紀(jì)以來庫(kù)車坳陷碎屑重礦物組成變化[J]. 地質(zhì)科學(xué)，2007，42(4)：709-721. [Li Shuangjian, Shi Yonghong, Wang Qingchen, et al. Changes of detrital heavy minerals composition in the Kuqa depression from Cretaceous[J]. Chinese Journal of Geology, 2007, 42(4): 709-721.]

18 Morton A C, Hallsworth C R. Processes controlling the composition of heavy mineral assemblages in sandstones[J]. Sedimentary Geology, 1999, 124(1/2/3/4): 3-29.

19 關(guān)寶文. 阜康凹陷東斜坡及北三臺(tái)地區(qū)構(gòu)造演化研究[D]. 北京：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2015：43-65. [Guan Baowen. Research of structural evolution of the eastern splope of Fukang Sag and Beisantai region[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2015: 43-65.]

20 吳世敏，陳漢宗. 沉積物物源分析的現(xiàn)狀[J]. 海洋科學(xué)，1999(2)：35-37. [Wu Shimin, Chen Hanzong. The status and developments in sedimentary provenance analysis[J]. Marine Sciences, 1999(2): 35-37.]

21 趙紅格，劉池洋. 物源分析方法及研究進(jìn)展[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2003，21(3)：409-415. [Zhao Hongge, Liu Chiyang. Approaches and prospects of provenance analysis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2003, 21(3): 409-415.]

22 姜在興. 沉積體系及層序地層學(xué)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(5)：535-541. [Jiang Zaixing. Studies of depositional systems and sequence stratigraphy: the present and the future[J]. Oil & Gas Geology, 2010, 31(5): 535-541.]

23 黨勝國(guó). 準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前帶構(gòu)造—沉積演化與油氣聚集關(guān)系[D]. 西安：西北大學(xué)，2007. [Dang Shengguo. The relationship between evolution of tectonic-sedimentation and hydrocarbon accumulation in southern Junggar foreland thrust belt[D]. Xi’an: Northwest University, 2007.]

Heavy Mineral Evolution Characteristics of Jurassic Deposits in the Southeastern Margin of the Junggar Basin and its Response to Bogda Mountains Uplift

ZHENG YouWei1,2,3WANG YaDong1GUO JianMing1LIU XingWang1ZHAO GuangLiang4SU Long1ZHENG JianJing1

(1. Key Laboratory of Petroleum Resources, Gansu Province/ Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, Inner Mongolia 014010, China; 4. Research Institution of Petroleum Exploration and Development, Tarim Oilfield, Korla, Xinjiang 841000, China)

Junggar basin is one of the largest petroliferous basins in China, although a series of oil and gas fields had been found in the south of the basin, the oil-gas exploration in the fore mountain belt of Bogda Mountain did not make great breakthroughs. The reason may be associated with the few awareness of the evolution of the Bogda Mountain to control, restrain the evolution of the late peripheral sags and the hydrocarbon generation and the basin formation. The conservative fragmentary materials in sedimentary basins had recorded the lithosphere features of the orogenic belts at the margin of the South China block and kinetics characterization of basins during the sedimentary evolution. At the same time, as sedimentary heavy minerals were very stable and they had been participating in this long and complicated geological processes, which could provide the important information to the source rocks. Thus, in this text, based on the mineral petrology characteristics of heavy minerals, such as roundings, content changes, combination features and the different heavy mineral indexes, to study the uplift processes of Bogda Mountain in the period of Jurassic, which could provide strong evidence that Bogda Mountain uplifted in Toutunhe Formation of Middle Jurassic. Moreover, according to the features of heavy minerals, the tectonic evolution stages of Bogda Mountain during Jurassic period were divided into two parts: 1) from early Jurassic to the late period of middle Jurassic, the tectonic evolution was relatively stable, and 2) from the late period of middle Jurassic to late Jurassic, tectonic uplifting was strong. In addition, combined with the previous research results such as tectono-thermochronology, U-Pb age and paleocurrent, we considered that the provenances of Bogda area were from Kalameili Montain during early Jurassic to the late period of middle Jurassic and Bogda Mountain during the late period of middle Jurassic to late Jurassic. And that, in the later period, the Bogda Mountain had been uplifted.

Junggar Basin; southeastern margin; Jurassic; heavy minerals analysis; Bogda Mountains; uplift

1000-0550(2016)06-1147-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.06.012

2015-10-12； 收修改稿日期： 2016-04-18

中國(guó)科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃(KZCX2-XB3-12)；中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(Y404RC1)；甘肅省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)(1309RTSA041)[Foundation: Action Plan for the Western Academy of Sciences, No. KZCX2-XB3-12; The Key Project of West Light, No. Y404RC1; Fund of Gansu Provincial Key Laboratory, No. 1309RTSA041]

鄭有偉 男 1988年出生 博士研究生 含油氣盆地構(gòu)造 E-mail：ywzheng1988@163.com

鄭建京 男 研究員 E-mail：jjzheng@lzb.ac.cn

P534.52 P597.3

A