新疆庫魯克塔格南華系砂巖碎屑組成對其物源及盆地演化的指示

魏震，郭瑞清，孫敏佳，呂彪，金建斌，王海培，王明陽

1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊 830047 2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011

新疆庫魯克塔格南華系砂巖碎屑組成對其物源及盆地演化的指示

魏震1，郭瑞清1，孫敏佳2，呂彪1，金建斌1，王海培1，王明陽1

1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊 830047 2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011

庫魯克塔格南華系記錄了塔里木北緣同期的火山—沉積事件和蝕源區(qū)物質(zhì)組成及演化的信息。該區(qū)不同剖面內(nèi)南華系各組砂巖碎屑組分的統(tǒng)計分析顯示，貝義西組砂巖在不同剖面內(nèi)組成差異顯著：西山口剖面以巖屑砂巖為主，且?guī)r屑為火山巖巖屑與沉積巖巖屑，物源為再旋回地層，而依格孜塔格剖面以長石砂巖和巖屑長石砂巖為主，巖屑主要為變質(zhì)巖巖屑，物源為下伏古元古代高級變質(zhì)巖。砂巖碎屑組成在剖面上垂向的變化表明貝義西組沉積期與照壁山組沉積期間(725 Ma±)存在一個沉積轉(zhuǎn)型事件，導(dǎo)致貝義西組之上的照壁山組、阿勒通溝組及特瑞艾肯組砂巖組成在不同區(qū)域趨于一致，轉(zhuǎn)變?yōu)榇砘茁∑稹^渡大陸區(qū)物源的典型“長石砂巖”。南華系砂巖碎屑組成與大陸裂谷盆地沉積砂巖相似，且物源區(qū)存在由前裂谷地層—過渡裂谷肩部—切割裂谷肩部—克拉通內(nèi)部的連續(xù)演化過程，是庫滿凹陷早期裂解的巖相學(xué)記錄。

庫魯克塔格；南華系；砂巖碎屑組成；沉積轉(zhuǎn)型；物源分析；裂谷盆地；盆地演化

物源分析的目標(biāo)就是對造山帶、巖漿弧以及裂谷肩部等古老山脈系統(tǒng)已經(jīng)被嚴(yán)重剝蝕而消失的部分進(jìn)行重建[1-4]。在諸多物源分析方法中，砂巖碎屑(石英、長石、巖屑)組成模式分析的方法，已經(jīng)被成功的應(yīng)用于區(qū)分物源區(qū)地體成分和構(gòu)造背景的研究中[1-2]。按照將今論古的思想，人們根據(jù)已知源巖的現(xiàn)代砂的組成建立了砂巖組成模式，并利用這一模式限制對古代砂巖物源的解釋[5-12]，使砂巖組成和板塊構(gòu)造背景聯(lián)系起來[1-3,13]。據(jù)統(tǒng)計巖漿弧物源以長石巖屑砂(砂巖)為典型特征，在中性組成的弧物源區(qū)，以斜長石和火山碎屑為主要碎屑物質(zhì)[1-2,13]，Marsagliaetal.[13]、Ingersoll[4]指出，現(xiàn)代和古代的來自弧物源的砂基本都分布在Dickinsonetal.[14]所定義的弧物源區(qū)；弧陸碰撞縫合帶主要產(chǎn)石英巖屑砂(砂巖)，主要由不同成分的單晶石英、多晶石英、變質(zhì)沉積巖和沉積巖巖屑組成[1-3,11]；前陸盆地具有一個明顯的巖屑含量增多的演化趨勢特征，反映逆沖褶皺帶再旋回沉積巖物源貢獻(xiàn)程度的增加[15]。因此砂巖碎屑組成可以客觀的揭示物源區(qū)性質(zhì)、構(gòu)造環(huán)境及沉積盆地的構(gòu)造屬性和演化歷史。

庫魯克塔格南華—震旦系發(fā)育完整，存在全球唯一的4套新元古代冰期沉積和多期火山巖共存的完整剖面，一直吸引著國際地學(xué)界的關(guān)注[16-17]。這套不整合于前南華基底之上的地層，記錄了塔里木北緣同期的火山—沉積事件和蝕源區(qū)物質(zhì)組成及演化的信息。然而，關(guān)于這套地層所處的構(gòu)造背景目前仍存在兩種截然不同的觀點：1)大陸裂谷[18-25]；2)島弧相關(guān)盆地，弧后裂谷模式[26-27]及弧間裂谷模式[28]等。同時前人研究表明，這套地層以雜砂巖和長石砂巖類為主[29]，屬于對構(gòu)造背景判別敏感的碎屑巖類[30]，且?guī)r石源區(qū)并未遭受嚴(yán)重的風(fēng)化作用[28,31]。因此本文的主要目的即通過不同剖面南華系砂巖碎屑組分的統(tǒng)計分析，揭示其物源區(qū)組成及演化的信息。這將有助于塔里木北緣新元古代構(gòu)造古地理環(huán)境的重建。同時對盆地充填組分的分析，也能從沉積—構(gòu)造演化的角度對南華系盆地的構(gòu)造背景和盆地演化進(jìn)行制約。

1 地質(zhì)背景及南華系地層特征

庫魯克塔格斷隆位于塔里木盆地東北緣(圖1a)，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1b)。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)[32-33]。

區(qū)內(nèi)最古老的巖石被稱為托格雜巖，時代可能屬于新太古代晚期[34-35]，主要有三種巖石組合：表殼巖系，灰色片麻巖系，侵入灰色片麻巖系中的花崗片麻巖。古元古代中晚期主要發(fā)育中酸性巖漿巖和興地塔格群，其中興地塔格群由一套中高級變質(zhì)巖組成，主要包括石英巖、淺粒巖、變粒巖及黑云斜長片巖(片麻巖)，角閃斜長片麻巖、石榴云母片巖(片麻巖)以及少量含石墨的大理巖[29,36]，不整合覆蓋在托格雜巖之上，其上又被中元古界地層不整合覆蓋；這一時期巖漿巖主要包括片麻狀花崗巖、變閃長巖、藍(lán)石英花崗巖、花崗閃長巖、二長花崗巖等[37]。中元古代極少有巖漿活動的報道，這一時期主要出露長城系波瓦姆群和楊吉布拉克群、薊縣系愛爾基干群，巖性包括片巖、大理巖等中—低級副變質(zhì)巖和變質(zhì)礫巖、砂巖、泥巖等。新元古代早期地層為青白口系帕爾崗塔格群，主要由塞納爾塔格組細(xì)碎屑巖和北塞納爾塔格組灰?guī)r、白云巖、少量鈣質(zhì)板巖等組成，巖石具低綠片巖相變質(zhì)。近來，呂彪等[38]在西山口一帶北塞納爾塔格組中發(fā)現(xiàn)了較厚的流紋巖，鋯石U-Pb定年為841 Ma，說明北塞納爾塔格組可能是底部為碳酸鹽頂部為火山巖的沉積組合，但多數(shù)地區(qū)頂部火山巖被剝蝕。另外，新元古代巖漿巖廣泛分布于庫魯克塔格地塊，Zhangetal.[33]對這一時期的巖漿巖做過總結(jié)，將其歸納為：超鎂鐵—鎂鐵—碳酸巖雜巖、角礫狀云母橄欖巖脈、超鎂鐵—鎂鐵—花崗巖雙峰式侵入雜巖、巨量的基性巖墻群和大規(guī)模的花崗巖等，主要發(fā)育于820～800 Ma、780～760 Ma、740～735 Ma、650～630 Ma。上述地質(zhì)體除800～630 Ma的新元古代晚期巖漿巖外，其余皆作為前南華地質(zhì)體被貝義西組不整合覆蓋[26,29,32]，因此這些地質(zhì)體都是南華紀(jì)砂巖的潛在物源。

庫魯克塔格地區(qū)南華—震旦系庫魯克塔格群總厚可達(dá)6 km，主要由四期冰川沉積、數(shù)層火山巖和砂巖、泥巖及灰?guī)r等組成，與下伏巖層呈角度不整合接觸[39]，自下而上分為南華系貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組、特瑞艾肯組及震旦系扎摩克提組、育肯溝組、水泉組和漢格爾喬克組。本文研究區(qū)位于庫魯克塔格西段(圖1b，c)，主要出露南華系貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組、特瑞艾肯組，這套地層出露完整，下部角度不整合于青白口系帕爾崗塔格群、興地塔格群及同期花崗巖之上，各組間整合接觸(圖2)。貝義西組為第一冰期沉積，其厚度不均，在400～1 061 m之間，底部一層厚約7 m的底礫巖以角度不整合的形式覆蓋于下伏地質(zhì)體之上，向上為礫巖—含礫粗砂巖組成的韻律性沉積，可能是河流相沉積產(chǎn)物[39]，再向上由一套細(xì)礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖組成，屬海岸碎屑巖相沉積[39-40]，冰川沉積和火山巖夾于上述各相沉積間；照壁山組為第一間冰期，厚約1 048 m，也主要由含礫砂巖—砂巖—粉砂巖組成，粒度由粗逐漸變細(xì)，連續(xù)反復(fù)形成韻律層理(圖3a)，高振家等[39]將其歸為陸緣較深部碎屑巖相，本文在剖面測制過程中還發(fā)現(xiàn)該組發(fā)育大量粗尾正粒序?qū)永?圖3b)，底部含礫砂巖中礫石皆直立狀，多以漂浮狀態(tài)產(chǎn)出(圖3c)，部分塊狀砂巖厚度可達(dá)3.5 m，巖層略彎曲(圖3b)，局部可見同生塑性變形構(gòu)造(圖3d)，這些特征顯示其應(yīng)當(dāng)是重力流沉積的產(chǎn)物[41]，部分重力流旋回頂部發(fā)育板狀交錯層理(圖3c)，代表了重力流后期的牽引流沉積；阿勒通溝組屬第二冰期沉積，厚約840 m，底部為冰筏—海洋相的含冰磧礫巖，中上部主要由粒度較細(xì)的砂巖—粉砂巖組成，頂部可見具枕狀構(gòu)造的玄武巖；特瑞艾肯組為第三冰期沉積，厚約530 m，主要發(fā)育厚層塊狀冰磧礫巖，為陸相冰川堆積[39-40]。近年來，Xuetal.[20-21]、高林志等[17]、Zhangetal.[42]、Heetal.[43]在庫魯克塔格群時代限定上起到了十分重要的作用，通過他們的工作可知貝義西組沉積時限在743～725 Ma，照壁山組到阿勒通溝組的沉積時限在725～654 Ma，特瑞艾肯組的沉積時限小于654 Ma。

圖2 研究區(qū)南華系綜合柱狀圖、樣品分布及古水流玫瑰花圖Fig.2 Columnar sections and the sample distribution layers of Nanhuan system of the study area as well as rose diagram of paleocurrent

圖3 照壁山組重力流沉積構(gòu)造照片a.照壁山組具粒序?qū)永淼纳皫r和粉砂巖構(gòu)成韻律層理；b.雜基支撐的礫巖層，因同沉積變形作用而彎曲；c.直立狀礫石及板狀交錯層理；d.同生塑性變形構(gòu)造Fig.3 The photos of sedimentary structures of turbidite from Zhaobishan Formation

2 樣品與方法

研究區(qū)南華系主要分布于依格孜塔格山和西山口一帶，二者為辛格爾斷裂所分割。為了更好的控制南華系碎屑組成在時空上的變化，本研究于西山口以東6 km處測PM04、PM22、PM26剖面，于庫爾勒以東依格孜塔格山北側(cè)測PM01剖面(圖1c)。沿剖面系統(tǒng)的采集了薄片樣品，在原始層理保留較好地區(qū)測量了古水流數(shù)據(jù)，并于后期分別完成了碎屑組分統(tǒng)計及古水流恢復(fù)工作。為了方便探討砂巖組成在空間上的變化分別將兩側(cè)剖面命名為依格孜塔格剖面(PM01)和西山口剖面(PM04、PM22、PM26)。

共統(tǒng)計碎屑組分樣品56件，具體采樣層位見圖2。研究中采用多碎屑分析法中的Dickinson圖解法，因為它是研究最細(xì)、研究時間最長、最全面、引用最多的一種物源區(qū)分析方法[44-45]。本文碎屑組分鏡下統(tǒng)計采用Gazzi-Dickinson法，記點原則基于Dickinsonetal.[1]，Dickinson[2]，Ingersolletal.[46]和李忠等[47]的原則。為了客觀反映砂巖的組成特征，單個樣品統(tǒng)計點總數(shù)大于400個，統(tǒng)計過程中，巖屑類型、基質(zhì)類型和其他組分的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)參考Dickinson[30]，Ingersolletal.[1]。此外，純凈的硅質(zhì)巖當(dāng)做多晶石英統(tǒng)計，含有陸緣碎屑的硅質(zhì)巖當(dāng)做沉積巖巖屑統(tǒng)計，具優(yōu)勢面理構(gòu)造的淺粒巖、變粒巖、片麻巖等巖屑作為變質(zhì)巖巖屑統(tǒng)計，而僅具定向特征發(fā)育葉理構(gòu)造的火山巖巖屑和沉積巖巖屑，若能識別出原巖類型并不作為變質(zhì)巖巖屑統(tǒng)計。

3 碎屑組分統(tǒng)計結(jié)果與古水流

3.1 砂巖碎屑組分特征

表1，表2列出了南華系砂巖各碎屑組分統(tǒng)計的結(jié)果，并按照Folk[48]提出的分類方案進(jìn)行了分類(圖4)。結(jié)果顯示兩地貝義西組砂巖組成差別較大，西山口剖面貝義西組砂巖主要為巖屑砂巖，并有一個樣品落入長石巖屑砂巖區(qū)，而依格孜塔格剖面貝義西組則主要為長石砂巖和少量巖屑長石砂巖(圖4)。西山口地區(qū)砂巖中含量最高的碎屑為巖屑，主要由火山巖巖屑(圖5a，b)和沉積巖巖屑(圖5c)組成，平均含量68.5%(L/QFL，QFL指所有骨架顆粒，下同)，長石和石英含量都很低(圖5a)；依格孜塔格地區(qū)砂巖主要碎屑為石英(圖6a)，與西山口剖面相比其巖屑含量極低，平均含量僅5%，且?guī)r屑類型也有較大差異，主要為淺變粒巖、片麻巖等變質(zhì)巖巖屑。

照壁山組在西山口剖面和依格孜塔格剖面上并未表現(xiàn)出較大的差別。西山口一帶照壁山組按砂巖組成特征可分為上下兩個部分，下部主要為巖屑長石砂巖，上部主要為長石砂巖(圖4)，相比該區(qū)貝義西組，其長石含量增加，可見微斜長石(圖5d)，巖屑含量減少，巖屑類型與下伏貝義西組基本一致。依格孜塔格剖面照壁山組為巖屑長石砂巖和次長石砂巖(圖4)，僅相當(dāng)于西山口剖面照壁山組的下部(圖2)，這一地區(qū)照壁山組以硅質(zhì)巖、沉積巖和火山巖巖屑的出現(xiàn)為特征區(qū)別于下伏貝義西組。該組碎屑顆粒整體磨圓較好，呈次棱角—次圓狀，部分圓狀，反映巖石結(jié)構(gòu)成熟度較高。

表1 西山口剖面南華系砂巖碎屑組分統(tǒng)計結(jié)果

注：Qt.石英顆粒總數(shù)(Qm+Qp)；Qm.單晶石英；Qp.多晶石英質(zhì)碎屑(包括燧石)；F.單晶長石總數(shù)(P+K)；P.斜長石；K.鉀長石；Lt.多晶質(zhì)巖屑(L+Qp)；L.不穩(wěn)定巖屑(Lv+Ls)；Lv：火山巖巖屑；Ls：沉積巖巖屑。

表2 依格孜塔格剖面南華系砂巖碎屑組分統(tǒng)計結(jié)果

注：Lm.變質(zhì)巖巖屑，統(tǒng)計中只包括淺粒巖、變粒巖、片麻巖、片巖等區(qū)域變質(zhì)巖巖屑。

圖4 南華紀(jì)砂巖分類(底圖據(jù)文獻(xiàn)[48])Fig.4 The classification diagrams of the sandstones from the Nanhuan System (after reference[48])

圖5 西山口剖面南華系各組砂巖巖性特征(正交偏光)a.西山口剖面貝義西組含大量火山巖巖屑的砂巖；b.長英質(zhì)火山巖巖屑(貝義西組)；c.硅質(zhì)巖巖屑(照壁山組)；d.微斜長石(照壁山組)；Qm.單晶石英；Qp.多晶石英質(zhì)碎屑；K.鉀長石；Lvf.長英質(zhì)火山巖巖屑；Lvmi.微晶火山巖巖屑；ch.硅質(zhì)巖巖屑。Fig.5 Lithology characteristics of the sandstones from the Nanhua System at Xishankou section (Orthogonal polarized light)

圖6 依格孜塔格剖面南華系各組砂巖巖性特征(正交偏光)a.依格孜塔格剖面貝義西組砂巖；b.富含金紅石包裹體的單晶石英(貝義西組)；c.石英巖巖屑(貝義西組)；d.斜長石內(nèi)發(fā)育鉀長石出溶體(貝義西組)；Lmt.變質(zhì)巖巖屑。Fig.6 Lithology characteristics of sandstones from the Nanhua System at Yigezitage section (Orthogonal polarized light)

阿勒通溝組碎屑巖主要為長石砂巖(圖4)，僅一個樣品落入巖屑長石砂巖區(qū)。該組砂巖長石含量很高，主要由斜長石和鉀長石組成，其中斜長石含量在40%～80%(P/QFL)之間，鉀長石含量僅5%(K/QFL)左右；石英主要為單晶石英，次棱—次圓狀；巖屑不足2%(L/QFL)。

特瑞愛肯組主要發(fā)育含冰磧礫砂巖等冰磧巖和砂巖—粉砂巖等正常碎屑巖，本文碎屑組分統(tǒng)計主要針對含冰磧礫砂巖的基質(zhì)以及正常沉積砂巖。統(tǒng)計結(jié)果表明該組樣品主要為長石砂巖，并有一個樣品為石英砂巖(圖4)。該組砂巖中石英主要為單晶石英，含量60%～70%(Q/QFL)，多晶石英不足1%(Qp/QFL)，多數(shù)石英具波狀、帶狀消光，有的具變形紋，部分石英顆粒具次生加大邊，冰磧礫巖雜基中石英為棱角狀—次棱角狀，少數(shù)為次圓狀，間冰期砂巖中石英為次圓狀—圓狀。該組碎屑巖中長石含量較高，主要由斜長石組成，多為棱角狀—次棱角狀，各別斜長石形態(tài)復(fù)雜，整體反應(yīng)氣候干燥寒冷的特征。

3.2 古水流

在西山口剖面照壁山組重力流成因的含礫砂巖中測量了6組前積紋層產(chǎn)狀，測量結(jié)果分別為：69°∠46°；69°∠40°；65°∠28°；60°∠40°；55°∠25°；83°∠60°，地層產(chǎn)狀為91°∠40°。通過Stereo軟件進(jìn)行原始產(chǎn)狀矯正并繪制玫瑰花圖，指示古水流方向為351.8°(圖2)，說明碎屑物質(zhì)來自庫魯克塔格南部，可能來自古老的塔里木克拉通。

4 討論

4.1 砂巖碎屑組分垂向變化特征指示的沉積轉(zhuǎn)型事件

表1、2和圖7顯示了研究區(qū)南華系砂巖各碎屑組分含量在各剖面垂向上的變化特征。圖7中每個橫線代表了一個統(tǒng)計樣品，其不同碎屑類型在橫線中所占比例即其相對的百分含量，如圖7a反映了西山口剖面所有樣品長石、石英和巖屑的相對含量在垂向的變化關(guān)系。

圖7a～d直觀的顯示出西山口地區(qū)砂巖具如下規(guī)律：1)自南華系貝義西組沉積期至特瑞艾肯組沉積期，砂巖中石英、長石含量顯著增多，巖屑含量急劇減少；2)在貝義西組沉積期和照壁山組沉積期之間，碎屑組成發(fā)生了突變，巖屑含量減少了6倍，石英和長石的含量分別增加了2～3倍。另外貝義西組、照壁山組、阿勒通溝組和特瑞艾肯組砂巖中多晶石英的平均含量分別為8%、2%、0.5%和0.7%(Qp/Qt)，鉀長石的含量分別為2%、20%、10%和16%(K/F)，也說明貝義西組沉積期和照壁山組沉積期之間存在沉積轉(zhuǎn)型事件。

圖7 南華系砂巖碎屑組成變化特征a～d.為西山口剖面砂巖組成垂向變化特征，e～h.依格孜塔格剖面砂巖組成垂向變化特征；圖中每一個橫線代表一個樣品的統(tǒng)計結(jié)果，各碎屑類型在橫線中的長度占比即其相對百分含量。Fig.7 Vertical changes of detrital composition of sandstone from the Nanhua System

同理圖7e～h反映依格孜塔格地區(qū)照壁山組和貝義西組相比其多晶石英明顯增多，變質(zhì)巖巖屑基本消失，這是因為至照壁山組沉積期，巖屑由變質(zhì)巖轉(zhuǎn)變?yōu)楣栀|(zhì)巖、沉積巖的原因?qū)е碌?。橫向?qū)Ρ葍傻仄拭?，貝義西組沉積時期，西山口剖面巖屑以火山巖巖屑為主平均含量約73%(Lv/L)，部分層位高達(dá)100%(Lv/L)，沉積巖巖屑含量波動較大(圖7d)，而依格孜塔格剖面巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主(圖7h)，然而照壁山組及以后的各組中，兩地巖屑均以沉積巖巖屑為主，火山巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑的平均含量極低，這也是沉積轉(zhuǎn)型的有力證據(jù)，說明自照壁山組開始巖石組成南北差異消失，不同區(qū)域上趨于一致。

Xuetal.[21]精確測定貝義西組頂部火山巖年齡為725 Ma，因此我們認(rèn)為下南華統(tǒng)貝義西組和中南華統(tǒng)照壁山組沉積之間，即725 Ma±，庫魯克塔格地區(qū)發(fā)生了一個重大的沉積轉(zhuǎn)型事件，使碎屑組分發(fā)生明顯變化，且越過此界線后不同地區(qū)砂巖組成趨于一致。

4.2 物源分析

西山口地區(qū)貝義西組砂巖中含量最高的碎屑為巖屑，均由火山巖(流紋巖、安山巖及少量的英安巖)和沉積巖(黏土巖、砂質(zhì)黏土巖、粉砂巖、變質(zhì)黏土質(zhì)粉砂巖、變質(zhì)粉砂巖等)組成，二者交替成為砂巖的主要巖屑，說明物源區(qū)曾出露對應(yīng)的巖石組合，這一巖石組合與下伏帕爾崗塔格群巖石組成十分相近。砂巖內(nèi)再旋回火山巖屑的時代能通過相關(guān)碎屑鋯石的年齡分布來制約[49]，西山口地區(qū)貝義西組砂巖中巖屑平均占比約70%(L/QFL)，且其中70%～100%(Lv/L)為火山巖巖屑，結(jié)合該區(qū)貝義西組碎屑鋯石829 Ma的峰值(該峰值占比為50.53%)信息[43]，可以推知其源巖時代為829 Ma±，和前裂谷地層帕爾崗塔格群中酸性火山巖基本對應(yīng)[38]，因此其物源為下伏帕爾崗塔格群的推論成立。依格孜塔格地區(qū)貝義西組砂巖主要碎屑為石英，單晶石英平均含量為60%，內(nèi)含豐富的金紅石等礦物包裹體(圖6b)，說明母巖可能為高級變質(zhì)巖，多晶石英平均含量2%，主要為純凈的石英巖(圖6c)，長石中可見鉀長石出溶體(圖6d)及大量礦物包裹體，也說明其物源為高級變質(zhì)巖，巖屑主要為變質(zhì)巖巖屑，包括淺變粒巖、片麻巖等，與下伏興地塔格巖群巖石組成一致。

經(jīng)725 Ma沉積轉(zhuǎn)型事件后，照壁山組及以后各組砂巖巖石組成近于一致，皆以石英和長石為主要骨架顆粒，巖屑含量明顯降低。其極高的Qm/Q比值可能指示長距離的搬運(yùn)或其物源主體為巖體或老的再旋回沉積巖[50]，但是大量的長石不支持長距離的搬運(yùn)和再旋回沉積巖物源。石英的波狀消光和較多的氣、液包裹體也是對巖體物源的指示，說明下伏地層已不是主要剝蝕區(qū)，主要物源轉(zhuǎn)為巖漿巖區(qū)。

由以上分析可知，南華系主要物源為下伏帕爾崗塔格群碎屑巖和火山巖、興地塔格群變質(zhì)巖以及古元古代和青白口紀(jì)的多期巖漿巖。貝義西組源巖具有地域差異性，以下伏地質(zhì)體的近源堆積為主，碎屑物質(zhì)流通不足，該組之上經(jīng)歷沉積轉(zhuǎn)型事件后物源趨于統(tǒng)一，以巖漿巖等基底物質(zhì)的剝蝕為主。

4.3 物源區(qū)構(gòu)造背景演化

三角圖解能直觀的揭示砂巖組成在時空上的顯著變化[51]。為了減少砂巖骨架顆粒數(shù)據(jù)的統(tǒng)計誤差，量化差異并以評估各組砂巖組成模式在時空上的演化，圖中將各組的所有數(shù)據(jù)和平均值及一次標(biāo)準(zhǔn)差全部標(biāo)識在內(nèi)(圖8，9)。

南華系各組Q-F-L圖解(圖8)的綜合對比顯示了其明顯且規(guī)律的物源變化。貝義西組沉積時期西山口地區(qū)物源來自火山弧物源區(qū)，雖然整體表現(xiàn)出了未切割島弧—過渡弧的性質(zhì)，但沿自下而上層序來看并非如此，而是毫無規(guī)律的分布(圖8A中虛線)，依格孜塔格地區(qū)物源區(qū)主體為過渡大陸區(qū)屬性；照壁山組時期來自火山弧的物源基本消失，兩地物源區(qū)構(gòu)造背景皆向克拉通轉(zhuǎn)變(圖8中線a-b)，同時又有再旋回造山帶物源的加入，指示由貝義西組—照壁山組物源區(qū)變得更加復(fù)雜，這也是對上述沉積轉(zhuǎn)型事件的反映，其中照壁山組下部整體以再旋回造山帶為主要物源，上部以大陸板塊為主要物源(圖8B中虛線)；阿勒通溝組沉積時期，再旋回造山帶物源消失，物源轉(zhuǎn)為成熟度或穩(wěn)定性較差的克拉通地塊(圖8中線c-d)，主要物源類型有基底隆起和過渡大陸區(qū)兩類；到特瑞艾肯組沉積階段物源區(qū)由成熟度或穩(wěn)定性較差的克拉通地塊轉(zhuǎn)移至穩(wěn)定性和成熟度較好的克拉通地塊(圖8中e-f)，并有一個樣品落入了克拉通內(nèi)部區(qū)域。值得注意的是南華系砂巖除西山口地區(qū)貝義西組外其余砂巖組成和典型裂谷盆地(紅?！獊喍?[10]砂巖的組成十分一致(圖8)。

Qm-F-Lt圖解將Q-F-L圖解所能反映的物源區(qū)信息進(jìn)行了保留和加強(qiáng)，尤其是對大陸板塊物源的確定和對再旋回造山帶物源的強(qiáng)調(diào)[1]。在這個圖解上(圖9)，西山口地區(qū)貝義西組物源區(qū)顯示出了火山弧和再旋回造山帶的特征，且再旋回造山帶屬巖屑再旋回造山帶，而依格孜塔格地區(qū)幾乎全部屬于過渡大陸區(qū)物源；照壁山組主要為基底隆起和過渡大陸區(qū)，少量為石英再旋回物源，另外還有些混合物源；阿勒通溝組和特瑞艾肯組幾乎所有樣品都落入了大陸板塊物源區(qū)，分布范圍主要包括基底隆起和過渡大陸區(qū)，這說明照壁山組之后物源區(qū)變的簡單，之前的造山帶物源已剝蝕殆盡。

綜合以上分析，西山口地區(qū)南華系物源區(qū)的構(gòu)造背景存在火山弧、再旋回造山帶→大陸板塊的演化趨勢，而依格孜塔格地區(qū)物源區(qū)則長期顯示大陸板塊屬性。

4.4 南華紀(jì)盆地構(gòu)造背景及演化

Dickinson[2]指出在Q-F-L及Qm-F-Lt圖解中，物源來自基底隆起，說明盆地可能為裂谷肩部或大陸板塊平移斷層相鄰的線狀地塹盆地或拉張盆地，物源來自穩(wěn)定克拉通，說明盆地構(gòu)造背景為大陸內(nèi)部或被動大陸邊緣，因此物源類型和構(gòu)造背景能有機(jī)的對應(yīng)起來。引言中也已介紹了幾類典型盆地砂巖的巖石組成特征。然而大陸裂谷并沒有被明確的包含在大多數(shù)構(gòu)造—物源類型圖解中(比如Dickinson三角圖解)[2]，這種排除是由以下兩個原因?qū)е碌模?)多數(shù)裂谷盆地的源巖變化大，當(dāng)在一級水域采樣時，不同的源巖導(dǎo)致極其不同的砂巖組成；2)當(dāng)采樣在二級或三級水域時，隆起的基底和上覆地層控制了砂巖成分，使其產(chǎn)生“大陸板塊”的組成，因此大陸裂谷主要產(chǎn)石英長石砂(理想的長石砂巖)，和前陸山間盆地相似[6]。但Garzantietal.[10]和Arribasetal.[12]近年分別對紅?！獊喍澈臀靼嘌赖湫土压扰璧氐纳皫r組成模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并取得了較為理想的成果，可以為其他地區(qū)裂谷盆地研究提供一定的借鑒。他們的研究結(jié)果表明裂谷邊緣砂主要來自構(gòu)造擴(kuò)張高潮之前、之時、之后侵入的火山—深成巖和來自前裂谷的地層以及裂谷板塊隆升過程中逐漸去頂?shù)南路Y(jié)晶基底(即裂谷肩部物源，根據(jù)去頂情況又可以分為未切割的裂谷肩部、過渡裂谷肩部和切割的裂谷肩部)。裂谷作用早期裂谷邊緣沉積物的主要物源為前裂谷地層，主要產(chǎn)出石英巖屑砂巖，且?guī)r屑類型與前裂谷地層一致；第二階段主要發(fā)育石英長石砂巖，物源來自剛剛被切割的裂谷肩部出露的基底巖石中的低—中級變質(zhì)地體，產(chǎn)出的砂和典型長石砂巖相比具有較高的石英含量；裂谷肩部能阻擋裂谷外物源的進(jìn)入，待裂谷肩部被剝蝕后外部物源進(jìn)入，形成克拉通內(nèi)部物源[10,12]。基于上述認(rèn)識，就能將砂巖的碎屑組成和其所處大地構(gòu)造背景聯(lián)系起來，并根據(jù)碎屑組成模式在時空上的變化來探討盆地的演化。

圖8 Q-F-L圖解指示的庫魯克塔格南華系物源區(qū)構(gòu)造背景及演化信息(底圖據(jù)文獻(xiàn)[2])典型裂谷盆地指紅?！獊喍?，據(jù)Garzanti et al.[10]Fig.8 Tectonic setting and evolution of source area of the Nanhua System from Quruqtagh indicated by the Q-F-L diagrams (after reference[2]). Typical rift basin are referred to Red Sea and Gulf of Aden, from Garzanti et al.[10]

圖9 Qm-F-Lt圖解指示的物源區(qū)構(gòu)造背景及演化信息，圖例同圖7(底圖據(jù)文獻(xiàn)[2])Fig.9 Tectonic setting and evolution of source area indicated by the Qm-F-Lt diagrams, the legend as in figure 7 (after reference[2])

庫魯克塔格除西山口地區(qū)貝義西組外其余各組砂巖在Q-F-L及Qm-F-Lt圖解中多數(shù)都分布在大陸板塊區(qū)域內(nèi)(圖8，9)，迥異于島弧相關(guān)盆地的砂巖組成特征[1-2,4,13-14]，各組砂巖的組成在時間上存在顯著的石英、長石含量增加，巖屑含量急劇減少的特征，在三角圖解中反映出從基底隆起到過渡大陸區(qū)再到克拉通內(nèi)部的連續(xù)變化，這些特點也迥異于島弧相關(guān)盆地和前陸盆地[15,52]。由前述巖石分類可知，南華系砂巖主要為長石砂巖，且石英含量略高于“典型長石砂巖”，另有少量巖屑長石砂巖，僅西山口貝義西組發(fā)育巖屑砂巖，這樣的巖石組成與大陸裂谷相同(圖8)[10]，且其巖石組成在時間上的演化也與典型裂谷盆地一致[10,12]。此外，島弧相關(guān)盆地的巖屑以火山碎屑為主，而南華系各組(貝義西組除外)的巖屑以沉積巖屑為主，也和島弧相關(guān)盆地不一致。所以南華系應(yīng)當(dāng)沉積于裂谷盆地，碎屑組分在時間上規(guī)律的變化正是對裂谷盆地不同演化階段的反映。

西山口地區(qū)貝義西組在Q-F-L及Qm-F-Lt圖解中顯示巖漿弧和巖屑再旋回物源區(qū)的特征，有兩種可能的原因：1)其沉積于巖漿弧相鄰的盆地，較多的巖屑是從同期火山弧上產(chǎn)生；2)過多的巖屑來自裂谷前的地層。前文已證明其火山巖巖屑來自下伏地層，否定了第一種可能性。同時Ingersoll[6]及Ingersolletal.[7]指出在一級水域下，砂巖的組成模式反映的僅僅是物源區(qū)的巖石組成信息，二級水域下能用于在給定的構(gòu)造背景中確定物源區(qū)域，三級水域下(大洋盆地和大陸)砂巖的碎屑組成模式才和沉積盆地的構(gòu)造背景及物源區(qū)的構(gòu)造背景有關(guān)。貝義西組沉積于盆地底部，為陸相—海陸過渡相的初始地塹沉積[39-40]，其物源來自地塹底部和地塹邊部，屬于Ingersoll定義的1-2級樣品，其巖石組成反映的僅僅是相鄰物源區(qū)的物質(zhì)組成信息，不反映板塊構(gòu)造背景，因此西山口貝義西組物源區(qū)顯火山弧特征而依格孜塔格地區(qū)物源區(qū)卻屬于過渡大陸區(qū)。

Gawthorpeetal.[53]指出海相裂谷盆地的演化經(jīng)過半地塹盆地的相互連通和作用過程，導(dǎo)致原軸向水系為主的物源供給方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向物源供給，且形成肩部來源的三角洲。這種物源區(qū)的轉(zhuǎn)變必定會導(dǎo)致砂巖組成上的變化，因此貝義西組—照壁山組間的沉積轉(zhuǎn)型事件正是對半地塹盆地互相連通、相互作用的記錄。照壁山組沉積構(gòu)造指示其物源來自南部塔里木克拉通且為重力流搬運(yùn)，早期為巖屑長石砂巖，巖石組成顯示出再旋回造山帶物源的加入，說明物源區(qū)尚處于淺切割狀態(tài)，基底并未完全曝露，應(yīng)當(dāng)屬于過渡裂谷肩部環(huán)境，而后期才轉(zhuǎn)為切割裂谷肩部環(huán)境。阿勒通溝組物源全部來自基底隆起、過渡大陸區(qū)，說明其物源可能為成熟裂谷的肩部，特瑞艾肯組沉積物主要來自過渡大陸區(qū)甚至到克拉通內(nèi)部，說明其構(gòu)造背景相對穩(wěn)定，裂谷肩部已被完全剝蝕，可能已經(jīng)形成了被動大陸邊緣的構(gòu)造背景[2]。

綜合以上物源分析和構(gòu)造背景討論的結(jié)果，總結(jié)如下：自南華系與下伏地質(zhì)體的不整合面為起點，裂谷盆地開始發(fā)育；貝義西組沉積時期為初始大陸裂谷，盆內(nèi)發(fā)育多個半地塹型盆地，物質(zhì)流通差，物源主要來自地塹盆地內(nèi)及斜坡帶的前裂谷地層(帕爾崗塔格群)或先期隆升變質(zhì)基底(興地塔格群)，物源方向為軸向(為主)和橫向兩個方向[54]，物源局限(圖10a)；隨后裂谷盆地進(jìn)入快速沉陷期，海平面不斷上升，海侵范圍不斷擴(kuò)大，多個地塹盆地相互連通，致使貝義西組和照壁山組間存在了一個顯著的沉積轉(zhuǎn)型事件(圖10b)，該事件使物源區(qū)變的更加廣闊和統(tǒng)一；照壁山組沉積時期，由于盆地的沉降和相對海平面的升高，原先的地塹盆地構(gòu)造斜坡已不能提供物源，大量碎屑物質(zhì)自盆地南部的裂谷肩部以濁流的形式搬運(yùn)而來，照壁山組下部沉積時期物源區(qū)尚出露有淺切割的前裂谷地層，屬于過渡裂谷肩部物源區(qū)(圖10b)，照壁山組上部沉積時期南部裂谷肩部已完全去頂，屬于切割裂谷肩部物源區(qū)(圖10c)；阿勒通溝組—特瑞艾肯沉積時期，該裂谷近于成熟階段，形成了初始的被動大陸邊緣，構(gòu)造背景穩(wěn)定，物源以南部來自塔里木克拉通的過渡大陸區(qū)和大陸內(nèi)部物源為主(圖10d)。

圖10 南華系物源區(qū)變化及裂谷盆地演化模式簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[53,55])Fig.10 Schematic model showing the provenance changes of the Nanhua System and the evolution of rift basin

其實對塔北裂谷帶的研究由來已久，尤以賈承造[19,56]、段吉業(yè)等[18]的研究最為詳細(xì)。賈承造[19,56]以興地斷裂和阿爾金山地區(qū)巴什考供斷裂為界于塔里木東北緣劃分出庫魯克塔格—滿加爾坳拉槽(庫—滿坳拉槽)，并將其分為南華—震旦紀(jì)“早期裂谷”、寒武—早奧陶世“拗拉槽沉降”、中奧陶世“拗拉槽充填”及晚奧陶世“拗拉槽消亡”四個演化階段。段吉業(yè)[18]又將該裂陷槽的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，認(rèn)為其可能北延至南天山一帶。研究區(qū)位于庫魯克塔格西段，南華系砂巖完整記錄了南華紀(jì)裂谷盆地自半地塹盆地形成—半地塹盆地連通—裂谷肩部剝蝕—初始被動大陸邊緣形成的完整演化過程，正是對該坳拉槽早期演化的巖相學(xué)反映。

來自南華系砂巖碎屑組成的信息良好的揭示了庫魯克塔格南華紀(jì)裂谷盆地由次穩(wěn)定大陸邊緣向穩(wěn)定大陸邊緣轉(zhuǎn)變的過程，但更為詳細(xì)的裂谷盆地演化的信息還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步從沉積環(huán)境和物源的配套上進(jìn)行，這也是我們?nèi)蘸蠊ぷ鞯闹攸c。

5 結(jié)論

(1) 貝義西組沉積時期南北剖面碎屑巖巖石組成存在顯著差異，西山口地區(qū)砂巖為巖屑砂巖，依格孜塔格地區(qū)砂巖為長石砂巖，之后各組這一差異消失，說明下南華統(tǒng)貝義西組沉積期和中南華統(tǒng)照壁山組沉積期間(725 Ma±)存在一個沉積轉(zhuǎn)型事件，促使巖石組成趨于一致。

(2) 南華系砂巖的巖石組成和變化表明其主要物源為下伏帕爾崗塔格群碎屑巖和火山巖、興地塔格群變質(zhì)巖以及古元古代和青白口紀(jì)的多期巖漿巖，貝義西組物源具有地域差異性，以下伏地層的近源堆積為主，碎屑物質(zhì)流通不足，貝義西組后經(jīng)歷沉積轉(zhuǎn)型事件，物源趨于統(tǒng)一，轉(zhuǎn)為巖體等基底物質(zhì)。

(3) 南華系砂巖碎屑組成與大陸裂谷砂巖一致，其物源區(qū)多為大陸板塊屬性，迥異于島弧相關(guān)盆地、前陸盆地等，說明其處于大陸裂谷背景。貝義西組—特瑞艾肯組分別代表了裂谷演化的不同階段，且其物源區(qū)存在由前裂谷地層—過度裂谷肩部—切割裂谷肩部—克拉通內(nèi)部的連續(xù)演化過程。

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Changes of Detrital Composition of Sandstones from the Nanhua System, Quruqtagh Area: Implications on their provenance and the evolution of basin

WEI Zhen1,GUO RuiQing1,SUN MinJia2,Lü Biao1,JIN JianBin1,WANG HaiPei1, WANG MingYang1

1. School of Geology and Mining Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, China 2. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China

The Nanhua System in Quruqtagh area could record a synchronous volcanic-sedimentary events along the northern margin of the Tarim craton. The characteristics of the detrital components of Nanhua System sandstones from various sections indicate that sandstones from Bayisi Formation in different section have different detrital components. In Xishankou section, litharenites are the key components, in which the rock fragments are volcanic rocks and sedimentary rocks, obviously, indicating a recycled sedimentary provenance. Whereas, in Yigezitage section, the key components are arkoses and lithic arkoses, and the rock fragments are metamorphic rocks while there are lots of mineral inclusions in quartz, which all indicate a metamorphic provenance. Vertical variation of sandstone’s detrital components recorded a transform event between the boundary of Bayisi Formation and Zhaobishan Formation(725 Ma±), which causes Zhaobihsan, Altungol and Tereeken Formation have a uniform sandstone component. Converted to a typical arkose composition those represent a basement uplift - transitional continental provenance. The detrital component of Nanhua System sandstones and temporal-spatial variation demonstrates a continental rift setting of Nanhua System at Quruqtagh area. Meanwhile, it also shows a successive provenance evolution from pre-rift sedimentary successions to transitional rift-shoulder to dissected rift-shoulder to transitional continental and craton interior. Consequently, the petrography of sandstones in Quruqtagh area records the early breakup of Quruqtagh-Mangar aulacogen.

Quruqtagh; Nanhua System; modal data on sandstones; transformation event; provenance; rift basin; evolution of the basin

1000-0550(2017)02-0264-15

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.02.006

2016-05-18； 收修改稿日期： 2016-07-11

中國地質(zhì)調(diào)查局項目(1212011120477)[Foundation：China Geological Survey Project, No. 1212011120477]

魏震，男，1991年出生，碩士研究生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程，E-mail: 1273758227@qq.com

郭瑞清，男，副教授，E-mail: guoruiqing8888@163.com

P512.2 P534

A