新疆昌吉地區(qū)勝金口組的地層特征及沉積環(huán)境分析

趙雨豪 劉云華 邵鐵全 范媛媛 高景暉 張?jiān)骑w

摘要：通過沉積學(xué)、巖石學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)等研究方法，對(duì)勝金口組地層特征、沉積環(huán)境演化以及發(fā)展提出了新的認(rèn)識(shí)。選取新疆昌吉地區(qū)白堊系勝金口組典型剖面，在路線地質(zhì)調(diào)查和野外剖面實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合粒度分析與室內(nèi)巖礦鑒定等方法對(duì)勝金口組的地層特征和沉積環(huán)境進(jìn)行分析。綜合分析表明：白堊系勝金口組沉積環(huán)境為準(zhǔn)噶爾盆地南緣北天山山前坳陷，勝金口組沉積物隨準(zhǔn)噶爾盆地的沉降發(fā)生變化，沉積環(huán)境由底部至頂部劃分為灘壩、砂泥混合灘和泥灘。該研究對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地耦合系統(tǒng)在白堊紀(jì)演化發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地；勝金口組；湖泊相；沉積環(huán)境

Stratigraphic Characteristics and Sedimentary Environment of the Shengjinkou Formation of the Changji area，Xinjiang

Zhao Yu-hao， Liu Yun-hua， Shao Tie-quan， Fan Yuan-yuan， Gao Jing-hui， Zhang Yun-fei

College of Earth Sciences and Resources， Changan University， Xian 710054， China

Abstract： In this paper， the sedimentary characteristics， environment and evolution of Shengjinkou Formation are studied by means of sedimentary petrology， petrography and geotectonics. Based on the field reconnaissance and proffile measurement， the sedimentary characteristics of the Cretaceous Shengjinkou Formation in Changji， Xinjiang are studied， by slice observation and grain size analysis methods to restore the sedimentary environment. There are three different sedimentary sequences in the Shengjinkou Formation. On the whole， the sedimentary environment of Shengjinkou Formation is located in the North Tianshan Piedmont Depression in the southern margin of the Junggar Basin. The sediments of the Shengjinkou Formation changed with the subsidence of the Junggar Basin， and the sedimentary environment was divided into beach dams， sand-mud mixed beaches， and mudflats from bottom to top.the results has an important implications for the study of the Cretaceous sedimentary environment evolution in the Basin mountain coupling system of Junggar .

Key words： Junggar Basin； Shengjinkou Formation； Lacustrine facies； Sedimentary environment

新疆昌吉地區(qū)地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，構(gòu)造上屬于準(zhǔn)噶爾地塊與塔里木板塊之間的縫合帶。目前對(duì)于該地區(qū)研究主要集中于年代地層劃分，油氣地質(zhì)勘探和層序地層的對(duì)比（李丕龍等，2010；王啟宇等，2014；梁舒藝等，2019）。研究顯示中新生代以來，準(zhǔn)噶爾地塊向南運(yùn)動(dòng)的過程中，北天山向北擠壓逆沖，其引發(fā)的淺層構(gòu)造表現(xiàn)為準(zhǔn)噶爾盆地在早侏羅世-古近紀(jì)經(jīng)歷陸內(nèi)斷坳旋回（嚴(yán)叔瀾等，2008；呂嶸，2002；陳書平等，2007）。準(zhǔn)噶爾盆地在白堊紀(jì)經(jīng)歷了燕山運(yùn)動(dòng)第二期，隨后進(jìn)入造山后調(diào)整時(shí)期（馬宗晉等，2008）。

筆者在前人的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)路線地質(zhì)調(diào)查，野外剖面實(shí)測(cè)以及室內(nèi)薄片觀察、樣品巖礦鑒定及區(qū)域地質(zhì)背景調(diào)查等綜合研究，對(duì)勝金口組地層的沉積特征、沉積環(huán)境及演化進(jìn)行分析探討，進(jìn)而為其所屬的準(zhǔn)噶爾盆山耦合系統(tǒng)在下白堊紀(jì)演化發(fā)展的研究提供地質(zhì)資料進(jìn)行補(bǔ)充。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

新疆昌吉地區(qū)地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，北天山山前坳陷。研究區(qū)在盆地南緣在構(gòu)造劃分為盆山耦合帶，歸為前陸盆地。研究顯示，印度板塊與歐亞板塊的相互碰撞使得天山地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)入一個(gè)非常活躍的階段。經(jīng)此次兩個(gè)板塊的碰撞，天山持續(xù)向上隆升，天山兩側(cè)的盆地則進(jìn)一步凹陷（陳憲，2002；鄧輝，2014）。研究區(qū)整體的演化是隨著造山帶的隆升，地形載荷不斷加大，地形撓曲逐漸明顯，盆地的沉降中心和前陸隆起逐步向克拉通方向遷移，形成遞進(jìn)式沉積演化序列。該區(qū)內(nèi)白堊系地層大面積出露地表，地層分布完整，上下順序疊置關(guān)系并側(cè)向延伸（谷云飛等，2003）。

本次研究的白堊系勝金口組從地層劃分上隸屬于吐谷魯群，吐谷魯群在新疆昌吉地區(qū)自下而上分為清水河組、呼圖壁河組、勝金口組。該套地層與下伏的呼圖壁組整合接觸，與上覆的東溝組不整合接觸（圖1）。

2.剖面特征

在新疆昌吉地區(qū)呼圖壁河沿岸上侏羅統(tǒng)-更新統(tǒng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面中，白堊系勝金口組位于該剖面的第150-171層。剖面上地層連續(xù)出露，頂?shù)捉缇€清晰（圖2）。通過分析該區(qū)的勝金口組的巖性組合特征、巖石發(fā)育特征及沉積環(huán)境特征，進(jìn)一步完善對(duì)白堊系勝金口組地層沉積的認(rèn)識(shí)。

通過野外踏勘選定出露理想的區(qū)域，隨后進(jìn)行剖面實(shí)測(cè)。研究區(qū)勝金口組出露面積廣、沉積厚度大，地層呈近WE延伸。勝金口組底部巖性主要為土黃色中薄層細(xì)砂巖，發(fā)育有比較多的沉積構(gòu)造。其與下伏呼圖壁組呈整合接觸關(guān)系，接觸帶巖性顏色特征區(qū)別明顯；勝金口組中部巖性為紅褐色泥質(zhì)粉砂巖與灰綠色粉砂質(zhì)泥巖呈互層或夾層形式。剖面上未發(fā)現(xiàn)有生物化石或生物擾動(dòng)構(gòu)造；勝金口組上部巖性主要為大段紅褐色泥巖與細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖互層，剖面上可見發(fā)育平行層理、不對(duì)稱波痕等構(gòu)造，其與上覆東溝組呈不整合接觸，接觸帶巖性區(qū)別明顯，地層產(chǎn)狀不一致。

3.沉積巖特征

3.1典型巖石類型

研究區(qū)白堊系勝金口組剖面的巖性整體上是一套陸源碎屑巖，野外采集的典型巖石樣品巖性特征如表1。

3.2沉積構(gòu)造

槽狀交錯(cuò)層理：發(fā)育于第152和172層中層狀土黃色砂巖中，層理的細(xì)層呈對(duì)稱槽狀，厚度約為10cm～15cm。單個(gè)層系厚度變化不明顯，紋層約0.1cm～0.5cm，層系底界出現(xiàn)強(qiáng)烈下凹，呈現(xiàn)出相互切割的槽狀侵蝕底界（圖3-a，b）。層理傾向大致平行于地層走向，實(shí)地測(cè)量顯示為100°∠15°。

不對(duì)稱波痕：發(fā)育于第153層中薄層砂巖和第168層灰綠色長石巖屑砂巖中，從野外露頭來看，多數(shù)波痕的波脊比較平直，波脊兩側(cè)呈不對(duì)稱發(fā)育，部分出現(xiàn)分叉的現(xiàn)象（圖3-c）。波痕的規(guī)模大，波高5cm～8cm，波長15cm～20cm，面積約為10m2。

韻律層：廣泛發(fā)育于勝金口組中段155層～162層的紅褐色、灰綠色中薄層粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)。其明顯的特征是顏色上規(guī)律性重復(fù)出現(xiàn)，巖性上粉砂質(zhì)泥巖與泥巖交替出現(xiàn)（圖3-d）。

球形風(fēng)化：發(fā)育于第161層薄層狀泥巖中，泥巖被風(fēng)化成不規(guī)則橢球狀，直徑10cm～15cm（圖3-e）。泥巖中裂縫發(fā)育，露頭處泥巖風(fēng)化破碎成塊狀，總體上保持了球狀外觀的相對(duì)完整。

水平層理：發(fā)育于第154層和第168層中薄層粉砂巖，層理總厚度50cm～100cm，層理的單層厚1mm～3mm，紋層較細(xì)薄、清晰（圖3-f，g）。因野外露頭風(fēng)化嚴(yán)重與土壤覆蓋，所以無法判斷向兩側(cè)延伸的距離。

滑塌構(gòu)造：發(fā)育于勝金口組底部第152層中層狀細(xì)砂巖層?；w呈中等規(guī)模，縱向延伸長度約為2m～3m，滑塌體轉(zhuǎn)折端下部正常巖層的產(chǎn)狀為11°∠62°，轉(zhuǎn)折端上部正常巖層產(chǎn)狀為19°∠70°（圖3-h，i）。

3.3沉積序列

勝金口組整體為一套陸源碎屑沉積，結(jié)合實(shí)測(cè)剖面與巖礦鑒定，該組表現(xiàn)為三個(gè)不同的沉積序列。在沉積環(huán)境分析過程中，碎屑巖的粒度概率累積曲線應(yīng)用于水動(dòng)力方式的判別。自然界中水動(dòng)力條件不斷變化，概率累積曲線類型呈現(xiàn)出多樣性（鄭浚茂等，1980；袁靜等，2011）。

第一個(gè)沉積序列對(duì)應(yīng)勝金口組底部，巖石組合為一套土黃色細(xì)中粒長石巖屑砂巖，具有上細(xì)下粗的沉積特征。砂巖由底至頂陸源砂粒徑變細(xì)，填隙物中鈣質(zhì)膠結(jié)物增多，主要為他形粒狀方解石，期間發(fā)育較多沉積構(gòu)造。實(shí)測(cè)剖面的過程中，在第151層和第152層土黃色含礫砂巖剖面出露好地方各選取30cm×30cm面積，隨機(jī)統(tǒng)計(jì)200個(gè)礫石粒徑進(jìn)行綜合分析（表2），其粒度累積曲線a（圖4）。曲線a由跳躍和懸浮兩段組成，跳躍部分與懸浮部分交點(diǎn)的Φ值約為2.4，說明勝金口組當(dāng)時(shí)水動(dòng)力整體較強(qiáng)的高能沉積環(huán)境，反映到沉積序列中就是：隨水動(dòng)力增強(qiáng)，沉積物粒度變細(xì)。

第二個(gè)沉積序列對(duì)應(yīng)勝金口組中部，巖石組合主體為一套粉砂巖-粘土質(zhì)粉砂巖-粉砂質(zhì)粘土巖，組內(nèi)巖石的陸源砂含量增加，粘土質(zhì)含量增加，填隙物中鈣質(zhì)膠結(jié)物含量變少。野外露頭表現(xiàn)為紅褐色粉砂巖與灰綠色粉砂質(zhì)粘土巖互層形式交替出現(xiàn)。

第三個(gè)沉積序列對(duì)應(yīng)勝金口組頂部，在巖石組合為一套紅褐色微細(xì)砂巖-長石巖屑砂巖，具有上細(xì)下粗的沉積特征。在第170層灰綠色細(xì)砂巖與東溝組接觸的地方存在一出露好的礫巖層，選取30cm×30cm面積隨機(jī)統(tǒng)計(jì)200個(gè)顆粒粒徑進(jìn)行分析（表2），其粒度累積曲線b（圖4）。曲線主要由跳躍與懸浮兩部分組成，兩部分相差不大，牽引流為主要的水動(dòng)力形式。跳躍部分與懸浮部分交點(diǎn)的Φ值約為2.7，說明當(dāng)時(shí)勝金口組所處于水動(dòng)力較弱的低能沉積環(huán)境，反映到沉積序列中就是：隨水動(dòng)力的減弱，組內(nèi)沉積物粒度變粗。

4.沉積相類型

新疆昌吉地區(qū)勝金口組沉積相分析依托新疆昌吉地區(qū)呼圖壁河沿岸上侏羅統(tǒng)-更新統(tǒng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面與路線地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合剖面上出露的巖相類型、沉積構(gòu)造和地層沉積序列：認(rèn)為研究區(qū)白堊系勝金口組屬于濱淺湖泊沉積體系（宋華穎等，2012；王夏斌等，2019），其劃分為灘壩、泥灘和砂泥混合灘三種微相（圖5）。

（1）灘壩微相：對(duì)應(yīng)于勝金口組底部，主要發(fā)育于該組（150層～155層），該段與下伏呼圖壁河組呈整合接觸關(guān)系。實(shí)測(cè)剖面巖性組合為土黃色中薄層狀粉砂巖夾砂巖，巖礦鑒定顯示主要巖石類型為長石巖屑砂巖。長石巖屑砂巖以石英、長石和巖屑為主，其次為粘土質(zhì)雜基。其陸源砂的分選性較好，結(jié)構(gòu)成熟度與成分成熟度呈中等。期間小型交錯(cuò)層理、波狀層理、波痕等常見沖刷構(gòu)造的發(fā)育顯示水動(dòng)力作用以波浪和湖流為主。研究區(qū)當(dāng)時(shí)處于湖泊邊緣的斜坡帶附近高能環(huán)境中，隨著湖平面的不斷上升，水動(dòng)力作用增強(qiáng)，沉積物中發(fā)育交錯(cuò)層理與不對(duì)稱波痕，并且出現(xiàn)上細(xì)下粗的沉積序列。

（2）砂泥混合灘微相：對(duì)應(yīng)于勝金口組中部，主要發(fā)育于該組（156層～167層）。巖礦鑒定顯示該段巖石組合類型為鈣質(zhì)粉砂巖和鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖，二者以中薄層狀互層形式出現(xiàn)。鈣質(zhì)粉砂巖以陸源粉砂和鈣質(zhì)膠結(jié)物為主，含少量粘土質(zhì)和內(nèi)碎屑，其陸源碎屑磨圓差，內(nèi)碎屑磨圓較好，結(jié)構(gòu)成熟度一般。研究區(qū)此時(shí)期位于枯水面附近，水動(dòng)力條件較弱，湖平面基本保持不變，只是受潮汐等水動(dòng)力定向往返，反映到巖性就是以砂泥頻繁互層為特征。由于間歇性水動(dòng)力作用的影響，該段的氧化環(huán)境與還原環(huán)境交替出現(xiàn)，即紅褐色含鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖與灰綠色鈣質(zhì)粉砂巖呈互層反復(fù)出現(xiàn)。

（3）泥灘微相：對(duì)應(yīng)于勝金口組的頂部，主要發(fā)育于該組（168層～171層）。該段與上覆東溝組巖相差異明顯，屬于不整合接觸關(guān)系。巖礦鑒定顯示主要巖石類型為含鈣質(zhì)細(xì)中粒長石巖屑砂巖，呈中薄層厚度15cm～40cm，主要由石英、長石、巖屑組成。砂巖的碎屑物的磨圓度較差，分選性一般，鈣質(zhì)膠結(jié)物局部略顯交代陸源碎屑特征。地層中發(fā)育的沉積構(gòu)造有水平層理，不對(duì)稱波痕等，沉積序列特征呈現(xiàn)出上粗下細(xì)的特點(diǎn)。此時(shí)期的勝金口組位于湖泊浪基面之上，出現(xiàn)在洪水期高水位面附近低能環(huán)境中，湖平面的后退，較粗的碎屑物質(zhì)沉降到此前斜坡帶下部水體安靜的區(qū)域而沉積下來。

5.沉積環(huán)境分析

勝金口組底部細(xì)砂巖層發(fā)現(xiàn)了一處典型的滑塌構(gòu)造。根據(jù)白堊系勝金口組為前陸盆地濱淺湖沉積和滑塌構(gòu)造沉積物變形特征，盆地內(nèi)動(dòng)力因素是勝金口組滑塌構(gòu)造產(chǎn)生的主要原因（李前裕等，2005；呂洪波等，2011）。這白堊系勝金口組早期沉積過程中，研究區(qū)可能發(fā)生局部地震從而使得斜坡上的沉積物發(fā)生滑塌運(yùn)動(dòng)形成滑塌構(gòu)造。結(jié)合以上討論來看，準(zhǔn)噶爾地塊向南側(cè)運(yùn)動(dòng)，北天山的隆升使得盆地內(nèi)部不斷沉積。盆地內(nèi)部沉降并不穩(wěn)定，而是出于一種震蕩的形式，并且在勝金口組底部形成了滑塌構(gòu)造。

下白堊紀(jì)早期，天山的隆升使得準(zhǔn)噶爾盆地沉降速度加快，湖平面在這一時(shí)期逐步上升，巖石的沉積速率增大，水動(dòng)力增強(qiáng)，發(fā)育有不對(duì)稱波痕、交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造，屬于湖平面附近的高能氧化環(huán)境；中期，天山的隆升停止，盆地的沉降陷入停滯，湖平面反復(fù)升降，沉積的水動(dòng)力減弱，沉積速度變慢，巖性上為粉砂巖與粉砂質(zhì)粘土巖互層；末期，隨著準(zhǔn)噶爾地塊向南運(yùn)動(dòng)，盆地邊緣出現(xiàn)撓曲，其結(jié)果就是盆地出現(xiàn)短暫隆升，湖平面后退。這一階段，湖水的后退，使得水動(dòng)力變?nèi)?，巖性以長石巖屑砂巖為主，呈現(xiàn)出上粗下細(xì)的沉積序列。準(zhǔn)噶爾盆地在下白堊紀(jì)沉積末期經(jīng)歷了湖平面下降后，準(zhǔn)噶爾地塊向南運(yùn)動(dòng)的速度加快，地層撓曲增大，并且其沉積中斷，進(jìn)而遭受剝蝕。然后由于地殼運(yùn)動(dòng)，盆地再次下降，勝金口組重新被淹沒，形成上覆不整合接觸上白堊系東溝組陸源碎屑沉積（圖6）。

6.結(jié)論

（1）勝金口組主要為一套陸源碎屑沉積，研究顯示勝金口組共有三個(gè)不同的沉積序列。其底部顯示為上細(xì)下粗的沉積特征，中部為粉砂巖與粘土巖交替反復(fù)的沉積特征，上部為上粗下細(xì)的沉積特征。

（2）勝金口組屬于湖泊沉積體系，在原有識(shí)別出濱淺湖亞相的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將勝金口組底部劃分為泥灘微相，中部劃分為砂泥混合灘，頂部劃分為灘壩微相共三種沉積微相。

（3）白堊系勝金口組處于準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前坳陷，地層沉積在這一時(shí)期受湖平面升降影響明顯。早期，隨著盆地沉降，湖平面上升使得地層沉積呈現(xiàn)出上細(xì)下粗特征；中期，盆地沉降陷入停滯，湖平面基本不變，巖性組合以粉砂巖與粘土巖互層為主；末期，盆地緩慢抬升使得湖平面后退，沉積序列上粗下細(xì)的特點(diǎn)。

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