塔里木地區(qū)柯坪縣丘里塔格群白云巖成因分析

馬金寶

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心新疆總隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830002)

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置屬塔里木—華北板塊塔里木微板塊柯坪前陸盆地的中段南側(cè)?？缕呵瓣懪璧貫樗锬净咨系墓派缟w層出露區(qū)，分布在本單元的東端，出露有中下元古界的阿克蘇群，屬洋殼沉積組合，變質(zhì)為綠片巖相、含藍(lán)片巖。其原巖為基性熔巖、火山碎屑巖、含鐵石英巖和硅質(zhì)巖組成的火山復(fù)理石建造。熊紀(jì)斌等[1]獲有全巖Pb-Pb等時(shí)線年齡為1 663±16Ma和藍(lán)片巖全巖Rb—Sr等時(shí)線年齡1 720～1 907Ma，隨后一些學(xué)者進(jìn)行了許多同位素地質(zhì)工作；高振家等[2]獲藍(lán)片巖年齡為771.7～ 961.77Ma；肖序常[3]獲＞ 800Ma年齡；胡靄琴等[4]獲綠片巖全巖Sb-Sr等時(shí)線636±22Ma年齡值。據(jù)李華芹等[5]分析上述三組年齡值即1 600～1 900Ma、940～960Ma、640～720Ma，反映該區(qū)可能發(fā)生了多次變形變質(zhì)事件。在阿克蘇群陸殼基底之上，不整合出現(xiàn)有震旦系至泥盆系連續(xù)的蓋層沉積。震旦系為冰磧巖夾玄武巖、寒武系含磷建造和含膏碎屑巖及碳酸鹽巖、奧陶系為碳酸鹽建造、志留系為細(xì)碎屑巖、泥盆系為紅色碎屑巖沉積層。它們均為穩(wěn)定型沉積、厚度不大、未變質(zhì)，上石炭統(tǒng)不整合或平行不整合其上，為淺海相碳酸鹽巖沉積，下二疊統(tǒng)為海陸交互相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，上部出現(xiàn)玄武巖與橄欖玄武巖夾層，上二疊統(tǒng)為陸相砂礫巖沉積。由于早二疊世初，南天山與塔里木接合部發(fā)生上疊類裂谷事件，除堿性玄武巖噴發(fā)外，還存在有非造山類型的堿性輝長巖—正長巖小侵入體侵位，晚二疊世隆起為陸。該區(qū)構(gòu)造以薄皮構(gòu)造為特征，疊瓦式的構(gòu)造推覆體廣為發(fā)育，形成單面地壘山地貌類型。

2 地質(zhì)特征

研究區(qū)出露的地層主要為寒武系含磷建造和含膏碎屑巖及碳酸鹽巖、奧陶系為碳酸鹽建造、志留系為細(xì)碎屑巖、泥盆系為紅色碎屑巖沉積層(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|向。依據(jù)沉積環(huán)境、巖石組合等特征將上寒武—下奧陶統(tǒng)丘里塔格群分為下巖性段和上巖性段。下巖性段(∈3-O1ql1)為一套白云巖建造沉積巖，厚200～680m，總體走向40°，產(chǎn)狀290～325°∠30～40°，主要巖性為簿層狀中晶白云巖夾硅質(zhì)白云巖及燧石條帶；上巖性段(∈3-O1ql2)為一套灰?guī)r建造，厚130～470m?？傮w走向220°，產(chǎn)狀300～320°∠34～43°，主要巖性為中厚層狀泥晶灰?guī)r夾燧石條帶。

(1)丘里塔格群下巖性段(∈3-O1ql1)巖石特征。

白云巖：呈灰、灰白、灰黑色，中、細(xì)晶結(jié)構(gòu)。塊狀構(gòu)造，加稀酸不起泡，加茜素紅不染色。巖石成分單一，由98%的白云石組成，呈半自形晶，粒徑多在0.4～0.1mm之間，為中、細(xì)晶，粗晶少，晶體混濁，彼此鑲嵌密集分布；晶間分布2%的硅質(zhì)，成分為玉髓、石英等，粒徑＜0.1mm。偶見星點(diǎn)狀黃鐵礦，粒徑＜0.15mm。

硅質(zhì)白云巖：主要由90%的白云質(zhì)及10%的硅質(zhì)組成，白云石呈自形中晶狀，粒徑＜0.5～0.25mm，可見機(jī)械雙晶，雙晶紋平行菱形解理的短對角線，晶面不干凈，硅質(zhì)為隱晶—微粒狀石英，粒徑＜0.2mm，多呈團(tuán)狀集合狀不均勻分布。

圖1 柯坪縣蘇巴士一帶地質(zhì)草圖

泥晶灰?guī)r：主要有泥晶方解石組成，粒徑＜0.004mm，密集分布，局部形成紋層構(gòu)造，之間含微量粉砂，棱角狀，粒徑＜0.06mm，成分為石英屑。

燧石條帶：由硅質(zhì)內(nèi)碎屑、基質(zhì)組成，晚期碳酸鹽化。內(nèi)碎屑占20%，橢圓狀，粒徑5.6～0.8mm，以礫屑為主，內(nèi)部隱晶硅質(zhì)組成，碳酸鹽化輕度，長軸定向分布，生物屑5%，大小0.4～3mm，為硅藻、海綿骨針等，由硅質(zhì)組成，圓形、骨針狀?；|(zhì)75%，由隱晶硅質(zhì)組成，基底型分布。晚期碳酸鹽化，白云石20%，成脈狀條帶狀交代巖石。

(2)丘里塔格群上巖性段(∈3-O1ql2)巖石特征。

生物碎屑砂屑灰?guī)r：主要由內(nèi)碎屑、生物碎屑和膠結(jié)物組成。內(nèi)碎屑占75%，呈次棱角狀，粒徑＜0.3mm的砂屑，成分有泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r；生物碎屑占5%，呈碎片狀，粒徑0.1～1.5mm，種屬為藻類等生物碎屑，殼體成分為方解石；陸源碎屑少量，呈次棱角—次圓狀，粒徑0.1～0.3mm，成分為長石；膠結(jié)物占20%，主要為微晶方解石，粒徑＜0.033mm，少量＜0.06mm的粉晶分布于碎屑之間。巖石中有少量不規(guī)則狀微裂隙，內(nèi)充填碳酸鹽，寬約0.05～0.2mm。

泥晶灰?guī)r：呈灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，加稀鹽酸起泡劇烈。巖石成分單一，由100%的方解石組成，普遍呈泥晶，粒徑＜0.004mm，密集分布，局部形成紋層構(gòu)造，之間含微量粉砂，棱角狀，粒徑＜0.06mm，成分為石英屑。微量黃鐵礦呈星點(diǎn)狀分布，粒徑＜0.03mm。

泥晶灰?guī)r夾燧石條帶(硅質(zhì)巖)：灰?guī)r頂板與黑色碳質(zhì)頁巖接觸面，發(fā)育一層厚5～10m的泥晶灰?guī)r夾燧石條帶，燧石呈條帶狀，厚5～20cm，大致呈 3∶ 1。

3 化學(xué)成分特征

為了搞清楚白云巖的成因，本次工作中采取了8件樣品進(jìn)行了化驗(yàn)(表1)[9]。

根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果選擇了碳酸鹽成分分類圖解進(jìn)行了投圖(圖2)，8件樣品中6件樣品落入在泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r中，2件落入在非碳酸鹽區(qū)。泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r一般為咸水—半咸水沉積環(huán)境，為高鹽度水體鈣鎂離子過飽和直接沉淀形成的原生白云巖。

Veizer[6]認(rèn)為，正常海水環(huán)境中形成的白云巖 Na2O 需在 0.03% ～ 0.043% 之間，區(qū)內(nèi)丘里塔格群白云巖Na2O為0.005%～0.35%，平均值0.068%，見圖3(統(tǒng)計(jì)248件樣品，其中61件樣品Na2O＜0.043%)。比形成于正常海水中白云巖的Na2O含量略高，說明區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)形成于蒸發(fā)臺地，部分形成于正常海水環(huán)境。

白云巖中 Mn3O4含量 92×10-6～ 293×10-6、Fe2O3含量931×10-6～2 868×10-6，這與寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)塔里木盆地巴楚—柯坪等地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，同沉積斷層發(fā)育，使大量元素隨上涌熱水和噴氣沿?cái)嗔褟牡貧?nèi)帶出，并進(jìn)入了沉積層有密切關(guān)系，巖礦鑒定中也顯示見星點(diǎn)狀黃鐵顆粒。

表1 白云巖礦體化學(xué)多元素含量一覽 (單位：%)

圖2 白云巖成分圖解

圖3 研究區(qū)白云巖Na2O、K2O、Mn3O4、Fe2O3變化曲線

4 白云巖成因分析

胡明毅等[7]提出柯坪地區(qū)白云巖具有多種成因，藻屑白云巖和泥晶白云巖為潮坪—瀉湖相。為準(zhǔn)同生期產(chǎn)物，顆粒白云巖為淺灘相，為混合白云石化的產(chǎn)物，結(jié)晶白云巖為潮坪相，屬埋藏白云石化的產(chǎn)物。葉德勝等[8]提出柯坪至沙雅一帶為臺地相(部分潮坪)白云巖為主，藻紋層白云巖、微晶白云巖及顆粒白云巖為地表準(zhǔn)同生白云巖化的產(chǎn)物，結(jié)晶白云巖為深埋成巖環(huán)境的產(chǎn)物。

結(jié)合前人取得的成果，根據(jù)區(qū)內(nèi)巖石特征和化學(xué)組分變化規(guī)律，筆者認(rèn)為柯坪縣蘇巴什一帶上寒武—下奧陶統(tǒng)丘里塔格群下段(∈3-O1ql1)屬碳酸鹽臺地相之顆粒灘和開闊潮坪微相兩種沉積環(huán)境下形成，白云巖屬典型準(zhǔn)同生白云巖，屬能量較高環(huán)境中的臺地淺灘沉積，并提出白云巖成因模式(圖4)。

圖4 上寒武—上奧陶統(tǒng)丘里塔格群白云巖成巖示意圖

顆粒灘：水動(dòng)力條件較強(qiáng)下，藻體被打碎，在藻礁丘的后方形成藻屑灘，藻凝塊石、藻碎屑以及亮晶膠結(jié)物反映沉積體時(shí)水體交開闊，能量較高。巖性主要為灰黑色白云巖、白云巖化灰?guī)r，顆粒灘沉積相下形成的白云巖質(zhì)量較差。

開闊潮坪：在開闊的相對洼地，波浪作用相對較弱而潮汐作用較強(qiáng)。這一期水體很淺，水體循環(huán)性好，形成了藻坪和云坪。當(dāng)海平面小幅上升時(shí)，原來發(fā)育藻灘的地方發(fā)育藻坪和云坪，當(dāng)海平面小幅下降時(shí)，原來發(fā)育藻坪或云坪的地方發(fā)育藻灘，如此頻繁升降，形成藻灘、云坪和藻坪的縱向上交互沉積的序列。①云坪： 野外露頭呈淺灰白色、淺灰色，巖性主要為淺灰白色白云巖。層狀條帶產(chǎn)出，橫向延伸遠(yuǎn)且穩(wěn)定，在丘里塔格群下巖性段(∈3-O1ql1)分布很廣，層內(nèi)常發(fā)育典型的透鏡體狀層理、沙紋層理及羽狀交錯(cuò)層理。層狀、帶條狀橫向延伸遠(yuǎn)，說明水體覆蓋廣且水體變化頻繁，羽狀層理說明水體具有雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，這些都是潮汐作用的沉積特點(diǎn)。云坪沉積環(huán)境下形成的白云巖質(zhì)量較好，規(guī)模較大；②藻坪：主要由富藻的暗層和富屑的明層交互沉積形成的疊層石構(gòu)造。野外露頭常呈淺灰色、灰色，巖性主要為灰色白云質(zhì)灰?guī)r、灰色白云巖。藻坪沉積環(huán)境下形成的白云巖質(zhì)量較差。

5 結(jié)論

柯坪縣上寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)丘里塔格群為一套以碳酸鹽巖建造為主的地層，為上、下兩個(gè)巖性段，下巖性段以白云巖、硅質(zhì)白云巖及少量白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、硅質(zhì)巖為主；上巖性段以泥晶灰?guī)r、燧石條帶為主。巖性的變化反映了丘里塔格群沉積環(huán)境由地臺區(qū)過渡至淺海相區(qū)的特點(diǎn)，也反映了白云巖沉積環(huán)境的變化，存在著潮起潮落，水體變化頻繁的特征。據(jù)野外觀察丘里塔格群底板存在大量的灰黑色藻屑，下巖性段中部硅質(zhì)巖中見硅藻、海綿骨針。結(jié)合王小林[10]提出該區(qū)藻白云石形成于正常鹽度的潮坪還原環(huán)境，受到一定量微生物的調(diào)制作用。綜合分析認(rèn)為，該區(qū)屬能量較高環(huán)境中的臺地淺灘沉積。