新疆博格達山北緣二疊紀中—晚期構(gòu)造運動的沉積響應

魯智帥,謝慶賓,張津?qū)?祁利祺,許濤,陳佳,相泓含

1)中國石油大學(北京)克拉瑪依校區(qū)石油學院,新疆克拉瑪依,834000;2)中國石油大學(北京)地球科學學院,北京,102249

內(nèi)容提要: 博格達山北緣是準噶爾盆地與天山造山帶之間的關鍵部位,是研究盆山關系的重點區(qū)域。博格達山北緣二疊紀中、晚期的構(gòu)造演化與沉積時空演變關系存在較大爭議。本研究通過野外實地勘測、鏡下巖石薄片鑒定、粒度分析實驗和地震資料解析等方法,針對博格達山北緣東、西部兩條剖面—大龍口剖面和井井子溝剖面開展研究,分析其沉積類型和演變過程,解析盆山構(gòu)造變形和發(fā)育特征,探討構(gòu)造運動的沉積響應。研究結(jié)果表明:瓜德魯普統(tǒng)烏拉泊組為湖成三角洲相,井井子溝組至紅雁池組為湖泊相,樂平統(tǒng)泉子街組為沖積扇—河流相沉積,梧桐溝組和鍋底坑組為濱淺湖—三角洲相沉積;研究區(qū)可分為兩個主要構(gòu)造層,下構(gòu)造層以伸展斷陷為主要結(jié)構(gòu),上構(gòu)造層以前陸沖斷為主要構(gòu)造變形;多期構(gòu)造活動控制瓜德魯普統(tǒng)、樂平統(tǒng)沉積演化過程,在擠壓構(gòu)造背景下,瓜德魯普統(tǒng)的湖泊相轉(zhuǎn)變?yōu)闃菲浇y(tǒng)沖積扇—河流相沉積,晚期構(gòu)造活動趨于穩(wěn)定,區(qū)域進入準平原化作用階段。

博格達山位于準噶爾盆地東南緣,屬于東天山一支。準噶爾盆地在新疆北部,大地構(gòu)造上位于中亞造山帶的南部,周圍被褶皺山系環(huán)繞,油氣資源豐富(張良臣等,1985;盧苗安,2007)。博格達山被多條斷裂帶切割,斷層發(fā)育,其構(gòu)造特征和沉積現(xiàn)象十分典型。博格達山南北兩側(cè)均屬于盆山結(jié)合關鍵部位,構(gòu)造組合和變形機制復雜,一直是國內(nèi)外中、新生代陸內(nèi)變形研究和油氣勘探的重點地區(qū)(Cunningham, 1998;Luo Xiaorong et al., 2007;王宗秀等,2008;Gillespie et al., 2017;Wang Yanjun et al., 2018;Fang Yanan et al., 2019;Zhao Hao et al., 2019;龔德瑜等,2021;He Zhiyuan et al., 2022;Yin Jiyuan et al., 2023)。

石炭紀準噶爾盆地經(jīng)歷殘留洋盆階段、邊緣地區(qū)殘留陸表海階段和碰撞造山階段(陳新等,2002;舒良樹等,2004;靳軍等,2009;康志宏,2011;Xie Wei et al., 2016;Han Yigui et al., 2018;Niu Yazhuo et al., 2018;Ni Xinghua et al., 2021;王柯,2022)。晚石炭世博格達裂谷發(fā)生碰撞閉合,但并未改變其殘留海盆的沉積環(huán)境,晚期區(qū)域火成巖的分布特征及地球化學特性表明其由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘堧A段(高景剛等,2013;施文翔等,2015;雷萬杉等,2016;王越等,2022)。二疊紀準噶爾盆地屬于裂陷盆地,早二疊世至中二疊世準噶爾盆地南緣和博格達地區(qū)經(jīng)歷了從殘留海盆向陸相湖盆的演化過程(蔡忠賢等,2000;白斌,2008)。早二疊世海西地槽閉合,準噶爾盆地海水向東南方向退去(張義杰等,2007),博格達北緣火成巖具有雙峰式特征,說明為海相裂谷環(huán)境(王銀喜等,2006;郭威等,2009;梁婷等,2011;汪曉偉等,2015)。早二疊世末拉張作用減弱,海水逐漸減退(Guzalnur et al., 2018;張亞男,2019)。中二疊世末期博格達地區(qū)發(fā)生擠壓構(gòu)造運動,中晚二疊世地層之間的不整合反映了此次構(gòu)造活動的影響程度和范圍(趙白,1992;陳書平等,2001;關寶文等,2017;吳友平,2019;梁鑫鑫等,2020)。晚二疊世末期至三疊紀,博格達構(gòu)造相對穩(wěn)定,區(qū)域進入準平原化階段(黨勝國,2007)。

晚石炭世至早二疊世博格達山及周緣地區(qū)在伸展階段下,發(fā)育海相沉積(林晉炎,1991;杜冬霞等,2013;龐志超等,2020);中二疊世沉積環(huán)境爭議較大,主要有海陸過渡相沉積環(huán)境、海相沉積環(huán)境和陸相沉積環(huán)境三種觀點(俞仁蓮,1989;崔智林等,1998;吳少波,2001;王新桐,2017),具體的沉積相存在潟湖相、深水陸相湖盆、半深湖—深湖相、辮狀河三角洲相等劃分爭議(王建哲等,2017;張馳等,2017)。晚二疊世區(qū)域整體進入陸相沉積環(huán)境,在晚二疊世早期的構(gòu)造活動背景下,博格達山北緣發(fā)育山前沖積扇相(王丹,2006;Obrist-Farner and Yang, 2017;史燕青等,2021;楊有星等,2022)。但晚二疊世中后期的沉積相不同學者有不同劃分意見,主要集中在湖泊—三角洲相、濱淺湖—三角洲相、辮狀河三角洲相(王厚坤等,2010;丁超等,2015;李海斌,2017)。

盡管近些年對博格達山盆山耦合作用、沉積和構(gòu)造研究聚焦較多,但博格達山構(gòu)造活動對沉積的約束作用研究相對較少。因此本研究以博格達山北緣兩條剖面(大龍口剖面和井井子溝剖面)為研究對象,通過野外地質(zhì)觀測、粒度分析實驗、鏡下巖石薄片鑒定和地震資料分析等方法,依據(jù)沉積學和構(gòu)造地質(zhì)學等理論方法,結(jié)合前人研究成果,對博格達山二疊紀構(gòu)造活動和沉積過程進行分析,探討二疊紀構(gòu)造活動對沉積演變過程的控制作用,以期推進準噶爾盆地南緣盆山關系研究并為盆地油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

博格達山平面構(gòu)造特征整體表現(xiàn)為一個由南向北的弧形凸起,出露石炭紀以來的地層,斷層和斷裂帶發(fā)育,在東西方向上分段(圖1)。由于擠壓多發(fā)育褶皺構(gòu)造,在南北方向上呈現(xiàn)分帶特征。

圖1 新疆博格達山構(gòu)造位置(a)、地理位置(b)及地質(zhì)圖(c)Fig.1 Tectonic location (a), geographical location (b) and geological map (c) of Bogda Mountain in Xinjiang

自晚古生代以來博格達山隨準噶爾盆地及天山造山帶受海西、印支、燕山和喜馬拉雅期4期構(gòu)造運動影響,經(jīng)歷裂陷伸展、擠壓碰撞等多個構(gòu)造作用階段(臧明峰等,2009;Zhao Shujuan et al., 2014;Chen Ke et al., 2015;Zhang Xiaoran et al., 2016;Zhao Rui et al., 2020)。二疊紀受海西運動影響,博格達山隆升出露水面并分割阜康凹陷和柴窩堡盆地。三疊紀印支運動階段,博格達山發(fā)生低隆起。侏羅紀至新生代,區(qū)域經(jīng)歷燕山期和喜馬拉雅期間斷性隆升剝蝕作用,白堊紀地層大部分缺失,尤其新生代板塊碰撞引起的遠程效應,博格達山再次發(fā)生劇烈擠壓活動,形成現(xiàn)今的盆山構(gòu)造格局(柏美祥等,1997;王新桐,2017;朱晨濤,2017;于洪洲,2019;馬超,2019)。

井井子溝剖面位于烏魯木齊市以東水磨溝區(qū)的井井子溝,博格達山北緣西段,出露最老地層為石炭系(圖2),其中烏拉爾統(tǒng)、瓜德魯普統(tǒng)較完整,包括:烏拉爾統(tǒng)石人子溝組和塔什庫拉組,瓜德魯普統(tǒng)烏拉泊組、井井子溝組和蘆草溝組。大龍口剖面位于吉木薩爾縣,博格達山北緣東段,該剖面二疊系和三疊系較完整(圖3),且二疊系和三疊系分界面為國際地層委員會確定的“金釘子”(王新桐,2017;余琪祥,2020),其瓜德魯普統(tǒng)、樂平統(tǒng)為:瓜德魯普統(tǒng)蘆草溝組和紅雁池組,樂平統(tǒng)泉子街組、梧桐溝組和鍋底坑組。大龍口剖面可與井井子溝剖面出露地層接續(xù)形成一個較為完整的二疊系地層序列。兩條剖面地層對于博格達山北緣東、西部沉積地層具有一定代表性,綜合研究能夠?qū)φ麄€區(qū)域的基礎地質(zhì)演化情況有較全面的認識。

圖2 新疆水磨溝區(qū)井井子溝剖面地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic column of the Jingjingzigou section in Shuimogou District, Xinjiang

圖3 新疆吉木薩爾大龍口剖面地層柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of the Dalongkou section in Jimsar, Xinjiang

2 沉積體系及特征

博格達地區(qū)在不同的構(gòu)造時期,其沉積體系在空間分布上存在一定差異,沉積類型也隨時間推移而發(fā)生改變。瓜德魯普統(tǒng)、樂平統(tǒng)博格達山北緣沉積環(huán)境改變,發(fā)育多種沉積相,中期為陸相三角洲—湖泊沉積,晚期為沖積扇—河流—三角洲相沉積。

2.1 湖泊相

井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)井井子溝組發(fā)育淺湖—半深湖相沉積,巖性特征:下段為凝灰?guī)r夾砂巖、泥巖,多見植物化石;上段以凝灰?guī)r為主,發(fā)育大量灰綠色凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖和泥巖。整體巖性以大量凝灰?guī)r為主要特點,表明火山活動頻繁,大量的火山塵飄落。其上下段所取巖樣鏡下特征為:粉砂質(zhì)泥巖(圖4a、b),碎屑粒度較細,以長石為主,另外還有少量石英,鏡下清晰可見泥質(zhì)條帶;含粗砂細粉砂巖(圖4c、d),巖屑含量較高,主要來自火成巖,磨圓較好,其他礦物仍以長石為主,石英含量較低,表明離源區(qū)較近,但碎屑經(jīng)過水體的沖刷后磨圓度較高。

圖4 新疆井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)井井子溝組下段粉砂質(zhì)泥巖單偏光(a)和正交偏光(b)照片,鏡下特征顯示:巖性粒度較細,泥巖含量最高,其中礦物以長石為主,含少量石英。井井子溝組中上部含粗砂細粉砂巖單偏光(c)和正交偏光(d)照片,鏡下特征顯示:巖屑含量較多,以火成巖巖屑為主,其他礦物為長石、石英,整體磨圓較好Fig.4 Single polarization photo (a) and orthogonal polarization photo (b) of silty mudstone from the lower part of Jingjingzigou Formation of Guadalupian in the Jingjingzigou section, Xinjiang, the microscopic characteristics show that the grain is fine, the mudstone content is the highest, and the minerals are mainly feldspar and contain a small amount of quartz. Single polarizing (c) and orthogonal polarizing (d) photos of coarse sand bearing fine siltstone in the middle and upper part of the Guadalupian Jingjingzigou Formation, Jingjingzigou Section, Xinjiang,the microscopic characteristics show that there are more lithic fragments, mainly igneous fragments, other minerals are feldspar and quartz, and on the whole, roundness is better

井井子溝組下段巖樣粒度概率曲線特征表現(xiàn)為 “一跳一懸加過渡”式(圖5)。滾動組分缺失,以跳躍和懸浮總體為主,且跳躍組分含量較高,大于65%,懸浮總體含量在30%左右。缺失滾動組分的兩段性曲線特征說明濱湖水動力條件較強,以跳躍搬運方式為主,反映其沉積環(huán)境為濱淺湖亞相。

圖5 新疆井井子溝剖面井井子溝組下段粒度概率曲線Fig.5 Particle size probability curve of the Lower Member of Jingjingzigou Formation in Jingjingzigou section, Xinjiang

綜合井井子溝組野外沉積構(gòu)造特征、巖性特征以及粒度分析實驗結(jié)果,可推測井井子溝組下段發(fā)育淺湖—半深湖相沉積。

井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)蘆草溝組發(fā)育半深湖—深湖相沉積,巖石組合以細粒碎屑巖為主要特征,發(fā)育深灰色、黑色頁巖和油頁巖,生物灰?guī)r,少量砂巖和凝灰?guī)r。蘆草溝組下段灰?guī)r與頁巖呈間互不等厚成層,灰?guī)r相對發(fā)育,與泥巖互層,形成一套由一系列準層序構(gòu)成的準層序組(圖6),準層序下部為生物灰?guī)r,向上逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘瞪鄮r,且自下而上,灰?guī)r逐漸減薄,泥巖逐漸加厚,表明沉積時水體逐漸變深;灰?guī)r中含豐富介形蟲化石(圖7a),是典型的生物灰?guī)r;頁巖較脆,含鈣質(zhì),下段多發(fā)育鈣質(zhì)頁巖水平層理(圖7b)。上段以深灰色頁巖為主,薄層,似紙片狀,含少量鈣質(zhì)(圖7c)。發(fā)育含多層風化后呈灰白色的凝灰?guī)r、泥質(zhì)凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)頁巖,并與頁巖之間呈漸變過渡關系(圖7d)。綜合以上沉積特征,可以確定蘆草溝組沉積相為半深湖—深湖相。

圖6 新疆大龍口剖面瓜德魯普統(tǒng)蘆草溝組準層序組Fig.6 Quasi-sequence group of the Lucaogou Formation of Guadalupian Series in the Dalongkou Section, Xinjiang

大龍口剖面瓜德魯普統(tǒng)紅雁池組厚度最小,大龍口背斜南部地層與泉子街組呈角度不整合接觸,邊界發(fā)育暗色泥巖,背斜北部紅雁池組地層缺失。紅雁池組整體發(fā)育一套深灰色泥巖和含礫砂巖互層的沉積(圖8a、b),砂巖常為復成分砂巖。鈣質(zhì)復成分砂巖鏡下巖石薄片特征顯示(圖9a、b),礦物成分多為長石、石英等,基質(zhì)為碳酸鹽巖,含有機質(zhì)。蘆草溝組沉積末期存在一次構(gòu)造運動,此次運動并沒有改變蘆草溝組和紅雁池組時期的湖盆屬性,但地形變陡,水動力條件增強,導致紅雁池組底部沉積了一套砂礫巖組成的遠源濁積扇沉積。隨后湖盆水體變深,轉(zhuǎn)為深湖相,說明這次運動規(guī)模和程度較小,并沒有改變蘆草溝組以來的沉積格局,仍為半深湖相沉積。

圖9 新疆大龍口剖面紅雁池組鈣質(zhì)復成分細砂巖單偏光(a)和正交偏光(b)照片,鏡下特征顯示:礦物以石英、長石為主,基質(zhì)為碳酸鹽巖,含少量有機質(zhì)Fig.9 Single polarizing (a) and orthogonal polarizing (b) photos of calcareous compound fine sandstone of the Hongyanchi Formation in the Dalongkou Section, Xinjiang, the microscopic characteristics show that the minerals are mainly quartz and feldspar, and the matrix is carbonate with a small amount of organic matter

2.2 沖積扇—河流相

大龍口剖面樂平統(tǒng)泉子街組發(fā)育沖積扇相和河流相沉積體系。下段發(fā)育多套紅色厚層砂礫巖(圖10a、b),礫石磨圓差,分選差,屬于近物源、地形陡、水動力強的沖積扇扇中亞相沉積;另外礫石間主要為含礫細砂巖和紫紅色泥巖,屬于沖積扇扇端亞相沉積,所以下段屬于沖積扇沉積體系。該套沉積體系自下而上,砂礫巖厚度逐漸減薄,紫紅色泥巖逐漸增多,說明在沉積過程中,地形逐漸變緩,水動力作用逐漸減弱,沉積體系也隨之發(fā)生改變。上段沉積具有典型的二元結(jié)構(gòu)特征,下部為分流河道沉積,上部為河漫灘泥巖沉積,其中在河漫灘泥巖中夾薄層煤線(圖10c),表明此時氣候較濕潤。大龍口背斜南北剖面泉子街組均可見紅色鐵質(zhì)古土壤(圖10d),其中南剖面古土壤較薄,發(fā)育鐵銹褐色鐵質(zhì)豆粒、砂泥質(zhì)或鈣質(zhì)膠結(jié)。綜合泉子街組上下段巖性特征,判定樂平統(tǒng)泉子街組為沖積扇—河流沉積體系,其下段發(fā)育沖積扇相沉積,上段發(fā)育河流相沉積。

圖10 新疆大龍口剖面樂平統(tǒng)泉子街組典型沉積特征:泉子街組下段礫巖(a)、(b),泉子街組煤線(c)及古土壤(d)Fig.10 Typical sedimentary characteristics of the Lopingian Quanzijie Formation in the Dalongkou section, Xinjiang: the lower part of Quanzijie Formation conglomerate (a), (b), Quanzijie coal line (c) and paleosoil(d)

2.3 濱淺湖—三角洲相

井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)烏拉泊組發(fā)育湖成三角洲相沉積。下段巖性特征表現(xiàn)為:以灰褐色、灰綠色中細砂巖為主,灰綠色、灰黑色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖呈不等厚互層。發(fā)育楔狀交錯層理(圖11a),紋層斜交于層系界面,層系之間不平行,厚度變化明顯呈楔形,在異向流動的水動力條件下形成。往上可見大面積波痕,波痕的波峰及波谷均較圓滑,呈不對稱狀(圖11b)。剖面巖性上呈反韻律沉積特征(圖12),自下而上泥巖與砂巖交互沉積,砂層在平面上多呈席狀、條帶狀分布,表明當時沉積環(huán)境較為穩(wěn)定,發(fā)育三角洲前緣亞相和前三角洲亞相沉積,前三角洲黏土沉積之上形成下細上粗的垂向?qū)有颉Ｉ隙问且惶讕r性組合為灰黃色、綠灰色、深灰色、風化面呈藍灰和黃綠色的細砂巖、粉砂巖夾凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖,粉砂巖和泥巖互層,各類巖性相互過渡。

圖11 新疆井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)濱淺湖—三角洲沉積特征:(a) 烏拉泊組下段楔狀交錯層理,紋層斜交于層系界面,層系之間不平行,厚度變化明顯呈楔形;(b) 烏拉泊組中部波痕,波痕面積較大,波峰及波谷較圓滑,呈不對稱狀,古流向為北西向Fig.11 Sedimentary characteristics of the Guadalupian shore shallow lake—delta in the Jingjingzigou section, Xinjiang: (a) wedge-like cross-bedding in the lower Wulabo Formation, the laminae are oblique to the interface of layers, and the layers are not parallel, and the thickness change is obviously wedge-shaped; (b) ripples in the middle part of the Wulabo Formation, the ripple area is large, the crests and troughs are smooth and asymmetrical, and the paleo-flow direction is NW

圖12 新疆井井子溝剖面烏拉泊組反粒序沉積Fig.12 Reverse grain sequence deposition of the Wulabo Formation in the Jingjingzigou Section, Xinjiang

烏拉泊組下段巖樣粒度概率曲線特征表現(xiàn)為“一跳一懸加過渡”式(圖13),缺失滾動組分,以跳躍和懸浮總體夾過渡段的兩段式,且跳躍組分含量較高,大于60%,懸浮總體含量在20%～30%。缺失滾動組分的兩段性曲線特征說明水動力條件較強,以跳躍搬運方式為主,具有雙向水流搬運特征,反映其沉積環(huán)境為三角洲水下分流河道微相。

圖13 新疆井井子溝剖面烏拉泊組下段粒度概率曲線Fig.13 Grain size probability curve of the lower Wulabo Formation in the Jingjingzigou Section, Xinjiang

綜合烏拉泊組野外沉積構(gòu)造特征和巖性特征以及粒度分析實驗結(jié)果,可推測烏拉泊組發(fā)育湖成三角洲相沉積。

大龍口剖面樂平統(tǒng)梧桐溝組發(fā)育濱淺湖—三角洲相沉積。下段發(fā)育灰色泥巖,夾砂巖、含礫細砂巖,下部灰色泥巖與暗紫紅色泥巖間互成層,向上紅色逐漸減少,顏色變淺;中上部為灰色泥巖夾細砂巖,表明梧桐溝組下段為濱淺湖沉積,且湖盆范圍逐漸擴大,湖水逐漸加深。上段為三角洲相,三角洲前緣發(fā)育,主要是厚層砂巖、含礫砂巖與泥巖互層,夾煤線或薄煤層,發(fā)育槽狀交錯層理(圖14a)。三角洲平原由細粒淺灰色泥巖、細砂巖、砂礫巖、細礫巖及含礫砂巖組成。在大龍口背斜北剖面中,梧桐溝組中的沉積構(gòu)造也非常豐富,主要有槽狀交錯層理(圖14b)、板狀交錯層理等(圖14c)、楔狀交錯層理(圖14d)。

圖14 新疆大龍口剖面樂平統(tǒng)沉積特征:(a)、(b) 槽狀交錯層理;(c) 板狀交錯層理;(d) 楔狀交錯層理;(e) 平行層理,大龍口背斜北部鍋底坑組細砂巖平行層理;(f) 生物化石,大龍口背斜北部鍋底坑組,介形蟲化石Fig.14 Sedimentary characteristics of the Lopingian in the Dalongkou Section, Xinjiang:(a), (b) trough cross-bedding; (c) plate cross bedding; (d) wedge cross bedding; (e) parallel bedding, parallel bedding of fine sandstone of the Guodikeng Formation in the northern Dalongkou anticline; (f) biological fossils, ostracoid fossil from the Guodikeng Formation in the northern Dalongkou anticline

綜合以上沉積現(xiàn)象可以推斷梧桐溝組整體發(fā)育濱淺湖—三角洲相沉積體系。

樂平統(tǒng)鍋底坑組發(fā)育一套泥巖夾細砂巖的沉積組合,沉積相為濱淺湖相,向上逐漸轉(zhuǎn)化為三角洲相,發(fā)育細砂巖交錯層理和平行層理(圖14e)。在剖面中部發(fā)育一套較深水的深灰色頁巖沉積,并夾灰?guī)r薄層,反映了鍋底坑組從下往上,水體逐漸變深,后又逐漸變淺的過程。另外還發(fā)育蟲孔構(gòu)造和生物化石(圖14f),說明此沉積時期,生物發(fā)育繁盛,包括陸地和水生生物及植物。地層中還發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核,總體呈圓球狀,表明當時為半干旱型氣候。

2.4 上古生界沉積發(fā)育序列

根據(jù)博格達山北緣西部的井井子溝剖面瓜德魯普統(tǒng)以及東部大龍口剖面瓜德魯普統(tǒng)至樂平統(tǒng)發(fā)育特征,建立了博格達山北緣晚古生代二疊紀中—晚期地層沉積序列(圖15)。

圖15 新疆博格達山北緣瓜德魯普統(tǒng)、樂平統(tǒng)沉積序列Fig.15 Sedimentary sequence of Guadalupian and Lopingian in the northern margin of Bogda Mountain, Xinjiang

瓜德魯普統(tǒng)早期博格達地區(qū)為溫暖濕潤型氣候(張馳等,2017;王越等,2019),蘆草溝組時期則為干旱、半干旱型氣候,沉積環(huán)境為還原—弱氧化環(huán)境;樂平統(tǒng)則由半干旱變化為半濕潤氣候,沉積環(huán)境以還原環(huán)境為主(史燕青,2021;王正和等,2018;馬東正,2019),末期則又由濕潤氣候轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊敌蜌夂?。瓜德魯普統(tǒng)為陸相湖盆沉積,整體以湖相細粒沉積為主。井井子溝剖面烏拉泊組以粉砂質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖為主,沉積相為湖成三角洲相,多發(fā)育波痕,楔狀交錯層理等沉積構(gòu)造。井井子溝組連續(xù)沉積在烏拉泊組之上,由于構(gòu)造活動相對穩(wěn)定,在烏拉泊組沉積基礎之上發(fā)育淺湖—半深湖相沉積,巖性以凝灰質(zhì)砂巖為主,凝灰質(zhì)巖層的發(fā)育規(guī)模到瓜德魯普統(tǒng)時期逐漸增多,表明火山活動頻繁,大量火山灰沉降,常見植物化石,表明當時氣候較濕潤,適宜植物生長。大龍口剖面蘆草溝組沉積時期湖泊水體逐漸加深,湖盆范圍變大,巖性以泥巖、頁巖、油頁巖、碳酸鹽巖和粉砂巖等為主,沉積構(gòu)造以靜水環(huán)境下的水平層理為主,多見湖泊相生物化石。紅雁池組發(fā)育暗色泥巖、粉砂巖和砂礫巖,底部與蘆草溝組呈不整合接觸,沉積相為深湖—半深湖相。樂平統(tǒng)泉子街組底部紅色砂礫巖與紅雁池組為不整合接觸,表明泉子街組沉積之前發(fā)生過一次構(gòu)造抬升活動,整體發(fā)育紅色厚層砂礫巖,含煤層,沉積相為沖積扇—河流相沉積體系。梧桐溝組則為構(gòu)造穩(wěn)定時期,地殼開始沉降,巖性以灰白色中細砂巖為主,發(fā)育濱淺湖—三角洲沉積體系,沉積構(gòu)造也十分豐富,多發(fā)育槽狀、板狀和楔狀交錯層理。鍋底坑組從梧桐溝組的三角洲相過渡到濱淺湖相沉積,巖性以泥巖和細砂巖為主,發(fā)育植物化石和平行層理。

3 構(gòu)造特征

晚古生代以來,博格達地區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化階段,構(gòu)造樣式復雜,活動強烈,為多期構(gòu)造活動疊加作用結(jié)果,尤其是后期的喜馬拉雅運動將早期構(gòu)造樣式改變,增加了早期構(gòu)造變形恢復的難度。本次研究根據(jù)大龍口和井井子溝剖面出露的構(gòu)造變形特征與地震剖面構(gòu)造樣式綜合分析,認為博格達地區(qū)構(gòu)造存在兩個主要構(gòu)造層,下構(gòu)造層以伸展斷陷為主要結(jié)構(gòu),上構(gòu)造層以前陸沖斷為主要構(gòu)造變形。

3.1 伸展斷陷構(gòu)造層

伸展斷陷構(gòu)造層頂部為瓜德魯普統(tǒng),瓜德魯普統(tǒng)與樂平統(tǒng)之間呈角度不整合接觸關系。博格達山與準噶爾盆地沉積巖層之間存大型邊界斷層(圖16),限定了盆地邊界。該邊界斷層近東西走向,傾向北,其上盤地層主體顯示出滾動背斜特征,見牽引構(gòu)造。北部發(fā)育與其近平行的大型正斷層,兩者形成階梯式組合,該正斷層頂部截止至瓜德魯普統(tǒng)頂,其上盤見反向次級斷層,呈現(xiàn)出“Y”型形態(tài),次級斷層頂部亦截止至瓜德魯普統(tǒng)。該構(gòu)造層“Y”型構(gòu)造頂部相對較高,南北兩側(cè)較低,其南部頂界為滑脫斷層的斷面。

圖16 新疆博格達地區(qū)JS2000905地震解釋剖面圖Fig.16 Seismic interpretation profile in Bogda Area (S2000905),Xinjiang

由于后期前陸沖斷改造強烈,二疊紀中期前形成的伸展構(gòu)造僅可識別出大型斷陷構(gòu)造,多數(shù)次級斷層后期發(fā)生反轉(zhuǎn),增大了地震剖面解析的識別難度,但在露頭區(qū)瓜德魯普統(tǒng)可見伸展構(gòu)造。

在井井子溝剖面,烏拉泊組上段發(fā)育多條正斷層(圖17a、b),斷層面與巖層近乎垂直,產(chǎn)狀為230°∠44°,斷距為9 m,斷層帶發(fā)育角礫巖,寬度約0～0.4 m,斷層下方節(jié)理面有原油滲出(圖17c、d)。斷層上盤見次級斷層(圖17e),為方解石充填,部分瀝青充填。該斷層兩側(cè)張節(jié)理較為發(fā)育,亦為方解石和瀝青充填(圖17f)。

圖17 新疆博格達山北緣野外構(gòu)造照片F(xiàn)ig.17 Field structure photos of the northern margin of Bogda Mountain, Xinjiang(a) 大型斷層,烏拉泊組上部,斷層面與巖層近乎垂直,斷層帶發(fā)育角礫巖,下方節(jié)理面見原油滲出;(b) 大型斷層素描圖,上下盤錯動,產(chǎn)狀為230°∠44°,斷距為9 m;(c) 層面原油,烏拉泊組上部,大型斷層下方多個節(jié)理面均有不同程度原油滲漏;(d) 原油,質(zhì)地黏稠,有油味散逸,易點燃;(e) 小型斷層,大斷層下方,上下盤錯動明顯;(f) 張節(jié)理,烏拉泊組上部,節(jié)理面被后期礦物方解石等填充(a) Large fault, upper part of the Wulabo Formation, the fault plane is nearly perpendicular to the rock stratum, breccia is developed on the fault plane, crude oil seepage is seen on the joint surface below the fault; (b) Sketch map of large fault, the upper and lower disks are staggered, occurrence is 230 °∠ 44 °, the fault displacement is 9 m; (c) Crude oil on strata surface, upper part of the Wulabo Formation, several joint surfaces under large faults have oil leakage to varying degrees; (d) Crude oil, the texture is sticky, oily and easy to ignite; (e) Minor fault, under the great fault, the upper and lower walls are staggered obviously; (f) Joint, upper part of the Wulabo Formation, the joint is filled with later mineral calcite, etc.

3.2 前陸沖斷構(gòu)造層

博格達山北緣前陸沖斷構(gòu)造層發(fā)育在瓜德魯普統(tǒng)及以上地層,北緣南部為博格達山前緣沖斷帶,北部為前緣外圍帶(圖18)。前緣沖斷帶發(fā)育多條由南向北的大型滑脫斷層,近東西走向,南傾,形成逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng),其逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)的主體由博格達山北緣向北的三工河斷層、妖魔山斷層和阜康斷層構(gòu)成(伍致中,1991;馬超,2019)?；摂鄬拥幕撁嫖挥诠系卖斊战y(tǒng)頂部,主斷層為阜康斷層,呈上陡下緩形態(tài),其上盤與三工河斷層和妖魔山斷層疊置,形成疊瓦式?jīng)_斷組合。在三條主控大斷層之間又有多種復雜構(gòu)造,除了一系列疊瓦式逆沖斷層,還有因俯沖擠壓形成的復雜褶皺和斷塊。

圖18 新疆博格達地區(qū)JS2000906地震解釋剖面圖Fig.18 Seismic interpretation profile in Bogda Area (JS2000906), Xinjiang

前緣外圍帶以低緩褶皺構(gòu)造為主,樂平統(tǒng)北薄南厚,與上覆三疊系呈角度不整合接觸關系,顯示出前陸盆地地層展布特征,揭示了二疊紀晚期博格達山以開始隆升推覆。然而,由于前緣沖斷帶大龍口剖面出露厚度較大的樂平統(tǒng),說明該期受現(xiàn)今的沖斷作用控制較小,早期的主沖斷帶應在現(xiàn)今沖斷帶的南部,博格達山體遠小于現(xiàn)今的規(guī)模范圍。

4 構(gòu)造活動的沉積響應討論

在海西運動背景下,晚古生代中晚期博格達地區(qū)構(gòu)造和沉積演化經(jīng)歷了兩個關鍵時期:早二疊世末期和晚二疊世早期的構(gòu)造運動。兩期構(gòu)造活動使區(qū)域地貌格局發(fā)生改變,博格達也由最初的裂陷海槽逐漸閉合進而成為隆起的山地;同時也使博格達及其周緣地區(qū)沉積環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變,從海相沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e環(huán)境。晚二疊世早期的擠壓構(gòu)造運動改變了博格達的湖盆構(gòu)造,區(qū)域整體發(fā)生大規(guī)模構(gòu)造抬升,發(fā)育山前磨拉石建造。

根據(jù)博格達山構(gòu)造演化剖面圖表明區(qū)域復雜構(gòu)造組合具有多期構(gòu)造活動疊加作用特征(圖19)。早二疊世末期,板塊碰撞的遠程效應使博格達地區(qū)海槽閉合,此時隆起程度較低,并未出露水面成山,但海水退去,失去與開闊海的聯(lián)系,自此博格達及周緣地區(qū)開啟陸相沉積模式。

中二疊世存在局部構(gòu)造活動,但整體構(gòu)造格局并未發(fā)生太大變化,區(qū)域處于裂陷活動期。至中二疊世早期形成斷陷湖盆(圖20),發(fā)育湖成三角洲相、濱淺湖相沉積體系。此時沉積中心仍在博格達地區(qū),地震剖面圖(圖18)上也可看出瓜德魯普統(tǒng)沉積厚度由博格達山北緣至準噶爾盆地方向逐漸減薄。另外,烏拉泊組和蘆草溝組均發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖,在野外烏拉泊組發(fā)現(xiàn)泄露的原油,大龍口背斜蘆草溝組見油跡,均表明博格達地區(qū)瓜德魯普統(tǒng)發(fā)育利于油氣生成的斷陷湖盆沉積。瓜德魯普統(tǒng)的井井子溝組至蘆草溝組均有凝灰質(zhì)出現(xiàn),且井井子溝組凝灰質(zhì)尤為發(fā)育,表明區(qū)域內(nèi)由于拉張裂陷作用火山活動頻繁。

圖20 新疆博格達瓜德魯普統(tǒng)湖泊相沉積模式Fig.20 Guadalupian lacustrine sedimentary model in Bogda, Xinjiang

中二疊世末期至晚二疊世早期,由于板塊擠壓碰撞,整個新疆包括準噶爾盆地和塔里木盆地都經(jīng)歷了強烈的抬升與剝蝕(鄭孟林等,2018)。博格達山發(fā)生劇烈隆升活動,地層變形強烈,完成了由原來的裂陷盆地到隆起山地的演化,區(qū)域構(gòu)造格局發(fā)生改變,多發(fā)育山前沖積扇相(圖21)、河流相沉積體系。博格達也從早期的沉積中心變?yōu)槲镌磪^(qū),其南北緣分別為柴窩堡凹陷和準噶爾盆地提供物源。從蘆草溝組和紅雁池組湖泊相細粒沉積巖到泉子街組沖積扇相厚層粗粒沉積巖的巖性變化也反映了當時構(gòu)造活動的強烈程度。地震解釋剖面圖顯示瓜德魯普統(tǒng)和樂平統(tǒng)沉積地層之間存在角度不整合(圖16、圖18);野外也觀察到大龍口背斜南翼蘆草溝組和泉子街組均與紅雁池組之間存在不整合接觸關系。而大龍口背斜北翼紅雁池組缺失,表明當時博格達山經(jīng)歷劇烈隆升后地層又遭受一定程度的剝蝕。

圖21 新疆博格達樂平統(tǒng)沖積扇相沉積模式Fig.21 Lopingian alluvial fan facies sedimentary model in Bogda, Xinjiang

晚二疊世構(gòu)造趨于穩(wěn)定,在此背景下區(qū)域沉積體系以濱淺湖、三角洲相為主。三疊紀繼承晚二疊世末期構(gòu)造性質(zhì),博格達山進入準平原化階段,以沉積為主。侏羅紀以來博格達山發(fā)生多期隆升剝蝕作用,較缺失的白堊紀地層反映了區(qū)域地層剝蝕情況,博格達山北麓地層向北逆沖推覆,形成鏟式構(gòu)造,強烈的逆沖推覆構(gòu)造逐漸成為現(xiàn)今博格達山構(gòu)造格局,區(qū)域也從原來的接受沉積區(qū)變?yōu)槲镌磪^(qū)。

5 結(jié)論

(1)新疆博格達山北緣瓜德魯普統(tǒng)烏拉泊組在裂陷構(gòu)造背景下發(fā)育湖成三角洲相,井井子溝組發(fā)育淺湖—半深湖相;樂平統(tǒng)泉子街組在擠壓隆升構(gòu)造背景下發(fā)育沖積扇—河流相,梧桐溝組和鍋底坑組則發(fā)育濱淺湖—三角洲相沉積。

(2)博格達地區(qū)構(gòu)造可分為兩個主要構(gòu)造層,下構(gòu)造層以伸展斷陷為主要地質(zhì)結(jié)構(gòu),上構(gòu)造層以前陸沖斷為主要構(gòu)造變形。伸展斷陷構(gòu)造在中二疊世以前形成,后期則以前陸沖斷構(gòu)造變形為主。

(3)中二疊世博格達地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定,發(fā)育湖泊相沉積;中二疊世末期至晚二疊世早期在擠壓隆升的背景下,沉積相也由湖泊相轉(zhuǎn)變?yōu)闆_積扇—河流相沉積;晚期博格達構(gòu)造恢復穩(wěn)定,沉積相以濱淺湖—三角洲相為主。

致謝：本研究得到了新疆油田公司勘探開發(fā)研究院領導和專家的的指導和幫助,在此表示衷心的感謝!感謝兩位審稿專家對初稿和修改稿提出的寶貴意見!