新疆昌吉地區勝金口組的地層特征及沉積環境分析

2020-03-01 00:50:17趙雨豪劉云華邵鐵全范媛媛高景暉張云飛

西部資源 2020年5期

趙雨豪劉云華邵鐵全范媛媛高景暉張云飛

摘要：通過沉積學、巖石學和大地構造學等研究方法，對勝金口組地層特征、沉積環境演化以及發展提出了新的認識。選取新疆昌吉地區白堊系勝金口組典型剖面，在路線地質調查和野外剖面實測的基礎上，結合粒度分析與室內巖礦鑒定等方法對勝金口組的地層特征和沉積環境進行分析。綜合分析表明：白堊系勝金口組沉積環境為準噶爾盆地南緣北天山山前坳陷，勝金口組沉積物隨準噶爾盆地的沉降發生變化，沉積環境由底部至頂部劃分為灘壩、砂泥混合灘和泥灘。該研究對準噶爾盆地耦合系統在白堊紀演化發展具有重要意義。

關鍵詞：準噶爾盆地；勝金口組；湖泊相；沉積環境

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

新疆昌吉地區地處準噶爾盆地南緣，構造上屬于準噶爾地塊與塔里木板塊之間的縫合帶。目前對于該地區研究主要集中于年代地層劃分，油氣地質勘探和層序地層的對比（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，準噶爾地塊向南運動的過程中，北天山向北擠壓逆沖，其引發的淺層構造表現為準噶爾盆地在早侏羅世-古近紀經歷陸內斷坳旋回（嚴叔瀾等，2008；呂嶸，2002；陳書平等，2007）。準噶爾盆地在白堊紀經歷了燕山運動第二期，隨后進入造山后調整時期（馬宗晉等，2008）。

筆者在前人的研究基礎上，根據路線地質調查，野外剖面實測以及室內薄片觀察、樣品巖礦鑒定及區域地質背景調查等綜合研究，對勝金口組地層的沉積特征、沉積環境及演化進行分析探討，進而為其所屬的準噶爾盆山耦合系統在下白堊紀演化發展的研究提供地質資料進行補充。

1.區域地質背景

新疆昌吉地區地處準噶爾盆地南緣，北天山山前坳陷。研究區在盆地南緣在構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的構造運動進入一個非?；钴S的階段。經此次兩個板塊的碰撞，天山持續向上隆升，天山兩側的盆地則進一步凹陷（陳憲，2002；鄧輝，2014）。研究區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，形成遞進式沉積演化序列。該區內白堊系地層大面積出露地表，地層分布完整，上下順序疊置關系并側向延伸（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

在新疆昌吉地區呼圖壁河沿岸上侏羅統-更新統實測地質剖面中，白堊系勝金口組位于該剖面的第150-171層。剖面上地層連續出露，頂底界線清晰（圖2）。通過分析該區的勝金口組的巖性組合特征、巖石發育特征及沉積環境特征，進一步完善對白堊系勝金口組地層沉積的認識。

通過野外踏勘選定出露理想的區域，隨后進行剖面實測。研究區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砂巖，發育有比較多的沉積構造。其與下伏呼圖壁組呈整合接觸關系，接觸帶巖性顏色特征區別明顯；勝金口組中部巖性為紅褐色泥質粉砂巖與灰綠色粉砂質泥巖呈互層或夾層形式。剖面上未發現有生物化石或生物擾動構造；勝金口組上部巖性主要為大段紅褐色泥巖與細砂巖、泥質粉砂巖互層，剖面上可見發育平行層理、不對稱波痕等構造，其與上覆東溝組呈不整合接觸，接觸帶巖性區別明顯，地層產狀不一致。

3.沉積巖特征

3.1典型巖石類型

研究區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沉積構造

槽狀交錯層理：發育于第152和172層中層狀土黃色砂巖中，層理的細層呈對稱槽狀，厚度約為10cm～15cm。單個層系厚度變化不明顯，紋層約0.1cm～0.5cm，層系底界出現強烈下凹，呈現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，實地測量顯示為100°∠15°。

不對稱波痕：發育于第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，多數波痕的波脊比較平直，波脊兩側呈不對稱發育，部分出現分叉的現象（圖3-c）。波痕的規模大，波高5cm～8cm，波長15cm～20cm，面積約為10m2。

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

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

水平層理：發育于第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，紋層較細薄、清晰（圖3-f，g）。因野外露頭風化嚴重與土壤覆蓋，所以無法判斷向兩側延伸的距離。

滑塌構造：發育于勝金口組底部第152層中層狀細砂巖層?；w呈中等規模，縱向延伸長度約為2m～3m，滑塌體轉折端下部正常巖層的產狀為11°∠62°，轉折端上部正常巖層產狀為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，結合實測剖面與巖礦鑒定，該組表現為三個不同的沉積序列。在沉積環境分析過程中，碎屑巖的粒度概率累積曲線應用于水動力方式的判別。自然界中水動力條件不斷變化，概率累積曲線類型呈現出多樣性（鄭浚茂等，1980；袁靜等，2011）。

第一個沉積序列對應勝金口組底部，巖石組合為一套土黃色細中粒長石巖屑砂巖，具有上細下粗的沉積特征。砂巖由底至頂陸源砂粒徑變細，填隙物中鈣質膠結物增多，主要為他形粒狀方解石，期間發育較多沉積構造。實測剖面的過程中，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，隨機統計200個礫石粒徑進行綜合分析（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的Φ值約為2.4，說明勝金口組當時水動力整體較強的高能沉積環境，反映到沉積序列中就是：隨水動力增強，沉積物粒度變細。

第二個沉積序列對應勝金口組中部，巖石組合主體為一套粉砂巖-粘土質粉砂巖-粉砂質粘土巖，組內巖石的陸源砂含量增加，粘土質含量增加，填隙物中鈣質膠結物含量變少。野外露頭表現為紅褐色粉砂巖與灰綠色粉砂質粘土巖互層形式交替出現。

第三個沉積序列對應勝金口組頂部，在巖石組合為一套紅褐色微細砂巖-長石巖屑砂巖，具有上細下粗的沉積特征。在第170層灰綠色細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面積隨機統計200個顆粒粒徑進行分析（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力形式。跳躍部分與懸浮部分交點的Φ值約為2.7，說明當時勝金口組所處于水動力較弱的低能沉積環境，反映到沉積序列中就是：隨水動力的減弱，組內沉積物粒度變粗。

4.沉積相類型

新疆昌吉地區勝金口組沉積相分析依托新疆昌吉地區呼圖壁河沿岸上侏羅統-更新統實測地質剖面與路線地質調查，結合剖面上出露的巖相類型、沉積構造和地層沉積序列：認為研究區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：對應于勝金口組底部，主要發育于該組（150層～155層），該段與下伏呼圖壁河組呈整合接觸關系。實測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，其次為粘土質雜基。其陸源砂的分選性較好，結構成熟度與成分成熟度呈中等。期間小型交錯層理、波狀層理、波痕等常見沖刷構造的發育顯示水動力作用以波浪和湖流為主。研究區當時處于湖泊邊緣的斜坡帶附近高能環境中，隨著湖平面的不斷上升，水動力作用增強，沉積物中發育交錯層理與不對稱波痕，并且出現上細下粗的沉積序列。

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

（3）泥灘微相：對應于勝金口組的頂部，主要發育于該組（168層～171層）。該段與上覆東溝組巖相差異明顯，屬于不整合接觸關系。巖礦鑒定顯示主要巖石類型為含鈣質細中粒長石巖屑砂巖，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，鈣質膠結物局部略顯交代陸源碎屑特征。地層中發育的沉積構造有水平層理，不對稱波痕等，沉積序列特征呈現出上粗下細的特點。此時期的勝金口組位于湖泊浪基面之上，出現在洪水期高水位面附近低能環境中，湖平面的后退，較粗的碎屑物質沉降到此前斜坡帶下部水體安靜的區域而沉積下來。

5.沉積環境分析

勝金口組底部細砂巖層發現了一處典型的滑塌構造。根據白堊系勝金口組為前陸盆地濱淺湖沉積和滑塌構造沉積物變形特征，盆地內動力因素是勝金口組滑塌構造產生的主要原因（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，研究區可能發生局部地震從而使得斜坡上的沉積物發生滑塌運動形成滑塌構造。結合以上討論來看，準噶爾地塊向南側運動，北天山的隆升使得盆地內部不斷沉積。盆地內部沉降并不穩定，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造。

下白堊紀早期，天山的隆升使得準噶爾盆地沉降速度加快，湖平面在這一時期逐步上升，巖石的沉積速率增大，水動力增強，發育有不對稱波痕、交錯層理等沉積構造，屬于湖平面附近的高能氧化環境；中期，天山的隆升停止，盆地的沉降陷入停滯，湖平面反復升降，沉積的水動力減弱，沉積速度變慢，巖性上為粉砂巖與粉砂質粘土巖互層；末期，隨著準噶爾地塊向南運動，盆地邊緣出現撓曲，其結果就是盆地出現短暫隆升，湖平面后退。這一階段，湖水的后退，使得水動力變弱，巖性以長石巖屑砂巖為主，呈現出上粗下細的沉積序列。準噶爾盆地在下白堊紀沉積末期經歷了湖平面下降后，準噶爾地塊向南運動的速度加快，地層撓曲增大，并且其沉積中斷，進而遭受剝蝕。然后由于地殼運動，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）。