新疆東昆侖西段黃沙河地區托庫孜達坂組地質特征及沉積環境分析

劉歡，王海波，魯浩，王超，萬鵬

(山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264004)

0 引言

東昆侖造山帶位于中央造山系西段，青藏高原北緣，是經歷了多期次構造運動的復合型大陸造山帶[1-5]，李榮社[4]等將東昆侖造山帶自北向南分為東昆北(祁漫塔格)弧后盆地、東昆中微陸塊(復合巖漿弧)、昆南增生雜巖帶和巴顏喀拉前陸盆地[3,6-7]。黃沙河地區在大地構造位置上位于東昆侖造山帶西段南緣，屬于昆南增生雜巖帶(圖1a)。

研究區內地層較發育，以晚古生代—中生代地層為主，主要為下志留統白干湖組、中泥盆統布拉克巴什組、下石炭統托庫孜達坂組、下二疊統碧云山組、中二疊統卡爾瓦組、上三疊統桃湖組、上侏羅統庫孜貢蘇組，局部出露少量中元古代變質基底(長城系小廟組及新生代地層[7-13])。下石炭統托庫孜達坂組主要分布于研究區中部(圖1b)，出露面積多達930km2。根據最新的新疆巖石地層手冊[7]，該套地層為“灰白、灰綠、紫褐色碎屑巖及灰綠、灰紫色火山碎屑巖、灰綠、灰紫色火山巖夾灰白、灰黑色灰巖。一般下部以碎屑巖為主，上部為火山巖和灰巖，含豐富腕足、珊瑚化石”。由于地處藏北高原，自然條件惡劣，研究區地質成果資料相對較少[14-15]，原1∶25萬礦調將該套地層僅劃分到群[16](1)新疆維吾爾自治區地質調查院．1∶25萬鯨魚湖幅(J45C004004)、木孜塔格幅(J44C004003)區域地質調查報告，2002年。山東省第三地質礦產勘查院．新疆若羌縣大沙溝一帶1∶5萬一道梁幅等(J45E019019、J45E020018、J45E020019、J45E021018、J45E021019)五幅區域地質礦產調查報告，2018年。湖南省地質調查院．且末縣一級電站幅(J45C003002)1∶25萬區調報告，2003年。，對其研究也僅限于地層內火山巖成因及時代特征，認為托庫孜達坂群火山巖的形成與俯沖作用有關，是古特提斯分支洋北向俯沖的結果[17]；而對地層內的沉積巖及灰巖鮮有研究，陳剛等[18]對且末縣米特河地區托庫孜達坂組下段(碎屑巖)進行粒度特征及成因分析，認為其沉積環境為淺海—半深海相環境，顯示了海進沉積序列特征。本文依托“新疆若羌縣大沙溝一帶5幅1∶5萬區域地質礦產調查”等項目，通過研究剖面特征、基本層序、粒度參數、生物化石等，對東昆侖西段黃沙河地區托庫孜達坂組進行沉積環境分析，以期為區域地質調查提供參考依據，為東昆侖造山帶的演化提供地質資料。

圖b：1—第四紀全新世河床、河漫灘沖積砂、礫石；2—第四紀更新世沖洪積砂、礫；3—嗩納湖組上段砂巖、粉砂巖；4—嗩納湖組下段礫巖、含礫粗砂巖；5—庫孜貢蘇組上段(砂巖段)；6—庫孜貢蘇組下段(礫巖段)；7—桃湖組碎屑巖；8—卡爾瓦組碳酸鹽巖夾碎屑巖段；9—卡爾瓦組碎屑巖段；10—碧云山組碎屑巖段；11—托庫孜達坂組碳酸鹽巖段；12—托庫孜達坂組碎屑巖段；13—白干湖組變砂巖段；14—白干湖組片巖段；15—硅質巖(透鏡體)；16—灰巖(巖塊)；17—玄武巖(巖塊)；18—三疊紀二長花崗巖；19—實測逆斷層；20—實測正斷層；21—推測斷層；22—化石取樣位置圖1 新疆東昆侖黃沙河地區區域地質圖(a，據文獻[11]改)及托庫孜達坂組地質簡圖(b)

1 地層特征

下石炭統托庫孜達坂組主要分布于阿爾金斷裂以南的東昆侖山。東昆侖西段黃沙河地區托庫孜達坂組主要分布于黑峰山-碎石溝-屏障嶺一帶，沿木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂(昆南斷裂)，呈EW向展布。該套地層頂部與上侏羅統庫孜貢蘇組、中新統嗩吶湖組均呈斷層接觸，下部大部分被第四系覆蓋，僅局部可見其與下志留統白干湖組呈斷層接觸(圖1b)。

研究區托庫孜達坂組主要為一套正常碎屑巖夾碳酸鹽巖、硅質巖沉積。通過野外調查(圖2、圖3)，根據其巖性組合可分為2個巖性段，下段巖性主要為灰色、深灰色巖屑砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖及硅質巖，巖性變化較大，局部地段巖石發生淺變質或弱變形；上段巖性主要為灰白色泥亮晶灰巖夾灰黑色生物碎屑灰巖，化石以珊瑚、層孔蟲、海百合莖為主。與新疆地層巖石地層巖性劃分基本一致。

1—礫巖；2—亮晶灰巖夾生物碎屑灰巖；3—巖屑砂巖；4—泥質粉砂巖；5—硅質巖；6—構造破碎帶；7—實測逆斷層；8—實測性質不明斷層；9—庫孜貢蘇組下段(礫巖段)；10—托庫孜達坂組碳酸鹽巖段；11—托庫孜達坂組碎屑巖段；12—粒度分析樣品取樣位置及編號圖2 研究區托庫孜達坂組典型地質剖面

1—生物碎屑灰巖；2—礫巖；3—巖屑砂巖；4—絹云母板巖；5—泥晶灰巖；6—硅質巖；7—鈣質粉砂質巖屑砂巖；8—斷層圖3 研究區托庫孜達坂組地層綜合對比柱狀圖

1.1 托庫孜達坂組碎屑巖段

該段為一套濱淺海—半深海相的碎屑巖沉積，其主要巖性以灰黑色粉砂質板巖、灰黑色極薄層狀泥質粉砂巖、硅質泥質粉砂巖、淺灰褐色長石石英中細粒砂巖、灰黑色極薄層狀變質泥質粉砂巖、青灰色中—薄層狀變質巖屑石英中砂巖夾灰褐色鈣泥質粉砂巖為主。粉砂巖以發育平行層理為主，局部見粒序層理及微小的斜層理、包卷層理的沉積構造。地層中見有大量的灰黑色、灰綠色碎裂巖化硅質巖、含泥硅質巖、褐鐵礦化含礫硅質巖、含硫化物硅質巖等，層厚約2～5cm。該段地層具有明顯的復理石特征，韻律層發育，可見鮑馬序列，主體見下部為a-b-c，局部見完整的a-b-c-d沉積；中部發育c-d層序，之后又恢復到a-b段沉積序列。與上部出露的碳酸鹽巖段呈斷層接觸關系。

1.2 托庫孜達坂組碳酸鹽巖段

該段為一套半深海相的碳酸鹽巖建造。其出露的主要巖性，底部為深灰色碎裂巖化生物碎屑粒屑灰巖、灰色碎裂含生物碎屑微晶灰巖，生物化石(圖4)，含量約占10%～15%；上部灰黑色含生物碎屑含粒屑微晶灰巖、灰—淺灰白色含生物碎屑白云質亮晶微晶灰巖、灰褐色—淺灰白色碎裂巖化白云質亮晶灰巖，淺肉紅色含生物碎屑亮晶泥晶微晶灰巖，未見頂，與托庫孜達坂組碎屑巖段呈斷層接觸。

a—閻婆線紋長身貝(C1-P1)；b—小笛管珊瑚(S-C)；c—假羅氏孔珊瑚(C1)；d—放射蟲化石(D3-C1)圖4 托庫孜達坂組典型化石照片

2 巖石學特征

2.1 碎屑巖類

(1)粗—細粒巖屑石英砂巖：灰色、深灰色，粗—細粒砂狀結構，塊狀構造。巖石由碎屑(95%)和填隙物(5%)組成。碎屑主要由石英(25%～80%)、巖屑(20%～75%±)組成，長石少見。碎屑呈次棱角—次圓狀，粒度大小0.06～3.6mm的占90%，小于0.06mm的占10%，呈接觸-孔隙式膠結。

(2)粉砂質細砂巖：灰色、深灰色，粉砂—細砂狀結構，塊狀構造。巖石由碎屑(95%)和填隙物(5%)組成。碎屑由石英(30%)、長石(少量)、巖屑(70%)組成。碎屑呈棱角—次棱角狀，粒度大小0.02～0.1mm之間，呈接觸-孔隙式膠結。

(3)粉砂質泥巖：灰色、淺灰色、深灰色，粉砂質泥質結構(顯微鱗片結構)，定向構造。巖石由細粉砂屑和泥質組成。粉砂屑(40%)粒度大小0.01～0.02mm。主要由石英、巖屑、云母組成，云母大致定向分布，分布較均勻，分布微量褐鐵礦。泥質(60%)有重結晶，由鱗片狀黏土礦物組成，并具定向分布。

2.2 碳酸鹽巖類

(1)生物碎屑灰巖：灰色，致密塊狀，生物碎屑泥晶結構，層狀構造，滴稀鹽酸劇烈起泡。巖石由生物屑和填隙物組成，具生物屑泥晶結構。生物屑30%，種類有有孔蟲、藻、腕足、海百合、苔蘚蟲和介形蟲等，多為自形—半自形，大小多在3.6～0.12mm之間，海百合、有孔蟲和藻類保存較完整，苔蘚蟲和介形蟲較破碎。填隙物70%，多為小于0.004mm的泥晶方解石，局部見少量由重結晶作用生成的微—細晶方解石，不均勻分布。

(2)淺灰白色弱白云石化微晶灰巖：淺灰白色，微晶結構，塊狀構造。巖石中除了有極個別生物屑外，主要由小于0.03～0.004mm的微晶方解石組成，局部見由重結晶作用生成的粉—細晶方解石，不均勻分布，細晶方解石顆粒間緊密嵌生。

2.3 硅質巖類

含放射蟲硅質巖：灰色、淺灰色、淺褐灰色、深灰色，隱晶—顯微微粒結構，塊狀構造。巖石由隱晶—顯微微粒狀石英(80%～99%)組成，其次為放射蟲(少量～15%)，分布少量黏土(5%～7%)雜質及褐鐵礦、白鈦石塵點。黏土雜質較均勻分布，硅質成分呈隱晶狀。放射蟲呈圓形，已由微粒石英組成，有少部分呈菱形，呈壓扁的橢圓狀，大小0.08～0.25mm，分布較均勻。

3 時代特征

托庫孜達坂組廣泛分布于木孜塔格-鯨魚湖斷裂以北，黃沙河-雁頭山-屏障嶺一帶，前人根據地層內的放射蟲及珊瑚化石，將此套地層時代厘定為下石炭統。新疆地調院在1∶25萬木孜塔格幅區域地質調查工作中，在研究區內的硅質巖中采集到大量的放射蟲化石，經鑒定，其中的AlbaillellaindensisWon是杜內階頂部到維憲階底部的帶化石(2)新疆維吾爾自治區地質調查院，1∶25萬鯨魚湖幅(J45C004004)、木孜塔格幅(J44C004003)區域地質調查報告，2002年。；湖南省地質調查院在1∶25萬且末縣一級電站幅區調工作中，在該套地層碳酸鹽巖中采集到腕足類化石(Gigantoproductussp.,Linoproductussp.等)，經鑒定，時代為早石炭世晚期(3)湖南省地質調查院，且末縣一級電站幅(J45C003002)1∶25萬區調報告，2003年。。許鑫在對阿克蘇河地區托庫孜達坂組中火山巖進行研究時，測定其鋯石U-Pb年齡為364.1～343.8Ma[17]，為晚泥盆-早石炭晚期。

本次工作在屏障嶺一帶的灰巖中采得大量化石，經鑒定主要為：閻婆線紋長身貝Linoproductuscora(Orbigny)(圖4a)，小笛管珊瑚(未定種)Syringoporellasp.(圖4b)，網格苔蘚蟲(未定種)Fenestellasp.，假羅氏孔珊瑚(未定種)Pseudoroemeriporasp.(圖4c)等，其中假羅氏孔珊瑚為石炭紀典型化石，Linoproductuscora(Orbigny)為石炭-早二疊世典型化石因子。

另外在碎石溝一帶硅質巖中采集到大量放射蟲化石，經送中國地質大學(武漢)地球科學學院鑒定，化石主要有：Spongoentactinellasp.、Spongoentactinellaparacorynacanthasp.、Trilonchesp.、Triloncheelegans、Triloncheechinate、Stigmosphaerostylusvariospina、Stigmosphaerostylussp.、Triaenosphaerasp.、ArchocyrtiumriedeliArchocrytiumcostuligerum、Archocrytiumvenustum、Archocrytiumsp.、Holoeciscusforemana、Holoeciscussp.、Apophysisphaeraornate、Entactiniasp.、Asteroentactiniasp.、Tetrentactiniasp.。其中Apophysisphaeraornate(Hinde)是晚泥盆世法門期至早石炭世維憲期帶化石(圖4d)。

綜上所述，根據化石組合特征，筆者將該組時代定為早石炭世。

4 沉積環境分析

黃沙河地區托庫孜達坂組沉積建造以碎屑巖建造為主，其次為碳酸鹽巖化建造，可以識別出鮑馬序列，反映出半深海環境，而且在鄰區發現了火山巖夾碎屑巖的巖石組合特征[18-21]，說明該組在沉積的同時海底火山活動頻繁，時有噴發，反映出當時沉積環境已有向濱淺海相過渡的特點。

本次工作在托庫孜達坂組碎屑巖段中采集2件砂巖進行了粒度分析，據參數顯示，平均粒徑0.3367～1.8333φ，以細砂為主；標準偏差0.9598～1.4273φ，分選中等；偏度-0.2566～-0.0155，為負偏態，峰態0.9368～1.008，為中窄—很窄。累計概率曲線圖(圖5)由跳躍和懸浮兩個次總體組成，缺失滾動次總體。跳躍次總體含量81%～90%，斜率較高，為55°～60°，反映分選中等至較好。懸浮次總體含量低，為1%～2%，斜率0°～1°，反映分選差。S截點3～3.4φ，兩個次總體之間多為漸變關系，混合度為-2φ左右，個別為突變關系。各特征均顯示沉積物系經過一定搬運篩選之后的海相產物。概率圖與半深海沉積的特征十分相似。

圖5 下石炭統托庫孜達坂組碎屑巖段砂巖粒度分析累積概率曲線圖

微體古生物----放射蟲(Radiolaria)，屬于原生動物門的肉足綱，是一類單細胞具偽蟲的海洋浮游生物。現代放射蟲出現于各大洋和地中海中，能適應于各種水體，從極地到赤道，從水表到深海。然而最豐富還是在水深25～500m之間，岸邊淺水中極少見。現代富含放射蟲殼體的硅質軟泥，主要分布在熱帶海洋底和兩極高緯度地帶。它們在太平洋的深度為4800～5300m，在印度洋為5000～5500m。因此人們通常把地質時期的放射蟲硅質巖視為一種遠洋深水環境的標志。

綜上，根據地層巖性和生物化石組合來看，黃沙河地區下石炭統托庫孜達坂組的沉積環境為半深海—濱淺海沉積環境。

5 結論

(1)通過剖面巖石組合特征分析及基本層序研究，將新疆東昆侖西段黃沙河地區托庫孜達坂組分為下段碎屑巖段和上段碳酸鹽巖段，碎屑巖段巖性以砂質板巖、巖屑砂巖、泥質砂巖為主，碳酸鹽巖段主要巖性為灰白色微晶灰巖和灰黑色含生物碎屑灰巖。

(2)在研究區石炭紀托庫孜達坂組中采集到珊瑚類、腕足類化石，經鑒定，其中的假羅氏孔珊瑚為石炭紀典型化石，閻婆線紋長身貝為石炭-早二疊世典型化石因子，確定地層時代為早石炭世。

(3)托庫孜達坂組以碎屑巖建造為主，其次為碳酸鹽巖建造，可以識別出鮑馬序列，反映出半深海相環境，結合碎屑巖段粒度曲線特征及放射蟲化石特征，確定該套地層的沉積環境為半深海—濱淺海沉積環境。