新疆库木库盆地渐新统新疆库木库里盆地演化

新疆库木库盆地渐新统新疆库木库里盆地演化

新疆库木吉盆地位于青藏高原北缘，是青藏高原高度形成的山间塌陷盆地。它位于东昆仑断裂（齐曼塔格南缘断裂）和东昆仑平均断裂（阿尔卡山断裂）之间，长约250公里，宽约70公里，东西两侧约17500公里。它是一个类似于东西的菱形盆地（图1）。盆地周边均为断层围绕,北以祁漫塔格南缘断裂为界,南以阿尔喀山断裂为界,西以库木布彦山断裂为界,东以土房子断裂为界。盆地周围均为4500m以上的高山,北为祁漫塔格山—库木布彦山古生代弧盆系、东为布仑台隆起,南为阿尔喀山晚古生代—三叠纪沟弧盆系及边缘建。盆地海拔3800～5221m,地势西高东低,东部最低海拔3800m,西部库木布彦山最高海拔达5221m,新生界沉积厚度达7000m。研究区位于青藏高原腹地,受交通、自然等条件的制约,地质工作程度甚低,笔者等在2001年进行新疆阿牙克库木湖幅一比二十五万区域地质调查中,在盆地中下部层位发现了长度达70km多层位的砂砾岩型铜矿化带,因此研究该盆地的演化,将对该区的矿产资源评价及青藏高原隆升的山盆耦合作用研究提供重要的基础资料。1克林波特盆地的材料组成库木库里盆地古-新近系出露地层为古近系渐新统石马沟组(E3S)、新近系中新统石壁梁组(N1S)和上新统红石梁组(N2h)。1.1下段盆地3gsa地层渐新统石马沟组,分为上、下两段。石马沟组下段(E3Sa):浅灰色、浅褐色复成份钙质中—细砂岩、中层状钙质含砾粗砂岩、褐红色钙质粉砂岩不等厚互层夹褐红色钙质粉砂质泥岩,地层厚度大于878m。该组在盆地中南部岩性主要为厚层状、块状层复成份中—粗砾岩夹含砾粗砂岩、粉砂质泥岩透镜体,中—粗砂岩中可见到大量漂砾,向上逐渐变为复成份砂砾岩、含砾砂岩、钙质粉砂岩、粉砂质砾岩不等厚互层,该处地层厚度大于1779.6m;在盆地东部石马沟组下段(E3Sa)地层由下部为灰绿色中—粗砾岩、含砾粗砂岩、细砂岩与褐红色薄—中层状泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层,向上变为中—厚层状细砾岩、含砾粗砂岩、细砂岩与褐红色泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层,该区石马沟组下段(E3Sa)地层厚度782.12m。测区石马沟组下段(E3Sa)未见底,与上覆石沟组上段为整合接触。石马沟组上段(E3Sb):岩性为褐红色中层状钙质岩屑砂岩、褐红色薄层状钙质粉砂质泥岩不等厚互层、夹杂色含砾粗砂岩、砂砾岩透镜体,上部含介形类化石Eucyprisparaserrata,E.mutilis等,石马沟组上段顶部有砂砾岩型铜矿化,地层厚2293.0m。与上覆石壁梁组为整合接触。石马沟组含介形类化石Eucyprisparaserrata(近锯形真星介),E.mutilis(多边真星介)等化石,通过区域对比其时代确定为渐新世。1.2上段地层厚度中新统石壁梁组,分为上、下两段。石壁梁组下段(N1sa)主要岩性为褐红色、灰绿色中层状粉砂岩、钙质长石粉砂岩、钙质粉砂质砾岩,含植物茎根、叶等化石或植物碎片及水鸟足迹印模化石,含Candoniellasuzini(苏氏小玻璃介)、C.folicaceus(叶小玻璃介)、Eucyprisflexilis(安宁玻璃介)等介形类化石,地层厚度1793.16m。石壁梁组上段(N1sb)主要岩性为紫红色中层状钙质粉砂岩、钙质粉砂质泥岩互层夹厚层块状中—细砂岩,红石梁地层厚度2328m,大黑山厚度为1578m,条石山厚度为913.95m,总体上从西向东地层厚度变小。石壁梁组与上覆红石梁组为整合接触。石壁梁组含Candoniellasuzini(苏氏小玻璃介)、C.folicaceus(叶小玻璃介)、Eucyprisflexilis(安宁玻璃介)等介形类化石,其时代可确定为中新世。1.3盆地红石梁组盆地西部红石梁组为砖红色中—薄层状钙质长石细砂岩、砂岩与砖红色粉砂质泥岩、泥岩不等厚互层,上部约1200m为杂色中—厚层状砂砾岩、砾岩等磨拉石建造,地层总厚度3021.95m;在盆地中下部主要岩性为土黄色中—厚层状粉砂质泥岩、钙质细砂岩,以粉砂质泥岩为主,下部含灰白色块状层石膏层,含Candoniellaaucta(秀丽小玻璃介)、Ilyocypriskitons(奇台土星介)介形虫、Corbiculalargillieri(湖兰蚬)、Gyrauluscoretus(肥大小旋螺)腹足类化石。在盆地东部红石梁组顶部为砾岩、砂砾岩的磨拉石建造,红石梁组与下伏石壁梁组为整合接触,与上覆第四系呈角度不整合接触。红石梁组含Candoniellaaucta(秀丽小玻璃介)、Ilyocypriskitons(奇台土星介)介形虫、Corbiculalargillieri(湖兰蚬)、Gyrauluscoretus(肥大小旋螺)腹足类等化石,通过区域对比其时代确定为上新世。2沉积相2.1统红石梁组及第四系冲积、洪冲积、湖积、教新疆库木库里盆地出露地层包括古近系渐新统石马沟组、新近系中新统石壁梁组与上新统红石梁组及第四系冲积、洪冲积、湖积、沼泽堆积、化学沉积等。根据岩石组合、生物面貌、相标志、剖面结构类型、碎屑物结构等标志,以及地层内部结构、空间配置关系,识别出冲积扇、河流、湖泊三角洲、湖泊四种沉积相、六种亚相、十种微相(如表1)。2.2盆地沉积特征沉积相的变化表现为在纵向上和平面上的变化,它们均具有一定的变化规律。古-新近纪沉积相在纵向上的变化如图2。石马沟组在剖面上明显表现为由下部的冲积扇相和上部的湖泊三角洲相组成。相剖面上自下而上分为扇缘、扇上水道、河流、湖泊三角洲平原亚相和湖泊三角洲前缘亚相,在靠近沉积中心的牙鲁古祖布拉克一带出现了有限的浅湖粉砂质泥岩沉积,总体反映了水体从早至晚由浅变深的特点,反映盆地开始发育。石壁梁组则显示了两个由半深湖、浅湖向湖泊三角洲相演化的特点。和石马沟组相比,该组沉积相所反映的粒度变细、层理规模变小,出现碳酸盐岩、膏盐沉积,表明盆地演化趋于成熟、稳定的特点。红石梁组仅在盆地中心出现湖相沉积,以石膏、碳酸盐岩等化学岩类和细碎屑岩为特色,并出现浅湖相至湖泊三角洲前缘亚相的频繁交替(图2);而在盆地边缘均为三角洲到冲积相沉积,且以扇中亚相的扇上水道、扇上堤等粗碎屑为主,反映为盆地逐渐萎缩消亡的过程。石马沟组沉积相在平面上展布如图3。石马沟组分布于红石口—盟布拉格以南,大沟岔一阿其格库勒以北地区,其它地区未出露。拐子梁—大黑山以南为大规模的冲积扇体,内部可见扇上水道、扇上决口扇等微相组合,碎屑物成分以盆地南缘的上古生界碳酸盐岩为主。槽状交错层理的槽轴方向近南北向,同时在石马沟组未发现向南、向东的古流向标志,可能是没有出露地表所致。石壁梁组沉积相在平面上的展布特征如图4。由于石壁梁组北部向北倾伏,其北部地区未出露地表,相平面展布在平面上呈不完整形态,总体上呈半同心环状,沉积相为三角洲、浅湖、半深湖相,未发现冲积扇相。浅至半深湖相分布于梯子梁—大黑山北侧的皮提勒克河以西。据南北向的剖面测量及古流相标志分析,红石梁以南也存在面积不大的浅湖相沉积。红石梁组沉积相在平面上的展布特征如图5。仅见于红石梁、梯子梁—大黑山以北地区,红石梁以北的乱石沟一带和碱土梁以东地区主要表现为冲积扇、湖泊三角洲相组合,在梯子梁以北、碱土梁以南由浅湖相、泻湖相构成。从古流向、物源和西侧的湖泊三角洲相形态指示库木布彦山为重要的碎屑物源供给区。3盆地的发育3.1陆源碎屑的特征研究区的陆源碎屑岩类包括砾岩、砂岩、粉砂岩。(1)碎屑岩主要分布于黑山、白土滩和花条山一带的石马沟组及库木布彦山风尘口—乱石沟、阿牙克库木湖南的长沙梁等地的红石梁组中,其特征如表2。(2)近地层岩屑特征主要有长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩、岩屑杂砂岩和长石石英砂岩。它们往往作为一个基本层序或施回的开始,可构成河道、近岸沙坝、远岸沙坝、天然堤等多种微相,是古—新近纪沉积的主要类型。研究区砂岩特征列于表3。镜下统计显示,区内砂岩碎屑含量明显偏低,岩屑含量介于(20～56)×10-2,且多含(2～3)×10-2的灰泥铁尘杂基,成分成熟度低。岩屑成分主要有泥岩、千枚岩、板岩和火山岩,但各地层单位所含岩屑成分又有差异,红石梁组为含铁泥岩、板岩、千枚岩和安山岩,石壁梁组出现了花岗岩,石马沟组大量出现灰岩、白云岩岩屑而有别于其它地层单位。砂岩特征表明物源区以物理风化作用占主导地位,搬运距离不大,具重力流和牵引流搬运的特点。(3)碎屑成型岩石学特征为新生界的主要岩石类型,一般呈灰绿色、黄褐色韵律层状产出,常见有钙质粉砂岩、泥质粉砂岩和岩屑粉砂岩。粉砂成分可分为单矿物石英、长石、云母和复成分有泥岩、千枚岩、板岩、火山岩、碳酸盐岩,胶结物多为方解石、其次为绿泥石、石膏、硅质等。成分成熟度为不成熟至准成熟,反映了搬运距离不太远和风化作用不彻底的特点。综上所述,石马沟组碎屑成份主要为碳酸盐岩,其次为砂砾岩、砂岩、泥岩、板岩、石英岩,显示物源主要来自于沉积岩,而且主要是碳酸盐岩,与南部晚古生代沉积建造一致。石壁梁组碎屑成份主要为砂砾岩、砂岩、泥岩,其次为碳酸盐岩、板岩、石英岩,显示物源主要来自于碎屑岩;而红石梁组碎屑成份中花岗岩所占比例有较大增加,结合古流向分析其物源来自于盆地西部。石壁梁组成份成熟度最高,石马沟组成份成熟度次之,红石梁组成份成熟度最低。3.2结构成熟度及胶结类型一般将磨圆度、分选性、填隙物性质及含量作为岩石结构成熟度的衡量标准。根据薄片观察,库木里盆地古—新近系碎屑岩结构类型统计结果列于表4。从表4可以看出,碎屑岩分选性较好,圆度以次棱角状为主,胶结类型以孔隙式占优势,少量基底式胶结,结构成熟度中等至较好。其中石马沟组结构成熟度中等,分选性好者占50×10-2,次棱角至次圆状可达80×10-2,胶结类型以孔隙式占优势;石壁梁组结构成熟度高,分选好者占56×10-2,较好者占33×10-2,次棱角状达70×10-2,全为孔隙式胶结;红石梁组结构成熟度低,分选差者占43×10-2,棱角状占50×10-2,基底式胶结占27×10-2,显示近源高密度流产物。综上所述,石壁梁组结构成熟度最高,石马沟组结构成熟度其次,红石梁组结构成熟度最低并显示近源高密度流特征,总体表现为盆地演化早晚期碎屑岩成熟度较低,盆地演化中期碎屑岩成熟度较高的特征。3.3盆地早期物源和晚期物源石马沟组碎屑成份以碳酸盐岩为主,而红石梁组碎屑成份中花岗岩所占比例有较大增加,结合古流向分析,盆地早期物源来自于盆地南部的阿尔喀山地区,盆地晚期物源来自于盆地西部的库木布彦山。我们对石马沟组、石壁梁组、红石梁组砂岩的碎屑成份在Q—F—L图解上进行投影,结果均投入再旋回造山带物源区(图6),表明盆地物源区构造背景以再旋回造山带为显著特征。3.4古流沿边盆地边缘生长变化古流向是研究盆地古地理和结构的重要方法,它有助于确定沉积走向、古坡向和物源区。根据剖面和路线地质填图所测定的水流波痕陡倾面、大型槽状层理的槽轴及交错层理前积纹层倾等指向构造的统计分析,不同时期有不同的古流向体制。石马沟组古流向以单向为主,变化范围从345～30°,总体表现为由南向北(图3);石壁梁组古流向与石马沟组古流向相似,变化范围从305～150°,基本表现为由南向北(图4);红石梁组古流向体制发生了显著变化,古流向分为70～110°和350～40两组,反映该时期具双向水流特征,并以东南方向水流为主(图5);更新世、全新世古流向变化较大,总体表现为向盆地边缘发散。从古流向体制分析可以得出:渐新世—中新世(石马沟组—石壁梁组)古地势表现为南高北低,而北部地区地形与盆地高差可能较小;上新世(红石梁组)盆地周围的古地理格局发生了较大变化,盆地古流向由原来的南北向转为南北向和东西向两组,表明盆地地势变为西南高东北低,西部出现冲积相、湖泊三角洲相沉积,东部地区主要表现为湖相沉积也说明古地势亦是西高东低的。3.5库木农村盆地演化过程通过盆地充填地层、沉积相、古流向体制与古地理格局和物源区构造背景分析,库木库里盆地从渐新世形成,大致经历了渐新世—早中新世盆地萌芽阶段、中中新世—晚中新世盆地的生长发育阶段,上新世盆地萎缩阶段三个演化过程(图7)。(1)盆地沉积环境为盆地初始充填阶段,由于青藏高原的快速隆升,导致高原内部产生扇形开裂,发生差异升降,使库木库里地区周缘控盆断裂下降,库木库里盆地开始萌芽。首先在盆地南部花条山—大黑山接受了石马沟组下段冲积扇、河流相沉积,随着盆地的稳定沉降,陆源碎屑物源源不断地由南向北输送,在冲积相之上沉积了石马沟组上段三角洲相沉积和石壁梁组下段下部湖相沉积,盆地范围不断扩大,盆地水体由南向北依次加深,沉积环境逐渐由强氧化环境转化为还原环境,气候逐渐由寒冷干燥转变为温暖潮湿。经过比较长时间的风化剥蚀作用,在石马沟组上段沉积了3～5层砂砾岩型铜矿化层,形成本区重要的含铜层位。(2)湖—中新世—晚中新世盆地的生长阶段随着盆地早期沉积物的逐渐充填淤平,盆地逐渐趋于成熟,在盆地边缘接受了三角洲相沉积,向盆地中心为浅湖、半深湖相沉积,沉积中心在梯子梁—大黑山之北,总体上反映为粒度较细、成熟度较高的稳定型沉积建造。由于