新疆北山南部地區石炭-二疊紀巖石地層單位厘定

新疆北緣山緣與羅布泊接壤，自然環境非常惡劣，地質調查和研究水平很低。到目前為止，面積超過120萬，仍有許多差距。“文化大革命”期間，國家“三武”項目辦公室配合區域地質勘探，在該地區部署了多個研究項目，進一步加深了該地區的基礎地質研究水平。但是,對于該地區大面積發育的石炭-二疊紀地層(圖1)未作專門的調查研究工作,工作基礎較為薄弱,區域地層方面還存在諸多問題,主要表現在地層單位使用不夠統一,部分地層時代還有爭議,建立的地層層序還有待修改完善等。2002年隨著新疆北山南部地區1∶25萬筆架山幅區調修測項目的開展,筆者有機會對這一地區石炭-二疊紀地層進行調查研究,系統的收集到了巖石類型及其組合形式、基本層序構成、接觸關系性質、巖石地層疊覆特征及區域變化特點、沉積構造和古生物化石等資料,進行了系統的分析和對比研究,依據收集的資料、并結合前人研究成果(張二朋等,1977;新疆地礦局,1997,1993),較合理的厘定了新疆北山南部地區的巖石地層單位和地層序列,在此基礎上探討了該地區晚古生代沉積盆地性質和沉積環境演化歷史。筆者是在項目綜合地質報告基礎上撰寫而成,屬集體勞動成果。1區域層研究歷史和發展新疆北山南部地區區域地層研究有著較長的歷史,不同研究者對該地區地層單位劃分認識還不統一,其劃分沿革情況如表1。1.1石炭系的起源1959年,新疆地質局第一區測大隊首次確定了新疆境內北山地區石炭系的存在,隨后多家單位對該區石炭紀地層進行了研究,采集了大量生物化石,確定了早石炭世晚期,中—晚石炭世和晚石炭世地層的存在。1966年,甘肅第一區測隊創名建立了下石炭統紅柳園組,發現有早石炭世的珊瑚、腕足等標準化石分子;1979年新疆第一區調隊沿用紅柳園組,并對新疆北山石炭系進行了劃分研究;本項目沿用紅柳園組一名。1973年,甘肅第二區測大隊于敦煌青墩峽鄉東創名中石炭統石板山組,采集有中石炭世的1979年,新疆地質局區測大隊十一分隊梁云海等在1∶20萬白玉山幅區調中創名勝利泉組,在庫木庫都克幅中發現了晚石炭世的1973年,甘肅區測二隊于敦煌青墩峽西創名干泉群,時代為晚石炭世;1990年王增吉改稱干泉組;1999年《新疆維吾爾自治區巖石地層》認為新疆區測大隊1979年所建上石炭統鹽灘組與甘肅區測二隊創立的干泉組完全吻合,應棄用鹽灘組,采用干泉組一名,并指出新疆一區調原建矛頭山組上部的火山巖應歸屬干泉組,下部火山巖歸紅柳園組,廢棄矛頭山組;本報告沿用干泉組一名,據巖性組合將測區的干泉組劃分為下、中、上3段,總體構成一復式向斜。1.2疊統紅柳河組地層劃分1959年,新疆第一區測大隊陶鈞政等在哈密沙泉子地區紅柳河南1612高地附近創建紅柳河巖系,歸早二疊世并分為3個亞系;1979年新疆區測大隊在哈密白山南與白玉山一帶厘定出下二疊統紅柳河組;1991年新疆地研所張致民、吳紹組將該套地層劃歸下二疊統紅柳河組,并劃分為3個亞組;1999年《新疆維吾爾自治區巖石地層》將北山該套地層劃分為早二疊世紅柳河組,并分為兩個亞組;本次區調沿用紅柳河組一名,據巖性組合將該組分為上、下兩部分。1979年,1∶20萬白玉山幅區調將北帶二疊紀地層劃分為上二疊統駱駝溝組,南帶二疊紀地層劃分為下二疊統因尼卡拉塔格組;1999年新疆地層清理認為,南、北兩帶二疊系巖石組合特征有共同之處,建議停止使用立名較早的因尼卡拉塔格組,統稱駱駝溝組,筆者沿用駱駝溝組一名,時代厘定為中二疊世,置于紅柳河組之上。2巖石地層單位厘定和地層單位調查研究區地處多個構造單元結合部位,構造作用強烈,巖漿活動頻繁,使得石炭-二疊紀地層受到不同程度的改造,總體表現為淺變質、強變形特征,面理置換較為強烈,對巖石地層單位厘定和地層層序建立造成一定困難。1∶25萬筆架山幅區調根據古生物化石、構造解析和地層層序恢復及沉積環境演化歷史等資料,對石炭-二疊紀地層進行了重新厘定,從老到新(自下而上)依次為早石炭世紅柳園組、晚石炭世石板山組、勝利泉組、干泉組(包括下、中、上3段)、早二疊世紅柳河組、中二疊世駱駝溝組,現將各巖石地層單位主要特征由早到晚詳述如下。2.1基性巖質巖巖石學特征大面積分布于菊花山-淤泥河凹地南、北兩側,呈不規則帶狀SWW—NEE向展布,其上被二疊系、古近—新近系不整合覆蓋,多被華力西期侵入巖侵位蠶蝕,為一套淺變質碎屑巖-火山巖-碳酸鹽巖建造。據巖性組合特征可劃分為上、下兩部分。上部為灰色灰巖、生物灰巖夾砂巖、頁巖,灰巖之下部見有透鏡狀鮞狀赤鐵礦;該套地層沿走向變化大,向西灰巖相變為鈣質粉砂巖、鈣質板巖,并且火山巖增多,在筆架山一帶被安山玢巖、凝灰巖、凝灰質砂巖夾灰巖所代替。淤泥河北側灰巖中含大量珊瑚化石,主要種屬有HeterocaniniatholusiabulataYabeetHayasaka(穹隆橫床異犬齒珊瑚),KueichouphyllumsinenseYu(中國貴州珊瑚),YuanophyllumlongiseptatumYuetal.(長隔壁袁氏珊瑚)等。下部巖性組合主要為灰綠色糜棱巖化礫巖、砂礫巖、變質細砂巖、粉砂巖(千枚巖),夾凝灰巖、鐵碧玉團塊、玄武巖、磁鐵礦透鏡體;西部由于受侵入巖侵位影響而變質較深,為灰一灰綠色絹云石英片巖、千枚巖,黑云石英片巖等。2.2積旋回組成分布于調查區的三峰山-小黑山一帶,呈帶狀沿SW-NE方向展布,與下伏紅柳園組和上覆勝利泉組均以S該組巖性組合沿走向有一定變化,東段(小黑山一帶)剖面上主要由多個沉積旋回組成,每個旋回基本層序自下而上為淺灰色中厚層狀變質巖屑礫巖、變含礫粗粒長石巖屑雜砂巖、變粗-中粒長石巖屑砂巖,頂部一般為灰色含凝灰質粗-中粒長石巖屑砂巖、粉砂巖,局部夾黃綠色、綠色蝕變陽起石巖、蝕變安山巖等;西段(三峰山-高尖一帶)變質程度稍高,火山巖夾層明顯增加,上部為灰色二云母石英千枚巖、變不等粒巖屑長石雜砂巖、劈理化變質細-粉砂巖,夾少量灰綠色蝕變玄武巖和透鏡狀硬錳礦層,下部為灰色二云母石英千枚巖、黑云母石英千枚巖、劈理化變質中-細粒巖屑長石雜砂巖、變質巖屑礫巖,夾灰綠色蝕變玄武巖等。2.3深灰色基細砂質千完全巖組分布于調查區駱駝峰北-雙坪包-淤泥河一線,呈西寬東窄帶狀沿SW-NE方向展布于石板山組東南側,兩者之間現以S巖性組合在區域上有一定變化,東段(小黑山南-淤泥河一帶)為深灰色-灰黑色粉砂質千枚巖夾互淺灰色中薄層狀變細粒巖屑長石雜砂巖、夾少量變質含泥硅質巖和凝灰巖,為韻律型基本層序,發育鮑瑪序列的D、E段,常見水平層理、小型波狀沙紋層理;西段(駱駝峰北-雙包坪一帶)主要為灰黑色-深灰色薄層狀細砂巖夾(互)粉砂質千枚巖、碳質板巖、夾同色中薄層狀含黃鐵礦砂質灰巖、泥質灰巖,發育水平層理和小型波狀沙紋層理。上述資料說明,該套地層巖性組合沿走向有一定變化,由東向西砂質、鈣質含量增加、泥質含量減少,總體反映了深海-半深海還原沉積環境,東部海水相對較深,西部海水相對較淺。2.4晚石碳世界干泉群c出露于調查區駱駝峰南-黑山口-矛頭山一帶,呈西窄東寬的帶狀沿SWW—NEE方向展布于勝利泉組南側,兩者之間現以S2.4.1火山碎屑巖夾翠綠色-鮮綠色變質安山質凝灰巖、凝灰質砂巖、夾杏仁狀玄武巖、安山巖、安山質熔結凝灰角礫巖、磁鐵石英巖透鏡體和薄層狀生物碎屑泥晶灰巖等,向西相變成火山碎屑巖夾互中-基性火山熔巖。在弱變形域見凝灰巖夾細碎屑巖中發育水平層理;灰巖中含腕足、珊瑚、2.4.2制成林巖的類型灰綠色、暗綠色蝕變玄武巖、杏仁狀玄武巖、杏仁狀安山巖、蝕變安山巖、安山質玄武巖、安山質熔結凝灰巖、安山質熔結角礫巖,夾灰白色中薄層生物碎屑結晶灰巖,其中灰巖中含2.4.3基性火山巖沉積相灰綠色、紫紅色復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、細粒巖屑長石砂巖、粉砂質千枚巖,夾灰綠色玄武巖、杏仁狀玄武巖、杏仁狀安山巖、安山質晶屑凝灰巖、安山質火山角礫凝灰巖,薄層生物碎屑灰巖等,剖面上該段由多個自下向上由粗變細的旋回型基本層序組成,礫巖中發育正粒級層理,灰巖中含頭足類化石。2.5中二疊統駱溝組分布于調查區北部邊緣,近東西向帶狀展布,與相鄰地質體多以脆韌性剪切帶接觸,在圖幅北鄰的馬蹄山南及駱駝溝一帶超覆不整合于奧陶系、志留系之上,其上又被中二疊統駱駝溝組不整合覆蓋。據巖性組合將該組分為上、下兩部分。下部主要為黃綠色-紫紅色凝灰質礫巖、凝灰質砂巖、凝灰巖,夾玄武巖、生物碎屑灰巖透鏡體等,沿走向向西相變為中酸性火山巖,薄層灰巖中含腕足化石;上部主要為灰綠色-暗綠色玄武玢巖、安山玢巖、安山巖、杏仁狀細碧巖,凝灰巖及凝灰質熔結角礫巖,夾細粒長石石英雜砂巖,火山巖中含鐵碧玉團塊及條帶,向東在圖外相變為砂巖、粉砂巖、灰巖不均勻互層。2.6地層組合及沉積體系調查區主要沿兩個帶出露,北帶位于調查區東北角,覆于紅柳河組之上;南帶斷續出露于險峰南、黑山口南和矛頭山南的1098高程點附近,覆于石炭系干泉組之上,有的地段為不整合接觸,有的地段為斷層接觸,為一套碎屑巖-碳酸鹽巖建造。調查區內該組巖性組合主要為一套粗碎屑巖,南、北兩帶略有差異。北帶下部為淡綠色片理化安山質晶屑凝灰巖、含安山質火山角礫巖屑晶屑凝灰巖、夾中粒巖屑長石砂巖;上部由多個旋回型基本層序組成,自下而上巖性分別為紫紅色-淡綠色復成分礫巖、砂礫巖、含礫粗—中粒巖屑長石砂巖、粉砂巖等;總體反映了進積型沉積特征;南帶巖性組合主要為紫紅-黃綠色礫巖、砂礫巖、巖屑長石砂巖、粉砂巖夾薄層灰巖和灰巖透鏡體,剖面上由多個旋回型基本層序組成,沉積構造發育,主要有正粒級層、沖刷-充填構造等;灰巖中含較豐富的腕足、腹足及3基性火山巖巖石地球化學特征調查區總體上屬新疆北山晚古生代盆地西部,石炭-二疊紀地層分布廣泛,巖石類型復雜,巖相變化明顯,沉積物顏色主要為紫紅色夾灰綠色,陸源碎屑物為成熟度較低的石英和長石,顯示了氧化條件、近源、快速堆積的陸內裂谷盆地沉積特征(劉肇昌,1985),火山巖以基性巖和酸性巖緊密共生(雙峰式)為特征,基性火山巖巖石地球化學特征類似于大陸裂谷拉斑玄武巖。依據建造特征、沉積構造和基本層序初步恢復其巖相古地理環境為濱淺海相、半深海相和海陸交互相3種類型(陳建強等,1998),發育兩個較為完整的海進→海退沉積旋回(表2),現按巖石地層單位形成的先后由早到晚敘述如下。3.1拉張擴展、濾波研究區早石炭世開始,調查區出現新的大規模拉張(成守德等,2000),北山陸內裂谷自東向西拉張擴展、波及調查區,使調查區卷入了裂谷構造活動之中。隨著拉張裂解作用繼續,白地洼-淤泥河和小黑包-平梁子一線分別形成裂谷盆地,持續的拉張裂解使沉積盆地由淺→深,火山活動由弱→強,發育濱淺海相的陸源碎屑巖-碳酸鹽巖-火山巖建造(紅柳園組),總體屬退積型沉積序列。3.2巖石學和構造環境晚石炭世早—中期隨著裂解作用進一步加強,裂谷海盆深度明顯加大,主要沉積了一套淺海-半深海相的細碎屑巖(石板山組、勝利泉組),具有復理石建造特征,總體為加積型沉積序列,火山活動相對較弱,代表了寧靜的還原環境;晚石炭世中晚期,隨著區域應力由拉張轉換為擠壓,裂谷海盆收縮,海水明顯變淺,但火山活動變得異常活躍,主要沉積了一套濱淺海-海陸交互相碳酸鹽巖-火山巖-碎屑巖建造(干泉組),總體為進積型沉積序列,火山噴發主要表現為線狀裂隙式,早期為爆發相,晚期為溢流相;晚石炭世晚期隨著華力西中期構造運動發生,強烈的擠壓作用使得石炭紀裂谷海盆閉合(周守氵云,2000),總體表現為淺(低綠片巖相)變質、強變形特征,發育多條產狀北頃、由北向南的高角度韌性-脆韌性推覆剪切帶(彭希齡,1998),主要構造形跡有線狀緊閉同斜褶皺、剪切流變褶皺、無根褶皺,發育區域透入性構造面理;與此同時,受強烈擠壓作用,地殼中下部部分物質熔融,大量中酸性巖漿侵位,北山裂谷帶發育小長山-平梁子巖體群、三峰山-小黑山巖體群、因克卡拉塔格巖體群等,主體顯示擠壓型、地殼重熔型花崗巖特征(夏林圻,2002;徐學義,2005),與這一階段裂谷閉合關系密切;與此同時,石炭紀地層發生低綠片巖相的區域低溫動力熱流變質,局部地段形成變質沉積型鐵礦,該期變質作用還使前寒武紀中深變質巖系發生退變質作用;另一方面,在大青山-矛頭山強變形帶,伴隨著強烈擠壓推覆構造作用,成礦元素-金活化,形成礦化熱液,在剪切帶附近遷移、聚集、沉淀,形成韌性剪切帶型的金礦(周濟元,2000;肖序常,1992;張旺生,1992)。3.3裂谷海盆期20世紀20-20年代早二疊世開始,隨著區域應力由擠壓轉為拉張,調查區及相鄰地區出現新的拉張裂解,與石炭紀相比其裂解范圍相對較小(韓玉玲,2000),在菊花山-筆架山北一線形成裂谷海盆,此時環境更為動蕩,火