新疆昌吉地区胜金口组的地层特征及沉积环境分析

2020-03-01赵雨豪刘云华邵铁全范媛媛高景晖张云飞

西部资源 2020年5期

赵雨豪刘云华邵铁全范媛媛高景晖张云飞

摘要：通过沉积学、岩石学和大地构造学等研究方法，对胜金口组地层特征、沉积环境演化以及发展提出了新的认识。选取新疆昌吉地区白垩系胜金口组典型剖面，在路线地质调查和野外剖面实测的基础上，结合粒度分析与室内岩矿鉴定等方法对胜金口組的地层特征和沉积环境进行分析。综合分析表明：白垩系胜金口组沉积环境为准噶尔盆地南缘北天山山前坳陷，胜金口组沉积物随准噶尔盆地的沉降发生变化，沉积环境由底部至顶部划分为滩坝、砂泥混合滩和泥滩。该研究对准噶尔盆地耦合系统在白垩纪演化发展具有重要意义。

关键词：准噶尔盆地；胜金口组；湖泊相；沉积环境

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

新疆昌吉地区地处准噶尔盆地南缘，构造上属于准噶尔地块与塔里木板块之间的缝合带。目前对于该地区研究主要集中于年代地层划分，油气地质勘探和层序地层的对比（李丕龙等，2010；王启宇等，2014；梁舒艺等，2019）。研究显示中新生代以来，准噶尔地块向南运动的过程中，北天山向北挤压逆冲，其引发的浅层构造表现为准噶尔盆地在早侏罗世-古近纪经历陆内断坳旋回（严叔澜等，2008；吕嵘，2002；陈书平等，2007）。准噶尔盆地在白垩纪经历了燕山运动第二期，随后进入造山后调整时期（马宗晋等，2008）。

笔者在前人的研究基础上，根据路线地质调查，野外剖面实测以及室内薄片观察、样品岩矿鉴定及区域地质背景调查等综合研究，对胜金口组地层的沉积特征、沉积环境及演化进行分析探讨，进而为其所属的准噶尔盆山耦合系统在下白垩纪演化发展的研究提供地质资料进行补充。

1.区域地质背景

新疆昌吉地区地处准噶尔盆地南缘，北天山山前坳陷。研究区在盆地南缘在构造划分为盆山耦合带，归为前陆盆地。研究显示，印度板块与欧亚板块的相互碰撞使得天山地区的构造运动进入一个非常活跃的阶段。经此次两个板块的碰撞，天山持续向上隆升，天山两侧的盆地则进一步凹陷（陈宪，2002；邓辉，2014）。研究区整体的演化是随着造山带的隆升，地形载荷不断加大，地形挠曲逐渐明显，盆地的沉降中心和前陆隆起逐步向克拉通方向迁移，形成递进式沉积演化序列。该区内白垩系地层大面积出露地表，地层分布完整，上下顺序叠置关系并侧向延伸（谷云飞等，2003）。

本次研究的白垩系胜金口组从地层划分上隶属于吐谷鲁群，吐谷鲁群在新疆昌吉地区自下而上分为清水河组、呼图壁河组、胜金口组。该套地层与下伏的呼图壁组整合接触，与上覆的东沟组不整合接触（图1）。

2.剖面特征

在新疆昌吉地区呼图壁河沿岸上侏罗统-更新统实测地质剖面中，白垩系胜金口组位于该剖面的第150-171层。剖面上地层连续出露，顶底界线清晰（图2）。通过分析该区的胜金口组的岩性组合特征、岩石发育特征及沉积环境特征，进一步完善对白垩系胜金口组地层沉积的认识。

通过野外踏勘选定出露理想的区域，随后进行剖面实测。研究区胜金口组出露面积广、沉积厚度大，地层呈近WE延伸。胜金口组底部岩性主要为土黄色中薄层细砂岩，发育有比较多的沉积构造。其与下伏呼图壁组呈整合接触关系，接触带岩性颜色特征区别明显；胜金口组中部岩性为红褐色泥质粉砂岩与灰绿色粉砂质泥岩呈互层或夹层形式。剖面上未发现有生物化石或生物扰动构造；胜金口组上部岩性主要为大段红褐色泥岩与细砂岩、泥质粉砂岩互层，剖面上可见发育平行层理、不对称波痕等构造，其与上覆东沟组呈不整合接触，接触带岩性区别明显，地层产状不一致。

3.沉积岩特征

3.1典型岩石类型

研究区白垩系胜金口组剖面的岩性整体上是一套陆源碎屑岩，野外采集的典型岩石样品岩性特征如表1。

3.2沉积构造

槽状交错层理：发育于第152和172层中层状土黄色砂岩中，层理的细层呈对称槽状，厚度约为10cm～15cm。单个层系厚度变化不明显，纹层约0.1cm～0.5cm，层系底界出现强烈下凹，呈现出相互切割的槽状侵蚀底界（图3-a，b）。层理倾向大致平行于地层走向，实地测量显示为100°∠15°。

不对称波痕：发育于第153层中薄层砂岩和第168层灰绿色长石岩屑砂岩中，从野外露头来看，多数波痕的波脊比较平直，波脊两侧呈不对称发育，部分出现分叉的现象（图3-c）。波痕的规模大，波高5cm～8cm，波长15cm～20cm，面积约为10m2。

韵律层：广泛发育于胜金口组中段155层～162层的红褐色、灰绿色中薄层粉砂质泥岩和泥质粉砂岩内。其明显的特征是颜色上规律性重复出现，岩性上粉砂质泥岩与泥岩交替出现（图3-d）。

球形风化：发育于第161层薄层状泥岩中，泥岩被风化成不规则椭球状，直径10cm～15cm（图3-e）。泥岩中裂缝发育，露头处泥岩风化破碎成块状，总体上保持了球状外观的相对完整。

水平层理：发育于第154层和第168层中薄层粉砂岩，层理总厚度50cm～100cm，层理的单层厚1mm～3mm，纹层较细薄、清晰（图3-f，g）。因野外露头风化严重与土壤覆盖，所以无法判断向两侧延伸的距离。

滑塌构造：发育于胜金口组底部第152层中层状细砂岩层。滑塌体呈中等规模，纵向延伸长度约为2m～3m，滑塌体转折端下部正常岩层的产状为11°∠62°，转折端上部正常岩层产状为19°∠70°（图3-h，i）。

3.3沉積序列

胜金口组整体为一套陆源碎屑沉积，结合实测剖面与岩矿鉴定，该组表现为三个不同的沉积序列。在沉积环境分析过程中，碎屑岩的粒度概率累积曲线应用于水动力方式的判别。自然界中水动力条件不断变化，概率累积曲线类型呈现出多样性（郑浚茂等，1980；袁静等，2011）。

第一个沉积序列对应胜金口组底部，岩石组合为一套土黄色细中粒长石岩屑砂岩，具有上细下粗的沉积特征。砂岩由底至顶陆源砂粒径变细，填隙物中钙质胶结物增多，主要为他形粒状方解石，期间发育较多沉积构造。实测剖面的过程中，在第151层和第152层土黄色含砾砂岩剖面出露好地方各选取30cm×30cm面积，随机统计200个砾石粒径进行综合分析（表2），其粒度累积曲线a（图4）。曲线a由跳跃和悬浮两段组成，跳跃部分与悬浮部分交点的Φ值约为2.4，说明胜金口组当时水动力整体较强的高能沉积环境，反映到沉积序列中就是：随水动力增强，沉积物粒度变细。

第二个沉积序列对应胜金口组中部，岩石组合主体为一套粉砂岩-粘土质粉砂岩-粉砂质粘土岩，组内岩石的陆源砂含量增加，粘土质含量增加，填隙物中钙质胶结物含量变少。野外露头表现为红褐色粉砂岩与灰绿色粉砂质粘土岩互层形式交替出现。

第三个沉积序列对应胜金口组顶部，在岩石组合为一套红褐色微细砂岩-长石岩屑砂岩，具有上细下粗的沉积特征。在第170层灰绿色细砂岩与东沟组接触的地方存在一出露好的砾岩层，选取30cm×30cm面积随机统计200个颗粒粒径进行分析（表2），其粒度累积曲线b（图4）。曲线主要由跳跃与悬浮两部分组成，两部分相差不大，牵引流为主要的水动力形式。跳跃部分与悬浮部分交点的Φ值约为2.7，说明当时胜金口组所处于水动力较弱的低能沉积环境，反映到沉积序列中就是：随水动力的减弱，组内沉积物粒度变粗。

4.沉积相类型

新疆昌吉地区胜金口组沉积相分析依托新疆昌吉地区呼图壁河沿岸上侏罗统-更新统实测地质剖面与路线地质调查，结合剖面上出露的岩相类型、沉积构造和地层沉积序列：认为研究区白垩系胜金口组属于滨浅湖泊沉积体系（宋华颖等，2012；王夏斌等，2019），其划分为滩坝、泥滩和砂泥混合滩三种微相（图5）。

（1）滩坝微相：对应于胜金口组底部，主要发育于该组（150层～155层），该段与下伏呼图壁河组呈整合接触关系。实测剖面岩性组合为土黄色中薄层状粉砂岩夹砂岩，岩矿鉴定显示主要岩石类型为长石岩屑砂岩。长石岩屑砂岩以石英、长石和岩屑为主，其次为粘土质杂基。其陆源砂的分选性较好，结构成熟度与成分成熟度呈中等。期间小型交错层理、波状层理、波痕等常见冲刷构造的发育显示水动力作用以波浪和湖流为主。研究区当时处于湖泊边缘的斜坡带附近高能环境中，随着湖平面的不断上升，水动力作用增强，沉积物中发育交错层理与不对称波痕，并且出现上细下粗的沉积序列。

（2）砂泥混合滩微相：对应于胜金口组中部，主要发育于该组（156层～167层）。岩矿鉴定显示该段岩石组合类型为钙质粉砂岩和钙质粉砂质粘土岩，二者以中薄层状互层形式出现。钙质粉砂岩以陆源粉砂和钙质胶结物为主，含少量粘土质和内碎屑，其陆源碎屑磨圆差，内碎屑磨圆较好，结构成熟度一般。研究区此时期位于枯水面附近，水动力条件较弱，湖平面基本保持不变，只是受潮汐等水动力定向往返，反映到岩性就是以砂泥频繁互层为特征。由于间歇性水动力作用的影响，该段的氧化环境与还原环境交替出现，即红褐色含钙质粉砂质粘土岩与灰绿色钙质粉砂岩呈互层反复出现。

（3）泥滩微相：对应于胜金口组的顶部，主要发育于该组（168层～171层）。该段与上覆东沟组岩相差异明显，属于不整合接触关系。岩矿鉴定显示主要岩石类型为含钙质细中粒长石岩屑砂岩，呈中薄层厚度15cm～40cm，主要由石英、长石、岩屑组成。砂岩的碎屑物的磨圆度较差，分选性一般，钙质胶结物局部略显交代陆源碎屑特征。地层中发育的沉积构造有水平层理，不对称波痕等，沉积序列特征呈现出上粗下细的特点。此时期的胜金口组位于湖泊浪基面之上，出现在洪水期高水位面附近低能环境中，湖平面的后退，较粗的碎屑物质沉降到此前斜坡带下部水体安静的区域而沉积下来。

5.沉积环境分析

胜金口组底部细砂岩层发现了一处典型的滑塌构造。根据白垩系胜金口组为前陆盆地滨浅湖沉积和滑塌构造沉积物变形特征，盆地内动力因素是胜金口组滑塌构造产生的主要原因（李前裕等，2005；吕洪波等，2011）。这白垩系胜金口组早期沉积过程中，研究区可能发生局部地震从而使得斜坡上的沉积物发生滑塌运动形成滑塌构造。结合以上讨论来看，准噶尔地块向南侧运动，北天山的隆升使得盆地内部不断沉积。盆地内部沉降并不稳定，而是出于一种震荡的形式，并且在胜金口组底部形成了滑塌构造。

下白垩纪早期，天山的隆升使得准噶尔盆地沉降速度加快，湖平面在这一时期逐步上升，岩石的沉积速率增大，水动力增强，发育有不对称波痕、交错层理等沉积构造，属于湖平面附近的高能氧化环境；中期，天山的隆升停止，盆地的沉降陷入停滞，湖平面反复升降，沉积的水动力减弱，沉积速度变慢，岩性上为粉砂岩与粉砂质粘土岩互层；末期，随着准噶尔地块向南运动，盆地边缘出现挠曲，其结果就是盆地出现短暂隆升，湖平面后退。这一阶段，湖水的后退，使得水动力变弱，岩性以长石岩屑砂岩为主，呈现出上粗下细的沉积序列。准噶尔盆地在下白垩纪沉积末期经历了湖平面下降后，准噶尔地块向南运动的速度加快，地层挠曲增大，并且其沉积中断，进而遭受剥蚀。然后由于地壳运动，盆地再次下降，胜金口组重新被淹没，形成上覆不整合接触上白垩系东沟组陆源碎屑沉积（图6）。