塔里木地区柯坪县丘里塔格群白云岩成因分析

马金宝

(中国建筑材料工业地质勘查中心新疆总队，新疆 乌鲁木齐 830002)

1 地质背景

研究区区域构造位置属塔里木—华北板块塔里木微板块柯坪前陆盆地的中段南侧。柯坪前陆盆地为塔里木基底上的古生界盖层出露区，分布在本单元的东端，出露有中下元古界的阿克苏群，属洋壳沉积组合，变质为绿片岩相、含蓝片岩。其原岩为基性熔岩、火山碎屑岩、含铁石英岩和硅质岩组成的火山复理石建造。熊纪斌等[1]获有全岩Pb-Pb等时线年龄为1 663±16Ma和蓝片岩全岩Rb—Sr等时线年龄1 720～1 907Ma，随后一些学者进行了许多同位素地质工作；高振家等[2]获蓝片岩年龄为771.7～ 961.77Ma；肖序常[3]获＞ 800Ma年龄；胡霭琴等[4]获绿片岩全岩Sb-Sr等时线636±22Ma年龄值。据李华芹等[5]分析上述三组年龄值即1 600～1 900Ma、940～960Ma、640～720Ma，反映该区可能发生了多次变形变质事件。在阿克苏群陆壳基底之上，不整合出现有震旦系至泥盆系连续的盖层沉积。震旦系为冰碛岩夹玄武岩、寒武系含磷建造和含膏碎屑岩及碳酸盐岩、奥陶系为碳酸盐建造、志留系为细碎屑岩、泥盆系为红色碎屑岩沉积层。它们均为稳定型沉积、厚度不大、未变质，上石炭统不整合或平行不整合其上，为浅海相碳酸盐岩沉积，下二叠统为海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩沉积，上部出现玄武岩与橄榄玄武岩夹层，上二叠统为陆相砂砾岩沉积。由于早二叠世初，南天山与塔里木接合部发生上叠类裂谷事件，除碱性玄武岩喷发外，还存在有非造山类型的碱性辉长岩—正长岩小侵入体侵位，晚二叠世隆起为陆。该区构造以薄皮构造为特征，叠瓦式的构造推覆体广为发育，形成单面地垒山地貌类型。

2 地质特征

研究区出露的地层主要为寒武系含磷建造和含膏碎屑岩及碳酸盐岩、奥陶系为碳酸盐建造、志留系为细碎屑岩、泥盆系为红色碎屑岩沉积层(图1)。区内岩浆岩不发育，构造主要为断裂构造，构造线方向为北东向。依据沉积环境、岩石组合等特征将上寒武—下奥陶统丘里塔格群分为下岩性段和上岩性段。下岩性段(∈3-O1ql1)为一套白云岩建造沉积岩，厚200～680m，总体走向40°，产状290～325°∠30～40°，主要岩性为簿层状中晶白云岩夹硅质白云岩及燧石条带；上岩性段(∈3-O1ql2)为一套灰岩建造，厚130～470m。总体走向220°，产状300～320°∠34～43°，主要岩性为中厚层状泥晶灰岩夹燧石条带。

(1)丘里塔格群下岩性段(∈3-O1ql1)岩石特征。

白云岩：呈灰、灰白、灰黑色，中、细晶结构。块状构造，加稀酸不起泡，加茜素红不染色。岩石成分单一，由98%的白云石组成，呈半自形晶，粒径多在0.4～0.1mm之间，为中、细晶，粗晶少，晶体混浊，彼此镶嵌密集分布；晶间分布2%的硅质，成分为玉髓、石英等，粒径＜0.1mm。偶见星点状黄铁矿，粒径＜0.15mm。

硅质白云岩：主要由90%的白云质及10%的硅质组成，白云石呈自形中晶状，粒径＜0.5～0.25mm，可见机械双晶，双晶纹平行菱形解理的短对角线，晶面不干净，硅质为隐晶—微粒状石英，粒径＜0.2mm，多呈团状集合状不均匀分布。

图1 柯坪县苏巴士一带地质草图

泥晶灰岩：主要有泥晶方解石组成，粒径＜0.004mm，密集分布，局部形成纹层构造，之间含微量粉砂，棱角状，粒径＜0.06mm，成分为石英屑。

燧石条带：由硅质内碎屑、基质组成，晚期碳酸盐化。内碎屑占20%，椭圆状，粒径5.6～0.8mm，以砾屑为主，内部隐晶硅质组成，碳酸盐化轻度，长轴定向分布，生物屑5%，大小0.4～3mm，为硅藻、海绵骨针等，由硅质组成，圆形、骨针状。基质75%，由隐晶硅质组成，基底型分布。晚期碳酸盐化，白云石20%，成脉状条带状交代岩石。

(2)丘里塔格群上岩性段(∈3-O1ql2)岩石特征。

生物碎屑砂屑灰岩：主要由内碎屑、生物碎屑和胶结物组成。内碎屑占75%，呈次棱角状，粒径＜0.3mm的砂屑，成分有泥晶灰岩、微晶灰岩；生物碎屑占5%，呈碎片状，粒径0.1～1.5mm，种属为藻类等生物碎屑，壳体成分为方解石；陆源碎屑少量，呈次棱角—次圆状，粒径0.1～0.3mm，成分为长石；胶结物占20%，主要为微晶方解石，粒径＜0.033mm，少量＜0.06mm的粉晶分布于碎屑之间。岩石中有少量不规则状微裂隙，内充填碳酸盐，宽约0.05～0.2mm。

泥晶灰岩：呈灰色，泥晶结构，块状构造，加稀盐酸起泡剧烈。岩石成分单一，由100%的方解石组成，普遍呈泥晶，粒径＜0.004mm，密集分布，局部形成纹层构造，之间含微量粉砂，棱角状，粒径＜0.06mm，成分为石英屑。微量黄铁矿呈星点状分布，粒径＜0.03mm。

泥晶灰岩夹燧石条带(硅质岩)：灰岩顶板与黑色碳质页岩接触面，发育一层厚5～10m的泥晶灰岩夹燧石条带，燧石呈条带状，厚5～20cm，大致呈 3∶ 1。

3 化学成分特征

为了搞清楚白云岩的成因，本次工作中采取了8件样品进行了化验(表1)[9]。

根据化验结果选择了碳酸盐成分分类图解进行了投图(图2)，8件样品中6件样品落入在泥质白云质灰岩中，2件落入在非碳酸盐区。泥质白云质灰岩一般为咸水—半咸水沉积环境，为高盐度水体钙镁离子过饱和直接沉淀形成的原生白云岩。

Veizer[6]认为，正常海水环境中形成的白云岩 Na2O 需在 0.03% ～ 0.043% 之间，区内丘里塔格群白云岩Na2O为0.005%～0.35%，平均值0.068%，见图3(统计248件样品，其中61件样品Na2O＜0.043%)。比形成于正常海水中白云岩的Na2O含量略高，说明区内绝大多数形成于蒸发台地，部分形成于正常海水环境。

白云岩中 Mn3O4含量 92×10-6～ 293×10-6、Fe2O3含量931×10-6～2 868×10-6，这与寒武纪—奥陶纪塔里木盆地巴楚—柯坪等地区构造运动活跃，同沉积断层发育，使大量元素随上涌热水和喷气沿断裂从地壳内带出，并进入了沉积层有密切关系，岩矿鉴定中也显示见星点状黄铁颗粒。

表1 白云岩矿体化学多元素含量一览 (单位：%)

图2 白云岩成分图解

图3 研究区白云岩Na2O、K2O、Mn3O4、Fe2O3变化曲线

4 白云岩成因分析

胡明毅等[7]提出柯坪地区白云岩具有多种成因，藻屑白云岩和泥晶白云岩为潮坪—泻湖相。为准同生期产物，颗粒白云岩为浅滩相，为混合白云石化的产物，结晶白云岩为潮坪相，属埋藏白云石化的产物。叶德胜等[8]提出柯坪至沙雅一带为台地相(部分潮坪)白云岩为主，藻纹层白云岩、微晶白云岩及颗粒白云岩为地表准同生白云岩化的产物，结晶白云岩为深埋成岩环境的产物。

结合前人取得的成果，根据区内岩石特征和化学组分变化规律，笔者认为柯坪县苏巴什一带上寒武—下奥陶统丘里塔格群下段(∈3-O1ql1)属碳酸盐台地相之颗粒滩和开阔潮坪微相两种沉积环境下形成，白云岩属典型准同生白云岩，属能量较高环境中的台地浅滩沉积，并提出白云岩成因模式(图4)。

图4 上寒武—上奥陶统丘里塔格群白云岩成岩示意图

颗粒滩：水动力条件较强下，藻体被打碎，在藻礁丘的后方形成藻屑滩，藻凝块石、藻碎屑以及亮晶胶结物反映沉积体时水体交开阔，能量较高。岩性主要为灰黑色白云岩、白云岩化灰岩，颗粒滩沉积相下形成的白云岩质量较差。

开阔潮坪：在开阔的相对洼地，波浪作用相对较弱而潮汐作用较强。这一期水体很浅，水体循环性好，形成了藻坪和云坪。当海平面小幅上升时，原来发育藻滩的地方发育藻坪和云坪，当海平面小幅下降时，原来发育藻坪或云坪的地方发育藻滩，如此频繁升降，形成藻滩、云坪和藻坪的纵向上交互沉积的序列。①云坪： 野外露头呈浅灰白色、浅灰色，岩性主要为浅灰白色白云岩。层状条带产出，横向延伸远且稳定，在丘里塔格群下岩性段(∈3-O1ql1)分布很广，层内常发育典型的透镜体状层理、沙纹层理及羽状交错层理。层状、带条状横向延伸远，说明水体覆盖广且水体变化频繁，羽状层理说明水体具有双向流动的特点，这些都是潮汐作用的沉积特点。云坪沉积环境下形成的白云岩质量较好，规模较大；②藻坪：主要由富藻的暗层和富屑的明层交互沉积形成的叠层石构造。野外露头常呈浅灰色、灰色，岩性主要为灰色白云质灰岩、灰色白云岩。藻坪沉积环境下形成的白云岩质量较差。

5 结论

柯坪县上寒武统—下奥陶统丘里塔格群为一套以碳酸盐岩建造为主的地层，为上、下两个岩性段，下岩性段以白云岩、硅质白云岩及少量白云质灰岩、灰岩、硅质岩为主；上岩性段以泥晶灰岩、燧石条带为主。岩性的变化反映了丘里塔格群沉积环境由地台区过渡至浅海相区的特点，也反映了白云岩沉积环境的变化，存在着潮起潮落，水体变化频繁的特征。据野外观察丘里塔格群底板存在大量的灰黑色藻屑，下岩性段中部硅质岩中见硅藻、海绵骨针。结合王小林[10]提出该区藻白云石形成于正常盐度的潮坪还原环境，受到一定量微生物的调制作用。综合分析认为，该区属能量较高环境中的台地浅滩沉积。