库车坳陷秋里塔格构造带构造隆升过程及其对层间氧化作用的制约

王元元，王强强，鲁克改，吕俊维，杨小强

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

1 地质概况

秋里塔格构造带位于塔里木盆地北缘库车坳陷南端，北邻拜城凹陷，南侧西接乌什凹陷、东接南部平缓背斜带（图1a）。秋里塔格构造带具有东西分段特征（图1b），东端康村以东为单背斜构造；东段克孜尔水库至盐水沟一带表现为以古近系盐层为滑脱面、盐水沟以东以中新统吉迪克组盐岩为滑脱面的单背斜-断裂系［6，13］；中段察尔其至克孜尔水库一带，表现为南北双背斜-断裂系［5］；西段察尔其以西以却勒盐席（推覆体）向南推覆于南侧米斯坎塔克背斜之上［5］。秋里塔格构造带主要分布渐新统苏维依组（E3s）、中新统吉迪克组（N1j）、中新统康村组（N1k）、上新统库车组（N2k），依次整合接触，主体为湖相含盐碎屑岩沉积、河湖交互相碎屑岩沉积；在其南北两侧见下更新统西域组（Qp1x）砾岩，局部见上更新统新疆群（Qp3X）。

图1 秋里塔格构造带大地构造位置（a）及地质简图（b）Fig.1 Tectonic location（a）and geological sketch of Qiulitage structural belt（b）

库车组构成秋里塔格复背斜带主体，并为其主要铀赋矿层位，地层具上下两分特征，下部表现为河湖交互相的砂泥不等厚互层沉积，在日达里克地区具明显砂泥韵律（可划分为Ⅰ～Ⅸ等9 个旋回）；上部主体表现为湖相泥包砂沉积。库车组所赋存铀矿化属层间氧化带砂岩型［17］，氧化砂岩分布于秋里塔格山西段南北两侧、中东段北侧，岩性为褐红色砂砾-粗砂岩、浅褐红色-褐黄色含砾砂岩-粗砂岩、灰白色砂砾岩-含砾粗砂岩及浅黄色中砂岩。

2 典型地质特征

秋里塔格构造带经历了复杂的隆升过程，形成了丰富多样的地质现象，其中较为典型的有箱状褶皱、削顶不整合（西域组/库车组）、超覆不整合（新疆群/库车组）。

2.1 箱状褶皱

箱状褶皱是秋里塔格构造带的普遍变形特征（图2、图3），在秋里塔格构造带东端康村以东的博斯唐托格拉克艾肯得以完整保留展现（图2a），并在东秋北侧、北秋北侧、南秋南侧残存（图2 b～e），且在日达里克地区以后生构造形式显现（图2f）。博斯唐托格拉克艾肯一带出露东秋背斜（图1），核部为吉迪克组、向两翼依次产出康村组、库车组，其核部保留完整的箱状背斜形态。在博斯唐托格拉克艾肯一带观测显示（图2a），核部地层近于水平，北侧向北略缓倾、产状2°∠6°，南侧向南略缓倾、产状182°∠5°；北翼向北陡倾，产状3°∠85°；南翼向南陡倾，产状180°∠85°。该箱状背斜的2 组共轭轴面为后期构造破坏而代以产出2 组共轭的背冲断层，北侧断层组见产出断层2 条，均南倾，断层产状为185°∠30°；南侧断层组见产出断层3 条，均北倾，断层产状为5°∠25°。

东秋北侧、北秋北侧、南秋南侧均见有明显的线状构造痕迹（图1b），调查显示均为相应部位屉状向斜的脊线，地表均见相关屉状向斜残迹，并局部得以工程验证（图2b～e、图3）。东秋北侧见屉状向斜脊线分布于库车北盐水沟—康村一带，呈近东西走向、向北突出的弧形，东西向延伸长逾30 km，轴部南北两侧均为库车组，局部为第四系洪冲积物所覆盖，在其西段局部为呈线状展布的西域组砾岩。康村西观测显示（图2b），该屉状向斜南翼向北陡倾、地层产状5°∠65°；核部向北缓倾、地层产状5°∠15°；轴面南倾、产状为185°∠40°。

图2 秋里塔格典型箱状褶皱露头照片Fig.2 Outcrop photos of box fold in Qiulitage structual belt

北秋北侧见脊线分布于温巴什—墩买里—日达里克一带，并在墩买里为北西—南东走向平移断层右行错断。温巴什—墩买里一带，其脊线呈北东东—南西西向线状延展长约35 km，轴部南北两侧均为库车组，在温巴什矿化点观测显示（图2c），该屉状向斜南翼向北陡倾、地层产状345°∠65°；核部向北缓倾、地层产 状345°∠15°；轴面南 倾、产状为165°∠40°。日达里克以东脊线呈北东东—南西西走向、向北突出的弧形，地表延伸长约10 km，观测显示（图2d），该屉状向斜南翼向北陡倾、地层产状335°∠65°；核部向北缓倾、地层产状335°∠15°；轴面南倾、产状为155°∠40°。

（1）石门县土壤硒元素平均值0.78mg/kg，高于本省其他已调查的区域，富硒土壤面积达3059.2km2，属湖南目前已知最富硒的地区。

北秋北侧的屉状向斜特征也得到了钻探工程验证（图3），典型剖面包括温巴什矿化点P10 勘探线（图3a）、日达里克以东P8 勘探线（图3b）和日达里克西部的P2 勘探线（图3c），揭露主要层位均为库车组下段VII、VIII 旋回。P10 勘探线南侧P1024 孔揭露的VII 旋回轴心夹角较小，为30°；P1024 孔与P1032 孔之间出露的VII 旋回、VIII 旋回均向北陡倾、地层倾角55°～60°；P1032 孔100 m 以浅VIII 旋回轴心夹角较小、变化于20°～35°，向深部变大、过渡为45°，而100 m 以深VIII 与VII 旋回轴心夹角较大、稳定于65°～75°；P1032 孔以南地层产状变缓、地层倾角15°～25°，整体产状南陡北缓，具屉状向斜特征，推测该处轴面南倾、产状167°∠44°。P6 勘探线南侧P608 孔揭露的VII旋回轴心夹角较小、为25°～35°；向北P612 孔揭露的VII 旋回轴心夹角较小、为30°～40°，向底部变大、过渡为70°；P608 孔向北至P620 孔之间地表VIII 与VII 旋回均向北陡倾、倾角稳定于55°～65°，P620 孔揭露见20 m 以浅轴心夹角较小、约30°，20 m 以深轴心夹 角变大、为65°～75°；P620 孔以北地表地层均向北缓倾、倾角15°～20°，北侧P628 等钻孔揭露见轴心夹角均较大、稳定于70°左右、向底部可达80°，整体南陡北缓，显示屉状向斜特征，推测的轴面产状为165°∠42°。P2 勘探线地表出露的库车组下段VI、VII、VIII、IX 诸旋回均显示向北陡倾、倾角65°～75°，南侧的P216 孔全孔地层轴心夹角较小、为25°～30°；P224 孔地层轴心夹角主体较小、为25°～30°，向底部（570 m 以深）逐渐变大、过渡为35°～40°；该勘探线北侧的R5207、R5211 等钻孔揭露到IX 旋回及VIII 旋回上部砂体，揭露层位轴心夹角均较大、约为65°，综合判断该地段亦发生过箱状褶皱变形，该处屉状向斜轴面产状推测为196°∠44°。

图3 北秋北侧典型箱状褶皱剖面图Fig.3 Typical sections of box fold in the north side of North Qiulitage anticline

南秋南侧发育与北秋北侧走向一致的屉状向斜，脊线大致分布于新和县以西包库都克—羊塔克库杜克一带，呈近东西走向线状展布、并在西端向北弧形凸出，东西延伸长度逾50 km。在英买里收费站北侧对该屉状向斜进行了观测（图2e），地层均南倾，北翼陡倾、产状155°∠65°；南侧缓倾、产状155°∠15°，轴面北倾、产状345°∠40°。

日达里克地区位处于秋里塔格西段却勒盐推覆构造与中段双背斜-断裂系统的交汇部位，构造变形强烈，展现了其复杂的构造地貌景观。该地区，大致沿日达里克南向斜-断裂为界可划分为南部主体的秋里塔格中段构造系和北部局限的日达里克构造系。日达里克南向斜西段呈近东西走向、向北突出的弧形，东段为北东-南西走向、向南微突的弧形，东西分段特征较为明显，东段在日达里克东部表现为向北开口、两翼平缓的箕状构造；中段在日达里克南部表现为不对称向斜，其东侧地层产状南陡北缓、西侧则南缓北陡；西段展现为特征的屉状向斜构造，不同部位构造样式不同，明显区别于南北两侧各构造系，展现出被动变形特征。对日达里克南向斜西段进行了观测（图2f），其南翼北倾、北翼南倾，产状均较陡、倾角一般变化于55°～60°；核部地层近于水平；产出1 组共轭轴面，轴面倾角约40°。

2.2 削顶不整合（下更新统西域组/上新统库车组）

下更新统西域组与下伏上新统库车组呈削顶不整合接触，该不整合面在秋里塔格构造中西段因强烈构造隆升而不易观测，但在其东段库车以北局部得以保留，并主要分布于东秋北侧盐水沟一带的库车塔吾背斜南北两翼、东秋南侧库车背斜的北翼（图4），在东秋北侧屉状向斜沿脊线呈线状展布的西域组砾岩可能亦为削顶不整合的表现。

库车塔吾背斜核部为库车组、翼部为西域组（图4a），南、北翼西域组均不整合于库车组之上，南翼产状较为平缓、西域组砾岩及不整合面产状为190°∠8°、库车组产状为210°∠15°（图4b），北翼产状陡倾、西域组砾岩及不整合面产状为345°∠53、库车组产状为335°∠75°（图4c），可见该背斜南北两翼地层产状或陡或缓，但均表现出上覆西域砾岩产状缓于下伏库车组，二者间为典型的削顶不整合接触。库车背斜北翼亦观测到上述不整合（图4d），西域砾岩及不整合面产状为315°∠28°，库车组产状为323°∠34°，亦为上覆西域砾岩产状缓于下伏库车组。

图4 东秋西域组与库车组削顶不整合接触特征Fig.4 Typical section and outcrop photos of topping unconformity between Xiyu Formation and Kuqa Formation

前已述及，东秋北侧显示为较为特征的北缓、南陡屉状向斜，轴部南北两侧及变形地层均为库车组，但在其中西段见西域砾岩沿脊线呈线状产出。西域组分布与所处构造部位极不协调，但其产出尚具有以下特征：①前述箱状构造轴部相对于东秋北侧北缘具有约100 m的地形落差，之间大面积覆盖第四系洪冲积，第四系所显现出的水流方向为由北向南、且最终汇流至沿屉状向斜轴部展布的近东西向河流中；②东秋北侧屉状向斜南翼，即东秋背斜北翼地层产状陡峻，海拔明显高于前述轴部；③局部可见西域砾岩与下伏库车组在屉状向斜南翼的角度不整合接触现象。综合以上特征可以判断，东秋北侧屉状向斜轴部处于北侧直线褶皱带和南侧秋里塔格构造带之间，但其构造隆升幅度均低于后二者，致使其海拔低于其北侧的核部和南侧的翼部，造就了西域砾岩在此局部地区呈线状小面积残存的格局，暗示西域砾岩遭受剥蚀前覆盖于前述屉状向斜的平缓核部和南侧陡倾翼部库车组之上，显示了西域砾岩与下伏库车组的削顶不整合接触关系。

2.3 超覆不整合（上更新统新疆群/上新统库车组）

上更新统新疆群在墩买里—日达里克一带见有小面积分布，为一套土黄色泥质沉积，与下伏库车组呈超覆不整合接触。上更新统新疆群具有2 种产状，第1 种盘踞于崇山峻岭之上，见于墩买里矿化点和日达里克南部；第二种分布于山前平原地带，见于日达里克西部。墩买里矿化点新疆群泥岩产出海拔标高为1 380 m 左右，产状近于水平，而下伏库车组北倾、产状为26°∠35°，位于南侧的观测点显示在其北侧新疆群覆盖于近于水平、剥蚀陡倾的库车组的夷平面上，而南侧则沿地层倾斜面掩覆于库车组之上（图5a）。日达里克南部见新疆群泥岩南北两侧均遭受剥蚀而近水平“盖帽”于库车组之上的近于水平的夷平面上（图5b），下伏库车组产状向北陡倾、产状为20°∠65°，该观测点海拔标高为1 456 m。日达里克西部在木扎尔特河南侧见分布有新疆群泥岩，该处见其近水平产出，沿沟谷为河流侵蚀破坏，未见下伏地层出露，其海拔标高为1 435 m。

图5 日达里克一带新疆群与库车组不整合接触及产出特征Fig.5 Typical outcrop photos of the overlap between Xinjiang Group and Kuqa Formation

3 讨论

3.1 秋里塔格构造带隆升阶段划分

秋里塔格构造带具有明显的东西分段特征，且空间上表现出东弱西强的特征，在东端康村以东保持完整的箱状背斜形态；向西康村到克孜尔水库一带，表现为单背斜形态，核部产出南倾逆冲推覆断层［7，13］，在北侧有屉状向斜构造残迹；克孜尔水库—察尔其一带，表现为南、北双背斜形态，二者核部均见逆冲推覆断层产出［5］，并在北秋北侧、南秋南侧产出走向相一致的屉状向斜构造；西段见却勒盐席向南长距离逆掩于米斯坎塔格背斜之上［5］，其构造分段及变形程度呈东西渐变过渡的特征映射其经历了褶皱变形及断裂破坏等阶段。同时，分布于东秋北侧、北秋北侧、南秋南侧的屉状向斜核部产状均向北或向南缓倾，倾角介于15°～25°，与箱状褶皱初始形成时核部水平、近水平这一特征不相符，也表明该构造带自箱状褶皱形成之后尚持续隆升。

秋里塔格构造带西域组砾岩在盐水沟东秋南北两侧分别削顶库车塔吾背斜、库车背斜而不整合覆于库车组之上，并在东秋北侧箱式向斜轴部呈带状展布，暗示其削顶东秋背斜而不整合于库车组之上，这一削顶不整合表明库车组沉积之后、西域组砾岩沉积之前存在一个构造转变期，该转变期之前，库车组沉积并形成同沉积背斜，之后先成背斜核部遭受削顶剥蚀、沉积了西域组砾岩并持续变形，且逆冲推覆构造的形成晚于这一转变期。

日达里克地区以日达里克南向斜-断裂为界可划分为南侧的秋里塔格中段构造系和北侧的日达里克构造系，对于二者的形成时序缺乏准确认识，日达里克一带见多处呈水平产出的上更新统新疆群泥质沉积，日达里克构造系分割了其南北两侧同一标高的新疆群，并在其南侧与秋里塔格中段构造系接触部位见新疆群超覆于库车组之上，结合日达里克南向斜具有不同于南北构造系的东西分段变形特征，判断日达里克构造系为叠加于秋里塔格构造带之上的后生构造，同时可判断后生变形时限晚于新疆群沉积时间。

对秋里塔格构造带的隆升时限有多种认识。第一种认识是开始形成于上新统库车组沉积早期，贾承造等［1］、汪新等［13］给出的开始形成年龄为4.8 Ma、5.2±0.2 Ma。第二种认识是开始形成于下更新统西域组沉积早期［14-15］，刘志宏等［14］给出的开始形成年龄为2.5 Ma。第三种认识是形成于中更新世以来，万桂梅等［16］认为西秋里塔格构造带构造隆升剥蚀阶段开始于1.64 Ma。此外还有学者对其进行了阶段划分，唐鹏程等［5］将西秋却勒地区盐构造发育分为渐新世—中新世吉迪克期构造平静期、中新世康村期—上新世早期构造挤压微弱期、上新世晚期—现今大规模逆冲推覆期等3期，暗示了康村期之后的褶皱隆升期和推覆速隆期。文磊等［11］报道了天山南麓褶皱冲断带5～2 Ma 和1～0 Ma 等变形加速期。

东秋西域组砾岩与库车组的削顶不整合指示秋里塔格隆升早于西域组沉积，因此秋里塔格构造带应开始形成于上新统库车组沉积早期。下更新统西域组沉积早期与前述削顶不整合所反映的构造转变期暗合，其代表的应是褶皱变形向推覆变形的构造转变时间。

综上所述，可将秋里塔格构造带的隆升过程划分为3 个阶段：

1）褶皱低隆阶段，秋里塔格构造带褶皱变形，形成低隆背斜构造，时限为上新统库车组沉积早期—下更新统西域组沉积早期；

2）推覆速隆阶段，秋里塔格中西段形成复杂的逆冲推覆断裂系而遭受剥蚀，时限为下更新统西域组沉积中期—上更新统新疆群沉积晚期；

3）后生叠加阶段，后生构造沿秋里塔格构造带南侧向北叠加于其上，时限为全新世以来。

3.2 秋里塔格构造带隆升阶段与层间氧化作用耦合关系

库车坳陷库车组层间氧化带具有整体由北而南发育的特征，在秋里塔格山北侧表现为“反转式”层间氧化带［17］，可见秋里塔格构造带作为库车组层间氧化作用发生的关键部位，其构造格局的变迁决定了地形地貌及水动力条件的改变，进而影响层间氧化过程。

褶皱低隆阶段，秋里塔格构造带表现为宽缓背斜，南北两侧地层连通，其走向与库车期沉积相带在走向上斜交。该阶段库车组层间氧化带的发育受沉积相带、与盆山结合部位的距离控制。西段位于靠近盆山结合部位的冲积扇-辫状河沉积体系，为地下水“补给-径流-排泄”体系的径流区，含铀含氧水的迁移不受低隆褶皱（背斜）的控制，层间氧化作用可向南越过秋里塔格构造带而向南继续发育。中东段位于远离盆山结合部位的辫状河沉积体系，远离地下水“补给-径流-排泄”体系，距层间氧化作用前锋较远。经后期剥露后，秋里塔格构造带西段南侧可产出层间氧化带及相关铀矿化。调查显示，秋里塔格构造带西段东阿瓦特背斜南北两侧均产出氧化砂体，北翼氧化程度高于南翼，南翼分布有8112、玉尔滚、吉格代布拉克、5006 等诸多铀矿化（异常）点，该处层间氧化砂体颜色主要呈褐红色、浅褐红色。

推覆速隆阶段，秋里塔格构造带受断层改造而错断目的层，切断了南侧地下水补给，原有地下水“补给-径流-排泄”体系遭受破坏。秋里塔格构造带中西段北侧由远离地下水“补给-径流-排泄”体系转换为排泄区，距层间氧化作用前锋较近，该阶段层间氧化作用使前期形成的层间氧化带向南推进，形成新的层间氧化带前锋线，前锋线部位铀元素进一步富集而成矿，经后期构造改造而出露地表，显示“反转式”层间氧化带特征。日达里克位于秋里塔格构造带中段北侧，铀矿化信息较为丰富，多层砂体中产出有浅褐红色-褐黄色氧化砂岩，并分布相关的工业铀矿化、铀矿化。秋里塔格构造带中东段远离层间氧化作用前锋，目的层处于还原环境。

后生叠加阶段，秋里塔格构造带的构造变形包括东西差异抬升、新生构造叠加等两个方面的含义。东西差异抬升表现为西段的抬升速度明显高于东段，北侧日达里克一带新疆群的海拔标高（1 456 m）高于其以东的墩买里矿化点（1 378 m）近80 m，将后生叠加阶段起始时间置于晚更新世末（0.011 7 Ma），可计算得出前者隆升速度快于后者近0.7 mm/a。受东西差异抬升影响，秋里构造带中西段前期形成层间氧化带及相关铀矿化剥露出地表，同时在原层间氧化后缘叠加发生新的层间氧化作用，日达里克西部钻遇叠加氧化带，氧化砂岩岩性表现为灰白色砂砾岩-含砾粗砂岩。中东段转换为地下水排泄区，北侧继续发生层间氧化作用，新的氧化作用使前期形成的层间氧化带向南推进，形成新的层间氧化带前锋线及相关矿化异常，日达里克以东日格布拉克、墩买里、温巴什等地经钻探揭露发现浅黄色氧化砂岩，并伴有铀矿化异常，该处氧化砂岩颜色外貌特征及赋矿特征明显不同于日达里克褐红色氧化砂岩。新生构造叠加表现为一系列具平移性质的断褶构造，日达里克断褶系为其典型代表，日达里克断褶系由日达里克南向斜、日达里克南断裂、亚克里克背斜构成，其中日达里克南向斜中段南北两翼均产出有浅褐红色氧化砂岩及相关铀矿化，为后期改造的结果。

综上所述，秋里塔格构造带的构造隆升过程与库车组的层间氧化过程具有明显的耦合关系，秋里塔格构造带的褶皱低隆阶段、推覆速隆阶段、后生叠加阶段分别与玉尔滚褐红色氧化砂岩、日达里克浅褐红-褐黄色氧化砂岩、日达里克及以东灰白-浅黄色氧化砂岩关系密切。

4 结论

1）秋里塔格构造带构造变形强烈、构造形式丰富。箱状褶皱是秋里塔格构造带的普遍变形特征，在东端为完整的、受断裂破坏较小的箱状背斜；在东段东秋北侧、中段北秋北侧、南秋南侧为相邻的屉状向斜；并在日达里克南部见完整的后生屉状向斜。西域组砾岩与库车组在东秋库车塔吾背斜、库车背斜、东秋背斜削顶不整合接触。新疆群泥岩呈近水平状产出，在高山地带超覆于库车组之上。

2）秋里塔格构造带的隆升过程可划分为3个阶段：褶皱低隆阶段（上新统库车组沉积早期—下更新统西域组沉积早期）、推覆速隆阶段（下更新统西域组沉积中期—上更新统新疆群沉积晚期）、后生叠加阶段（全新世以来）。

3）秋里塔格构造带隆升过程与库车组层间氧化过程具耦合关系，3 个阶段分别对应于玉尔滚褐红色氧化砂岩、日达里克浅褐红-褐黄色氧化砂岩、日达里克及以东灰白-浅黄色氧化砂岩。

致谢：核工业二一六大队陈奋雄、师志龙、王国荣等正高级工程师、中国地质科学院陈正乐研究员、中国地质大学（武汉）焦养泉教授进行了野外工作指导；核工业二一六大队阿种明、孙潇等（正）高级工程师、李书海、陈瑞等工程师、中国地质科学院霍海龙、中国地质大学（武汉）吴立群、陶振鹏等博（硕）士及本科生参与了相关野外工作；陈奋雄、师志龙等在听取了成文思路后，提出了宝贵建议并给予支持鼓励；匿名评审对本文进行了认真审阅并提供了许多建设性修改意见，在此一并表示感谢。