塔里木盆地西南部下白垩统克孜勒苏群沉积特征与成矿成藏作用*

贾润幸 方维萱

有色金属矿产地质调查中心，北京100012

塔里木盆地西南部（塔西南）喀什凹陷北缘下白垩统克孜勒苏群为重要的铜铅锌—铀矿和油气资源赋矿层位，因而长期备受关注（王清华等，2003；孙龙德，2004；张惠良等，2005；贾润幸等，2018；李炳谦等，2022）。该区在白垩纪曾与特提斯洋连通，白垩纪的岩相古地理特征记录了特提斯洋海水进退的变化过程。目前大多数学者对于该区晚白垩世海相沉积环境已达成共识，但对于早白垩世克孜勒苏群沉积环境认识还有分歧。多数学者认为喀什北地区下白垩统克孜勒苏群均为陆相沉积体系（孙龙德，2004；张惠良等，2005；贾进华，2009；廖林等，2010；杨俊丰等，2010；郭群英等，2014；任宇泽等，2017；任泓宇等，2017；岳勇等，2017）；另一些学者认为喀什北地区早白垩世克孜勒苏群沉积时期已受特提斯洋海侵影响（郝诒纯等，1987；郭宪璞，1991；丁孝忠等，2002；郭宪璞等，2002；刘家铎等，2013；席党鹏等，2022）。同时对西南天山在白垩纪的抬升时间也存在一定的争议，张良臣和吴乃元（1985）认为抬升发生在晚白垩世—古近纪。杨庚和钱祥麟（1995）及贾承造等（2003）通过磷灰石裂变径迹测定，前者认为西南天山在白垩纪的抬升时间发生在早白垩世，而后者则认为抬升时间发生在晚白垩世。

为了界定白垩纪特提斯洋在该区的影响范围和西南天山在白垩纪的抬升时间，作者重点对塔里木盆地西南部江格结尔地区下白垩统克孜勒苏群地层岩性及其岩石组合进行了研究，同时对其北侧萨热克地区出露的下白垩统克孜勒苏群进行了对比研究，探讨本地区早白垩世的沉积特征及构造演化，旨在为本地区的矿产资源勘查提供依据。

1 区域地质概况

新疆乌恰县江格结尔地区大地构造位置位于塔里木盆地西缘塔拉斯—费尔干纳断裂带西侧（李向东和王可卓，2000）。该区出露的地层主要有中元古界长城系阿克苏群、泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系（图1）。中元古界长城系阿克苏群主要为石英片岩、黑云母片岩、绢云片岩夹大理岩等；侏罗系与下伏地层（石炭系或泥盆系）呈角度不整合接触，仅出露有上侏罗统库孜贡苏组，主要为杂砾岩，含砂杂砾岩和石英砂岩等。白垩系分为下白垩统克孜勒苏群（K1kz）和上白垩统库克拜组（K2k）、乌依塔格组（K2w）、依格孜牙组（K2y）及吐依洛克组（K2t）。下白垩统克孜勒苏群（K1kz）是本区主要的铅锌赋矿层位。上白垩统库克拜组（K2k）为暗褐色泥岩、膏质泥岩夹石膏，钙质泥岩夹介壳灰岩等。上白垩统乌依塔格组（K2w）为灰绿色含钙质泥岩夹介壳条带及泥灰岩条带，局部夹石膏，产双壳类和介形类化石。上白垩统依格孜牙组（K2y）为生物屑泥晶灰岩、白云质灰岩夹砂质泥石、岩屑长石砂岩；上白垩统吐依洛克组（K2t）为粗粉砂岩、泥岩和石膏岩。古近系分为古新统阿尔塔什组（E1a）、古新—始新统齐姆根组（E1-2q）、始新统卡拉塔尔组（E2k）、始新统乌拉根组（E2w），始新—渐新统巴什布拉克组（E2-3b）和渐新—中新统克孜洛依组（（E3-N1）k），为一套碎屑岩夹碳酸盐岩和膏岩建造，局部含有丰富的牡蛎化石。新近系分为渐新统—中新统克孜洛依组（（E3-N1）k）、中新统安居安组（N1a）和帕卡布拉克组（N1p）、上更新统阿图什组（N2a），为一套碎屑岩建造。该区构造主要为北东向断裂，北西向断裂次之，在本区萨热克南矿带下白垩统克孜勒苏群中可见多条辉绿岩脉。

图1 塔里木盆地西南部大地构造位置图（a）和区域地质图（b）（据李向东和王可卓，2000；贾润幸和方维萱，2021；有修改）Fig.1 Tectonic setting（a）and regional geologic map（b）of the southwestern Tarim Basin（modified from Li and Wang，2000；Jia and Fang，2021）

2 下白垩统克孜勒苏群沉积特征

王清华等（2003）根据库克拜地区剖面中的岩性及组合特征把塔里木盆地西南部出露的下白垩统克孜勒苏群地层分为5个岩性段，自上而下分别为：第5段灰白色、褐红色砂、砾岩夹砂岩与泥岩；第4段褐红色砂岩与粉砂质泥岩互层夹含砾砂岩、砾岩；第3段灰白色含砾砂岩、砂岩夹少量褐红色粉砂质泥岩；第2段紫灰色、暗褐红色砂岩与泥岩互层；第1段褐红色泥岩夹砂岩及砾岩。下白垩统克孜勒苏群在新疆乌恰县江格结尔地区通过实测地层剖面显示总厚度为737.9m，成果见柱状图（图2）和实测地质剖面图（图3）。

图2 新疆乌恰县江格结尔地区下白垩统克孜勒苏群沉积特征Fig.2 Sedimentary characteristics of the Lower Cretaceous Kizilsu Group in Jianggejieer area，Wuqia，Xinjiang

图3 新疆乌恰县江格结尔地区PA地质剖面Fig.3 Geological section PA in Jianggejieer area，Wuqia，Xinjiang

下白垩统克孜勒苏群与上覆上白垩统库克拜组（K2k）地层和下伏上侏罗统库孜贡苏组（J3k）地层均呈整合接触。该实测剖面各地层特征分述如下：

上覆地层 上白垩统库克拜组（K2k） 70m

（21）薄层泥质灰岩夹石膏（图4-a）：条带状构造、泥晶结构。泥质灰岩主要由方解石（60%）和绢云母（30%～40%）、石英（5%）、绿泥石（2%～3%）等组成。石膏层厚1～2 cm，与红色泥岩呈韵律层。 5.3m

（20）紫红色泥岩：块状构造、显微鳞片结构、岩石主要由绢云母（90%～95%）和石英（5%～8%）组成，粒径一般为0.01～0.02mm。23.6m

（19）粉砂质泥岩夹石膏：红色粉砂质泥岩与白色石膏呈互层，石膏层厚一般为1～2 cm。粉砂质泥岩主要由石英（30%）、长石（15%）、绢云母（50%～60%）等组成，粒径一般0.02～0.05mm。 39.6m

（18）灰绿色介壳灰岩：块状构造、生物结构，可见介壳生物化石，生物化石含量30%～40%，已碳酸岩化。 1.5m

（17）黄褐色石英砂岩：中—厚层状砂岩、粒状结构，主要由石英（90%）、绢云母（8%～10%）和绿泥石（1%～2%）等组成。砂岩具板状交错层理。 56.6m

（16）紫红色泥岩：块状构造、显微鳞片结构、岩石主要由绢云母（90%～95%）和石英（5%～8%）组成，石英粒径一般为0.05～0.1mm。15.0m

（15）含砾石英砂岩，局部夹黄褐色石英砂岩：中—厚层状砂岩，砂砾状结构，砾石主要为石英，磨圆度好，砾石粒径0.5～1 cm（图4-b），含量为20%左右，砂岩中石英粒径0.5～1mm，含量约80%。砂岩具板状交错层理。 93.2m

（14）黄褐色粉砂质泥岩：块状构造、显微鳞片粒状结构，岩石主要由石英（30%）、长石（15%）、绢云母（50%～60%）等组成，粒径一般0.02～0.05mm。 7.1m

（13）含砾石英砂岩：中—厚层状砂岩，砂砾状结构，以灰白色石英砂岩为主，局部夹薄层砾岩。砂岩具板状交错层理。 160.0m

（12）浅灰绿色石英砂岩，夹薄层含砾砂岩，砾径一般为1～3 cm，石英砂岩主要由石英（80%）、长石（10%～15%）、云母（5%～10%）等组成为主，粒径一般0.1～0.3mm。砂岩具板状交错层理。 132.6m

（11）紫红色石英砂岩（图4-c）：岩石具细粒砂状结构。岩石颗粒定向排列形成层理构造。分选性好，磨圆度呈次棱角状。碎屑组分主要为长石和岩屑，少量的石英、白云母等。碎屑组分中，石英为粒状，粒径0.1～0.3mm，含量约占50%；长石为粒状，粒径0.1～0.2mm，含量约占30%，大多蚀变并发生绢云母化；岩屑为粒状，粒经0.1～0.25mm，含量约占15%；填隙物主要为黏土和方解石等，含量约占5%，分布均匀。砂岩层内可见平行层理和低角度斜层理。 85.5m

（10）紫红色泥质粉砂岩（图4-d）：中层状泥质粉砂岩，显微鳞片粒状结构，岩石主要由石英（50%～60%）、长石（15%～20%）、云母（15%～20%）等组成，粒径一般0.02～0.05mm。层内平行层理发育。 65.0m

（9）粉砂质泥岩：块状构造、显微鳞片粒状结构，岩石主要由石英（30%）、长石（15%）、云母（50%～60%）等组成，粒径一般0.02～0.05mm。57.4m

（8）灰褐色砾岩：块状构造，砂砾状结构。砾石磨圆度较好，成分主要为石英等，砾径一般为0.5～1 cm，含量为80%～85%。充填物主要为砂质和钙质，含量为15%～25%。 6.8m

（7）粉砂质泥岩（图4-e）夹砾岩：粉砂质泥岩多已土化，砾石主要为石英，粒径0.5～1 cm。层内见有平行层理和小型波状层理。 58.7m

（6）杂砾岩（图4-f）：块状构造，砾状结构。砾石的成分为变质石英岩、泥岩、粉砂岩、粉晶—泥晶灰岩等，粒径2～18 cm，含量约占88%，砂质占12%，砂质的成分同砾石。岩石中伴有孔雀石化。 218.6m

图4 新疆乌恰县江格结尔地区下白垩统克孜勒苏群野外照片Fig.4 Field photos of the Lower Cretaceous Kizilsu Group in Jianggejieer area，Wuqia，Xinjiang

（5）紫红色石英砂岩：中层砂岩、粒状结构，主要由石英（90%～95%）、绢云母（5%）和绿泥石（1%～2%）等组成。具板状交错层理。 34.5m

（4）紫红色杂砾岩：块状构造、砾状结构，砾石砾径3～10 cm，成分为石英、硅质岩、碳酸盐岩、泥岩等。砾石含量为80%～85%。充填物主要为砂质和钙质等，含量为15%～20%。 16.9m

（3）紫红色石英砂岩：中层砂岩、粒状结构，主要由石英（90%），绢云母（8%～10%）和绿泥石（1%～2%）等组成。具板状交错层理。 30.2m

（2）紫红色杂砾岩：块状构造，砂砾状结构。砾石磨圆度较好，成分主要为石英、泥岩、碳酸盐岩等，砾径一般为1～5 cm，含量为80%～85%。充填物主要为砂质和钙质，含量为15%～20%。 86.5m

（1）石英砂岩夹杂砾岩：岩石具不等粒砂状结构，砾状结构。其中砾石占28%，粗砂占7%，中砂占35%，细砂占30%。砾石的成分主要为火山岩、硅质岩、石英等，砾径一般2～5 cm，磨圆度呈次棱角状，分选差。砂质的成分主要为石英、长石、岩屑等。岩屑的种类主要为火山岩、变质石英岩、硅质岩等，与砾石成分相似。 27.8m

3 讨论

3.1 下白垩统克孜勒苏群沉积环境

塔西南白垩系—古近系经历了陆相—海相—陆相的沉积演化过程。关于塔西南白垩纪从陆相沉积转入海相沉积的时序主要与特提斯洋的海侵范围有关（任泓宇等，2017；岳勇等，2017）。

郝诒纯等（1987）基于在上克孜勒苏群中上部棕红色砂岩中发现海相遗迹化石等，认为上克孜勒苏群中上部已开始发生海相沉积。刘家铎等（2013）通过克孜勒苏群上亚旋回泥岩中微量元素分析，确定古特提斯洋在下白垩统克孜勒苏群上亚旋回就已经影响到喀什北地区，为海相三角洲沉积。席党鹏等（2022）综合了前人的研究，认为塔里木盆地规模非常有限的海侵开始于克孜勒苏群中上部沉积期（Albian晚期—Aptian早期），大规模的海侵则始于晚白垩世Cenomanian早期。但关于下白垩统上克孜勒苏群的沉积环境，多数学者还是基于传统的观点认为喀什北地区下白垩统克孜勒苏群为陆相沉积体系（孙龙德，2004；张惠良等，2005；贾进华等，2009；廖林等，2010；杨俊丰等，2010；郭群英等，2014；任宇泽等，2017；岳勇等，2017；任泓宇等，2017）。贾进华（2009）认为在塔西南早白垩世克孜勒苏群沉积时期受地势影响较大，在该时期的沉积大区，古地势呈“东高西低”，受北部喀什北山前和西南部古昆仑山2个物源区的控制，沉积物沿古昆仑山前呈狭长的条带状分布，沉积厚度自西向东减薄，主要是一套冲积扇—扇三角洲相和滨浅湖亚相沉积。王清华等（2003）通过对塔西南下白垩统克孜勒苏群各个地区的剖面测量，证实了下白垩统克孜勒苏群在横向上厚度有变化，如康苏地区厚度为1106m，库克拜地区厚度为1100.5m，塔什皮萨克、乌拉根和乌鲁克恰提剖面厚度为458～623m。曾庆鲁等（2020）根据露头、钻井和地震资料，结合区域构造-沉积演化史分析，认为塔西南坳陷下白垩统克孜勒苏群整体表现为从造山带向盆地内部逐渐减薄尖灭。

本次工作在新疆乌恰县江格结尔剖面的实测中，下白垩统克孜勒苏群的厚度为737.9m。从其中5个岩性段中的沉积层序来看，沉积岩石类型主要为泥质粉砂岩、石英砂岩，砾岩、含砾砂岩等，总体上表现为辫状河三角洲相沉积特征，与下伏的上侏罗统库孜贡苏组杂砾岩等及上覆的上白垩统库克拜组介壳灰岩、膏质泥岩等均呈整合接触。从上白垩统库克拜组的岩石组合特征来看，主要为浅海相、滨海潟湖相沉积。上述沉积相特征表明，从晚白垩世开始，塔西南地区随着特提斯洋从西向东的不断海侵，从陆相转为海相沉积，并主要沿古昆仑山前呈狭长的条带状分布。

3.2 下白垩统克孜勒苏群构造事件

从塔里木盆地构造演化历史来看，该地区先后经历了多起地质构造事件，其中白垩系作为本区中生代沉积范围最广的地层之一，可作为该地区构造运动重要的地质记录。已有的研究表明，天山造山带是古生代末期塔里木板块与其他板块碰撞拼贴形成的碰撞造山带（张良臣和吴乃元，1985；杨庚和钱祥麟，1995）。张良臣和吴乃元（1985）认为中国天山是中石炭世—早二叠世期间塔里木、准噶尔、西伯利亚和伊犁4个大陆板块边缘褶皱山系的拼合体，中生代经历了1次上升和2次夷平作用后，在晚白垩世—古近纪运动以块断升降为主。杨庚和钱祥麟（1995）把中新生代天山造山作用称之为天山板内造山作用，形成的造山带称之为天山板内造山带，分析天山南侧库车盆地北缘欧西达坂花岗岩体的锆石、磷灰石裂变径迹年龄测试结果，认为中新生代天山板内造山带在早白垩世（134～109Ma）发生了明显快速隆升。贾承造等（2003）利用裂变径迹分析技术，并结合地质学研究方法认为，库车坳陷晚白垩世隆升约发生在89Ma前，隆升的形成是青藏高原地区Kohistan-Dras岛弧与拉萨地体在晚白垩世的碰撞事件远距离效应的结果。陈正乐等（2006）通过野外系统采集3个横穿西天山察汗乌苏山剖面的花岗岩、火山岩等样品磷灰石裂变径迹测试结果认为，西天山山脉自中生代以来存在4个阶段构造隆升—剥露事件：三叠纪末—早侏罗世（220～180Ma）、侏罗纪中期（170～140Ma）、白垩纪中期（110～80Ma）和晚新生代（24Ma以来）。

从新疆乌恰县江格结尔地区白垩系的沉积记录来看，本区下白垩统陆相沉积和上白垩统海相沉积总体上较为完整，但在其北侧的萨热克巴依盆地仅出现下白垩统克孜勒苏群陆相沉积5个岩性段中的前3个岩性段，其中第1和第2岩性段出露较完整，第3岩性段仅局部出露（贾润幸等，2017），完全缺失下白垩统克孜勒苏群上部第4段和第5段2个岩性段及后期的沉积地层（图5）。从萨热克地区和江格结尔地区下白垩统克孜勒苏群地质剖面图中第2岩性段中的沉积岩石特征来看，江格结尔地区克孜勒苏群第2岩性段主要为泥质粉砂岩，其下部的砾石磨圆度总体较好；而萨热克地区克孜勒苏群第2岩性段主要为岩屑石英砂岩，其下部的砾石多具棱角状，磨圆度相对较差。

图5 新疆乌恰县萨热克地区P04地质剖面图Fig.5 Geological section P04 in Sareke area，Wuqia，Xinjiang

萨热克巴依盆地是西南天山内部形成的拉分断陷盆地，盆地内部的沉积记录基本代表了西南天山在中新生代时期的升降过程。从该地区下白垩统克孜勒苏群第2岩性段中的沉积相特征来看，沉积层理中可见重荷模、波状印模、岩屑砂岩板状交错层理（图6-a，6-b，6-c），浅灰紫色的砾岩沉积在浅紫红色的岩屑石英砂岩之上（图6-d），表现为反序沉积并出现岩层错断现象（图6-e），即早期形成的浅紫红色的岩屑石英砂岩错断后被后期沉积的浅灰紫色砾岩重新胶结沉积，受强烈构造运动影响该层岩层产状明显变陡（图6-f）并最终发生倒转，使克孜勒苏群第1段紫红色粉砂质泥岩逆掩于第2段岩屑石英砂岩之上（图6-g），表明在早白垩世早期该区的陆相沉积过程受到了明显的扰动和震荡。从本区下白垩统克孜勒苏群的沉积层序来看，其与下伏的上侏罗统库孜贡苏组（J3k）的杂砾岩呈整合接触（图6-h），但缺失下白垩统克孜勒苏群上部地层，推测在早白垩世后期，塔里木盆地北侧的西南天山发生的抬升作用造成了该区连续沉积的中断。这与陈正乐等人（2006）通过磷灰石裂变径迹法测定西天山山脉自中生代以来存在4个阶段构造隆升—剥露事件中的白垩纪中期（110～80Ma）较为吻合。

图6 新疆乌恰县萨热克巴依盆地下白垩统克孜勒苏群野外照片Fig.6 Field photos of the Lower Cretaceous Kizilsu group in Sarekebayi Basin，Wuqia，Xinjiang

3.3 下白垩统克孜勒苏群的成矿成藏作用

新疆下白垩统克孜勒苏群是西南天山重要的铜铅锌成矿带赋矿层位，目前在该层位第5岩性段砂砾岩已发现了乌拉根超大型铅锌矿（刘增仁等，2011）和江格结尔铅锌矿（贾润幸等，2018）及众多的小型铜铅锌矿床、矿（化）点。此外，塔里木盆地下白垩统发育有重要的油气储集层（下部砂岩段）及良好盖层（上部泥岩段），其本身就构成了很好的储盖组合（陈跃，1995；孙龙德，2004；杨俊丰等，2010）。同时，在塔里木盆地喀什凹陷巴什布拉克地区下白垩统克孜勒苏群一段（K1kz1）为铀矿赋矿层位，铀矿化主要为潜水氧化成因，且受控于古潜水氧化带，始新世末期侵入目的层的油气为铀矿体的进一步富集提供了还原剂及吸附剂（李炳谦等，2022）。现在越来越多的研究发现，沉积盆地存在多种矿藏“同盆共存”的现象（Kesleret al.，1994；Hulenet al.，1998；杨建业，2005；刘池洋等，2006），在本区沉积盆地中下白垩统克孜勒苏群产出的铜铅锌金属矿产中也常常会发现沥青等有机质（刘增仁等，2011；贾润幸等，2018）。这些有机质多与下伏沉积地层中的煤系烃源岩有关（贾润幸等，2017）。在新疆乌恰县萨热克铜矿和乌拉根铅锌矿下伏地层，均存在下侏罗统康苏组煤系地层。

从沉积盆地的演化及成矿成藏过程来看，煤矿和油气等非金属矿产资源主要与沉积盆地中的原始沉积有关；而铜铅锌等金属矿产除与来源于剥蚀区的初始沉积成矿作用有关外，还多与后期造山作用的叠加改造作用有关。这种后期叠加改造作用多通过盆地中混合流体的迁移、富集和重新沉淀来实现。现在越来越多的证据显示，有机质所代表的还原性盆地流体对沉积盆地中的金属成矿具有重要的影响（贾润幸等，2017）。当前，在同一沉积盆地中出现这种金属矿产与非金属矿产多矿藏“同盆共藏”的现象，让越来越多的地质学家认识到，对沉积盆地成矿成藏作用的研究，应把沉积盆地作为一个整体的成矿系统。沉积盆地中的金属成矿流体常具有“生、储、盖、移”的明显特征。“生”主要为成矿成藏的物质来源，如产于本区下白垩统克孜勒苏群第5岩性段中的成矿物质，主要来源于盆地基底的古生代—中元古代剥蚀区；塔里木盆地喀什凹陷区中的油气资源主要来源于下部石炭系和侏罗系烃源岩（赵孟军等，2005）；“储”主要指高渗透率的储集层，本区下白垩统克孜勒苏群中的砂砾岩、含砾砂岩和砾岩无论对金属矿产还是油气资源都是理想的储集层。高渗透率的岩层为金属矿产的结晶沉淀和油气资源的储藏提供了容矿空间。在江格结尔铅锌矿中的砂砾岩中，可见白铅矿沿石英砾石边部呈孔隙式胶结（贾润幸等，2018），这种被金属矿物胶结后岩石的孔隙度和渗透率会明显减小（贾润幸和方维萱，2021）。“盖”主要指沉积盆地中的不透水层。如下白垩统克孜勒苏群中的粉砂质泥岩或其上覆上白垩统库克拜（K2k）组中的膏质泥岩等。“运”主要指盆地流体的运移通道，在本区主要为构造应力作用引发的层间断裂或高角度切层断裂带（如图5左侧的断层），这是沉积盆地中成矿流体主要的运移通道。此外在有些沉积盆地的还存在“热”。这主要指沉积盆地的下部可能存在的隐伏岩体，不仅为盆地流体提供了部分成矿物质，最重要的是为盆地流体的运移提供了热动力。

4 结论

1）塔里木盆地西南部（塔西南）江格结尔地区下白垩统克孜勒苏群主要为辫状河三角洲沉积，其与上覆的上白垩统库克拜组海相沉积和下伏的上侏罗统库孜贡苏组陆相沉积均呈整合接触。塔里木盆地西南部下白垩统克孜勒苏群主要为陆源碎屑岩沉积，在晚白垩世转为海相沉积环境。

2）从西南天山陆内造山带中的拉分断陷盆地（萨热克巴依盆地）中仅沉积下白垩统克孜勒苏群下部3个岩性段而缺失上部地层来看，在早白垩世后期塔里木盆地北侧西南天山发生了一次抬升作用，造成该区后期地层沉积中断。

3）塔西南下白垩统克孜勒苏群现已发现铜铅锌铀矿等多金属矿产，同时也是塔里木盆地中石油和天然气的重要储集层位，铜铅锌等矿石中常可见大量的沥青等有机质，这些有机质主要源于其下伏侏罗系的煤系烃源岩，并通过成矿流体参与了金属矿产的成矿作用。因而这种金属矿产与非金属矿产多矿种“同盆共藏”的现象，应作为一个整体的成矿系统来研究。

致谢在论文撰写过程中，两位评阅人提供了宝贵的修改意见，在此一并致谢！