准噶尔盆地东北缘石炭系年代—地层格架：对卡拉麦里洋闭合时限的启示*

2023-02-09侯烁钦何登发

地质科学 2023年1期

杨浩李涤侯烁钦樊丹何登发

（中国地质大学（北京）能源学院，海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室北京 100083）

中亚造山带（CAOB）（Jahn et al.，2004；Cawood et al.，2009；Xiao et al.，2015）亦称为阿尔泰构造拼合带（Altaids Tectonic Collage）（Şengör et al.， 1993； Xiao et al.，2008；Wilhem et al.，2012）夹持于东欧克拉通、西伯利亚克拉通以及华北克拉通之间（图1a），是新元古代以来古亚洲洋（PAO）演化过程中各种地体（包括蛇绿岩、岛弧、增生杂岩及可能的微大陆）复杂拼贴的结果（肖序常等，1992；何国琦等，1994；Jahn et al.，2000；Xiao et al.，2008；Li et al.，2015）。古亚洲洋和其分支洋盆的最终闭合时限问题一直以来都是中亚造山带研究的前沿与热点。准噶尔地区位于中亚造山带的南部，记录了古亚洲洋的最终消亡历史，是了解古亚洲洋演化的理想场所（Jahn et al.，2000；Kovalenko et al.，2004；Kröner et al.，2014）。

卡拉麦里地区位于准噶尔盆地的东北缘（图1b），代表了西伯利亚克拉通增生系统与哈萨克斯坦—准噶尔板块的最终缝合部位（李春昱等，1982；蔡文俊，1986），为厘定古亚洲洋的分支洋盆卡拉麦里洋的演化过程提供了重要窗口。层析成像等地球物理资料与蛇绿岩年代学结果揭示卡拉麦里洋盆泥盆纪仍存在，呈向北单向俯冲模式，此时卡拉麦里洋南侧以发育中泥盆统卡拉麦里组被动边缘沉积为特征（李锦轶，2004；Zhang et al.，2013；白建科等，2018；Li et al.，2020；Wang et al.，2022）。然而目前对于卡拉麦里洋的闭合时限的认识仍存在较大争议，所提出的时代遍及晚泥盆世—二叠纪，但主要争议集中于两个时期：一部分学者认为在早石炭世早期之前洋盆已经闭合（李锦轶等，1990；吴润江等，2009；Zhang et al.，2013；田健等，2015；白建科等，2018；杨凯凯等，2018）；另一部分学者则是认为闭合于早石炭世晚期或晚石炭世（汪帮耀等，2009；Su et al.，2012；聂峰等，2014；Li et al.，2020；Wang et al.，2022）。前者主要基于卡拉麦里山南侧的松喀尔苏组粗碎屑为一套同造山期“磨拉石建造”，该组的碎屑锆石最年轻的年龄以及其上覆巴塔玛依内山组底部火山岩的年龄限定造山发生于早石炭世早期。然而这套粗碎屑在卡拉麦里地区东段双井子地区和西段白碱沟地区的分布存在差异，同时对于巴塔玛依内山组的形成时代更是存在不同见解（谭佳奕等，2009；Xiao et al.，2011；杨凯凯等，2018）。后者则是基于岩浆岩成因以及少量基性岩年代学，认为上覆巴塔玛依内山组火山岩仍具有岛弧钙碱性火山岩的性质，俯冲在早石炭世仍在持续。最近，Li et al.（2020）通过物源分析揭示巴塔玛依内山组之上的双井子组接收了来自北部野马泉地体的沉积物，从而认为卡拉麦里洋闭合于中石炭世，但对于这套地层的时代没有给予很好的约束。上述争议的根本原因是受后期构造运动改造的影响，卡拉麦里地区石炭纪地层年代—地层格架尚不明确，严重制约了对洋盆闭合时限的厘定。

本文系统梳理了卡拉麦里地区石炭纪地层的划分对比沿革，并从已建立的野外露头和盆地钻井序列出发，开展“盆—山”地层对比，由露头向盆内拓展，在最新的年代学结果的约束下重新评价了准噶尔盆地东北缘地层划分方案，并建立了年代—地层格架。同时综合沉积充填与地层展布特征以及岩浆岩成因方面的研究成果，讨论了卡拉麦里洋的闭合时限。该项工作对揭示准噶尔石炭纪盆地构造演化格架，优选盆地深层油气风险勘探目标具有重要科学意义与指导性研究价值。

1 区域地质背景

准噶尔地体位于中亚造山带（CAOB）的南部（图1a），夹持于北部的野马泉地体和南部的北天山地体之间，并分别以卡拉麦里断裂和北天山断裂为界（图1b）。该地体是由大陆碎片、岛弧以及洋盆等组成的复杂嵌合体（Coleman，1989；Xiao et al.，2008）。准噶尔地体分为东准噶尔、西准噶尔（也称东准噶尔地体和西准噶尔地体）（Chen and Jahn，2004；Xiao et al.，2011；Su et al.，2012）和准噶尔盆地3 个构造单元。多条被后期构造强烈肢解的古生代蛇绿混杂岩沿断裂分布在东、西准噶尔。尽管准噶尔盆地基底性质目前仍不明确，但深反射地球物理剖面显示准噶尔盆地下伏地壳约50 km 厚（Wang et al.，2003），盆地发育约10 km 厚的沉积盖层。最近钻孔资料显示盆地内部广泛发育石炭系火山—沉积建造，其中下石炭统主要为海相序列，而上石炭统主要表现为陆相沉积特征。盆地火山岩主要为钙碱性系列，但大多兼具岛弧型和裂谷型地球化学特征。此外，准噶尔盆地周缘一个重要的特征是广泛发育石炭—二叠纪花岗岩侵入体（Xiao et al.，2008；Zhang et al.，2021），其中晚石炭世—早二叠世花岗岩主要为A 型花岗岩。

卡拉麦里地区位于准噶尔盆地的东北缘（图1b），在卡拉麦里断裂的两侧广泛发育泥盆—石炭纪地层（图1c）。以卡拉麦里断裂为界，以北为野马泉地体，以南为准噶尔地体。NW-SE 向的蛇绿混杂岩带（卡拉麦里蛇绿混杂岩带）发育于野马泉地体，同位素年代学和古生物资料表明其形成时间为416.7～329.9 Ma（汪帮耀等，2009；黄岗等，2012，2017；方爱民等，2015）。野马泉地体是发育于早古生代基底上的复合弧（李锦轶等，2009；Xu et al.，2013），志留系在野马泉地体的东部局部出露，主要由变质砂岩、泥质粉砂岩、硅质泥岩、板岩和千枚岩组成（Tao et al.，2014）。其上覆泥盆纪地层包括北塔山组和平顶山组（D2b和D2p），为一套凝灰质碎屑夹火山碎屑的沉积物。与泥盆系呈断层接触的下石炭统南明水组（C1n），由火山岩、碎屑岩和碳酸盐岩组成，并被分成上、下两个亚组。南明水组的上覆地层为清水组（C1q），主要为一套粗碎屑，特征与磨拉石建造相似。与其角度不整合接触的上覆地层为巴塔玛依内山组（C2b），主要由火山岩组成，岩性组合和断裂南侧广泛分布的巴塔玛依内山组（简称巴山组）相似，在断裂北侧其仅分布于东部，其流纹岩的LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄为305±2 Ma（Wang et al.，2022），表明其时代属于晚石炭世。而卡拉麦里断裂南侧保存了相对完整的石炭纪地层序列，但在东段（双井子地区）和西段（白碱沟地区）有所差异。

图1 卡拉麦里地区地质简图（据Li et al.2020 修改）Fig.1 Schematic geological map of the Karamaili area（modified from Li et al.，2020）

2 石炭纪地层划分沿革

由于该地区石炭纪期间火山活动频繁并在后期经历了强烈的改造，不同地区的火山岩—沉积地层在岩性组合上具有很大差异。目前对于各时期地层的发育时代普遍存在争议，提出了多种划分对比方案。

2.1 山梁砾石组/滴水泉组

袁复礼（1956）在考察卡拉麦里山南侧双井子地区时，发现了一套被安山斑岩侵入并且层理不明显的漂砾层，漂砾直径60～100 cm，认为其是冰川成因，称其为“山梁砾石漂层”，根据其与上覆地层（下石炭统灰岩）的接触关系及侵入到两套地层中的侵入体的不同，他认为其属于泥盆纪或更早的时期。之后，地质部631 石油普查大队5 分队（1955）①地质部631 石油普查大队5 分队.1955.内部资料.将其正确地改定为下石炭统。新疆石油管理局所属各地质队（1957～1958）②新疆石油管理局所属各地质队.1957～1958.内部资料.将该地层重新划分为滴水泉层和山梁砾石层，并与上覆火山岩合称为双井子统，该统时代限定为早-中石炭世。新疆石油管理局地调所（1965）③新疆石油管理局地调所.1965.内部资料.将滴水泉层与山梁砾石层改成滴水泉群，时代确定为早石炭世。新疆地质局综合研究队（1965）④新疆地质局综合研究队.1965.内部资料.将滴水泉层和山梁砾石层分别改成了滴水泉组和山梁砾石组，但不同的是其将时代定为了晚泥盆世。地质部新疆维吾尔自治区地质局区域测量大队（1963～1966）⑤地质部新疆维吾尔自治区地质局区域测量大队.1963～1966.1∶200 000 库普幅地质图.在进行1∶200 000 库普幅地质图编制的过程中，将相当于滴水泉组的地层称为塔木岗组，时代定为晚泥盆世，而将山梁砾石组改称松喀尔苏组，时代为早石炭世。新疆地质矿产局地质矿产研究所（1991）认为双井子地区的滴水泉组（塔木岗组）与下伏泥盆系为整合接触，主要含拟鳞木，亚鳞木化石，层位比滴水泉剖面的地层要低，所以沿用塔木岗组为该套地层下部，而将松喀尔苏组改回为原来的山梁砾石组，该两组的时代均为早石炭世。新疆地质矿产局（1999）统层时同意新疆地质矿产局地质矿产研究所（1991）所划分的方案，认为滴水泉组和塔木岗组为同一套地层不同的命名，并决定停用滴水泉组，将其称为塔木岗组，而山梁砾石组位于这套地层的上部层位，同为早石炭世地层。李涤（2016）及张磊（2020）认为这两个组是同一套地层的不同命名，并将其统称为滴水泉组（图2）。

图2 卡拉麦里地区地层划分沿革Fig.2 History of stratigraphic division in Karamaili area

这套“山梁砾石粗碎屑”在卡拉麦里山南侧双井子地区一般被划分为两个组，但两个组之间以微角度不整合（据新疆维吾尔自区区域地层编写组，1981），所以该两组在构造意义上为一套地层。同时在卡拉麦里山南侧白碱沟地区滴水泉剖面相变为一套以泥质岩为主的细碎屑沉积（Zhang et al.，2013；白建科等，2018），下部为粗砂岩夹页岩和泥岩薄层，上部主要为泥质岩，曾被称为“滴水泉组”。“滴水泉组”与“山梁砾石粗碎屑”均与其上覆火山—沉积地层（东段为巴山组，西段为松喀尔苏组）以高角度不整合接触。在东段双井子地区，下段（原塔木岗组）为一套滨海相砂岩，砂砾岩和砾岩夹层，上段地层（原松喀尔苏组）主要为海陆交互相的砾岩、凝灰岩以及砂岩，夹粉砂岩及炭质页岩薄层，总体为一套粗碎屑（白建科等，2018）。在白碱沟地区的实测剖面Ⅱ表现为一套粗碎屑沉积，以砂砾岩以及砾岩发育，夹砂岩及泥岩层（图3）。在盆内彩深1 井表现为一套火山碎屑建造（图4）。新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）1∶200 000《库普幅》中记载了“山梁砾石粗碎屑”中的古生物化石，在下段地层（原塔木岗组）中存在大量的植物及动物化石，包括：鳞木（未定种）（Lepidodendronsp.）、拟鳞木（Lepidodendropsissp.）、亚鳞木（Sublepidodendronsp.）、小嘴贝等，鉴定为 D3—C1。在上段地层（原松喀尔苏组）中同样存在相似的古生物化石组合，包括：鳞木（未定种）Lepidodendronsp.、拟鳞木（Lepidodendropsissp.）、亚鳞木（Sublepidodendronsp.）、奇异亚鳞木（Sublepidodendron mirabile（Nath.）Gothan）、亚洲德米特律木（Demetria asiataZallessky），鉴定为C1或D3—C1。在西段白碱沟地区，新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）1∶200 000《卡拉麦里幅》中记载原塔木岗组中存在的古生物化石，包括：鳞木（未定种）（Lepidodendronsp.）、拟鳞木（Lepidodendropsissp.）、亚鳞木（Sublepidodendron?sp.）、Bergeriasp.、Camarotoechiasp.、Knorriasp.、Protolepidodendronsp.，鉴定为 D3—C1。因此，结合地层的接触关系、岩性组合以及古生物化石组合，将其统称为滴水泉组。

而据新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）《卡拉麦里山幅》，松喀尔苏组在白碱沟地区被划分为a、b 两段，b 段为一套火山碎屑岩建造，底部为灰绿色及黄绿色凝灰质砾岩，厚达438 m，向上发育黄绿色凝灰质砂岩。a 段主要由中—酸性火山熔岩，凝灰岩夹大量的碎屑岩组成，发育大量的安山玢岩以及流纹岩为特征，同时也发育大量的火山碎屑岩，包括凝灰岩以及火山角砾岩（图3）。松喀尔苏组a 段的凝灰质砂岩层中盛产化石，包括：Tylothyrissp.、Neospirifersp.、Hustediasp.、Plicatifera? sp.、Fenestellasp.、Plicatifera（cf. P.plicatilis）、Echinoconchussp.、Camarotoechiasp.、Schellwienellasp.、Cyrtospirifersp.、Mucrospirifersp.；在 b 段尚发现有：Spirifer attenuatesSowerby、Tomiopsis planaSokolskaja，Punctospirifersp.、Euomphalus? sp.、Tropidostrophasp.，鉴定为C1。值得注意的是，由于白碱沟地区的松喀尔苏组与双井子地区的松喀尔苏组（“山梁砾石粗碎屑”上段地层）岩性组合以及古生物化石组合存在较大差异，因此，西段白碱沟地区的这套火山—沉积地层延续松喀尔苏组的命名。

2.2 巴塔玛依内山组（巴山组）

巴山组最早由新疆石油管理局（1957～1958）（见脚注②）所命名，其将巴塔玛依内山附近火山岩地层及上部粗碎屑合称为弧形梁层，时代定为早-中石炭世。新疆地质局（1965）（见脚注④）将弧形梁层改名为弧形梁群。之后，地质部新疆维吾尔自治区地质局区域测量大队一分队（1963～1966）（见脚注⑤）在进行1∶200 000 库普幅地质图编制的过程中对该套地层进行了重新的厘定，将其下部火山岩称为巴塔玛依内山组（由李启新命名），上部碎屑岩称为双井子组，时代均为中石炭世。新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）沿用了这种划分方案，所不同的是将上部碎屑岩改成为石钱滩组。新疆区测大队古生物地层分队（1978）⑥新疆区测大队古生物地层分队.1978.内部资料.将区测大队一分队所测巴塔玛依内山组及其上双井子下亚组合称为巴塔玛依内山组，并分为上段和下段，时代为早石炭世。新疆地质矿产局地质矿产研究所（1991）将其上部碎屑岩恢复了弧形梁组，其下部火山岩沿用巴塔玛依内山组，时代定为中石炭世。新疆维吾尔自治区地质矿产局（1993）沿用了其划分方案，但不同的是将巴塔玛依内山组的时代改定早石炭世。新疆维吾尔自治区地质矿产局（1999）同样沿用巴塔玛依内山组（火山岩层）—弧形梁组（粗碎屑层）这种划分方案，不同的是将巴塔玛依内山组时代定为早石炭世晚期至中石炭世早期。之后随着盆内钻井资料的丰富和同位素测年技术的发展与普及，谭佳奕等（2009）首次发现该套火山岩底部测年结果为350 Ma，并结合其上覆地层石钱滩组中的古生物化石，将其时代改定为早石炭世。李涤（2016）系统的研究了盆内地层的特点，发现巴山组岩性组合具有“三分性”，表现为下火山岩段，中沉积岩段以及上火山岩段。而巴塔玛依内山地区的这套巴山组测年结果显示为358～335 Ma，因此认为其属于“下火山岩段”，但盆内的火山岩测年结果显示其为晚石炭世地层，所以其将这套地层时代划分为早-晚石炭世。张磊（2020）则是延续了这种划分方案，并给与3 个部分独立的命名，将下火山岩段称松喀尔苏组，将中沉积岩段称双井子组，而上火山岩段称巴山组（图2）。

在东段双井子地区巴山组这套地层为滴水泉组的上覆地层，而在西段白碱沟地区为松喀尔苏组b 段的上覆地层。在东段双井子地区，为一套基性—中性—酸性火山熔岩及火山碎屑岩，其中夹少量的凝灰质砾岩层，大量发育安山玢岩，在底部偶见珍珠岩夹层，其中凝灰质砾岩夹于火山岩之间，炭质页岩发育。在西段白碱沟地区底部为一套厚层火山角砾岩，中部为一套炭质页岩并夹有煤线，富大量植物化石，上部为火山岩层，主要发育流纹岩和安山玢岩。新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）《库普幅》中记载，在双井子地区巴山组的沉积岩层，尤其是炭质页岩层中发现了大量的植物化石：心羊齿型准安加拉羊齿（Angaropteridiumcf.cardiopleroides（Schmalh.）Zal.）、芦木（Calamitessp.）、拟诺格拉齐蕨（Noeggerathiopsissp.（N. cf.subangustaZalesssky））、拟翅果（Samaropsis? sp.），鉴定为C2-3或C—P，并认为多见于C2。新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）《卡拉麦里幅》中记载，在白碱沟地区巴山组的炭质页岩层中产：Cyclopterissp.、心羊齿型准安加拉羊齿（Angaropteridiumcf.cardiopleroides（Schmalh.）Zal.）、楔羊齿（Sphenopterissp.）及19 种孢子花粉。近年来，许多学者对西段白碱沟地区的巴塔玛依内山组进行了实测（图3），表明该组的细碎屑沉积包括泥岩，砂岩，炭质页岩和煤层，并不是像新疆维吾尔自区区域地层编写组（1981）《卡拉麦里幅》那样分布于该套地层的下段，而是夹于火山岩层之间，这与盆内钻遇的情况十分相似（图4）。

2.3 石钱滩组/双井子组

该地层最早同样由袁复礼（1956）将东准噶尔将军庙一带的一套海相碎屑岩夹灰岩，立名为石钱滩建造（因含大量海百合茎，风化后单片散落，形似石钱，故而得名），根据地层的新老关系以及动物化石，时代被认为属于早二叠世（杨遵仪，1948）。地质部631 队石油普查大队5 分队（1955）（见脚注①），因采集大量腕足（王钰鉴定）和珊瑚（吴望始鉴定），而将其划为上石炭统。新疆石油管理局所属各队（1957～1958）（见脚注②），将此地层立名为石钱滩统，时代为晚石炭世，并正确的指出：袁复礼（1956）所划石钱滩建造（P1）与双井子灰岩（C1）实际是同一各层位。地质局区测大队编库普幅说明书（1963～1965）（见脚注⑤），将此地层命名为双井子组，细分了3 个亚组，在上亚组中发现中石炭世䗴化石，故确定为中石炭统。新疆石油管理局地调所（1965）（见脚注③）把相当的地层称为石钱滩群，由下而上划为化石沟组和平梁组，时代认为属于中-晚石炭世。新疆地质局综合地质研究队东准噶尔区域组（1966）（见脚注④）认为：这套地层不但还有中石炭世的䗴，同时还有大量晚石炭世的腕足类化石，故将其化为中上石炭统似更合适。新疆地质局区测大队与地科院地质所、新疆矿冶学院共同组成的地层分队（1977）⑦新疆地质局区测大队与地科院地质所、新疆矿冶学院.1966.内部资料.在区测队古生物组1964 年所测的剖面基础上补做工作，在双井子一带本组发现Paralegoceras，并于中下部补充采集了大量䗴化石。新疆石油管理局袁文贤等（1983）⑧新疆石油管理局袁文贤等.1983.内部资料.在总结前人工作基础上，将石钱滩组划分为4 个岩性段：1）弧形梁碎屑岩段；2）双井子灰岩段；3）平梁绿色泥岩段；4）杂色凝灰碎屑岩段。赵治信（2000）在相当于双井子灰岩段及平梁绿色泥岩段，采获并建立了上、下两个牙形刺组合，时代为中石炭世。其所列化石剖面似不存在“杂色凝灰碎屑岩段”，同时胜利沟剖面似不存在下部的“弧形梁碎屑岩段”，因此，其所采的牙形刺，实际产于中部两岩性段，也是《新疆古生界》（下）的石钱滩组中上部。1987 年，新疆地矿局第二区调大队（李恒海等）⑨新疆地矿局第二区调大队（李恒海等）.1983.内部资料.与武汉地质学院合作，详细测绘了该地层剖面，并采集了极为丰富的古生物化石，认为石钱滩组下部属于中石炭统，上部属于上石炭统。新疆地质矿产局地质矿产研究所（1991）将“弧形梁碎屑岩段”改称弧形梁组，将“杂色凝灰碎屑岩段”改称六棵树组，中间两段（双井子灰岩及平梁泥岩）为石钱滩组。此后的新疆维吾尔自治区地质矿产局（1993）与新疆维吾尔自治区地质矿产局（1999）沿用此方案。李涤（2016）使用石钱滩组—六棵树组的划分方案。张磊（2020）将上石炭统巴山组火山岩之上的晚石炭世地层合称为石钱滩组（图2）。

古生物研究表明在该组存在大量的动植物化石，在底部粗碎屑中存在与巴山组相似的化石组合：心羊齿型准安加拉羊齿（Angaropteridiumcf.cardiopleroides（Schmalh.）Zal.）、芦木（Calamitessp.）、拟诺格拉齐蕨（Noeggerathiopsissp.（N.cf.subangustaZalesssky））、拟翅果（Samaropsis? sp.）、脉羊齿（Neuroplerissp.）、化石果（Carpolithussp.）、银杏叶（Ginkgophyllum? sp.）、痕根页（Stigmaria? sp.）、楔羊齿（Sphenopterissp.），鉴定为C2-3。但该套粗碎屑（原弧形梁组）与巴山组之间存在明显的不整合（图3），显然划分为同一个组是不合理的。石钱滩组（双井子组）中部灰岩段和细碎屑段中发育了大量中-晚石炭世的珊瑚、腕足以及䗴化石。

3 卡拉麦里地区石炭系年代学约束

卡拉麦里地区石炭纪地层中含有丰富的火山岩。这些火山岩的年代学结果可以很好的限定地层的形成时代。随着科学技术的发展，火山岩的同位素测试方法和手段日渐成熟和完善。目前锆石U-Pb 定年手段已被广泛应用于年代学研究中。此外，沉积岩碎屑锆石U-Pb 年龄谱也已经成为确定源区组成、沉积时代和构造背景的一种有效途径；最年轻的碎屑锆石能指示该沉积层的年龄下限。这些资料为厘定该地区的石炭纪地层时代归属提供约束（图5）。

图5 卡拉麦里地区年代学数据统计（数据来源：谭佳奕等，2009；Xiao et al.，2011；Su et al.，2012；Zhang et al.，2013；李涤，2016；白建科等，2018；杨凯凯等，2018；Li et al.，2020；张磊等，2020）Fig.5 Chronology data statistics of Karamaili area（data from Tan et al.，2009；Xiao et al.，2011；Su et al.，2012；Zhang et al.，2013；Li et al.，2016；Bai et al.，2018；Yang et al.，2018；Li et al.，2020；Zhang et al.，2020）

Zhang et al.（2013）用蒙特卡洛（Monte Carlo）方法模拟了东段双井子地区滴水泉组（原塔木岗组和松喀尔苏组）砂岩最年轻的年龄峰值分别为342+3/-4 Ma 和340+3/-4 Ma，结合上覆巴山组火山岩年龄（349.5±6 Ma），在合理误差范围内将滴水泉组上部地层（原松喀尔苏组）的沉积时代限定在345～343.5 Ma。白建科等（2018）采自东段双井子地区滴水泉组（原塔木岗组和松喀尔苏组）的砂岩碎屑锆石最年轻的年龄355±3 Ma，而西段白碱沟地区滴水泉剖面滴水泉组最年轻的年龄为349±4 Ma，认为该组的形成时代不早于349 Ma。最近，Li et al.（2020）在东段双井子地区测得该组砂岩最年轻的两颗碎屑锆石的平均年龄为347±7.5 Ma，结合其上覆巴山组地层底部火山岩的年龄（351.1±2.6 Ma），将该组沉积时代约束为359～350 Ma。

Xiao et al.（2011）测得卡拉麦里白碱沟地区松喀尔苏组a 段的火山岩锆石U-Pb 年龄为336～332 Ma，而Su et al（.2012）发现上覆巴山组流纹岩中存在337±7.5 Ma 和337.3±5.9 Ma 的继承锆石。同时，谭佳奕等（2009）采自东段双井子地区巴山组粗安岩年龄为350±6.3 Ma，结合上覆沉积层中古生物资料，认为该组属于下石炭统。杨凯凯等（2018）测得双井子地区巴山组同一剖面中火山岩样品最老以及最年轻的年龄分别为348.7±2.9 Ma和340.7±1.4 Ma。Li et al（.2020）采自双井子地区巴山组顶、底的火山岩样品年龄分别为335.3±2.5 Ma 和 351.1±2.6 Ma。

对于卡拉麦里西段白碱沟地区巴山组火山岩，Xiao et al（.2011）锆石U-Pb 定年结果显示为323～307 Ma，Su et al（.2012）结果显示为314.3～306.5 Ma，而将其喷发年龄限定在晚石炭世。Li et al（.2020）测得石钱滩组底部砂岩的碎屑锆石一组最年轻的年龄加权平均为 322±4.5 Ma。

从年代学统计结果来看（图5）：东段双井子地区与西段白碱沟地区滴水泉组的碎屑锆石最年轻的年龄相似，分别为355 Ma 和349 Ma；西段松喀尔苏组a 段目前测得年代学数据在合理的误差范围内属于东段巴山组顶、底火山岩年龄所限定的区间（351～335 Ma）。来自于准噶尔盆内钻井的一个凝灰岩年龄（325±4.7 Ma）显示西段松喀尔苏组b 段为早石炭世晚期地层。西段白碱沟地区巴山组火山岩目前测得最老的年龄（323 Ma）与最年轻的年龄（306.5 Ma）表明其属于晚石炭世，与东段双井子地区巴山组不是同一时期的地层。

4 讨论

4.1 卡拉麦里地区年代—地层格架

在岩石地层和古生物地层的基础上，结合岩浆岩同位素年代学结果的约束，本文重新梳理了准噶尔盆地东北缘石炭纪地层划分的方案（图2），并建立了年代—地层格架（图6）。

图6 卡拉麦里地区年代—地层格架（岩浆事件数据来源：Su et al.，2010，2012；Yang et al.，2011；Liu et al.，2013；田健等，2016；Li et al.，2020；Tang et al.，2020；Wang et al.，2022）Fig.6 Chronostratigraphic framework of Karamaili area（data from Su et al.，2010，2012；Yang et al.，2011；Liu et al.，2013；Tian et al.，2016；Li et al.，2020；Tang et al.，2020；Wang et al.，2022）

下石炭统滴水泉组（C1d）东段沉积序列与西段总体相似。岩石组合为砂岩、粉砂岩以及砾岩。结合地层中发现的腕足以及珊瑚类化石表明该时期为一种滨海—海陆交互环境（白建科等，2018）。鳞木类古植物（鳞木、拟鳞木等）特别发育，时代属于早石炭世。此外，该组中的砂岩最年轻的碎屑锆石年龄结果表明年龄晚于349 Ma（白建科等，2018），而其上覆地层松喀尔苏组a 段底部的火山岩年龄为351 Ma（Li et al.，2020），因此，在合理的误差范围内该组沉积年龄为359～350 Ma。

西段白碱沟地区松喀尔苏组a 段为滴水泉组的上覆地层，双井子地区巴山组为滴水泉组的上覆地层，东段双井子地区巴山组其顶、底火山岩年代学结果显示为351～335 Ma（谭佳奕等，2009；李涤，2016；杨凯凯等，2018；Li et al.，2020），而在西段白碱沟地区松喀尔苏组a 段测得最老与最年轻的火山岩年代学结果表明其年龄为337～332 Ma（Xiao et al.，2011；Su et al.，2012），侵位于松喀尔苏组a 段的富蕴县五彩城岩体，LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄结果表明其时代要早于341 Ma（田健等，2015）。因此，东段巴山组和西段松喀尔苏组a 段，可能为同一时期的火山—沉积序列，将其统称为下石炭统松喀尔苏组a 段（C1sa；图2）。综合以上成果将该组沉积年龄限定为350～332 Ma。另外，来自准噶尔盆地内部的钻井火山岩年龄同样在误差范围内属于该区间（Li et al.，2020；张磊，2020）。

下石炭统松喀尔苏组b 段（C1sb），仅在西段白碱沟地区分布，在准噶尔盆地内的彩参2、彩58、彩深1 以及家1 井钻遇。以一套碎屑岩沉积为主，其中也发育火山岩夹层与凝灰岩夹层（图4，图6）。利用其上覆地层巴山组目前测得的下部最老的火山岩年龄（323 Ma）与下伏地层松喀尔苏组a 段顶部火山岩年龄（332 Ma），将其沉积年龄限定在332～323 Ma，另外，彩58 井凝灰岩年龄（325±4.7 Ma）也支持该组形成于早石炭世晚期。

上石炭统巴塔玛依内山组（C2b）分布于西段白碱沟地区，为一套基性—中性—酸性火山岩，夹炭质页岩、泥岩以及砂岩，在准噶尔盆地内的彩55、彩58、彩深1 以及家1井钻遇（图4，图6）。安加拉植物群和蕨类在碎屑岩层中十分发育，包括：心羊齿型准安加拉羊齿、拟诺格拉齐蕨等，此类植物多见于晚石炭世。另外，结合岩浆记录将其时期限定为 323～306.5 Ma（Xiao et al.，2011；Su et al.，2012；张磊，2020）。该组岩浆活动向西至准噶尔盆地陆梁隆起地区可能持续至石炭纪末（～300 Ma；苏玉平等，2010）。

分布于东段双井子地区的上石炭统石钱滩组（C2sq），该组的完整序列包含底部粗碎屑沉积，中部灰岩和泥岩层以及顶部的凝灰质碎屑岩沉积（图6）。在盆内大井1 与大5井钻遇（图4，图6）。其中部的灰岩层以及细碎屑层中存在晚石炭世莫斯科期的䗴类和牙形石以及晚石炭世卡西莫夫期—格舍尔期的珊瑚类化石（赵治信，2009），因此其时代可能为308～299 Ma。

4.2 卡拉麦里洋的闭合时间

卡拉麦里地区在晚古生代经历了复杂的俯冲—增生—碰撞过程（图1c）。前人已针对卡拉麦里缝合带内保存的蛇绿岩开展了大量研究工作。舒良树等（2003）在蛇绿岩带的硅质岩中发现了晚泥盆世法门期—早石炭世杜内期放射虫化石。一些学者利用同位素定年方法测得卡拉麦里蛇绿混杂岩的形成时间为416.7～329.9 Ma（汪帮耀等，2009；黄岗等，2012，2017；方爱民等，2015），上述古生物以及年代学资料表明卡拉麦里洋盆在晚泥盆世—早石炭世仍然存在。Zhang et al.（2013）将下石炭统滴水泉组（C1d）粗碎屑沉积确定为一套同造山期的“磨拉石建造”，由此认为卡拉麦里洋盆在早石炭世早期已经闭合，随后在松喀尔苏组a 段沉积期进入后碰撞伸展环境。然而该观点与一些地质事实不吻合，例如，同时期在卡拉麦里断裂北侧，发育南明水组海相沉积地层（Li et al.，2020；图6）；滴水泉组的上覆地层松喀尔苏组a 段（C1sa）发育钙碱性岛弧岩浆岩（Wang et al.，2022），表明此时俯冲仍在进行。另外，从盆地地震地质结构特征上来看滴水泉组与松喀尔苏组a 段沉积主要受正断层控制，可能为一套裂陷沉积（张磊，2020）。这样与裂陷相关的磨拉石建造在格陵兰东南部等世界上典型的裂谷盆地中较为常见（吴泰然等，2007）。因此在石炭纪早期卡拉麦里洋可能尚未闭合，而该套裂谷型火山—沉积序列的形成可能与北天山洋俯冲背景下的弧内裂陷相关（Li et al.，2020）。松喀尔苏组b 段（C1sb）为一套粗碎屑，在白碱沟地区与上覆巴山组为断层接触，在东段双井子地区缺失该套沉积，该地区的松喀尔苏组a 段与上覆石钱滩组为高角度不整合接触（图6），表明在早石炭世晚期—晚石炭世早期存在强烈的构造运动。另外，在卡拉麦里断裂北侧同时期也保留了相似的一套粗碎屑沉积（C1q；图6），这套粗碎屑具有磨拉石的特征，而松喀尔苏组b 段向盆内延伸表现为一套细碎屑。以上特征表明该套地层可能为同造山期挤压背景下的前陆盆地充填。松喀尔苏组b 段上覆地层巴山组（C2b）为陆相火山—沉积序列，结合其中广泛发育的A 型花岗岩（325～283 Ma）表明在早石炭世晚期—早二叠世已进入陆内后碰撞伸展环境（Yang et al.，2011；Liu et al.，2013；田健等，2016；Tang et al.，2020）。因此综合以上认识，卡拉麦里洋闭合于松喀尔苏组a 段沉积期之后与巴山组沉积期之前（松喀尔苏组b 段沉积期）。

结合已建立的年代—地层格架，早石炭世早-中期（359～332 Ma）：卡拉麦里洋南侧为弧内裂陷期，北侧为弧前盆地沉积期；早石炭世晚期（332～323 Ma）为卡拉麦里洋两侧地体的碰撞期；晚石炭世（323～299）卡拉麦里洋两侧均进入后碰撞裂谷期（图7）。