库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析

库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析 2005年6月 26卷3期:235—240 地球 ACTAGEOSCIENTICASINICA Jun.2005 26(3):235—240 库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析 申延平吴朝东2)岳来群)谢小建2) 1)国土资源部油气资源战略研究中心,北京,100812;2)北京大学地球与空间科学学院,北京,100871 摘要库车坳陷位于塔里木盆地的北部,其侏罗系发育良好,为一套陆相含煤沉积,可分为中,下部的煤系地层和上部的杂 色碎屑沉积两部分.侏罗系包括阿合组,阳霞组,克孜勒努尔组,恰克马克组,齐古组和喀拉扎组.该区砂岩碎屑成分以石英 为主,其次是长石及各种岩屑,有时含少量云母及绿泥石等碎屑矿物.砂岩结构不一,粗砂,中砂和细砂状结构均有,很少一 部分为含砾结构.砂岩分选性以中等为主,少量分选好或分选差.砂粒的磨圆度各层位有所差异.本文对库车坳陷侏罗纪 通过碎屑岩矿物成分与结构的变化研究了地层的砂岩进行了骨架矿物统计分析, 库车坳陷侏罗系沉积岩石学特征,并应用 Dickinson的分析理论及结果,对库车坳陷的碎屑岩进行物源与板块构造关系的分析与探讨,重点对库车河剖面的砂岩作了系 统采样和测定,显微镜下观察了砂岩的碎屑组分,并对各组分采用点记法进行整个全视域薄片的砂岩的骨架矿物成分统计工 作,根据碎屑组分特征与重矿物组合特征,结合区域构造,沉积古地貌及盆地演化 史,对库车坳陷的物源进行了探讨.认为侏 罗系下部的碎屑岩物源区以再旋回造山带为主,已经过一段时间的风化开始隆升, 遭受强烈剥蚀,反映了前陆盆地形成时的 早期旋回阶段的特征,来自三叠纪古前隆的物源较少,母岩以沉积岩为主;侏罗系 中上部碎屑物源仍以盆地边缘再旋回造山 带为主,但三叠纪古前缘隆起提供物源已比较明显.除此之外,在盆地边缘形成的 早期沉积物经水流机械破碎,改造作用的 泥砾沉积物增多,受双物源区的控制,母岩为沉积岩. 关键词库车坳陷侏罗系砂岩骨架成分物源分析 AnAnalysisofJurassicSandstoneFragmentComponentsand TheirProvenanceinKuqaDepression SHENYanping)WUChaodonga)YUELaiqun)XIEXiaojian2) 1)StrategicResearchCenterforOil&GasResources,MLR,Beijing,100812; 2)School0厂EarthandSpaceSciences,PekingUniversity,Beijing,100817 AbstractKuqadepressionislocatedinthenorthoftheTarimbasin.ItsJurassicstratacomprisingsixgroupsareasetofcontinental coal-bearingsediments.whichcanbedividedintothecOalmeasurestratainthemiddleandlowerpartandthedetritalsedimentsin theupperpart.Thefragmentcomponentsaremainlyquartz.feldsparanddebris,togetherinafewplaceswithabitofmicaandchlo— rite.Thesandstonestructuresaredifferentandthesortingismainlyofmediumleve1.Accordingtostatisticalanalysisofsandstone fragment(x~nponents,combinedwithastudyofsedimentarycharacteristicsbasedonvariationsofmineralcompositionsandstruc— tures,thispaperhasdiscussedtheprovenanceofKuqadepressioninJurassic.hisconsideredthattheprovenanceofthelowerpartof Jurassicstratawasmainlyfromtherecycledorogenicbelt,andrarelyfromTriassicforebulge,thatthesourcerockWasmainlysedi— mentaryrock,andthattheprovenanceofmidNeandupperpartalsomainlycamefromtherecy cledorogenicbelt,withobviousmate— rialsupplyfromforebulge.Besides,earlysedimentsattheedgeofthebasinexperiencedcurre ntmechaniccrushandreconstruction, andhencethequantityofmudbondersedimentsincreased.Thesesedimentswerecontrolledb ytwosourceareas,withsourcerocks beingsedimentaryrocks. KeyWOldSKuqadepressionJurassicclasticcomponentsprovenance 物源分析是确定盆地演化的首要条件,物源物 质成分的变化反映了盆地边缘造山带的隆升与盆地 沉降的关系.由于砂岩的骨架矿物成分对物源区的 性质和构造环境有着敏感的反应,根据砂岩的成分 判断其物源区的构造性质,进而探讨盆地类型和盆 地演化的方法已经成为盆地分析的一项通用方法 本文由国家重点基础研究 发展规划 小学教师专业发展规划教师个人发展规划三年劳动实践场所建设地理教师发展规划教师三年成长专业规划 项目"中国典型叠合盆地层序地层分析与构造古地理一地理再造"(~-:G1999043304)资助. 改回日期:2003—08—13;责任编辑:宫月萱. 第一作者:申延平,女,1977年生,实习研究员,沉积岩石学专业;E-mail:ypsmile@163.corn. 地球2005年 (Hendrix,2000). 近年来,国内外学者陆续做了盆地物源方面的 研究.Dickinson(1979,1983)提出砂岩骨架成分与 构造环境的关系,按不同的板块构造单元特点划分 出3个一级物源区和7个次级物源区.近10年来 这些模型并没有得到更深人的改进,只是在具体的 镜下统计方法上,Ingersoll等于1984年提出了 Gazzi—Dickinson法(Ingersoll,1984). 塔里木沉积盆地类型的划分及构造背景的研究 前人已做过许多工作.曹守连(1994)曾对塔里木盆 地东北部地区充填序列进行了初步的物源分析,认 为库车坳陷可能是位于裂谷沉积物之上的前陆盆 地;陈发景(1994)和张希明等(1995)根据Dickinson 等的三角图解,对塔里木盆地北部地区的板块构造 背景进行了判别分析.由于库车坳陷的物源变化一 直没有确定的结论,本文在野外工作的基础上,通过 碎屑岩矿物成分与结构的变化研究了库车坳陷侏罗 系沉积岩石学特征,并对库车坳陷的物源进行了进 一 步探讨. 1研究区域的地质概况 库车坳陷位于塔里木盆地的北部,呈EW向展 布,东起库尔勒,西到阿合奇,长410km;南界在库 喀公路一线以南,北界为天山南部山麓,宽约30, 80km;面积1.6×10km2(图1).盆地基底总体呈 北低南高之势.库车坳陷是在海西晚期晚二叠世开 始发育的,是经历了多期构造运动叠加在古生代被 动大陆边缘之上的中新生代叠合前陆盆地(贾承造, 1997).从构造特征上看,库车坳陷是在南天山的多 次逆冲形成的挤压应力作用下发育的,总体为一不 对称的箕状坳陷.在地层特征上,中新生代盆地以 中晚元古界的变质岩和震旦系一下二叠统的沉积岩 层为基底,其上充填了厚达万余米的中新生代陆相 碎屑岩,以砂泥岩沉积序列为主.库车坳陷侏罗系 发育良好,为一套陆相含煤沉积,可分为中,下部的 煤系地层和上部的杂色碎屑沉积两部分,与下伏三 叠系整合接触.侏罗系包括阿合组,阳霞组,克孜勒 努尔组,恰克马克组,齐古组和喀拉扎组(图2). 阿合组主要由浅灰,灰白色厚层,块状砾岩,含 砾粗砂岩,粗砂岩组成,局部地区夹灰,灰绿色中至 细砂岩,灰黑色泥岩及煤线.该组中部地区厚度较 大,岩性相对较粗,向东厚度变薄,向西岩性变细,厚 度变薄.阳霞组主要为灰,灰白色砂,砾岩,泥质粉 砂岩和深灰,灰黑色粉砂质泥岩,泥(页)岩及煤线 (层)组成多个正向韵律层.顶部具30,60rfl的黑 色炭质页岩.阳霞组上部(标志层段)为深灰,褐灰 色厚层,块状泥岩,偶夹灰白,灰色薄至中层状泥质 粉砂岩,细砂岩.下部为灰,灰白色中至细砾岩,砂 岩与灰,褐灰色泥质粉砂岩,粉砂岩,黑,灰色炭质泥 岩,粉砂质泥岩,泥(页)岩,以及中,薄层状煤层,煤 线组成多个正向韵律层.克孜勒努尔组主要为灰 白,灰绿色细砾岩,含砾砂岩,砂岩与绿灰,灰黑色粉 砂岩,泥页岩及煤层和煤线组成多个正向韵律层,下 部夹煤层.该组可以划分为两个岩性段.上段为浅 图1库车坳陷侏罗系沉积地理图(据吴朝东等,2002修改) Fig.1JurassicsedimentaryfaciesintheKuqadepression(modifiedafterWueta1.,2002) 1.辫状河一辫状河三角洲;2一下切谷充填;3一滨浅湖;4一浅湖一半深湖泊 1-braidedriver-braidedriverdelta;2一downcuttingvalleyfilling;3-shallowlacustrine;4 ——shallow——deeperlacustrine 第3期申延平等:库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析237 地层单元年龄厚 系统组段|Ma度充填序列沉积环境 ,m 白 l3lf?1垩下统系 喀拉扎蛆0— 上妻辫状河齐 古半氧化浅湖统 200-组 侏l52 恰克马墨兰莹塞要滨湖 克组400.';.;;—r—一 rF1FP{=一 罗=!=:?一浅湖三角洲由600— =:=if 克三三塞孜 ===============—一 勒兰三三工=—一 系统努800一o-Jo』分流河道 尔】?【!=??jE—一 组= :========;=一 l000.z—jr.jr1-—-—一 三角洲==::=c=—, ========【==—— 一 = --- 4' l7912oo. 分流河道 ????'i__-一 浅湖 阳=;|i一三角洲 1400浅湖下霞 组萼雪|三角洲河道 600.菪三角洲曲流河 统???????I曲流河 阿I8O0.:—'——r—1—,——,—1r—r]辫状河道-?--.—?-----,,--1-?--.--,,-_J A'—T,—T一辫状河''.'r.-''.'?.'十一I=1;E;目;;;;——一 辫状河道组j=:j===}=E==t==j=?=:===:== 1000.? -__^-__'-————-?一 : 2l0 叠上塔里奇昌昌昌=;==一 系统克组 图2库车坳陷侏罗纪充填序列(以库车河剖面为例) Fig.2FillingsequenceoftheJurassicintheKuqadepression 1一含砾砂岩;2-砂岩;3-含泥砂岩;4-泥岩;5一白云质泥岩 l— sandstonewithconglomerate;2-sandstone;3-sandstonewithmud;4-mudstone;5-dolomiti cmudstone 灰,灰白,灰绿色小砾岩,砂岩,粉砂岩与灰绿,灰,灰 黑色泥(页)岩,炭质泥岩,粉砂质泥岩以及煤线组成 多个正向韵律层,下段为浅灰,灰白色砂岩与黄绿, 灰,黑灰色泥(页)岩,炭质泥岩,粉砂质泥岩韵律互 层夹煤层.恰克马克组主要岩性为鲜绿,庆绿及紫 色泥岩,砂质泥岩和粉砂岩夹砂岩,局部有深灰黑色 油页岩以及泥灰岩.根据岩性,颜色可以将该组划 分为3个岩性段.上段:紫红,绿灰色含粉砂质泥 岩,含灰质泥岩夹同色粉砂岩及灰色泥灰岩含落层. 中段:深灰,绿灰色厚层一块状粉砂质泥岩,泥岩夹深 灰色泥(页)岩及黑灰色中至薄层状泥灰岩,底部为 黑灰色泥灰岩夹泥岩,泥岩均不同程度含钙.下段: 黄绿,灰黑色中一厚层状粉砂质泥岩,炭质泥岩,泥 (页)岩,泥质粉砂岩,粉砂岩夹灰白色中层状细至粗 砂岩,小砾岩.该组在东部岩性较粗,在西部岩性较 细.齐古组主要岩性为红色泥岩,局部带有灰绿色 斑点,下部夹灰白,黄灰,灰绿色泥灰岩,钙质粉砂岩 条带.该组根据颜色,岩性可以划分为上,下两个性 段.上段为紫红色厚层,块状泥岩,粉砂质泥岩,偶 夹绿灰色泥质粉砂岩薄层,条带,岩石均含灰质.下 段为灰紫,紫红色厚层,块状泥岩夹灰绿色中,薄层, 条带状粉砂质泥岩,含粉砂质泥岩及泥岩,岩石均不 同程度含钙.喀拉扎组岩性为褐红色薄至厚层状含 钙质岩屑长石石英砂岩,细砾岩夹黄红,紫红色中, 厚层状泥质粉砂岩,粉砂质泥岩.该组的主要特征 为褐红色的砂砾岩沉积. 2砂岩碎屑组分特征分析 该区砂岩碎屑组分以石英为主,其次是长石及 各种岩屑,有时含少量云母及绿泥石等碎屑矿物( 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1). 通过对该区20块砂岩薄片的碎屑矿物成分的 地球2005正 百分含量进行统计,发现砂岩碎屑成分的基本特征 是:石英含量偏低,大部分砂岩的石英含量在50% 左右,最低为17.5%,最高为70%,表明砂岩成分成 熟度低的沉积特点.长石含量变化不大,在5%, 27.5%之间.岩屑成分主要为沉积岩屑和变质岩 屑.砂岩结构不一,粗砂,中砂和细砂状结构均有, 很少一部分为含砾结构.砂岩分选性以中等为主, 少量分选好或分选差.砂粒的磨圆度就库车河剖面 而言各层位有所差异:侏罗系底部阿合组(J.n)以次 圆一次棱角状为主;阳霞组一喀拉扎组(J1y--J2k)以次 棱角一棱角状为主,少量次圆状. 石英:主要为单晶石英,多晶石英的含量在 10%以下.阿合组底部的石英含量较低,岩屑高,而 到了阿合组中上部和阳霞组,岩屑明显降低,石英含 量明显增高.这是由于经过一定分选,搬运距离的 加长以及沉积环境的改变,由阿合组底部的辫状河一 阿合组中上部的辫状河一曲流河一阳霞组的曲流河. 由于后期湖盆封闭时间短暂,使得在整个中部三角 洲充填序列中,砂岩是一套较细的序列:在湖水平静 期,其颗粒发育较细,到了洪水期,细粒被机械破碎, 形成新的泥晶,岩屑含量增加.齐古组的砂岩也是 一 但其岩石颜色发生了改变,这主要 套较细的序列, 是由于气候的变化,水深变化不明显. 长石:砂岩中长石含量较少,以钾长石为主,含 量由下而上变化不大,集中在5%,30%之间.主 要是钾长石,每个层位均有分布,含量为5%, 17.5%.斜长石含量较少.从总体来看,下部(阿合 组,阳霞组中下部)的长石含量比上部(克孜勒努尔 组顶部到恰克马克组)低.这主要是由于长石的含 量受气候条件和地壳运动强度的影响较大.早侏罗 世晚期,气候变得炎热潮湿,因此在中部阳霞组三角 洲发育的环境下,长石风化较为彻底,其含量不高. 而上部(如恰克马克组)气候相对干燥,有利于长石 保存.另一方面,样品中岩屑含量较高,与长石形成 了此消彼长的关系. 岩屑成分主要为沉积岩屑和变质岩屑.砂岩中 岩屑含量平均为40.87%,不稳定岩屑含量为0, 20%.岩屑通常在快速剥蚀,并且靠近母岩进行沉 积时才可以保存.该区的岩屑有所不同,主要有以 下两种情况:一是能够代表物源区的沉积岩屑,如底 部离物源近的阿合组的岩屑含量高,反映了再旋回 造山带的物源特征;二是中部恰克马克组等,岩屑含 量虽然高,但其不能反映物源,这是由于中部三角洲 发育,先前为平原沉积物,后破碎成新的同生泥砾, 表1库车坳陷侏罗纪砂岩岩矿特征分析表 I'able1CompositionofJurassicsandstoneintheKuqaDepression 第3期申延平等:库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析 岩屑中同生泥砾的含量过高,与物源无关. 云母含量不高,在0,2%间变化.重矿物主要 有错石,磷灰石,绿帘石等.偶见不透明矿物,其含 量一般小于1%,很少超过3%.该区的重矿物皆分 布在中细粒的碎屑岩中,其分布规律明显,主要集中 在底部阿合组及阳霞组的底部,克孜勒努尔组底部 也含有错石.而到了中部克孜勒努尔组及上部恰克 马克组,碎屑岩中几乎不含重矿物.这是由于盆地 早期造山带刚刚开始隆升,物源区经过一段时间风 化剥蚀,顶部夷平,底部重矿物含量相对较高;后来 经过快速隆升,升降,物源逐渐丰富,顶部重矿物含 量随之减少. 填隙物类型以单一的胶结物填隙为主,主要有 方解石,泥质,铁泥质,硅质和铁质.方解石含量较 高的层位为阿合组和克孜勒努尔组,可达15%, 20%,阳霞组的方解石含量极少,为0,3%;除了喀 拉扎组和齐古组外,泥质在各层位均有分布,含量为 2%,l2%;胶结物中的铁泥质,为被氧化铁侵染生 成的泥质物,在克孜勒努尔组顶部地层之前的层位 分布,在克孜勒努尔组顶部,其含量高达15%, 20%,其他层位为3%,8%;硅质为石英的次生加 大,其含量不超过2%;铁质含量不超过5%.中部 方解石胶结物的含量较高,而方解石说明为水下胶 结成岩,因为通常认为碳酸盐必在水体覆盖离子条 件下形成;钙质胶结通常在三角洲环境,在该区正好 与水体最深时的沉积环境相吻合.胶结物中的铁质 主要为磷铁矿,形成环境为水下. Q FLF 由以上分析可以看出,底部阿合组含有重矿物, 其岩屑含量较高,反映了物源区经过一段时间的风 化,开始隆升,遭受强烈剥蚀的特征,其沉积环境为 辫状河;到了阳霞组中部,其沉积环境变为曲流河, 辫状河后退,更靠近盆地,远离物源,沉积了颗粒相 对较细,矿物成分更稳定的砂岩;阳霞组时湖盆开始 扩大,盆地扩张,以浅湖深湖为主,中上部开始出现 水体,水深最深处位于阳霞组顶部的煤线;克孜勒努 尔组的沉积环境为三角洲,中部三角洲充填序列 中,砂岩是一套较细的序列,钙质胶结物的存在也很 好的说明了水下或靠近盆地边缘的水下环境;上部 齐古组的砂岩也是一套较细的序列,但其岩石颜色 发生了改变,这主要是由于气候的变化,水深变化不 明显. 3库车坳陷侏罗系物源区类型分析 应用Dickinson的分析理论及结果,对库车坳陷 的碎屑岩进行物源与板块构造关系的分析与探讨, 重点对库车河剖面的砂岩作了系统采样和测定,显 微镜下观察了砂岩的碎屑组分,并对各组分采用点 记法进行整个全视域薄片的砂岩的骨架矿物成分统 计工作,从而鉴定出石英的单晶和多晶,长石的斜长 石和钾长石,分出不稳定岩屑,并以QFL,QmFLt 为端元成分作砂岩三角投影图,投点的结果见图3. 由图3可以看出,样品基本落人再旋回造山带 和大陆坡物源区的过渡大陆区,具双向物源的特点. 侏罗系上统的喀拉扎组和齐古组砂岩样品比较集 Qm 图3库车坳陷侏罗纪砂岩骨架矿物成分和物源类型三角图(据Dikinson,1979) Fig.3Thetriangularplotofsandstonedasticcomponentsandprovenancetypes(afterDickins on,1979) I一大陆块物源区:IA-克拉通内;IB-过渡陆块;IC-Iz升基底;II一再旋回造山带物源区:I石英质再旋回带;IIB-过渡带;IIC-岩屑质再旋回带; III一岩浆弧物源区:IliA-未切割弧源区;IIIB-过渡带;IIIC-切割弧源区;Q-全部石英;F.全部长石; L广不稳定岩屑;Qrn一单晶石英;Lt一全部岩屑 I-continentalblockprovenance:IA-intracratonicblock;IB-transitioncontinentalblock;IC- upliftedbasement;II—recycledorogenpmvenan~:IIA-quart— z0serecycledorogen;liB-transitionalbelt;IIC-lithicresycledorogen;III—magmaticarcpmvenan~:IIIA-undissectedareprovenance;IIIB-transitional belt;IIIC-dissectarcpmvenan~;Q-totalquartz;F-totalfeldspars;L-unstablelithic;Qrn—monocrystallinequartz;Lt-totallithic 地球2005年 中,基本上落入再旋回造山带;而下统,中统的阿合 组,阳霞组,克孜勒努尔组的样品比较分散,在再旋 回造山带,过渡大陆区及与再旋回造山带分界线的 附近或两侧均有分布;在QmFLt图解中,阳霞组的 K15和K17,克孜勒努尔组的K74,K84和K88和 恰克马克组的K97落人混合区内.结合前述矿物 成分特征及数量统计,可知其属亚类"碰撞造山带物 源区".根据区域地质资料及图解结果,可看出该区 北缘的南天山褶皱带为"南天山碰撞造山带".从砂 岩的结构上看,陆源碎屑圆度以次棱角状为主,表明 沉积物为近距离搬运. 4结论 根据碎屑组分特征与重矿物组合特征,结合区 域构造,沉积古地貌及盆地演化史,不难看出,侏罗 系下部的碎屑岩物源区以再旋回造山带为主,阿合 组含有丰富重矿物,其岩屑含量较高,说明物源区已 经过一段时间的风化,然后开始隆升,遭受强烈剥 蚀,反映了前陆盆地形成时的早期旋回阶段的特征, 来自前隆的物源较少,母岩以沉积岩为主.侏罗系 中上部碎屑物源仍以盆地边缘再旋回造山带为主, 但三叠纪古前缘隆起提供物源已比较明显.除此之 外,在盆地边缘形成的早期沉积物经水流机械破碎, 改造作用的泥砾沉积物增多,受双物源区的控制,母 岩为沉积岩. 参考文献 曹守连,陈发景.1994.塔里木盆地东北部充填序列的物源分析.新疆 地质,12(3):201--208. 贾承造.1997.中国塔里木盆地构造特征与油气.北京:石油工业出版 社. 吴朝东,林畅松,申延平.2002.库车坳陷侏罗纪沉积环境和层序地 层分析.沉积,20(3):400--407. 张希明,刘青芳,王贵全.1995.塔里木盆地北部三叠—侏罗系砂岩碎 屑组分与板块构造位置关系的研究.新疆地质,13(3):251, 255. 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