鄧勝徽, 王思恩, 楊振宇, 盧遠征, 李 鑫, 胡清月, 安純志,席黨鵬, 萬曉樵*

1)中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

3)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所, 北京 100081;

4)中國地質(zhì)大學(北京), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室 100083

新疆準噶爾盆地中、晚侏羅世多重地層研究

鄧勝徽1), 王思恩2), 楊振宇3), 盧遠征1), 李 鑫1), 胡清月4), 安純志3),席黨鵬4), 萬曉樵4)*

1)中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

3)中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所, 北京 100081;

4)中國地質(zhì)大學(北京), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室 100083

對新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣瑪納斯河紅溝侏羅系剖面開展了生物地層學、同位素年代地層學、旋回地層學和磁性地層學等的綜合研究。研究結(jié)果表明, 頭屯河組的時代為中侏羅世中晚期到晚侏羅世早期,包括巴通階的最頂部、卡洛維階和牛津階的中下部; 其底界年齡約為166.2 Ma, 頂界線年齡約為160.8 Ma,沉積時間約5.4 Ma。齊古組頂部年齡值為155.3 Ma, 沉積時間約5.5 Ma, 包括了牛津階的上部和基默里奇階的中下部, 其頂部與東部冀北、遼西地區(qū)髫髻山組頂部大體相當, 比土城子組層位低?？M的時代為晚侏羅世基默里奇期晚期, 而其上覆地層吐谷魯群的時代為早白堊世早期, 兩者之間存在一個相當大的不整合, 缺失了晚侏羅世提塘期以及可能包括早白堊世最早期的地層, 有超過了7 Ma的地層缺失量。侏羅系與白堊系的界線為此不整合面, 侏羅紀/白堊紀之交的地層未保存。

生物地層; 同位素測年; 旋回地層; 磁性地層; 陸相侏羅系/白堊系界線; 新疆; 準噶爾盆地

中國除了西藏、新疆西南部、黑龍江東部以及廣東南部等少數(shù)地區(qū)外, 侏羅系和白堊系均為陸相地層。經(jīng)過了近百年的努力, 我國陸相侏羅紀、白堊紀地層研究取得了重要的進展(顧知微, 1962; 王思恩, 1985; 張弘, 1998; 鄧勝徽等, 2003; 許坤等, 2003; 趙應成等, 2003; 袁效奇等, 2003; 修申成等, 2003; 鐘筱春等, 2003; Shi et al., 2006), 但依然存在不少問題, 特別是陸相侏羅系與白堊系的界線劃分成為中國爭論最大的系級地層界線之一。以往研究認為, 在中國北方地區(qū)侏羅紀中晚期由于氣候干旱, 發(fā)育了一套巨厚且化石稀少的紅色碎屑巖地層,在各地均發(fā)育并相互可大致對比(鄧勝徽等, 2003; Shi et al., 2006)。在此紅色地層之上發(fā)育了一套生物化石豐富, 以灰色、灰黑色為主色調(diào)的地層, 以東部冀北遼西地區(qū)熱河群、中部鄂爾多斯盆地志丹群、中西部河西走廊的赤金堡群以及西部新疆的吐谷魯群等為代表。熱河群及其相當?shù)貙拥臅r代過去爭議大, 或劃入上侏羅統(tǒng)(顧知微, 1962, 1983; 王思恩, 1985; 王思恩, 1990, 1998; 陳丕基, 1988)或歸于下白堊統(tǒng)(郝詒純等, 1986; 葉得泉等, 1990)。自20世紀 90年代起, 對熱河群及熱河生物群大規(guī)模的研究完全改變了這一狀態(tài), 熱河群劃入下白堊統(tǒng)逐漸成為共識, 侏羅系/白堊系界線被劃于熱河群義縣組之底(李佩賢等, 1993; Swisher et al., 1999; 汪筱林等, 1999, 2000; 張彌曼等, 2001; 鄧勝徽等, 2003;李曉波等, 2010)。然而, 由于缺少海相化石或與海相地層可對比的證據(jù), 對義縣組中多層凝灰?guī)r鋯石測年結(jié)果成為最主要的年代地層依據(jù)。近20年, 來自義縣組凝灰?guī)r層的大量鋯石測年數(shù)據(jù)(Smith et al., 1995; Swisher et al., 1999; Swisher等, 2001; Zhu et al., 2001, 2007; 王松山等, 2001a, b; 牛寶貴等, 2004; 張宏等, 2005a, 2006; 孟凡雪等, 2008)指示其年代為早白堊世, 而且層位相當高。據(jù)此, 我國陸相侏羅系/白堊系底界并不在義縣組的底部, 應該更低。近年, 在冀北遼西地區(qū)義縣組之下的張家口組、土城子組以及髫髻山組等開展了大量的古生物和鋯石測年工作(張宏等, 2005b, c; 江小均等, 2010;柳永清等, 2006, 2010)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 髫髻山組頂部火山巖的年齡值為153~154 Ma(Davis, 2005; 劉健等, 2006; Cope et al., 2007), 土城子組的年齡值為154~137 Ma(Davis et al., 2005; Cope et al., 2007; 孫立新等, 2007; 張宏等, 2008; Xu et al., 2012; 王思恩等, 2013)。土城子組底部年齡值被認為應是154 Ma(許歡等, 2014)。土城子組之上的張家口組底火山巖的年齡則為136 Ma(牛寶貴等, 2003, 2004)。這些測年結(jié)果為我國陸相侏羅系/白堊系界線的確定提供了重要依據(jù)(王澤九等, 2014)。

盡管早在 1973年國際侏羅紀地層會議就曾投票確定以菊石 Beriasella jacobi帶作為白堊系底界的標準, 但由于生物群的區(qū)域性特點, Beriasella jacobi帶標準未獲得學界認可, 全球侏羅系/白堊系界線生物和地層標志至今仍未得到最終解決。在侏羅系/白堊系界線層型剖面沒有確定的情況下, 從邏輯上此界線的年齡值也不可能得到準確標定; 但是, 相關(guān)的工作一直沒有停滯, 在國際地質(zhì)年代表上侏羅系/白堊系界線年齡值也沒空缺(Harland et al., 1982, 1990; Ogg, 2004; Gradstein et al., 2012; ICS, 2013, 2014)。起初, 這一年齡值采用“年齡平攤法”推算, 線性內(nèi)插法作圖法等間接獲得, 即早期的145.0 Ma(Harland et al., 1982, 1990)。有意思的是, 雖然這一年齡值不是從層型剖面直接測得, 但是近年的研究結(jié)果表明, 侏羅系/白堊系界線的年齡值很可能就在145 Ma上下, 如Mahoney等(2005)對西北太平洋地區(qū)貝里阿斯階(Berriasina)底部玄武巖層定年結(jié)果為(144.6±0.8) Ma; Vennari等(2013)在安第斯地區(qū)貝里阿斯階底界鈣質(zhì)超微化石帶之上約22 m處凝灰?guī)r的高精度年齡值為(139.55±0.09) Ma。在我國西藏地區(qū), 貝里阿斯期中期菊石和鈣質(zhì)超微生物化石帶中的火山凝灰?guī)r測得年齡值為 140~ 142 Ma(萬曉樵等, 2005; Wan et al., 2011; Liu et al., 2013)。如果上述年齡值測定正確, 那么, 當前國際地質(zhì)年代表中侏羅系/白堊系界線年齡值標定為145 Ma是有相當依據(jù)的。此為陸相侏羅系/白堊系界線的劃分提供了重要的橋梁, 并說明中國東部陸相侏羅系/白堊系界線可能位于土城子組內(nèi)部。

土城子組是一套紫紅色碎屑巖, 本身化石稀少,以往根據(jù)其下伏地層中所產(chǎn)中侏羅世化石, 以及其中所產(chǎn)的動、植物化石歸入晚侏羅世(蒲榮干和吳洪章, 1985a; 王思恩, 1985, 2013; 鄧勝徽等, 2003; 王思恩和李罡, 2008)甚至中侏羅世(沈炎彬和陳丕基,1984; 鄭少林等, 2001); 而上述土城子組以及張家口組的測年結(jié)果表明, 侏羅系/白堊系界線應在土城子組紅色地層內(nèi)部通過, 為中國陸相侏羅系/白堊系界線研究提出了新的挑戰(zhàn)。中國陸相侏羅系/白堊系界線不僅是一個地層界線的問題, 而且涉及到了中國晚侏羅世地層的認定及其分布等, 進而影響到中國及東北亞地區(qū)晚侏羅世至早白堊世地質(zhì)演化史等重大地質(zhì)問題的認識。因此, 土城子組研究的進展引起了全國地層委員會的專家和廣大地層學者的高度重視。

與土城子組相似的一套侏羅紀中晚期紅色地層在中國北方地區(qū)十分發(fā)育, 特別是新疆地區(qū), 被認為相互可以對比(鄧勝徽等, 2003)。由于新疆地區(qū)在晚中生代為相對比較穩(wěn)定的內(nèi)陸, 發(fā)育了多個內(nèi)陸大型凹陷湖盆, 地層發(fā)育連續(xù)而完整, 剖面出露也非常好, 并且有較好的研究基礎(chǔ)(王思恩等, 1985;鄧勝徽等, 2003, 2010), 因此對該地區(qū)的有關(guān)研究有可能對冀北、遼西地區(qū)所提出的侏羅系/白堊系界線問題會有啟示, 從而促進我國陸相侏羅系/白堊系界線問題的解決。為此, 全國地層委員會于2011年將新疆準噶爾盆地納入了“陸相侏羅──古近系界線地層研究”課題的范圍, 由中國地質(zhì)大學(北京)、中國石油勘探開發(fā)研究院、中國地質(zhì)科學院以及中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所等聯(lián)合開展攻關(guān)。本文是這一研究的結(jié)果之一。

準噶爾盆地是一個大型中生代內(nèi)陸凹陷湖盆,中生代地層發(fā)育齊全(葉得泉等, 1990; 鄧勝徽等, 2003, 2010; 何苗等, 2015)。在盆地南緣, 侏羅系特別發(fā)育, 厚度巨大, 在多條剖面上連續(xù)出露, 是研究我國陸相侏羅系的重要地區(qū)之一。該地區(qū)中下侏羅統(tǒng)以河、湖、沼澤相含煤地層為特點, 動植物化石十分豐富, 地層劃分與時代依據(jù)較充分, 而中侏羅統(tǒng)上部及上侏羅統(tǒng)以雜色和紅色沉積為主, 化石稀少, 時代依據(jù)不足; 其中, 頭屯河組歸于中侏羅統(tǒng)上部、齊古組為上侏羅統(tǒng)下部, 分別與東部的髫髻山組和土城子組對比(鄧勝徽等, 2003)。最近, 王思恩和高林志(2012)對齊古組的兩層凝灰?guī)r進行了同位素年齡測定, 認為齊古組的時代為中侏羅世卡洛維期(Callovian), 晚侏羅世地層幾乎全部缺失。

如前文所述, 新近研究結(jié)果提出了土城子組的時代為晚侏羅世晚期—早白堊世的認識(許歡等, 2014), 那么以往中國北方中上侏羅統(tǒng)的東西部的對比關(guān)系是否仍然成立？新疆地區(qū)侏羅系/白堊系界線是否也在齊古組內(nèi)部？

針對這些問題, 本次在對新疆烏魯木齊市郝家溝剖面和沙灣縣瑪納斯河紅溝剖面(下文簡稱“紅溝剖面”)以及相鄰的屬于吐哈盆地的吐魯番連木沁剖面進行考察的基礎(chǔ)上重點對瑪納斯河紅溝剖面進行了系統(tǒng)的研究(圖 1); 以多重地層劃分原則為指導,開展了生物地層學、同位素年代地層學、旋回地層學和磁性地層學等研究。

圖1 研究區(qū)及剖面位置圖Fig.1 Location of the study area and the section

在生物地層學方面, 開展了孢粉、介形類、輪藻、葉肢介、雙殼類、植物等門類的研究, 其中孢粉發(fā)現(xiàn)化石較多, 來自頭屯河組、齊古組和吐谷魯群; 葉肢介、植物、雙殼等化石則主要發(fā)現(xiàn)于頭屯河組。此外, 王思恩(2013)在瑪納斯河紅溝剖面下白堊統(tǒng)吐谷魯群中發(fā)現(xiàn)了早白堊世葉肢介化石, 包括Shiheziestheria pangi Wang, Nestoria jungarensis Wang, Nestoria shawanensis Wang, Nestoria donggouensis Wang等1個新屬4個新種。本文重點對課題組在孢粉及非生物地層學研究所取得的進展作了總結(jié), 一些單項, 如古地磁、旋回地層分析等的成果將有另文作詳細闡述, 本文僅引用相關(guān)結(jié)論作為地層時代的依據(jù)。

1 孢粉生物地層

本次對沙灣縣瑪納斯河紅溝剖面和烏魯木齊頭屯河剖面頭屯河組和齊古組進行了系統(tǒng)的孢粉研究,并對吐谷魯群底部采了少量樣品作了分析; 先后分析樣品 154塊次, 但化石收獲率較低, 僅從約三分之一的樣品中獲得較多化石, 其他樣品大多僅見數(shù)粒化石或未見, 以紅溝剖面的資料較好(表1)。從表1化石名單可知, 頭屯河組和齊古組的孢粉組成基本是一致的, 但不同類群的含量呈現(xiàn)出較明顯變化,可以劃分為兩個組合, 即: Cyathidites-Disacciatrileti組合和Classopollis-Disacciatrileti組合。而吐谷魯群底部的兩塊樣品的孢粉屬于早白堊世, 另建Cicatricosisporites-Disacciatrileti組合(圖2-4)。

(1)Cyathidites-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自頭屯河組中下部, 以裸子植物花粉為主(一般高于70%), 蕨類孢子含量約為10%~30%。蕨類孢子以桫欏孢Cyathidites為主, 含量約 5%~10%(個別層位可達 17%), 其他常見的孢子 有 : 紫 萁 孢 (Osmundacidites)、 三 角 孢(Deltoidospora)、金毛狗孢(Cibotiumspora)、新叉瘤孢(Neoraistrickiaia)、阿賽爾孢(Asseretospora)、圓形瘤面孢(Verrucosisporites)、石松孢(Lycopodiumsporites)、擬套環(huán)孢(Densoisporites)等,偶爾出現(xiàn)的有三角瘤面孢(Converrucosisporites)、粒紋三角孢(Granulatisporites)等。裸子植物花粉主要為松柏類雙氣囊花粉(55%~75%), 如四字粉(Quaraeculina)、云杉粉(Piceaepollenites)、羅漢松粉(Podocarpidites)、擬云杉粉(Piceites)、雙束松粉(Pinuspollenites)等, 其他花粉含量皆較低, 比較常見的有(Classopollis)(0~5%) 、薄壁粉(Perinopollenites)、球形粉(Spheripollenites)等, 蘇鐵粉(Cycadopites)、寬溝粉(Chasmatosporites), 并少量出 現(xiàn) 腦 紋 粉 (Cerebropollenites)、 冠 翼 粉(Callialasporites)等。

表1 紅溝剖面孢粉化石平均百分含量(%)Table 1 Contents of sporopollen from the Honggou section(%)

以上化石皆為侏羅紀常見孢粉類型, 尤其是Cyathidites構(gòu)成蕨類孢子優(yōu)勢分子是典型的侏羅紀孢粉特征, 因此本組合時代為侏羅紀。本組合中未出現(xiàn)在新疆下侏羅統(tǒng)中常個別出現(xiàn)自三疊紀延續(xù)而來的具肋紋雙囊類, 因此, 應屬中侏羅世孢粉植物群范疇。

(2)Classopollis-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自頭屯河組上部(108層以上)至齊古組, 以裸子植物花粉占優(yōu)勢(平均 90%以上), 蕨類孢子含量為0~10%左右, 僅個別層位最高達30%。蕨類孢子的構(gòu)成與上一組合相比, 沒有大的變化,仍以Cyathidites最為常見(0~10%, 最高達16%), 其他常見的孢子有: 紫萁孢(Osmundacidites)、三角孢(Deltoidospora)、金毛狗孢(Cibotiumspora)、新叉瘤孢(Neoraistrickiaia)、阿賽爾孢(Asseretospora)、圓形瘤面孢(Verrucosisporites)等。但孢子整體含量變化較大, 顯示受局部沉積環(huán)境影響較大。裸子植物花粉的構(gòu)成相比上一組合發(fā)生了非常顯著的變化, Classopollis的含量開始迅速增加, 從108層的18%到116層已達到90%以上, 成為本組合第一大類群,在齊古組其含量有所反復, 但也頻繁出現(xiàn) 90%以上的情況。雙氣囊花粉退居次要地位, 從 70%向上逐漸降低至 5%~10%左右。其他類型則含量極低, 多為個別出現(xiàn), 包括球形無口器類的 Spheripollenites等, 單溝的Cycadopites, 和Chasmatosporites, 具環(huán)囊 的 腦 紋 粉 (Cerebropollenites)和 冠 翼 粉(Callialasporites)等。

Classopollis含量的變化是本組合的突出特征。Vakhrameev(1991)曾對此屬花粉的縱向分布進行過論述, 指出其在西伯利亞地區(qū)的大量出現(xiàn)始于中侏羅世晚期卡洛維期(圖5)。這一觀點得到西伯利亞以外很多地方孢粉資料的支持(Vakhrameev, 1991), 尤其我國北方區(qū)與西伯利亞很相似。準噶爾盆地Classopollis含量明顯增高始于頭屯河組頂部180余米厚的層段, 因此本文認為頭屯河組上部時代為卡洛維期, 而齊古組的主體相當于牛津階(Oxfordian)(圖2)。

圖2 紅溝剖面中上侏羅統(tǒng)綜合劃分圖Fig.2 Integrated subdivision of the Middle-Upper Jurassic strata along the Honggou section

圖3 準噶爾盆地侏羅—白堊紀孢粉植物群重要分子(比例尺=15 μm)Fig.3 Main elements of the Jurassic–Cretaceous palynologic assemblages (scale=15 μm)

圖4 準噶爾盆地侏羅—白堊紀孢粉植物群重要分子(各圖影放大倍數(shù)一致, 比例尺=15 μm)Fig.4 Main elements of the Jurassic-Cretaceous palynologic assemblages (all figures are in the same magnification, scale=15 μm)

(3)Cicatricosisporites-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自吐谷魯群的底部, 以雙氣囊花粉含量最多(約 75%), 蕨類孢子含量約 10%, 其他類型花粉含量較低與侏羅系樣品的明顯區(qū)別是出現(xiàn)了與海金砂科有關(guān)的孢子, 包括無突肋紋孢(Cicatricosisporites), 具唇孢(Toroisporis), 凹邊瘤面孢 (Concavissimisporites)等 3個屬。在歐洲, Cicatricosisporites屬在晚侏羅晚期偶有個別出現(xiàn),但到早白堊世時期該屬及屬于海金砂科的其他屬開始大量出現(xiàn)。在中國, Cicatricosisporites屬的出現(xiàn)通常被視為進入早白堊世的標志(蒲榮干和吳洪章, 1982, 1985a, b; 黎文本, 1983; 余靜賢, 1989; 黎文本和劉兆生, 1999; 高瑞祺等, 1999)。在當前組合中, Cicatricosisporites屬的含量達2%。因此, 本組合歸于早白堊世無疑問, 吐谷魯群底部的時代為早白堊世, 與前人的結(jié)論一致(葉得泉等, 1990)。

前人關(guān)于頭屯河組孢粉中 Classopollis含量的認識有差異。張望平(1990)記載頭屯河組Classopollis含量平均 25%, 而黃嬪和李建國(2007)報道頭屯河組中 Classopollis含量為 1.5%~11.7%,平均6.1%。本文研究發(fā)現(xiàn), Classopollis含量只有到了頭屯河組的近頂部才顯著增高, 中下部則較低,顯示了一個含量增加的過程。前人的結(jié)果或因樣品主要來自該組不同層段有關(guān)。

表2 紅溝剖面上侏羅統(tǒng)SHRIMP鋯石年齡測定結(jié)果Table 2 Results of zircon SHRIMP dating of the Upper Jurassic strata along the Honggou section

2 同位素年代地層

本文對瑪納斯河紅溝及頭屯河剖面多個凝灰?guī)r層進行了SHRIMP鋯石U-Pb年齡測定(表2, 圖

6, 7)。其中, 對烏魯木齊頭屯河剖面齊古組底部凝灰?guī)r層進行的測定工作由于樣品質(zhì)量和結(jié)果不理想,

未計入本文。此前, 王思恩等對紅溝剖面的部分層段進行了年代測定, 并發(fā)表了相關(guān)結(jié)果(王思恩等, 2012; 王思恩和高林志, 2012)。

圖6 紅溝剖面齊古組中、下部凝灰?guī)r露頭Fig.6 Outcrops of the tuff beds of the Qigu Formation along the Honggou section

總共對紅溝剖面齊古組多層凝灰?guī)r層進行了3次采集, 計采集樣品20余塊次, 分4批進行了鋯石的分選和年齡測定。最老的年齡值為(167.1±1.9) Ma, 3個年齡值為 160 Ma左右, 最年輕者為(156.9±1.9) Ma,表明 其主體地質(zhì)時代為晚侏羅世(圖2)。同位素年齡樣品主要采自齊古組中部, 可以推測, 其頂部的年齡應不會新于 150 Ma, 其時代不可能為早白堊世;也即齊古組內(nèi)不存在侏羅系/白堊系界線。齊古組之上的喀拉扎組為沖積扇相礫巖, 沉積時間應該較短,而喀拉扎組之上的吐谷魯群屬早白堊世無疑問。因此, 喀拉扎組與吐谷魯群之間最可能為侏羅系/白堊系界線, 侏羅系與白堊系之間應該存在一個相當大的不整合。

圖7 紅溝剖面齊古組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石年齡測定結(jié)果圖Fig.7 Results of SHRIMP dating of the tuff beds of the Qigu Formation of the Honggou section

3 旋回地層

本次對紅溝剖面頭屯河組和齊古組進行了自然伽馬數(shù)據(jù)的采集, 采集數(shù)據(jù)的地層厚度1790.15 m, 自然伽馬數(shù)據(jù)點 1546個, 并依據(jù)上述數(shù)據(jù)作了米蘭科維奇旋回地層學分析, 利用頻譜分析、濾波、天文調(diào)諧等方法, 識別出地層中蘊含的100 ka及405 ka旋回, 結(jié)合4個不同層位的鋯石測得的年齡值, 得到各地層組的持續(xù)時間及起止年齡,為年代地層的劃分與對比提供依據(jù)(圖2)。

巖石中自然伽馬總量與各放射性元素的比值(如釷鉀比, 釷鈾比等)均能在一定程度上反映古氣候的變化, 所以都可以用于旋回分析(Prokoph and Agterberg, 2000; Hinnov and Ogg, 2007; Tian et al., 2013; Wu et al., 2013)。由于自然伽馬總量受巖性影響較大, 在分析過程中不可避免的會表現(xiàn)較強的“噪音”, 本研究選用受巖性影響較小的釷鈾比(Th/U)作為分析對象。

對頭屯河組與齊古組的釷鈾比進行頻譜分析,發(fā)現(xiàn)該剖面地層較好地記錄了米蘭科維奇旋回(圖 8), 約50.3 m的優(yōu)勢旋回可能代表了405 ka的長偏心率周期, 頭屯河組與齊古組包含了約27個50 m左右的長偏心率旋回(圖 2), 經(jīng)過調(diào)諧可識別出較清晰的 405 ka旋回與 100 ka左右的旋回; 其中132 ka與99 ka的峰值能與短偏心率旋回很好地對應(圖8), 故而認為, 頭屯河組與齊古組總共包含了27個左右405 ka的長偏心率旋回(圖2), 總持續(xù)時間~10.9 Ma。其中, 頭屯河組持續(xù)了約5.4 Ma, 平均堆積速率為12.8 cm/ka; 齊古組持續(xù)了約5.5 Ma,平均堆積速率為12.1 cm/ka。

如圖 7所示, 鋯石樣品 4725(126層下部)、4801(129層下部)、5004(H層中部)及5024(J層中部)的 SHRIMP測年結(jié)果分別為(159.3±1.3) Ma、(167.1±1.9) Ma、(159±1) Ma及(156.9±1.9) Ma, 有效的數(shù)據(jù)點分別為11個、5個、7個和8個。其中, 4801號樣品所測結(jié)果明顯偏大, 數(shù)據(jù)較離散(圖 7B), 推測可能混入了再沉積的鋯石, 且有效數(shù)據(jù)點也較少,所以在本文后面的討論中放棄該數(shù)據(jù)。

根據(jù)前述旋回地層分析結(jié)果, 采用 3個有較測年數(shù)據(jù)計算出4個樣品距齊古組頂部的年齡間隔分別為4.56 Ma、2.28 Ma及2.10 Ma; 進而以此作為錨點推算得出的齊古組頂界年齡分別為(154.7± 1.3) Ma、(163.1±1.9) Ma、(156.7±1) Ma及(154.8± 1.9) Ma。對此3組數(shù)據(jù)依有效數(shù)據(jù)點數(shù)做加權(quán)平均得出齊古組的頂界年齡為155.3 Ma; 據(jù)此, 推算出齊古組與頭屯河組的底界年齡分別為 160.8 Ma及166.2 Ma(表3)。

表3 紅溝剖面頭屯河組與齊古組的底部年齡、持續(xù)時間與堆積速率Table 3 Age, time interval and accumulation rate of Toutunhe and Qigu formations of the Honggou section

圖8 紅溝剖面頭屯河組和齊古組釷鈾比頻譜分析曲線Fig.8 Th/U power spectra of Toutunhe and Qigu formations of the Honggou sectionA-深度域曲線; B-時間域曲線A-depth domain curve; B-time domain curve

圖9 紅溝剖面齊古組磁性地層與國際侏羅系標準磁性地層柱的對比圖(圖例同圖2)Fig.9 Magnetostratigraphic column of the Qigu Formation of the Honggou section in correlation with the international magnetostratigraphic column of the Upper Jurassic strata(legends as for Fig.2)

據(jù)旋回地層和鋯石測年的分析結(jié)果, 頭屯河組大致包含了巴通階(Bathonian)的最頂部、卡洛維階和牛津階的下部; 齊古組則相當于牛津階的中上部到基默里奇階(Kimmeridgian)的中下部; 喀拉扎組以大套礫巖為主, 推測其持續(xù)時間不長, 可能僅相當于基默里奇階的中上部。

4 磁性地層

對紅溝剖面齊古組及喀拉扎組露頭開展了高密度磁性地層樣品采集。采樣起點位置位于齊古組(第123層)至喀拉扎組(第152層), 采集共610 m厚的地層, 采集了約800塊巖心樣, 其中完整500塊, 300塊有殘缺。對 622塊樣品進行了測定, 從中選擇了559塊具較高質(zhì)量測試結(jié)果的樣品建立了磁極性地層柱(圖9)。

磁性地層研究結(jié)果表明, 齊古組記錄的中下段以正極性占優(yōu)勢, 上段則顯示負極性占優(yōu)勢; 地磁極性倒轉(zhuǎn)極為頻繁?？梢曰敬_定的地層極性倒轉(zhuǎn)為66次, 如果不考慮由兩個或以下樣品確定的磁極性帶和 3個連續(xù)不確定樣品確定的磁極性帶, 即僅考慮由連續(xù)的 3個及以上樣品確定的磁極性帶較為可靠的話, 最后該套地層比較肯定的地磁極性倒轉(zhuǎn)也超過40次。如此高頻繁的倒轉(zhuǎn)速率在160 Ma左右的10 Ma國際磁性地層柱中只有牛津階較吻合。

另外, 由于不同沉積巖層的沉積速率不同, 以地層厚度為標尺的磁性地層柱不能等同于地層的時間尺度。本文嘗試性的假設(shè)1 m厚細砂巖代表的極性時間為1 ka, 對其他巖性代表的時間做出相應的調(diào)整。在此假定基礎(chǔ)上, 將厚度尺度磁性柱(圖8中磁性柱 1)轉(zhuǎn)換為時間尺度為極性柱(圖 8中極性柱2), 從中可以看出, 雖然極性柱1與極性柱2整體上沒有特別明顯的變化, 但還是可以看出整個極性柱中反向極性帶的持續(xù)時間變長。結(jié)果表明不同巖性的沉積速率可能會影響到以正極性為主的齊古組與反極性占優(yōu)勢牛津階的對比。因此, 據(jù)磁性地層學的依據(jù), 傾向于將齊古組歸于牛津階中部到基默里奇階中部。

此結(jié)果與上述旋回地層的分析結(jié)果相當吻合。

5 主要結(jié)論與討論

5.1 頭屯河組的時代

對紅溝剖面的系統(tǒng)研究表明, 頭屯河組的時代屬于中侏羅世中晚期到晚侏羅早期。該組產(chǎn)介形類、葉肢介、雙殼類、腹足類、植物和孢粉、大孢子和輪 藻 等 化 石(圖2)。 其 中, 介 形 類 為Timiriasevia-Darwinula sarytirmenensis組合(王亞瓊和曹美珍, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010), 葉肢介包括Euestheria ziliujingensis動物群和Pseudograpta/ Sinokontikia動物群(沈炎彬, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010), 雙殼類屬于Psilunio-Cuneopsis組合(泮燕紅等 , 2010; 見 : 鄧 勝 徽 等 , 2010), 輪 藻 為Aclistochara abshirica-A.stellerides-A.sublaevis組合(王啟飛和盧輝楠, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010),指示的時代基本為中侏羅世中晚期到晚侏羅世早期。植物大化石不多, 本文發(fā)現(xiàn)若干種, 屬于中侏羅世早期 Coniopteris-Phoenicopsis植物群的延續(xù),為中侏羅世晚期特點。孢粉植物群可分為頭屯河組中下部的Cyathidites-Disacciatrileti組合和該組上部到齊古組的Classopollis-Disacciatrileti組合(圖2)。前者的時代為中侏羅世, 后者時代為卡洛維期到牛津期。

旋回地層學研究計算出頭屯河組的持續(xù)時間為5.4 Ma, 據(jù)上覆齊古組中測得的鋯石同位素年齡值推估出其底界的年齡可能為166.2 Ma左右, 頂界線年齡約為160.8 Ma。對比到最新國際和中國地層年表(ICS, 2014), 頭屯河組大致包含了巴通階頂部、卡洛維階及牛津階下部, 比東部冀北、遼西地區(qū)的土城子組層位要低。

5.2 齊古組的時代

齊古組化石稀少, 本次進行了反復分析, 獲得了一定量的孢粉化石, 為Classopollis-Disacciatrileti組合的延續(xù)。其中Classopollis含量在頭屯河組近頂部顯著增高, 說明進入了一個新的演化階段, 其主體時代為牛津期。

齊古組多層凝灰?guī)r同位素年齡值為(159.3±1.39)~(156.9±1.9) Ma, 指示了中侏羅世晚期到晚侏羅世的結(jié)果; 結(jié)合旋回地層學分析結(jié)果, 計算出齊古組的持續(xù)時間為5.5 Ma, 齊古組頂界年齡大約為155.3 Ma, 底界年齡為160.8 Ma, 說明其包含了牛津階的大部分以及基默里奇階的中下部, 與上述孢粉組合提出的時代相吻合。

磁性地層學研究表明, 齊古組地層記錄地磁極性倒轉(zhuǎn)應大于 40個, 傾向?qū)R古組歸于牛津階到基默里奇階中部, 與孢粉、同位素測年和旋回地層學分析結(jié)果相當吻合。

綜上所述, 本文認為齊古組的時代為晚侏羅世牛津期中期至基默里奇期中期。對比到中國東部地區(qū), 齊古組頂與髫髻山組的頂大致相當, 低于土城子組。

王思恩和高林志(2012)對本文研究剖面齊古組下部(129層)之凝灰?guī)r進行了鋯石 SHRIMP測年,獲得了(164.6±1.4) Ma的較好結(jié)果。如以此年齡值為錨點, 據(jù)本文旋回地層分析結(jié)果推算出齊古組頂部年齡大致為160.6 Ma, 底部年齡約為166.1 Ma。齊古組包括了卡洛維階全部和牛津階下部, 較本文獲得的孢粉、古地磁研究結(jié)果要老一些。

5.3 喀拉扎組的時代及侏羅系/白堊系界線

紅溝剖面喀拉扎組厚310余m, 以沖積扇礫巖為特點, 生物化石匱乏, 與下伏齊古組為整合接觸,與上覆吐谷魯群之間為不整合接觸。沖積扇礫巖可視為事件沉積的產(chǎn)物, 其沉積時間一般很短暫, 據(jù)下伏地層的時代推斷喀拉扎組的時代應為晚侏羅世基默里奇期晚期。

喀拉扎組之上的吐谷魯群(底部為該群的清水河組)中產(chǎn)早白堊世孢粉組合, 前人發(fā)現(xiàn)的介形類等其他化石也進一步說明時代為早白堊世早期。因此, 喀拉扎組與吐谷魯群之間存在一個相當大的不整合, 缺失了晚侏羅世提塘期(Tithonian), 甚至可能包含一部分早白堊世早期的地層, 缺失地層的時限超過了 7 Ma。研究區(qū)侏羅系/白堊系以不整合為界, 侏羅紀/白堊紀之交的地層未保存。

致謝:本文為全國地層委員會項目《中國陸相侏羅系/白堊系界線研究》的成果之一, 得到了全國地層委員會常務(wù)副主任王澤九教授、中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所季強教授、項目負責人之一姚建新教授等的支持和幫助; 參加工作的還有南京地質(zhì)古生物研究所李罡研究員, 中國地質(zhì)大學(北京)仝亞博和王艷博士、博士研究生李瑋、碩士研究生鄧麗君、劉璐等; 同位素年齡測定分別在中國地質(zhì)科學院離子探針中心和美國加州大學(伯克利)同位素測年實驗室完成, 古地磁樣品由中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所古地磁實驗室測定; 兩位匿名審稿人認真審閱了文稿并提出了很好的修改意見, 在此一并致謝。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.1212011120142).

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Comprehensive Study of the Middle–Upper Jurassic Strata in the Junggar Basin, Xinjiang

DENG Sheng-hui1), WANG Si-en2), YANG Zhen-yu3), LU Yuan-zheng1), LI Xin1), HU Qing-yue4), AN Chun-zhi3), XI Dang-peng4), WAN Xiao-qiao4)*
1) Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083; 2) Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 3) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081; 4) State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

This paper presents the results of a comprehensive study of lithostratigraphy, biostratigraphy, chronostratigraphy, cyclostratigraphy and magnetostratigraphy of the Middle–Upper Jurassic strata in the Junggar Basin, Xinjiang.The main findings are as follows: the Toutunhe Formation consists of the uppermost part of the Bathonian, Callovian and the Lower–Middle Oxfordian; the ages of the base and top of this formation are 166.2 Ma and 160.8 Ma respectively, and its sedimentary interval is about 5.4 Ma.The age of the top of the Qigu Formation is estimated at around 155.3 Ma, and the sedimentary interval of this formation is about 5.5 Ma, suggesting the upper Oxfordian and middle Kimmeridgian.The top horizon of the Qigu Formation is almost coeval to that of the Tiaojishan Formation in northern Hebei and western Liaoning provinces.This means that the Qigu Formation is lower than the Tuchengzi Formation in northern Hebei and western Liaoning.The KalazaFormation is assigned to the late Kimmeridgian, and the overlying Tugulu Group is early Cretaceous in age, which indicates an obvious unconformity with the existence of a stratigraphic gap from the Tithonian to the possible lowermost part of the Cretaceous, and the missing strata are equal to over 7 Ma between the Jurassic and the Cretaceous in the study area.The strata through the Jurassic/Cretaceous boundary are absent.

biostratigraphy; isotope age dating; chronostratigraphy; cyclostratigraphy magnetostratigraphy; terrestrial Jurassic/Cretaceous boundary; Xinjiang; Junggar Basin

P534.52; P539

A

10.3975/cagsb.2015.05.06

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“全國陸相地層劃分對比及海相地層階完善”(編號: 1212011120142)之課題“陸相侏羅系——古近系界線地層研究”資助。

2015-05-21; 改回日期: 2015-06-21。責任編輯: 閆立娟。

鄧勝徽, 男, 1963年生。教授級高工, 博士生導師。長期從事地層古生物學研究。通訊地址: 100083, 北京學院路20號, 中國石油勘探開發(fā)研究院。E-mail: dsh63@petrochina.com.cn。

*通訊作者: 萬曉樵, 男, 1950年生。教授, 博士生導師。長期從事地層古生物學教學與研究。E-mail: wanxq@cugb.edu.cn。