趙 恒,李艷杰,關(guān)寶文,郭建明,鄭有偉,許世陽,鄭建京
(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院油氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000;2.中科院西雙版納熱帶植物園,云南 勐臘 666303;3.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)
新疆西博格達(dá)山周緣地區(qū)中新生代沉積巖源區(qū)和構(gòu)造背景
趙 恒1,3,李艷杰2,3,關(guān)寶文1,3,郭建明1,鄭有偉1,3,許世陽1,3,鄭建京1
(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院油氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000;2.中科院西雙版納熱帶植物園,云南 勐臘 666303;3.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049)
沉積巖中的碎屑組分及相對穩(wěn)定的微量元素和稀土元素可以反映物源信息,廣泛應(yīng)用于沉積源區(qū)的確定和構(gòu)造背景的分析。本文通過對西博格達(dá)山周緣地區(qū)侏羅紀(jì)至古近紀(jì)沉積地層的碎屑巖巖石學(xué)和微量元素與稀土元素分析,揭示盆地沉積巖的源巖來自上地殼,巖性以長英質(zhì)巖石為主,混合部分安山質(zhì)及基性巖石。源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)為巖漿弧和再循環(huán)造山帶,其中巖漿弧起主導(dǎo)作用。本文的分析結(jié)果為研究博格達(dá)山的構(gòu)造演化過程及其機(jī)制提供了有力的證據(jù),并且對準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探具有一定指導(dǎo)意義。
西博格達(dá)山;構(gòu)造背景;物源屬性;碎屑組分分析;微量及稀土元素分析
博格達(dá)山位于東天山北緣,是準(zhǔn)噶爾盆地與柴窩堡盆地、吐哈盆地的界山,構(gòu)造上處于東、西天山過渡帶內(nèi)。博格達(dá)山自晚古生代以來經(jīng)歷初始造山、伸展調(diào)整和再造山3個(gè)大的演化階段之后形成了構(gòu)造活動性異常的陸內(nèi)造山帶,其復(fù)雜的構(gòu)造演化過程、隆升造山的時(shí)間及其造山機(jī)制長期以來是地學(xué)界的研究熱點(diǎn),也存在很大分歧[1-12]。碎屑巖的碎屑組分及地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以反映地殼成分、構(gòu)造演化等信息,廣泛用于研究沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景和物源屬性[13-35]。為了準(zhǔn)確認(rèn)識西博格達(dá)山在中新生代的構(gòu)造演化過程,本文在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,利用巖石學(xué)及碎屑組份研究、微量元素與稀土元素分析對西博格達(dá)山周緣盆地侏羅系至古近系的沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景和源區(qū)屬性進(jìn)行了研究。
1.1 地層特征
研究區(qū)內(nèi)從石炭系到第四系地層均有出露,其中白堊系和古近系的地層分布比較局限,僅在達(dá)坂城、頭屯河及阜康地區(qū)有出露。本文重點(diǎn)研究的中新生代地層化石豐富、厚度巨大,巖石類型以砂巖、泥頁巖和砂礫巖為主。侏羅系地層中可見薄煤層,古近系地層中有膏鹽層出露。
1.1.1 古近系
自下向上為紫泥泉子組和安集海河組,其與上覆第四系地層和下伏白堊系地層均為不整合接觸。紫泥泉子組底界以一層粉紅色、紅灰色石灰質(zhì)礫巖整合或平行不整合在東溝組之上,主體巖性為暗紅色、棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾不規(guī)則的厚層塊狀礫巖、含礫砂巖、砂巖透鏡體,局部夾石膏和膏泥巖為其組合特征。安集海河組與紫泥泉子組連續(xù)沉積,是一套湖相沉積,巖性為暗灰綠色片狀泥巖夾薄層-厚層狀砂質(zhì)介殼層。
1.1.2 白堊系
白堊系由下統(tǒng)吐谷魯群(清水河組、呼圖壁河組、勝金口組、連木沁組)和上統(tǒng)東溝組組成。吐谷魯群不整合或假整合于侏羅系或更老地層之上,是一套以淺水湖泊相和沼澤相為主的雜色條帶狀泥質(zhì)巖沉積。主要巖性為灰綠色、棕紅色泥巖、砂巖、粉砂巖組成的不均勻互層。吐谷魯群與上覆以紅色碎屑巖為特征的東溝組呈整合或平行不整合接觸。東溝組與上覆古近系紫泥泉子組呈整合或平行不整合接觸關(guān)系,與下伏連木沁組整合或平行不整合接觸關(guān)系。
1.1.3 侏羅系
侏羅系包括中下侏羅統(tǒng)水西溝群和中—上侏羅統(tǒng)艾維爾溝群。水西溝群是一套含煤碎屑巖組合,自下而上分為八道灣組、三工河組、西山窯組。中—上侏羅統(tǒng)艾維爾溝群自下而上包括頭屯河組、齊古組、喀拉扎組。水西溝群主體為一套河流-沼澤相,多處可見含煤地層,是準(zhǔn)噶爾地區(qū)最重要的烴源巖層系。
1.1.4 三疊系
三疊系主要由下統(tǒng)上蒼房溝群(韭菜園子組、燒房溝組)和中—上統(tǒng)小泉溝群(克拉瑪依組、黃山街組、郝家溝組)組成,在博格達(dá)山前地區(qū)沉積厚度最大。巖性以厚層塊狀砂巖、砂礫巖與灰綠色、泥巖為主。
1.1.5 二疊系
二疊系主要由下統(tǒng)下芨芨槽群(石人子溝組、塔什庫拉組)、中統(tǒng)上芨芨槽群(烏拉泊組、井井子溝組、蘆草溝組、紅雁池組)及上統(tǒng)下蒼房溝群(泉子街組、梧桐溝組、鍋底坑組)組成。下二疊統(tǒng)主要是一套由各類碎屑巖夾灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)粉砂巖組成的陸相或海陸交互相復(fù)理石建造,部分地區(qū)還出現(xiàn)山前磨拉石建造和主要由基性-酸性火山巖組成的陸內(nèi)裂谷雙峰式火山巖建造;中—上二疊統(tǒng)主要為在較穩(wěn)定的陸內(nèi)湖盆相沉積環(huán)境內(nèi)形成的細(xì)碎屑巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖等[8-9,37]。
1.1.6 石炭系
石炭系是研究區(qū)內(nèi)見到的最古老的蓋層,是博格達(dá)山鏈最主要的地層,以中石炭統(tǒng)為主,下石炭統(tǒng)、上石炭統(tǒng)分布不太廣泛[37]。中石炭統(tǒng)總體上是一套以玄武巖、安山巖為主的基性-中性-酸性火山巖系,間有數(shù)量不等的硅質(zhì)巖、灰?guī)r、碎屑巖夾層;下石炭統(tǒng)主要為-套海相基性-中性-酸性火山巖建造;上石炭統(tǒng)巖石組合以碎屑巖為主。碎屑巖中常見有大量的火山物質(zhì)成分、碳酸鹽巖和少量的輝石安山巖夾層。局部可見植物化石,總體為一套淺海相或淺海濱海相復(fù)理石建造。
1.2 巖漿巖特征
研究區(qū)巖漿巖主要分布在晚古生代地層中,中新生代地層中鮮有分布。巖漿巖以噴出巖為主,侵入巖較少。噴出巖巖性種類較多,玄武巖、安山巖、流紋質(zhì)火山巖均有出露,但空間上巖相變化較大,基本以中酸性噴出巖及火山碎屑巖為主。本區(qū)很少有大規(guī)模的中酸性侵入巖體,只有一些規(guī)模很小的巖體零星分布。巖石類型主要為花崗巖、鉀長花崗巖、二長英安巖、花崗閃長巖、閃長巖和石英閃長巖等[7-9,36-37]。
泥盆系以玄武巖、安山巖、流紋質(zhì)火山巖、火山碎屑巖為主,但空間上巖相變化較大,有些地段缺乏流紋巖及流紋質(zhì)火山碎屑巖。大量的巖石化學(xué)資料都反映泥盆紀(jì)火山巖屬于鈣堿性系列,在巖石組合中含有大量的安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖,具有島弧型火山巖的性質(zhì)與特征。
石炭系是一套含有大量安山巖、安山質(zhì)火山巖、火山碎屑巖的鈣堿質(zhì)基性-中性-酸性火山巖建造,顯示這里曾是一個(gè)廣闊的島弧環(huán)境。
二疊系巖漿巖主要為基性-酸性火山巖組成的陸內(nèi)裂谷雙峰式火山巖建造,空間上巖相變化較大,部分地區(qū)缺乏基性噴出巖及火山碎屑巖。
1.3 構(gòu)造演化
整個(gè)博格達(dá)山地區(qū)自晚古生代以來大致經(jīng)歷了初始造山、伸展調(diào)整和再造山3個(gè)大的演化階段。西博格達(dá)山地區(qū)具體的演化過程雖然還存在爭議,但主流觀點(diǎn)認(rèn)為西博格達(dá)山的構(gòu)造演化過程可分為以下幾個(gè)階段:(1)泥盆紀(jì)—早二疊世,西博格達(dá)為陸內(nèi)裂谷階段,在石炭紀(jì)晚期可能存在弱造山活動,但仍為水下低?。?2)晚二疊世—侏羅紀(jì),西博格達(dá)為裂谷后拗陷階段,該時(shí)期逐漸由海相沉積過渡為陸相沉積,在中—早侏羅世該區(qū)成為整個(gè)準(zhǔn)噶爾地區(qū)的匯水中心;(3)侏羅紀(jì)末期—第四紀(jì),西博格達(dá)裂谷開始回返隆升成山,博格達(dá)周緣地區(qū)形成前陸盆地及類前陸盆地[2,7-9,36-38]。
研究區(qū)總共進(jìn)行了11件砂巖薄片碎屑顆粒統(tǒng)計(jì),18件樣品的微量元素與稀土元素分析。分別為侏羅紀(jì)(7件,7件),白堊紀(jì)(2件,5件),古近紀(jì)(2件,6件)。用于碎屑顆粒統(tǒng)計(jì)的樣品多為中粗粒砂巖,雜基含量小于25%;用于微量與稀土元素分析的樣品多為泥頁巖及部分粉砂巖,采樣位置見圖1。本文應(yīng)用Dickinson-Gazzi點(diǎn)計(jì)法對中粗粒砂巖樣品進(jìn)行碎屑成分統(tǒng)計(jì)分析,該方法對含礦物顆粒的巖屑成分與傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)法采取不同的處理方式:如果十字絲交點(diǎn)指向的巖屑中礦物顆粒大于0.0625mm時(shí),該顆粒被記為該礦物類型或小巖屑類型; 若十字絲交于巖屑中的顆粒小于0.0625mm,或者巖屑內(nèi)部顆粒為小于0.0625mm的隱晶質(zhì),該顆粒記為整個(gè)巖屑的類型[16,39]。該方法在一定程度上降低了樣品顆粒大小對成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響,最大程度地反映了物源組成,適用于構(gòu)造背景的研究[16]。每個(gè)樣品所統(tǒng)計(jì)的總顆粒數(shù)不低于400個(gè),并排除雜基含量高于25%的雜砂巖樣品。微量及稀土元素?cái)?shù)據(jù)通過電感耦合等離子體質(zhì)譜分析(ICP-MS)獲得,樣品測試在中科院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成,微量元素和稀土元素的測試精度可達(dá)到1%5%。
圖1 西博格達(dá)山周緣地區(qū)采樣位置圖
Fig.1 Sampling sites around the western Bogeda Mountains in Xinjiang
3.1 物源分析
樣品巖石類型主要為中粗粒長石巖屑砂巖,部分為中粗粒巖屑雜砂巖。分選性較好,磨圓度中等-較差,成熟度低。膠結(jié)類型多為鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)。石英含量為33%68%,平均46%,其中多晶石英含量較少,僅占石英總量的11%。長石含量為9%31%,平均21%,長石碎屑以鉀長石為主,占長石總量的64%。巖屑含量為23%45%,平均33%,其中火山巖巖屑、沉積巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑含量分別占巖屑總量的37%、54%、9%。沉積巖巖屑總量最多,以粉砂巖巖屑、硅質(zhì)巖和泥巖巖屑為主,偶見灰?guī)r巖屑?;鹕綆r巖屑主要為微晶長英質(zhì)火山巖巖屑和微晶石英集合體,含少量安山質(zhì)火山巖巖屑及呈交織結(jié)構(gòu)的板條狀斜長石組成的安山巖巖屑(圖2)。樣品中表面光潔、常包含有氣、液包裹體的單晶石英表明原巖為巖漿巖,微晶長英質(zhì)火山巖巖屑和微晶石英集合體進(jìn)一步證實(shí)原巖為酸性火山巖,少量安山質(zhì)火山巖巖屑表明有一定安山質(zhì)巖石的混入。
圖2 西博格達(dá)山周緣地區(qū)侏羅系至古近系砂巖野外照片及鏡下照片
Q.石英;Pl.斜長石;Kfs.鉀長石;Cal.方解石;Lv.火山巖和變火山巖巖屑;Ls.沉積巖和變沉積巖巖屑
Fig.2 Field pictures and photomicrographs of the Jurassic to the Palaeogene sandstones around the western Bogeda Mountains in Xinjiang
3.2 構(gòu)造背景分析
Dickinson[34-35]根據(jù)對世界上典型地區(qū)砂巖碎屑成分的統(tǒng)計(jì)和劃分,建立了用于判斷源區(qū)構(gòu)造背景的圖解—Dickinson三角圖解。Weltje、Weltje和Eynatten[40-41]利用對數(shù)比值法對Dickinson圖解的各構(gòu)造環(huán)境邊界進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算,并對圖解的大地構(gòu)造環(huán)境分辨能力進(jìn)行了檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)計(jì)算所得3大源區(qū)(穩(wěn)定陸塊、巖漿弧和再旋回造山帶) 邊界與原圖解存在一定差異,但大部分區(qū)域基本吻合(圖3)[16]。此外,對4個(gè)圖解的源區(qū)辨別能力進(jìn)行了研究,由強(qiáng)到弱依次為QpLvLs、QFL、QmFLt、QmPK。本文結(jié)合Dickinson三角圖解[34-35]和Weltje[41]優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果,利用對源區(qū)辨別能力最強(qiáng)的3個(gè)圖解QpLvLs、QFL和QmFLt進(jìn)行源區(qū)構(gòu)造背景的分析。
由圖3可見,在QFL圖解中,按照Dickinson[34-35]的劃分區(qū)域,大部分樣品落在再旋回造山帶區(qū)域內(nèi),只有3個(gè)點(diǎn)落在巖漿弧中的切割弧區(qū)域內(nèi);然而按照Weltje[41]的點(diǎn)線分界,大部分樣品落在巖漿弧區(qū)域內(nèi),只有4個(gè)樣品落在再旋回造山帶區(qū)域。在QmFLt圖解中,按照Dickinson[34-35]的劃分區(qū)域,樣品大部分落在切割弧以及切割弧與再旋回造山帶的混合區(qū)內(nèi);按照Weltje[41]的點(diǎn)線分界,約半數(shù)樣品落入巖漿弧區(qū)域,半數(shù)樣品落在再旋回造山帶區(qū)域內(nèi)。在QpLvLs圖解中,按照Dickinson[34,35]的劃分區(qū)域,4個(gè)樣品落在島弧造山帶區(qū)域,4個(gè)樣品落在混合造山帶內(nèi),3個(gè)樣品落在碰撞造山帶內(nèi);而按照Weltje[41]的點(diǎn)線分界,大部分樣品落在巖漿弧內(nèi),只有3個(gè)樣品落在再旋回造山帶中。綜上分析,研究區(qū)侏羅系至古近系砂巖的源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)該為巖漿弧和再旋回造山帶,其中巖漿弧起主導(dǎo)作用。
圖3 西博格達(dá)山周緣地區(qū)砂巖Dickinson圖解[34-35,41]
Q.石英總量(Q=Qm+Qp);F.長石(F=P+K) ;L.不穩(wěn)定巖屑(L=Lv+Ls);Qm.單晶石英;Qp.多晶石英(包括燧石) ;Lv.火山-變火山巖屑; Ls.沉積-變沉積巖屑; Lt.巖屑總量(Lt=L+ Qp ) ; P.斜長石; K.堿性長石。點(diǎn)線分界為Weltje[41]的計(jì)算結(jié)果,A.穩(wěn)定陸塊;B.巖漿弧;C.再旋回造山帶。黑色區(qū)域?yàn)?9%置信度的平均值。正方形為侏羅系樣品,圓形為白堊系樣品,三角形為古近系樣品
Fig.3 Dickinson plots for the Jurassic to the Palaeogene sandstones along the western Bogeda Mountains in Xinjiang(after Dickinson et al., 1983, 1979; Weltje, 2006)
表1 西博格達(dá)山周緣地區(qū)侏羅系至古近系砂巖碎屑組分統(tǒng)計(jì)表
Table 1 Statistics of the detrital compositions from the Jurassic to the Palaeogene sandstones along the western Bogeda Mountains in Xinjiang
樣品號樣品時(shí)代巖性斜長石鉀長石長石單晶石英多晶石英總石英巖屑巖屑總量火山巖沉積巖變質(zhì)巖總顆粒數(shù)J001J1-2灰色巖屑砂巖354883143572002362931526717519J003J1-2磚紅色雜砂巖23689126122283130152377716504J004J1-2黃褐色砂巖56691252951230713714940907569J007J3k土黃色砂巖337110417422196208230231787508J008J3q灰綠色砂巖367911512315138161176121436414J009J1b黃綠色砂巖4384127261172781541713210913559J011J2s土黃色砂巖3212215416920189158178399524501K001K1灰綠色砂巖5745102205192241862051402917512K004K1-2灰色砂巖4671117173372101902271184626517E001E1-2紅褐色砂巖242852342363781291651310313559E005E1-2紅色砂巖446410817722199138160814215445
注:巖屑總量=巖屑+多晶石英
由于在沉積過程中沉積物中的微量元素和稀土元素十分穩(wěn)定,只隨陸源碎屑沉積物搬運(yùn),并且在水體中停留時(shí)間短,對層內(nèi)溶蝕作用也不敏感,因而能反映源區(qū)的地球化學(xué)性質(zhì),廣泛應(yīng)用于沉積源區(qū)的確定、構(gòu)造背景及大陸生長的分析[13-15,21,42-43]。
4.1 物源分析
稀土分布模式從源巖到沉積物沒有明顯變化,是最可靠的物源指示劑。如圖4所示,西博格達(dá)山周緣侏羅系至古近系沉積巖中稀土元素的分配模式基本一致,具有富集輕稀土、重稀土含量穩(wěn)定和負(fù)Eu元素異常等特征。樣品中(La/Yb)n值為4.68~9.59,平均值為6.71,表明輕重稀土元素的分餾程度較高。(La/Sm)n值為2.23~4.47,(Gd/Yb)n值為1.23~1.95,表明輕稀土元素的分餾程度較高,重稀土元素的分餾程度低。上述特征均與上地殼中稀土元素的分布形態(tài)幾乎完全一致。另外如表2,相對不活潑的元素比值,如Th/Sc、La/Sc、Co/Th、Cr/Th等指示西博格達(dá)山周緣中—新生代沉積巖的上述元素比值均與大陸上地殼的特征值十分相近,而與大陸下地殼和洋殼的特征值相差很大。綜上分析,可以推斷柴窩鋪盆地中—新生代沉積巖的物源來自上地殼。
表2 西博格達(dá)山周緣侏羅系至古近系沉積巖元素比值
Table 2 Element ratios for the Jurassic to the Palaeogene sandstones around the western Bogeda Mountains in Xinjiang
元素比值J(7)K(5)E(6)UCCLCCOCLa/Sc2.902.891.912.70.30.1Sc/Th1.531.101.601341.73Cr/Th5.363.884.703.32221227Co/Th1.591.321.680.933214Eu/Eu*0.690.670.730.651.071.02
注:UCC.大陸上地殼;LCC.大陸下地殼;OC.洋殼(數(shù)據(jù)引自Mclennan等,1983[44]。大陸上地殼的Eu/Eu*值采用Boynton(1984)推薦的球粒隕石平均值計(jì)算的結(jié)果;括號內(nèi)為樣品數(shù)
為進(jìn)一步研究源巖的屬性,利用La/Th-Hf(圖5a)和La/Sc-Co/Th(圖5b)源巖屬性判別圖解,對沉積巖的原始屬性進(jìn)行了分析。在圖5a中,侏羅系至古近系的樣品大多數(shù)沉積巖落在長英質(zhì)源區(qū),少部分落在混合長英質(zhì)/基性源區(qū)域內(nèi),并且接近安山弧源的邊緣地帶,反映可能有安山質(zhì)巖石的混入。在圖5b中,侏羅系至古近系的樣品位于長英質(zhì)火山巖源區(qū)與安山巖源區(qū)之間,其中Co/Th的平均值為1.57,明顯偏向長英質(zhì)火山源區(qū),反映源巖以長英質(zhì)巖為主,可能尚有安山質(zhì)巖石的混入。
綜上分析,西博格達(dá)山周緣地區(qū)中—新生代沉積巖的源巖來自上地殼,巖性以長英質(zhì)巖石為主,混合部分安山質(zhì)及基性巖石。區(qū)域資料也證實(shí),研究區(qū)在古生代火山巖普遍發(fā)育,巖性以中酸性凝灰?guī)r為主,局部發(fā)育安山巖和花崗巖以及少量的輝長閃長巖,為中—新生代沉積巖提供了物源[9,33,45]。
圖4 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分配圖解
Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution patterns for the Jurassic to the Palaeogene sandstones around the western Bogeda Mountains in Xinjiang
4.2 構(gòu)造背景分析
將西博格達(dá)山周緣沉積巖的稀土元素與Bhatia[46]總結(jié)的4類典型構(gòu)造環(huán)境沉積巖的稀土元素含量進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)沉積巖的平均稀土元素非常接近于大陸島弧,表明柴窩鋪盆地中—新生代沉積巖的源巖可能是在大陸島弧構(gòu)造背景下形成的(表3)。
圖5 侏羅系至古近系沉積巖La/Th-Hf(a)和La/Sc-Co/Th(b)源巖判別圖解(正方形為侏羅系樣品,圓形為白堊系樣品,三角形為古近系樣品)[44]
Fig.5w(La)/w(Th)vs.w(HF)(a) and La/Sc vs. Co/Th(b) diagrams for the tectonic interpretation of the provenance of the Jurassic to the Palaeogene sedimentary rocks around the western Bogeda Mountains in Xinjiang(base map from Gu et al., 2002)
表3 西博格達(dá)山周緣中新生代沉積巖與典型構(gòu)造背景沉積巖的REE特征對比[46]
Table 3 REE correlation of the Mesozoic to Cenozoic sedimentary rocks around the western Bogeda Mountains in Xinjiang and representative tectonic settings in the world(after Bhatia, 1985)
構(gòu)造背景類型LaCe∑REELa/Yb(La/Yb)NLREE/HREEδEu大洋島弧8.019.058.04.22.83.81.04大陸島弧27.059.0146.011.07.57.70.79活動大陸邊緣37.078.0186.012.58.59.10.60被動大陸邊緣39.085.0210.015.910.88.50.56研究區(qū)樣品平均值25.049.7126.610.06.76.60.70
注:表中量綱為10-6
La、Th、Y、Zr、Ti、Co和Ni等不活潑的微量元素在判別構(gòu)造背景方面也起著至關(guān)重要的作用[14]。本文利用Bhatia等提出的最具構(gòu)造背景判別意義的La-Th,La/Y-Sc/Cr,Ti/Zr-La/Sc,La-Th-Sc,Th-Co-Zr/10和Th-Sc-Zr/10等圖解對柴窩鋪盆地的構(gòu)造背景進(jìn)行分析(圖6)[14]。
在La/Th圖解(圖6a)中,大部分樣品落在大陸島弧區(qū),只有4個(gè)樣品落在La/Th大于4的區(qū)域。在La/Y-Sc/Cr圖解(圖6b)中,接近半數(shù)樣品落在大陸島弧區(qū),其余樣品多數(shù)落在活動大陸邊緣及其周邊區(qū)域。在Ti/Zr-La/Sc圖解(圖6c)中,幾乎全部樣品都落在大陸島弧區(qū),只有4個(gè)樣品落在活動大陸邊緣及其周邊區(qū)域。在La-Th-Sc(圖6d)、Th-Co-Zr/10(圖6e)和Th-Sc-Zr/10(圖6f)中,幾乎所有樣品全部落在大陸島弧區(qū)。
綜上分析,研究區(qū)侏羅系至古近系沉積巖源巖主要是在大陸島弧構(gòu)造背景下形成的,可能有少量活動大陸邊緣源區(qū)混入。
砂巖巖相學(xué)研究表明,西博格達(dá)山周緣侏羅系至古近系砂巖主要為中粗粒長石巖屑砂巖,成分成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度都較低,顯示碎屑物質(zhì)為短距離搬運(yùn)、快速堆積,具近源沉積特征[13]。微晶長英質(zhì)火山巖巖屑和微晶石英集合體進(jìn)一步證實(shí),源巖為酸性火山巖,少量安山質(zhì)火山巖巖屑表明有一定安山質(zhì)巖石的混入。微量元素和稀土元素分析結(jié)果表明,柴窩鋪盆地侏羅系至古近系沉積巖的源巖來自上地殼,巖性以長英質(zhì)巖石為主,并混進(jìn)了部分安山質(zhì)及基性巖石。區(qū)域資料也證實(shí)了研究區(qū)在古生代火山巖普遍發(fā)育,巖性以中酸性凝灰?guī)r為主,局部發(fā)育安山巖和花崗巖以及少量的輝長閃長巖,為中—新生代的沉積巖提供了物源。
砂巖碎屑組分統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,研究區(qū)侏羅系至古近系砂巖的源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)該為巖漿弧和再旋回造山帶,其中巖漿弧起主導(dǎo)作用。微量元素和稀土元素分析結(jié)果表明,研究區(qū)中新生代沉積巖主要是在大陸島弧構(gòu)造背景下形成的,可能有少量活動大陸邊緣源區(qū)混入。這兩方面的數(shù)據(jù)分析結(jié)果相互吻合,砂巖碎屑統(tǒng)計(jì)得出的巖漿弧和再旋回造山帶分別對應(yīng)于微量元素和稀土元素分析得出的大陸島弧和活動大陸邊緣,可以推測研究區(qū)侏羅系至古近系物源的再旋回造山帶應(yīng)該是在活動大陸邊緣背景下形成的。
本次分析結(jié)果還可與西博格達(dá)山地區(qū)的構(gòu)造演化過程相互耦合。侏羅紀(jì)時(shí)期,博格達(dá)地區(qū)作為匯水盆地中心,接收來自北側(cè)的阿爾泰-克拉美麗等陸塊以及南側(cè)的北天山地區(qū)的物源供應(yīng)。本文得出的侏羅紀(jì)時(shí)期西博格達(dá)山地區(qū)長英質(zhì)物源和大陸島弧為主的構(gòu)造背景與阿爾泰-克拉美麗及北天山的晚古生代長英質(zhì)火山巖及其島弧背景相吻合[1,2,9,47-48]。白堊紀(jì)至古近紀(jì),博格達(dá)山已經(jīng)隆升造山,因此博格達(dá)山鏈便成為博格達(dá)周緣盆地主要物源供給區(qū)。本文得出的該時(shí)期長英質(zhì)物源和大陸島弧為主的構(gòu)造背景應(yīng)該反映了博格達(dá)山在泥盆紀(jì)至二疊紀(jì)期間形成的中酸性島弧火山巖[8,9,33,45,49]。此前就博格達(dá)山晚古生代的構(gòu)造屬性存在很大分歧,主要分為裂谷、島弧和海相前陸盆地3種截然不同的觀點(diǎn)[7,9,33,36],本文的分析結(jié)果為解決這一爭議問題提供了參考性依據(jù)。
此外,本次分析結(jié)果與Graham(1993)、柳永清(2004)對天山南北兩側(cè)物源與構(gòu)造屬性的研究結(jié)果以及邵磊等(1999)對吐哈盆地的研究結(jié)果相一致[2,11,32],說明西博格達(dá)山在演化過程及機(jī)制上與東博格達(dá)及整個(gè)天山山脈具有不可分割的聯(lián)系。
綜上所述,西博格達(dá)山周緣盆地侏羅系至古近系沉積巖的源巖來自上地殼,巖性以長英質(zhì)巖石為主,混合部分安山質(zhì)及基性巖石。源區(qū)構(gòu)造背景應(yīng)為巖漿弧和再旋回造山帶,其中巖漿弧起主導(dǎo)作用。
表4 西博格達(dá)山周緣侏羅系至古近系沉積巖微量元素及稀土元素分析數(shù)據(jù)(10-6)
Table 4 Trace element and rare earth element analyses(10-6) of the Jurassic to the Palaeogene sedimentary rocks along the western Bogeda Mountains in Xinjiang
樣品號j002j005j006j007j008j009j010k001k002k003k004k005e001e002e003e004e005e006樣品時(shí)代J1-2J1-2J1-2J3kJ3qJ1bJ2sK1K1K1-2K1-2K1-2E1-2E1-2E1-2E1-2E1-2E1-2巖性灰色泥巖紅色泥巖黃色泥巖土黃色細(xì)砂巖灰綠色細(xì)砂巖黃綠色細(xì)砂巖灰綠色泥巖灰綠色細(xì)砂巖灰綠色泥頁巖灰色泥巖灰色細(xì)砂巖灰色泥巖紅褐色粉砂巖粉砂質(zhì)頁巖灰色泥巖紅色泥巖紅色細(xì)砂巖紅色粉砂巖Li25.7523.6840.7812.3313.399.4528.4712.8926.3642.0612.7656.6715.7030.2035.6122.5919.3522.59Be1.572.231.760.701.140.711.870.840.831.650.843.110.991.461.291.301.091.03Sc12.3916.3616.924.313.734.9517.354.488.6914.596.3618.458.6213.2310.3014.7313.2312.02Ti384339523449131213652623435312052580374312094153169044015091415241755005V100.7111.8144.934.625.043.7105.732.249.497.638.4128.132.783.8114.9123.098.1121.0Cr37.5444.1148.1612.2822.9430.3049.0613.4739.2844.2914.7378.1818.7138.5344.7451.8722.6535.30Mn290.4(0.1)921.80.9137.0122.6409.1471.11.8425.9(0.5)478.4(0.3)7.1211.2364.4506.3509.8Co14.1812.8813.134.565.225.8019.275.398.3014.755.4033.6414.2316.548.3713.4710.0112.94Ni24.0832.6040.089.0715.519.1041.4910.1516.9931.6013.4047.5925.8635.3718.2016.3023.9227.15Cu39.35119.4944.395.426.599.3437.4014.0217.5336.2615.8042.338.5929.0433.7525.6826.1424.26Zn84.360.1122.739.225.941.6101.832.854.7109.429.484.745.7105.388.752.470.558.3Ga14.1117.2020.039.379.898.9817.249.7111.1715.748.5115.648.6815.1316.2310.2613.3612.05Ge0.721.401.050.640.650.681.010.650.751.060.531.430.520.891.091.130.860.95As7.654.587.061.896.093.472.812.739.796.743.416.099.707.287.667.829.4514.47Rb48.6583.75108.8826.0565.5751.7384.5568.3462.3568.3959.2178.5264.5260.6064.6848.2454.5652.61Sr132.6190.0100.3193.8159.5131.3106.7150.8467.0214.6335.5195.7137.684.848.9123.4176.8199.1Y16.4129.7628.3817.7811.2911.5227.5714.3920.9127.7212.4325.1618.7625.5624.1021.7925.8626.17Zr190.5190.6198.289.494.2145.1195.287.5202.4179.081.0214.293.2243.0194.6191.8165.0190.3Nb10.7112.2410.134.985.526.5012.904.818.1211.105.5214.015.2611.6712.147.568.057.24Mo1.671.690.351.003.980.620.360.610.7980.700.520.261.141.020.730.590.861.14Cd0.090.100.120.060.030.030.150.030.080.160.150.090.050.160.090.090.090.10In0.100.130.180.050.040.060.130.040.070.120.040.120.060.120.130.070.100.08Sn1.382.162.990.981.041.042.340.981.452.321.063.951.142.282.411.781.562.00Sb(0.03)0.040.25(0.03)(0.01)(0.08)0.07(0.09)0.030.03(0.02)0.260.060.110.030.08(0.05)0.42Cs3.115.8210.651.983.291.145.782.832.878.252.8214.412.385.428.443.673.273.19Ba432.4362.4359.4354.9655.9400.0443.4583.1610.0582.3342.2334.4352.2972.3263.9209.9280.2247.8La22.9334.7535.3618.8814.7720.1232.3516.8530.3535.7819.8629.8117.0226.9931.3218.0924.5119.60Ce38.2954.2855.9538.3229.5134.7061.6232.3957.4469.6138.1958.4532.9546.3159.0743.3980.3963.54Pr5.818.989.375.453.735.129.024.587.649.334.836.724.477.328.464.707.105.41Nd19.8029.3029.7317.6712.3615.3431.3815.4124.6229.4715.8631.3115.3424.4826.0721.5624.7523.88Sm4.186.256.033.752.632.836.923.375.025.903.306.643.405.345.134.755.695.54Eu1.071.301.200.820.650.621.620.821.071.200.761.330.871.221.041.181.421.65Tb0.721.091.030.660.450.431.270.630.830.980.580.950.671.050.860.841.110.97Gd4.105.985.773.732.582.537.283.624.855.613.325.523.745.844.915.016.185.70Dy3.425.485.433.412.242.295.992.994.135.092.654.713.365.284.784.785.455.10Ho0.731.181.200.730.490.501.250.620.861.110.540.940.731.131.050.961.151.01Er2.133.473.612.151.481.513.571.802.463.271.502.512.103.313.192.543.312.65Tm0.380.620.660.390.260.280.610.310.430.600.250.430.360.590.590.420.570.43Yb2.083.353.622.131.461.533.341.732.343.231.402.851.993.253.212.863.142.82Lu0.350.580.620.350.240.260.550.280.390.540.220.440.320.530.540.390.490.48Hf4.865.106.082.752.574.275.212.455.415.412.264.902.566.436.094.464.425.01Ta0.530.840.710.340.320.540.710.320.530.790.360.910.340.710.940.570.480.52W2.772.581.404.227.236.603.304.866.242.373.312.674.842.232.881.541.508.46Tl0.240.380.630.310.410.320.500.380.310.500.300.610.300.400.580.330.400.30Pb12.7623.8140.3811.6315.8311.0019.3415.2415.5321.2812.3821.9311.6117.9721.5010.0617.6813.69Bi0.140.280.730.100.110.060.230.110.180.320.110.550.060.230.390.230.200.22Th5.078.989.945.164.513.969.355.477.5211.417.1413.585.258.538.846.828.187.43
注:紅色數(shù)字表示樣品數(shù)據(jù)小于標(biāo)樣
圖6 微量元素構(gòu)造背景判別圖[14]
A.大洋島??;B.大陸島??;C.活動大陸邊緣;D.被動大陸邊緣。正方形為侏羅系樣品,圓形為白堊系樣品,三角形為古近系樣品
Fig.6 Trace element discrimination plots(after Bhatia and Crook, 1986)
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Provenance and tectonic setting of the Mesozoic to Cenozoic sedimentary rocks around the western Bogeda Mountains, Xinjiang
ZHAO Heng1,3, LI Yan-jie2,3, GUAN Bao-wen1,3, GUO Jian-ming1, ZHENG You-wei1,3, XU Shi-yang1,3, ZHENG Jian-jing1
(1.GansuKeyLaboratoryofOilandGasResources/KeyLaboratoryofOilandGasResourcesundertheChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,Gansu,China; 2.XishuangbannaTropicalBotanicalGardenundertheChineseAcademyofSciences,Mengla666303,Yunnan,China; 3.UniversityoftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)
The integration of petrological, trace element and rare earth element analysis for the Jurassic to the Palaeogene sedimentary rocks around the western Bogeda Mountains, Xinjiang shows that the source rocks of the sedimentary rocks should be derived from the upper crust, and consist dominantly of felsic rocks with the mixtures of andesitic and basic rocks. The tectonic settings of the provenance should be represented by the magmatic arcs and recycled orogens. The results of research in this study may provide essential provements for the study of tectonic evolution and attributes of the provenance of the Jurassic to the Palaeogene sedimentary rocks around the western Bogeda Mountains, and thus are of great significance to the oil and gas exploration in the Junggar Basin, Xinjiang.
western Bogeda Mountains; tectonic setting; provenance type; detrital composition; trace element and rare earth element analysis
1009-3850(2016)03-0066-11
2015-01-21; 改回日期: 2015-05-30
趙恒(1987-),男,碩士研究生,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè),含油氣構(gòu)造方向。E-mail:1031983157@qq.com
郭建明(1973-),男,博士,副研究員,從事構(gòu)造地質(zhì)研究。E-mail:gjm2001cn@yahoo.com
戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)“構(gòu)造作用對陸相頁巖物性及含氣性的影響”(Y413GJ1GJM)、中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程青年人才類重要方向項(xiàng)目(KZCX2-EW-QN112)、中國科學(xué)院西部行動計(jì)劃項(xiàng)目(KZCX2-XB3-12)、甘肅省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)(1309RTSA041)
P534.6
A