張?jiān)骑w 劉淑文 劉云華 夏昭德 高曉峰 查顯峰 范媛媛

摘? ?要：通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查、沉積巖石學(xué)、巖相學(xué)、粒度分析和C-O同位素等研究手段，查明東溝組沉積特征和沉積環(huán)境。準(zhǔn)噶爾盆地南緣晚白堊世東溝組為一套陸上碎屑沉積，巖石顏色主要為磚紅色，巖性以礫巖、砂巖和粉砂巖為主，沉積環(huán)境為辮狀河沉積。河床亞相水動(dòng)力較強(qiáng)，沉積較多粗碎屑物質(zhì)，泛濫平原亞相水動(dòng)力較弱，多沉積細(xì)碎屑物質(zhì)，物源來(lái)自再旋回造山帶和晚古生代巖漿弧。東溝組礫巖多集中分布在東溝組中部，該時(shí)期北天山抬升較快，剝蝕搬運(yùn)較多粗碎屑物，東溝組巖石在溫度較高條件下固結(jié)成巖。準(zhǔn)噶爾盆地南緣晚白堊世東溝組沉積填充特征及環(huán)境分析，為研究晚白堊世沉積演化特征提供了依據(jù)，并為準(zhǔn)噶爾盆地與北天山盆山耦合關(guān)系提供了翔實(shí)資料。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)噶爾盆地南緣;晚白堊世;東溝組;地層特征;沉積環(huán)境;辮狀河相

東溝組主要分布于準(zhǔn)噶爾盆地南緣昌吉-沙灣縣之間的天山山前第一排構(gòu)造或單斜帶上，南安集海以西缺失，在烏魯木齊市以東，主要分布于阜康縣水磨河以西、古牧地構(gòu)造西南翼[1]。白堊紀(jì)晚期全球氣候發(fā)生大規(guī)模變化，準(zhǔn)噶爾盆地南緣整體變得炎熱干燥[2]。東溝組位于上白堊統(tǒng)，處于白堊系和古近系分界處，以磚紅色碎屑沉積為主。沉積相類型以沖積扇和辮狀河沉積為主，為干旱的陸上氧化環(huán)境[3-7]。晚白堊世準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)活躍，沉積于該時(shí)期的東溝組僅發(fā)育于盆地南緣，由西南向東北超覆沉積，南緣中部較厚，東西部部分缺失[7-9]。

本文對(duì)該區(qū)域東溝組巖石學(xué)特征、沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等進(jìn)行總結(jié)，劃分沉積相，確定沉積環(huán)境。為研究準(zhǔn)噶爾盆地南緣晚白堊世沉積演化特征提供依據(jù)，并為研究盆山耦合帶提供了翔實(shí)資料。

1? 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣，北天山山前沖斷帶，經(jīng)歷海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)多期構(gòu)造變形改造和疊加（圖1）[10]。準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前以喜馬拉雅期為主的多旋回山前凹陷，屬北天山山前坳陷沖斷帶，為一大型持續(xù)沉積坳陷，經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。受燕山期和喜山期兩幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，尤其是喜馬拉雅末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，主要以擠壓變形為主，褶皺、斷裂較發(fā)育。北天山向北擠壓推覆，使準(zhǔn)噶爾盆地南緣在平面構(gòu)造帶上具南北分帶、東西分段特征，垂向上構(gòu)造變形具一定差異性[11-13]。構(gòu)造特征在平面上具東西性，分為西段、中段和東段，分別以奎屯東斷裂和烏魯木齊為界[9]。研究區(qū)主要位于中段，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育侏羅系、白堊系、古近—新近系和第四系，構(gòu)造線呈近EW向或NWW向展布[9]。

2? 剖面特征

研究區(qū)內(nèi)東溝組主要分布在昌吉南側(cè)呼圖壁河沿岸和齊古背斜兩側(cè)，呈NWW向展布。野外調(diào)查及遙感影像上以磚紅色礫巖、砂巖和粉砂巖為主。雀兒溝發(fā)育有出露較好的東溝組，東溝組底部出露有磚紅色砂巖。下伏地層為勝金口組青灰色粉砂巖和紅褐色泥巖，二者呈角度不整合接觸，缺失連木沁組;上覆地層為安集海河組青灰色粉砂巖和紅褐色粉砂質(zhì)泥巖，二者為平行不整合接觸，缺失紫泥泉子組。據(jù)野外實(shí)測(cè)剖面數(shù)據(jù)，繪制準(zhǔn)噶爾盆地南緣雀兒溝東溝組實(shí)測(cè)剖面圖（圖2）。

3? 巖石學(xué)特征

3.1? 巖石類型

東溝組巖石主要以磚紅色為主，夾青灰、紅褐色和少量黃褐色，巖性主要為礫巖、砂巖和粉砂巖，夾泥巖，含有鈣質(zhì)結(jié)核，部分礫巖和砂巖呈透鏡狀分布（圖3）。下部主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，碎屑粒度0.05～0.25 mm，分選中等。碎屑多呈棱角-次棱角狀，磨圓差，石英、長(zhǎng)石和巖屑各占總成分的30%左右，填隙物主要為粘土質(zhì)雜基，少量鈣質(zhì)膠結(jié)物，顆粒支撐，接觸式膠結(jié);上部主要為巖屑砂巖，碎屑粒度0.1～0.25 mm，分選中等，碎屑多呈次棱角狀，磨圓中等，石英、長(zhǎng)石和巖屑分別占總成分的20%±、5%±、65%±，填隙物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)物，雜基支撐，基底式膠結(jié)。砂巖中發(fā)育平行層理和斜層理。礫巖礫石分布較雜亂（圖3-e，h），少量礫石中有弱的定向排列，粒徑2～20 mm，碎屑物質(zhì)分選中等，磨圓一般，次棱角-次圓狀，填隙物為鈣質(zhì)膠結(jié)，由方解石組成，呈他形粒狀，雜基支撐。粉砂巖主要為陸源碎屑和粘土質(zhì)（圖3-i），陸源碎屑由石英、長(zhǎng)石、巖屑、黑云母、白云母組成，磨圓較差，呈次棱角狀-次圓狀，為0.005～0.05 mm，雜亂分布。粉砂巖和泥巖中發(fā)育水平層理。

東溝組礫巖中礫石成分主要為巖漿巖和沉積巖，變質(zhì)巖極少，在總礫石中占比分別為59%±、39%±、2%±。巖漿巖主要為花崗斑巖和凝灰?guī)r（圖3-j，k）;沉積巖主要為粉砂巖、砂巖、少量硅質(zhì)巖和灰?guī)r（圖3-l）。砂巖中石英含量較低，小于30%，單晶石英含量大于多晶石英;長(zhǎng)石含量變化較大，為5%～30%;巖屑含量占碎屑顆粒成分的57%～72%，主要以火山巖巖屑為主，約占總巖屑的55%～77%，次為沉積巖巖屑，占總巖屑的22%～43%，變質(zhì)巖巖屑極少。物源區(qū)主要為再旋回造山帶和巖漿?。▓D4）。

3.2? 沉積結(jié)構(gòu)

碎屑的分選、磨圓、膠結(jié)類型是對(duì)結(jié)構(gòu)的綜合反映，碎屑顆粒粒度分析可判斷砂巖中顆粒粒度的差異性[16-18]，反映沉積的水動(dòng)力條件。為此，對(duì)東溝組砂巖進(jìn)行粒度分析，表1為東溝組砂巖粒度分析數(shù)據(jù)。從表中可看出，砂巖平均粒徑（Mz）為粒度分布集中趨勢(shì)范圍，反映沉積過(guò)程中介質(zhì)的平均動(dòng)能，如水動(dòng)力的強(qiáng)弱[19-20]。東溝組砂巖平均粒徑為1.97～4.10 Φ，平均3.04 Φ。該值越小，反映沉積物顆粒粒徑越大，代表沉積時(shí)水動(dòng)力條件越強(qiáng)，東溝組砂巖整體粒度較粗。標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）表示沉積物分選性的好壞，可反映沉積環(huán)境[16-17]。東溝組砂巖標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）為0.54～1.07，平均0.83，0.71≤σ1≤1.00，代表分選中等[21]。砂巖樣品平均粒徑（Mz）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）具負(fù)相關(guān)性，粒徑越粗，沉積物顆粒分選性越差。樣品偏度（SK1）均大于0，具正偏態(tài)特征，說(shuō)明沉積物以粗組分為主。

3.3? 沉積構(gòu)造

準(zhǔn)噶爾盆地南緣野外剖面沉積類型豐富，保存較完整，對(duì)該地區(qū)沉積相和沉積環(huán)境的識(shí)別具重要作用（圖5）。礫巖中少量礫石具弱的定向排列，礫巖底部有沖刷面。砂巖中主要發(fā)育平行層理、斜層理和楔形交錯(cuò)層理。粉砂巖和泥巖主要發(fā)育水平層理。部分較粗的碎屑巖以透鏡體方式存在于較細(xì)碎屑巖中，如砂巖或礫巖透鏡體。

4? C-O同位素分析

沉積巖氧同位素組成一般與原始碎屑物質(zhì)和自生沉積礦物含量有關(guān)[22]。東溝組灰?guī)r和鈣質(zhì)砂巖、礫巖膠結(jié)物中方解石的δ13C變化為-8.3‰～

-4.5‰，平均-5.78‰，碳主要來(lái)源于淡水。

古鹽度? 基斯通過(guò)對(duì)δ13CV-PDB和δ18OV-PDB數(shù)值分析，提出使用方程式區(qū)分咸水和淡水碳酸鹽巖[23]：

Z=2.048×（δ13CV-PDB+50）+0.498

×（δ18OV-PDB+50）…（1）

由表2可知，東溝組樣品中Z值為104.97～114.73，小于120，表明當(dāng)時(shí)主要為大氣淡水成巖環(huán)境[24]。

古溫度? 水體溫度對(duì)δ18O影響較大，鹽度不變時(shí)，δ18O與溫度呈負(fù)相關(guān)，運(yùn)用古溫度計(jì)算修正公式初步計(jì)算[25-26]：

T=16.9-4.38×（δ18O校正+2.8）+0.1×（δ18O校正+2.8）2

…（2）

東溝組樣品成巖時(shí)期古溫度為29.46 ℃～57.74 ℃，反映當(dāng)時(shí)成巖溫度較高。通過(guò)此公式計(jì)算出的結(jié)果可能與當(dāng)時(shí)實(shí)際情況有誤差，僅大體反映成巖溫度。東溝組巖石是在溫度較高的條件下固結(jié)成巖的。

5? 沉積相和沉積環(huán)境分析

5.1? 沉積相

結(jié)合野外實(shí)測(cè)剖面巖性組合、沉積構(gòu)造和沉積序列，將研究區(qū)晚白堊世東溝組沉積相劃分為辮狀河相沉積，進(jìn)一步劃分為河床沉積和泛濫平原沉積兩個(gè)亞相（圖6）：①河床沉積亞相。巖性主要為礫巖、含礫砂巖和砂巖等粗碎屑，底部有沖刷面，碎屑粒度較大，分選性較差，具河床滯留沉積，少量礫巖和含礫砂巖呈透鏡狀產(chǎn)出，礫石具弱的定向排列。向上為心灘，由底至頂為礫巖、含礫砂巖、砂巖，少量粉砂巖和泥巖，見(jiàn)斜層理、平行層理;②泛濫平原沉積亞相。巖性主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖等細(xì)碎屑沉積物，發(fā)育水平層理，從下至上粒度逐漸減小。

5.2? 沉積環(huán)境

東溝組巖石顏色以磚紅色為主，為典型陸上紅色地層，代表干燥炎熱的氧化環(huán)境[1]。東溝組中礫巖鈣質(zhì)膠接物占比較高，鈣質(zhì)結(jié)核較發(fā)育，反映當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為炎熱氣候。由于氣候炎熱干燥，河流一般為季節(jié)性河流[27]。水流增大時(shí)，水動(dòng)力增強(qiáng)，沉積物以礫巖和砂巖等粗組分為主;水流減弱時(shí)，水動(dòng)力減弱，沉積物以粉砂巖和泥巖等細(xì)組分為主，形成礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖的多期旋回。盆地南緣東溝組沉積時(shí)期，沉積環(huán)境未發(fā)生較大變化，天山的隆升使剝蝕搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)粒度不同，形成多期旋回。

晚白堊世準(zhǔn)噶爾盆地東溝組分布不廣泛，僅分布在南緣，其他區(qū)域缺失，說(shuō)明當(dāng)時(shí)準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈[28]。晚白堊—始新世，北天山隆升主要位于頭屯河和烏庫(kù)公路后峽地區(qū)[1]。東溝組中沉積有較多礫巖且層位較厚，砂巖粒度分析證明當(dāng)時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)，反映當(dāng)時(shí)北天山隆升速率較快。天山的隆升使準(zhǔn)噶爾盆地湖盆范圍縮小。研究區(qū)處于前陸盆地，沉積環(huán)境由早白堊世濱淺湖相轉(zhuǎn)為晚白堊世辮狀河相，屬陸相沖積環(huán)境。

5.3? 物源分析

該區(qū)物源主要來(lái)自再旋回造山帶和巖漿?。▓D4）。由于天山地區(qū)中生代不存在巖漿弧，巖漿弧應(yīng)為天山地區(qū)晚古生代巖漿弧。東溝組礫巖中礫石成分有花崗斑巖、凝灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖等。據(jù)李忠劃分的礫石成分及天山的主要物源歸屬[29]，東溝組礫石中花崗巖物源歸屬為前石炭系或前中生界結(jié)晶基底，中基性火山巖、砂巖和粉砂巖物源歸屬為石炭—二疊系和中生界蓋層。據(jù)萬(wàn)靜萍建立的沖積扇沉積中礫石直徑與搬運(yùn)距離關(guān)系式[30]：H=69.7-26.3 lnG，（H——搬運(yùn)距離，km;G——平均礫石直徑，cm），野外多個(gè)礫巖層礫石統(tǒng)計(jì)得出平均粒徑為2.12 cm，計(jì)算出搬運(yùn)距離為49.9 km。由于東溝組物源來(lái)自北天山，通過(guò)北天山地層展布，將其與礫石搬運(yùn)距離將結(jié)合，認(rèn)為花崗斑巖可能來(lái)自天格爾地區(qū)[31];凝灰?guī)r可能來(lái)自下石炭統(tǒng)齊爾古斯套組和上石炭統(tǒng)前峽組;砂巖和粉砂巖可能來(lái)自二疊—下三疊統(tǒng)倉(cāng)房溝群和中—上三疊統(tǒng)小泉溝群;灰?guī)r可能來(lái)自上泥盆統(tǒng)天格爾組;硅質(zhì)巖可能來(lái)自下石炭統(tǒng)齊爾古斯套組和上石炭統(tǒng)前峽組[32]。

6? 結(jié)論

（1） 準(zhǔn)噶爾盆地南緣東溝組巖石顏色主要以磚紅色為主，夾青灰、紅褐色和少量黃褐色。巖性主要為礫巖、砂巖和粉砂巖，夾泥巖，含有鈣質(zhì)結(jié)核。砂巖碎屑的結(jié)構(gòu)和成分成熟度低，反映沉積地層離物源較近。

（2） 準(zhǔn)噶爾盆地南緣東溝組沉積相主要為辮狀河沉積，可進(jìn)一步劃分為河床沉積和泛濫平原沉積兩個(gè)亞相，沉積構(gòu)造主要有河床滯留沉積、沖刷面、水平層理、平行層理、交錯(cuò)層理。

（3） 準(zhǔn)噶爾盆地南緣雀兒溝東溝組沉積環(huán)境為炎熱干燥的陸上氧化環(huán)境，是在溫度較高條件下固結(jié)成巖。物源區(qū)主要為再旋回造山帶和晚古生代巖漿弧，具體可能是來(lái)自上泥盆統(tǒng)天格爾組的灰?guī)r，下石炭統(tǒng)齊爾古斯套組的凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖，上石炭統(tǒng)前峽組的凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和二疊系、三疊系的砂巖、粉砂巖，天格爾地區(qū)的花崗斑巖。

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Sedimentary Filling Characteristics and Environmental Analysis of Late Cretaceous Donggou Formation in Southern Margin of Junggar Basin

Zhang Yunfei1， Liu Shuwen1， Liu Yunhua1， Xia Zhaode1， Gao Xiaofeng2， Zha Xianfeng2，F(xiàn)an Yuanyuan1

（School of Earth Science and Resources， Chang'an University， Xi'an， Shaanxi， 710054， China; Xi'an Center

of China Geological Survey， Xi'an， Shaanxi， 710054， China）

Abstract： Through field investigation， sedimentary petrology， lithofacies， grain size analysis and C-O isotope， the sedimentary characteristics and sedimentary environment of Donggou Formation are identified. The Late Cretaceous Donggou Formation in the southern margin of Junggar Basin is a set of onshore clastic deposits. The rock color is mainly brick red. The lithologies are mainly conglomerate， sandstone and siltstone. The sedimentary environment is braided river deposits. The river bed subfacies has strong hydrodynamic force and more coarse clastic materials. The flood plain subfacies has weak hydrodynamic force and more fine clastic materials. The provenances are recycled orogenic belt and Late Paleozoic magmatic arc. The conglomerates of the Donggou Formation are mostly concentrated in the middle of the Donggou Formation， indicating that the northern Tianshan uplifted rapidly during this period， and eroded and transported more coarse clastic materials. The rocks of Donggou Formation are consolidated under high temperature. Sedimentary filling characteristics and environmental analysis of the Late Cretaceous Donggou Formation in the southern margin of Junggar Basin provide a basis for studying the sedimentary evolution characteristics of Late Cretaceous and detailed data for the coupling relationship between Junggar Basin and North Tianshan Basin.

Keywords：? Southern margin of Junggar Basin; Late Cretaceous; Donggou Formation; Stratigraphic characteristics; Sedimentary environment; Braided river facies