新疆北山南部地区石炭-二叠纪岩石地层单位厘定

新疆北山南部地区石炭-二叠纪岩石地层单位厘定

新疆北缘山缘与罗布泊接壤，自然环境非常恶劣，地质调查和研究水平很低。到目前为止，面积超过120万，仍有许多差距。“文化大革命”期间，国家“三武”项目办公室配合区域地质勘探，在该地区部署了多个研究项目，进一步加深了该地区的基础地质研究水平。但是,对于该地区大面积发育的石炭-二叠纪地层(图1)未作专门的调查研究工作,工作基础较为薄弱,区域地层方面还存在诸多问题,主要表现在地层单位使用不够统一,部分地层时代还有争议,建立的地层层序还有待修改完善等。2002年随着新疆北山南部地区1∶25万笔架山幅区调修测项目的开展,笔者有机会对这一地区石炭-二叠纪地层进行调查研究,系统的收集到了岩石类型及其组合形式、基本层序构成、接触关系性质、岩石地层叠覆特征及区域变化特点、沉积构造和古生物化石等资料,进行了系统的分析和对比研究,依据收集的资料、并结合前人研究成果(张二朋等,1977;新疆地矿局,1997,1993),较合理的厘定了新疆北山南部地区的岩石地层单位和地层序列,在此基础上探讨了该地区晚古生代沉积盆地性质和沉积环境演化历史。笔者是在项目综合地质报告基础上撰写而成,属集体劳动成果。1区域层研究历史和发展新疆北山南部地区区域地层研究有着较长的历史,不同研究者对该地区地层单位划分认识还不统一,其划分沿革情况如表1。1.1石炭系的起源1959年,新疆地质局第一区测大队首次确定了新疆境内北山地区石炭系的存在,随后多家单位对该区石炭纪地层进行了研究,采集了大量生物化石,确定了早石炭世晚期,中—晚石炭世和晚石炭世地层的存在。1966年,甘肃第一区测队创名建立了下石炭统红柳园组,发现有早石炭世的珊瑚、腕足等标准化石分子;1979年新疆第一区调队沿用红柳园组,并对新疆北山石炭系进行了划分研究;本项目沿用红柳园组一名。1973年,甘肃第二区测大队于敦煌青墩峡乡东创名中石炭统石板山组,采集有中石炭世的1979年,新疆地质局区测大队十一分队梁云海等在1∶20万白玉山幅区调中创名胜利泉组,在库木库都克幅中发现了晚石炭世的1973年,甘肃区测二队于敦煌青墩峡西创名干泉群,时代为晚石炭世;1990年王增吉改称干泉组;1999年《新疆维吾尔自治区岩石地层》认为新疆区测大队1979年所建上石炭统盐滩组与甘肃区测二队创立的干泉组完全吻合,应弃用盐滩组,采用干泉组一名,并指出新疆一区调原建矛头山组上部的火山岩应归属干泉组,下部火山岩归红柳园组,废弃矛头山组;本报告沿用干泉组一名,据岩性组合将测区的干泉组划分为下、中、上3段,总体构成一复式向斜。1.2叠统红柳河组地层划分1959年,新疆第一区测大队陶钧政等在哈密沙泉子地区红柳河南1612高地附近创建红柳河岩系,归早二叠世并分为3个亚系;1979年新疆区测大队在哈密白山南与白玉山一带厘定出下二叠统红柳河组;1991年新疆地研所张致民、吴绍组将该套地层划归下二叠统红柳河组,并划分为3个亚组;1999年《新疆维吾尔自治区岩石地层》将北山该套地层划分为早二叠世红柳河组,并分为两个亚组;本次区调沿用红柳河组一名,据岩性组合将该组分为上、下两部分。1979年,1∶20万白玉山幅区调将北带二叠纪地层划分为上二叠统骆驼沟组,南带二叠纪地层划分为下二叠统因尼卡拉塔格组;1999年新疆地层清理认为,南、北两带二叠系岩石组合特征有共同之处,建议停止使用立名较早的因尼卡拉塔格组,统称骆驼沟组,笔者沿用骆驼沟组一名,时代厘定为中二叠世,置于红柳河组之上。2岩石地层单位厘定和地层单位调查研究区地处多个构造单元结合部位,构造作用强烈,岩浆活动频繁,使得石炭-二叠纪地层受到不同程度的改造,总体表现为浅变质、强变形特征,面理置换较为强烈,对岩石地层单位厘定和地层层序建立造成一定困难。1∶25万笔架山幅区调根据古生物化石、构造解析和地层层序恢复及沉积环境演化历史等资料,对石炭-二叠纪地层进行了重新厘定,从老到新(自下而上)依次为早石炭世红柳园组、晚石炭世石板山组、胜利泉组、干泉组(包括下、中、上3段)、早二叠世红柳河组、中二叠世骆驼沟组,现将各岩石地层单位主要特征由早到晚详述如下。2.1基性岩质岩岩石学特征大面积分布于菊花山-淤泥河凹地南、北两侧,呈不规则带状SWW—NEE向展布,其上被二叠系、古近—新近系不整合覆盖,多被华力西期侵入岩侵位蚕蚀,为一套浅变质碎屑岩-火山岩-碳酸盐岩建造。据岩性组合特征可划分为上、下两部分。上部为灰色灰岩、生物灰岩夹砂岩、页岩,灰岩之下部见有透镜状鲕状赤铁矿;该套地层沿走向变化大,向西灰岩相变为钙质粉砂岩、钙质板岩,并且火山岩增多,在笔架山一带被安山玢岩、凝灰岩、凝灰质砂岩夹灰岩所代替。淤泥河北侧灰岩中含大量珊瑚化石,主要种属有HeterocaniniatholusiabulataYabeetHayasaka(穹隆横床异犬齿珊瑚),KueichouphyllumsinenseYu(中国贵州珊瑚),YuanophyllumlongiseptatumYuetal.(长隔壁袁氏珊瑚)等。下部岩性组合主要为灰绿色糜棱岩化砾岩、砂砾岩、变质细砂岩、粉砂岩(千枚岩),夹凝灰岩、铁碧玉团块、玄武岩、磁铁矿透镜体;西部由于受侵入岩侵位影响而变质较深,为灰一灰绿色绢云石英片岩、千枚岩,黑云石英片岩等。2.2积旋回组成分布于调查区的三峰山-小黑山一带,呈带状沿SW-NE方向展布,与下伏红柳园组和上覆胜利泉组均以S该组岩性组合沿走向有一定变化,东段(小黑山一带)剖面上主要由多个沉积旋回组成,每个旋回基本层序自下而上为浅灰色中厚层状变质岩屑砾岩、变含砾粗粒长石岩屑杂砂岩、变粗-中粒长石岩屑砂岩,顶部一般为灰色含凝灰质粗-中粒长石岩屑砂岩、粉砂岩,局部夹黄绿色、绿色蚀变阳起石岩、蚀变安山岩等;西段(三峰山-高尖一带)变质程度稍高,火山岩夹层明显增加,上部为灰色二云母石英千枚岩、变不等粒岩屑长石杂砂岩、劈理化变质细-粉砂岩,夹少量灰绿色蚀变玄武岩和透镜状硬锰矿层,下部为灰色二云母石英千枚岩、黑云母石英千枚岩、劈理化变质中-细粒岩屑长石杂砂岩、变质岩屑砾岩,夹灰绿色蚀变玄武岩等。2.3深灰色基细砂质千完全岩组分布于调查区骆驼峰北-双坪包-淤泥河一线,呈西宽东窄带状沿SW-NE方向展布于石板山组东南侧,两者之间现以S岩性组合在区域上有一定变化,东段(小黑山南-淤泥河一带)为深灰色-灰黑色粉砂质千枚岩夹互浅灰色中薄层状变细粒岩屑长石杂砂岩、夹少量变质含泥硅质岩和凝灰岩,为韵律型基本层序,发育鲍玛序列的D、E段,常见水平层理、小型波状沙纹层理;西段(骆驼峰北-双包坪一带)主要为灰黑色-深灰色薄层状细砂岩夹(互)粉砂质千枚岩、碳质板岩、夹同色中薄层状含黄铁矿砂质灰岩、泥质灰岩,发育水平层理和小型波状沙纹层理。上述资料说明,该套地层岩性组合沿走向有一定变化,由东向西砂质、钙质含量增加、泥质含量减少,总体反映了深海-半深海还原沉积环境,东部海水相对较深,西部海水相对较浅。2.4晚石碳世界干泉群c出露于调查区骆驼峰南-黑山口-矛头山一带,呈西窄东宽的带状沿SWW—NEE方向展布于胜利泉组南侧,两者之间现以S2.4.1火山碎屑岩夹翠绿色-鲜绿色变质安山质凝灰岩、凝灰质砂岩、夹杏仁状玄武岩、安山岩、安山质熔结凝灰角砾岩、磁铁石英岩透镜体和薄层状生物碎屑泥晶灰岩等,向西相变成火山碎屑岩夹互中-基性火山熔岩。在弱变形域见凝灰岩夹细碎屑岩中发育水平层理;灰岩中含腕足、珊瑚、2.4.2制成林岩的类型灰绿色、暗绿色蚀变玄武岩、杏仁状玄武岩、杏仁状安山岩、蚀变安山岩、安山质玄武岩、安山质熔结凝灰岩、安山质熔结角砾岩,夹灰白色中薄层生物碎屑结晶灰岩,其中灰岩中含2.4.3基性火山岩沉积相灰绿色、紫红色复成分砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、细粒岩屑长石砂岩、粉砂质千枚岩,夹灰绿色玄武岩、杏仁状玄武岩、杏仁状安山岩、安山质晶屑凝灰岩、安山质火山角砾凝灰岩,薄层生物碎屑灰岩等,剖面上该段由多个自下向上由粗变细的旋回型基本层序组成,砾岩中发育正粒级层理,灰岩中含头足类化石。2.5中二叠统骆沟组分布于调查区北部边缘,近东西向带状展布,与相邻地质体多以脆韧性剪切带接触,在图幅北邻的马蹄山南及骆驼沟一带超覆不整合于奥陶系、志留系之上,其上又被中二叠统骆驼沟组不整合覆盖。据岩性组合将该组分为上、下两部分。下部主要为黄绿色-紫红色凝灰质砾岩、凝灰质砂岩、凝灰岩,夹玄武岩、生物碎屑灰岩透镜体等,沿走向向西相变为中酸性火山岩,薄层灰岩中含腕足化石;上部主要为灰绿色-暗绿色玄武玢岩、安山玢岩、安山岩、杏仁状细碧岩,凝灰岩及凝灰质熔结角砾岩,夹细粒长石石英杂砂岩,火山岩中含铁碧玉团块及条带,向东在图外相变为砂岩、粉砂岩、灰岩不均匀互层。2.6地层组合及沉积体系调查区主要沿两个带出露,北带位于调查区东北角,覆于红柳河组之上;南带断续出露于险峰南、黑山口南和矛头山南的1098高程点附近,覆于石炭系干泉组之上,有的地段为不整合接触,有的地段为断层接触,为一套碎屑岩-碳酸盐岩建造。调查区内该组岩性组合主要为一套粗碎屑岩,南、北两带略有差异。北带下部为淡绿色片理化安山质晶屑凝灰岩、含安山质火山角砾岩屑晶屑凝灰岩、夹中粒岩屑长石砂岩;上部由多个旋回型基本层序组成,自下而上岩性分别为紫红色-淡绿色复成分砾岩、砂砾岩、含砾粗—中粒岩屑长石砂岩、粉砂岩等;总体反映了进积型沉积特征;南带岩性组合主要为紫红-黄绿色砾岩、砂砾岩、岩屑长石砂岩、粉砂岩夹薄层灰岩和灰岩透镜体,剖面上由多个旋回型基本层序组成,沉积构造发育,主要有正粒级层、冲刷-充填构造等;灰岩中含较丰富的腕足、腹足及3基性火山岩岩石地球化学特征调查区总体上属新疆北山晚古生代盆地西部,石炭-二叠纪地层分布广泛,岩石类型复杂,岩相变化明显,沉积物颜色主要为紫红色夹灰绿色,陆源碎屑物为成熟度较低的石英和长石,显示了氧化条件、近源、快速堆积的陆内裂谷盆地沉积特征(刘肇昌,1985),火山岩以基性岩和酸性岩紧密共生(双峰式)为特征,基性火山岩岩石地球化学特征类似于大陆裂谷拉斑玄武岩。依据建造特征、沉积构造和基本层序初步恢复其岩相古地理环境为滨浅海相、半深海相和海陆交互相3种类型(陈建强等,1998),发育两个较为完整的海进→海退沉积旋回(表2),现按岩石地层单位形成的先后由早到晚叙述如下。3.1拉张扩展、滤波研究区早石炭世开始,调查区出现新的大规模拉张(成守德等,2000),北山陆内裂谷自东向西拉张扩展、波及调查区,使调查区卷入了裂谷构造活动之中。随着拉张裂解作用继续,白地洼-淤泥河和小黑包-平梁子一线分别形成裂谷盆地,持续的拉张裂解使沉积盆地由浅→深,火山活动由弱→强,发育滨浅海相的陆源碎屑岩-碳酸盐岩-火山岩建造(红柳园组),总体属退积型沉积序列。3.2岩石学和构造环境晚石炭世早—中期随着裂解作用进一步加强,裂谷海盆深度明显加大,主要沉积了一套浅海-半深海相的细碎屑岩(石板山组、胜利泉组),具有复理石建造特征,总体为加积型沉积序列,火山活动相对较弱,代表了宁静的还原环境;晚石炭世中晚期,随着区域应力由拉张转换为挤压,裂谷海盆收缩,海水明显变浅,但火山活动变得异常活跃,主要沉积了一套滨浅海-海陆交互相碳酸盐岩-火山岩-碎屑岩建造(干泉组),总体为进积型沉积序列,火山喷发主要表现为线状裂隙式,早期为爆发相,晚期为溢流相;晚石炭世晚期随着华力西中期构造运动发生,强烈的挤压作用使得石炭纪裂谷海盆闭合(周守氵云,2000),总体表现为浅(低绿片岩相)变质、强变形特征,发育多条产状北顷、由北向南的高角度韧性-脆韧性推覆剪切带(彭希龄,1998),主要构造形迹有线状紧闭同斜褶皱、剪切流变褶皱、无根褶皱,发育区域透入性构造面理;与此同时,受强烈挤压作用,地壳中下部部分物质熔融,大量中酸性岩浆侵位,北山裂谷带发育小长山-平梁子岩体群、三峰山-小黑山岩体群、因克卡拉塔格岩体群等,主体显示挤压型、地壳重熔型花岗岩特征(夏林圻,2002;徐学义,2005),与这一阶段裂谷闭合关系密切;与此同时,石炭纪地层发生低绿片岩相的区域低温动力热流变质,局部地段形成变质沉积型铁矿,该期变质作用还使前寒武纪中深变质岩系发生退变质作用;另一方面,在大青山-矛头山强变形带,伴随着强烈挤压推覆构造作用,成矿元素-金活化,形成矿化热液,在剪切带附近迁移、聚集、沉淀,形成韧性剪切带型的金矿(周济元,2000;肖序常,1992;张旺生,1992)。3.3裂谷海盆期20世纪20-20年代早二叠世开始,随着区域应力由挤压转为拉张,调查区及相邻地区出现新的拉张裂解,与石炭纪相比其裂解范围相对较小(韩玉玲,2000),在菊花山-笔架山北一线形成裂谷海盆,此时环境更为动荡,火