银额盆地物源分析

银额盆地物源分析

沉积物物源分析是盆地分析的重要内容，也是再现沉积物盆地发展和恢复古代环境的重要依据。研究区位于内蒙古自治区西部,前人认为石炭纪—二叠纪研究区为“两坳一隆”的沉积格局,并存在敦煌-阿拉善-狼山古陆和马鬃山-拐子湖中间隆起带2个物源区。笔者对研究区出露的石炭纪—二叠纪地层进行了大量的剖面实测和路线地质调查,采集了大量的薄片、重矿物等样品,利用重矿物资料、砂岩组分分析、沉积法及古水流测量来研究石炭纪—二叠纪沉积物的物源,有助于恢复研究区石炭纪小独山期—二叠纪紫松期的古地理面貌。1研究区地质背景银额盆地及邻区为晚古生代与中生代的叠合盆地,晚古生代石炭纪—二叠纪为裂谷盆地,可划分为4个二级构造单元,即黑鹰山-额济纳旗坳陷带、马鬃山-拐子湖中间隆起带、柳园-巴丹吉林坳陷带和巴彦诺日公陆相断陷带。研究区石炭纪—二叠纪为大范围的浅海陆棚相或碳酸盐岩台地相沉积,并伴有多期次的火山喷发,发育厚度巨大的火山岩,在相对稳定的阶段形成碎屑岩+碳酸盐岩建造。石炭纪—二叠纪地层记录了盆地形成、发展、消亡的完整沉积演化,晚石炭世小独山期—早二叠世紫松期为盆地发育的鼎盛时期。研究区地层涉及金塔、额济纳旗、哲斯等地层小区,不同程度地发育小独山期—紫松期地层,西部地层被命名为干泉组,东部被命名为阿木山组。干泉组主要出露于银额盆地西部及北山地区的碧云泉、碎石山西、甜水井北、黑鹰山、哈珠北、六驼山、大狐狸山、小狐狸山、乌登汗南西、珠斯楞南东、野马井、努尔盖等地(图1),厚度522~3678m不等,岩性横向变化大。以大狐狸山剖面为例,可分为2段:下段为灰色—灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩夹硅化灰岩透镜体(未见底);上段为一套海底喷发的中酸性火山岩,岩性为灰绿色英安岩、英安质凝灰熔岩角砾岩、安山质凝灰熔岩。阿木山组主要出露于银额盆地东部的乌兰敖包、乌力吉、264界碑、阿伦功、呼伦陶勒盖、保格切、恩格尔乌苏北、东德乌苏、乌兰冲吉、川吉哈达等地(图1),厚度856~3448m不等。以乌力吉剖面为例,可分为3段:下段为浅灰色长石砂岩、长石石英砂岩夹灰岩透镜体,局部夹含砾粗砂岩;中段为灰色—浅灰色中薄层灰岩、含生物灰岩夹藻灰岩、粉砂质泥岩、含砾砂岩和中薄层钙质长石砂岩;上段为灰绿色长石砂岩、长石杂砂岩、岩屑杂砂岩、泥质粉砂岩、褐红色薄层泥岩等。另外,在川吉哈达小独山期—紫松期地层为一套细碎屑岩,岩性主要为深灰色、灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹粉砂岩。2岩石母岩的特征重矿物一般耐磨蚀、稳定性强,能较多地保留其母岩的特征。碎屑岩中重矿物组合及其相对含量能有效地指示沉积物源与沉积环境,是分析沉积物形成的古环境和沉积物来源的可靠信息。2.1年代学带6个区野外地质调查过程中采集了大量重矿物样品,分析结果见表1。鉴定出的主要重矿物有锆石、金红石、磷灰石、石榴子石、电气石、铬铁矿、方铅矿、榍石等,另外还有少量的金属矿物、蚀变矿物、角闪石、辉石、重晶石等。依据各剖面主要重矿物的种类及含量,重矿物组合可划分为3个带6个区(图2):(1)北带西部,以碧云泉、碎石山西、甜水井北剖面为代表,重矿物组合为锆石+磷灰石+铬铁矿,有少量的石榴子石;(2)北带东部,以大狐狸山和小狐狸山剖面为代表,重矿物组合为锆石+磷灰石,有少量的石榴子石和电气石;(3)中带,以乌登汗剖面为代表,重矿物组合为锆石+磷灰石+电气石+金红石,有少量的石榴子石;(4)南带西部,以野马井剖面为代表,重矿物组合为磷灰石+锆石+电气石+金红石,有少量的石榴子石;(5)南带中部,以努尔盖和川吉哈达剖面为代表,重矿物组合为锆石+石榴子石+金红石+榍石+电气石+磷灰石,有少量的铬铁矿,与其它分区相比,有榍石出现;(6)南带东部,以乌兰敖包、乌力吉、264界碑、阿伦功和恩格尔乌苏北剖面为代表,重矿物组合为锆石+石榴子石+电气石+磷灰石+金红石,有少量的铬铁矿和方铅矿。2.2充填岩石学和矿物源不同的碎屑重矿物组合往往是不同母岩类型的反映,各区重矿物组合及含量存在明显差异,它们应来自不同物源区或来自多个源区,各剖面物源母岩类型见表2。综合考虑盆地周缘前石炭系物源区的地质特征,北带西部碎屑重矿物主要来源于酸性岩和高级变质岩,沉积物源可能来自马鬃山古隆起;北带东部碎屑重矿物主要来源于酸性岩、高级变质岩和低级变质岩,沉积物源可能来自切刀古隆起;中带碎屑重矿物主要来源于酸性岩、低级变质岩和基性岩,沉积物源来自切刀古隆起前石炭系侵入岩;南带西部碎屑重矿物主要来源于酸性岩、低级变质岩和基性岩,南带中部和东部碎屑重矿物主要来源于酸性岩、低级变质岩、高级变质岩和基性岩,说明西部沉积物源主要为敦煌-阿拉善-狼山古陆中酸性岩浆岩、中深变质结晶基底岩系和中晚元古代浅变质岩,东部和中部物源不仅来自敦煌-阿拉善-狼山古陆,还有来自马鬃山-拐子湖中间隆起带切刀古隆起的中酸性岩浆岩、基性侵入岩和低级变质岩。3盆地及源区的构造环境碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境。通过对砂岩样品中石英、长石、岩屑含量及砂岩的岩石学特征研究认为,岩屑成分可以反映物源区的母岩类型。3.1砂岩组成特征以实测剖面薄片鉴定资料为依据,以砂岩为重点,对岩石学特征进行分析和总结,统计结果见表3和图3。3.2矿物成分及构造环境研究区南部剖面具有石英含量和矿物成熟度较高的特点,以敦煌-阿拉善-狼山古陆为物源;中部剖面矿物成分差异大,石英含量由南向北逐渐降低,反映由南向北敦煌-阿拉善-狼山古陆作为物源的影响逐渐减小,也可能受马鬃山-拐子湖中间隆起带和敦煌-阿拉善-狼山古陆2个物源的共同影响;研究区北部剖面矿物成熟度极低,主要受马鬃山-拐子湖中间隆起带沉积物源的控制;有许多剖面的矿物成分成熟度低,是由于准同生期火山活动提供了大量火山岩岩屑所致。碎屑沉积物中岩屑的总体特征与母岩的性质、水体动力条件及搬运距离有关。各剖面岩屑成分详见表3,岩屑成分以火山岩及其火山碎屑岩岩屑为主,有少量的砂岩岩屑、硅质岩岩屑、灰岩碎屑、变质岩岩屑等,形状多为次圆状、次棱角状和不规则状。南部的乌兰敖包剖面含绢云母石英片岩碎屑、查古尔和尚丹剖面含有绢云母片岩或石英绢云母片岩碎屑,结合盆地周缘前石炭系物源区的地质特征,反映物源来自于南部的敦煌-阿拉善-狼山古陆,中部和北部的小狐狸山和阿伦功剖面含有少量千枚岩碎屑,反映物源应来自切刀古隆起,指示了中间隆起带的存在。4岩石学和地层图件的识别沉积法主要是根据盆地钻井、测井、地震等资料,经过详细的地层对比与划分,做出某时期的砂岩和砾岩的百分比等值线图、地层等厚图、沉积相展布图等相关图件来推测物源区的相对位置。其中砂岩百分比等值线图和砾岩百分比等值线图最能反映物源的方向,一般来说,沿着古水流的方向,砂砾岩含量逐渐减小,泥岩含量增多。4.1小妇人山和盆地内砾岩的配比和组成根据实测剖面及1∶20万地质报告资料(1)-(7)(表4),对研究区地层中的砂砾岩含量进行统计,做出研究区砂岩和砾岩的百分比等值线图(图4),用来判断古流向的大致方向。从图4和表4中可以看出,南部的努尔盖和北部的小狐狸山剖面,砾岩百分比最高,分别达到62.7%和52.8%,另外乌兰敖包砾岩百分比含量也达到26.4%,向盆地内部砾岩百分比逐渐减小。恩格尔乌苏、保格切、乌兰冲吉、乌登汗南西、珠斯楞南东、野马井剖面砂岩百分比含量都超过80%,向盆地内部砂岩百分比逐渐减小,泥岩百分比逐渐增大,川吉哈达和东德乌苏泥岩百分比超过50%。综合分析认为,研究区存在3个物源,分别为敦煌-阿拉善-狼山古陆、切刀古隆起和研究区北部物源(蒙古国境内)。4.2盆地内部物源物源研究为相带划分提供依据,同时相带划分可以反证物源方向。厚层砾岩尤其是厚层复成分砾岩可以反映盆地边缘沉积。从野外剖面发现,盆地发育边缘相沉积,如在努尔盖剖面底部发育2套砾岩沉积,累积砾岩厚度达296m,砾石为次圆状,分选差,大小混杂,反映为近源冲积扇沉积,物源来自于南部物源区的敦煌-阿拉善-狼山古陆(图5-a);另外北部的小狐狸山剖面发育838m厚的砾岩,有可能来自研究区北部物源(蒙古国境内)(图5-b)。5当前水流测量5.1地层产状及古水流方向剖面的第39层为砾岩,砾石成分以石英和酸性火山岩为主,地层产状为185°∠39°,统计的砾石产状见表5,经统计软件校正作玫瑰花图(图6),古水流方向为由北向南,说明小狐狸山干泉组的物源来自于研究区北部(蒙古国境内)。5.2石榴产状及物源剖面的第35层见有少量的扁平砾石作定向排列,地层产状为210°∠50°,砾石成分为石英质和英安质,统计的砾石产状见表6,经统计软件校正作玫瑰花图(图7),古水流方向为由NE向SW,说明碎石山西干泉组的物源来自于NE方向,可能和小狐狸山剖面为同一物源,进一步证明研究区北部还存在1个物源(蒙古国境内)。6物源区和研究区的划分综合分析各方法得出的物源区(图8),其中,北带西部重矿物显示物源可能来自马鬃山古隆起,但碎石山西剖面古水流测量显示物源来自研究区北部(蒙古国境内)。综合分析认为,北带西部物源可能为马鬃山古隆起和研究区北部物源(蒙古国境内)的双重物源;北带东部重矿物显示物源可能来自切刀古隆起,另外北带东部的小狐狸山剖面薄片鉴定有千枚岩碎屑,也说明物源可能来自切刀古隆起,但是根据砂岩、砾岩百分比等值线及小狐狸山剖面古水流测量,认为物源来自研究区北部(蒙古国境内),北带东部物源可能为研究区北部物源(蒙古国境内)和切刀古隆起的双重物源;中带物源主要来自马鬃山-拐子湖中间隆起带;南带西部物源主要来自于敦煌-阿拉善-狼山古陆;南带中部和东部重矿物分区、砂岩和砾岩百分比等值线都显示受敦煌-阿拉善-狼山古陆和切刀古隆起的双重影响,另外南带东部的乌兰敖