哈密盆地北部下二疊統(tǒng)伊斯蘭稀土組盆地演化及大地構(gòu)造背景

哈密盆地北部下二疊統(tǒng)伊斯蘭稀土組盆地演化及大地構(gòu)造背景

從新元古代末到早古生代初，由于古代土地的解體，哈薩克斯坦板塊分離并形成了準(zhǔn)噶爾-吐魯番微板塊。陸殼的有限拉張形成規(guī)模不一的有限洋盆,并最終形成統(tǒng)一的古亞洲洋,北疆地區(qū)呈現(xiàn)出南北洋陸相間的多島型洋陸組合格局。古亞洲洋的形成、發(fā)展與消亡是新疆古生代構(gòu)造格架形成的關(guān)鍵,表現(xiàn)為新疆聯(lián)合古陸背景上連續(xù)2次裂解、聚合的洋陸轉(zhuǎn)化過(guò)程。中、晚奧陶世洋盆快速拉張,位于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾-吐哈陸塊群之間與伊犁-中天山陸塊間的北天山洋殼向南俯沖,在中天山地塊北緣形成早古生代島弧和花崗巖帶,島弧南北發(fā)育俯沖帶或弧后盆地環(huán)境的活動(dòng)型次深海沉積。最近幾年的研究指出,早古生代北天山洋可能表現(xiàn)為雙向俯沖,形成增生島弧和前陸盆地沉積。早石炭世末古亞洲洋主體閉合后仍長(zhǎng)期發(fā)育陸間殘余洋盆。至石炭紀(jì)末,除局部有水流不暢的殘留海沉積外,北疆地區(qū)普遍為陸相碎屑巖、火山巖沉積組合,未見(jiàn)海相夾層和正常海相化石,表明晚古生代殘余洋盆完全消失,西伯利亞陸塊、蒙古湖區(qū)陸塊、哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾-吐哈陸塊、中天山陸塊和塔里木陸塊已完成對(duì)接,形成了統(tǒng)一的亞洲北大陸。有關(guān)板塊間碰撞時(shí)限的問(wèn)題也一直是以往研究的熱點(diǎn)[19,20,21,22,23,24,25,26]。在上述板塊俯沖、碰撞作用的影響下,晚石炭世—早二疊世博格達(dá)陸間裂谷發(fā)育,將準(zhǔn)噶爾-吐哈微板塊分割成準(zhǔn)噶爾地塊和吐哈地塊[4,27,28,29,30,31,32,33,34,35],使這2個(gè)地塊上的盆地發(fā)育進(jìn)入新的、獨(dú)立的演化階段(圖1)。長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)于早二疊世時(shí)期吐哈北部地區(qū)盆地沉積、演化的研究爭(zhēng)議頗多。早二疊世早期,發(fā)育大量海相沉積和中—基性火山巖,中—晚期開(kāi)始接受陸相沉積。在石炭紀(jì)中晚期的板塊碰撞、拼合,以及天山地區(qū)整體隆起的構(gòu)造背景下,早二疊世時(shí)期準(zhǔn)噶爾東-吐哈-三塘湖盆地共同發(fā)育具有殘留海性質(zhì)的前淵盆地,堆積了一套海相濁流沉積,到晚二疊世結(jié)束。吐-哈盆地沉積相類(lèi)型豐富,沉積環(huán)境隨時(shí)間發(fā)生改變。在二疊紀(jì),沉積環(huán)境從海相逐漸向海陸過(guò)渡相及陸相轉(zhuǎn)變。在吐哈盆地北部邊緣,早二疊世陸上火山噴發(fā)巖相占主導(dǎo)地位,沉積巖中普遍發(fā)育葉肢介和植物化石等指示陸相沉積環(huán)境的產(chǎn)物。晚二疊世海水從東南退出,吐哈盆地進(jìn)入陸相盆地發(fā)育階段,主要為湖泊相沉積。博格達(dá)北麓鍋底坑和三工河-白楊溝-蘆草溝等剖面為深水海盆碎屑巖復(fù)理石建造,沖刷痕和槽模指示古水流方向分別自南北兩側(cè)指向其間的裂谷盆地軸部的深水區(qū)。如上所述,盡管前期有關(guān)吐哈盆地北部地區(qū)下二疊統(tǒng)伊爾稀土組的相關(guān)研究取得了許多重要進(jìn)展和成果,但對(duì)于盆地形成、演化的核心問(wèn)題,如構(gòu)造背景、盆地(擠壓、伸展)構(gòu)造屬性、伊爾稀土組沉積特征(巖石組合特征、沉積相展布、物源和古流向、古氣候環(huán)境)等等,還一直存在明顯的爭(zhēng)議。尤其是伊爾稀土組是與島弧或火山弧相伴生的弧后盆地的產(chǎn)物[30,44,45,46,47,48,49,50],還是擠壓背景下的前陸盆地,抑或是伸展背景下的陸內(nèi)裂谷盆地[51,52,53,54,55,56,57,58,59,60],這一系列的問(wèn)題都需要進(jìn)一步的工作和研究。本文在前人對(duì)吐哈地區(qū)北部下二疊統(tǒng)伊爾稀土組地層研究的基礎(chǔ)上,依據(jù)野外實(shí)際調(diào)查和綜合研究,通過(guò)分析研究區(qū)早二疊世的盆地沉積充填特征、古流向及其演化特征來(lái)探討上述問(wèn)題,旨在為該區(qū)早二疊世沉積盆地性質(zhì)及構(gòu)造演化的研究和解釋提供進(jìn)一步的沉積地質(zhì)學(xué)證據(jù)和資料。1震旦紀(jì)—地質(zhì)背景吐魯番-哈密地區(qū)地處亞洲大陸腹地,是中亞造山帶在中國(guó)區(qū)域內(nèi)的重要組成部分,其北側(cè)為博格達(dá)-哈爾里克造山帶,南側(cè)為覺(jué)羅塔格造山帶,近EW向延伸。區(qū)域大地構(gòu)造特征及其演化特點(diǎn)表明,該區(qū)古生代是以洋盆俯沖、閉合、陸塊碰撞造山為特點(diǎn)的主造山期。盆地基底為具有二元結(jié)構(gòu)的復(fù)合基底,即前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和前二疊紀(jì)的褶皺基底,早二疊世是吐-哈盆地及全疆的構(gòu)造轉(zhuǎn)換期,標(biāo)志吐哈地區(qū)基底演化結(jié)束并向盆地沉積轉(zhuǎn)變。前二疊紀(jì)該地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化歷程。古—中元古代火山作用較弱,陸殼增生,開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定陸源碎屑及碳酸鹽沉積。新元古代阿爾金聚合運(yùn)動(dòng)形成新疆聯(lián)合古陸,發(fā)育青白口紀(jì)濱淺海環(huán)境陸源碎屑巖-碳酸鹽沉積,其上為南華紀(jì)濱淺海相碎屑巖沉積夾多層冰漬巖。震旦紀(jì)—中奧陶世聯(lián)合古陸裂解,出現(xiàn)島弧及弧后盆地沉積環(huán)境或陸源碎屑巖復(fù)理石建造的深海沉積。晚奧陶世—晚志留世,洋盆俯沖消減,統(tǒng)一的西伯利亞古陸南緣形成,期間早志留世為擠壓造山環(huán)境,中—晚志留世廣泛發(fā)育穩(wěn)定型濱淺海陸源碎屑及碳酸鹽沉積。志留紀(jì)末—中泥盆世初,殘留洋盆擴(kuò)張,北疆地區(qū)發(fā)生區(qū)域性海侵,發(fā)育洋盆、深海槽、島弧和弧間、弧后盆地,沉積相變迅速,濁積巖較發(fā)育。中泥盆世—早石炭世,準(zhǔn)噶爾-吐哈板塊與西伯利亞板塊、塔里木板塊碰撞,洋殼消減、洋盆閉合,發(fā)育夾有雙峰式火山物質(zhì)的深—淺海相含硅質(zhì)碎屑沉積。晚石炭世板塊碰撞導(dǎo)致大范圍大規(guī)模的巖漿活動(dòng),普遍發(fā)育雙峰式火山巖與陸相碎屑巖沉積。新疆吐魯番-哈密北部地區(qū)廣泛分布二疊系,發(fā)育較為完整(表1)。其底部不整合于石炭系之上,頂部與上覆下三疊統(tǒng)韭菜園組整合接觸。由下至上劃分為下二疊統(tǒng)伊爾稀土組、中二疊統(tǒng)大河沿組和塔爾朗組,上二疊統(tǒng)泉子街組、梧桐溝組和鍋底坑組。伊爾稀土組以中基性火山巖夾少量酸性流紋巖、凝灰?guī)r為主,上部為深灰色、灰黑色鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖夾薄層泥灰?guī)r,局部出現(xiàn)硅質(zhì)條帶,湖泊-河流相發(fā)育。大河沿組巖性主要為紫紅色、灰綠色厚層塊狀礫巖、含礫粗砂巖,陸相沖積扇-扇三角洲環(huán)境。本組橫向可以對(duì)比,自西向東(桃樹(shù)園-照壁山-天山鄉(xiāng))有巖性變粗、紅層減少的趨勢(shì)。塔爾朗組整體沉積粒度較細(xì),下部為灰綠色砂、礫巖互層夾深灰色泥巖,上部為灰綠色、灰褐色厚層泥巖、粉砂巖夾薄層細(xì)礫巖,局部見(jiàn)泥灰?guī)r條帶,以湖泊相為主。泉子街組具典型的“下粗上細(xì)”的正旋回沉積特征,巖性為灰綠色礫巖、含礫粗砂巖、砂巖與磚紅色鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖互層,具曲流河沉積特征。該組在全區(qū)均以底部為細(xì)礫巖、含礫粗砂巖,向上逐漸變細(xì)為特征,“二元”結(jié)構(gòu)發(fā)育。梧桐溝組上部為灰綠色砂質(zhì)泥巖與灰褐色、灰綠色砂巖和粉、細(xì)砂巖呈等厚互層;下部為灰綠色細(xì)礫巖、含礫砂巖,主要為河流-濱淺湖沉積,向下與泉子街組呈整合接觸。鍋底坑組巖性主要為褐色、灰綠色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖與中細(xì)砂巖互層,夾少量礫巖層,屬濱淺湖相。整個(gè)沉積序列表現(xiàn)為細(xì)—粗—細(xì)的旋回,反映二疊紀(jì)早期和晚期氣候溫暖濕潤(rùn),河流-湖泊發(fā)育,中期炎熱干燥,為沖積扇-扇三角洲發(fā)育的古環(huán)境(圖2)。2巖石地球化學(xué)測(cè)量本文以傳統(tǒng)盆地演化分析手段為依托,在多學(xué)科結(jié)合滲透的前提下,主要采用以下針對(duì)性的研究方法。(1)實(shí)測(cè)地層剖面;(2)通過(guò)早二疊世地層沉積巖石組合描述,分析古地理環(huán)境和沉積相;(3)通過(guò)礫石疊瓦構(gòu)造和斜層理的測(cè)量,研究盆地內(nèi)古水流的方向及物源剝蝕區(qū)的位置;(4)對(duì)礫石成分及砂巖碎屑組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析物源剝蝕區(qū)的巖石組成及性質(zhì)。室外對(duì)1m2面積內(nèi)的礫石進(jìn)行成分統(tǒng)計(jì)(100~120顆),室內(nèi)運(yùn)用Gazzi-Dickinson統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行碎屑組分統(tǒng)計(jì),每塊樣品至少統(tǒng)計(jì)300個(gè)碎屑組分;(5)火山巖地球化學(xué)分析。巖石的測(cè)試分析在國(guó)家地質(zhì)測(cè)試中心完成,其中主量元素用熔片X-熒光光譜儀(2100)測(cè)定,并采用等離子光譜(IRIS)和化學(xué)法測(cè)定互相檢測(cè),微量元素和稀土元素均用等離子質(zhì)譜(X-series)法測(cè)定。3伊利稀土組層和巖石組合3.1沉積相與沉積特征下二疊統(tǒng)主要分布于喀拉烏成山前、博格達(dá)山前和覺(jué)羅塔格中部山前的局部凹陷及哈密坳陷中。在博格達(dá)山南麓,自天山鄉(xiāng)沿哈爾里克山向西,至六道溝、七角井、車(chē)鼓泉、照壁山到桃樹(shù)園、艾維爾溝等地區(qū)均有伊爾稀土組發(fā)育,甚至在盆地南部也有廣泛分布(圖3),并且厚度較大。博格達(dá)山北麓沿烏魯木齊—阜康—吉木薩爾一帶伊爾稀土組出露較為連續(xù)和完整,厚1500~3500m不等,不同地區(qū)其沉積組分和旋回結(jié)構(gòu)大為不同(表2)。哈密天山鄉(xiāng)地區(qū)伊爾稀土組主要為灰綠色流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、灰褐色火山角礫狀集塊巖,局部夾薄層硅質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)細(xì)粉砂巖、含礫粗砂巖,典型剖面為哈密天山鄉(xiāng)二道溝村剖面。剖面一段下部以灰色、灰綠色塊狀熔結(jié)凝灰?guī)r、硅化流紋巖為主,上部為灰綠色、土黃色凝灰質(zhì)粉砂巖、細(xì)礫巖互層,局部夾薄層凝灰?guī)r,見(jiàn)羽葉化石、葉肢介化石殘片,水平層理發(fā)育。二段整體上為灰褐色、褐色火山角礫狀集塊巖、含橄欖玄武安山巖及灰紫色塊狀石泡流紋巖,上部為灰色、灰綠色厚層凝灰質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)泥巖,夾薄層細(xì)砂巖,發(fā)育平行層理、楔狀交錯(cuò)層理及鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖透鏡體。區(qū)內(nèi)伊爾稀土組最大堆積厚度為435m,產(chǎn)豐富的安加拉植物群分子,保存少量完好的無(wú)鉸綱腕足類(lèi)。七角井地區(qū)下部為灰紫色和磚紅色粗礫巖、含礫粗砂巖、中粗砂巖,上部為含橄欖玄武安山巖和安山玢巖,夾少量流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖,頂部為泥巖及鮞粒狀灰?guī)r。車(chē)鼓泉地區(qū)巖層總體朝南傾斜,主要由紫紅色陸相熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖和灰綠色的玄武巖、杏仁狀玄武巖不等厚互層組合而成,堆積在厚約250m的山麓相紫紅色復(fù)成分礫巖—砂礫巖夾細(xì)粒泥砂質(zhì)巖層之上,產(chǎn)早二疊世化石(3)。在照壁山地區(qū),坎兒奇水庫(kù)旁伊爾稀土組出露良好,可作為代表性剖面,沉積厚度約700m。一段下部為深灰色、灰綠色塊狀玄武安山巖夾少量凝灰?guī)r、安山玢巖;上部為深灰色、灰黑色、淺綠色中層狀鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖夾薄層細(xì)礫巖,局部出現(xiàn)硅質(zhì)條帶,發(fā)育平行層理、波狀層理及疊瓦狀構(gòu)造。二段底部為灰綠色塊狀玄武安山巖,氣孔及杏仁狀構(gòu)造發(fā)育;下部以灰綠色、灰黃色厚層細(xì)礫巖、細(xì)砂巖為主,夾薄層鈣質(zhì)粉砂巖、泥巖,楔狀交錯(cuò)層理、疊瓦狀構(gòu)造發(fā)育;上部以灰綠色、灰黑色、深灰色鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖為主,局部見(jiàn)硅質(zhì)巖條帶。在該組火山巖之上約10m處的泥灰?guī)r中采到豐富的吐魯番鱈魚(yú)化石,反映陸相湖盆沉積環(huán)境。桃樹(shù)園地區(qū)伊爾稀土組(桃西溝群)是一套以下伏石炭系火山巖系為母巖的粗碎屑沉積。底部由含少量海相化石的凝灰角礫巖組成,向上為陸相粗砂巖、含植物化石的雜色砂礫巖及火山巖,為濱淺海相向陸相沖積扇、河流相快速過(guò)渡。艾維爾溝地區(qū)該組沉積物表現(xiàn)為灰黃色、灰褐色厚層狀、塊狀礫巖、含礫粗砂巖夾多層薄層狀粉砂巖、泥巖夾煤線,屬近源沖積扇相/山間磨拉石相。同時(shí),伊爾稀土組沉積物中的植物化石類(lèi)型較為單調(diào),以安加拉科達(dá)類(lèi)的葉片及其生殖器官化石為主,還有一些節(jié)蕨類(lèi),真蕨類(lèi)植物數(shù)量稀少,顯示了早二疊世季節(jié)性變化的溫濕氣候背景,表明當(dāng)時(shí)植被發(fā)育的基本色彩和對(duì)古氣候的響應(yīng)。博格達(dá)山北坡烏魯木齊—阜康—吉木薩爾一帶下二疊統(tǒng)為一套巨厚的灰綠色深水海盆碎屑巖復(fù)理石建造,其橫向變化不大,向上逐漸向殘留海盆-陸相湖沼沉積過(guò)渡,構(gòu)成完整的海進(jìn)海退旋回,自下而上可再分為石人子溝組和塔什庫(kù)拉組。石人子溝組(Pls)主要為灰色—灰綠色砂巖、粉砂巖、凝灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖夾礫巖、灰?guī)r及硅質(zhì)條帶,底部發(fā)育區(qū)域性分布很廣的2~3層砂質(zhì)、泥質(zhì)礫狀灰?guī)r,下部發(fā)育火山碎屑巖和火山巖。底部礫狀灰?guī)r含屬種分異度低、但個(gè)體數(shù)量特別豐富的有孔蟲(chóng)、雙殼類(lèi)及少量腕足、海百合莖,上部開(kāi)始出現(xiàn)大量植物、孢粉化石。塔什庫(kù)拉組(P1t)巖性明顯較上下地層細(xì),主要為灰黑色、灰黃色中薄層狀細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖不均勻互層,夾有薄層砂質(zhì)灰?guī)r、疊層石灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r,底部為黑色頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖,含植物、孢粉及少量腕足類(lèi)、雙殼類(lèi)及遺跡化石。從以上多個(gè)地區(qū)下二疊統(tǒng)發(fā)育可以看出,在博格達(dá)南坡伊爾稀土組下段為厚層雙峰式火山巖建造(中基性巖與酸性巖厚度比約為5∶1),照壁山、七角井、車(chē)鼓泉、哈密天山鄉(xiāng)地區(qū)出露橄欖玄武巖、玄武安山巖和流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r相間互層,自西向東火山碎屑巖有增多的趨勢(shì);上段為湖相灰黑色泥巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r,含有豐富的植物、孢粉、葉肢介、雙殼類(lèi)化石。博格達(dá)北坡石人子溝組以砂礫巖為主,向東至三工河一帶,火山碎屑巖增多,巖性和厚度橫向變化大。塔什庫(kù)拉組發(fā)育細(xì)碎屑沉積,巖性巖相較穩(wěn)定,整體具由粗—變細(xì)的正旋回特征。3.2下伏奧爾吐組與伊稀土組整合區(qū)內(nèi)伊爾稀土組與上下地層接觸關(guān)系存在較大差異。哈密天山鄉(xiāng)地區(qū)伊爾稀土組與下伏晚石炭世地層角度不整合接觸,向西至車(chē)鼓泉、七角井地區(qū)則為斷層接觸關(guān)系,鄯善照壁山地區(qū)伊爾稀土組與下伏上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組呈角度不整合接觸,桃西溝地區(qū)與下伏奧爾吐組為整合接觸,西南部的艾維爾溝地區(qū)伊爾稀土組與下伏地層祁家溝組為角度不整合接觸。另外在博格達(dá)北坡白楊溝地區(qū)下二疊統(tǒng)石人子溝組與下伏奧爾吐組角度不整合接觸,烏魯木齊蘆草溝地區(qū)石人子溝組則與下伏奧爾吐組整合接觸。哈密天山鄉(xiāng)、照壁山地區(qū)的伊爾稀土組與上覆大河沿組為平行不整合接觸,哈密頭道溝、車(chē)鼓泉及七角井地區(qū)伊爾稀土組則與上覆地層角度不整合接觸,西部的桃樹(shù)園地區(qū)伊爾稀土組與上覆大河沿組角度不整合接觸(4)(圖版Ⅰ)。4常見(jiàn)火山巖類(lèi)型研究區(qū)早二疊世火山巖主要以火山熔巖為主,含少量火山角礫巖、凝灰?guī)r,其中玄武巖、玄武安山巖、少量安山巖和流紋巖為常見(jiàn)火山巖類(lèi)型。玄武巖具斑狀結(jié)構(gòu),通常發(fā)育氣孔、杏仁狀構(gòu)造,具有多旋回或多階段噴發(fā)的特點(diǎn)。4.1巖石sio2和al2o3含量特征吐哈地區(qū)早二疊世火山巖主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表3,樣品在TAS分類(lèi)圖(圖4)中主要分布在玄武巖、玄武安山巖和流紋巖區(qū),少數(shù)落入玄武質(zhì)粗面安山巖、粗面安山巖區(qū)?；鹕綆rSiO2含量為47.21%~80.1%,其中,中、基性火山巖SiO2含量平均在51.88%,集中分布于47%~55%之間;酸性火山巖SiO2含量平均為75.93%,Na2O含量變化在1.51%~6.20%之間,K2O分布在0.11%~4.47%范圍內(nèi),TiO2含量較高,在中、基性火山巖中含量為0.81%~2.66%,平均為1.74%,在酸性巖中分布在0.13%~0.38%之間,平均為0.25%。其中樣品20110817-D1、20110819-6、20110819-7和20110820-5的Al2O3含量明顯較高。早二疊世火山巖樣品整體分布于堿性系列與亞堿性系列的過(guò)渡帶之下,可劃分出玄武巖與玄武安山巖、流紋巖2個(gè)端元,顯示出雙峰式火山巖的特征。早二疊世火山巖整體堿度較高,既有堿性系列,又有亞堿性系列。4.2稀土元素及l(fā)eari、la/yb的濃度及富集特征吐哈地區(qū)火山巖稀土元素含量分析結(jié)果列于表3。區(qū)內(nèi)玄武巖和玄武安山巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(圖5-A)顯示出2種不同的類(lèi)型,其中樣品20110820-2、20110821-1稀土元素總量低(∑REE為74.03×10-6、68.12×10-6),輕重稀土元素分餾不明顯,LREE輕度富集,曲線具有平緩的特征,整體Eu異常不明顯。其余樣品稀土元素總量中等,輕重稀土元素分餾較明顯,∑REE=107.99×10-6~228.95×10-6,(La/Yb)N=2.92~7.4,LREE適度富集,基本不顯示Eu負(fù)異常(δEu=0.71~1.05)。稀土元素配分曲線表明沒(méi)有斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶,稀土元素分布模式整體一致,為向右緩傾的曲線。流紋巖的稀土元素分布曲線(圖5-B)與玄武巖相比,除樣品20110809-1A外,稀土元素總量較高(∑REE=125.6×10-6~249.01×10-6),LREE富集,輕重稀土元素分餾較明顯,樣品整體具明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.06~0.82),這與后期斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶有關(guān)。4.3早二疊世火山巖地球化學(xué)特征吐哈地區(qū)火山巖微量元素分析結(jié)果(表3)表明,大部分玄武巖、玄武安山巖微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線(圖6)相對(duì)于MORB強(qiáng)烈富集Rb、Ba、Th等大離子親石元素,Ce、Sr等適度富集,Ta、Nb等高場(chǎng)強(qiáng)元素適度虧損,可能與陸內(nèi)拉張環(huán)境下的地殼混染或地幔源區(qū)富Ta、Nb的殘留體有關(guān),一些裂谷型玄武巖具有類(lèi)似的特征。結(jié)合主量元素的特點(diǎn),認(rèn)為火山巖更可能產(chǎn)出于板內(nèi)環(huán)境,Nb、Ta等的輕度虧損可能與消減帶物質(zhì)的帶入有關(guān)。流紋巖中的Sr虧損可能是低壓斜長(zhǎng)石分離作用的結(jié)果,顯示其形成于伸展擴(kuò)張的環(huán)境。區(qū)內(nèi)玄武巖與流紋巖具有相似的微量元素分布特征,表明二者來(lái)自共同的幔源母巖漿。流紋巖的分布比玄武巖局限的多,表明其應(yīng)為玄武質(zhì)巖漿經(jīng)歷分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物,其中可能有陸殼物質(zhì)的加入。綜合上述特征,吐哈地區(qū)早二疊世火山巖整體具有雙峰式火山巖的特征,絕大部分玄武巖相對(duì)MORB強(qiáng)烈富集LILE和LREE,HFSE適度富集。Th/Ta比值大,平均為7.628,與陸內(nèi)拉張帶或初始裂谷玄武巖(Th/Ta>4,一般4~10)相似。Ta、Nb的虧損與消減帶物質(zhì)的加入和陸殼的混染有關(guān),與造山期后伸展背景下的玄武巖地球化學(xué)特征相似。因此,筆者認(rèn)為本區(qū)早二疊世可能處于造山期后伸展背景下的裂谷環(huán)境。研究人員1998年用40Ar/39Ar快中子活化法測(cè)得桃東溝、七角井、照壁山、哈密天山鄉(xiāng)等剖面伊爾稀土組的火山巖年齡為257~290Ma(4)。顧連興等在對(duì)博格達(dá)上大河沿中—酸性侵入體的研究中得到298Ma±0.76Ma的Rb-Sr等時(shí)線年齡。王覺(jué)富測(cè)得柴窩鋪輝綠巖中鋯石206Pb/238Pb表面年齡為288.9Ma±4.7Ma,舒良樹(shù)等對(duì)石人子溝組滑塌堆積巖帶中的輝綠玢巖進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年,獲得289Ma±5Ma的年齡值,與鄰區(qū)哈爾里克造山帶碰撞后堿性花崗巖的年代289.9Ma±6.2Ma相近。周鼎武等對(duì)吐哈地區(qū)發(fā)育的玄武巖全巖40Ar/39Ar年代學(xué)研究揭示,其形成時(shí)限在293~266Ma之間,相當(dāng)于早、中二疊世。第鵬飛等對(duì)博格達(dá)造山帶東段流紋巖的Rb-Sr同位素進(jìn)行系統(tǒng)研究,獲得等時(shí)線年齡278Ma±2Ma。另外王金榮等在博格達(dá)東段北部的伊齊—小紅柳峽一帶的地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn),該區(qū)發(fā)育大量雙峰式火山巖組合,流紋巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為296Ma±12Ma,時(shí)代為早二疊世早期。5垂向和橫向上不同沉積體的配置關(guān)系伊爾稀土組主要發(fā)育沖積扇、河流和湖泊相、濱海相、半深?！詈Ｏ?各地區(qū)沉積環(huán)境、構(gòu)造等因素的差異,導(dǎo)致了垂向和橫向上不同沉積體的配置關(guān)系不同。本文根據(jù)博格達(dá)南麓東起哈密天山鄉(xiāng),西至桃樹(shù)園、艾維爾溝,以及博格達(dá)北麓白楊溝、蘆草溝、石人子溝等8個(gè)地區(qū)沉積相的發(fā)育特征,重建伊爾稀土組的沉積環(huán)境。5.1山坎爾水庫(kù)旁爾稀土組哈密天山鄉(xiāng)頭道溝村伊爾稀土組較為發(fā)育,厚度440m,地層呈南東向展布,與下伏晚石炭世奧爾圖組角度不整合接觸。由下至上分為2段:一段底部除火山巖發(fā)育外,巖性以灰綠、灰黃色中—厚層狀砂巖、砂礫巖,灰綠色鈣質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖為主(圖7-a、b、c),構(gòu)成了下粗上細(xì)的韻律,平行層理、板狀交錯(cuò)層理和楔狀層理特別發(fā)育。該段具典型的二元結(jié)構(gòu),為曲流河河床亞相的邊灘微相、堤岸亞相的天然堤微相和河漫亞相的河漫灘微相。二段整體為灰白、灰綠、灰黑色泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖(圖7-d)。泥質(zhì)粉砂巖中夾薄層石膏或鈣質(zhì)結(jié)核,水平層理發(fā)育,解釋為湖泊濱淺湖亞相的濱淺湖泥微相。七角井地區(qū)伊爾稀土組與下伏上石炭統(tǒng)楊布拉克組呈斷層接觸,下部為灰紫色、磚紅色中—厚層礫巖、含礫粗砂巖和中粗砂巖(圖7-e)。礫石分選差,多呈棱角狀,混雜堆積,砂泥質(zhì)膠結(jié),粒徑2~10cm,最大可達(dá)30cm,礫石成分以凝灰質(zhì)角礫巖、安山玢巖為主,含少量灰?guī)r,為沖積扇扇中河床充填沉積和辮狀河河床亞相的河道滯留沉積。上部為含橄欖玄武安山巖和安山玢巖,夾少量流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖。車(chē)鼓泉地區(qū)主要為紫紅色厚層復(fù)成分礫巖—砂礫巖,夾細(xì)粒雜砂巖沉積,厚約250m,礫巖成層性、分選性差,次圓狀至次棱角狀,為干燥炎熱、強(qiáng)氧化環(huán)境下的山麓洪積相泥、砂、礫堆積(3)。鄯善照壁山坎爾其水庫(kù)旁伊爾稀土組地層發(fā)育最完整,地層呈北西向展布,厚度為700m,與下伏上石炭統(tǒng)柳樹(shù)溝組角度不整合接觸。由下至上分為2段:一段上部為深灰色、灰黑色、淺綠色中層狀鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、粉砂巖互層(圖7-f),夾薄層細(xì)礫巖,向上演變?yōu)榛揖G色厚層砂巖,局部出現(xiàn)硅質(zhì)條帶,發(fā)育水平層理、波狀層理和疊瓦狀構(gòu)造,整體為湖泊濱淺湖或半深湖亞相的濱淺湖泥和灘壩沉積。二段下部以灰綠色、灰黃色厚層粗-細(xì)礫巖、砂礫巖為主,呈透鏡狀,透鏡體規(guī)模一般不大,礫巖分選中等,次棱角-次圓狀,砂質(zhì)充填,發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理和疊瓦狀構(gòu)造,底部具沖刷侵蝕(圖7-g、h)。該段以辮狀河河床亞相的河道滯留沉積和心灘沉積為主。二段上部為深灰色、灰綠色、灰黑色鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖互層,灰綠色鈣質(zhì)泥巖中夾深灰色薄層泥灰?guī)r或灰?guī)r,發(fā)育水平層理(圖7-i),為湖泊半深湖—深湖亞相泥沉積。桃樹(shù)園地區(qū)伊爾稀土組底部由火山角礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖組成,中部為巨厚的粗碎屑巖,頂部由中基性火山巖組成,代表濱湖相到河床相沉積。艾維爾溝地區(qū)伊爾稀土組為紫紅色安山質(zhì)集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r。角礫大小相差懸殊,層理不清(圖7-j),靠近上覆地層出現(xiàn)棕紅色、灰黃色、灰白色中—厚層狀礫巖、砂礫巖,為沖積扇扇根河床充填沉積或邊岸殘積。上述5個(gè)地區(qū)伊爾稀土組的沉積相特征表明,博格達(dá)南麓該組沉積相的發(fā)育以沖積扇開(kāi)始,向上過(guò)渡為河流和湖泊沉積,沉積中心位于哈密天山鄉(xiāng)和鄯善照壁山地區(qū)。5.2基性巖巖石學(xué)特征主要研究了博格達(dá)北麓白楊溝、蘆草溝和石人子溝3個(gè)地區(qū)的伊爾稀土組。白楊溝地區(qū)伊爾稀土組自下而上為海侵-海退序列。底部廣泛發(fā)育塊體很大的礫狀灰?guī)r,灰?guī)r礫石中含大量淺水底棲動(dòng)物化石、海百合莖及植物碎片,這些淺水底棲生物化石見(jiàn)于較深水的安靜環(huán)境中,表明它們屬異地搬運(yùn)到較深水環(huán)境再沉積的產(chǎn)物。下部發(fā)育海底噴發(fā)的中基性火山巖(及輝綠巖侵入體),與深水濁積巖呈互層產(chǎn)出。上部發(fā)育巨厚的以砂礫巖為主的復(fù)理石建造(圖7-k),砂巖主要為巖屑砂巖或長(zhǎng)石巖屑砂巖,分選差、磨圓差,為半深?！詈３练e環(huán)境的產(chǎn)物。蘆草溝、石人子溝地區(qū)伊爾稀土組底部由再沉積礫巖和砂巖組成,具重力流沉積特征,按巖性組合、沉積構(gòu)造和韻律特征,可將其分為二段:Ⅰ段為暗色中—細(xì)粒雜砂巖、粉砂巖構(gòu)成巨厚的韻律層(圖7-l),沉積物粒度偏細(xì),有機(jī)質(zhì)含量高,水平紋層十分發(fā)育,屬深水盆地的產(chǎn)物;Ⅱ段為灰褐色、深灰色中—粗砂巖、粉砂巖、泥巖互層,砂巖成分以巖屑和石英為主,長(zhǎng)石含量低,分選磨圓較好,水平層理和生物擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育,含腕足類(lèi)等淺水化石,指示陸棚斜坡的相對(duì)穩(wěn)定沉積。柴窩鋪凹陷東鍋底坑地區(qū)下二疊統(tǒng)發(fā)育巨厚的復(fù)理石建造及硅質(zhì)巖、凝灰?guī)r、枕狀熔巖,推斷該區(qū)當(dāng)時(shí)可能為半深?！詈Ｏ喑练e,在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的海相化石也為這一結(jié)論提供了佐證。從上述4個(gè)地區(qū)伊爾稀土組的沉積相特征可以看出,博格達(dá)北麓伊爾稀土組整體發(fā)育海相復(fù)理石建造,垂向上構(gòu)成海侵海退序列,沉積相橫向延伸較遠(yuǎn)。6構(gòu)造沉積期e通過(guò)測(cè)量沉積巖中具有指向意義的礫石疊瓦狀排列、砂巖斜層理的產(chǎn)狀數(shù)據(jù),可以恢復(fù)沉積物沉積時(shí)的古流向,進(jìn)而確定盆地的物源方向。本研究實(shí)測(cè)不同地區(qū)露頭的礫石疊瓦狀排列和砂巖斜層理的數(shù)據(jù),進(jìn)行水平校正后,用來(lái)恢復(fù)研究區(qū)二疊紀(jì)時(shí)期的古流向。博格達(dá)地區(qū)二疊紀(jì)的古流向恢復(fù)如圖8。下二疊統(tǒng)伊爾稀土組沉積時(shí)期(圖8-A),在博格達(dá)南麓的鄯善照壁山地區(qū)古流向?yàn)镹W向,而博格達(dá)北麓的岌岌槽子、天池、柴窩鋪地區(qū)則表現(xiàn)為SE向和SW向,其優(yōu)勢(shì)方位為SE。早二疊世博格達(dá)南北出現(xiàn)雙向水流向中央?yún)R聚的特征,佐證了該時(shí)期博格達(dá)地區(qū)為深水或較深水沉積區(qū)。在中二疊統(tǒng)大河沿組、塔爾朗組沉積時(shí)期(圖8-B),哈密天山鄉(xiāng)地區(qū)古流向表現(xiàn)為NE向,鄯善照壁山地區(qū)古流向優(yōu)勢(shì)方位為NE或N向。前人在博格達(dá)北麓鍋底坑、井井子溝、天池等地區(qū)測(cè)得古流向?yàn)镾E或NE向。這一時(shí)期古流向開(kāi)始趨于穩(wěn)定,反映出博格達(dá)西段裂谷演化近晚期時(shí),自西向東快速海退,沉積中心發(fā)生遷移。上二疊統(tǒng)泉子街組、梧桐溝組和鍋底坑組沉積時(shí)期(圖8-C),哈密天山鄉(xiāng)地區(qū)古流向表現(xiàn)為E向,鄯善照壁山地區(qū)表現(xiàn)為SE向。前人在博格達(dá)北麓大龍口、天池、奇臺(tái)、柴窩鋪等地區(qū)測(cè)得古流向?yàn)镹向或SE向,在上大河沿、桃樹(shù)園、天山鄉(xiāng)地區(qū)古流向優(yōu)勢(shì)方位為SE向。7儲(chǔ)層巖石類(lèi)型及組分本文對(duì)采自吐哈地區(qū)的哈密天山鄉(xiāng)和七角井二疊系砂巖組分進(jìn)行了碎屑組分分析。碎屑成分分析采用Gazzi-Dickinson的鏡下統(tǒng)計(jì)法,在單個(gè)薄片上完成300個(gè)以上顆粒的統(tǒng)計(jì)。本次研究共計(jì)分析27塊樣品,其中下二疊統(tǒng)伊爾稀土組6塊、中二疊統(tǒng)大河沿組11塊、塔爾朗組7塊、上二疊統(tǒng)泉子街組2塊、梧桐溝組1塊。分析顯示,吐哈地區(qū)多數(shù)砂巖碎屑分選程度為差到中等,顆粒以次棱角狀到次圓狀為主,粒徑可從細(xì)砂級(jí)到粗砂級(jí),但以中到細(xì)砂為主。砂巖雜基含量變化較大,從5%~45%,總體以基底式和孔隙式膠結(jié)為主。膠結(jié)物含量0~35%,一般少于10%,主要是硅質(zhì),含少量的方解石。砂巖碎屑按類(lèi)型分為石英(Q)、長(zhǎng)石(F)、巖屑(L)三大類(lèi)。石英整體呈次棱角狀到次圓狀,含量42.3%~65.4%,又可分為單晶石英和多晶石英2種類(lèi)型,并以單晶石英為主,含量50.2%~83.4%(圖版Ⅱ)。單晶石英表面干凈,無(wú)波狀消光,部分具不規(guī)則裂紋及港灣狀熔蝕結(jié)構(gòu),顯示來(lái)自火山巖源區(qū),少量具有強(qiáng)烈波狀消光的石英顆粒應(yīng)來(lái)自侵入?yún)^(qū)或變質(zhì)巖區(qū)。多晶石英常由多個(gè)不定向的石英晶體構(gòu)成,波狀消光強(qiáng)烈。長(zhǎng)石碎屑含量為2.1%~20.7%,可分為堿性長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石,以斜長(zhǎng)石為主。斜長(zhǎng)石碎屑一般呈次棱角狀,表面較干凈,部分發(fā)生方解石化和高嶺石化。大多數(shù)情況下次生風(fēng)化作用不明顯,原始顆粒性質(zhì)仍可辨認(rèn)。巖屑組分在本區(qū)砂巖中含量極為豐富,約占50%左右,共有10種類(lèi)型,分屬于火山巖、沉積巖和變質(zhì)巖。中基性玄武安山巖、酸性凝灰?guī)r及熔巖碎屑是巖屑的重要組分,占巖屑含量的90%以上。變質(zhì)巖巖屑含量相對(duì)較低,僅占巖屑組分的1.5%,主要為石英巖、片巖及少量大理巖。沉積巖巖屑約占巖屑組分的5%,主要為粉砂巖、泥巖及少量的砂礫巖。在以石英(Qm)-長(zhǎng)石(F)-巖屑(Lt)為端員的砂巖碎屑組分三角圖(圖9)上投點(diǎn),可以看出本區(qū)二疊系砂巖都落在再旋回造山源區(qū)。下二疊統(tǒng)伊爾稀土組巖屑和長(zhǎng)石含量較多,受區(qū)域火山活動(dòng)影響,近物源快速堆積。向上至中、上二疊統(tǒng),巖屑和長(zhǎng)石含量逐漸減少,石英含量增加。這表明巖石的成分成熟度向上變好,吐哈地區(qū)在這一時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)趨于穩(wěn)定,進(jìn)入陸相湖盆發(fā)育階段。8沉積背景及物源分析盆地的形成、演化與區(qū)域大地構(gòu)造密切相關(guān),沉積相、物源及古流向分析又是盆地分析的重要手段?；谝陨系貙?、沉積、物源和古流向的研究,本文從以下幾方面對(duì)盆地屬性進(jìn)行討論。從博格達(dá)南麓8條伊爾稀土組剖面的對(duì)比結(jié)果來(lái)看,剖面自下而上的變化特點(diǎn)為,早期底部發(fā)育火山巖及火山碎屑巖沉積,向上以河流-沖積扇相為主,僅在盆地東部的二塘溝、照壁山地區(qū)發(fā)育少量濱淺湖相,晚期以湖相沉積為主,反映水體由淺—深的演化規(guī)律。在吐哈地區(qū)的東部,伊爾稀土組頂部曾發(fā)生過(guò)短暫的湖泛,橫向上相帶的展布特征顯示,下二疊統(tǒng)伊爾稀土組沉積時(shí)期吐哈地區(qū)存在3個(gè)沉積中心,這一時(shí)期多個(gè)沉積中心的出現(xiàn)及垂向上水體變深的演化規(guī)律,反映盆地基底差異性升降的存在。博格達(dá)北麓早二疊世石人子溝沉積期,底部發(fā)育大量火山巖和火山碎屑巖,向上為“砂礫巖層”半深海相濁流沉積。塔什庫(kù)拉組沉積期以深海相“泥頁(yè)巖層”沉積為主,垂向上沉積物粒度由粗變細(xì),水體由淺變深。對(duì)比博格達(dá)南北地區(qū)沉積相演化規(guī)律可知,下二疊統(tǒng)底部自西向東發(fā)育大規(guī)模的雙峰式火山巖,向上經(jīng)歷河流相-湖泊的垂向演變,水體逐漸加深,具裂谷沉積的特征。晚石炭末期,陸間殘余洋盆最終閉合,所發(fā)生的陸陸碰撞并沒(méi)