庫車坳陷侏羅系-新近系礫巖特征變化及其對(duì)天山隆升的響應(yīng)

高志勇,朱如凱,馮佳睿,李小陪,趙雪松,郭美麗

(1.中國石油 勘探開發(fā)研究院 實(shí)驗(yàn)研究中心，北京 100083； 2.中國石油 勘探開發(fā)研究院提高石油采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

庫車坳陷侏羅系-新近系礫巖特征變化及其對(duì)天山隆升的響應(yīng)

高志勇1,2,朱如凱1,2,馮佳睿1,2,李小陪3,趙雪松3,郭美麗3

(1.中國石油 勘探開發(fā)研究院 實(shí)驗(yàn)研究中心，北京 100083； 2.中國石油 勘探開發(fā)研究院提高石油采收率國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

通過對(duì)庫車坳陷北部野外露頭侏羅系-新近系多套礫巖中礫石成分、礫石扁度、球度、礫徑及沉積相類型等的分析，半定量評(píng)價(jià)了南天山山前礫石的沉積搬運(yùn)距離。研究認(rèn)為，侏羅系-新近系礫石搬運(yùn)距離表現(xiàn)為由遠(yuǎn)及近的規(guī)律。剖面點(diǎn)處下侏羅統(tǒng)阿合組-陽霞組礫石搬運(yùn)距離最遠(yuǎn)，計(jì)算出其搬運(yùn)距離可達(dá)110～130 km；上侏羅統(tǒng)喀拉扎組礫石的搬運(yùn)距離約為40 km；下白堊統(tǒng)亞格列木組-巴什基奇克組礫石搬運(yùn)距離較近，約為20～45 km。古近系礫石沉積搬運(yùn)距離約為20～50 km，新近系吉迪克組礫石的搬運(yùn)距離最短，在20 km左右。結(jié)合前人磷灰石裂變徑跡測(cè)年數(shù)據(jù)及研究成果，認(rèn)為中、新生代天山存在晚三疊世—早侏羅世、晚侏羅世—早白堊世、晚白堊世—始新世及中新世以來4個(gè)隆升階段，隆升范圍兩小兩大。由礫石成分、礫態(tài)特征、礫徑及礫石搬運(yùn)距離反映的沉積物源區(qū)遷移等變化規(guī)律表明，礫巖沉積演化對(duì)天山4個(gè)階段隆升的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈程度具明顯的響應(yīng)。

天山隆升；搬運(yùn)距離；礫態(tài)；礫巖；庫車坳陷

礫巖是對(duì)形成條件反應(yīng)最為敏感以及分布區(qū)域較為局限的巖石，對(duì)認(rèn)識(shí)大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或區(qū)域地質(zhì)發(fā)展極為重要[1]。前人對(duì)礫巖的巖石學(xué)特征、沉積環(huán)境及礫巖與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系均開展了大量的研究[1-17]。庫車坳陷侏羅系-新近系沉積了多套礫巖，已有的報(bào)道主要集中在個(gè)別組礫巖的巖石學(xué)、礫巖結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境等方面的研究，譬如何開華[18]對(duì)拜城縣卡普沙良河剖面亞格列木組礫巖進(jìn)行了分類，通過沉積特征、礫巖結(jié)構(gòu)及礫石成分等研究，認(rèn)為該組礫巖屬于沖積扇沉積環(huán)境；彭守濤等[19]認(rèn)為庫車前陸盆地早三疊世發(fā)育礫石質(zhì)辮狀河-沖積平原沉積體系,晚侏羅世—白堊紀(jì)發(fā)育辮狀河三角洲-寬淺湖泊沉積體系,新近紀(jì)中新世發(fā)育砂礫質(zhì)辮狀河-沖積平原沉積體系,新近紀(jì)上新世—第四紀(jì)更新世,以沖積扇體系為主；李忠等[20]對(duì)庫車坳陷中、新生代地層中的礫巖成分、礫徑及其反映的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，指出白堊紀(jì)特別是古近紀(jì)以來天山隆升和剝露深度增大顯著；劉聃等[21]對(duì)南天山西部烏魯克恰提剖面新生代阿圖什組和西域組礫巖進(jìn)行了分析，認(rèn)為烏魯克恰提地區(qū)新生代晚期褶皺沖斷帶不斷向盆地拓展，物源區(qū)距離沉積區(qū)越來越近。由上述成果可知，前人尚未對(duì)南天山前侏羅系-新近系多套礫巖開展較為系統(tǒng)的分析，特別是半定量評(píng)價(jià)各組礫巖中礫石的沉積搬運(yùn)距離，而有關(guān)礫巖特征的變化與天山隆升響應(yīng)關(guān)系方面的研究則更少有涉及。

1 地質(zhì)概況

庫車坳陷位于南天山南麓,與南天山以斷層或呈

角度不整合接觸。我們選擇庫車河剖面(主要剖面)和卡普沙良河剖面(輔助剖面)進(jìn)行礫巖巖石學(xué)、礫石礫態(tài)及沉積環(huán)境分析(圖1)。礫巖在南天山前侏羅系-新近系中主要發(fā)育層段的地層情況如下。

下侏羅統(tǒng)阿合組在庫車河剖面厚358 m左右，主要巖性為辮狀河沉積的淺灰、灰白色厚層-塊狀礫巖、含礫粗砂巖、粗砂巖，局部剖面夾灰色、灰綠色中-細(xì)砂巖、灰黑色泥巖及煤線。該組底界與上三疊統(tǒng)塔里齊克組頂部灰黑色泥巖、粉砂巖及煤線接觸，界線清楚。

下侏羅統(tǒng)陽霞組厚531 m左右，巖性主要為曲流河沉積的灰色、灰白色砂礫巖、砂巖、灰色泥質(zhì)粉砂巖和深灰、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥頁巖及煤層。

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組巖性主要為褐紅色砂礫巖，該組與下伏的齊古組紫紅色泥巖呈整合接觸，該組在庫車河剖面厚16 m左右?？M礫巖膠結(jié)較差，宏觀上呈軟地貌，礫徑小，與上覆下白堊統(tǒng)亞格列木組間有明顯界面。

下白堊統(tǒng)亞格列木組在庫車河剖面厚約60 m，該組礫巖堅(jiān)硬，地貌陡峭，似城墻狀，故有城墻礫巖之稱。

圖1 庫車坳陷地理位置及中生代以來天山隆升順序平面圖

該組底界為淺灰紫色塊狀礫巖與下伏喀拉扎組褐紅色砂礫巖假整合接觸。亞格列木組砂礫巖膠結(jié)致密、堅(jiān)硬、抗風(fēng)化能力強(qiáng)，礫徑較大。

下白堊統(tǒng)巴什基奇克組在庫車河剖面厚224 m左右，主要巖性上部為粉紅色厚層、塊狀中-細(xì)粒砂巖夾同色含礫砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、含鈣質(zhì)泥巖，下部為紫灰色厚層塊狀礫巖。

古近系庫姆格列木群厚433 m左右，劃分為上、下兩個(gè)巖組：上組巖性主要為紫紅色泥巖夾灰白色石膏巖、膏質(zhì)泥巖；下組底部為灰色、灰白色泥灰?guī)r、灰質(zhì)礫巖，上部為紫紅色礫巖、砂巖與同色泥巖、砂巖、石膏巖互層。

新近系吉迪克組較厚，該組底部發(fā)育紫紅色中-厚層狀中礫巖夾紫紅色薄-中層狀含灰含礫不等粒砂巖；下段巖性主要為紫紅色薄-厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖韻律互層；上段為灰綠、紫紅色中-厚層狀泥、灰質(zhì)粉砂巖、粗-中粒砂巖與紫紅、灰綠砂質(zhì)泥巖韻律互層[22]。

2 礫巖宏觀特征及礫態(tài)

筆者對(duì)庫車河剖面和卡普沙良河剖面的下侏羅統(tǒng)阿合組、陽霞組，上侏羅統(tǒng)喀拉扎組，下白堊統(tǒng)亞格列木組、巴什基奇克組，古近系庫姆格列木群以及新近系吉迪克組礫巖中礫石的沉積特征、礫徑、礫態(tài)等進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量(圖2)。根據(jù)每組礫巖厚度的不同選取不同測(cè)量點(diǎn)，且每個(gè)測(cè)量點(diǎn)面積≥1 m2，每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)選取約100個(gè)礫石樣品進(jìn)行測(cè)量。分析表明礫石的礫態(tài)具有很好的分布規(guī)律(表1)。

圖2 庫車坳陷侏羅系-新近系多套礫巖不同宏觀特征與礫態(tài)

地層礫巖顏色礫徑/mm礫石扁度礫石球度礫巖結(jié)構(gòu)礫石成分礫石搬運(yùn)距離/km礫巖沉積相對(duì)應(yīng)的天山隆升時(shí)間/Ma天山隆升速率[23]/(m·Ma-1)新近系吉迪克組褐色、紅褐色最大220,平均582.2390.654顆粒支撐,次棱角狀砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r等礫石,少量的大理巖及脈石英～24沖積扇25～0114.1～306.1上白堊統(tǒng)-古近系庫姆格列木群褐色、紅褐色最大175,平均642.1960.639顆粒支撐,棱角-次棱角狀主要為膏巖礫石,少量中-酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖、砂巖礫石～21扇三角洲前緣水下分流河道滯留沉積灰色、褐色最大64,平均211.8840.662雜基支撐,次棱角-次圓狀灰?guī)r、中-酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖、花崗巖,少量砂巖礫石～49沖積扇96～4631.9～47.6下白堊統(tǒng)巴什基奇克組下白堊統(tǒng)亞格列木組上侏羅統(tǒng)喀拉扎組褐色、紅褐色最大56,平均262.2090.654顆粒支撐,次棱角-次圓狀褐色、紅褐色最大600,平均632.6850.602顆粒支撐,次棱角-次圓狀褐色、紅褐色最大53,平均282.2010.650顆粒支撐,次棱角-次圓狀褐色、紅褐色最大400,平均782.4760.624顆粒支撐,次棱角-次圓狀褐色、紫褐色最大60,平均302.2480.626雜基支撐,次棱角-次圓狀變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖,少量砂巖礫石變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖,少量千枚巖、變質(zhì)砂巖、砂巖礫石中-酸性噴出巖、石英巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖、千枚巖、砂巖～45沖積扇中辮狀河道～22沖積扇扇根-扇中～43沖積扇中辮狀河道～16沖積扇扇根-扇中～41沖積扇扇根150～100130下侏羅統(tǒng)陽霞組下侏羅統(tǒng)阿合組灰色、灰白色最大36,平均201.9750.668顆粒支撐,次棱角-次圓狀灰色、灰白色最大25,平均111.9890.651顆粒支撐,次棱角-次圓狀灰色、灰白色最大80,平均251.9300.667顆粒支撐,次棱角-次圓狀變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、花崗巖、硅質(zhì)巖等～118曲流河河道滯留沉積～131晚期辮狀河河道滯留沉積～109早期辮狀河河道滯留沉積220～180—

2.1 下侏羅統(tǒng)阿合組

2.2 下侏羅統(tǒng)陽霞組

下侏羅統(tǒng)陽霞組礫巖主要為曲流河河道底部滯留礫巖(圖2c)，礫巖較薄，一般厚20～40 cm。礫巖呈灰色、灰白色，地層產(chǎn)狀為182°∠60°。礫徑較短，最大礫徑約36 mm，平均礫徑為20 mm。礫石磨圓較差，主要呈次棱角-次圓狀。該組礫石扁度為1.975，球度為0.668。

2.3 上侏羅統(tǒng)喀拉扎組

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組礫巖厚度較大，可達(dá)11 m，整體呈塊狀，礫石排列雜亂，無定向性。該組礫巖在干旱氣候下呈褐色、紫褐色，礫石最大礫徑約60 mm，礫徑主要集中在23～31 mm，平均礫徑30 mm。礫石雜亂、分選差，表現(xiàn)出顯著的沖積扇沉積特征(圖2d)。礫巖地層產(chǎn)狀為186°∠53°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為193°∠61°。該組礫石扁度為2.248，球度為0.626，主要呈次棱角-次圓狀。

2.4 下白堊統(tǒng)亞格列木組

下白堊統(tǒng)亞格列木組礫巖厚41 m，礫巖整體呈塊狀,礫石具定向性。該組礫巖屬干旱氣候下的沖積扇沉積。下部為沖積扇扇根-扇中沉積(圖2e)，最大礫徑約400 mm，平均礫徑78mm;下部礫巖地層產(chǎn)狀為204°∠46°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為196°∠36°;礫石扁度為2.476，球度為0.624，礫石主要呈次棱角-次圓狀。該組上部則為扇中辮狀河道沉積，由礫巖-含礫粗砂巖、粗砂巖正粒序組成，最大礫徑53mm，平均礫徑28mm；上部礫巖地層產(chǎn)狀為165°∠65°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為170°∠46°；礫石扁度為2.201，球度為0.650，主要呈次棱角-次圓狀(圖2f)。

2.5 下白堊統(tǒng)巴什基奇克組

下白堊統(tǒng)巴什基奇克組礫巖厚65 m，礫巖整體呈褐色、紅褐色，塊狀，礫石具定向性。該組礫巖屬干旱氣候下的沖積扇沉積。下部為沖積扇扇根-扇中沉積(圖2g)，最大礫徑達(dá)到600 mm，平均礫徑63 mm；礫巖地層產(chǎn)狀為178°∠76°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為166°∠61°；礫石扁度為2.685，球度為0.602，主要呈次棱角-次圓狀。上部礫巖為沖積扇中的辮狀河道沉積(圖2h)，最大礫徑達(dá)到56 mm，平均礫徑26 mm；礫巖地層產(chǎn)狀為177°∠74°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為198°∠62°；礫石扁度為2.209，球度為0.654，主要呈次棱角-次圓狀。

2.6 古近系庫姆格列木群

古近系庫姆格列木群底部發(fā)育厚0.6 m左右的灰質(zhì)礫巖(圖2i)，該段礫巖為沖積扇礫巖沉積，雜基支撐，礫巖呈灰色、灰白色；礫巖地層產(chǎn)狀為172°∠61°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為194°∠65°；最大礫徑達(dá)到64 mm，平均礫徑21 mm；礫石扁度為1.884，球度為0.662，灰質(zhì)礫巖主要呈次棱角-次圓狀。該組中、上部發(fā)育扇三角洲前緣水下分流河道滯留礫巖沉積，礫石主要為膏巖(圖2j)，礫巖地層產(chǎn)狀為174°∠62°，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為3°∠67°；最大礫徑達(dá)到175 mm，平均礫徑64 mm；礫石扁度為2.196，球度為0.639，礫石主要呈次棱角-棱角狀。

2.7 新近系吉迪克組

拜城縣卡普沙良河剖面新近系吉迪克組底部發(fā)育沖積扇相礫巖沉積(圖2k，l)，礫巖呈褐色、紅褐色，礫巖厚約20 m；礫巖地層產(chǎn)狀為135°∠62°，礫巖中礫石顆粒支撐，平均礫石最大扁平面產(chǎn)狀為131°∠46°；最大礫徑達(dá)到220 mm，平均礫徑58 mm；礫石扁度為2.239，球度為0.654,主要呈次棱角狀。

3 礫巖微觀特征及成分

筆者在庫車河剖面和拜城縣卡普沙良河剖面共采集礫巖樣品38塊，并磨制巖石大薄片進(jìn)行礫巖微觀結(jié)構(gòu)觀察與礫石成分鑒定(表1)。

3.1 下侏羅統(tǒng)阿合組

下侏羅統(tǒng)阿合組礫巖呈灰色、灰綠色，主要為辮狀河河道底部滯留沉積，礫石成分較為復(fù)雜，主要為變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、花崗巖、硅質(zhì)巖等。礫石呈次棱角-次圓狀，礫石間少量泥質(zhì)、方解石充填，并見大量粗砂碎屑填充(圖3a)，砂質(zhì)中見灰泥巖屑。礫石間主要為線狀接觸，溶蝕現(xiàn)象不甚發(fā)育，見構(gòu)造微裂縫及粗顆粒內(nèi)裂紋。

3.2 上侏羅統(tǒng)喀拉扎組

上侏羅統(tǒng)喀拉扎組礫巖為紅褐色、褐色，中-細(xì)粒礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)。礫石成分多樣，主要為中-酸性噴出巖礫石，含量約40%，石

圖3 庫車坳陷侏羅系—古近系礫巖中不同成分礫石的微觀結(jié)構(gòu)特征

英巖礫石含量約30%，其他成分的礫石有灰?guī)r(圖3b)、硅質(zhì)巖、千枚巖、砂巖礫石等。礫石分選差-中等，主要為次棱角-次圓狀，磨圓度差，抗風(fēng)化作用弱。填隙物中見方解石膠結(jié)物和少量紅褐色鐵泥質(zhì)，并有大量褐紅色、褐色的砂質(zhì)。

3.3 下白堊統(tǒng)亞格列木組

下白堊統(tǒng)亞格列木組礫巖顏色為灰褐色、灰綠色。礫石成分以變質(zhì)石英巖和中-酸性噴出巖礫石為主，兩種礫石含量約占礫石總量的70%左右，其次為灰?guī)r礫石，含量約8%～10%，硅質(zhì)巖礫石含量約5%，此外，還有少量千枚巖、變質(zhì)砂巖、砂巖礫石(圖3c)。礫石以次棱角狀、次圓狀為主，磨圓差-中等。礫石間還充填大量石英巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r等砂質(zhì)，礫石間方解石膠結(jié)。

3.4 下白堊統(tǒng)巴什基奇克組

下白堊統(tǒng)巴什基奇克組礫巖呈褐色、紅褐色，塊狀構(gòu)造，顆粒支撐，孔隙式膠結(jié)。礫石成分主要為變質(zhì)石英巖，含量為35%～40%，其次為中-酸性噴出巖，含量為20%～30%(圖3d)，灰?guī)r礫石含量有所增加，可達(dá)15%～20%，硅質(zhì)巖礫石含量為10%左右，并見少量千枚巖礫石，偶見砂巖礫石。該組礫巖中礫石磨圓中等，以次圓狀為主，次棱角狀次之。膠結(jié)物為方解石，并見褐色鐵泥質(zhì)充填礫石間，巖石中還充填有大量砂級(jí)灰?guī)r巖屑及硅質(zhì)巖巖屑。

3.5 古近系庫姆格列木群

古近系庫姆格列木群中礫巖呈灰色、褐色，礫石成分較復(fù)雜，以灰?guī)r礫石為主(圖3e)，含量為45%～70%，其次為中-酸性噴出巖礫石，含量為30%左右，變質(zhì)石英巖、花崗巖等礫石較少，并見少量砂巖礫石(圖3f)。礫巖中礫石呈棱角-次棱角狀，礫石周緣可見粒緣縫，礫石間大量砂質(zhì)、鐵泥質(zhì)及方解石充填。

3.6 新近系吉迪克組

拜城縣卡普沙良河剖面新近系吉迪克組底部礫巖呈褐色、紅褐色。礫巖中礫石成分較復(fù)雜，主要為砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r等礫石，少量的大理巖及脈石英等。礫石呈次棱角-次圓狀，礫石間大量鐵泥質(zhì)及砂質(zhì)碎屑充填。

4 礫石反映沉積物源區(qū)遠(yuǎn)近的估算

礫巖主要分布在盆地邊緣并指示了物源區(qū)的存在，估算礫石搬運(yùn)距離可間接反映沉積物源區(qū)的遠(yuǎn)近變化。筆者依據(jù)下侏羅統(tǒng)阿合組—新近系吉迪克組礫巖的沉積相類型、主要礫徑范圍及礫石成分的變化，對(duì)南天山前各組礫巖中礫石的沉積搬運(yùn)距離進(jìn)行了定量估算。

4.1 沉積搬運(yùn)距離定量估算原則

1) 估算公式

萬靜萍[23]通過對(duì)我國發(fā)育最好的現(xiàn)代洪積扇——祁連山北麓昌馬洪積扇的研究，建立了沖積扇沉積中礫石直徑與搬運(yùn)距離的關(guān)系式：

H=69.7-26.3lnG

(1)

式中：H為搬運(yùn)距離，km；G為平均礫石直徑，cm。

吳錫浩等[24]建立了長江瀘州至重慶段河流沉積礫石搬運(yùn)距離關(guān)系式：

S=(9.5-D)/0.064

(2)

式中：S為搬運(yùn)距離，km；D為平均礫石直徑，cm。

2) 沉積相類型

如表1所示，下侏羅統(tǒng)阿合組-陽霞組礫巖為辮狀河-曲流河河道滯留沉積，上侏羅統(tǒng)喀拉扎組主要發(fā)育沖積扇礫巖，下白堊統(tǒng)亞格列木組-巴什基奇克組礫巖為沖積扇沉積，古近系庫姆格列木群為沖積扇-扇三角洲礫巖沉積，新近系吉迪克組礫巖同樣為沖積扇沉積。

3) 礫巖結(jié)構(gòu)及礫石磨圓度

如普拉姆利研究黑山河地區(qū)河流中石灰?guī)r礫石,由源區(qū)搬運(yùn)18 km乃至37 km時(shí)變成極圓狀[25]。斯利研究科羅拉多河礫石中的石英礫石，搬運(yùn)不到161 km就變成極圓狀。昂路格研究的杜納耶茨河礫石中的花崗巖礫石搬運(yùn)125 km達(dá)到極圓狀[25]。

4) 礫石成分

礫石母巖的硬度與其搬運(yùn)距離關(guān)系較為緊密。表2統(tǒng)計(jì)了石灰?guī)r和花崗巖等巖石從棱角狀搬運(yùn)到極圓狀所需的搬運(yùn)距離，從中可知石英巖的耐磨性最強(qiáng)，花崗巖和長石依次減弱，石灰?guī)r磨損損失最大。若以一塊邊長為10 cm的石灰?guī)r立方體為例，在流水的搬運(yùn)作用下，大約經(jīng)過40 km的距離，便可被磨損殆盡[18]。

4.2 庫車坳陷侏羅系—新近系礫石搬運(yùn)距離估算

依據(jù)上述原則，筆者半定量評(píng)價(jià)了庫車坳陷北部露頭剖面侏羅系—新近系礫石的搬運(yùn)距離。

表2 碎屑磨損與搬運(yùn)距離的關(guān)系[18]

1) 下侏羅統(tǒng)阿合組-陽霞組

該段沉積時(shí)期礫石為河流相河道滯留沉積，礫石成分主要為耐磨損的變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、花崗巖及硅質(zhì)巖等礫石，且礫徑較短，平均礫徑只有11～25 mm。采用吳錫浩等[24]建立的河流沉積礫石搬運(yùn)距離關(guān)系式公式(2)，計(jì)算所得礫石沉積搬運(yùn)距離可達(dá)109～131 km。其中，阿合組上部與陽霞組礫石搬運(yùn)距離最遠(yuǎn)。

2) 上侏羅統(tǒng)喀拉扎組—下白堊統(tǒng)巴什基奇克組

該段沉識(shí)時(shí)期礫石搬運(yùn)距離較近，此3組主要發(fā)育近源沖積扇沉積，礫石成分主要為變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖及少量砂巖礫石，且灰?guī)r礫石含量一般介于10%～20%，最大礫徑可達(dá)600 mm，平均礫徑為26～78 mm。故采用萬靜萍[23]建立的沖積扇礫石沉積搬運(yùn)距離的關(guān)系式公式(1)，計(jì)算所得礫石搬運(yùn)距離可達(dá)20～45 km。

3) 古近系庫姆格列木群

古近系礫巖的沉積相類型為沖積扇-扇三角洲，礫石主要為灰?guī)r及膏巖礫石，礫石呈棱角-次棱角狀，礫徑最大可達(dá)175 mm，平均礫徑為21～64 mm。同樣采用萬靜萍[23]建立的沖積扇礫石沉積搬運(yùn)距離的關(guān)系式公式(1)，計(jì)算所得礫石搬運(yùn)距離可達(dá)20～50 km。

4) 新近系吉迪克組

該段沉積時(shí)期礫石的搬運(yùn)距離最短，該組礫石成分主要為砂巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r等礫石，礫徑增大明顯可達(dá)220 mm，平均礫徑為58 mm。礫巖主要呈次棱角狀，且巨厚的礫巖主要為沖積扇沉積。采用萬靜萍[23]建立的沖積扇礫石沉積搬運(yùn)距離的關(guān)系式公式(1)，計(jì)算所得礫石搬運(yùn)距離在20 km左右。

由于盆地邊緣相帶礫巖堆積物可反映盆地邊界范圍[23]，因此庫車坳陷北部侏羅系—新近系的礫石搬運(yùn)距離反映了沉積物源區(qū)的變化，其表現(xiàn)為由遠(yuǎn)及近的規(guī)律，并具有如下4個(gè)階段性特征(表1)：①距今220～180 Ma的早侏羅世，庫車坳陷北部沉積物源距現(xiàn)今庫車河剖面較遠(yuǎn)，可達(dá)109～131 km；②距今150～100 Ma的晚侏羅世—早白堊世，北部沉積物源區(qū)距現(xiàn)今庫車河剖面較近，一般為20～45 km；③距今96～46 Ma的古近紀(jì)，北部沉積物源區(qū)距現(xiàn)今庫車河剖面較近，但礫石搬運(yùn)距離較白堊紀(jì)有所變遠(yuǎn)，達(dá)20～50 km；④距今25 Ma以來的新近紀(jì)，北部沉積物源區(qū)距現(xiàn)今庫車河剖面最近，由礫石沉積搬運(yùn)距離所反映的物源區(qū)可能只有20 km左右。

5 礫巖對(duì)天山隆升與盆地沉降的響應(yīng)

5.1 中、新生代天山存在4期隆升，隆升范圍兩小兩大

天山山脈呈近東西向或北西西向綿延聳立于新疆中部，并夾持于準(zhǔn)噶爾和塔里木盆地之間,山脈東西長1 700 km,寬250～350 km,東、西段均形成南北分枝。天山為一典型的復(fù)合型造山帶,分別經(jīng)歷了古生代初始造山和晚中生代—新生代再造山過程[26]。筆者對(duì)前人運(yùn)用磷灰石裂變徑跡測(cè)年分析天山隆升時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集與整理(表3)[27-36]，并依據(jù)表3的天山隆升時(shí)間編制了中生代以來的天山隆升順序平面圖(圖1)。由圖1及前人成果[25-38]可知，天山并非統(tǒng)一的隆升，是有先后時(shí)間順序的4期隆升，隆升范圍兩小兩大：①第一期隆升發(fā)生在距今220～180 Ma的晚三疊世—早侏羅世，最早隆升地點(diǎn)在昭蘇—伊寧一線的中天山、奎屯南—玉希莫勒蓋達(dá)坂地區(qū)以及塔里木盆地北緣的庫魯克塔格山的興地和辛格爾地區(qū)，山體隆升范圍較??；②第二期隆升發(fā)生在距今約150～100 Ma的晚侏羅世—早白堊世，主要的隆升地點(diǎn)位于中天山瓊博拉森林公園、北天山瑪納斯河上游-博格達(dá)山、南天山獨(dú)庫公路歐西達(dá)坂等地區(qū)以及塔里木盆地北緣的庫魯克塔格山的北部地區(qū)，該時(shí)期的山體隆升范圍較大；③第三期隆升發(fā)生在距今96～46 Ma的晚白堊世—始新世，山體隆升范圍比較小，隆升地點(diǎn)主要位于北天山的頭屯河及烏庫公路后峽地區(qū)、南天山庫車坳陷北部捷斯德里克背斜等地區(qū)以及庫魯克塔格山西緣的庫爾勒東部地區(qū)；④第四期隆升發(fā)生在距今25 Ma以來的中新世—第四紀(jì)，該時(shí)期可以說是天山全面隆升時(shí)期，并逐步形成現(xiàn)今的天山形態(tài)(圖1)。

表3 新疆地區(qū)天山山脈隆升年齡與地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

5.2 礫巖對(duì)天山隆升與盆地沉降的響應(yīng)特征

關(guān)于山前礫石的成因主要有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為礫石主要是造山帶的構(gòu)造隆升導(dǎo)致；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是氣候振蕩所導(dǎo)致的剝蝕作用加強(qiáng)所造成[4]。庫車坳陷在早-中侏羅世主要以潮濕氣候?yàn)橹鳎?晚侏羅世至今以干旱氣候?yàn)橹?，其間只有在古近紀(jì)發(fā)生短暫的海侵，出現(xiàn)大面積的灰?guī)r及褐紅色泥巖與膏鹽巖互層沉積，此時(shí)期可能出現(xiàn)了氣候振蕩變化，但在南天山前未見大規(guī)模礫巖沉積。因此，可以說南天山前下侏羅統(tǒng)—新近系發(fā)育的多套礫巖可能主要由構(gòu)造隆升作用引起。

由圖1和表1所示，天山的大規(guī)模隆升分別發(fā)生在晚三疊世—早侏羅世、晚侏羅世—早白堊世、晚白堊世—始新世以及中新世。從庫車河和卡普沙良河等剖面發(fā)育的多套礫巖中的礫石成分、礫態(tài)特征、礫徑范圍及礫石搬運(yùn)距離反映的物源區(qū)遷移等的變化規(guī)律上(表1)可以看出，庫車坳陷北部礫巖沉積對(duì)天山隆升和盆地沉降具明顯響應(yīng)特征。

1) 晚三疊世—早侏羅世

受印支運(yùn)動(dòng)影響，晚三疊世—早侏羅世庫車坳陷沉降加大，沉降中心位于南天山山前及其以北地帶，南天山山前沉降中心沉降速率最大為30 m/Ma[39]。隨著盆地沉降加大，引起盆地周緣隆起上升并遭受強(qiáng)烈剝蝕。天山的隆升主要集中在中天山和北天山西段以及庫魯克塔格山的興地和辛格爾地區(qū)，隆升幅度較小，推測(cè)中天山與北天山可能是下侏羅統(tǒng)阿合組-陽霞組的物源區(qū)(圖1)。盆緣礫石成分主要為變質(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、花崗巖及硅質(zhì)巖等；礫徑較短，礫石扁度較小且搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，沉積物源距現(xiàn)今庫車河剖面較遠(yuǎn)，可達(dá)109～131 km。這表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，盆地周緣古隆起、高地被剝蝕夷平，使區(qū)域古地貌趨于準(zhǔn)平原化[37]。

2) 晚侏羅世—早白堊世

受燕山早期運(yùn)動(dòng)影響，晚侏羅世—早白堊世盆地沉降中心明顯南移,已從三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)時(shí)期的靠近南天山山前及其以北的位置南移至克拉蘇河以南、拜城以北至克拉3井一帶,沉降速率均為25 m/Ma[39]。礫石搬運(yùn)距離所反映的沉積物源區(qū)也向南遷移，距現(xiàn)今庫車河剖面20～45 km。盆緣礫石成分演變?yōu)樽冑|(zhì)石英巖、中-酸性噴出巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖及砂巖礫石。礫徑增大明顯，最大可達(dá)600 mm左右；礫石扁度增加，一般大于2。南天山山前礫巖主要為近源的沖積扇相沉積。天山隆升速率為130 m/Ma(表1)，表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較早侏羅世強(qiáng)烈，中天山進(jìn)一步隆升，北天山的隆升則向東擴(kuò)展，南天山也出現(xiàn)大范圍的隆起(圖1)，庫魯克塔格山的北部地區(qū)也強(qiáng)烈隆升。

3) 晚白堊世—古近紀(jì)

受印度次大陸與歐亞大陸碰撞的喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)影響[40]，晚白堊世—古近紀(jì)庫車坳陷沉降中心已接近現(xiàn)今的拜城凹陷。與早白堊世相比，古近紀(jì)庫車坳陷沉降中心進(jìn)一步南移西遷，且沉降幅度明顯加大[39]。礫石搬運(yùn)距離所反映的沉積物源區(qū)距現(xiàn)今庫車河剖面20～50 km。盆緣礫石成分主要為灰?guī)r、膏巖、中-酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖及砂巖等礫石；礫徑較小，最大只有175 mm，礫石扁度變小，礫巖主要為沖積扇和扇三角洲分流河道滯留沉積。表1中天山隆升速率為31.9～47.6 m/Ma，表明喜馬拉雅早期構(gòu)造活動(dòng)變?nèi)?，天山的隆升主要集中在烏魯木齊南部和庫車北部地區(qū)以及庫魯克塔格山西緣的庫爾勒東部地區(qū)(圖1)。

4) 古近紀(jì)-新近紀(jì)

中喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)發(fā)生在古近紀(jì)與新近紀(jì)之間，這次地殼運(yùn)動(dòng)在整個(gè)喜馬拉雅期中最為強(qiáng)烈。新近紀(jì)中新世，庫車坳陷沉降中心已南移至拜城凹陷,盆地沉降幅度有了明顯的加大，沉降速率約為200 m/Ma,比以往任何時(shí)期都高[39]。礫石沉積搬運(yùn)距離所反映的物源區(qū)距現(xiàn)今庫車河剖面最近，只有20 km左右。礫徑增大明顯，礫石成分主要為砂巖、硅質(zhì)巖及灰?guī)r等礫石，少量的大理巖及脈石英等。這表明受印度板塊與歐亞板塊碰撞影響，天山進(jìn)入全面隆升階段，是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度最大、山體隆升幅度最大的階段，天山隆升速率為114.1～306.1 m/Ma，從而形成現(xiàn)今天山與庫車前陸盆地的盆-山格局。

6 結(jié)論

庫車坳陷下侏羅統(tǒng)阿合組—新近系吉迪克組發(fā)育多套礫巖。由礫巖顏色、礫石扁度和球度及礫徑等礫態(tài)分析，可以進(jìn)行礫石成分變化以及礫巖沉積相類型研究，并半定量估算各組礫石的沉積搬運(yùn)距離。研究認(rèn)為，下侏羅統(tǒng)阿合組-陽霞組河流相沉積礫石搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，可達(dá)130 km左右；上侏羅統(tǒng)喀拉扎組—新近系吉迪克組礫巖主要為沖積扇沉積，礫石搬運(yùn)距離一般在20～50 km。礫石搬運(yùn)距離反映了沉積物源區(qū)的變化，庫車坳陷北部侏羅系—新近系物源區(qū)表現(xiàn)為由北向南、由遠(yuǎn)及近的遷移。下侏羅統(tǒng)阿合組—新近系吉迪克組多套礫巖的沉積，對(duì)中、新生代天山4期構(gòu)造隆升具明顯的響應(yīng)。該認(rèn)識(shí)不但提高了關(guān)于庫車坳陷侏羅系—新近系多套礫巖變化特征對(duì)天山隆升響應(yīng)關(guān)系方面的認(rèn)識(shí)，更為盆地原型恢復(fù)研究及油氣勘探范圍的拓展提供了重要的地質(zhì)基礎(chǔ)。

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(編輯 李 軍)

Jurassic-Neogene conglomerate characteristics in Kuqa Depression and their response to tectonic uplifting of Tianshan Mountains

Gao Zhiyong1,2,Zhu Rukai1,2,Feng Jiarui1,2,Li Xiaopei3,Zhao Xuesong3,Guo Meili3

(1.PetroleumGeologyResearchandLaboratoryCenterofResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Beijing100083,China;2.StateKeyLaboratoryofEnhancedOilRecoveryofResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment，PetroChina,Beijing100083,China;3.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083，China)

Samples from multiple sets of the Jurassic-Neogene conglomerate outcrops in Kuqa depression were collected and analyzed for the composition,flatness,sphericity,and size of gravel,and the sedimentary facies that had made everything happened,and for a semi-quantitative study of transportation distance of gravel in front of southern Tianshan Mountain.The results show a far-to-near pattern of gravel transport distance for the Jurassic-Neogene conglomerate.Gravels in the Lower Jurassic Ahe-Yangxia Formations migrated the farthest to 110-130 km,and those from the Neogene Jidike Formation moved the shortest at only 20 km.Between them,the gravels of the Upper Jurassic Kelaza Formation moved about 40 km,that of the Lower Cretaceous Yageliebu-Bashijiqike Formations ran at a distance range between 20 and 45 km and that in the Palaeogene conglomerate transported from 20 to 50 km.Combined with the previous apatite fission track data,the new results indicate that the uplift of the Tianshan Mountains can be divided into 4 stages(two of them were major unplifting and two of them were minor ones):the Triassic-Early Jurassic,Late Jurassic-Early Cretaceous,Late Cretaceous-Eocene,and Miocene-present.The composition,shape and size of the gravels as well as migration of provenance reflected by the gravel transport distance show that the sedimentary evolution of the conglomerate responded strongly to the 4 stages of uplifting process.

uplift of Tianshan Mountains;transportation distance;gravel geometry;conglomerate;Kuqa depression

2015-03-27;

2015-06-30。

高志勇(1974—)，男，高級(jí)工程師，沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail：gzybox@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05003-002)；中國石油股份公司科技項(xiàng)目(2014B-0408)。

0253-9985(2015)04-0534-11

10.11743/ogg20150402

TE121.3

A