克拉瑪依地區(qū)野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地建設(shè)研究

孫新銘,李 莉,于景維,徐媛媛,柳 妮,王 滿,井春麗

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)，新疆克拉瑪依 834000）

0 前言

克拉瑪依坐落于新疆準(zhǔn)噶爾盆地的西北緣,是國家重要的石油石化基地、新疆重點(diǎn)新型工業(yè)化城市、絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶上的重要節(jié)點(diǎn)城市。石油與天然氣的勘探開發(fā),使克拉瑪依因油而立、因油而興,成為世界上唯一以石油命名的城市。

野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地是實(shí)踐教學(xué)得以實(shí)施的根本前提和基礎(chǔ),在整個(gè)地學(xué)實(shí)踐教學(xué)中具有“以彈丸之地造就地學(xué)奇兵”的重要地位,是構(gòu)建地質(zhì)專業(yè)教學(xué)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此,開展野外實(shí)習(xí)基地的建設(shè)研究具有重要意義。

1 野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地的選擇

野外實(shí)習(xí)基地的選擇和定位,取決于實(shí)習(xí)的目的和要求（宋丙劍,2015）。根據(jù)國內(nèi)外高校野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合學(xué)校所在地的實(shí)際情況以及地質(zhì)類專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn),實(shí)習(xí)基地的選擇應(yīng)遵循實(shí)習(xí)區(qū)域集中、教學(xué)內(nèi)容齊全和交通便利、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等原則。由此,我們經(jīng)過多次的實(shí)地調(diào)研、比較確定了準(zhǔn)噶爾盆地西北緣作為野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地。實(shí)習(xí)基地位于西準(zhǔn)噶爾褶皺帶與準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的交接帶,地跨東經(jīng)84°00′～86°00′,北緯45°20′～46°20′之間。行政區(qū)劃隸屬于新疆塔城地區(qū)托里縣、克拉瑪依市管轄。構(gòu)造上位于哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊與西伯利亞板塊之間(圖1(a)),為晚古生代哈薩克斯坦板塊與準(zhǔn)噶爾地塊的碰撞造山帶,屬中亞晚古生代造山帶的一部分（唐功建等，2009；李理等，2015）。實(shí)習(xí)區(qū)受復(fù)雜的構(gòu)造背景、多方向擠壓應(yīng)力作用、多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,區(qū)內(nèi)的構(gòu)造樣式、地表情況都很復(fù)雜,斷裂也十分發(fā)育（胡楊等，2013）。同時(shí),晚古生代以來西北緣地區(qū)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了區(qū)內(nèi)富集的內(nèi)生礦產(chǎn)、古生代的(蛇綠)混雜帶的就位(圖1b)和準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的油氣富集（何登發(fā)等，2010）。

2 野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地的教學(xué)資源

圖1 克拉瑪依地區(qū)野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地區(qū)域地質(zhì)特征Fig.1 Regional geological characteristics of fi eld geological practice base in Karamay

2.1 地層特征

通過大量的野外地質(zhì)調(diào)查,我們確立了沿準(zhǔn)噶爾盆地西北緣加伊爾山、哈拉阿拉特山及其盆山結(jié)合部的吐孜阿克內(nèi)溝、黑油山溝、深底溝、大侏羅溝、白楊河及柳樹溝等剖面作為主要實(shí)習(xí)區(qū),實(shí)習(xí)剖面位置如圖1(b)所示。這些剖面位置交通便利,從克拉瑪依出發(fā)當(dāng)天均可到達(dá)。實(shí)習(xí)區(qū)的晚古生代－中生代地層出露完整，層序穩(wěn)定，沉積構(gòu)造特征顯著，沉積環(huán)境標(biāo)志明顯，古生物化石豐富(表1),有利于教師野外實(shí)踐教學(xué)的開展，而且便于學(xué)生觀察。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地層出露及其特征簡表Tab.1 The exposure strata and geological characteristics in the northwestern margin of the Junggar basin

2.2 地質(zhì)構(gòu)造特征

實(shí)習(xí)區(qū)發(fā)育有扎伊爾山與哈拉阿拉特山海西褶皺山系,褶皺構(gòu)造在石炭紀(jì)地層內(nèi)較為發(fā)育,特別是在下石炭統(tǒng)包古圖組以強(qiáng)烈緊閉的尖棱褶皺為特征,褶皺多為不對稱褶皺,類型有直立水平褶皺、傾豎褶皺、平臥褶皺等(圖2a,b,c),褶皺樞紐走向多以近南北向或北東向?yàn)橹?兩翼產(chǎn)狀較為陡傾。在上石炭統(tǒng)希貝庫拉斯組、太勒古拉組內(nèi)以寬緩褶皺為主,多為對稱褶皺,褶皺樞紐走向也多以近南北向或北東向?yàn)橹?兩翼產(chǎn)狀較為平緩。二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)地層為整體表現(xiàn)為向南東傾斜的單斜構(gòu)造(圖2d)。

圖2 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)典型地質(zhì)構(gòu)造照片F(xiàn)ig.2 Typical geotectonic photos of the Western Junggar region

實(shí)習(xí)區(qū)的斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要發(fā)育NE向和NW向兩組近垂直的斷裂體系。NE向斷裂構(gòu)造由北向南依次有哈圖、安齊、達(dá)爾布特、一家人、克－烏等斷裂(圖1)。其中,達(dá)爾布特?cái)嗔褳閰^(qū)內(nèi)最為重要的控制性區(qū)域走滑深大斷裂構(gòu)造,沿扎伊爾山-哈拉阿拉特山西側(cè)出露,斷裂帶內(nèi)可見明顯的負(fù)地形,斷層崖,斷層陡坎,構(gòu)造破碎帶,發(fā)育眾多次生小型斷層(圖2c),斷層面的鏡面、擦痕、階步特征顯著。達(dá)爾布特?cái)嗔褜^(qū)內(nèi)的沉積作用、火山活動(dòng)、蛇綠混雜巖就位具有強(qiáng)烈的約束作用,對區(qū)內(nèi)地層及巖體分布有主要的控制作用。沿達(dá)爾布特?cái)嗔褍蓚?cè)出露大量晚古生代呈面狀分布花崗巖侵入巖體，斷裂以北有廟爾溝、阿克巴斯陶、哈圖和鐵廠溝等巖體,斷裂以南為夏爾莆、克拉瑪依（加甫薩爾蘇）、紅山等巖體(圖1)。NW向斷裂構(gòu)造從褶皺山系向盆地自然延伸,這組斷裂構(gòu)造與NE斷裂構(gòu)造近垂直,主要有紅山嘴、克拉瑪依、大侏羅溝和黃羊泉等斷裂 (圖1),這組橫向走滑斷層將北東向西北緣逆沖推覆構(gòu)造帶分割成統(tǒng)一的北西向斷塊（吳孔友等,2014）。

2.3 外動(dòng)力地質(zhì)作用

（1）湖泊的地質(zhì)作用

實(shí)習(xí)區(qū)內(nèi)的湖泊主要有艾里克湖。據(jù)《新疆圖志》記載,艾里克湖至少存在1300年以上,是由白楊河河水形成的克拉瑪依境內(nèi)唯一的天然淡水湖泊,是白楊河的歸宿地,也是生物多樣性的重要濕地。湖泊的地質(zhì)作用主要表現(xiàn)為侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用。但因湖水的運(yùn)動(dòng)比較弱,所以湖泊的侵蝕、搬運(yùn)能力都很弱,其地質(zhì)作用主要表現(xiàn)在沉積作用上。通過考察艾里克湖,我們可以觀察到典型的湖泊沉積類型、沉積過程及其沉積物的特征；從艾里克湖的變遷史,我們能夠了解到當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓?、克拉瑪依“引額濟(jì)克”對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響,以及因克拉瑪依油田開發(fā)生產(chǎn)用水需求變化對艾里克湖及其周邊環(huán)境的影響。

（2）河流的地質(zhì)作用及地貌景觀

實(shí)習(xí)區(qū)內(nèi)的河流主要有達(dá)爾布特河和白楊河等。達(dá)爾布特河從克拉瑪依市北38km處流過,是離克拉瑪依市最近的一條河流,它發(fā)源于扎伊爾山東坡的阿金勒山,為季節(jié)性河流,河水流至百口泉附近時(shí)逐漸滲入地下,形成的百口泉水源地曾是克拉瑪依20世紀(jì)60年代主要工業(yè)生產(chǎn)和生活的主要水源之一。白楊河屬于內(nèi)陸河流,發(fā)源于塔城地區(qū)額敏縣境內(nèi)烏克拉嘎山東南坡,流域海拔最高為2651m,由西北流向東南,流經(jīng)哈拉阿拉特山口,最后注入烏爾禾以南的艾里克湖。河流的地質(zhì)作用有侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用。通過考察白楊河流域,我們可以觀察到白楊河出山口后形成的現(xiàn)積沖積扇特征；河流側(cè)向侵蝕、底蝕作用形成的白楊河深切河谷、河流階地地貌；白楊河流入艾里克湖形成湖成三角洲特征。

（3）風(fēng)的地質(zhì)作用及地貌景觀

3 實(shí)習(xí)區(qū)的礦產(chǎn)資源

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣擁有豐富的石油、天然氣、油砂礦、煤層氣、油頁巖、鹽、煤、金絲玉、紫砂礦等自然礦產(chǎn)資源。這些資源或深埋于地下,或出露于地表。在克拉瑪依地區(qū)地表最為典型、最具特色是油砂礦、金絲玉和紫砂礦等。這些礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用使克拉瑪依從傳統(tǒng)的、單一的油氣工業(yè)生產(chǎn)向綜合型、服務(wù)型、消費(fèi)型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要的意義。

3.1 西北緣油砂礦

油砂是一種重要的能源礦產(chǎn)，是原油形成后向近地表或淺地表的砂體運(yùn)移，在砂體中輕組份揮發(fā),重組份殘留下來形成的瀝青等重油資源。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣地面油砂資源分布廣泛，主要分布在紅山嘴(K1tg)、黑油山(T2k2)、白堿灘(K1tg)、烏爾禾(K1tg、J3q)等地區(qū)，儲(chǔ)量非常豐富、含油率高，具有重要的工業(yè)開采價(jià)值。油砂分布與地層不整合緊密相關(guān)，紅山嘴地區(qū)、白堿灘地區(qū)和烏爾禾地區(qū)油砂主要分布在吐谷魯組底部不整合面附近向老山超覆尖滅上，黑油山、克拉瑪依三區(qū)的油砂集中分布在克拉瑪依組頂?shù)撞徽厦娓浇蚶仙匠布鉁缥恢蒙?。油砂礦的成因：準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖生油凹陷下二疊統(tǒng)佳木禾組(P1jm)、風(fēng)城組(P1f)及中二疊統(tǒng)下烏爾禾組(P2w)烴源巖生成的深層油氣沿燕山運(yùn)動(dòng)早、中期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和燕山-喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)造成的斷裂和不整合面運(yùn)移到地表較淺的部位，甚至部分出露于地表。油氣在運(yùn)移過程中在運(yùn)移過程中不斷揮發(fā)、氧化、降解，并最終稠化形成油砂（臧春艷等，2006；方朝合等，2008）。

3.2 金絲玉

金絲玉專指中國新疆克拉瑪依、雅丹地區(qū)及其周邊山巒、田野、沙漠上所開采、挖掘的可供玩賞、雕刻的一種新的玉石（田帥等，2014）。晚石炭世至早二疊世時(shí)期，西準(zhǔn)噶爾地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈,地殼深處的高溫、高壓下含大量氣體揮發(fā)份的巖漿以熱力熔化和機(jī)械擠入方式向上部壓力相對較小的薄弱地帶和裂隙流動(dòng)，侵入地殼，甚至噴溢出地表。巖漿在上升過程中溶解在其中的揮發(fā)份逐漸溶出，形成大小不一、形態(tài)各異的氣泡隨著巖漿流動(dòng)。隨著火山活動(dòng)減弱，溫度下降、壓力減小，巖漿凝聚成堅(jiān)固的巖石，氣泡則成了帶殼的空洞，巖漿中含有二氧化硅膠體的硅酸熱液浸入其中，充填了巖石的空隙。隨著水分的蒸發(fā)，二氧化硅濃縮富集，并與四周巖石中的 Al2O3、Fe2O3、SnO2、Mn、K2O 等發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，由于溫度下降，二氧化硅在空洞中沉淀結(jié)晶，在經(jīng)過長期的地質(zhì)變遷、風(fēng)沙磨礪等自然作用，從而形成了質(zhì)地堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)致密的金絲玉。金絲玉的主要礦物成分為石英、黃鐵礦、云母，其色彩豐富、晶瑩剔透、表面光滑圓潤、莫氏硬度達(dá)到6.5～7，因而極具觀賞和收藏價(jià)值。

3.3 紫砂礦

克拉瑪依紫砂礦于2013年4月在克拉瑪依金龍湖建設(shè)工程中發(fā)現(xiàn)。礦層產(chǎn)自中上侏羅統(tǒng)的西山窯組(J2x)、齊古組(J3q)，經(jīng)燕山早、中期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升至地表，在戈壁大漠經(jīng)歷億萬年地質(zhì)變遷而成?？辈楸砻髟诳死斠赖牟徽蠝稀⑼伦伟⒖藘?nèi)溝等地均有大量出露，儲(chǔ)量豐富，僅克拉瑪依區(qū)范圍內(nèi)紫砂原礦的儲(chǔ)量便達(dá)30億噸，可持續(xù)開采一百至兩百年。紫砂礦的主要礦物成分是石英、高嶺土、水云母和赤鐵礦，富含鐵、鋅、硒等18種對人體有益的微量元素，顏色分為紅泥、綠泥、紫泥、青泥及段泥5種，俗稱“金絲泥”?？死斠雷仙暗V性能優(yōu)良、可塑性好、泥質(zhì)細(xì)膩、色澤艷麗，利用其制作出的紫砂器具光線柔美，成色自然黯淡，具有很好的收藏和實(shí)用價(jià)值。金絲玉、紫砂礦成為克拉瑪依除了石油之處的又一張新名片，為全市的經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)、旅游等方面注入了新的活力。

4 實(shí)習(xí)效果與推廣價(jià)值

4.1 實(shí)習(xí)效果

野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地建立后，我們帶領(lǐng)克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院和中國石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)2016級學(xué)生進(jìn)行了野外地質(zhì)實(shí)習(xí)，取得了預(yù)期的效果。主要收獲有以下幾方面∶ 第一，考察內(nèi)容豐富，學(xué)生獲取信息量大。經(jīng)過兩周的實(shí)習(xí)，學(xué)生們觀察了石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和巖性特征，考察了吐孜阿克內(nèi)溝石炭系與三疊系之間的地層角度不整合接觸關(guān)系；不整合溝侏羅系齊古組(J3q)與西山窯組(J2x)之間的地層角度不整合接觸關(guān)系以及該露頭白堊系的吐谷魯群(K1tg)與侏羅系之間的平行不整合接觸關(guān)系?？疾炝送伦伟⒖藘?nèi)溝地區(qū)的寬緩向斜和背斜構(gòu)造、達(dá)爾布特?cái)嗔褬?gòu)造及斷裂面等地質(zhì)地貌，豐富了地質(zhì)專業(yè)知識(shí)，加深了對三大類巖石和各種地質(zhì)地貌現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，收到了較好的實(shí)習(xí)效果。第二，學(xué)生野外地質(zhì)考察技能得到訓(xùn)練，實(shí)踐能力普遍提高。通過野外地質(zhì)實(shí)習(xí)，學(xué)生觀察、鑒定礦物和巖石，閱讀和分析地質(zhì)圖，使用地質(zhì)羅盤儀等技能都得到了很好的訓(xùn)練，學(xué)生們的野外地質(zhì)考察能力普遍提高。

4.2 推廣價(jià)值

野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地中6條露頭剖面、36個(gè)觀察點(diǎn)的選擇目的明確，有效地控制了實(shí)習(xí)區(qū)內(nèi)的各種地層界線和地質(zhì)要素的空間展布，密度合理。實(shí)習(xí)區(qū)的地質(zhì)研究歷史悠久、研究程度高并取得了豐碩的科研成果，區(qū)內(nèi)地層、地質(zhì)構(gòu)造齊全且典型，古生物豐富，具有一定的代表性，區(qū)內(nèi)除了儲(chǔ)量豐富的石油、天然氣、油砂、油頁巖外，還有煤、鉻鐵礦、金礦、鈾礦、斑巖型銅鉬礦等多種礦產(chǎn)資源。因此，本實(shí)習(xí)基地具有一定的利用和推廣價(jià)值?？梢灶A(yù)見，隨著克拉瑪依“632”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，特別是克拉瑪依工程教育基地各院校在地學(xué)專業(yè)建設(shè)和地質(zhì)類課程的建設(shè)過程中，本實(shí)習(xí)基地將會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。但是，由于前期考察時(shí)間緊迫，實(shí)習(xí)區(qū)及其周邊地區(qū)的更多地層和微觀構(gòu)造還有待于進(jìn)一步的勘察和確定。相信隨著對實(shí)習(xí)區(qū)考察的不斷深入，會(huì)有更多更好的實(shí)習(xí)教學(xué)路線、觀察點(diǎn)及典型地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，實(shí)習(xí)基地的實(shí)習(xí)和推廣價(jià)值也將大大提高。

參考文獻(xiàn)