库鲁克塔格地区南华系贝义西组沉积环境及对南华纪裂谷盆地演化的指示

魏震，郭瑞清，赵新生，孙敏佳，吕彪，王克卓（.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 80046；.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 800；.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 800）

库鲁克塔格地区南华系贝义西组沉积环境及对南华纪裂谷盆地演化的指示

魏震1，郭瑞清1，赵新生1，孙敏佳2，吕彪1，王克卓3
（1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830011）

为恢复南华纪初期库鲁克塔格地区的古地理环境和构造背景，利用该区贝义西组岩石特征、沉积构造和粒度分析等资料，对其非冰期沉积环境进行了系统分析。结果表明，贝义西组自下而上发育残坡积相、冲洪积扇扇根和扇中亚相、扇三角洲平原和前缘亚相、滨岸的临滨亚相及浅海相，为持续的海进过程，属拉伸背景下的沉积，符合裂谷盆地的沉积序列。其沉积环境很快由陆相演化至海相，缺乏湖相沉积，说明裂解迅速，指示南华纪早期库鲁克塔格可能处于Rodinia超大陆边缘。结合前人资料认为，其可能是三叉裂谷系一个伸向塔里木克拉通的分支。

库鲁克塔格；贝义西组；沉积环境；裂谷盆地

库鲁克塔格断隆位于塔里木盆地东北缘，北以辛格尔断裂与南天山相邻，南以孔雀河断裂与塔里木盆地分隔（图1-a），该区由大面积前南华系基底和变质变形微弱的南华—震旦系沉积盖层组成，形成典型的双层结构[1-3]。贝义西组作为这套沉积盖层最底部的地层单元，呈角度不整合覆盖于前南华基底之上，对其沉积环境的研究有助于恢复该时期古地理环境和构造背景。近年来对该套地层的研究多集中在冰川对比、地层沉积时限讨论、风化情况及物源等方面[4-10]，关于沉积环境仅少数学者做过简单介绍。高振家等1982年将贝义西组大致分为河流冲积相、海岸碎屑岩相、冰前陆架碎屑岩相及冰筏-海洋相，张艳等将贝义西组置于滨海相[11-12]。笔者在该区1∶5万区调过程中收集了该组丰富的岩石特征、沉积构造等资料，并对该组不同相段薄片进行粒度统计，用以定量判断相应相段沉积环境，恢复了其非冰期沉积阶段的沉积环境，并讨论了其形成的构造背景和盆地演化模式。

1　地层特征

研究区位于库鲁克塔格西段，紧邻库尔勒市，区内贝义西组出露完整，总厚400~1 000 m，下部角度不整合于青白口系帕尔岗塔格群及同期花岗岩之上，上部被照壁山组整合覆盖（图1）。在依格孜塔格山北侧和西山口以东分别测制了PM01和PM04剖面，通过剖面可知，贝义西组底部为一套底砾岩，其上为砂岩、砾岩和中-基性火山岩组成的序列。在剖面中部及顶部的砂岩中采集了若干微体古生物样品，鉴定结果表明，贝义西组中含丰富的微古植物化石，包括光面球藻（未定种）Leiosphaeridia sp.、连球藻（未定种）Synsphaeridium sp.、拟昆布膜片（未定种）Laminalites sp.、?光宽藻（未定种）?Leiovalia sp.、底栖藻类碎片等，这些疑源类指示该组中上部整体处于海相沉积环境[13]。

2　沉积相类型及特征

据详细野外观察和室内分析，综合其岩石类型及组合、粒度标志及沉积构造、古生物、剖面结构等相标志，将贝义西组划分为残坡积相、冲洪积扇相、扇三角洲相、滨海相和浅海相。

2.1残坡积相

该相主要见于依格孜塔格山北侧贝义西组底部，由块状堆积的角砾岩组成，不整合于下伏青白口系花岗闪长岩之上，砾石成分十分单一，皆为下伏花岗闪长岩，砾石间少见或不见胶结物，因此和花岗闪长岩体宏观特征较一致，野外极难识别，仅能以不同砾石间具不同方向片麻理的特征将其和花岗闪长岩体区分。据此认为其是残坡积相的沉积产物，是在干旱气候下经机械破碎后原地堆积-近距离搬运堆积的结果。该相厚度较小，仅1~2 m，分布极不稳定。

图1　库鲁克塔格地质概况（a）、研究区地质简图及剖面分布（b）Fig.1 Simplified geological map of the Quruqtagh Block(a)and geological map of the study area and sampling section(b)

2.2冲洪积扇相

主要见于依格孜塔格山北侧贝义西组底部，为一套不整合覆盖于下伏地质单元之上的楔状砾岩-含砾砂岩堆积体，部分超覆于残坡积相砾岩之上（图2）。露头呈楔状，最宽约250 m，向西尖灭，长约800 m。主要发育浅灰、灰白色砾岩与灰白色含砾粗砂岩，色调明亮，不同于贝义西组其余部分的灰绿-灰黑色岩石，为典型陆相沉积物（图3-a）。据其岩石类型及组合、沉积构造、粒度特征可细分为扇根亚相、扇中亚相，未见扇端亚相。

图2　冲洪积扇相层序特征Fig.2 The sequence feature of alluvial fan

扇根亚相 主要出露于剖面底部，由厚约20 m的泥石流成因灰白色砾岩组成。该砾岩砾石成分简单，皆为下伏花岗闪长岩，砾石磨圆度低，主要为棱角-次棱角状，砾径差别较大，最大50~100 cm±，最小仅数厘米，含量高达90%，砾石间充填粗砂-细砾级杂基，成分与砾石相同。岩石呈块状，可见明显的似流动构造（图3-c），因此，该砾岩为典型的泥石流成因洪积砾岩。此外，还可见崩塌角砾岩，砾石较洪积砾岩大，大者可达3~5 m，小者20~30 cm，成分为花岗斑岩，大砾石基本无磨圆，边界平直，小砾石磨圆中等，砾石含量约70%，杂基为细砂-粗砂岩灌入物，构成杂基支撑结构，砾石下伏砂岩层被扰动严重，可见明显弯曲变形绕砾石而过，形成崩塌落石构造（图3-e），反映沉积时该区地形陡峻，地质活动（如地震）频繁，因地质营力而发生崩塌的剥蚀区高地岩体就地沉积，或沿斜坡发生地滑，形成崩塌角砾岩[14]。

扇中亚相 由浅紫红-灰白色长石岩屑砂岩、长石砂岩、砾质砂岩及灰白色细-中砾岩组成。砾岩单层厚约30~40 cm，砾石大小约5~10 cm，磨圆较好，分选较差，颗粒支撑，发育叠瓦状构造（图3-d），每个砾岩层底部都具冲刷充填滞留构造（图3-d），指示其可能为河道充填沉积，砾岩层上部为具平行层理的长石岩屑砂岩、砾质砂岩等砂岩层，二者构成一个向上变细的基本层序。扇中亚相厚度较薄，由3~4个砾岩-砂岩的基本层序构成，为典型的牵引流沉积。该亚相顶部被另一扇根亚相的崩塌角砾岩砾石扰动，弯曲变形，局部厚50~70 cm。

图3　贝义西组典型相标志Fig.3 Typical facies marker of Bayisi Formation

2.3扇三角洲相

该相位于西山口一带贝义西组底部，角度不整合于青白口系帕尔岗塔格群北塞纳尔塔格组钙质砂板岩、白云岩之上（图3-f），主要由砾岩和砂岩组成。与发育于依格孜塔格地区的冲洪积扇相相比，岩石粒度明显偏细，颜色转为灰绿色，且砾岩层厚度明显减小，显著区别于冲洪积扇环境，应为扇三角洲环境的产物。该相可分为扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相。

扇三角洲平原亚相 在PM04剖面底部发育一层厚约7 m的底砾岩层，该砾岩砾石成分复杂，主要为下伏青白口系北塞纳尔塔格组板岩、灰岩，另可见浅变粒岩、花岗岩类等砾石，浅变粒岩及花岗岩类砾石磨圆度较高，一般次棱角状-次圆状，板岩及灰岩砾石受后期构造影响，拉伸变形强烈。该砾岩分选差，大者可达40~60 cm，小者仅数厘米，砾岩层整体为杂基支撑，块状构造，层底部发育大型冲刷面，应为冲刷滞留沉积（图3-f，g），可能为扇三角洲平原亚相的河道沉积。砾岩层上部由一套厚约3 m的灰绿色砂岩-粉砂岩层组成，发育较细的水平层理，应为河道间沉积。

扇三角洲前缘亚相 该亚相发育于扇三角洲平原亚相之上，厚约40 m，岩石组合以砾岩、含砾粗砂岩、岩屑砂岩为主，夹少量细砂岩和粉砂岩，整体为砂岩-含砾粗砂岩-砾岩韵律层。该亚相中砾岩为杂砾岩，杂基支撑，砂质胶结，砾石成分复杂，可见浅变粒岩、花岗岩类及沉积岩类砾石（图3-i）。另可见同沉积泥砾，砾石以次棱角状为主，大小差异明显，大者约10 cm，小者仅数厘米，砾岩层厚约1 m，底部具冲刷面。砾岩层上部为中细粒砂岩层，灰褐色、米黄色等，中薄层状，发育平行层理，层厚2~3 m。砾岩层与砂岩层构成向上变细的基本层序，总厚约5~8 m，该亚相共由2~3个基本层序构成，代表了2~ 3个扇三角洲前缘水下分流河道沉积。该亚相砂岩粒径约-2~6 Φ，表明水动力条件较强，标准偏差为0.6±，偏态为-0.05~0.12，峰态在1附近，粒度累计曲线为三段式，滚动组分含量约10%~30%，跳跃次总体含量约50%~70%，整体较陡，悬浮次总体含量较低，不足10%（图4-a，b），反映贝义西组底部水动力条件较强，多数沉积物以滚动方式搬运，为扇三角洲前缘亚相河道沉积特征。

2.4滨岸相

该相位于贝义西组中部，整合覆盖于扇三角洲或冰川沉积物之上，沉积物延伸稳定，分布较广。该相岩石多为灰绿、灰黑色，主要由中细粒砂岩-粉砂岩及少量泥岩组成，偶见中层细砾岩。砾岩为块状，厚约40 cm，砾石成分较冲洪积扇和扇三角洲砾岩简单，仅见长英质岩石和变浅粒岩类，分选好，次圆状，颗粒支撑，砾石含量约80%（图3-l），砾径较小，仅1~2 cm，分选好，部分砾岩见不明显正粒序层理，砾岩层下部具底冲刷构造。砂岩-粉砂岩中可见水平层理与平行层理，后者层面平直，延伸稳定，纹层厚度不一，可见数厘米和数十厘米者（图3-j），指示该岩石形成于急流及能量高的环境中，砂岩泥岩中还发育韵律层理，构成砂泥互层层理，层与层平行，层面平直，沿走向延伸稳定，单层厚度约10 cm（图3-j）。另外，在粉砂岩及砂岩表面发育波痕等浅水构造标志，主要为波浪作用下的波痕（图3-k）。该段岩石粒度分布概率累计曲线呈跳跃总体和悬移总体为主的二段式，且以跳跃总体含量最高，总体斜率大，分选好，存在两个次总体，反映其为波浪的冲刷与回流双重作用结果，悬移总体分选差，两者为突变关系，部分为渐变，混合度约1 Φ（图4-c），粒度分布特征与滨岸沉积的特征相符。通过萨胡粒度判别函数(Y海滩：浅海=15.654 3Mz+65.709 1σ12+ 18.107 1Sk1+18.504 3Kg)，计算该相样品值全部小于65.365，显示为海滩沉积环境。综上所述，认为其是滨岸相的前滨亚相沉积。

2.5浅海相

图4　贝义西组扇三角洲及滨海相沉积物粒度分布特征Fig.4 Grain size feature of the sediment of fan delta and coastal facies

该相位于贝义西组顶部层位，主要由具平行层理的粉砂岩、砂岩和含砾砂岩组成，局部可见砾岩层。砾岩层砾石含量较低，杂基支撑，砾石大小约10 cm，磨圆较好，分选差，砾岩单层厚20 cm，可见漂浮砾、直立砾等，反映较深水沉积特点(图3-p，q)，这些砾石可能是冰筏搬运沉积的结果。成层性好的砾岩局部发育类似砂岩岩墙的脉状构造，应为液化管，是成岩作用初期液化的砾岩层受压力上涌刺破砂岩层形成。该亚相未见雨痕、波痕等浅水沉积构造，岩层平直，延伸十分稳定，另发育受扰动的水平纹层、包卷层理及滑塌层理等（图3-n，o）。砂岩的平均粒径0.6~2.4 Φ，标准偏差0.5~0.8，偏态-0.1~ -0.4，峰态在1附近，据萨胡粒度判别函数(Y浅海:三角洲= 0.285 2Mz－8.760 4σ12－4.893 2Sk1+0.048 2Kg和Y海滩:浅海)，判别结果皆为浅海沉积。此外，在贝义西组浅海相硅质岩中发现了生物遗迹化石——潜穴，宽2~6 mm，长达70 mm，与层面平行或斜交，潜穴成分与围岩成分基本一致，皆为硅质岩，但围岩风化色为灰褐色，潜穴风化色灰白色，潜穴痕迹多呈直线和弯曲型，少数直线型潜穴有分叉迹象，分叉与主枝呈较小的锐角，潜穴间可见重叠交切，整体潜穴弯曲，较浅，多倾斜或水平，说明影响环境的因素变化小，常见于浅海地区（图3-m）。

3　对裂谷盆地演化的约束

贝义西组自下而上分别发育残坡积相-冲洪积扇相-扇三角洲相-滨海相-浅海相，沉积环境从陆相-海陆过渡相-浅海相演化，是一个明显且不间断的海进过程（图5），说明其沉降速率大于沉积速率。典型裂谷盆地形成早期即以冲洪积相、扇三角洲及陆相湖泊等成因相组合为主，随后断裂构造活动、地堑盆地形成，以黑色页岩相或蒸发岩相、欠补偿盆地相及台地相沉积为主[15-16]。贝义西组由陆到洋的演化过程符合裂谷盆地早期的沉积序列。据沉积环境演化信息可将该裂谷在贝义西组时期的演化分为以下两个阶段。

初始拉张阶段 对应于贝义西组底部，主要受板内拉伸作用影响，地壳变薄，沉降并断裂形成总的轴向地堑，内部包括一系列地垒和小地堑，地堑中沉积各种沉积岩，并呈近缘特征，相变化大，小型地堑周缘的地垒高地主要是由长英质和高度变质的大陆基底组成，地堑中，堆积主要发生在控盆断裂坡底附近，即断层崖坡脚处。具体表现为一套残坡积相和冲洪积扇相-扇三角洲相的粗碎屑岩角度不整合在古元古代变质岩、青白口纪花岗岩及青白口系之上，在该套地层底部发育巨砾级花岗岩角砾崩落在下伏岩层中，形成崩塌落石，说明构造活动相当强烈。此外，依格孜塔格地区冲洪积扇相和西山口地区扇三角洲相同为贝义西组底部的沉积相，分别发育于研究区北部和南部且空间上不存在叠置关系，可能说明南华系沉积初期二者分属不同的小型地堑盆地。

图5　贝义西组综合柱状图Fig.5 Histogram of Bayisi Formation

较稳定沉积阶段 在较短期内，一系列小地堑被沉积物充填，海平面上升至小型地堑盆地肩部，淹没原地堑盆地内的高地，地形相对平坦，形成类似初始陆架的沉积。表现为贝义西组中部及上部稳定的陆缘碎屑滨岸沉积-浅海沉积，但在该段沉积中亦发育代表构造活动的滑塌层理等，并有大规模火山岩产生。

贝义西组沉积时限为740~725 Ma[4-6,9,17]，在该时期内，沉积环境由陆相冲洪积扇直接演化至海相沉积，缺乏湖相沉积过程。然而，环塔里木的其他新元古代裂谷盆地如柯坪、铁克里克等[18-20]，以及华南裂谷盆地都是经由陆相-湖相-海相演化的[15]，且典型的大陆裂谷盆地演化初期也是由冲洪积相及陆相湖泊等成因相组成[21]。Friedmann指出，早期发育由崩塌角砾岩、泥石流沉积组成的冲洪积扇相，缺乏典型河流相[22]，说明该时期处于干旱-半干旱气候，即库鲁克塔格贝义西组沉积初期处于干旱-半干旱环境。而在扇三角洲相砂岩中获得了丰富的疑源类微古植物化石，说明该扇三角洲是向海发育的三角洲。以上证据表明，其早期为干旱-半干旱环境，但裂解十分迅速，裂解初期有大量海水灌入。因此，该时期库鲁克塔格可能正处于Rodinia超大陆边缘，不是发育于大陆内部的陆内裂谷盆地，而是和周缘大洋一起构成了一个三叉裂谷系，库鲁克塔格盆地正是该裂谷系伸向塔里木克拉通的分支，并在震旦—寒武系继续延伸至塔里木内部，形成库满凹陷[23-24]。贾承造等提出了库鲁克塔格-满加尔坳拉槽模式后[25]，张同钢等据库鲁克塔格-满加尔一带的岩石组合也提出了库-满坳拉谷模式，并认为震旦系具原始裂谷盆地特征[23]，段吉业等也认为库鲁克塔格是以半深海、浅海深水相为主体的新元古代—早古生代克拉通裂陷槽，满加尔坳陷是其有机组成部分[24]。因此，本文所得结论和贾承造、张同钢、段吉业等提出的库满凹陷发育模式相符，并能从沉积环境演化上证实该裂陷槽的存在。

4　结论

（1）贝义西组自下而上分别发育残坡积相、冲洪积扇相、扇三角洲相、滨海相、浅海相，其中，冲洪积扇相由扇根亚相和扇中亚相组成，扇三角洲相由扇三角洲平原和扇三角洲前缘组成，滨海相主要发育前滨亚相，浅海相主要为潮控陆架沉积。

（2）贝义西组自下而上由陆相演化至海相，为拉伸背景下的沉积，其沉积层序符合裂谷盆地的沉积层序，但裂解迅速，很快由陆相演化至海相，缺乏湖相沉积，说明库鲁克塔格盆地可能处于Rodinia超大陆边缘，是三叉裂谷系一个伸向塔里木克拉通的分支。

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Sedimentary Environment of Nanhuaan Bayisi Formation in Quruqtagh Domain and itsImplicationson theEvolution of theNanhua Rift Basin

Wei Zhen1，Guo Ruiqing1，Zhao Xinsheng1，Sun Minjia2，Lv Biao1，Wang Kezhuo3
(1.College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Sciences,Urumqi,Xinjiang,830011,China;3.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China)

The sedimentary environment of nonglacial strata of Bayisi formation is discussed in this paper based on the data of its petrology,sedimentary structures,and grain size analysis etc.,shed light on the paleogeography and tectonic setting of early Nanhua in Quruqtagh domain.The results show that it is principally divided into residual slope facies,alluvial pluvial fan facies,fan delta facies,coastal and shallow sea facies,reflect a transgression process and indicated this basin was in a extensional setting.Its depositional sequence same to rift basin,but it has a high rates of extension,varying depositional environment from land to marine quickly and lack of lacustrine facies,combined with previous data we can draw the conclusion that Quruqtagh was a branch into Tarim craton belong to a three armed rift system and sited at the margin of Rodinia supercontinent at early Nanhua.

Quruqtagh;Bayisi Formation;Sedimentary environment;Rift basin

1000-8845(2016)03-331-07

P595；P542

A

项目资助:中国地质调查局新疆兴地塔格阿匍口地区1∶5万(K45E014010、K45E014011、K45E015010、K45E015011、K45E016011) 等5幅区调项目（1212011120477）资助

2015-11-18;

2016-01-19;作者E-mail:1273758227@qq.com

魏震（1991-），男，新疆昌吉人，新疆大学地质资源与地质工程专业在读硕士

郭瑞清（1964-），男，吉林德惠人，副教授，博士，E-mail:guoruiqing8888@163.com