且末县米特河地区托库孜达坂组下段粒度特征及成因环境分析

陈 刚 王 东 张中欣 杨 晨

(中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东 济南 250013))

0 引言

研究区位于塔里木盆地和昆仑山过渡部位，北跨阿尔金地块，南跨北昆仑岩浆弧带。行政区划隶属新疆且末县管辖，主要分布于阿羌乡和库拉木勒克乡，地理坐标为东85°15′～86°00′，北纬37°10′～37°30′。下石炭统托库孜达坂组在研究区位于阿尔金南缘大断裂以南，主要出露于研究区中部，依据其岩性组合可分为两个岩性段，下段岩性主要为呈厚层出现的凝灰质细粒长石砂岩、凝灰质中细粒岩屑长石砂岩、凝灰岩，未见底；上段岩性主要为安山岩、片理化安山岩、安山玢岩、英安岩、英安玢岩、细粒岩屑长石杂砂岩、长石砂岩，有大量花岗闪长岩、二长花岗岩侵入，与岩体接触部位见有烘烤现象；该组岩性段之间界线清楚。该组在区内总体为一倒转向斜产出，上覆地层被剥蚀后未见及上覆地层，局部被第四系冲洪积物覆盖[1-5]。

由于交通极为困难，研究区成果资料非常有限，原25万矿调只划分到组。通过研究剖面特征、基本层序、粒度参数、萨胡环境等对粒度特征及成因环境分析，以期为区域地质调查提供参考依据。

1 地质特征

1.1 剖面描述

托库孜达坂组出露于研究区中部(见图1)，走向为北东向，依据其岩性组合可分为两个岩性段，下段岩性主要为呈厚层出现的凝灰质细粒长石砂岩、凝灰质中细粒岩屑长石砂岩、凝灰岩，未见底；上段岩性主要为安山岩、片理化安山岩、安山玢岩、英安岩、英安玢岩、细粒岩屑长石杂砂岩、长石砂岩，有大量花岗闪长岩、二长花岗岩侵入，与岩体接触部位见有烘烤现象(见图2、3)，该组岩性段之间界线清楚。该组在区内总体为一倒转向斜产出，上覆地层被剥蚀，局部被第四系冲洪积物覆盖。区域上该组与上覆早石炭世哈拉米兰河组整合接触，与下伏中泥盆世布拉克巴什组为角度不整合接触[2]。

1—Ⅰ级大地构造单元的界线；2—Ⅰ级大地构造单元的界线；3—Ⅰ级大地构造单元的界线；塔里木南缘隆起区；阿中地块；东昆仑弧盆系；7—全新世风积堆积；8—更新世冲洪积物；9—二叠系叶桑岗组；10—石炭系托库孜达坂组；11—中三叠世石英闪长岩；12—中三叠世二长花岗岩；13—早石炭世二长花岗岩；14—早石炭世花岗闪长岩；15—早石炭世英云闪长岩；16—早石炭世石英闪长岩；17—叶桑岗构造蛇绿混杂岩；18—构造破碎带；19—地层界线；20—断裂；21—褶皱构造

图2 砂岩被早石炭世花岗闪长岩侵入

图3 砂岩被岩体烘烤蚀变现象

1.2 岩石学特征

1)灰色细粒岩屑长石杂砂岩(PM30-b-20)，见图4。石英表面干净无色，个别石英呈波状消光；长石主要为斜长石和钾长石，斜长石表面多数发生绢云母化，部分斜长石可见发育聚片双晶，钾长石表面发生轻微粘土化。

图4 细粒岩屑长石杂砂岩镜下特征(PM30-b-20、正交偏光镜)

2)褐黄色变质长石砂岩(PM30-b-40)，见图5。岩石风化面呈浅褐黄色，新鲜面褐黄色，粒状变晶结构，块状构造。岩石原岩可能是砂岩，发生强烈变质作用，主要由斜长石、钾长石、石英、绿泥石、碳酸盐矿物和脉体组成。

图5 变质长石砂岩镜下特征(PM30-b-40、正交偏光镜)

3)灰绿色细粒长石杂砂岩(PM17-b04)，图6。岩石呈灰绿色，细粒砂状结构，块状构造，岩石主要由碎屑颗粒和填隙物组成；碎屑颗粒： 石英 25%～30%，长石10%～15%，岩屑1%～2%，填隙物：泥质25%～30%，绢云母8%～10%，黑云母1%～2%，白云母1%～2%，绿泥石2%～3%，碳酸盐矿物1%～2%，不透明矿物2%～3%。

图6 细粒长石杂砂岩镜下特征(PM17-b04、正交偏光镜)

4)紫色泥质含砂粉砂岩(PM17-b10)，图7。岩石呈紫色，细粒砂状结构，块状构造，岩石主要由碎屑颗粒和填隙物组成；碎屑颗粒：长英质45%～50%，岩屑2%～3%，填隙物：

图7 泥质含砂粉砂岩镜下特征(PM17-b10、正交偏光镜)

黑云母3%～5%，白云母2%～3%，泥质8%～10%，绢云母15%～20%，不透明矿物8%～10%，裂隙：1%～2%。

1.3 沉积学特征

从该套地层的颜色来看，整体呈灰绿色、灰色、浅褐色，表明沉积时沉积介质为正常-弱氧化环境，同时也说明沉积时水深在氧化-还原界线附近；从该组碎屑岩的主要特征来看，分选中等、磨圆中等、结构成熟度次成熟，成分成熟度低，显示物源区相对较近，为地壳缓慢隆升转变为稳定构造环境下沉积的产物，见表1。从该组碎屑岩在QFL图解中的投图结果来看，物源区来自多旋回造山带；从该套粉砂岩中可见平行层理，显示整体为水深流缓的环境，从该套地层下段底部为变凝灰质细粒长石岩屑砂岩、上部为变凝灰质细砂岩的岩石组合特征来看，显示区域上影响调查区范围内的岛弧带火山活动由无-弱-渐强的变化特征；从该套地层中发育快速堆积无分选成因的均匀层理来看，说明为一套水深流缓浊流牵引力作用下快速堆积的产物；从该套岩石的粒度及发育均匀层理来看，可能为一套浅海-过渡相环境浊流沉积的产物[6，7]。

表1 托库孜达坂组下段碎屑岩主要特征及其变化规律表

2 基本层序及成因环境分析

2.1 基本层序特征

研究区该组下段为凝灰质碎屑岩夹少量火山岩组合，岩性组合以正常沉积、沉积-火山碎屑岩夹少量火山岩为特征，研究区中部PM30、PM31号剖面所控制的下段中发育有两种基本层序，见图8、9。

图8 托库孜达坂组下段A基本层序

图9 托库孜达坂组下段B基本层序

基本层序A：为本段剖面下部发育的一种基本层序，由三个单元组成，下部为含砾粗粒砂岩，发育透镜状层理，中部为细粒岩屑砂岩，中薄层状，上部为粉砂岩，由下至上粒度由粗变细，分层界线截然，细粒岩屑砂岩中发育平行层理，该组基层层序成分成熟度较低，岩屑含量较高，代表物源较近，水动力较强，应为浅海沉积环境。

基本层序B：为本段剖面上部发育的一种基本层序，由两个单元组成，下部为细粒长石岩屑砂岩，上部为粉砂质泥岩，由下至上粒度由粗变细，分层界线截然，细粒长石岩屑砂岩中发育平行层理，该组基层层序成分成熟度较低，岩屑含量较高，代表物源较近，水动力较强，应为浅海-半深海沉积环境。

2.2 鲍马层序特征

该套地层下段中发育不完整鲍马层序a、b、c、d段，见图10。其中a段为砂砾岩，发育有粒序层理，为高流态快速沉积；b段为细粒岩屑砂岩，发育平行层理，为高流态平底，与a段多呈渐变过渡；c段为粉砂岩，发育平行层理，常见b层与d层韵律产出，在细粒岩屑砂岩中局部见有重核膜构造，为低流态平底，与b段为突变接触；e段为泥质岩，发育有水平层理，多为悬浮沉积，与d段多呈渐变过渡，沉积环境应为半深海-斜坡相[8,9]。

图10 托库孜达坂组下段鲍马序列层序图

3 碎屑岩的粒度特征及沉积环境分析

3.1 粒度概率曲线特征

此次在研究区托库孜达坂组下段中采集了三件粒度分析样，其粒度概率曲线见图11。粒度曲线形态呈三段，主要由推移组分、跳跃组分和悬浮组分组成，其中跳跃组分为主体，各段间曲线斜率较陡。

频率直方图 Ⅱ：频率曲线图

Ⅲ：累积频率曲线图 Ⅳ：概率累积曲线图

根据托库孜达坂组下段粒度样品萨胡环境判别公式值各参数计算公式，见公式1；图解法粒度参数分析，见表2。

表2 托库孜达坂组下段砂岩粒度参数特征表

(1)

当海滩沙丘Y<65.365 0时，Y海滩=51.953 6；当浅海沙丘Y>65.365 0时，Y浅海=104.753 6。

均值(ME)：主要粒度集中在1.058～2.145Φ之间，从粒度上来说属细砂岩，且粒径变化在各砂体变化幅度较小。

标准偏差(σ)：砂岩粒度分布的标准偏差，根据弗里德曼根据分选程度的差别将碎屑岩分为7个等级，托库孜达坂组下段的标准偏差为0.659～0.735，分选性中等-较好，与海(湖)滩沉积环境相近。

偏度(SK)：主要用来判别对称程度、粒度正态分布特征，从而表明均值与中位数的相对位置。用福克及沃德的偏度划分标准，偏度在-0.207～0.083之间，为近对称或负偏，说明沉积物粒度以细砂为主，分选性较差，具海滩沉积特点。

峰态(KG)：判断粒度分布曲线的陡峭程度(分散程度)。本组碎屑岩峰值在2.612～3.130之间，根据福克及沃德对偏度的划分，为中等(近正态)峰态的形态为正常曲线，说明该沉积物以细粒为主，粉、粗两端组份较少，峰态特征显示浅海环境。

由萨胡环境判别公式得出结论：Y1值在-2.644 5～-5.809 3，均小于-2.741 1，成因为风成；Y2值在85.305 1～114.001 2，均大于65.365，成因为浅海环境；Y3值在-1.805 2～-5.962 9，均大于-7.419 0，成因为浅海；Y4值在6.406 4～7.542 1，均小于9.843 3，成因为浊流，为半深海。

综上所述，托库孜达坂组下段砂岩粒度参数显示该组具有海滩环境沉积的特征；萨胡环境判别公式显示托库孜达坂组下段砂岩粒度特征具有浅海环境的沉积特征；结合该段地层的空间展布特征、粒度特征、沉积构造特征，确定该组下段应为浅海-半深海相环境沉积的碎屑岩。用以上碎屑岩的粒度曲线与标准正常沉积碎屑岩的同类曲线相比较，托库孜达坂组下段砂岩粒度曲线与浅海-半深海相沉积环境砂岩曲线较接近。

3.2 沉积环境

托库孜达坂组下段为灰黑色细粒钙质岩屑砂岩、炭质粉砂岩、泥质岩、石英细砂岩、凝灰质细砂岩；砂岩以中厚层状为主，颜色较浅，粉砂岩中水平纹层发育；含粉砂质泥岩及泥质粉砂岩中碎屑粒径较小，一般小于0.02 mm，形成环境为大陆边缘浅海-半深海沉积环境，因此，其沉积环境应为半深海-深海沉积环境。

托库孜达坂组下段的沉积环境由浅海相向半深海斜坡相转化，说明海水深度由浅到深，海平面上升，显示海进沉积序列特征。

纵向上，下段岩性组合主要为：灰黑色岩屑长石砂岩、泥质粉砂岩、泥质岩，岩层以薄层为主，单层厚2～8 cm，粉砂岩中水平纹层发育，岩层中有大量花岗闪长岩侵入，细粒岩屑砂岩以中厚层状为主，单层厚15～40 cm。

横向上，该组岩性变化不大，下段在调查区东部碎屑岩增多，向西以火山岩夹碎屑岩为主；上段向西次火山岩有增多趋势；整体厚度变化较大，向东有变厚趋势，显示盆地西部窄、东部宽，海水西浅东深的特点。由北向南则显示海水由浅变深，由次半深海向浅海斜坡相相过渡的特点。

4 结语

1)基本层序A推断为应为浅海沉积环境；基本层序B推断为浅海-半深海沉积环境。

2)托库孜达坂组下段砂岩粒度参数显示该组具有海滩环境沉积的特征；萨胡环境判别公式显示托库孜达坂组下段砂岩粒度特征具有浅海环境的沉积特征；结合该段地层的空间展布特征、粒度特征、沉积构造特征，确定该组下段应为浅海-半深海相环境沉积的碎屑岩。

3)托库孜达坂组下段的沉积环境由浅海相向半深海斜坡相转化，说明海水深度由浅到深，海平面上升，显示海进沉积序列特征。