塔里木盆地北缘秋里塔格地区新构造运动及铀成矿作用阶段划分——来自不整合的约束

王元元，王强强，吕俊维，杨小强，陈瑞，李秋实

（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

秋里塔格地区位处于塔里木盆地北部库车坳陷南缘，构造变形强烈且复杂，褶皱、断裂、不整合分布广泛，同时为库车坳陷新生界铀矿化产出的主要部位。然而，前人关于秋里塔格构造带变形时间有上新世早期（4.8 Ma、5.2 Ma±0.2 Ma、～5.3 Ma、～5.0 Ma）、上新世晚期（2.97 Ma）、早更新世早期（2.50 Ma、2.6 Ma）、早更新世中期（1.64 Ma）等不同认识［1-14］；对其先褶皱、后构造突破的变形过程的认识虽已渐趋一致，但对构造变形的时间节点仍有分歧［11，15-18］；同时对于第四纪以来的构造变形过程缺乏详细的刻画。秋里塔格地区砂岩型铀矿化信息分布范围广，空间展布受沉积相带、后生蚀变（次生氧化）、构造变形与改造等多因素影响［19-22］，而构造活动制约着沉积作用及后生蚀变作用［23］，因此准确判断秋里塔格地区新构造运动过程及其对砂岩型铀矿主要成矿要素的影响，才能客观分析其砂岩型铀成矿过程。本文在简要介绍秋里塔格地区地层展布、构造变形的基础上，以区内不整合为研究对象，探讨秋里塔格构造带新构造运动过程，通过分析主要赋矿层位上新统库车组下段矿化异常及沉积、后生蚀变等主要成矿要素空间展布规律及其与新运动构造关系，探析秋里塔格地区砂岩型铀成矿过程，以期积极推进该地区铀矿找矿工作。

1 地质背景

秋里塔格地区位处于塔里木盆地北缘库车坳陷秋里塔格构造带（图1）。秋里塔格构造带整体呈走向为北西西-南东东向、向南突出的弧形，东西向长度逾300 km，南北向宽度为5～25 km，为受古近系（中西段）、中新统吉迪克组（东段）膏盐岩滑脱层严格控制的复杂断褶系［1-18］。区内断裂构造发育，主要包括沿其轴部、与其走向一致的逆冲推覆构造和其北侧、与之斜交的平移断层等；褶皱发育，主要包括沿其轴部、与其走向一致、核部遭受破坏的背斜构造，背斜间的不规则向斜和其南北两侧地层产状骤变的半屉状向斜［21］。

图1 库车坳陷构造单位划分及铀矿化异常分布简图Fig.1 Schematic map of tectonic unit division and uranium mineralization distribution of Kuqa depression

研究区内分布地层主要包括古-始新统库姆格列木群、渐新统苏维依组、中新统吉迪克组、康村组、上新统库车组及下更新统西域组、中更新统乌苏群、上更新统新疆群等，其中上新统库车组构成其主体，整体表现为干旱-半干旱条件下陆相湖盆碎屑沉积。新近系各地层均见砂岩型铀矿化异常，上新统库车组下段中产出有工业铀矿化［22］，为主要赋矿层位。

杨小强等［22］研究表明，库车坳陷秋里塔格地区及周缘上新统库车组含矿主岩具有明显的后生蚀变分带特征，自北西向南东可划分为原生氧化带（冲积扇相砂砾岩）、后生氧化带（强氧化褐红色砂-砾岩、弱氧化灰白色砂-砾岩、浅黄色砂岩）、氧化还原过渡带（褐黄色/灰色砂-含砾砂岩）及原生带（灰色砂-含砾砂岩），铀矿化信息分布严格受层间氧化还原过渡带控制。

2 不整合划分及分布

研究区不整合主要包括下更新统西域组下伏不整合（Qp1x/N2k）、中更新统乌苏群与下伏不整合（Qp2W/an-Qp2W）、上更新统新疆群下伏不整合（Qp3X/an-Qp3X）（图2）。区内不整合分布广泛，各不整合在不同区段产出特征不同，笔者主要对秋里塔格构造带西段日达里克剖面、中段盐水沟剖面、东段东秋里塔格剖面的不整合进行阐述（图2、3、4）。

图2 日达里克剖面典型不整合照片Fig.2 Photos showing the typical unconformity in Ridalike profile

2.1 日达里克剖面

日达里克地区自北而南观测到5 处典型不整合露头（图2）。①号观测点见于察尔其镇南侧579 国道以南，见乌苏群下伏不整合，下伏地层为西域组，不整合面与下伏地层低角度相交（小于20°）［24］，而与上覆地层产状一致、近水平（图2a）。②号观测点见于亚克里克背斜北翼，见西域组下伏不整合，下伏地层为库车组，与上覆地层产状一致，与下伏地层低角度相交，均向北缓倾（图2b）。③号观测点见于日达里克南向斜东段南翼，见乌苏群下伏不整合，下伏地层为库车组，不整合面与下伏地层高角度相交（大于45°），与上覆地层产状一致、近水平（图2c）。④号观测点见于米斯坎塔克背斜南侧，见西域组下伏不整合，下伏地层为库车组，不整合面与上覆地层产状一致，与下伏地层低角度相交，均向南陡倾（图2d）。⑤号观测点见于米斯坎塔克背斜南翼，见新疆群下伏不整合，下伏地层为库车组，不整合面为新疆群底部受强烈冲刷而成的不规则侵蚀面，与上覆地层产状一致，与下伏地层高角度相交（图2e）。

2.2 盐水沟剖面

盐水沟剖面观察到5 处典型不整合露头（图3）。①～④号观测点均见于库车塔吾背斜。①号观测点，见西域组下伏不整合，下伏地层为库车组，不整合面为西域组底部侵蚀面，不整合面与上覆、下伏地层均向北陡倾（图3a）。②号观测点见乌苏群下伏不整合、西域组下伏不整合。乌苏群下伏不整合为低-高角度不整合，下伏地层为西域组，下伏地层呈向斜产出，核部产状平缓，向两翼逐渐变陡，反映乌苏群沉积前的强烈构造变形事件；西域组下伏不整合在上述向斜南北两翼均有分布，均表现为低角度不整合，不整合在向斜南翼与上覆地层、下伏地层同时向北倾，而在北翼则同时向南倾（图3b）。③号观测点见西域组下伏不整合，下伏地层为库车组，不整合面与上覆西域组、下伏库车组均向南缓倾（图3c）。④号观测点见新疆群下伏不整合、乌苏群下伏不整合、西域组下伏不整合。新疆群下伏不整合的下伏地层自北向南包括乌苏群、西域组、库车组，不整合面近于水平，受下伏地层自北向南近水平、北倾、向北陡倾过渡，不整合类型分别显示为平行不整合-低角度不整合、中角度不整合、高角度不整合；乌苏群下伏不整合的下伏地层为西域组，不整合面与上覆、下伏地层产状均不一致，自北向南由高角度不整合转换为中角度不整合；西域组下伏不整合的下伏地层为西域组，表现为低角度不整合，不整合面、上覆、下伏地层均向北陡倾（图3d）。⑤号观测点位于托克拉克坦背斜南翼（图3e），其新疆群下伏不整合为高-中角度不整合，下伏地层包括西域组、库车组；西域组下伏不整合为低角度不整合，不整合面及上覆、下伏地层（库车组）均向南陡倾。

图3 盐水沟剖面典型角度不整合照片Fig.3 Photos showing the typical unconformity in Yanshuigou profile

2.3 东秋里塔格剖面

东秋里塔格剖面观测到5 处典型不整合露头（图4）。①号观测点见西域组下伏不整合、新疆群下伏不整合，其中新疆群下伏不整合表现为低-高角度不整合，下伏地层为西域组、库车组；西域组下伏不整合为低角度不整合，下伏地层为库车组，不整合面、上覆地层、下伏地层均向北缓倾（图4a）。②号观测点仅见箱式褶皱露头（图4b）。③号观测点见新疆群下伏不整合，表现为平行不整合，上覆、下伏地层产状近于水平，而不整合面为不规则的冲刷面（图4c）。④号观测点见新疆群下伏不整合，下伏地层为乌苏群、库车组，不整合表现为平行不整合、高角度不整合；乌苏群下伏不整合则为具超覆特征的高角度不整合，不整合面为不规则的侵蚀面（图4d）。⑤号观测点见新疆群下伏不整合及西域组下伏不整合，其中新疆群下伏不整为高角度不整合，下伏地层为西域组及库车组；西域组下伏不整合为低角度不整合，不整合面、上覆地层、下伏地层均向南陡倾（图4e）。

图4 东秋里塔格背斜剖面典型角度不整合照片Fig.4 Photos showing the typical unconformity in East Qiulitage profile

3 讨论

3.1 秋里塔格地区新构造运动阶段划分

秋里塔格构造带的构造变形研究历史悠远。关于其形成时间，存在诸多不同认识。卢华复等［1］通过生长地层判断东秋里塔格背斜形成时代为2.97 Ma。刘志宏等［2-4］通过断层相关褶皱及生长地层判断东秋里塔格背斜、南秋里塔格背斜、库车塔吾背斜的形成时间为2.50 Ma。普林斯顿大学定量计算认为东秋里塔格东段从4.8 Ma 开始形成［5］。汪新等［6-7］通过磁性地层分析认为东秋立塔格背斜生长地层沉积时代为（5.2±0.2）Ma。万桂梅等［8］利用回剥技术模拟认为西秋里塔格地区于5.2 Ma 开始发育生长地层，1.64 Ma 开始构造挤压隆升。余一欣［9］通过平衡剖面认为秋里塔格构造带盐相关构造主要形成期为库车期—第四纪。文磊等［11］根据地震剖面分析与恢复报道了天山南麓褶皱冲断带存在5～2 Ma 和1～0 Ma等变形加速期。Zhang 等［12］通过古地磁学研究认为喀拉玉尔滚构造带开始形成于～5.3 Ma。Lyu 等［13］通过生长地层认为东阿瓦特背斜开始形成于（5.2±0.2）Ma。上述不同研究代表了秋里塔格构造带的不同构造演化阶段的转换节点，即包括：上新世早期（4.8 Ma、5.2 Ma±0.2 Ma、～5.3 Ma、～5.0 Ma）、上新世晚期（2.97 Ma）、早更新世早期（2.50 Ma、2.6 Ma）、早 更新世中期（1.64 Ma）。

关于秋里塔格构造带构造演化史，唐鹏程等［16］将西秋却勒地区盐构造发育分为渐新世-中新世吉迪克期构造平静期、中新世康村期-上新世早期构造挤压微弱期、上新世晚期-现今大规模逆冲推覆期等3 期。文磊等［11］、Li等［17］将秋里塔格构造带形成以来构造演化分为2 期：第四纪变形期I-秋里塔格背斜形成、第四纪变形期II-秋里塔格背斜突破。王轲等［18］认为秋里塔格构造带地表箱形褶皱的形成经历了库车组沉积前的构造平静期、库车组沉积早中期的褶皱雏形期和库车组沉积晚期至现今的褶皱定型与抬升剥蚀期。不同学者的划分方案均显示秋里塔格构造带先褶皱后构造突破（逆冲推覆）构造变形过程，所不同的是各构造演化阶段的起始时间。因此，准确梳理秋里塔格构造带已有研究中构造节点的构造意义，或分析不同构造期的转换时限可为其构造隆升研究提供有效限定。

不整合概念最早于18 世纪提出［25］，是构造事件的重要标志，能够反映构造运动时间、性质，在构造事件的起始时间和演化历史研究中具有广泛的应用［24，26-28］。笔者在本次研究中发现了3 个区域性不整合：下更新统西域组下伏不整合、中更新统乌苏群下伏不整合、上更新统新疆群下伏不整合。

下更新统西域组下伏不整合分布广泛，下伏地层为库车组，不整合面为西域组底部的侵蚀面，不整合面、上覆地层、下伏地层同时向北陡倾、向北缓倾、向南陡倾或向南缓倾，具有陈发景等［24］的削截低角度不整合特征，显示其为构造挤压活动的产物，反映秋里塔格构造带在西域组下伏不整合形成之前，即已显示出宽缓背斜特征，反映秋里塔格构造带褶皱变形始于上新世早期。笔者在秋里塔格南翼发现库车组砂体中产出大量超近源的碎屑物，碎屑成分主要为分选差、具有一定磨圆的松散灰色砂岩、泥岩等，反映秋里塔格构造带在库车组沉积期位处于再生前陆盆地的前缘隆起，亦为秋里塔格构造带在上新世开始构造变形的证据。

中更新统乌苏群下伏不整合分布于秋里塔格构造带北侧、东段核部，下伏地层包括西域组、库车组，其不整合面为先期构造剥蚀作用形成的区域性侵蚀面，远离秋里塔格构造带为低角度不整合，靠近秋里塔格构造带逐渐过渡为高角度不整合，而在背斜核部则又为平行不整合，显示为超覆平行-高角度不整合特征，反映中更新统乌苏群为弱伸展背景下（构造静宁期）的沉积，而其下伏不整合代表了一次较为强烈剥蚀事件，该不整合形成前秋里塔格构造带已形成箱式背斜。中更新统乌苏群下伏不整合分布于日达里克地区亚克里克断褶系南北两侧，反映乌苏群沉积应不晚于亚克里克背斜构造突破，进而可以限定秋里塔格构造带构造突破应不早于中更新世。

上更新统新疆群下伏不整合分布于秋里塔格构造带南部两侧，下伏地层包括乌苏群、西域组、库车组，不整合面为其底部的不规则侵蚀面，显示具侵蚀特征的削截平行-高角度不整合特征，为一次构造挤压活动的反映，限定秋里塔格构造带的构造突破始于晚更新世。

综上所述，秋里塔格构造带构造变形始于上新世晚期，可划分为3 个阶段（图5）。

图5 秋里塔格构造带新构造运动阶段划分及地下水补-径-排特征Fig.5 Schematic diagram of neotectonic movement stages division and characteristics of groundwater recharge-run offdischarge in Qiulitage fold-thrust belt

阶段一：平缓背斜发育阶段（N2—Qp1），历经中新世构造平静期，上新世开始，来自南天山的南北向应力场传播至秋里塔格地区，秋里塔格地区表现为库车期再生前陆盆地的前缘隆起，形成具同沉积特征、近东西走向的宽缓背斜。

阶段二：箱式背斜发育阶段（Qp1—Qp3），早更新世开始，秋里塔格地区构造应力持续增大，构造变形程度持续增强，受西部古近系、东部新近系膏盐层控制［5］，逐渐形成箱式背斜，并于早更新世晚期发生一次强烈剥蚀事件，致使已形成箱式背斜遭受差异剥蚀。中更新世开始，秋里塔格地区进入短暂的构造静宁期，形成超覆于其上的具弱伸展背景下的乌苏群泥质沉积。

阶段三：构造突破阶段（Qp3—今），经历短暂的构造静宁期后，于上更新世开始，以盐背斜为特征的秋里塔格箱式背斜在南北向应力夹持下，开始构造突破，由箱状背斜核部共轭轴面持续变形致使发育一系列逆冲推覆断裂，逐渐形成的现今复式背斜构造格局。该阶段的典型地质构造类型为箱状褶皱、逆冲断裂及平移断裂，变形的结果是造就秋里塔格构造带东西分段，自西向东包括：阿瓦特-东阿瓦特断褶系、却勒盐席、日达里克断褶系、中秋里塔格断褶系、托克拉克坦断褶系、东秋里塔格背斜系［25］，且构造变形强度具有西强东弱特征。

3.2 新构造运动与赋矿层位沉积作用关系

研究区主要赋矿层位库车组下段（N2ka），砂体整体西粗东细，从西向东由冲积扇相过渡为辫状河三角洲相，并在克孜尔水库以东表现为前辫状河三角洲相沉积特征。秋里塔格构造带西段滴水站—羊塔克库都克一带，库车组下段上部、下部均显示出含砂率北高南低、砂体粒度南粗北细特征。库车组下段上部还产出超近源的新近系砂岩砾石，超近源砾石分布范围西起东阿瓦特背斜南翼，东至英买里，反映秋里塔格构造带西段在库车组沉积期为再生前陆盆地的前缘隆起，致使其沉积南北分带。

3.3 新构造运动与层间氧化带关系

地下水补-径-排体系是影响层间氧化带型砂岩型成矿作用的重要因素，其演化、格局受构造演化及构造格架所控制。研究区于上新世发育宽缓背斜、早更新世形成箱式背斜，总体表现为由北向南发育的地下水补-径-排体系的径流区；而早更新世末期，先形成的箱式背斜遭受较强剥蚀、去顶，中更新世一套泥质沉积（乌苏群）超覆于剥蚀面之上；在晚更新世以来，秋里塔格背斜受强烈挤压而突破剥蚀，地下水补-径-排体系遭受改造，秋里塔格构造带北侧表现为地下水补-径-排体系的局部排泄源，南侧则直接接受大气降水补给，进而导致库车组下段层间氧化带发育的范围发生重要变革（图5）。

研究区库车组下段强氧化带褐红色砂-砾岩、弱氧化带灰白色砂-砾岩广泛分布于秋里塔格构造带南北两侧［22］，反映二者未受中更新世以来地下水补-径-排体系变化影响；而弱氧化带浅黄色砂岩［22］仅分布于秋里塔格构造带北侧日格布拉克、墩买里、温巴什等地，反映其为地下水补-径-排体系变革之后的产物。

氧化还原过渡带褐黄色砂-含砾砂岩分布局限，但变形强烈。褐黄色砂-含砾砂岩于日达里克地区分布于弱氧化带灰白色-砾岩与原生带灰色砂-砾岩之间，呈带状产出。日达里克地区各主要矿带的产出受控于沉积相带、层间氧化带，空间展布具有“S＋s”特征（图6a），据其现今空间形态判断形成过程主要包括：1）受辫状河三角洲平原亚相与前缘亚相相变影响，矿（化）带（褐黄色砂-含砾砂岩、灰色砂-砾岩）呈近北东-南西向定位（图6c）；2）秋里塔格构造带构造突破，日达里克断褶系发生左行走滑、左旋运动变形（图6b），先成矿（化）带变形强烈，形成现今呈主体走向北西-北西西向的“S”型，南部为局部变形的“s”型（图6a）。过渡带褐黄色砂-含砾砂岩应为构造突破期前的产物。

图6 日达里克铀矿床矿体就位及构造改造示意图Fig.6 Schematic diagram of ore body formation and structural transformation in Ridalike uranium deposit

3.4 铀成矿阶段划分

层间氧化带型砂岩型铀成矿作用一般包括目的层沉积准备及层间氧化两个过程，构造变形复杂地区还包括构造改造，因而成矿过程研究需进行层间氧化起始时间、构造改造时间的限定。赋矿层位沉积后的构造活化时间可代表层间氧化作用的起始时间，秋里塔格地区上新世以来的构造活化以库车组内部的角度不整合为标志。陈发景等［27］指出在库车内陆前陆盆地中发育递进型角度不整合，其中一期在上新统库车组（N2k）内部。文磊等［11］、Li 等［17］研究显示秋里塔格构造带西段穿过日达里克地区，大宛奇背斜地震剖面亦可见库车组内部发育角度不整合，该角度不整合代表了上新世的一起构造事件。汪新等［7］通过磁性地层对比发现库车组内部存在约4.3 Ma 的构造转变期，与上述观点契合。因此，秋里塔格地区层间氧化作用的起始时间应为上新世中期。

如前所述，秋里塔格地区上更新统新疆群下伏不整合标志着区域水文补-径-排体系的重大变革，同时受构造破坏改造，先成矿体、氧化带遭受剥蚀出露。该不整合形成标志着秋里塔格构造带由箱式背斜变形开始快速隆升而构造突破，西段强烈隆升，褶皱期形成的氧化带、过渡带遭受构造剥蚀而出露地表，先成各矿带（过渡带褐黄色砂-含砾砂岩及灰色砂岩）呈“S＋s”变形；中东部氧化带持续向前推移，形成弱氧化带浅黄色砂岩及相关铀矿化。笔者在日达里克地区南部秋里塔格南断裂面附近获取的穿层石膏ESR 测年结果为（122.03±39.78）ka（待刊资料），即约0.12 Ma，与新疆群下伏不整合时限吻合，代表了构造改造的起始时间。

综上所述，秋里塔格构造带库车组下段铀成矿作用可划分为如下3 个阶段（图7）：

图7 秋里塔格地区库车组下段铀成矿作用阶段划分示意图Fig.7 Schematic diagram of uranium mineralization stage division of lower member of Kuqa Formatiom in Qiulitage foldthrust belt

1）同生沉积预富集阶段（N21—N22），上新世早期—中期，时限为5.5～4.3 Ma。库车组下段形成了由源到汇的沉积分带格局，砂体在山前为原生的、具天然氧化色的冲积扇相粗碎屑岩堆积，向盆地方向过渡为灰色河道相中粗碎屑岩，最终为河口坝、席状砂所代替（图7a），秋里塔格构造带中西段砂泥结构发育，形成了适宜铀矿赋存的砂体。

2）褶皱期层间氧化阶段（N22—Qp3），时限为4.3～0.12 Ma。上新世中期以来，伴随库车组下段赋矿砂体就位，盆山结合部位的构造活化使得赋矿砂体掀斜，开启窗口接受含铀含氧水补给从而发生层间氧化作用。库车中期、晚期为层间氧化作用的高峰期，形成赋矿砂体由源到汇的水平蚀变分带：①强氧化带褐红色砂-砾岩→②弱氧化带灰白色砂-砾岩→③氧化还原过渡带的褐黄色砂-含砾砂岩→④过渡带灰色砂-含砾砂岩→⑤原生灰色砂岩（图7b），为主成矿期。

3）剥蚀 突破期改 造-氧化阶 段（Qp3—今），时限0.12 Ma～今。该阶段表现为秋里塔格构造带西段先成层间氧化带、铀矿化的剥蚀出露、构造变形，局部叠加，而东段层间氧化前锋线进一步向前推移，形成蚀变程度较弱的浅黄色氧化砂岩及相应的铀矿化信息（图7c）。

4 结论

1）研究区不整合包括下更新统西域组下伏削顶低角度不整合（Qp1x/N2k）、中更新统乌苏群下伏超覆平行-高角度不整合（Qp2W/an-Qp2W）、上更新统新疆群下伏削顶平行-高角度不整合（Qp3X/an-Qp3X）。

2）研究区新构造运动可以划分为3 个阶段：平缓背斜发育阶段（N2—Qp1）、箱式背斜发育阶段（Qp1—Qp3）、构造突破阶段（Qp3—今）。

3）研究区上新统库车组砂岩型铀成矿作用可划分为3 个阶段：沉积成岩及库车期沉积准备阶段（N21—N22），时限为5.5～4.3 Ma；褶皱期层间氧化阶段（N22—Qp3），时限4.3～0.12 Ma；剥蚀突破期改造-氧化阶段（Qp3—今），时限0.12 Ma～今。