宋旭波

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都610059)

酒西盆地始新世火燒溝組砂巖碎屑組分特征及其地質(zhì)意義

宋旭波

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都610059)

酒西盆地位于阿爾金左旋走滑斷裂和北祁連斷裂相交的三角地區(qū),對(duì)研究青藏高原北緣新生代早期構(gòu)造—沉積演化具有重要意義。通過研究酒西盆地紅柳峽剖面和火燒溝剖面始新統(tǒng)火燒溝組砂巖碎屑組分類型、形態(tài)及石英陰極發(fā)光特征,發(fā)現(xiàn)大量巖屑、長石和石英顆粒具有明顯的變質(zhì)巖來源特征,認(rèn)為火燒溝組物源為變質(zhì)巖。結(jié)合酒西盆地地質(zhì)構(gòu)造背景及盆地NW向古水流特征,通過系統(tǒng)分析該盆地周緣可提供物源的高點(diǎn)(阿爾金山、祁連山)區(qū)域巖性特征,認(rèn)為酒西盆地火燒溝組物源來自阿爾金山,推測(cè)阿爾金左旋走滑斷裂的斷距應(yīng)＞450 km。

巖屑;石英;長石;砂巖碎屑;火燒溝組;酒西盆地

阿爾金斷裂是青藏高原北部的重要邊界,可反映亞洲大陸內(nèi)部水平運(yùn)動(dòng)幅度和青藏高原內(nèi)部物質(zhì)向東運(yùn)移的程度[1],斷裂帶附近的沉積物可以反演斷裂的活動(dòng)過程[2]。在阿爾金斷裂帶附近第三紀(jì)陸相盆地中,發(fā)育連續(xù)始新世—漸新世沉積物的盆地只有酒西盆地和柴達(dá)木盆地。目前對(duì)酒西盆地始新統(tǒng)沉積物的物源主要有2種爭議:一種認(rèn)為其物源應(yīng)在盆地北部[3-4],物源區(qū)與沉積區(qū)不受斷裂走滑的影響;另一種觀點(diǎn)認(rèn)為火燒溝組在沉積時(shí)受斷裂走滑的影響[2]。以上爭議的焦點(diǎn)在于火燒溝組沉積時(shí),阿爾金斷裂是否發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵在于確定斷裂兩側(cè)是否存在物源區(qū)—沉積區(qū)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)[5-7]。

目前,一些學(xué)者利用碎屑巖中石英和長石顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與碎屑巖物源的關(guān)系研究碎屑巖物源[8-12]。本文對(duì)直接來自源區(qū)的石英和長石顆粒進(jìn)行研究,探討火燒溝組砂巖碎屑組分特征及其與物源的關(guān)系,為進(jìn)一步研究阿爾金斷裂走滑過程提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

酒西盆地是青藏高原北東部新生代形成的疊合型陸相山間沉積盆地[13-14],地圖上顯示為SE— NW向的菱形。酒西盆地北西部,走向?yàn)镹NE的阿爾金左旋走滑斷裂將其與塔里木地體相隔;北部,傾向?yàn)镹W的寬臺(tái)山—黑山斷裂將其與阿拉善地體相隔;南部,傾向?yàn)镾W的北祁連斷裂將其與祁連地體相隔(圖1)。酒西盆地主要為巨厚的始新世—漸新世地層,缺失古新世沉積?；馃郎辖M是該地區(qū)新生代第一套陸相沉積,能反映該區(qū)最初的構(gòu)造演化歷史,可以記錄阿爾金斷裂及周邊造山帶隆升剝蝕的早期活動(dòng)?；馃郎辖M以角度不整合上覆于古生界或白堊系,由下到上可分為騸馬城段、喬家段和紅柳峽段三段[3],下伏于白楊河組,二者為不整合接觸,存在地層缺失[15]。

酒西盆地大部分被第四系沉積物覆蓋,火燒溝組在盆地北東部的火燒溝及北西側(cè)的紅柳峽均有出露,故選擇火燒溝和紅柳峽剖面作為本文研究對(duì)象,已有研究表明該套地層的磁性地層年齡為40.2～33.4 Ma[3]。

2 研究方法與研究結(jié)果

2.1 研究方法

野外工作參考馬雪等[16]研究方法,按等間距原則采集樣品,對(duì)組分劇烈變化或構(gòu)造部位等特殊層位加密采樣,2條剖面(圖2)共采集455件樣品。室內(nèi)共磨制156片薄片,對(duì)其中巖屑、長石和石英顆粒進(jìn)行鏡下鑒定和統(tǒng)計(jì)。為進(jìn)一步探討物源,本次研究對(duì)石英顆粒進(jìn)行陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)。陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)利用成都理工大學(xué)油氣藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與萊卡DM450P偏光顯微鏡匹配的顯微陰極發(fā)光儀CL820MK5。實(shí)驗(yàn)過程中陰極發(fā)光設(shè)備的冷陰極電子槍真空度為0.003×10-2Pa,電壓為13～15 k V,電流為300～500μA,曝光時(shí)間為14.1～14.8 s。通過陰極發(fā)光儀成像系統(tǒng)觀察實(shí)驗(yàn)樣品中的石英陰極發(fā)光顏色并拍攝照片,統(tǒng)計(jì)各薄片中不同色光的石英含量。結(jié)合古水流等資料,與周邊剝蝕區(qū)進(jìn)行對(duì)比并探討物源。

圖1 酒西盆地區(qū)域地質(zhì)圖[15]Fig.1 Regional geological map of the Jiuxi basin

2.2 巖石學(xué)特征

野外觀察表明,火燒溝組主體沉積一套淺紅色—紫紅色砂巖、粉砂巖,夾細(xì)礫巖,含鈣質(zhì)結(jié)核,從底部到頂部發(fā)育多個(gè)碎屑粒度由粗變細(xì)的韻律性旋回,可見板狀交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造,礫石以沉積巖礫石為主。

圖2 紅柳峽剖面和火燒溝剖面綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive columns of the Hongliuxia and Huoshaogou sections●為采樣位置,Δ表示滿足條件。Ⅰ-石英拉長呈緞帶狀、條狀或透鏡狀,普遍具有明顯的波狀消光;Ⅱ-多晶石英中出現(xiàn)三聯(lián)點(diǎn)現(xiàn)象;Ⅲ-多晶石英中出現(xiàn)雙眾數(shù)現(xiàn)象,且顆粒間一般為鋸齒狀或縫合線狀接觸;Ⅳ-長石雙晶彎曲。

鏡下顯示,火燒溝組砂巖以細(xì)—中砂巖為主,分選性較好,磨圓度以次棱角狀—次圓狀為主,鈣質(zhì)膠結(jié)。巖屑多呈次圓狀、次棱角狀,分選中等;變質(zhì)巖巖屑(圖3a,圖3b)最多,以低級(jí)變質(zhì)巖為主,其次為沉積巖巖屑(圖3c),分選性和磨圓度均較好,包括灰?guī)r、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和燧石巖;巖漿巖巖屑(圖3d)最少,包括玄武巖、安山巖、花崗巖和凝灰?guī)r,蝕變嚴(yán)重。礦物碎屑顆粒中石英占多數(shù),呈次棱角狀—次圓狀,分選性中等,以單晶石英為主,普遍具有波狀消光,多呈拉長緞帶狀、條狀及透鏡狀(圖3e);多晶石英常出現(xiàn)雙眾數(shù)現(xiàn)象,且顆粒間多為鋸齒狀或縫合線狀(圖3f),可見三聯(lián)點(diǎn)。長石呈短柱狀、次圓狀,以斜長石和微斜長石為主,具有明顯的波狀消光,部分雙晶彎曲,蝕變較強(qiáng)。

2.3 研究結(jié)果

對(duì)紅柳峽剖面和火燒溝剖面的火燒溝組砂巖進(jìn)行碎屑組分分析,統(tǒng)計(jì)方法參照Dickinson等[17]和李忠等[18-19],約定原則為:排除雜基體積分?jǐn)?shù)＞25%的雜砂巖樣品;列入統(tǒng)計(jì)的砂巖樣品粒徑限定為0.2～2 mm;灰?guī)r巖屑計(jì)入沉積巖巖屑;被自生礦物交代的顆粒,按殘留顆粒或恢復(fù)的原碎屑組分統(tǒng)計(jì);采用鏡下正方網(wǎng)格交點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)組分含量,每個(gè)樣品顆粒不少于300個(gè)。統(tǒng)計(jì)和投圖結(jié)果分別見表1和圖4,可知紅柳峽剖面的物源為再循環(huán)造山帶,火燒溝剖面的物源為混合物源區(qū)。

圖3 始新世火燒溝組砂巖碎屑組分特征Fig.3 Characteristics of sandstone detrital components of the Eocene Huoshaogou Formationa-砂巖巖屑(單偏光,Ls),典型碎屑結(jié)構(gòu);b-火山巖巖屑(正交偏光,Lv),見長條狀斜長石斑晶;c-石英巖巖屑(正交偏光, Lm),石英顆粒間為線接觸,波狀消光;d-板巖巖屑(正交偏光,Lm),顆粒細(xì)小,絹云母略定向;e-多晶石英(正交偏光,Qp),見雙眾數(shù)現(xiàn)象,顆粒間為縫合線接觸(箭頭所指);f-石英顆粒(正交偏光,Q),拉長條狀、透鏡狀,波狀消光;g-石英顆粒(正交偏光,Q),波狀消光;h-石英顆粒(陰極發(fā)光,Q),與g中為同一顆石英,暗藍(lán)色,表明來自變質(zhì)巖。

筆者發(fā)現(xiàn)火燒溝組大量細(xì)粒碎屑具有明顯的變質(zhì)巖來源特征,礫石主要為沉積巖礫石,說明礫石與細(xì)粒碎屑并非來自同一物源區(qū),礫石代表近源堆積,細(xì)粒碎屑代表遠(yuǎn)源堆積,紅柳峽剖面周圍的白堊系即為這些礫石的物質(zhì)來源(圖1)。因此,本次研究主要以石英和長石顆粒為研究對(duì)象探討物源,該研究方法目前已得到廣泛應(yīng)用,例如王自劍等[20]通過對(duì)四川盆地北部須家河組中石英和長石顆粒的陰極發(fā)光分析,解決了硅質(zhì)礫巖因外表單調(diào)導(dǎo)致物源難以明確區(qū)分的問題。不同來源的石英和長石顆粒具有不同的鏡下特征,根據(jù)鏡下特征可反推其物質(zhì)來源(表2)。

通過研究紅柳峽和火燒溝剖面中石英和長石顆粒的鏡下特征,得出以下判別其來源于變質(zhì)巖的標(biāo)準(zhǔn):是否石英拉長呈緞帶狀、條狀、透鏡狀,普遍具有明顯的波狀消光;是否多晶石英出現(xiàn)三聯(lián)點(diǎn);是否多晶石英中出現(xiàn)雙眾數(shù),且顆粒間一般為鋸齒狀或縫合線狀接觸;是否長石雙晶彎曲。當(dāng)鏡下多數(shù)石英和長石顆粒滿足以上標(biāo)準(zhǔn)之一,則判斷其來源于變質(zhì)巖。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)表明火燒溝組大部分石英和長石顆粒來自變質(zhì)巖。

為印證上述結(jié)論,筆者對(duì)石英顆粒進(jìn)行陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)。不同成因來源的石英其陰極發(fā)光性不同[22-23]。實(shí)驗(yàn)中,石英陰極發(fā)光具有較好的區(qū)分度(圖5)。石英發(fā)光以藍(lán)、棕、紫色及其過渡色為主,分選性和磨圓度中等,波狀消光明顯,與其他顆粒為點(diǎn)接觸至線接觸,該類石英形成溫度＞300℃,來自變質(zhì)巖;不發(fā)光石英,形成溫度＜300℃,來自沉積巖。

綜上所述,鏡下統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)與石英陰極發(fā)光特征(圖5)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖3g,圖3h),滿足以上4條判別標(biāo)準(zhǔn)的碎屑顆粒表現(xiàn)出變質(zhì)巖來源對(duì)應(yīng)的陰極發(fā)光顏色,表明石英和長石顆粒來自變質(zhì)巖,揭示紅柳峽剖面火燒溝組砂巖的物源來自變質(zhì)巖區(qū)。

3 討 論

3.1 紅柳峽剖面和火燒溝剖面對(duì)比

火燒溝組作為酒西盆地新生代第一套陸相沉積,記錄了盆山耦合過程,對(duì)火燒溝組砂巖物源的精確分析有助于反演其最初的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)?；馃郎辖M砂巖碎屑組分與物源類型三角圖顯示(圖4),紅柳峽剖面和火燒溝剖面的構(gòu)造背景分別為再循環(huán)造山帶和混合物源區(qū),表明火燒溝剖面的物源具有多源性,構(gòu)造背景較復(fù)雜;紅柳峽剖面的物源較單一,構(gòu)造背景較簡單。石英陰極發(fā)光結(jié)果表明(圖5),紅柳峽剖面中石英顆粒主要來自變質(zhì)巖,火燒溝剖面中石英顆粒部分來自變質(zhì)巖,部分來自沉積巖,進(jìn)一步證明火燒溝剖面的物源較復(fù)雜,紅柳峽剖面的物源較單一。火燒溝剖面的物源多源性是由于沉積時(shí),同時(shí)受北西部地區(qū)志留紀(jì)中—低級(jí)變質(zhì)巖、白堊紀(jì)沉積巖以及更北部的阿拉善地區(qū)前震旦紀(jì)中—高級(jí)變質(zhì)巖的物質(zhì)供給,可能由于剖面北部寬臺(tái)山—黑山斷裂在新生代的初始活動(dòng)造成的[24-25]。因此,單一物源供給的紅柳峽剖面對(duì)火燒溝組的物源指示更為可靠。

表1 紅柳峽剖面和火燒溝剖面火燒溝組砂巖碎屑組分含量/%Table1 Detrital compositions of sandstones in the Hongliuxia and Huoshaogou sections

3.2 火燒溝組物源分析

圖4 酒西盆地始新世火燒溝組砂巖的Dickinson三角圖(底圖具文獻(xiàn)[17])Fig.4 Dickinson diagrams of sandstones of the Eocene Huoshaogao Formation in the Jiuxi basin●為火燒溝剖面;○為紅柳峽剖面;陰影為肅北盆地西水溝剖面投圖區(qū)域[21]

表2 不同來源的石英、長石顆粒鏡下特征[11-12]Table2 Photomicrographic characteristics of quartz and feldspar detritals from different provenances

研究區(qū)周圍只有祁連山和阿爾金山是明顯的隆起高地,祁連山主體為一套中元古界復(fù)理石建造和古生界火山巖建造[26]。來自變質(zhì)巖區(qū)的火燒溝組砂巖及剖面南東向的古水流[15]表明,火燒溝組物源不可能來自祁連山。同為青藏高原北緣第三紀(jì)陸相盆地的肅北盆地物源為祁連山[5],肅北盆地西水溝剖面與紅柳峽剖面的物源類型(圖4d)和古水流等特征不同。此外,低溫?zé)崮甏鷮W(xué)證據(jù)[27]表明,祁連山主體在30Ma后隆升,在20Ma隆升最強(qiáng)烈,明顯滯后于火燒溝組沉積時(shí)代(40.2～33.4Ma)[3]。

圖5 紅柳峽和火燒溝剖面石英陰極發(fā)光各顏色類型對(duì)比Fig.5 Contrast of cathodoluminescence colors of quartzs from the Hongliuxia and Huoshaogou sections

剖面中南東向的古水流[15]指示北西向?yàn)槁∑鸶叩亍Ｓ捎诎柦饠嗔训淖笮呋饔?原高地沿阿爾金斷裂向西運(yùn)動(dòng)。根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)今地貌,盆地西側(cè)的阿爾金山為可能的物源區(qū)。阿爾金山主體為一套元古界淺變質(zhì)的淺海、濱海相碎屑巖和碳酸鹽巖[28],巖性與剖面中碎屑顆粒來源于變質(zhì)巖這一基本條件吻合。鉆孔資料表明,火燒溝組沿阿爾金斷裂以南呈狹長帶狀分布,揭示火燒溝組沉積受阿爾金斷裂運(yùn)動(dòng)控制[3,4,24]。盆地北部的火燒溝組向南和向東其厚度逐漸減薄至尖滅,碎屑粒度也由大變小[4,29];磷灰石裂變徑跡測(cè)年技術(shù)表明阿爾金山自65Ma即開始隆升[30]。以上證據(jù)表明,火燒溝組砂巖的物源來自阿爾金山。

3.3 對(duì)阿爾金斷裂左旋走滑距離的簡要討論

阿爾金左旋走滑斷裂是地球上最長的走滑斷裂之一,也是青藏高原北部的重要邊界。對(duì)阿爾金斷裂走滑距離的研究,可反映印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞,導(dǎo)致青藏高原隆升,使青藏高原內(nèi)部物質(zhì)向東發(fā)生遷移的程度[1]。目前,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)阿爾金走滑距離尚存在較大爭議,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為位移距離為375±25 km[31]。

本次研究認(rèn)為火燒溝組砂巖的物源應(yīng)來自阿爾金山。根據(jù)兩地的現(xiàn)今位置,筆者推測(cè)位移量應(yīng)＞450 km,該推測(cè)也印證了前人的結(jié)論[15]。圖1藍(lán)色條帶分別為南阿爾金、柴達(dá)木北緣超高壓變質(zhì)帶和北阿爾金、北祁連高壓變質(zhì)帶。南阿爾金超高壓變質(zhì)帶和北阿爾金高壓變質(zhì)帶分別是柴達(dá)木北緣超高壓變質(zhì)帶和北祁連高壓變質(zhì)帶的西延部分[6,31-39],由于阿爾金斷裂的左旋走滑而發(fā)生錯(cuò)位,錯(cuò)位距離＞450 km。

4 結(jié) 論

(1)火燒溝剖面為多物源輸入,紅柳峽剖面為單一物源輸入,紅柳峽剖面更適合研究火燒溝組砂巖的物源。

(2)紅柳峽剖面火燒溝組的物源為變質(zhì)巖區(qū),且物源來自阿爾金山。

(3)推測(cè)阿爾金左旋走滑斷裂的斷距應(yīng)＞450 km。

志謝:研究資料來源于成都理工大學(xué)冉波副教授,并得到冉波副教授和徐冠立講師的指導(dǎo),在此表示感謝!

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Characteristics of sandstone detrital components of the Eocene Huoshaogou Formation in the Jiuxi basin and its geological implications

SONG Xu-bo
(College of Earth Science,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

The Jiuxi basin is located within the triangle area which is surrounded by the North Qilian fault to southwest and Altyn Tagh fault to northwest,and is of an important significance in understanding the Cenozoic tectonic-sedimentary evolution of the northern Tibetan Plateau.In this paper,we carried out a detailed study of sandstones of the Eocene Huoshaogou Formation in the Hongliuxia and Huoshaogou sections,using detrital components,morphology and cathodoluminescence of quartzs.The results show that the rock fragments,quartze detritals and feldspar detritals of the sandstone from the Huoshaogou Formation are typical characteristics of the metamorphic rocks origin.In combination with the geological, structural background and palewater features of the Jiuxi basin,this study systematically analyzed the regional rock features of Altyn and Qilian mountains,which provided the materials for studying the Huoshaogou Formation in the Jiuxi basin.It can be concluded that the provenance of the Huoshaogou Formation in the Jiuxi basin might derive from the Altun Mountains,and the offset of the Altyn left-lateral strike-slip fault should be more than 450 km.

rock fragments;quartz;feldspar;sandstone fragments;Huoshaogou Formation;Jiuxi basin

P588.21

A

2096-1871(2017)02-099-09

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.02.003

2016-07-12

2016-09-29 責(zé)任編輯:譚桂麗

宋旭波,1992年生,男,碩士研究生,主要從事礦物學(xué)、巖石學(xué)和礦床學(xué)研究。