孟令華 吳樹明 王浩

中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 泰安 271000

西天山造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，是古亞洲洋在古生代消減閉合下塔里木、準(zhǔn)噶爾、哈薩克斯坦等板塊的俯沖-碰撞-增生中形成的[1-4]。西天山溫泉地區(qū)廣泛發(fā)育石炭紀(jì)火山-沉積地層，是研究古亞洲洋形成演化的重要載體，同時也是西天山石炭紀(jì)構(gòu)造演化的重要物質(zhì)記錄[5]。近年來，一些地質(zhì)工作者對出露于溫泉及相鄰地區(qū)的下石炭統(tǒng)阿克沙克組，在層序、沉積環(huán)境、時代歸屬等方面進(jìn)行了較多的調(diào)查研究：胡志軍、方慶新等[6-7]調(diào)查了溫泉地區(qū)阿克沙克組的基本層序，認(rèn)為其在不同的發(fā)展演化時期，表現(xiàn)出不同的巖性、巖相特征，總體表現(xiàn)出緩慢沉積的特點，從下至上沉積環(huán)境由淺海陸棚-潮坪相-濱淺海相-三角洲相發(fā)展演化；李永軍等[8-9]

認(rèn)為西天山阿吾拉勒闊爾庫一帶阿克沙克組以海相碳酸鹽巖夾碎屑巖為主，處于低緯度帶陸棚淺水沉積環(huán)境，而在伊寧盆地北緣的于贊一帶則為典型的扇三角洲相沉積；熊紹云等[10]將伊犁盆地阿克沙克組按巖性自下而上分為碎屑巖段、碎屑巖夾碳酸鹽巖段以及碳酸鹽巖段，識別出6 種沉積相、14 種沉積亞相，認(rèn)為伊犁盆地早石炭世晚期沉積演化可分為3 個階段：早期發(fā)育辮狀河三角洲相，中期發(fā)育辮狀河三角洲相和混積濱岸相、開闊臺地相、臺盆相，晚期為典型臺地碳酸鹽沉積時期。廖正凱[11]認(rèn)為博樂盆地阿克沙克組具有碎屑巖與碳酸鹽巖混積的沉積特征，主要發(fā)育三角洲、碳酸鹽巖臺地、火山碎屑流、濱淺海4 種沉積體系。1∶20 萬區(qū)調(diào)工作之后很少有學(xué)者在物源特征、沉積環(huán)境、構(gòu)造屬性上開展系統(tǒng)的綜合研究。

本文通過對出露于溫泉縣城東南阿依爾朔克一帶北東向展布的阿克沙克組地層進(jìn)行詳細(xì)的野外路線觀察和剖面實測工作，結(jié)合室內(nèi)巖礦鑒定及碎屑巖粒度分析，探討阿克沙克組的沉積環(huán)境及物源特征，為西天山石炭紀(jì)構(gòu)造演化提供沉積學(xué)方面的依據(jù)。

1 地質(zhì)特征

研究區(qū)屬于西天山造山帶，大地構(gòu)造位置處于天山興蒙造山系（Ⅰ級）、伊寧-中天山地塊（Ⅱ級）、賽里木陸緣盆地（Ⅲ級）之賽里木地塊（Ⅳ級）[12]（圖1a）。地層單元劃歸塔里木-南疆地層大區(qū)（Ⅰ級）、中南天山-北山地層區(qū)（Ⅱ級）、中天山-馬鬃山地層分區(qū)（Ⅲ級）之溫泉地層小區(qū)（Ⅳ級）[13]。研究區(qū)出露地層主要有中泥盆世汗吉尕組、晚泥盆世托斯庫爾他烏組、早石炭世阿克沙克組、晚石炭世東圖津河組沉積巖系（圖1b），為一套晚古生代海相碎屑巖建造。其中早石炭世阿克沙克組分上、下兩段。在阿依爾朔克一帶，阿克沙克組下段巖性主要有灰色-灰綠色厚層狀-中層狀礫巖、砂質(zhì)礫巖、含礫中粗粒巖屑砂巖、中粒-中細(xì)粒-細(xì)粒巖屑砂巖，深灰色中層狀含鈣質(zhì)細(xì)中粒巖屑砂巖、灰色-灰綠色中厚層狀凝灰質(zhì)細(xì)粒長石巖屑砂巖、深灰色薄層狀粉砂巖等，出露厚度1073.4m，與上段為整合接觸；上段巖性有灰綠色中層狀-中薄層狀凝灰質(zhì)中細(xì)粒長石巖屑砂巖、（含凝灰質(zhì)）細(xì)粒巖屑砂巖、灰黑色薄層狀粉砂巖、深灰色厚層狀粉泥晶生屑灰?guī)r、生屑粉泥晶灰?guī)r、灰色中層狀亮晶藻團(tuán)塊鮞?；?guī)r等，出露厚度為498.2m，上被晚石炭世東圖津河組平行不整合覆蓋。

2 巖石學(xué)特征

本次在阿克沙克組所測剖面上采集了大量巖石薄片樣品，經(jīng)河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室鑒定，巖石類型主要有礫質(zhì)粗粒巖屑砂巖、含礫粗粒巖屑砂巖、中粗粒巖屑砂巖、粗中粒長石巖屑砂巖、含鈣質(zhì)細(xì)中粒巖屑砂巖、凝灰質(zhì)不等粒長石巖屑砂巖、（含生屑）凝灰質(zhì)中細(xì)粒長石巖屑砂巖、細(xì)粒長石巖屑砂巖、含粉砂細(xì)粒長石巖屑砂巖等，其中典型巖石微觀特征描述如下。

含粉砂細(xì)粒長石巖屑砂巖（阿克沙克組下段，薄片編號b0081/16，圖2a）：含粉砂細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由砂粒、填隙物組成。砂粒由巖屑（55%±）、長石（30%±）、石英（3%～5%）構(gòu)成，主顯棱角狀-次棱角狀-次圓狀，雜亂狀總體略具方向性排列，大小以0.05～0.25mm 的細(xì)砂為主，少部分為＜0.05mm 的粉砂（10%±）。長石包括斜長石、鉀長石。巖屑主見流紋巖，較少見安山巖、絹云板巖等，少見白云母。填隙物（3%～5%）被綠泥石、碳酸鹽交代呈假像，填隙于砂粒之間，巖石屬于顆粒支撐結(jié)構(gòu)。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造略圖（a）及研究區(qū)地質(zhì)簡圖（b）Fig.1 Regional tectonic map (a) and geological map of study area (b)

礫質(zhì)粗粒巖屑砂巖（阿克沙克組下段，薄片編號b0071/17，圖2b）：礫質(zhì)粗粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由碎屑、填隙物組成。碎屑由巖屑（60%±）、長石（5%～10%）、石英（5%～10%）構(gòu)成，主顯次棱角狀、次圓狀，雜亂狀排列，大小以0.5～2.0mm的粗砂為主，少量為0.1～0.5mm的中砂、細(xì)砂，較少部分為2～10mm 的礫石（20%～25%）。長石主為斜長石。巖屑主見流紋巖、安山巖，少見絹云板巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖等。填隙物（2%～5%）被綠泥石、少量褐鐵礦等交代無殘留，巖石屬于顆粒支撐、孔隙式膠結(jié)。有的綠泥石集合體似塑性巖屑外形。

含凝灰質(zhì)不等粒長石巖屑砂巖（阿克沙克組下段，薄片編號b0081/7，圖2c）：含凝灰質(zhì)不等粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由砂粒、凝灰物組成。砂粒由巖屑（60%±）、長石（25%±）、石英（5%±）構(gòu)成，主顯棱角-次棱角-次圓狀，雜亂狀總體略具方向性排列，部分為0.05～0.25mm 的細(xì)砂、部分為0.25～0.5mm 的中砂，較少部分為0.5～1.0mm 的粗砂，少量為＜0.05mm 的粉砂。長石以斜長石為主，鉀長石次之。巖屑主見流紋巖，較少見安山巖、粉砂巖、粘土巖、絹云板巖等，部分巖屑具綠泥石化。凝灰物（10%±）包括晶屑、塑性巖屑、玻屑、火山塵。

含生屑凝灰質(zhì)中細(xì)粒長石巖屑砂巖（阿克沙克組上段，薄片編號b0073/4，圖2d）：含生屑凝灰質(zhì)中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由砂粒、生屑、凝灰物、填隙物組成。砂粒由巖屑（40%±）、長石（30%±）、石英（5%±）構(gòu)成，主顯棱角－次棱角－次圓狀，雜亂狀總體略具方向性排列，大小以0.05～0.25mm 的細(xì)砂為主，少部分為0.25～0.5mm 的中砂。長石包括斜長石、鉀長石。巖屑主見流紋巖，較少見安山巖、粘土巖、硅質(zhì)巖，少見云母等。個別砂粒被硅質(zhì)圍繞構(gòu)成薄層狀的同心鮞。凝灰物（10%±）包括晶屑、塑性巖屑、玻屑。生屑（5%～10%）主見海百合、腕足等，零散狀分布，被方解石充填。填隙物（5%～10%）為硅質(zhì)膠結(jié)物，硅質(zhì)由隱晶-微粒狀玉髓構(gòu)成，填隙于砂粒、生屑之間，顏色稍暗，少量圍繞砂粒構(gòu)成薄層鮞，部分硅質(zhì)與粉砂呈條紋狀聚集分布。

圖2 阿克沙克組主要碎屑巖顯微照片F(xiàn)ig.2 Photomicrographs for the main clastic rocks of Akeshake formation

3 沉積物源分析

利用沉積巖中碎屑巖的巖石特征，可以用來分析沉積巖的物質(zhì)來源。本次薄片鑒定的14 個碎屑巖巖石特征見表1。各種粒度碎屑巖的碎屑物主要由巖屑、長石、石英組成，多呈次棱角狀—次圓狀，其中巖屑含量一般38%～73%，多55%左右，主要成分為流紋巖，另含安山巖、絹云粉砂質(zhì)板巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖、粘土巖等，說明其物源區(qū)母巖以中酸性火山巖為主，少量沉積巖。

據(jù)裴蒂莊（1957）成份成熟度指數(shù)公式[14]（石英+燧石/長石+巖屑），阿克沙克組碎屑巖成份成熟度為0.03～0.13，遠(yuǎn)小于1，說明碎屑顆粒搬運距離不遠(yuǎn)，沉積速度較快。從由分選程性、磨圓度、雜基含量三個因素決定的結(jié)構(gòu)成熟度來看，分選性多為中等，磨圓度中等偏小，雜基含量偏少，說明結(jié)構(gòu)成熟度低，沉積作用處于構(gòu)造活動性較強(qiáng)，堆積速度快的條件之下，屬于近源沉積。

表1 阿克沙克組碎屑巖特征Table 1 Characteristics of clastic rocks of Akeshake formation

將表1 的碎屑巖骨架成分含量投影到Crook的QFL 三角圖解[15]中（圖3a），樣點落入貧石英雜砂巖區(qū)，說明其蝕源區(qū)構(gòu)造環(huán)境具活動性質(zhì)[16]，碎屑由火山成因的高地沿活動島弧及某些陸緣流出，沉積于島弧之前的前弧盆地以及島弧后邊的邊緣海。在Dickinson 等的碎屑含量QFL 三角圖解[17]（圖3b）上投影，樣點基本落入未切割島弧帶（屬巖漿弧物源區(qū)），說明碎屑物來源于未大洋活動島弧區(qū)。

圖3 （雜）砂巖類QFL 三角圖解(a)、碎屑含量QFL 三角圖解(b)Fig.3 (Graywacke) Sandstone QFL triangular diagram (a), clastic content QFL triangular diagram (b)

4 沉積環(huán)境探討

4.1 沉積序列特征

阿克沙克組下段以碎屑巖發(fā)育為特點，可劃分為6 個沉積序列（層序）（圖4）：Ⅰ類-Ⅵ類層序均具粗-細(xì)的沉積規(guī)律，底部為粗碎屑巖，交錯層理及平行層理發(fā)育，上部碎屑巖粒度逐漸變細(xì)，局部見水平層理，出現(xiàn)多次旋回式海平面升降，水動力條件不穩(wěn)定。上段以發(fā)育較多的碳酸鹽巖為特點，含腕足、珊瑚、海百合莖等海相化石，碎屑巖主要發(fā)育水平層理，局部見小型交錯層理，整體海平面升高，局部出現(xiàn)小的動蕩。

圖4 阿依爾朔克一帶阿克沙克組地層層序圖Fig.4 Stratigraphic sequence map of Akeshake formation in Ayiershuoke area

基本層序方面，阿克沙克組下段巖石成層性好，韻律清楚，常形成礫巖-中細(xì)砂巖-粉砂巖或含礫中粗砂巖-細(xì)砂巖-粉砂巖的旋回層。如剖面14～17 層具有砂質(zhì)礫巖→含礫中粗砂巖→細(xì)粒巖屑砂巖→粉砂巖的沉積特征，碎屑巖粒度由粗逐漸變細(xì)[圖5（a）]；17 層中可見粉砂巖→細(xì)砂巖→含礫中粗砂巖→粉砂巖→細(xì)砂巖的旋回序列[圖5（b）]；19～25 層具有礫巖夾細(xì)砂巖→含礫中粗砂巖夾細(xì)砂巖→粉砂巖→含礫粗砂巖→中細(xì)砂巖→粉砂巖的沉積特征[圖5（c）]；26～31 層具有含礫中粗砂巖→細(xì)砂夾粉砂巖→含礫中粗砂巖→細(xì)砂夾粉砂巖→含礫中粗砂巖→細(xì)砂巖、粉砂巖的沉積特征[圖5（d）]；總體上形成粗→細(xì)→粗→細(xì)的沉積序列，反映出一系列海進(jìn)、海退特征。

圖5 阿克沙克組下段基本層序Fig.5 Basic sequence of the lower Akeshake formation

4.2 碎屑巖粒度分析

粒度分析與沉積環(huán)境的關(guān)系非常密切[18]，可以對沉積區(qū)水動力環(huán)境、輸移能力、物質(zhì)運動方式和沉積環(huán)境進(jìn)行綜合反映。阿克沙克組碎屑巖中采集了6 個粒度分析樣品，分析結(jié)果見表2。

4.2.2 概率累積曲線特征

碎屑巖粒度概率累積曲線見圖6。LF0052/1樣品曲線由滾動總體和跳躍總體組成，懸浮總體不發(fā)育，且跳躍總體由3 個次總體組成；滾動組分和跳躍組分的截點為-2.5φ，稍有混合度，滾動組分的斜率為0°，跳躍組分的斜率46°左右。LF0071/1 樣品曲線由跳躍總體組成，懸浮總體和滾動總體不發(fā)育，且跳躍總體由2 個次總體組成，斜率50°左右。LF0071/2 樣品曲線由跳躍總體和少量懸浮總體組成，滾動總體不發(fā)育，跳躍總體由2 個次總體組成；跳躍組分和懸浮組分的截點為3.2φ，有混合度，跳躍組分的斜率46°左右，懸浮組分的斜率為15°。LF0072/1 樣品曲線由跳躍總體組成，斜率53°左右，粒度投點多均勻落于曲線兩側(cè)。LF0081/1 樣品曲線由跳躍總體和懸浮總體組成，滾動總體不發(fā)育，且跳躍總體由2個次總體組成，懸浮組分和跳躍組分的截點為1φ，有一定的混合度，滾動組分的斜率38°～60°，懸浮組分的斜率為25°。LF0073/1 樣品曲線由跳躍總體組成，懸浮總體和滾動總體不發(fā)育，跳躍總體由2 個次總體組成，斜率45°～65°。

以上6 條粒度概率累積曲線，跳躍組分比例均較大，多在90%以上，且多由2 個次總體組成。說明碎屑物沉積速度較快，水動力條件隨機(jī)變化，具有海灘砂的特點[20]。

表2 阿克沙克組砂巖粒度參數(shù)特征（圖解法）Table 2 Characteristic of sandstone grain size parameters of Akeshake formation (graphically)

圖6 阿克沙克組碎屑巖粒度概率累積曲線Fig.6 Probability cumulative curve of grain size ofclastic rocks in Akeshake formation

4.2.3 粒度參數(shù)的環(huán)境判別

1964年，薩胡（Sahu）根據(jù)?？说牧６葏?shù)，利用現(xiàn)代各種環(huán)境沉積物的粒度分析結(jié)果，得出4 個綜合公式，用以區(qū)別風(fēng)成砂丘與海灘、海灘與淺海、淺海與河流（三角洲）、河流與濁流沉積[21]。其判別公式如下：

從使用薩胡環(huán)境判別公式的計算結(jié)果（見表2）可以看出：下段5 個樣品的Y1均大于-2.7411，為海灘沉積環(huán)境；上段1 個樣品的Y1值小于-2.7411，為風(fēng)成砂丘環(huán)境。6 個樣品的Y2均大于65.3650，為淺海沉積環(huán)境。5 個樣品的Y3值大于-7.4190，為淺海沉積環(huán)境；僅LF0081/1 的Y3 值小于-7.4190，代表河流沉積環(huán)境。6 個樣品的Y4均小于9.8433，為濁流沉積環(huán)境。

4.3 沉積環(huán)境

根據(jù)以上分析，阿克沙克組下段以單一碎屑巖沉積為特點，成層性較好，韻律清楚，出現(xiàn)多次旋回式海平面升降，水動力條件不穩(wěn)定；上段以發(fā)育較多的碳酸鹽巖為特征，海相化石非常豐富（圖7）。經(jīng)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所鑒定，其海相化石主要有：腕足類，包括Echinoconchussp.、Neochonetes carboniferous(Keyserling)、Rotaiasp.、Dictyoclostussp.、Antiquatonia insculpa、Avoniasp.、Chaoiella teunireticulata(Ustrisky)、Orthotetessp.；海百合莖，如Cyclocyclicussp.；珊瑚類，如Rodophyllumsp.、Siphonode ndronsp.、Dophyphyllumsp.、Arachnolasmasp.、Auloelisiasp.、Dibunophyllumsp.等。另外，從碎屑巖粒度分布特征看，跳躍組分比例均較大，在90%以上，多由2 個次總體組成，碎屑物沉積速度較快，水動力條件隨機(jī)變化，具有海灘砂的特點。因此，阿克沙克組下段為濱-淺海相沉積，上段為典型的淺海陸棚沉積。

圖7 阿克沙克組主要化石賦存狀態(tài)Fig.7 Occurrence state of major fossils in Akshak formation

5 結(jié)論

（1）阿克沙克組下段以碎屑巖發(fā)育為特點，沉積韻律清晰，常形成礫巖-中細(xì)砂巖-粉砂巖或含礫中粗砂巖-細(xì)砂巖-粉砂巖的旋回層，反映出一系列海進(jìn)、海退特征；上段以發(fā)育較多的碳酸鹽巖為特點，含大量腕足、珊瑚、海百合莖等海相化石。

（2）阿克沙克組的物源為中酸性火山巖和少量沉積巖，碎屑顆粒沉積速度較快，屬于近源沉積；蝕源區(qū)構(gòu)造環(huán)境具活動性質(zhì)，形成于未切割的大洋活動島弧。

（3）碎屑巖顆粒分選多為中等，偏度多為近對稱，峰態(tài)為中等-尖銳；粒度概率累積曲線上跳躍組分比例均較大，多在90%以上，且多由2 個次總體組成，碎屑物沉積速度較快，水動力條件隨機(jī)變化，具海灘砂特點。阿克沙克組下段為濱-淺海相沉積，上段為典型的淺海陸棚沉積。