準噶爾盆地博格達山初始隆升時間再探討

準噶爾盆地博格達山初始隆升時間再探討

博格達山位于東天山的北端。這是雅加爾盆地和柴庫巴盆地之間的分水嶺。構(gòu)造位于東天山和西天山的過渡帶內(nèi)。它的初始隆升時間是一個涉及博格達山構(gòu)造屬性、準噶爾盆地結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化及天山古生代造山帶范圍的關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)問題。已有的研究成果揭示,對博格達山初始隆升時間的認識有3種不同意見:(1)1主要基于準噶爾盆地南緣和吐哈盆地北緣早、中生代沉積物擴散方向研究,認為博格達山在早侏羅世已隆升成山;(2)根據(jù)博格達山石炭紀火山巖系構(gòu)造屬性、韌性剪切帶發(fā)育時間及與東天山造山帶區(qū)域不整合關(guān)系對比,認為初始隆升發(fā)生在古生代末;(3)基于吐哈盆地北緣中生代不同時期沉積物擴散樣式及對比研究認為初始隆升時間為早、中侏羅世。本文在地表地質(zhì)調(diào)查和新完成的地震剖面解釋基礎(chǔ)上,通過區(qū)域不整合發(fā)育的時-空位置、古流向及沉積物擴散方向、同構(gòu)造沉積層位標定和礫巖礫石成分對比研究,從地層學(xué)角度將博格達山初始隆升時間限定在侏羅紀末至白堊紀初。1博格達地區(qū)的構(gòu)造背景博格達山為一向北突出、東西向延展的弧形山脈,向西經(jīng)紅雁池、妖魔山并入依連哈比爾尕山,向東過吉木薩爾-吐魯番一線后轉(zhuǎn)為東西向,并最終在七角井地區(qū)與巴里坤山、卡爾里克山相連(圖1)?，F(xiàn)今的博格達山被活動斷裂所圍限,是一個仍處在隆升階段的山帶?；趨^(qū)域地層發(fā)育特征(圖2)、區(qū)域不整合位置和盆地沉積特征,將博格達及鄰區(qū)構(gòu)造古地理演化分成4個階段:(1)1中、晚石炭世火山巖、火山碎屑巖沉積期,表現(xiàn)為早期發(fā)育大量火山熔巖,晚期發(fā)育火山碎屑質(zhì)濁積巖和玄武巖、生物碎屑灰?guī)r夾層。一些學(xué)者基于活動陸緣結(jié)構(gòu)、沉積巖石學(xué)特征研究將這套火山巖定為巖漿弧區(qū)火山-沉積組合;另一些學(xué)者則根據(jù)火山巖地化特征和古生代盆地發(fā)育格架認為它們形成于大陸裂谷。爭議的焦點是海西構(gòu)造階段的博格達處于板緣還是板內(nèi)。(2)二疊紀陸源碎屑充填期,表現(xiàn)為大量源于阿爾泰地區(qū)的陸源碎屑注入到博格達地區(qū),此時的沉積物擴散方向主體指向南(圖2),沉積相從博北地區(qū)的淺海長石砂巖過渡到博南地區(qū)的深海濁積巖。與博格達地區(qū)不同,柴窩堡凹陷南緣、吐哈盆地北緣的下二疊統(tǒng)則由灰?guī)r礫石為主的礫巖、含礫砂巖組成。礫石迎水面實測結(jié)果證實古流向指向北東,顯示物源區(qū)在其南部的東天山地區(qū),表明此時的造山帶已開始在柴窩堡凹陷南側(cè)形成,前緣可能已擴展到吐魯番-鄯善地區(qū)(圖3)。二疊紀中、晚期,博格達地區(qū)沉積環(huán)境由海相逐漸過渡到海陸交互相、陸相,形成了一個沉積顆粒向上變粗的沉積旋回。此時的博南地區(qū),古流向也從向南轉(zhuǎn)換成向北,顯示源于天山造山帶的碎屑充填逐漸占主導(dǎo)地位。(3)三疊-侏羅紀陸相潮濕環(huán)境中的河、湖相沉積期,形成了厚層陸相煤系地層。它們以整合或沉積不整合覆于二疊系之上,繼承了古生代晚期的盆地格局。(4)白堊紀-新生代陸相山間盆地充填期,發(fā)育干旱型陸相沉積,由近源火山質(zhì)碎屑巖夾紫紅色泥巖組成。博格達山的變形構(gòu)造由博格達斷隆和博南、博北兩個滑褶帶組成(圖2)。博格達斷隆是一個南被博南逆沖斷裂、北被水磨溝逆沖斷裂所圍限的構(gòu)造凸起,主構(gòu)造為一個軸面近于直立、向西傾伏、平面上呈向北凸出的弧形箱形背斜。水磨溝逆沖斷裂為一條南傾、向北逆沖的逆掩斷層,表現(xiàn)為晚古生代地層逆沖在侏羅系之上。天池溝剖面揭示,其為上盤斷坪、下盤斷坡組合,表明斷裂已發(fā)生較大規(guī)模的水平位移。博南逆沖斷裂為一條近東西向延伸、斷面北傾、主底板斷裂發(fā)育于奧爾吐組底部的逆掩斷層,表現(xiàn)為石炭-二疊紀地層逆掩在侏羅系之上。博北滑脫褶皺帶發(fā)育于博格達山北坡地區(qū),主拆離面發(fā)育于上二疊統(tǒng)底部的泥巖、油頁巖中,自身由4個東西向延展、軸面近于直立、尖棱或箱形褶皺組成。褶皺壓扁強度自南而北逐漸減弱,由南部的倒轉(zhuǎn)、緊閉褶皺漸變開闊、直立褶皺。博南滑褶帶由多個軸面北傾、東西向延展的褶皺構(gòu)造組成。新近完成的二維地震剖面解釋結(jié)果顯示,該構(gòu)造帶的主底板斷裂發(fā)育于上古生界內(nèi),第一世代變形時卷入的最新地層為侏羅系。2博格達山初始隆升時間及區(qū)域差異區(qū)域不整合是標定一個地區(qū)構(gòu)造隆升的關(guān)鍵標志之一。前人基于中天山北緣艾維爾溝地區(qū)中生界與上古生界之間發(fā)育的角度不整合推測博格達山的初始隆升時間應(yīng)為中生代早期。更有一些學(xué)者依據(jù)吐哈盆地北緣桃東溝地區(qū)二疊系與石炭系之間的沉積不整合將博格達隆升時間定在古生代晚期,盡管該不整合現(xiàn)在仍受到置疑。但是,這兩個地區(qū)距博格達山約百余km,相對博格達山而言,它們處于造山作用首先到達的位置。而且,三疊系、二疊系接觸關(guān)系從艾維爾溝地區(qū)的角度不整合向北到吐哈盆地北緣變?yōu)檎辖佑|這一事實表明,造山帶內(nèi)地層接觸關(guān)系是不穩(wěn)定的。因此,標定博格達山初始隆升時間必須以當?shù)氐牟徽蠈游惶卣鳛榛A(chǔ)。博格達山南、北兩側(cè)新近完成的二維地震勘探使深層地層接觸關(guān)系研究成為可能。在博南-柴窩堡地區(qū),探井約束的地震剖面解釋、地層閉合對比表明,晚古生代以來最早的區(qū)域性角度不整合發(fā)育于白堊系與前白堊紀地層之間(圖4a)。在博南地區(qū),該不整合從近博南逆沖斷裂地區(qū)的高角度不整合向南經(jīng)低角度不整合逐漸過渡成為平行不整合,甚至可能是整合接觸,顯示下伏地層變形特征控制著不整合結(jié)構(gòu)。不整合發(fā)育的這一特征進一步說明,并不是所有的角度不整合都可以大區(qū)域?qū)Ρ?。在博格達山北坡和準噶爾盆地南部(準南地區(qū)),晚古生代以來最早的區(qū)域性角度不整合也發(fā)育于白堊系與前白堊紀地層之間。博格達北坡地表地層學(xué)研究表明,古生界與中生界呈整合過渡關(guān)系。而且,從晚石炭世柳樹溝組至侏羅系無角度不整合發(fā)育。這一研究成果與準南地區(qū)地震勘探成果相吻合。圖4b為準南地區(qū)的一條南北向地震剖面及其地質(zhì)解釋,顯示角度不整合發(fā)育在白堊系與前白堊紀地層之間。前白堊紀地層發(fā)育軸面近直立、東西向延展的開闊褶皺。白堊系則呈向北下超的楔形,且沉積相從扇三角洲向北變?yōu)闇\湖、半深湖,指示物源在南側(cè)。以上對博格達及鄰區(qū)不整合發(fā)育特征研究表明,晚古生代以來具有變革意義的構(gòu)造運動發(fā)生在侏羅紀晚期或白堊紀早期。而且,博格達山地區(qū)變形強度最大,向南、北兩側(cè)逐漸減弱(圖4)。因此,博格達山與第一世代變形同期的初始隆升應(yīng)發(fā)生在侏羅紀末至白堊紀初。3博格達地區(qū)盆地發(fā)育情況博格達山作為一個區(qū)域性山帶,它的隆升必將深刻地影響該地區(qū)古水系格局、沉積物擴散方向與樣式。因此,可以通過再造古生代以來各關(guān)鍵地質(zhì)歷史時期古流向來標定博格達山初始隆升時間。晚古生代以來,博格達地區(qū)原型盆地發(fā)育經(jīng)歷了3個階段,分別是晚古生代弧后裂陷盆地、中生代陸內(nèi)拗陷盆地和晚中生代陸內(nèi)褶沖盆地。盆地的轉(zhuǎn)折期依次是早二疊世、侏羅紀和白堊紀。因此,研究這3個時期的古流向、沉積擴散樣式可以為標定博格達山初始隆升時間提供重要依據(jù)。3.1優(yōu)勢方位早二疊世沉積主要由巖屑長石砂巖夾薄層泥巖組成,稱為岌岌槽子群,它下與奧爾吐組整合接觸,上與井井子溝組連續(xù)過渡。岌岌槽子群沉積環(huán)境總體呈向南變深趨勢。在博北地區(qū),以濱岸三角洲沉積為主,發(fā)育大型斜層理。在博南地區(qū),主要以深海濁積巖為主,鮑馬序列、小型斜層理和軟沉積物變形構(gòu)造大量發(fā)育。在博北地區(qū),岌岌槽子群中大量發(fā)育大型楔狀、板狀斜層理。其中,天池溝、水磨溝兩個剖面最為典型。在水磨溝剖面實測了14個大型斜層理,在天池溝剖面實測了16個。對這些斜層前積層產(chǎn)狀進行水平校正后所做的玫瑰花圖解表明,古流向優(yōu)勢方位為南南東向(圖5a)。在博南地區(qū),岌岌槽子群主要是深海濁積巖沉積,鮑馬序列c段中大量發(fā)育小型斜層理,其前積層傾向與濁流流動方向一致。岌岌槽子、黑溝、阿克蘇溝3個剖面實測的101個小型斜層理統(tǒng)計分析結(jié)果證實,古流向的優(yōu)勢方位總體指向南(圖5a)。因此,整個博格達地區(qū)早二疊世沉積物擴散方向總體由北向南,博北、博南的岌岌槽子群同屬一個沉積體系,表明此時的博格達山地區(qū)不是一個正地貌單元。3.2博格達山周邊地區(qū)侏羅紀是早中生代陸內(nèi)拗陷盆地發(fā)育的鼎盛期,以河流、三角洲、湖沼相沉積為主,發(fā)育大量大型斜層理,為研究古流向提供了資料基礎(chǔ)。前人曾對博北祁家溝、天池溝兩剖面出露的中侏羅統(tǒng)中發(fā)育的斜層理進行實測,得出古流向優(yōu)勢方位為北北西向。但是,結(jié)論所依據(jù)的玫瑰花圖樣式卻呈放射狀,說明槽狀斜層理前積層的甄別難以把握。鑒于此,本次研究中主要研究、實測板狀、楔狀斜層理,排除任何可能的槽狀斜層理。而且,將研究范圍擴展到整個博格達山周邊地區(qū)。在博北地區(qū),重點研究了吉木薩爾縣大有溝、大龍口溝和米泉縣水磨溝剖面出露的中侏羅統(tǒng)砂巖中斜層理,實測了其中61個。這些實測數(shù)據(jù)經(jīng)水平校正后進行的玫瑰花圖解證實,前積層傾向的優(yōu)勢方位為指向南,表明當時的古流向指向南。天池溝剖面上侏羅統(tǒng)厚層礫巖中迭瓦狀排列的礫石迎水面所指示的古流向一致(圖5b)。因此,博北地區(qū)中、晚侏羅世的古流向總體指向南,沉積物擴散方向由北向南。該結(jié)果與阿爾泰南緣的紅柳溝地區(qū)侏羅紀古流向一致,表明當時的物源應(yīng)在阿爾泰地區(qū)。在博南地區(qū),達坂城之北的西溝、東溝兩剖面和鹽湖化工廠北剖面上的侏羅系地層中大量發(fā)育大型斜層理。其中,在東溝孤山剖面實測了22個;在西溝實測了2個測點共44個;在鹽湖化工廠北剖面實測了25個。這些斜層理前積層傾向分析結(jié)果證實,東溝、西溝地區(qū)當時的古流向優(yōu)勢方位指向北,鹽湖化工廠地區(qū)則古流向優(yōu)勢方位為北西西向(圖5b)。因此,博南地區(qū)侏羅紀古流向總體指向北,此時的沉積物擴散方向為自南而北,物源區(qū)應(yīng)在南部的天山地區(qū)。根據(jù)古流向、沉積物擴散方向在博南、博北的不同表現(xiàn),清楚地顯示博格達山南、北分屬不同的沉積體系。博南為天山物源沉積系,而博北為阿爾泰物源沉積系。此時的博格達地區(qū)主峰地區(qū)不但不是隆升的高地,而是當時的匯水中心(圖5b)。3.3古向向北、南南西南諸地區(qū)的沉積物擴散方向博格達地區(qū)的白堊系主要出露于博南的達坂城北部地區(qū)和博北的阜康、頭屯河地區(qū),由厚層、塊層狀灰黑色、紫紅色雜礫巖、砂礫巖夾泥巖組成1。其中,博南地區(qū)以礫巖為主,博北地區(qū)以砂礫巖為主。在博南地區(qū),東溝孤山剖面18個、西溝白楊河剖面46個疊瓦狀排列的礫石迎水面實測結(jié)果分析表明,當時的沉積物擴散方向為南南西向。柴窩堡東約15km出露的白堊紀灰白色砂巖中見有斜層理,17個中型斜層理實測、統(tǒng)計分析結(jié)果證實,該區(qū)古流向優(yōu)勢方位也為南南西向(圖5c)。因此,白堊紀早期博南地區(qū)的沉積物擴散方向指向南。在博北地區(qū),白堊系砂巖中發(fā)育的大型斜層理實測結(jié)果顯示,當時的古流向指向北,物源區(qū)位于地層出露區(qū)的南部。以上的白堊紀早期博南、博北古流向、沉積物擴散樣式研究結(jié)果清楚地表明,此時的博格達主脊地區(qū)已成為博南、博北兩水系的分水嶺和物源區(qū)。綜上3個關(guān)鍵時期博格達地區(qū)古流向和沉積物擴散方向研究結(jié)構(gòu)表明,該地區(qū)擴散樣式經(jīng)歷了兩個階段:一是早二疊世至侏羅紀,古流向指向博格達地區(qū),該地區(qū)表現(xiàn)為匯水區(qū),以接受沉積為特征;一是白堊紀,古流向背離博格達地區(qū),表明這時博格達為隆起區(qū),以剝蝕向周邊提供沉積物為特征。因此,從古流向和沉積物擴散樣式角度看,博格達山初始隆升應(yīng)發(fā)生在侏羅紀末-白堊紀初期間。4博格達山內(nèi)礫石成分特征相對北天山造山帶和阿爾泰古造山帶而言,博格達地區(qū)發(fā)育更多的是火山熔巖和火山碎屑巖,而較少發(fā)育深水硅質(zhì)巖。因此,這種差異在博格達山隆升前后必定在周邊地區(qū)的沉積物中留有印記。其中,礫巖是近源沉積的產(chǎn)物,最能反映源區(qū)特征。因此,可以通過研究礫巖的礫石成分特征,尋找博格達山活動的時間線索。筆者對礫石成分的野外統(tǒng)計步驟是首先選擇一面積大于1m2的干凈露頭,等間距畫出標志線,然后沿標志線連續(xù)統(tǒng)計礫石的巖石、礦物類型和個數(shù)。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性,每個測點統(tǒng)計的礫石數(shù)均大于400個。4.1物源區(qū)特征特征博南地區(qū)的侏羅紀礫巖主要出露于達坂城以北地區(qū)(圖2)。其中,西溝、東溝剖面最為典型。在西溝剖面上,分別選擇八道灣組、三工河組的礫巖進行礫石成分統(tǒng)計,結(jié)果列入表1(測點位置見圖2)。其中,八道灣組2個測點,三工河組1個測點。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果制作的礫石成分頻率分布圖顯示,博南侏羅紀礫巖礫石成分呈雙峰式分布,深海硅質(zhì)巖礫石和火山巖礫石所占比例最大,分別為37.7%、34.0%(圖6a),表明物源區(qū)為深海硅質(zhì)巖、火山巖建造發(fā)育區(qū),應(yīng)為年輕的造山帶。在博北地區(qū),阜康天池溝、米泉蘆草溝2個測點的統(tǒng)計結(jié)果表明,礫石成分呈單峰式分布,脈石英礫石所占比例最大,達55%以上(圖6a),顯示物源區(qū)深剝露、沉積物遠距離搬運特征。因此,博北、博南兩地區(qū)侏羅紀沉積物源區(qū)特征不一、搬運過程不同。而且,兩者的源區(qū)巖石組成與博格達山主峰地區(qū)都不同,表明它們不可能來自博格達山。4.2巖石學(xué)特征結(jié)果白堊紀礫巖主要出露于博南和博北西部。沿博格達山周邊地區(qū)完成的3個白堊紀礫巖礫石成分統(tǒng)計結(jié)果(表1)表明,博南、博北的白堊紀礫巖具有相同的礫石成分頻率分布模式。它們均發(fā)育2個高峰,對應(yīng)的礫石成分分別是碎屑巖和火山巖(圖6b)。火山巖礫石磨圓、分選均差,顯示近源沉積特征。而且,它們的巖石學(xué)特征與博格達山地區(qū)出露的石炭紀火山巖一致。以上結(jié)果清楚地表明,侏羅紀礫巖源于深海沉積巖出露區(qū)的剝蝕,與天山地區(qū)巖石組成類似,而白堊紀礫巖則來自火山巖區(qū),與博格達山巖石組成一致。因此,有理由確信這些白堊紀礫巖具有統(tǒng)一的源區(qū)。綜上可見,博南、博北侏羅紀