銀額盆地物源分析

銀額盆地物源分析

沉積物物源分析是盆地分析的重要內(nèi)容，也是再現(xiàn)沉積物盆地發(fā)展和恢復(fù)古代環(huán)境的重要依據(jù)。研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部,前人認(rèn)為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)研究區(qū)為“兩坳一隆”的沉積格局,并存在敦煌-阿拉善-狼山古陸和馬鬃山-拐子湖中間隆起帶2個(gè)物源區(qū)。筆者對(duì)研究區(qū)出露的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層進(jìn)行了大量的剖面實(shí)測(cè)和路線地質(zhì)調(diào)查,采集了大量的薄片、重礦物等樣品,利用重礦物資料、砂巖組分分析、沉積法及古水流測(cè)量來(lái)研究石炭紀(jì)—二疊紀(jì)沉積物的物源,有助于恢復(fù)研究區(qū)石炭紀(jì)小獨(dú)山期—二疊紀(jì)紫松期的古地理面貌。1研究區(qū)地質(zhì)背景銀額盆地及鄰區(qū)為晚古生代與中生代的疊合盆地,晚古生代石炭紀(jì)—二疊紀(jì)為裂谷盆地,可劃分為4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元,即黑鷹山-額濟(jì)納旗坳陷帶、馬鬃山-拐子湖中間隆起帶、柳園-巴丹吉林坳陷帶和巴彥諾日公陸相斷陷帶。研究區(qū)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)為大范圍的淺海陸棚相或碳酸鹽巖臺(tái)地相沉積,并伴有多期次的火山噴發(fā),發(fā)育厚度巨大的火山巖,在相對(duì)穩(wěn)定的階段形成碎屑巖+碳酸鹽巖建造。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)地層記錄了盆地形成、發(fā)展、消亡的完整沉積演化,晚石炭世小獨(dú)山期—早二疊世紫松期為盆地發(fā)育的鼎盛時(shí)期。研究區(qū)地層涉及金塔、額濟(jì)納旗、哲斯等地層小區(qū),不同程度地發(fā)育小獨(dú)山期—紫松期地層,西部地層被命名為干泉組,東部被命名為阿木山組。干泉組主要出露于銀額盆地西部及北山地區(qū)的碧云泉、碎石山西、甜水井北、黑鷹山、哈珠北、六駝山、大狐貍山、小狐貍山、烏登汗南西、珠斯楞南東、野馬井、努爾蓋等地(圖1),厚度522~3678m不等,巖性橫向變化大。以大狐貍山剖面為例,可分為2段:下段為灰色—灰黑色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾硅化灰?guī)r透鏡體(未見(jiàn)底);上段為一套海底噴發(fā)的中酸性火山巖,巖性為灰綠色英安巖、英安質(zhì)凝灰熔巖角礫巖、安山質(zhì)凝灰熔巖。阿木山組主要出露于銀額盆地東部的烏蘭敖包、烏力吉、264界碑、阿倫功、呼倫陶勒蓋、保格切、恩格爾烏蘇北、東德烏蘇、烏蘭沖吉、川吉哈達(dá)等地(圖1),厚度856~3448m不等。以烏力吉剖面為例,可分為3段:下段為淺灰色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖夾灰?guī)r透鏡體,局部夾含礫粗砂巖;中段為灰色—淺灰色中薄層灰?guī)r、含生物灰?guī)r夾藻灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、含礫砂巖和中薄層鈣質(zhì)長(zhǎng)石砂巖;上段為灰綠色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石雜砂巖、巖屑雜砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、褐紅色薄層泥巖等。另外,在川吉哈達(dá)小獨(dú)山期—紫松期地層為一套細(xì)碎屑巖,巖性主要為深灰色、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂巖。2巖石母巖的特征重礦物一般耐磨蝕、穩(wěn)定性強(qiáng),能較多地保留其母巖的特征。碎屑巖中重礦物組合及其相對(duì)含量能有效地指示沉積物源與沉積環(huán)境,是分析沉積物形成的古環(huán)境和沉積物來(lái)源的可靠信息。2.1年代學(xué)帶6個(gè)區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中采集了大量重礦物樣品,分析結(jié)果見(jiàn)表1。鑒定出的主要重礦物有鋯石、金紅石、磷灰石、石榴子石、電氣石、鉻鐵礦、方鉛礦、榍石等,另外還有少量的金屬礦物、蝕變礦物、角閃石、輝石、重晶石等。依據(jù)各剖面主要重礦物的種類及含量,重礦物組合可劃分為3個(gè)帶6個(gè)區(qū)(圖2):(1)北帶西部,以碧云泉、碎石山西、甜水井北剖面為代表,重礦物組合為鋯石+磷灰石+鉻鐵礦,有少量的石榴子石;(2)北帶東部,以大狐貍山和小狐貍山剖面為代表,重礦物組合為鋯石+磷灰石,有少量的石榴子石和電氣石;(3)中帶,以烏登汗剖面為代表,重礦物組合為鋯石+磷灰石+電氣石+金紅石,有少量的石榴子石;(4)南帶西部,以野馬井剖面為代表,重礦物組合為磷灰石+鋯石+電氣石+金紅石,有少量的石榴子石;(5)南帶中部,以努爾蓋和川吉哈達(dá)剖面為代表,重礦物組合為鋯石+石榴子石+金紅石+榍石+電氣石+磷灰石,有少量的鉻鐵礦,與其它分區(qū)相比,有榍石出現(xiàn);(6)南帶東部,以烏蘭敖包、烏力吉、264界碑、阿倫功和恩格爾烏蘇北剖面為代表,重礦物組合為鋯石+石榴子石+電氣石+磷灰石+金紅石,有少量的鉻鐵礦和方鉛礦。2.2充填巖石學(xué)和礦物源不同的碎屑重礦物組合往往是不同母巖類型的反映,各區(qū)重礦物組合及含量存在明顯差異,它們應(yīng)來(lái)自不同物源區(qū)或來(lái)自多個(gè)源區(qū),各剖面物源母巖類型見(jiàn)表2。綜合考慮盆地周緣前石炭系物源區(qū)的地質(zhì)特征,北帶西部碎屑重礦物主要來(lái)源于酸性巖和高級(jí)變質(zhì)巖,沉積物源可能來(lái)自馬鬃山古隆起;北帶東部碎屑重礦物主要來(lái)源于酸性巖、高級(jí)變質(zhì)巖和低級(jí)變質(zhì)巖,沉積物源可能來(lái)自切刀古隆起;中帶碎屑重礦物主要來(lái)源于酸性巖、低級(jí)變質(zhì)巖和基性巖,沉積物源來(lái)自切刀古隆起前石炭系侵入巖;南帶西部碎屑重礦物主要來(lái)源于酸性巖、低級(jí)變質(zhì)巖和基性巖,南帶中部和東部碎屑重礦物主要來(lái)源于酸性巖、低級(jí)變質(zhì)巖、高級(jí)變質(zhì)巖和基性巖,說(shuō)明西部沉積物源主要為敦煌-阿拉善-狼山古陸中酸性巖漿巖、中深變質(zhì)結(jié)晶基底巖系和中晚元古代淺變質(zhì)巖,東部和中部物源不僅來(lái)自敦煌-阿拉善-狼山古陸,還有來(lái)自馬鬃山-拐子湖中間隆起帶切刀古隆起的中酸性巖漿巖、基性侵入巖和低級(jí)變質(zhì)巖。3盆地及源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境碎屑巖中的碎屑組分和結(jié)構(gòu)特征能直接反映物源區(qū)和沉積盆地的構(gòu)造環(huán)境。通過(guò)對(duì)砂巖樣品中石英、長(zhǎng)石、巖屑含量及砂巖的巖石學(xué)特征研究認(rèn)為,巖屑成分可以反映物源區(qū)的母巖類型。3.1砂巖組成特征以實(shí)測(cè)剖面薄片鑒定資料為依據(jù),以砂巖為重點(diǎn),對(duì)巖石學(xué)特征進(jìn)行分析和總結(jié),統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3和圖3。3.2礦物成分及構(gòu)造環(huán)境研究區(qū)南部剖面具有石英含量和礦物成熟度較高的特點(diǎn),以敦煌-阿拉善-狼山古陸為物源;中部剖面礦物成分差異大,石英含量由南向北逐漸降低,反映由南向北敦煌-阿拉善-狼山古陸作為物源的影響逐漸減小,也可能受馬鬃山-拐子湖中間隆起帶和敦煌-阿拉善-狼山古陸2個(gè)物源的共同影響;研究區(qū)北部剖面礦物成熟度極低,主要受馬鬃山-拐子湖中間隆起帶沉積物源的控制;有許多剖面的礦物成分成熟度低,是由于準(zhǔn)同生期火山活動(dòng)提供了大量火山巖巖屑所致。碎屑沉積物中巖屑的總體特征與母巖的性質(zhì)、水體動(dòng)力條件及搬運(yùn)距離有關(guān)。各剖面巖屑成分詳見(jiàn)表3,巖屑成分以火山巖及其火山碎屑巖巖屑為主,有少量的砂巖巖屑、硅質(zhì)巖巖屑、灰?guī)r碎屑、變質(zhì)巖巖屑等,形狀多為次圓狀、次棱角狀和不規(guī)則狀。南部的烏蘭敖包剖面含絹云母石英片巖碎屑、查古爾和尚丹剖面含有絹云母片巖或石英絹云母片巖碎屑,結(jié)合盆地周緣前石炭系物源區(qū)的地質(zhì)特征,反映物源來(lái)自于南部的敦煌-阿拉善-狼山古陸,中部和北部的小狐貍山和阿倫功剖面含有少量千枚巖碎屑,反映物源應(yīng)來(lái)自切刀古隆起,指示了中間隆起帶的存在。4巖石學(xué)和地層圖件的識(shí)別沉積法主要是根據(jù)盆地鉆井、測(cè)井、地震等資料,經(jīng)過(guò)詳細(xì)的地層對(duì)比與劃分,做出某時(shí)期的砂巖和礫巖的百分比等值線圖、地層等厚圖、沉積相展布圖等相關(guān)圖件來(lái)推測(cè)物源區(qū)的相對(duì)位置。其中砂巖百分比等值線圖和礫巖百分比等值線圖最能反映物源的方向,一般來(lái)說(shuō),沿著古水流的方向,砂礫巖含量逐漸減小,泥巖含量增多。4.1小婦人山和盆地內(nèi)礫巖的配比和組成根據(jù)實(shí)測(cè)剖面及1∶20萬(wàn)地質(zhì)報(bào)告資料(1)-(7)(表4),對(duì)研究區(qū)地層中的砂礫巖含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),做出研究區(qū)砂巖和礫巖的百分比等值線圖(圖4),用來(lái)判斷古流向的大致方向。從圖4和表4中可以看出,南部的努爾蓋和北部的小狐貍山剖面,礫巖百分比最高,分別達(dá)到62.7%和52.8%,另外烏蘭敖包礫巖百分比含量也達(dá)到26.4%,向盆地內(nèi)部礫巖百分比逐漸減小。恩格爾烏蘇、保格切、烏蘭沖吉、烏登汗南西、珠斯楞南東、野馬井剖面砂巖百分比含量都超過(guò)80%,向盆地內(nèi)部砂巖百分比逐漸減小,泥巖百分比逐漸增大,川吉哈達(dá)和東德烏蘇泥巖百分比超過(guò)50%。綜合分析認(rèn)為,研究區(qū)存在3個(gè)物源,分別為敦煌-阿拉善-狼山古陸、切刀古隆起和研究區(qū)北部物源(蒙古國(guó)境內(nèi))。4.2盆地內(nèi)部物源物源研究為相帶劃分提供依據(jù),同時(shí)相帶劃分可以反證物源方向。厚層礫巖尤其是厚層復(fù)成分礫巖可以反映盆地邊緣沉積。從野外剖面發(fā)現(xiàn),盆地發(fā)育邊緣相沉積,如在努爾蓋剖面底部發(fā)育2套礫巖沉積,累積礫巖厚度達(dá)296m,礫石為次圓狀,分選差,大小混雜,反映為近源沖積扇沉積,物源來(lái)自于南部物源區(qū)的敦煌-阿拉善-狼山古陸(圖5-a);另外北部的小狐貍山剖面發(fā)育838m厚的礫巖,有可能來(lái)自研究區(qū)北部物源(蒙古國(guó)境內(nèi))(圖5-b)。5當(dāng)前水流測(cè)量5.1地層產(chǎn)狀及古水流方向剖面的第39層為礫巖,礫石成分以石英和酸性火山巖為主,地層產(chǎn)狀為185°∠39°,統(tǒng)計(jì)的礫石產(chǎn)狀見(jiàn)表5,經(jīng)統(tǒng)計(jì)軟件校正作玫瑰花圖(圖6),古水流方向?yàn)橛杀毕蚰?說(shuō)明小狐貍山干泉組的物源來(lái)自于研究區(qū)北部(蒙古國(guó)境內(nèi))。5.2石榴產(chǎn)狀及物源剖面的第35層見(jiàn)有少量的扁平礫石作定向排列,地層產(chǎn)狀為210°∠50°,礫石成分為石英質(zhì)和英安質(zhì),統(tǒng)計(jì)的礫石產(chǎn)狀見(jiàn)表6,經(jīng)統(tǒng)計(jì)軟件校正作玫瑰花圖(圖7),古水流方向?yàn)橛蒒E向SW,說(shuō)明碎石山西干泉組的物源來(lái)自于NE方向,可能和小狐貍山剖面為同一物源,進(jìn)一步證明研究區(qū)北部還存在1個(gè)物源(蒙古國(guó)境內(nèi))。6物源區(qū)和研究區(qū)的劃分綜合分析各方法得出的物源區(qū)(圖8),其中,北帶西部重礦物顯示物源可能來(lái)自馬鬃山古隆起,但碎石山西剖面古水流測(cè)量顯示物源來(lái)自研究區(qū)北部(蒙古國(guó)境內(nèi))。綜合分析認(rèn)為,北帶西部物源可能為馬鬃山古隆起和研究區(qū)北部物源(蒙古國(guó)境內(nèi))的雙重物源;北帶東部重礦物顯示物源可能來(lái)自切刀古隆起,另外北帶東部的小狐貍山剖面薄片鑒定有千枚巖碎屑,也說(shuō)明物源可能來(lái)自切刀古隆起,但是根據(jù)砂巖、礫巖百分比等值線及小狐貍山剖面古水流測(cè)量,認(rèn)為物源來(lái)自研究區(qū)北部(蒙古國(guó)境內(nèi)),北帶東部物源可能為研究區(qū)北部物源(蒙古國(guó)境內(nèi))和切刀古隆起的雙重物源;中帶物源主要來(lái)自馬鬃山-拐子湖中間隆起帶;南帶西部物源主要來(lái)自于敦煌-阿拉善-狼山古陸;南帶中部和東部重礦物分區(qū)、砂巖和礫巖百分比等值線都顯示受敦煌-阿拉善-狼山古陸和切刀古隆起的雙重影響,另外南帶東部的烏蘭敖