准噶尔盆地南缘中-新生界沉积物重矿物分析与盆山格局演化

本文通过分析准噶尔盆地南缘野外剖面、部分钻井岩心和天山内部野外剖面的碎屑重矿物及其组合特征,探讨了准噶尔盆地中-新生代物源体系和盆山格局的演化。准噶尔盆地南缘至少存在3个物源体系,各物源体系的重矿物组合、含量及其反映的物源属性均存在较大差异;其中,南部天山物源还存在东、西两部的差异。不同重矿物组合出现和不稳定重矿物的增加显示中-新生代存在3个构造活动相对活跃期,即晚侏罗世—早白垩世早期、晚白垩世和晚新生代。早-中侏罗世天山内部发育多个分隔的小型盆地,盆地南部边界至少位于后峡附近,不存在地理分隔明显的天山;晚侏罗世—早白垩世早期是天山隆升、盆山格局发生转变的时期,博格达山逐渐构成盆地南缘的又一重要物源;白垩纪—古近纪盆山格局变化不大,新近纪以来的强烈挤压构造背景使得天山山脉快速隆升,盆山格局发生重大改变。准噶尔盆地南缘中-新生代构造相对活跃期和盆山格局演变与欧亚板块南缘发生的构造事件具有良好的对应关系。     

新疆博格达地区中—新生代碎屑成分特征与盆山分异过程

新疆博格达地区中—新生界碎屑成分自中侏罗世的中晚期开始发生了巨大变化,主要表现在：自中侏罗世晚期开始,沉积重矿物组合及相对含量发生较大变化,不稳定重矿物、较高级别变质岩岩屑明显增多,显示此时发生的物源属性变化及构造活动的存在;自侏罗系西山窑组沉积晚期开始,砂岩碎屑成分中的沉积岩碎屑明显增加,显示盆缘沉积岩物源的隆升和剥蚀作用。结合前人研究成果,笔者认为,博格达地区的盆山分异过程主要对应于中晚侏罗世-早白垩世早期、晚白垩世和新近纪以来,其中中侏罗世的中晚期是博格达地区开始发生盆山分异的初始时期。     

准噶尔盆地南缘侏罗系碎屑成分特征及其对构造属性、盆山格局的指示意义

砂岩碎屑成分分析是进行沉积物源岩石类型、构造属性和盆山演化分析的重要途径。准噶尔盆地南缘侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“弧造山带”和部分“岩浆弧”物源为特征,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩、变质岩和沉积岩,岩石成分、重矿物含量及其组合显示东、西剖面在物源上存在一定差异。天山内部侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“混合造山带”为主,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩和变质岩,但各剖面的岩石成分、重矿物组合特征及相对含量差异较大。综合天山内部与准噶尔盆地南缘野外剖面沉积特征、岩屑成分及钻井岩心分析表明,天山地区早、中侏罗世盆山格局以盆地沉积范围大、天山正地形较小为特征,不存在地理分割明显的天山山脉,侏罗纪盆地南缘至少存在三个物源体系(西准噶尔山、克拉麦里山和(古)天山)；晚侏罗世一早白垩世早期,岩石成分成熟度偏低,砾岩等粗碎屑沉积明显增多,同时不稳定重矿物及其组合稍有增加可能与晚侏罗世天山构造格局分异、构造活动相对活跃有关,天山山脉明显隆升并造就天山南北沉积环境的巨大差异。     

鲁西隆起晚中生代盆地重矿物组合分析及其构造响应

本文以鲁西隆起区盆地及周边盆地砂岩中碎屑重矿物为研究对象,通过重矿物的稳定性分析,以及通过不同源区重矿物组合的差异,探讨了鲁西隆起及周边地区晚中生代以来的物源及构造演化过程。研究结果显示,鲁西盆地中生代早期早中侏罗纪时期主要源区为鲁西隆起,中晚侏罗纪时期主要物源为胶东地区和鲁西隆起,而早白垩世时期主要物源为胶东地区,其次才是鲁西隆起。晚白垩世沂沭断裂带盆地物源主要是鲁西隆起和胶东地区,鲁西隆起贡献量大于胶东地区。重矿物的稳定性也折射出源区构造演化历史。早-中侏罗世至中-晚侏罗世,鲁西盆地重矿物物源由鲁西隆起向胶东地区的显著转变,暗示着苏鲁造山带自三叠纪形成之后,经折返抬升,至晚侏罗世之前已经到达地表。重矿物的含量变化显示,早白垩世中期和晚白垩世中期鲁西盆地内沉积了大量的鲁西变质岩矿物组合,并且不稳定重矿物含量急剧增加,我们推测鲁西在早白垩世晚期、晚白垩世中期存在两次构造抬升。     

库车前陆盆地三叠系-新近系重矿物组合特征与盆山构造演化关系

通过分析库车前陆盆地多口钻井中三叠系-新近系重矿物含量、种类组合以及砂岩碎屑组分特征,建立了由重矿物特征组合与砂岩碎屑组分反映沉积物源与构造演化关系的分析方法,显示出重矿物组合特征对构造运动存在明显的响应关系,反映出库车前陆盆地三叠纪-新近纪存在中-晚三叠世、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世、古近纪和中新世5期明显构造运动。并且通过分析库车前陆盆地古近系库姆格列木群重矿物的颜色、含量以及特征组合与碎屑物的成分认为,库车坳陷北部山前带平面上存在三个主要的物源通道,即吐孜井区北侧、克拉井区北侧和大北井区北侧;西部温宿凸起存在一个物源通道,即却勒井区西侧的温宿凸起斜坡带上。     

库车前陆盆地三叠系—新近系重矿物组合特征与盆山构造演化关系

通过分析库车前陆盆地多口钻井中三叠系—新近系重矿物含量、种类组合以及砂岩碎屑组分特征,建立了由重矿物特征组合与砂岩碎屑组分反映沉积物源与构造演化关系的分析方法,显示出重矿物组合特征对构造运动存在明显的响应关系,反映出库车前陆盆地三叠纪—新近纪存在中—晚三叠世、晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世、古近纪和中新世5期明显构造运动。并且通过分析库车前陆盆地古近系库姆格列木群重矿物的颜色、含量以及特征组合与碎屑物的成分认为,库车坳陷北部山前带平面上存在三个主要的物源通道,即吐孜井区北侧、克拉井区北侧和大北井区北侧;西部温宿凸起存在一个物源通道,即却勒井区西侧的温宿凸起斜坡带上。     

西秦岭造山带徽成盆地早白垩世地层物源综合分析

徽成盆地是西秦岭造山带内一个具有代表性的盆地,保留较完整的地层记录.早白垩世田家坝组、周家湾组和鸡山组为一套砂砾岩沉积组合序列.本文通过对早白垩世砂岩的古水流恢复、砾石成分与含量、重矿物和地球化学分析,对沉积岩物源区特征和原型盆地进行探讨.古水流恢复和砾石成分统计表明,沉积物主要是近源堆积,主要来自于盆地南缘和北部.重矿物研究结果表明,早白垩世砂岩母岩以岩浆岩为主,并有少量变质岩/沉积岩.地球化学分析表明,早白垩世砂岩为成熟度较低的硬砂岩和长石/岩屑砂屑岩.稀土元素标准化配分曲线呈现轻稀土富集、重稀土平坦和弱Eu负异常特征.砂岩物源区组成判别图研究表明,早白垩世砂岩的物源区主要出露长英质火山岩.砂岩源区构造环境判别图解及特征指数分析表明,早白垩世砂岩源区主要形成于大陆岛弧和活动大陆边缘.结合区域资料和前人研究,表明早白垩世徽成地区发育走滑拉分盆地.     

辽西北票(金-羊)盆地中生代砂岩碎屑组分对区域构造演化的响应

根据北票 (金-羊 )盆地中生界砂岩碎屑组分分析,综合区域构造演化背景、盆地沉积充填序列及砾岩特征,对盆地中生代物源及构造演化进行了示踪 :晚三叠世为盆地构造活化的起始阶段,盆地物源应主要来自周缘隆升蚀源区的前中生代碎屑沉积物;早侏罗世辽西地区发生了明显的差异升降,北票 (金-羊 )盆地相对伸展陷落,盆地范围有所扩大;晚侏罗世北西-南东向逆冲推覆作用成为盆地的主要控制因素,北票 (金-羊 )盆地具有明显前陆盆地特征,盆地西缘太古代变质岩系出露剥蚀而成为盆地的主要物源之一;早白垩世辽西地区发生构造反转,北票 (金-羊 )盆地相对萎缩。Dickinson模型并不完全适用于辽西地区。     

准噶尔盆地东南缘侏罗系重矿物演化特征及对博格达山隆升的响应

准噶尔盆地是我国大型含油气盆地之一,其南缘发现了一系列油气田,但博格达山前带油气勘探没有取得大的突破,究其原因可能为博格达山体与周缘凹陷的盆山关系认识不够,以及后期演化对成盆成烃的控制与约束作用认识不够深入。沉积盆地中保存的碎屑物质记录了盆地在沉积过程中周缘造山带岩石圈特征和盆地动力学性质,而沉积重矿物由于其自身的稳定性全程参与在这漫长而复杂的地质过程中,所以碎屑重矿物是源区母岩信息的重要载体。根据重矿物碎屑的磨圆情况、含量变化、组合特征以及不同重矿物指数等矿物岩石学特征,研究侏罗纪时期博格达山隆升过程,为博格达山隆升发生在中侏罗世头屯河时期提供有力的佐证。依据重矿物特征将侏罗纪博格达地区构造演化分为两个阶段:早侏罗世-中侏罗晚期,构造相对稳定阶段;中侏罗晚期-晚侏罗世,构造隆升强烈阶段。并结合前人的构造热年代学、U-Pb年龄,古水流等研究成果,认为在早侏罗世-中侏罗晚期,博格达山地区为汇水沉积区,物源主要来自卡拉美丽山,在中侏罗晚期-晚侏罗世,物源来自于博格达山,认为此时博格达山已经隆升。     

鲁西隆起区晚中生代地层碎屑石榴石分析及物源区构造演化示踪

以鲁西淄博、临朐、平邑、蒙阴盆地为重点研究区,通过盆地中生界砂岩中碎屑石榴石的成分分析,探讨鲁西隆起及周边地区中生代构造演化历史。研究表明,鲁西盆地砂岩中石榴石成分在早中侏罗世和中晚侏罗世期间出现变化,暗示着物源的转变,早中侏罗世时期主要物源是鲁西隆起,中晚侏罗世时期转变为胶东地区和鲁西隆起。侏罗纪时期石榴石的物源转变显示,苏鲁苏鲁造山带可能在中晚侏罗世时期已经抬升至地表。白垩纪鲁西盆地物源主要为胶东地区,鲁西隆起的物源贡献较小,但是青山组中段和王氏组中段物源略有波动。白垩纪鲁西盆地石榴石物源显示,控制鲁西盆地沉积的主要是苏鲁造山带,古地理格架显示东高西低的特征,盆地物源的波动暗示鲁西隆起可能在早白垩世中晚期和晚白垩世中期经历过抬升。     

准噶尔盆地西北腹部燕山期构造活动与沉积响应

燕山运动是侏罗纪/白垩纪之交,区域规模和岩石圈尺度的重大构造运动.与中国东部地区相比,该运动在中国西部盆地的岩浆作用、构造事件动力学机制及其沉积响应等方面还存在诸多争议.利用碎屑锆石年代学和砂岩岩相学分析,对准噶尔盆地腹部石南地区的燕山期构造运动及盆地内的沉积响应进行分析,得到以下认识:（1）准噶尔盆地腹部侏罗纪-白垩纪同沉积期火山活动相关碎屑锆石是燕山期区域性火山活动的重要沉积响应.（2）准噶尔盆地燕山期发生强烈的陆内造山运动,盆地内构造单元发生相应的挤压变形.（3）准噶尔盆地内沉积体系对燕山期构造运动具有良好响应,白垩系底砾岩指示了盆地周缘造山带的快速隆升和盆地边界的萎缩.      

准噶尔盆地南缘中-新生界碎屑锆石的U-Pb 年代学和沉积学记录及其反映的盆山构造演化

针对准噶尔盆地南缘(天山北麓)中生界及新生界4个砂岩样品的碎屑锆石,本文开展了LA-ICP-MS分析,解析了其U-Pb年代学、沉积物源及其构造属性等信息,探索了天山及其邻近盆地的表壳演化过程及动力学机制。研究显示,准噶尔盆地南缘上三叠统-中侏罗统碎屑锆石年龄构成总体宽泛复杂,在490～160 Ma之间出现多个谱峰:除310～260 Ma主峰外,尚有180～160 Ma、240～210 Ma、370～340 Ma、450～390 Ma和490～460 Ma等5个次峰; 上侏罗统-下白垩统碎屑锆石年龄构成相对简单,但仍然保留400～250 Ma较宽范围内的2～3个谱峰:除310～260 Ma主峰外,尚有340～315 Ma等次峰; 上白垩统-古近统,主物源碎屑锆石年龄构成趋向单一,峰值区间集中于310～260 Ma。研究说明天山与准噶尔盆地之间的构造分异活动可以分为4个阶段:中晚三叠世-中侏罗世平稳或渐弱,向准噶尔盆地输运碎屑物的天山水系较宽,可达南天山北缘; 晚侏罗世-早白垩世欧亚板块与拉萨块体碰撞的远程效应对天山古生代构造格局造成了强烈的叠加改造,天山区域整体抬升剥露加剧,并伴随主分水岭相对北移; 晚白垩世-古近纪北天山继续隆升(尽管相对变弱),并直接构成向准噶尔盆地(南缘)输运碎屑物的主水系,新近纪由于欧亚板块与印度板块碰撞引发的天山陆内强烈隆升并未明显改变这一物源输运系统。     

准噶尔盆地南缘侏罗纪沉积相演化与盆地格局

通过对准噶尔盆地南缘侏罗系5条剖面的沉积特征对比,结合钻井资料和地震资料,确定了准噶尔盆地南缘侏罗纪盆地边界、沉积相演化及盆地格局。头屯河剖面和后峡剖面的沉积相对比及古流向测量表明二者在早、中侏罗世形成于同一沉积体系。在早、中侏罗世,沉积相逐渐从以辫状河-三角洲-湖泊相为主过渡到以河流相-湖泊相为主,沉积水体逐渐变浅;其中三工河组沉积时期盆地沉积范围达到最大,西山窑组沼泽相发育,车排子-莫索湾凸起自西山窑组沉积时期开始形成;早、中侏罗世的盆地边界至少位于后峡以南附近,此时不存在地理分割明显的天山山脉。晚侏罗世－早白垩世早期,沉积相从辫状河-滨浅湖相为主迅速演变为以辫状河-冲积扇相为主。在此期间盆地边界明显向北迁移,天山山脉明显隆升并造就天山南北沉积环境的巨大差异,博格达山构成盆地南缘的又一重要物源体系。     

库车坳陷北缘早白垩世源区特征:来自盆地碎屑锆石

通过对下白垩统亚格列木组79颗碎屑锆石的LA—ICP—MS U—Pb微区定年分析,结果表明该时期库车坳陷的物源年龄构成复杂,主要集中在427~389 Ma,379~339 Ma、321~283 Ma,266~239 Ma,162~150 Ma五组及前寒武纪基底年龄。结合对潜在的物源区天山造山带岩石属性、年龄构成调研以及以往盆地碎屑组分、重矿物研究成果,作者认为早白垩世时期库车坳陷北缘物源受南天山皱褶带和伊犁—中天山弧造山带源区共同控制,即南天山、塔里木北缘的南天山花岗岩—碱性岩带,伊犁—中天山(包括中天山南缘断裂的古生代花岗岩—火山岩带)均为潜在的物源。并且,前寒武纪基底年龄的发现反映源区剥露程度较深,天山造山带可能存在元古代—太古代结晶基底,但对此类锆石的成因机理尚需进一步研究。另外,碎屑锆石年龄162~150 Ma暗示了天山地区可能存在晚侏罗世岩浆活动,但有待进一步的证实。     

准南西段侏罗系——白垩系物源特征及沉积背景

准噶尔盆地南缘西段侏罗系—白垩系储层油气勘探潜力巨大,但目前有关其物源条件及沉积背景认识极为有限,严重制约了后续储层的有效预测和勘探。据此,通过对侏罗系—白垩系储层碎屑矿物及砾石成分特征、重矿物类型及组合特征、古水流特征、地层岩性比例特征等进行深入对比分析,并在此基础上结合区域构造演化对各地层沉积物源体系及其演化进行详细探讨。研究结果表明:侏罗系—白垩系储层物源主体受控于北部和南部再循环沉积岩系山体,但仍受北部扎伊尔山和南部中天山结晶变质岩系山体源区的影响,其影响程度自早侏罗世到早白垩世逐渐降低。下组合沉积期南部、北部物源同时存在,且研究区存在混源特征,但不存在统一且稳定的沉积中心。早侏罗世沉积物源背景相对稳定,原始沉积边界距现今最远;自中侏罗世开始受控于车莫古隆起演化影响,北部物源得以加强,同时地层发育不均衡并存在剥蚀现象;自晚侏罗世开始直至早白垩世,周缘沉积岩系山体隆升范围和幅度不断加大,并阻隔结晶变质岩系山体供源路径,沉积边界也随之逐渐萎缩,但这一时期北部物源可为优势物源,且研究区整体处于“填平补齐”状态,即齐古组沉积期可存在沟谷—残丘地貌特征,而下白垩统清水河组沉积前研究区整体呈准平原化状态。     

新疆库车盆地晚三叠世-早侏罗世沉积碎屑矿物成分及其物源区示踪与构造意义

通过同构造沉积物质记录了解物源区剥蚀作用过程进而探索盆山构造相互关系,是大陆构造动力学研究的一个重要方面。砂岩骨架成分分析和重矿物及部分标型矿物分析方法,已被较多地用来探索新疆天山造山带与其南部库车盆地晚中生代以来的相互关系和构造演变过程,但是关于中生代较早时期库车盆地构造属性及北部造山带隆升剥蚀过程的认识仍存在较大分歧。本文运用电子探针微区成分分析方法,对库车盆地北缘中段晚三叠世和早侏罗世砂岩中具代表性的15个砂岩样品中的38颗碎屑长石和26颗碎屑白云母矿物进行了矿物化学成分分析。结果表明,长石主要来自变质岩物源区,25颗碎屑白云母均属多硅白云母,表明其源区岩石曾经历了高压变质作用。这些多硅白云母中Si原子含量显示它们比目前保留在天山造山带高压变质带蓝片岩和榴辉岩中的多硅白云母形成的压力要低,可能反映了源区高压变质岩的正常剥露顺序。这项研究结果表明,至少在晚三叠世-早侏罗世时期,库车盆地北部天山造山带中的高压变质岩已经剥露于地表并遭受剥蚀成为物源供给区。具体是中天山南缘早古生代高压变质带还是晚古生代南天山高压变质带作为重要物源区,尚需进一步的研究工作。     

Topographic evolution of the Tianshan Mountains and their relation to the Junggar and Turpan Basins,Central Asia,from the Permian to the Neogene

The modern Tianshan Mountains and their surrounding basins have mainly been shaped by the far field effects of the Cenozoic India-Asia collision. However, precollision topographic evolution of the Tianshan Mountains and its impacts on the Junggar and Turpan Basins remain unclear due to the scarcity of data. Detrital zircon U-Pb dating of 14 new and 23 published samples from Permian to Neogene strata in the northern Western Tianshan Mountains, northern and southern Bogda Mountains and Central Turpan Basin, are combined with sedimentary characteristics (lithofacies, petrofacies and paleocurrent data) to investigate the temporal and spatial changes in sediment provenances. Based on the age characteristics of the source rocks in the Tianshan Mountains, the detrital zircons are divided into three groups: pre-Carboniferous zircons, mainly from the Central Tianshan Mountains; Carboniferous to Permian zircons, mainly from the North Tianshan and Bogda Mountains; and Mesozoic zircons, mainly from syn-depositional volcanic activity. The topographic evolution of the Tianshan Mountains and their relation to the Junggar and Turpan Basins can be generally divided into six stages. (1) Positive-relief Tianshan and Bogda Mountains and a rifted marine basin formed during the Early Permian to early Middle Permian following late Carboniferous orogenesis, as evidenced by interbedded alluvial fan conglomerates and postcollisional extension-related volcanic rocks along the basin margins, by marine deposits far from the basin margins and by the predominance of Carboniferous to Permian detrital zircons. (2) Fluvial to lacustrine deposits in the modern southern Junggar and Turpan Basins are characterized by abundant pre-Carboniferous zircons and consistently northward-flowing paleocurrents, indicating the submergence of the Bogda Mountains and a contiguous Junggar-Turpan continental depression basin during the late Middle Permian to the Triassic. (3) The Bogda Mountains began to uplift in the Early Jurassic, resulting in opposing paleocurrent directions, a sudden increase in sedimentary lithic detritus and the dominance of Carboniferous to Permian detrital zircons along the southern and northern margins of this range. (4) In contrast to the uplift of the Bogda Mountains, the other parts of the Tianshan Mountains experienced gradual peneplanation from the Early Jurassic to the Middle Jurassic, as confirmed by widespread fluvial to lacustrine deposits, even inside the modern Tianshan Mountains, and by the dominance of pre-Carboniferous detrital zircons. (5) The dominance of Carboniferous to Permian zircons in the southern Junggar Basin suggests the West Tianshan Mountains were uplifted during the Late Jurassic, while the dominance of pre-Carboniferous zircons in the Central Turpan Basin indicates continuous peneplanation in the Eastern Tianshan Mountains. (6) The initial shape of the Tianshan Mountains-Junggar Basin-Turpan Basin system was constructed in the Late Jurassic but was modified in the Cenozoic by the India-Asia collision, resulting in much higher Western Tianshan and Bogda Mountains, low Eastern Tianshan Mountains and well-developed foreland basins. These Cenozoic changes were recorded by the rapid cooling of apatites, the dominance of Carboniferous to Permian zircons in the southern Junggar Basin and northern Turpan Basin, and the dominance of pre-Carboniferous zircons in the Central Turpan Basin.