高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示

朱明 施辉 袁波 冯兴强 吴林 唐雪颖 张浩 庞志超

朱明, 施辉, 袁波, 冯兴强, 吴林, 唐雪颖, 张浩, 庞志超. 准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示[J]. 沉积学报, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
引用本文: 朱明, 施辉, 袁波, 冯兴强, 吴林, 唐雪颖, 张浩, 庞志超. 准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示[J]. 沉积学报, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
ZHU Ming, SHI Hui, YUAN Bo, FENG XingQiang, WU Lin, TANG XueYing, ZHANG Hao, PANG ZhiChao. Palaeoenvironment and Provenance of the Sikeshu Sag in the Junggar Basin: Indications from element geochemical records[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
Citation: ZHU Ming, SHI Hui, YUAN Bo, FENG XingQiang, WU Lin, TANG XueYing, ZHANG Hao, PANG ZhiChao. Palaeoenvironment and Provenance of the Sikeshu Sag in the Junggar Basin: Indications from element geochemical records[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024

准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
基金项目: 

国家自然科学基金 41902158

中国地质科学院基本科研业务费项目 DZLXJK202006

详细信息
    作者简介:

    朱明,男,1975年出生,硕士,高级工程师,地球物理勘探方法,E-mail: zhm@petrochina.com.cn

    通讯作者:

    施辉,男,副研究员,油气地质及成藏机理,E-mail: shui@mail.cgs.gov.cn

  • 中图分类号: P512.2

Palaeoenvironment and Provenance of the Sikeshu Sag in the Junggar Basin: Indications from element geochemical records

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 41902158

Research Fund of the Chinese Academy of Geological Sciences DZLXJK202006

  • 摘要: 准噶尔盆地西南缘四棵树凹陷下组合油气勘探程度较低,并在侏罗纪—早白垩世沉积古环境演化的认识上还存在分歧,影响了对层序和沉积演化的理解,制约了勘探进程。利用便携式XRF元素仪大量、快速、无损地测试了北天山山前塞力克提沟和扎伊尔山前吐孜阿克内沟侏罗系—下白垩统野外露头细粒沉积物的元素地球化学数据,结合钻井岩心的重矿物分析,重建了凹陷侏罗纪—早白垩世的古气候、古盐度、古氧化—还原条件和古物源的演化历史。研究结果表明:从J1b至K1q时期,古气候表现为从温湿向干热变化的趋势,早侏罗世温度相对偏高、湿度偏低,中—晚侏罗世温度下降至最低、湿度增至最大,而K1q时期以干热气候为主。沉积水体总体为淡水,盐度受古气候的影响较大,早侏罗世相对偏高,中—晚侏罗世相对最低,K1q时期沉积水体盐度达到弱咸化程度。J1s古水体相对最深、还原性最强,J1b平均古水深相对较浅,处于弱氧化—弱还原状态,中侏罗世至K1q时期平均古水深逐渐减小,从弱还原向氧化环境递变。凹陷在侏罗纪主要受南部北天山物源区的影响,K1q时期北部的扎伊尔山物源区供源作用逐渐变强;J/K之交,北天山物源区母岩混入部分凝灰岩,而扎伊尔山物源区变质岩类型母岩组分升高较明显。
  • 图  1  准噶尔盆地构造分区(a)、四棵树凹陷构造纲要图(b)和侏罗系—新近系岩性及生储盖组合(c)

    Figure  1.  Tectonic division map (a) of the Junggar Basin, tectonic outline map (b) of the Sikeshu Sag and Jurassic⁃Neogene lithology and source⁃reservoir⁃seal systems (c)

    图  2  北天山山前塞力克提沟剖面野外照片

    (a)J1 b灰色底部砾岩及发育楔状交错层理的含砾粗砂岩;(b)J1 s中部细粒沉积,以粉砂质泥页夹灰褐色砂质条带,水平层理;(c)J1 s顶部灰色砂岩体,板状交错层理发育;(d)J2 x底部灰黄色砾岩夹薄煤层;(e)J2 t灰黄色、灰绿色、红色等杂色粉—细砂岩劣质薄煤层互层;(f)K1 q底部红色砂砾岩,砾石呈定向排列

    Figure  2.  Photos of the Sailiketigou outcrop in front of the North Tianshan Mountain

    图  3  塞力克提沟剖面J~K1 q元素地球化学剖面图

    Figure  3.  Element geochemical section of the J⁃K1 q, Sailiketigou outcrop

    图  4  扎伊尔山前吐孜阿克内沟剖面野外照片

    (a)J1 b灰色底部砾岩;(b)J1 b中部河道砂体,从底向上依次发育槽状、板状交错层,平行层理和水平层理;(c)J1 s中部灰黄/绿色粉砂质泥岩,水平层理;(d)J2 x劣质煤层及灰白色细—中砂岩,发育平行层理和小型楔状交错层;(e)J2 t杂色粉—细砂岩;(f)K1 q底部厚层细砂岩中的铁质结核

    Figure  4.  Photos of the Tuziakeneigou outcrop in front of the Zaire Mountain

    图  5  吐孜阿克内沟剖面J~K1 q 元素地球化学剖面图

    Figure  5.  Element geochemical section of J⁃K1 q, Tuziakeneigou outcrop

    图  6  四棵树凹陷Ai⁃2井(a)和Che⁃10井(b)J~K1 q重矿物组合

    Figure  6.  The heavy mineral content charts of the J⁃K1 q samples from wells Ai⁃2 (a) and Che⁃10 (b)

    表  1  塞力克提沟与吐孜阿克内沟剖面J~K1 q沉积古环境元素指标值统计表

    Table  1.   Element indicators for the J~K1 q sedimentary paleoenvironment of the Sailiketigou and Tuziakeneigou sections

    剖面 名称 层位 气候元素指标 盐度元素指标 氧化—还原元素指标 物源指标
    Ca/% K/% Sr/% Fe/Mn V/% Sr/Ba Ca/(Ca+Fe) P/% Zn/% Mn/% Co/% Cl/% Ti/% Zr/%
    塞 力 克 提 沟 K1 q 0.349~29.695 (10.333) 0.602~1.961 (1.492) 0.004~0.093 (0.056) 3.330~254.000 (12.700) 0.002~0.035 (0.009) 0.126~0.564 (0.280) 0.040~0.869 (0.692) 0.019~0.213 (0.084) 0.002~0.008 (0.003) 0.015~0.112 (0.042) 0.072~0.381 (0.162) 0.008~0.481 (0.075) 0.026~0.401 (0.223) 0.099~0.455 (0.218)
    J2 t 0.086~13.521 (0.319) 0.234~1.647 (1.075) 0.003~0.032 (0.013) 4.200~667.113 (327.920) 0.008~0.021 (0.013) 0.030~0.257 (0.190) 0.010~0.769 (0.114) 0.052~0.198 (0.119) 0.002~0.010 (0.006) 0.015~0.509 (0.065) 0.065~0.400 (0.137) 0.006~0.140 (0.032) 0.126~0.641 (0.421) 0.136~0.391 (0.211)
    J2 x 0.140~8.112 (0.932) 0.828~1.979 (1.461) 0.004~0.033 (0.014) 7.380~468.739 (191.761) 0.006~0.026 (0.013) 0.080~0.378 (0.175) 0.023~0.517 (0.087) 0.057~0.220 (0.146) 0.002~0.013 (0.006) 0.017~3.012 (0.231) 0.039~0.439 (0.146) 0.006~0.126 (0.025) 0.208~0.529 (0.387) 0.089~0.462 (0.222)
    J1 s 0.223~7.089 (0.389) 0.663~1.933 (1.538) 0.003~0.069 (0.014) 6.295~515.368 (154.762) 0.008~0.026 (0.018) 0.059~0.778 (0.204) 0.011~0.830 (0.105) 0.072~0.281 (0.202) 0.003~0.012 (0.008) 0.015~1.807 (0.365) 0.062~0.322 (0.163) 0.005~0.214 (0.023) 0.050~0.526 (0.410) 0.084~0.393 (0.201)
    J1 b 0.057~8.049 (0.217) 0.628~2.133 (1.470) 0.006~0.019 (0.012) 24.50~271.630 (161.190) 0.004~0.026 (0.015) 0.074~0.297 (0.151) 0.011~0.523 (0.123) 0.043~0.187 (0.121) 0.002~0.007 (0.005) 0.020~0.941 (0.257) 0.065~0.385 (0.204) 0.004~0.114 (0.019) 0.125~0.420 (0.302) 0.134~0.284 (0.217)
    总体 0.057~29.695 (3.770) 0.234~2.133 (1.465) 0.003~0.093 (0.021) 3.330~667.113 (177.420) 0.002~0.035 (0.014) 0.030~0.564 (0.220) 0.008~0.869 (0.256) 0.019~0.458 (0.134) 0.002~0.013 (0.006) 0.015~3.012 (0.180) 0.039~0.439 (0.156) 0.004~0.481 (0.037) 0.050~0.641 (0.014) 0.005~0.048 (0.018)
    吐 孜 阿 克 内 沟 K1 q 0.113~13.891 (3.170) 0.200~2.389 (1.107) 0.003~0.251 (0.030) 2.848~205.227 (52.336) 0.002~0.026 (0.010) 0.158~6.605 (0.900) 0.038~0.923 (0.394) 0.047~1.005 (0.188) 0.018~0.175 (0.063) 0.015~0.754 (0.186) 0.007~0.034 (0.015) 0.004~0.971 (0.157) 0.033~0.513 (0.255) 0.010~0.129 (0.023)
    J3 q 0.052~7.140 (0.967) 0.077~1.077 (0.589) 0.002~2.128 (0.217) 9.841~293.933 (130.945) 0.005~0.026 (0.010) 0.100~4.667 (0.682) 0.020~0.526 (0.142) 0.068~1.382 (0.417) 0.0254~0.217 (0.077) 0.015~0.655 (0.124) 0.014~0.088 (0.042) 0.020~0.174 (0.077) 0.031~0.530 (0.265) 0.008~0.048 (0.022)
    J2 t 0.110~11.862 (1.644) 0.375~1.552 (0.854) 0.003~0.019 (0.007) 4.832~497.647 (133.363) 0.002~0.016 (0.010) 0.053~0.727 (0.233) 0.029~0.894 (0.214) 0.039~0.162 (0.080) 0.019~0.186 (0.070) 0.013~1.78 (0.263) 0.005~0.058 (0.021) 0.009~0.467 (0.167) 0.064~0.607 (0.292) 0.005~0.056 (0.023)
    J2 x 0.069~16.300 (2.323) 0.180~2.284 (1.043) 0.003~0.037 (0.009) 3.777~335.222 (73.702) 0.003~0.018 (0.009) 0.079~1.333 (0.279) 0.027~0.948 (0.291) 0.041~1.015 (0.144) 0.025~0.118 (0.059) 0.015~0.974 (0.194) 0.004~0.110 (0.025) 0.008~0.731 (0.151) 0.041~0.611 (0.306) 0.005~0.066 (0.021)
    J1 s 0.073~21.988 (2.860) 0.090~1.510 (1.014) 0.003~0.030 (0.012) 5.198~302.214 (70.732) 0.003~0.026 (0.014) 0.066~2.714 (0.527) 0.030~0.881 (0.267) 0.067~0.179 (0.132) 0.019~0.101 (0.600) 0.014~0.847 (0.161) 0.004~0.066 (0.021) 0.007~0.443 (0.127) 0.036~0.554 (0.349) 0.007~0.034 (0.017)
    J1 b 0.027~12.700 (1.429) 0.040~2.698 (0.865) 0.002~0.143 (0.014) 6.936~420.95 (89.406) 0.002~0.019 (0.006) 0.067~3.972 (0.433) 0.012~0.901 (0.250) 0.024~0.927 (0.157) 0.020~0.120 (0.565) 0.019~0.406 (0.097) 0.006~0.061 (0.021) 0.010~0.233 (0.048) 0.037~0.526 (0.231) 0.007~0.069 (0.020)
    总体 0.027~21.988 (2.247) 0.040~2.698 (0.942) 0.002~2.128 (0.026) 2.848~497.647 (84.992) 0.002~0.026 (0.010) 0.053~0.0679 (0.445) 0.008~0.948 (0.275) 0.024~1.382 (0.162) 0.002~0.028 (0.007) 0.013~1.780 (0.174) 0.004~0.110 (0.022) 0.004~0.971 (0.130) 0.031~0.611 (0.288) 0.005~0.129 (0.021)
    下载: 导出CSV

    表  2  四棵树凹陷Ai⁃2井J~K1 q重矿物组合及母岩特征

    Table  2.   The heavy mineral assemblages and source rocks of J⁃K1 q, well Ai⁃2

    层位 主要重矿物(>10%) 次要重矿物(1~10%) 来源
    K1 q 锆石、褐铁矿、钛铁矿、绿帘石 电气石、尖晶石、石榴石 中—基性岩浆岩+变质岩
    J3 q 褐铁矿、锆石、白钛石、钛铁矿 石榴石、电气石、榍石 中—基性岩浆岩
    J2 t 锆石、褐铁矿、白钛石 钛铁矿、石榴石、电气石、榍石 中—基性岩浆岩
    J2 x 尖晶石、锆石、白钛石、钛铁矿 电气石、褐铁矿 中—基性岩浆岩
    J1 s 钛铁矿、白钛石 褐铁矿、尖晶石、电气石、锆石 基—中性岩浆岩
    J1 b 钛铁矿、白钛石、褐铁矿 锆石、电气石 基—中性岩浆岩
    下载: 导出CSV

    表  3  四棵树凹陷Che⁃10井J~K1 q重矿物组合及母岩特征

    Table  3.   The heavy mineral assemblages and source rocks of J⁃K1 q, well Che⁃10

    层位 主要重矿物(>10%) 次要重矿物(1%~10%) 来源
    K1 q 尖晶石、绿帘石、褐铁矿、白钛石 锆石、钛铁矿、石榴石、角闪石 变质岩+中—基性岩浆岩
    J3 q 白钛石、锆石、褐铁矿 钛铁矿、石榴石、磁铁矿 中—基性岩浆岩
    J2 t 锆石、白钛石、钛铁矿 褐铁矿、石榴石、电气石 中—基性岩浆岩
    J1 b 白钛石、钛铁矿、锆石 褐铁矿、尖晶石 基—中性岩浆岩
    下载: 导出CSV
  • [1] 何海清,支东明,雷德文,等. 准噶尔盆地南缘高泉背斜战略突破与下组合勘探领域评价[J]. 中国石油勘探,2019,24(2):137-146.

    He Haiqing, Zhi Dongming, Lei Dewen, et al. Strategic breakthrough in Gaoquan anticline and exploration assessment on lower assemblage in the southern margin of Junggar Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2019, 24(2): 137-146.
    [2] 杨迪生,肖立新,阎桂华,等. 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷构造特征与油气勘探[J]. 新疆石油地质,2019,40(2):138-144.

    Yang Disheng, Xiao Lixin, Yan Guihua, et al. Structural characteristics and petroleum exploration in Sikeshu Sag, southern margin of Junggar Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2019, 40(2): 138-144.
    [3] 杜金虎,支东明,李建忠,等. 准噶尔盆地南缘高探1井重大发现及下组合勘探前景展望[J]. 石油勘探与开发,2019,46(2):205-215.

    Du Jinhu, Zhi Dongming, Li Jianzhong, et al. Major breakthrough of well Gaotan 1 and exploration prospects of lower assemblage in southern margin of Junggar Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2019, 46(2): 205-215.
    [4] 关旭同,吴朝东,吴鉴,等. 准噶尔盆地南缘上侏罗统—下白垩统沉积序列及沉积环境演化[J]. 新疆石油地质,2020,41(1):67-79.

    Guan Xutong, Wu Chaodong, Wu Jian, et al. Sedimentary sequence and depositional environment evolution of Upper Jurassic-Lower Cretaceous strata in the southern margin of Junggar Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2020, 41(1): 67-79.
    [5] 高志勇,周川闽,冯佳睿,等. 中新生代天山隆升及其南北盆地分异与沉积环境演化[J]. 沉积学报,2016,34(3):415-435.

    Gao Zhiyong, Zhou Chuanmin, Feng Jiarui, et al. Relationship between the Tianshan Mountains uplift and depositional environment evolution of the basins in Mesozoic-Cenozoic[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2016, 34(3): 415-435.
    [6] 谭程鹏,于兴河,李胜利,等. 辫状河—曲流河转换模式探讨:以准噶尔盆地南缘头屯河组露头为例[J]. 沉积学报,2014,32(3):450-458.

    Tan Chengpeng, Yu Xinghe, Li Shengli, et al. Discussion on the model of braided river transform to meandering river: As an example of Toutunhe Formation in southern Junggar Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2014, 32(3): 450-458.
    [7] 邓胜徽,卢远征,赵怡,等. 中国侏罗纪古气候分区与演变[J]. 地学前缘,2017,24(1):106-142.

    Deng Shenghui, Lu Yuanzheng, Zhao Yi, et al. The Jurassic palaeoclimate regionalization and evolution of China[J]. Earth Science Frontiers, 2017, 24(1): 106-142.
    [8] 卢远征,邓胜徽. 准噶尔盆地南缘三叠纪—侏罗纪之交的古气候[J]. 古地理学报,2009,11(6):652-660.

    Lu Yuanzheng, Deng Shenghui. Palaeoclimate around the Triassic-Jurassic boundary in southern margin of Junggar Basin[J]. Journal of Palaeogeography, 2009, 11(6): 652-660.
    [9] 王明振,吴朝东,王陆新,等. 准噶尔盆地南缘侏罗系泥岩黏土矿物组合及地球化学特征[J]. 矿物岩石地球化学通报,2014,33(4):421-430.

    Wang Mingzhen, Wu Chaodong, Wang Luxin, et al. Jurassic clay mineral assambleges in mudstones and geochemical characteristics in the southern part of Junggar Basin[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2014, 33(4): 421-430.
    [10] Veizer J, Ala D, Azmy K, et al. 87Sr/86Sr, δ 13C and δ 18O evolution of Phanerozoic seawater[J]. Chemical Geology, 1999, 161(1/2/3): 59-88.
    [11] Fatima S, Khan M S. Petrographic and geochemical characteristics of Mesoproterozoic Kumbalgarh clastic rocks, NW Indian shield: Implications for provenance, tectonic setting, and crustal evolution[J]. International Geology Review, 2012, 54(10): 1113-1144.
    [12] Peinado F M, Ruano S M, Gonzview, 2012, 54(10): 1113-1144. 113-1144. esoproterozoic Kumbalgarh clastic rocks, NW Indian shield: Implications Mineralogy, Pet)[J]. Geoderma, 2010, 159(1/2): 76-82.
    [13] Fisher L, Gazley M F, Baensch A, et al. Resolution of geochemical and lithostratigraphic complexity: A workflow for application of portable X-ray fluorescence to mineral exploration[J]. Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis, 2014, 14(2): 149-159.
    [14] Klise K A, Moriarty D, Yoon H, et al. Automated contact angle estimation for three-dimensional X-ray microtomography data[J]. Advances in Water Resources, 2016, 95: 152-160.
    [15] 李一超,李春山,何国贤. X射线荧光分析在岩屑录井中的应用[J]. 岩石矿物学杂志,2009,28(1):58-68.

    Li Yichao, Li Chunshan, He Guoxian. The application of XRF analysis to logging[J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2009, 28(1): 58-68.
    [16] 郑一丁,雷裕红,张立强,等. 鄂尔多斯盆地东南部张家滩页岩元素地球化学、古沉积环境演化特征及油气地质意义[J]. 天然气地球科学,2015,26(7):1395-1404.

    Zheng Yiding, Lei Yuhong, Zhang Liqiang, et al. Characteristics of element geochemistry and paleo sedimentary environment evolution of Zhangjiatan shale in the southeast of Ordos Basin and its geological significance for oil and gas[J]. Natural Gas Geoscience, 2015, 26(7): 1395-1404.
    [17] Han Y G, Zhao G C. Final amalgamation of the Tianshan and Junggar orogenic collage in the southwestern Central Asian Orogenic Belt: Constraints on the closure of the Paleo-Asian Ocean[J]. Earth-Science Reviews, 2018, 186: 129-152.
    [18] Yin J Y, Chen W, Xiao W J, et al. Tracking the multiple-stage exhumation history and magmatic-hydrothermal events of the West Junggar region, NW China: Evidence from 40Ar/39Ar and (U-Th)/He thermochronology[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2018, 159: 130-141.
    [19] Yu Y L, Wang X, Rao G, et al. Mesozoic reactivated transpressional structures and multi-stage tectonic deformation along the Hong-Che fault zone in the northwestern Junggar Basin, NW China[J]. Tectonophysics, 2016, 679: 156-168.
    [20] Guan S W, Stockmeyer J M, Shaw J H, et al. Structural inversion, imbricate wedging, and out-of-sequence thrusting in the southern Junggar fold-and-thrust belt, northern Tian Shan, China[J]. AAPG Bulletin, 2016, 100(9): 1443-1468.
    [21] Yang W, Jolivet M, Dupont-Nivet G, et al. Source to sink relations between the Tian Shan and Junggar Basin (northwest China) from Late Palaeozoic to Quaternary: Evidence from detrital U-Pb zircon geochronology[J]. Basin Research, 2013, 25(2): 219-240.
    [22] 马晓潇,黎茂稳,庞雄奇,等. 手持式X荧光光谱仪在济阳坳陷古近系陆相页岩岩心分析中的应用[J]. 石油实验地质,2016,38(2):278-286.

    Ma Xiaoxiao, Li Maowen, Pang Xiongqi, et al. Application of hand-held X-ray fluorescence spectrometry in the core analysis of Paleogene lacustrine shales in the Jiyang Depression[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2016, 38(2): 278-286.
    [23] Filella M, Belzile N, Chen Y W. Antimony in the environment: A review focused on natural waters: I. Occurrence[J]. Earth-Science Reviews, 2002, 57(1/2): 125-176.
    [24] Janz H, Vennemann T W. Isotopic composition (O, C, Sr, and Nd) and trace element ratios (Sr/Ca, Mg/Ca) of Miocene marine and brackish ostracods from North Alpine Foreland deposits (Germany and Austria) as indicators for palaeoclimate[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2005, 225(1/2/3/4): 216-247.
    [25] Zerfass H, Lavina E L, Schultz C L, et al. Sequence stratigraphy of continental Triassic strata of Southernmost Brazil: A contribution to Southwestern Gondwana palaeogeography and palaeoclimate[J]. Sedimentary Geology, 2003, 161(1/2): 85-105.
    [26] Sahajpal R, Zimmerman S R H, Datta S, et al. Assessing Li and other leachable geochemical proxies for paleo-salinity in lake sediments from the Mono Basin, CA (USA)[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2011, 75(24): 7855-7863.
    [27] López-Buendı́a A M, Bastida J, Querol X, et al. Geochemical data as indicators of palaeosalinity in coastal organic-rich sediments[J]. Chemical Geology, 1999, 157(3/4): 235-254.
    [28] Chen Z Y, Chen Z L, Zhang W G. Quaternary stratigraphy and trace-element indices of the Yangtze Delta, eastern China, with special reference to marine transgressions[J]. Quaternary Research, 1997, 47(2): 181-191.
    [29] Tribovillard N, Algeo T J, Lyons T, et al. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies: An update[J]. Chemical Geology, 2006, 232(1/2): 12-32.
    [30] Xiong Z F, Li T G, Algeo T, et al. Paleoproductivity and paleoredox conditions during Late Pleistocene accumulation of laminated diatom mats in the tropical West Pacific[J]. Chemical Geology, 2012, 334: 77-91.
    [31] Schenau S J, Reichart G J, De Lange G J. Phosphorus burial as a function of paleoproductivity and redox conditions in Arabian Sea sediments[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2005, 69(4): 919-931.
    [32] Moosavirad S M, Janardhana M R, Sethumadhav M S, et al. Geochemistry of Lower Jurassic shales of the Shemshak Formation, Kerman province, Central Iran: Provenance, source weathering and tectonic setting[J]. Geochemistry, 2011, 71(3): 279-288.
    [33] Garcia D, Fonteilles M, Moutte J. Sedimentary fractionations between Al, Ti, and Zr and the genesis of strongly peraluminous granites[J]. The Journal of Geology, 1994, 102(4): 411-422.
    [34] Yudovich Y E, Ketris M P. Chlorine in coal: A review[J]. International Journal of Coal Geology, 2006, 67(1/2): 127-144.
    [35] Nie J S, Horton B K, Saylor J E, et al. Integrated provenance analysis of a convergent retroarc foreland system: U-Pb ages, heavy minerals, Nd isotopes, and sandstone compositions of the Middle Magdalena Valley Basin, northern Andes, Colombia[J]. Earth-Science Reviews, 2012, 110(1/2/3/4): 111-126.
    [36] 周天琪,吴朝东,袁波,等. 准噶尔盆地南缘侏罗系重矿物特征及其物源指示意义[J]. 石油勘探与开发,2019,46(1):65-78.

    Zhou Tianqi, Wu Chaodong, Yuan Bo, et al. New insights into multiple provenances evolution of the Jurassic from heavy minerals characteristics in southern Junggar Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2019, 46(1): 65-78.
    [37] Sha J G, Olsen P E, Pan Y H, et al. Triassic-Jurassic climate in continental high-latitude Asia was dominated by obliquity-paced variations (Junggar Basin, Ürümqi, China) [J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2015, 112(12): 3624-3629.
    [38] Royer D L. CO2-forced climate thresholds during the Phanerozoic[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2006, 70(23): 5665-5675.
    [39] Korte C, Hesselbo S P. Shallow marine carbon and oxygen isotope and elemental records indicate icehouse-greenhouse cycles during the Early Jurassic[J]. Paleoceanography, 2011, 26(4): PA4219.
    [40] Price G D. Carbon-isotope stratigraphy and temperature change during the Early-Middle Jurassic(Toarcian-Aalenian), Raasay,Scotland,UK[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2010, 285(3/4): 255-263.
    [41] De Grave J, Buslov M M, Van den Haute P. Distant effects of India-Eurasia convergence and Mesozoic intracontinental deformation in Central Asia:Constraints from apatite fission-track thermochronology[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2007, 29(2/3): 188-204.
  • [1] 司学强, 彭博, 郭华军, 陈希光, 李亚哲, 冀冬生, 邹志文, 易俊峰.  湖侵背景下古地貌对优质储层形成和分布的控制作用-以准噶尔盆地四棵树凹陷高泉构造带清水河组为例 . 沉积学报, 2024, (): -. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.042
    [2] 裴子璇, 胡煜昭, 许赛华, 张启梦.  滇黔北坳陷东部五峰组—龙马溪组黑色页岩与干酪根元素地球化学特征及意义 . 沉积学报, 2024, (): -. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.127
    [3] 朱淑玥, 刘磊, 虎建玲, 陈波, 王志伟, 史云鹤, 杜小伟, 王峰, 陈洪德, 张成弓, 付斯一, 张靖芪.  鄂尔多斯盆地西缘晚石炭世羊虎沟组源—汇系统特征及古地理格局 . 沉积学报, 2023, 41(5): 1430-1450. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.134
    [4] 刘翰林, 邹才能, 邱振, 尹帅, 杨智, 吴松涛, 张国生, 陈艳鹏, 马锋, 李士祥, 张岩.  陆相黑色页岩沉积环境及有机质富集机制 . 沉积学报, 2023, 41(6): 1810-1829. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.118
    [5] 韦恒叶, 胡谍, 邱振, 张璇, 刘雯, 孔维亮, Ahmed Mansour.  川北—鄂西上二叠统富有机岩沉积与地球化学特征【碳酸盐岩与富有机岩形成环境专辑】 . 沉积学报, 2023, (): -. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.086
    [6] 金院, 汪勇, 胡洁, 韩瑞超, 项超生.  升金湖沉积物1000年以来的元素地球化学记录及其水文意义 . 沉积学报, 2023, 41(1): 219-232. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.081
    [7] 薛红盼, 曾方明.  青海湖东岸全新世风成沉积地球化学特征及其古气候意义 . 沉积学报, 2021, 39(5): 1198-1207. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.066
    [8] 何庆, 高键, 董田, 何生, 翟刚毅, 邹高峰.  鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩元素地球化学特征及沉积古环境恢复 . 沉积学报, 2021, 39(3): 686-703. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.107
    [9] 秦健铭, 陈积权, 高远, 席党鹏, 王成善.  松辽盆地晚白垩世陆表古温度定量重建 . 沉积学报, 2020, 38(4): 759-770. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.079
    [10] 丁超, 庞燕青, 孟亚玲, 黄钰珑, 李闻东, 张顺存, 郭晖, 李佳思, 张明峰.  准噶尔盆地中拐地区上乌尔禾组富火山碎屑砂砾岩储层的古环境及储层机理研究 . 沉积学报, 2020, 38(4): 851-867. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2020.054
    [11] 张霄宇, 陶春辉, 廖时理, 周建平, 李怀明, 滕国超, 黄大松.  西南印度洋洋中脊表层沉积物地球化学特征及其热液活动指示意义 . 沉积学报, 2020, 38(4): 727-736. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.085
    [12] 梁敏豪, 杨胜利, 成婷, 李帅, 刘楠楠, 陈慧.  青藏高原东部黄土沉积元素地球化学示踪 . 沉积学报, 2018, 36(5): 927-936. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.065
    [13] 雷开宇, 刘池洋, 张龙, 吴柏林, 寸小妮, 孙莉.  鄂尔多斯盆地北部侏罗系泥岩地球化学特征:物源与古沉积环境恢复 . 沉积学报, 2017, 35(3): 621-636. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2017.03.019
    [14] 肖尚斌, 李安春, 蒋富清, 尤征, 陈莉.  近2ka闽浙沿岸泥质沉积物物源分析 . 沉积学报, 2005, 23(2): 268-274.
    [15] 余华, 刘振夏, 熊应乾, 李巍然, 王昆山.  东海DGKS9617岩芯物源研究 . 沉积学报, 2004, 22(4): 651-657.
    [16] 钱一雄, 蔡立国, 李国蓉, 刘光祥, 韩燕英.  碳酸盐岩岩溶作用的元素地球化学表征——以塔河1号的S60井为例 . 沉积学报, 2002, 20(1): 70-74.
    [17] 张虎才, 李吉均, 马玉贞, 曹继秀, 王乃昂.  腾格里沙漠南缘武威黄土沉积元素地球化学特征 . 沉积学报, 1997, 15(4): 152-158.
    [18] 周义平, 任友谅.  滇东黔西晚二叠世煤系中火山灰蚀变粘土岩的元素地球化学特征 . 沉积学报, 1994, 12(2): 123-132.
    [19] 王璞珺, 刘招君, 刘万洙, 杜小弟.  元素地化-数理统计法在松南陆相沉积盆地分析中的应用 . 沉积学报, 1991, 9(3): 31-39.
    [20] 鲍根德.  太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学特征 . 沉积学报, 1990, 8(1): 44-56.
  • 加载中
图(6) / 表 (3)
计量
  • 文章访问数:  110
  • HTML全文浏览量:  37
  • PDF下载量:  84
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-31
  • 修回日期:  2021-01-29
  • 刊出日期:  2022-08-10

目录

    准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
      基金项目:

      国家自然科学基金 41902158

      中国地质科学院基本科研业务费项目 DZLXJK202006

      作者简介:

      朱明,男,1975年出生,硕士,高级工程师,地球物理勘探方法,E-mail: zhm@petrochina.com.cn

      通讯作者: 施辉,男,副研究员,油气地质及成藏机理,E-mail: shui@mail.cgs.gov.cn
    • 中图分类号: P512.2

    摘要: 准噶尔盆地西南缘四棵树凹陷下组合油气勘探程度较低,并在侏罗纪—早白垩世沉积古环境演化的认识上还存在分歧,影响了对层序和沉积演化的理解,制约了勘探进程。利用便携式XRF元素仪大量、快速、无损地测试了北天山山前塞力克提沟和扎伊尔山前吐孜阿克内沟侏罗系—下白垩统野外露头细粒沉积物的元素地球化学数据,结合钻井岩心的重矿物分析,重建了凹陷侏罗纪—早白垩世的古气候、古盐度、古氧化—还原条件和古物源的演化历史。研究结果表明:从J1b至K1q时期,古气候表现为从温湿向干热变化的趋势,早侏罗世温度相对偏高、湿度偏低,中—晚侏罗世温度下降至最低、湿度增至最大,而K1q时期以干热气候为主。沉积水体总体为淡水,盐度受古气候的影响较大,早侏罗世相对偏高,中—晚侏罗世相对最低,K1q时期沉积水体盐度达到弱咸化程度。J1s古水体相对最深、还原性最强,J1b平均古水深相对较浅,处于弱氧化—弱还原状态,中侏罗世至K1q时期平均古水深逐渐减小,从弱还原向氧化环境递变。凹陷在侏罗纪主要受南部北天山物源区的影响,K1q时期北部的扎伊尔山物源区供源作用逐渐变强;J/K之交,北天山物源区母岩混入部分凝灰岩,而扎伊尔山物源区变质岩类型母岩组分升高较明显。

    English Abstract

    朱明, 施辉, 袁波, 冯兴强, 吴林, 唐雪颖, 张浩, 庞志超. 准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示[J]. 沉积学报, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
    引用本文: 朱明, 施辉, 袁波, 冯兴强, 吴林, 唐雪颖, 张浩, 庞志超. 准南四棵树凹陷沉积古环境与物源研究——来自侏罗系—下白垩统元素地球化学的指示[J]. 沉积学报, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
    ZHU Ming, SHI Hui, YUAN Bo, FENG XingQiang, WU Lin, TANG XueYing, ZHANG Hao, PANG ZhiChao. Palaeoenvironment and Provenance of the Sikeshu Sag in the Junggar Basin: Indications from element geochemical records[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
    Citation: ZHU Ming, SHI Hui, YUAN Bo, FENG XingQiang, WU Lin, TANG XueYing, ZHANG Hao, PANG ZhiChao. Palaeoenvironment and Provenance of the Sikeshu Sag in the Junggar Basin: Indications from element geochemical records[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2022, 40(4): 1122-1136. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2021.024
      • 准噶尔盆地西南缘四棵树凹陷高泉背斜高探1井获得油气勘探重大突破,预示该凹陷油气资源量极为可观。该凹陷的油气勘探历程起步于1937年发现的独山子新近系油田,自2000年发现卡因迪克古近系和侏罗系油藏后,油气勘探一直未取得实质性突破,陷入低谷阶段;2008年,勘探部署重点自新生界转向下组合(白垩系区域性盖层以下),相继钻探了西湖1井(2010年)、独山1井(2012年)等重点风险探井,均见到良好油气显示;2019年在高泉构造高点部署的高探1井于白垩系清水河组(K1 q)获日产千吨的高产试油结果,标志油气勘探进入一个全新的阶段[1-3]

        迄今,四棵树凹陷下部油气成藏组合的研究程度还较低,很多基础地质问题亟待解决。侏罗纪—早白垩世沉积古环境演化是当前倍受关注的问题之一,古环境演化的认识程度直接影响了对层序、沉积和储层演化的理解,决定了该地区未来油气勘探方向与滚动部署思路。前人已经从研究区及周边侏罗系—白垩系地层岩性[4-6]、古生物组合[7-8]、元素地球化学[9]等方面开展过气候、氧化—还原条件(Eh)、物源等沉积古环境的恢复工作,但由于测试样品数量有限(连续性较差)、室内测试分析周期长和非定量化判断等原因,还未在沉积古环境特征及演化上形成全面、明确和统一的结论。如早白垩世气候“干冷”[9]和“湿热”[4]的分歧、中侏罗世的“温湿”古气候判断结果[9]与全球侏罗纪海水古温度变化趋势[10]存在差异、侏罗纪短周期气候变化、古气候和古构造对氧化—还原条件的影响程度等,这些问题仍然悬而未决。

        利用沉积岩或沉积物所含元素及同位素迁移、聚集与分布规律来判定和恢复沉积环境是沉积学定量研究的重要手段[11]。近年来,便携式(手持式)X射线荧光光谱仪(XRF)被广泛应用于环境、矿产、油气等地质学研究领域;相对于实验室元素或矿物的测试,该仪器具备快速、无损、高分辨率、经济等优点[12],国内外众多学者凭借便携式XRF仪器快速地获得大量岩石样品的元素地球化学信息,据此分析岩石矿物组成并恢复古沉积环境,取得了良好的实际应用效果[12-16]

        本文针对四棵树凹陷油气勘探所面临的关键基础地质问题,利用便携式XRF仪重点测试了北天山山前塞力克提沟和扎伊尔山山前吐孜阿克内沟(又名图孜阿克内沟或吐孜沟)两条野外剖面侏罗系—下白垩统细粒沉积及细粒夹层的元素丰度,结合关键钻孔岩心的重矿物资料,重建了侏罗纪—早白垩世的沉积古环境,包括古气候、古盐度、古氧化—还原条件(Eh)和古物源演化历史,厘清了四者之间的关系,为该地区相关层段的层序地层及沉积体系划分和储层预测提供了必要的科学依据。

      • 四棵树凹陷位于准噶尔盆地南缘西端,隶属于北天山山前冲断带,是盆地西北缘与南缘构造体系的交会区(图1a)。凹陷整体呈NWW—SEE走向,北部紧邻车排子凸起缓坡区,东部为霍玛吐背斜带,南部与北天山体系依林黑比尔根山相接,勘探面积约为6 300 km2图1b)。

        图  1  准噶尔盆地构造分区(a)、四棵树凹陷构造纲要图(b)和侏罗系—新近系岩性及生储盖组合(c)

        Figure 1.  Tectonic division map (a) of the Junggar Basin, tectonic outline map (b) of the Sikeshu Sag and Jurassic⁃Neogene lithology and source⁃reservoir⁃seal systems (c)

        区域构造背景资料表明[17-21],晚石炭世(约310~300 Ma)古准噶尔地体周缘洋盆完成闭合,碰撞造山活动强烈,发生洋—陆构造格局转换,四棵树凹陷地区位于西准噶尔残留洋壳最南端;自晚石炭世起,四棵树凹陷分别经历了汇聚型陆缘残留海盆地(~C2)、陆内断陷盆地(P~T)、陆内坳陷盆地(J~K)和再生前陆盆地(E~Q)共4个构造演化阶段。陆内断陷阶段,凹陷南部古天山进入后碰撞演化阶段,在伸展环境下形成一系列裂谷盆地,充填火山岩、火山碎屑岩等裂谷型层序;凹陷北部的西准噶尔弧发生一系列火山活动和隆升作用,形成扎伊尔山及其前锋车排子凸起,凹陷的盆山格局基本形成。陆内坳陷阶段是断陷期隆坳格局的继承性发展,古天山夷平作用明显,古天山山前各裂谷盆地被“填平补齐”,至白垩纪整个准噶尔盆地连接为统一湖盆,凹陷沉积中心发生北东向迁移。再生前陆盆地阶段发育新生代逆冲构造,山前带发育叠瓦状断层和褶皱。

        研究区中生界受盆地西北缘右旋压扭体系的影响,主要发育NW—SE走向的艾卡、高泉和南缘3条走滑断裂,形成艾卡和高泉两条雁列式背斜构造带(图1b)。艾卡构造带自西向东依次发育卡西、卡因迪克、卡东、西湖和独山子背斜,而高泉构造带自西向东分别发育高泉北背斜、高泉背斜、高泉东断鼻、乌木克断鼻、托斯台断鼻和地表背斜群[2]

        准南缘油气勘探层系根据白垩系吐谷鲁群泥岩层、古近系安集海河组及塔西河组(膏)泥岩层这两套区域性盖层可划分为上、中、下共三个油气成藏组合(图1c)。本次研究的目的层段为下部成藏组合,包括下侏罗统八道湾组(J1 b)及三工河组(J1 s)、中侏罗统西山窑组(J2 x)及头屯河组(J2 t)、上侏罗统齐古组(J3 q)及喀拉扎组(J3 k)和下白垩统清水河组(K1 q)。

      • 本次研究中沉积古环境分析岩石样品来自于凹陷最南端及北天山山前的塞力克提沟(起点为84.469 560° E,44.129 836° N;终点为84.449 115° E,44.163 612° N)和凹陷北端西部隆起带扎伊尔山前的吐孜阿克内沟(84.776 173° E,45.651 728° N;终点为84.837 627° E,45.532 327° N)这两条出露中生界较为完整的野外剖面(位置见图1b),共计样品405块。采样时所有样品均取自新鲜露头的细粒沉积(包括泥岩、页岩、粉—细砂质泥页岩或泥质粉—细砂岩)或砂岩及砾岩层内细粒沉积夹层,尽可能避免风化作用及粗粒物质过多的影响。挑选的岩石样品首先经过24 h的干燥处理后,研磨成200目粒级并称重50 g粉末放入XRF样品杯(型号Premier SC-4331,内径26 mm),采用岛津公司生产的迈拉膜(型号202-86501-56,直径70 mm)封口样品杯。

        X射线荧光光谱仪利用X射线硅漂移SDD检测器探测试样中被测元素所发出各种能量的特征X射线,根据检测器输出信号的能量大小和强度定性和定量分析被测样品的元素[22]。本次研究采用了Thermo Scientific公司研发的手持X射线矿石元素分析仪,型号为Niton Xl3t-950;该仪器采用Ag靶材,最大激发电压为50 kV,最大功率2 W,探测范围25 mm2,可测试Mg至U等在内的40余种主微量元素。其中,土壤模式主要测试丰度小于1%的元素,显示单位为μg/g,测试时间约为70~90 s,而矿石模式则主要测试丰度大于1%的元素,显示单位为%,测试时间一般大于120 s。

        重矿物分离及鉴定的25块岩石样品来源于钻井Ai-2井和Che-10井的岩心(位置见图1c)。该批样品首先进行粒度筛析,分离出0.063~0.05 mm的混合粒级,经洗油、酸泡、冲洗、烘样等处理程序后分离出重矿物,利用偏光显微镜(型号为蔡司Axio Scope A1)鉴定岩石重矿物类型及含量,鉴定方法参照国内石油天然气行业标准《SY/T 6336—1997沉积岩重矿物分离与鉴定方法》。

      • 塞力克提沟位于托斯台断鼻构造带西南部(图1b)。下侏罗统八道湾组(J1 b)总厚度约为46 m,底部为一套灰黄—灰白色砂砾岩(图2a),发育大型楔状或板状交错层,层理面含植物碎片,岩性向上递变为含砾粗砂岩、中—细砂岩和泥质粉砂岩,组成一个较为完整的河道“二元结构”。岩性整体上表现为向上变细的“正旋回”,由多期河道叠置而成(图3)。

        图  2  北天山山前塞力克提沟剖面野外照片

        Figure 2.  Photos of the Sailiketigou outcrop in front of the North Tianshan Mountain

        图  3  塞力克提沟剖面J~K1 q元素地球化学剖面图

        Figure 3.  Element geochemical section of the J⁃K1 q, Sailiketigou outcrop

        三工河组(J1 s)与J1 b呈整合接触,总厚度约为71 m,整体表现为一套向上变细复变粗的岩性序列(图3)。底部发育分选和磨圆均较差、杂基含量较高的灰绿色中—细砾岩,具块状层理、递变层理,可见砂球构造,植物碎屑相对不发育;砂砾岩层之上是灰白—深灰色中—细砂岩层,见中—小型楔状交错层理和波状层理,含铁质条带及结核。中部是深灰色—灰色中—厚层状粉砂质泥岩、页岩夹薄层状粉—细砂岩,水平层理发育(图2b);顶部沉积物粒度逐渐变粗,岩性为薄—中层状细—中砂岩,见波状层理和斜层理,分选、磨圆均较好,杂基含量低(图2c)。

        中侏罗统西山窑组(J2 x)厚约79 m,主要发育一套中—厚层状灰黄色—灰色细砾岩、含砾中—粗砂岩夹灰黑色泥岩及煤层的岩性组合(图2d)。头屯河组(J2 t)厚达84 m,岩性分为上、下两段,下段为灰黄色和灰褐色砂岩的间互层,夹灰黑色泥岩或劣质薄煤层,上岩性段颜色整体偏灰褐色(图2e),粒度变粗。

        下白垩统清水河组(K1 q)厚约50 m(未见顶),与下伏J2 t地层呈角度不整合接触,底部发育一套肉红色底砾岩(图2f),向上递变为肉红色中—细砂岩和红色泥页夹层,见平行层理和小型楔状交错层理,呈现较为明显的正旋回序列(图3)。

      • 吐孜阿克内沟位于盆地西北缘克拉玛依市西北方向约8 km处(图1b)。该露头J1 b总厚度约为47 m,整体表现出“正旋回”演化岩性组合序列。底部的灰白—灰黄色底砾岩夹含砾粗砂岩,见大型槽状交错层理和植物根茎化石(图4a)。中部发育多套河道沉积,单期河道底部滞留沉积以细砾岩和含砾粗砂岩为主,削蚀面较明显,向上递变为含槽状交错、楔状/板状交错层理的中—粗砂岩,河道顶部为灰色—深灰色细—粉砂岩夹薄煤层(图4b、图5)。

        图  4  扎伊尔山前吐孜阿克内沟剖面野外照片

        Figure 4.  Photos of the Tuziakeneigou outcrop in front of the Zaire Mountain

        图  5  吐孜阿克内沟剖面J~K1 q 元素地球化学剖面图

        Figure 5.  Element geochemical section of J⁃K1 q, Tuziakeneigou outcrop

        该露头J1 s厚约为39 m,主体虽然为一套灰绿、灰黄色泥质粉—细砂岩和深灰色泥岩的岩性(图4c),但整体表现为向上变细复变粗的岩性变化序列(图5)。J2 x厚度约36 m,底部为一套灰绿—灰白色砂砾岩,向上递变至灰色砂岩和灰黄色细—粉砂岩,平行层理发育;中部为灰—黄色砾岩、砂岩夹粉砂质泥岩组合,也呈现典型“二元结构”的特征;顶部发育灰白—灰黄色中—粗砂岩与劣质薄煤层,楔状交错层和平行层理发育(图4d、图5)。

        J2 t总厚度约20 m,底部发育一套褐色砾岩与J2 x相区别,主体为褐色、灰绿色、灰黄色、紫色等杂色砂岩和泥岩互层(图4e、图5)。上侏罗统齐古组(J3 q)厚约19 m,表现为灰色砾岩冲刷下伏J2 t,向上递变至大型槽状交错层理的粗砂岩、板状交错层理的中砂岩、平行层理的中—细砂岩和水平层理的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩(图5)。

        K1 q厚约31 m(未见顶),与下伏J3 q呈角度不整合接触,除底部发育灰黄色砾岩层外,主体为厚层状灰绿色中—细砂岩夹灰红色粉砂质泥岩的岩性组合,发育板/楔状交错层理和平行层理,砂岩内可见丰富的铁质结核(图4f、图5)。

      • 本文研究所涉及的古环境信息主要包括古气候、古盐度、古水体氧化还原状态和古物源等。根据前人在沉积古环境元素地球化学的研究认识[23],一些元素含量或元素含量比值的变化能够灵敏地反映沉积物的原生古环境变化。

        古气候方面,P、K、Fe、Zn、Ti、Al、Sr、Nb、Ta、Th等元素含量以及Sr/Cu、Sr/Ba、Sr/Ca、Fe/Mn等元素含量比值均是反映气候效应的典型指标[24-25]。炎热和干燥气候的蒸发作用强烈,水体盐度急剧增高,水介质碱性增强;一方面,高盐度引起大量低等生物的死亡,而P元素又是生命物质的重要组成元素,因此沉积物中P元素相对富集;另一方面,碱性增强导致Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn等元素大量析出沉积在水底。潮湿气候条件下,沉积物中Fe、Al、V、Ni、Ba、Zn、Co等元素含量相对增大。Sr/Cu、Sr/Ca、Sr/Ba等元素含量比值越高,Al/Mg、Fe/Mn等元素含量比值越低,指示古气候偏干热,反之则指示温湿气候[24-25]

        据研究[26-28],沉积物中B、Sr、Ba、Ga、V等元素的丰度与古盐度有关。一般而言,淡水环境下B元素质量分数多小于60 μg/g、V元素丰度为110~113 μg/g,海相环境下B质量分数分布于80~125 μg/g之间,V元素丰度小于86 μg/g。由于BaSO4在水中的溶解度相对小于SrSO4的溶解度,Sr元素的迁移能力大于Ba元素,Sr/Ba比值可以间接地恢复沉积水体古盐度;淡水沉积物中Sr/Ba值小于1,海相沉积物中Sr/Ba值大于1,0.6~1之间的Sr/Ba值通常指示半咸水环境。

        直接或间接反映沉积物氧化还原条件的元素较多[29-31]。Cr、U、V等高价态离子在缺氧脱硝酸环境下被还原并富集,而Ni、Cu、Co、Zn、Cd和Mo则主要富集于硫酸盐还原的环境。P元素的沉淀与古生产力和缺氧环境有关,Mn元素在黏土和碳酸盐矿物中较富集,指示亚氧化还境的存在。亚氧化、缺氧(还原)条件下,V/Cr、Ni/Co、U/Th、V/(V+Ni)元素比值分别大于4.25、7.0、1.25和0.84,而小于2.5、3.5.0.75和0.84反映氧化环境。

        陆源碎屑母岩中一些化学元素在风化、剥蚀、搬运等外生过程中并不会发生分馏或者只发生微小的分馏,可以作为沉积源岩的判定参数,这些元素中最重要的是稀有、高场强和过渡金属元素等[32]。另外,Cl、Ti、Zr等元素也能反映沉积物母源的部分性质[33]。高Cl元素含量一般指示火山岩物质来源或蒸发环境,玻璃质火山灰(如凝灰岩)是富Cl沉积物的重要母岩之一[34];Ti元素在沉积物中的丰度与细粒沉积和黏土矿物有关,广泛存在于金红石、钛铁矿等重矿物中;Zr元素与沉积物中锆石丰度有关,而锆石一般较常见于酸性岩浆岩之中。

      • (1) 塞力克提沟剖面

        北天山山前塞力克提沟J1 b~K1 q岩石样品Ca、Sr元素含量和Fe/Mn比值变化曲线大致可划分成3段:下侏罗统、中侏罗统和下白垩统K1 q段(图3)。Ca、Sr元素含量的变化基本保持一致,下侏罗统Ca、Sr元素含量在中—低值范围内变化,中侏罗统整体为低值(J2 x底局部样品处于中值范围),下白垩统K1 q岩石样品在较高值内变化。Fe/Mn比值的变化趋势大致与Ca、Sr元素含量变化趋势相反(表1)。

        表 1  塞力克提沟与吐孜阿克内沟剖面J~K1 q沉积古环境元素指标值统计表

        Table 1.  Element indicators for the J~K1 q sedimentary paleoenvironment of the Sailiketigou and Tuziakeneigou sections

        剖面 名称 层位 气候元素指标 盐度元素指标 氧化—还原元素指标 物源指标
        Ca/% K/% Sr/% Fe/Mn V/% Sr/Ba Ca/(Ca+Fe) P/% Zn/% Mn/% Co/% Cl/% Ti/% Zr/%
        塞 力 克 提 沟 K1 q 0.349~29.695 (10.333) 0.602~1.961 (1.492) 0.004~0.093 (0.056) 3.330~254.000 (12.700) 0.002~0.035 (0.009) 0.126~0.564 (0.280) 0.040~0.869 (0.692) 0.019~0.213 (0.084) 0.002~0.008 (0.003) 0.015~0.112 (0.042) 0.072~0.381 (0.162) 0.008~0.481 (0.075) 0.026~0.401 (0.223) 0.099~0.455 (0.218)
        J2 t 0.086~13.521 (0.319) 0.234~1.647 (1.075) 0.003~0.032 (0.013) 4.200~667.113 (327.920) 0.008~0.021 (0.013) 0.030~0.257 (0.190) 0.010~0.769 (0.114) 0.052~0.198 (0.119) 0.002~0.010 (0.006) 0.015~0.509 (0.065) 0.065~0.400 (0.137) 0.006~0.140 (0.032) 0.126~0.641 (0.421) 0.136~0.391 (0.211)
        J2 x 0.140~8.112 (0.932) 0.828~1.979 (1.461) 0.004~0.033 (0.014) 7.380~468.739 (191.761) 0.006~0.026 (0.013) 0.080~0.378 (0.175) 0.023~0.517 (0.087) 0.057~0.220 (0.146) 0.002~0.013 (0.006) 0.017~3.012 (0.231) 0.039~0.439 (0.146) 0.006~0.126 (0.025) 0.208~0.529 (0.387) 0.089~0.462 (0.222)
        J1 s 0.223~7.089 (0.389) 0.663~1.933 (1.538) 0.003~0.069 (0.014) 6.295~515.368 (154.762) 0.008~0.026 (0.018) 0.059~0.778 (0.204) 0.011~0.830 (0.105) 0.072~0.281 (0.202) 0.003~0.012 (0.008) 0.015~1.807 (0.365) 0.062~0.322 (0.163) 0.005~0.214 (0.023) 0.050~0.526 (0.410) 0.084~0.393 (0.201)
        J1 b 0.057~8.049 (0.217) 0.628~2.133 (1.470) 0.006~0.019 (0.012) 24.50~271.630 (161.190) 0.004~0.026 (0.015) 0.074~0.297 (0.151) 0.011~0.523 (0.123) 0.043~0.187 (0.121) 0.002~0.007 (0.005) 0.020~0.941 (0.257) 0.065~0.385 (0.204) 0.004~0.114 (0.019) 0.125~0.420 (0.302) 0.134~0.284 (0.217)
        总体 0.057~29.695 (3.770) 0.234~2.133 (1.465) 0.003~0.093 (0.021) 3.330~667.113 (177.420) 0.002~0.035 (0.014) 0.030~0.564 (0.220) 0.008~0.869 (0.256) 0.019~0.458 (0.134) 0.002~0.013 (0.006) 0.015~3.012 (0.180) 0.039~0.439 (0.156) 0.004~0.481 (0.037) 0.050~0.641 (0.014) 0.005~0.048 (0.018)
        吐 孜 阿 克 内 沟 K1 q 0.113~13.891 (3.170) 0.200~2.389 (1.107) 0.003~0.251 (0.030) 2.848~205.227 (52.336) 0.002~0.026 (0.010) 0.158~6.605 (0.900) 0.038~0.923 (0.394) 0.047~1.005 (0.188) 0.018~0.175 (0.063) 0.015~0.754 (0.186) 0.007~0.034 (0.015) 0.004~0.971 (0.157) 0.033~0.513 (0.255) 0.010~0.129 (0.023)
        J3 q 0.052~7.140 (0.967) 0.077~1.077 (0.589) 0.002~2.128 (0.217) 9.841~293.933 (130.945) 0.005~0.026 (0.010) 0.100~4.667 (0.682) 0.020~0.526 (0.142) 0.068~1.382 (0.417) 0.0254~0.217 (0.077) 0.015~0.655 (0.124) 0.014~0.088 (0.042) 0.020~0.174 (0.077) 0.031~0.530 (0.265) 0.008~0.048 (0.022)
        J2 t 0.110~11.862 (1.644) 0.375~1.552 (0.854) 0.003~0.019 (0.007) 4.832~497.647 (133.363) 0.002~0.016 (0.010) 0.053~0.727 (0.233) 0.029~0.894 (0.214) 0.039~0.162 (0.080) 0.019~0.186 (0.070) 0.013~1.78 (0.263) 0.005~0.058 (0.021) 0.009~0.467 (0.167) 0.064~0.607 (0.292) 0.005~0.056 (0.023)
        J2 x 0.069~16.300 (2.323) 0.180~2.284 (1.043) 0.003~0.037 (0.009) 3.777~335.222 (73.702) 0.003~0.018 (0.009) 0.079~1.333 (0.279) 0.027~0.948 (0.291) 0.041~1.015 (0.144) 0.025~0.118 (0.059) 0.015~0.974 (0.194) 0.004~0.110 (0.025) 0.008~0.731 (0.151) 0.041~0.611 (0.306) 0.005~0.066 (0.021)
        J1 s 0.073~21.988 (2.860) 0.090~1.510 (1.014) 0.003~0.030 (0.012) 5.198~302.214 (70.732) 0.003~0.026 (0.014) 0.066~2.714 (0.527) 0.030~0.881 (0.267) 0.067~0.179 (0.132) 0.019~0.101 (0.600) 0.014~0.847 (0.161) 0.004~0.066 (0.021) 0.007~0.443 (0.127) 0.036~0.554 (0.349) 0.007~0.034 (0.017)
        J1 b 0.027~12.700 (1.429) 0.040~2.698 (0.865) 0.002~0.143 (0.014) 6.936~420.95 (89.406) 0.002~0.019 (0.006) 0.067~3.972 (0.433) 0.012~0.901 (0.250) 0.024~0.927 (0.157) 0.020~0.120 (0.565) 0.019~0.406 (0.097) 0.006~0.061 (0.021) 0.010~0.233 (0.048) 0.037~0.526 (0.231) 0.007~0.069 (0.020)
        总体 0.027~21.988 (2.247) 0.040~2.698 (0.942) 0.002~2.128 (0.026) 2.848~497.647 (84.992) 0.002~0.026 (0.010) 0.053~0.0679 (0.445) 0.008~0.948 (0.275) 0.024~1.382 (0.162) 0.002~0.028 (0.007) 0.013~1.780 (0.174) 0.004~0.110 (0.022) 0.004~0.971 (0.130) 0.031~0.611 (0.288) 0.005~0.129 (0.021)

        Sr/Ba、Ca/(Ca+Fe)比值变化趋势相一致,与V元素含量变化趋势相反,同样反映出3段式变化:下侏罗统、中侏罗统和下白垩统K1 q段(图3)。下侏罗统Sr/Ba和Ca/(Ca+Fe)比值在低—中值段内变化,中侏罗统主要为低值(J2 x底局部样品处于中值范围),而K1 q段整体为高值范围(表1)。

        P、Zn和Mn元素含量的变化趋势与以上元素存在较大差异,J1 b至J1 s中部元素含量逐渐增大,而J1 s中部至K1 q元素含量逐渐减小,呈“两段式”变化(图3)。Cl、Zr元素均反映出区别于P、Zn和Mn元素相区别的“两段式”变化(图3),即K1 q岩石样品Cl和Zr元素含量明显高于侏罗系,Ti元素含量变化趋势与Cl、Zr元素变化恰好相反(表1)。

        (2) 吐孜阿克内沟剖面

        扎伊尔山前吐孜阿克内沟J~K1 q岩石样品Sr、K元素含量和Fe/Mn比值变化曲线也可划分为3段:下侏罗统、中侏罗统和下白垩统K1 q段(图5)。下侏罗统Sr、K元素含量在中值范围内变化,中侏罗统整体为低值(J2 x底局部样品处于中值范围),下白垩统K1 q段表现出高值特征(表1图5)。Fe/Mn比值变化趋势与之正好相反(图5)。

        Sr/Ba、Ca/(Ca+Fe)比值变化趋势相一致,下白垩统K1 q段的比值明显高于侏罗系,而中侏罗统的数值相对略低于下侏罗统。V元素含量曲线的变化趋势与之相反(图5)。

        P、Mn和Co元素含量曲线显示:J1 b至J1 s中部元素含量逐渐增大,而J1 s中部至K1 q元素含量逐渐减小。Cl、Ti、Zr元素含量的变化并未表现出塞力克提沟下白垩统K1 q段明显区别于侏罗系的显著特征(图5)。

      • 根据凹陷内Ai-2井的22块重矿物测试结果(表2图6a),下侏罗统重矿物组分主要为钛铁矿和白钛石,其次为褐铁矿、锆石、电气石、尖晶石等,中—上侏罗统重矿物中锆石所占比重显著增加,K1 q的重矿物中除较为常见的钛铁矿外,锆石和绿帘石的含量相对高于侏罗系。一般而言,白钛石、钛铁矿等较常出现在铁镁质岩浆岩和片麻岩、云母片岩、角闪岩等一些变质岩中,绿帘石和尖晶石在变质岩中分布很广,锆石在中—酸性岩浆岩中较富集[35];结合前人对北天山和扎伊尔山物源体系的研究成果[36],Ai-2井下侏罗统、中—上侏罗统和下白垩统K1 q重矿物组合分别反映出基—中性岩浆岩、中—基性岩浆岩和中—基性岩浆岩混合少量变质岩的陆源碎屑源区母岩类型。

        表 2  四棵树凹陷Ai⁃2井J~K1 q重矿物组合及母岩特征

        Table 2.  The heavy mineral assemblages and source rocks of J⁃K1 q, well Ai⁃2

        层位 主要重矿物(>10%) 次要重矿物(1~10%) 来源
        K1 q 锆石、褐铁矿、钛铁矿、绿帘石 电气石、尖晶石、石榴石 中—基性岩浆岩+变质岩
        J3 q 褐铁矿、锆石、白钛石、钛铁矿 石榴石、电气石、榍石 中—基性岩浆岩
        J2 t 锆石、褐铁矿、白钛石 钛铁矿、石榴石、电气石、榍石 中—基性岩浆岩
        J2 x 尖晶石、锆石、白钛石、钛铁矿 电气石、褐铁矿 中—基性岩浆岩
        J1 s 钛铁矿、白钛石 褐铁矿、尖晶石、电气石、锆石 基—中性岩浆岩
        J1 b 钛铁矿、白钛石、褐铁矿 锆石、电气石 基—中性岩浆岩

        图  6  四棵树凹陷Ai⁃2井(a)和Che⁃10井(b)J~K1 q重矿物组合

        Figure 6.  The heavy mineral content charts of the J⁃K1 q samples from wells Ai⁃2 (a) and Che⁃10 (b)

        凹陷北部Che-10井28块岩石样品重矿物数据显示(表3图6b):下侏罗统重矿物组合以白钛石、钛铁矿和锆石为主,褐铁矿和尖晶石为辅,符合基—中性岩浆岩类型的母岩来源。中—上侏罗统重矿物中锆石的含量相对升高,锆石、白钛石、钛铁矿、褐铁矿重矿物组分居多,石榴石、电气石、磁铁矿居次,属于中—基性岩浆岩母岩类型。下白垩统K1 q的重矿物中白钛石含量减小,尖晶石、绿帘石的含量相对增大,反映变质岩混合中—基性岩浆岩的母岩特征。

        表 3  四棵树凹陷Che⁃10井J~K1 q重矿物组合及母岩特征

        Table 3.  The heavy mineral assemblages and source rocks of J⁃K1 q, well Che⁃10

        层位 主要重矿物(>10%) 次要重矿物(1%~10%) 来源
        K1 q 尖晶石、绿帘石、褐铁矿、白钛石 锆石、钛铁矿、石榴石、角闪石 变质岩+中—基性岩浆岩
        J3 q 白钛石、锆石、褐铁矿 钛铁矿、石榴石、磁铁矿 中—基性岩浆岩
        J2 t 锆石、白钛石、钛铁矿 褐铁矿、石榴石、电气石 中—基性岩浆岩
        J1 b 白钛石、钛铁矿、锆石 褐铁矿、尖晶石 基—中性岩浆岩

        Che-10井目的层段岩心重矿物数据显示其与Ai-2井相应层段重矿物组成结构存在较大差异,Che-10井侏罗系—下白垩统K1 q的含钛矿物以白钛石为主,与Ai-2井岩心样品含钛重矿物为钛铁矿的特征相区别。

      • 根据塞力克提沟(图3)和吐孜阿克内沟(图5)两条J~K1 q剖面的XFR测试结果,凹陷及周边在早侏罗世为相对温暖—潮湿的古气候,中—晚侏罗世平均温度相对下降但湿度小幅升高,早白垩世古气候偏干旱,温度显著上升,表现出“三段式”变化趋势。侏罗纪气候整体偏潮湿,但存在季节性潮湿—干旱的短暂气候变换,如J1 b晚期、J1 s中期和J2 x早期均出现过短周期的温度上升和湿度下降。

        本文对四棵树凹陷J~K1 q古气候演化的认识与全球侏罗纪氧(δ 18O)同位素对比反映气候变化的结果基本相一致。据前人研究结果[37],准噶尔盆地自二叠纪至侏罗纪位于地球北纬约60°的相对高纬度位置,富煤层和阔叶植物群落说明该段时间总体为温暖且潮湿的古气候。全球侏罗系海洋沉积物同位素(δ 18O)[10]和大气CO2浓度纪录[38]均表明侏罗纪是地质历史上典型的“温室”时期之一,缺乏大规模冰川痕迹,平均温度比现今高5 ℃~10 ℃,海水温度高于现今约8 ℃;侏罗纪时期气候也发生过强烈的起伏波动,如中侏罗世平均气温相对于早侏罗世气温有所下降,晚侏罗世的平均气温随CO2浓度的增大而上升,以及季节性气候转换、短暂的海水温度上升及区域性小冰室期等现象[39-40]。通过元素地球化学恢复的四棵树凹陷J~K1 q古气候演化特征与全球古温度模型具有高度的重合性,说明凹陷目的层段沉积物元素能够相对精确地反映古气候的变化。

      • 塞力克提沟(图3)和吐孜阿克内沟(图5)J~K1 q剖面反映古盐度的Sr/Ba比值均小于1,绝大部分数值小于0.6,说明四棵树凹陷在J~K1 q沉积时古水体一直为淡水环境;配合V元素和Ca/(Ca+Fe)比值综合判断四棵树凹陷沉积古水体的盐度在J1 b早期、J1 s中期和J2 x早期出现了短暂、小幅的升高,在早白垩世达到最大化,总体呈现出“侏罗纪淡水环境、早白垩世轻微咸化”的“两段式”变化趋势特征。

        与古气候变化的对比发现:研究区J~K1 q沉积古水体盐度与古气候基本保持同步变化,说明古气候对水体古盐度的影响作用较为显著。K1 q的古气候偏干热,温度相对高于侏罗纪,其沉积古水体的盐度在蒸发量上升和降雨量下降的双重作用影响下而增大;另外,中—晚侏罗世的古气候相对潮湿,沉积古水体的盐度相对较低。

      • 两个剖面反映古Eh的元素指标数据显示(图3,5),研究区J1 s沉积古水体还原性总体强于其他时期,J3 q的沉积水体氧化条件相对最强,其他层段氧化—还原条件处于两者之间。这说明J1 s时期四棵树凹陷沉积水体相对较深,该组富有机质泥页岩段(处于J1 s中部)应该对应了侏罗系层序地层的最大湖泛面。

      • 四棵树凹陷在侏罗纪时期一直存在南部北天山和北部扎伊尔山两个主要潜在碎屑物质供给区[36]。据研究[5,41],中—新生代期间天山造山带的隆升具有“多期次、南早北晚、西早东晚”的特征,与研究区毗邻的北天山西段主要受晚印支运动的影响,隆升于220~180 Ma(T3~J1)。西准噶尔扎伊尔山体系在侏罗纪的隆升活动相对较平静,早白垩世(145~120 Ma)时期受到羌塘—拉萨板块碰撞的影响而发生快速隆升活动与夷平作用[18]

      • 北天山山前塞力克提沟剖面Cl与Zr元素自下侏罗统至下白垩统K1q具有逐渐增大的变化趋势,K1 q的Cl与Zr元素含量显著高于侏罗系(表1图3)。Ti元素含量与Cl与Zr元素的变化趋势相反,K1 q的Ti元素丰度整体低于侏罗系。

        碎屑岩沉积物Cl元素的富集通常与蒸发环境(蒸发岩)或火山岩(如凝灰岩)母岩有关[34],虽然研究区在K1 q沉积期间温度有所上升,但吐孜阿克内沟剖面K1 q沉积物中Cl元素含量并未出现明显增大的现象(图5),说明塞力克提沟剖面K1 q的Cl含量升高与蒸发环境无关,而是凝灰岩母岩组分的增加所致。塞力克提沟剖面Zr元素含量的变化与锆石组分具有一定联系。凹陷内Ai-2井下侏罗统重矿物组分中锆石含量相对较低,自中侏罗统开始锆石组分逐渐增大,平均值在下白垩统K1 q达到最高值(表1图6a),该变化趋势与塞力克提沟剖面Zr元素变化特征基本一致,说明Zr元素的富集与锆石组分密切相关。与此同时也说明北天山山前塞力克提沟与Ai-2井附近区域在J~K1 q期间主要受北天山物源区的影响。

        塞力克提沟剖面J1 b~K1 q沉积物中Ti元素含量变化与钛铁矿、白钛石等含钛重矿物组分相关。侏罗系的Ti元素明显比下白垩统K1 q更富集,同时,下侏罗统沉积物中Ti元素含量略高于中—上侏罗统(图3),这与Ai-2井岩心样品重矿物测试数据所反映的含钛矿物丰度变化高度吻合(图6a),说明北天山物源区自早侏罗世以后向凹陷供给陆源碎屑物质的母岩中基性岩浆岩的组分逐渐减少。

      • 扎伊尔山山前吐孜阿克内沟J1 b~K1 q指示古物源的元素指标(Cl、Ti和Zr)并无明显变化(图5),但相对毗邻扎伊尔山的Che-10井岩心样品中含钛重矿物类型(白钛石为主)与北天山主供源体系(Ai-2井,钛铁矿为主)相差较大;此外,Che-10井自J1 b至K1 q钛铁矿及锆石含量逐渐减小,说明北天山物源区对Che-10井附近区域的影响减弱,扎伊尔山物源区的影响则变强,这与扎伊尔山的隆升时序相匹配。

        K1 q沉积时期,凹陷内Ai-2井(表2)和凹陷边缘北部Che-10井(表3)沉积物中均汇入绿帘石、尖晶石等反映变质岩类型母岩来源的重矿物,但Che-10井的变质岩母岩汇入程度更高,反映研究区在J/K之交发生的大规模物源转换极有可能来自于扎伊尔山的快速隆起和夷平作用,为凹陷提供了相当数量的变质岩碎屑组分,并影响了凹陷内较为广泛的地区。

      • 四棵树凹陷在J1 b沉积期主体为温暖—潮湿的古气候,晚期短暂出现过温度上升、湿度下降的季节性气候变化。以淡水为主的古水体,水深相对较浅,晚期水体逐渐加深,从弱氧化转变成弱还原条件。南部的北天山物源区主要出露基—中性岩浆的母岩(重矿物中钛铁矿的含量高),风化剥蚀的产物直接供给了凹陷大部分地区的陆源碎屑物质来源,而北部扎伊尔山物源区主要供给白钛石含量较高的基—中性岩浆岩母岩,影响范围有限。

        J1 s时期,研究区古水深达到最大,对应了侏罗系—下白垩统K1 q的最大湖泛期,还原条件最强,水体的盐度较J1 b时期略有下降,处于烃源岩层发育的鼎盛期。该时期古气候仍维持温暖—潮湿的整体格局,相对湖平面最大化时期(对应J1 s中部)气候出现过短暂的温度上升、湿度下降的季节性变化,晚期温度回降、湿度回升,水体向弱还原条件过渡。凹陷内大部分区域沉积的碎屑物质主要来源于北天山物源区的基—中性岩浆岩母岩,扎伊尔山物源区的影响范围依然有限。

        四棵树凹陷在中侏罗世(J2 x和J2 t)依然是温暖—潮湿的古气候环境,但温度相对早侏罗世有所下降,湿度略有上升。古水体平均深度为侏罗纪最低,整体处于弱还原—弱氧化环境,水体逐渐变浅,氧化性变强。北天山物源区经过早侏罗世的快速隆升及夷平作用[5],母岩类型从基—中性岩浆岩过渡至中—基性岩浆岩(可能汇入花岗岩侵入体),风化剥蚀后的陆源碎屑物质重矿物组分中锆石含量相对增大,钛铁矿组分占比下降;扎伊尔山物源区的影响仍控制在凹陷的局部范围。中侏罗统沉积物中煤层较发育(图2d,e、图4d),推测该时期构造背景相对稳定,古水深变化差距较小,泛平原化或沼泽化作用较突出,大量植物在弱还原—弱氧化条件古水体中保存而发生煤炭化。

        晚侏罗世(主要为J3 q)时期,研究区的温度持续下降,古水体持续变浅,盐度相对微弱减小,氧化性持续增强,沉积物氧化色较明显(图35)。北天山物源区仍然供给中—基性岩浆岩母岩,但开始混入少量凝灰岩,陆源碎屑物质重矿物中钛铁矿含量进一步减小,锆石组分比例逐渐上升;扎伊尔山物源区的隆升活动开始活跃[18],其能影响的范围逐渐向南扩展。

        早白垩世K1 q期是研究区古环境和物源供给的重要转折时期。相对于侏罗纪,K1 q的古气候相对干热,沉积水体平均古水深达到J1 b~K1 q时期最浅水平后逐渐开始缓慢上升,水体经微弱咸化后古盐度缓慢降低,氧化性较强。北天山物源区供给的母岩类型仍以中—酸性岩浆岩为主,但凝灰岩混入程度提高,所影响的范围逐渐向南收缩;扎伊尔山物源区由于快速的隆升活动,混入大量变质岩类型的母岩,所供陆源碎屑物质影响的范围也进一步向南扩展。

      • (1) 准噶尔盆地四棵树凹陷在J1 b~K1 q时期古气候表现为从温湿向干热变化的趋势:虽然J1 b晚期、J1 s中期和J2 x早期均出现过短周期的温度上升和湿度下降的现象,侏罗纪主体仍处于温湿气候;早侏罗世温度相对偏高、湿度偏低,中—晚侏罗世温度下降至最低、湿度增至最大,而K1 q时期以干热气候为主。

        (2) 凹陷的J~K1 q沉积古水体总体为淡水环境,盐度变化主要受古气候的影响,早侏罗世相对偏高,中—晚侏罗世相对最低,早白垩世K1 q时期沉积水体盐度达到轻微咸化程度。

        (3) 研究区的J1 s沉积古水体相对最深、还原性最强,J1 b平均古水深相对较浅,处于弱氧化—弱还原状态,中侏罗世至早白垩世K1 q时期平均古水深逐渐变小,从弱还原性向强氧化性递变。

        (4) 凹陷在侏罗纪主要受南部北天山物源区的影响,早白垩世K1 q时期北部的扎伊尔山物源区供源作用逐渐变强;北天山物源区在早侏罗世向凹陷供给以钛铁矿重矿物组分为主的基—中性岩浆岩类型母岩,中—晚侏罗世陆源碎屑物质母岩变成中—基性岩浆岩,重矿物中锆石组分逐渐上升,早白垩世K1 q时期在中—基性岩浆岩母岩基础上混入凝灰岩;扎伊尔山物源区在早侏罗世供给以白钛石重矿物组分为主的基—中性岩浆岩类型母岩,中—晚侏罗世陆源碎屑物质母岩变成中—基性岩浆岩,早白垩世K1 q时期转换成变质岩混合中—基性岩浆岩的母岩组合。

    参考文献 (41)

    目录

      /

      返回文章
      返回