(一)石炭纪地层区划
新疆北部在中国石炭纪地层分区图上属于准噶尔-兴安地层大区中的准噶尔地层区(金钰玕等,2000),并以额尔齐斯缝合带和中天山-康古尔塔格缝合带为界,自北而南分为阿勒泰、准噶尔和天山3个地层分区。依据次一级构造及沉积特点,准噶尔地层分区分为7个地层小区,天山地层分区分为2个地层小区(图2-2)。
图2-2 新疆北部石炭纪地层区划图
新疆北部石炭系研究历史较长,但不同时期、不同研究单位或作者建立和使用的岩石地层单位名称非常庞杂,存在较多同物异名、同名异物现象。依据国际及中国地层规范,兼顾生产应用的习惯,对石炭系地层名称进行了清理和厘定,建立了新疆北部石炭系划分对比表(表2-1)。
(二)石炭系地层划分与对比
上述地层小区中,以卡拉麦里地层小区研究程度最高,石炭系发育也相对较全。 因此,主要沿用该小区石炭系地层序列及岩石地层单位名称建立了新疆北部石炭系二分地层综合柱状图(图2-3),特征如下:
表2-1 准噶尔盆地及周缘石炭纪地层划分与对比
1. 主要地质界线
(1)石炭系底界
石炭系与下伏老地层主要为不整合接触,在不同地区可与泥盆系、奥陶系乃至更老地层接触。 判定石炭系底界多以牙形刺Siphonodella sulcata的首现为标志,但新疆北部大多缺失早石炭世早期地层。 该化石并不发育,多以菊石、腕足、孢粉等化石依据来判定石炭系与下伏地层的关系。 野外露头区资料较丰富,石炭系底界相对易确定,覆盖区尚没有钻井钻穿石炭系,化石资料极为有限。 另外,下石炭统及其以下地层地震资料反射极差,石炭系底界目前常无法识别。
(2)上、下石炭统界线
上、下石炭统界线以牙形刺Declinognathodus noduliferus的首现为标志,该化石主要出现于天山地层分区碳酸盐岩夹碎屑岩地层中。 上石炭统与下石炭统主要以不整合接触,准噶尔地层分区下石炭统上部多为海相碎屑岩,且顶部被广泛剥蚀,多缺失谢尔普霍夫期地层,与上石炭统底部广泛发育的火山岩之间为不整合关系,覆盖区钻井及地震资料均已证实,在伊犁小区和觉罗塔格小区上、下石炭统以整合接触关系为主。
(3)石炭系顶界
石炭系与上覆地层以不整合接触关系为主,在不同地区分别可与二叠系、三叠系、侏罗系甚至更新地层接触,野外露头及地震资料均可证实,局部地区可出现整合或假整合接触关系。 新疆北部多以晚石炭世最晚期的 Triticites化石带判断上石炭统与上伏地层的界线,该化石在博格达小区苏穆克组和伊犁小区科古琴山组产出。
2. 下石炭统划分对比
新疆北部下石炭统总体发育一套海相、海陆过渡相碎屑岩、火山岩及碳酸盐岩,自下而上大致可以分为3段,时代分别与杜内期早期、杜内期晚期及维宪期至谢尔普霍夫期对应。
图2-3 卡拉麦里地层小区石炭系综合柱状图
下段主要发育一套海相碎屑岩,主要分布在准噶尔地层分区,卡拉麦里山东部发育一套滨海相砂岩、砾岩,含大量腕足类、双壳类、腹足类、孢粉及植物Leipidodendropsis dilo-phodes,Sublepidodendron sp.等,时代属杜内期早期(闫存凤等,1995)。 准噶尔地层分区西北部的黑山头组下部、三塘湖地区的东古鲁巴斯套组下部均含杜内期早期的海相化石。除了以上地区,其他地区基本缺失本期地层(图2-4)。
中段发育一套海相中、酸性火山碎屑岩及火山熔岩、海相碎屑岩,准噶尔地层分区卡拉麦里地层小区的松喀尔苏组下段发育一套安山岩和玄武岩,中间夹一套砾岩,其中产有杜内期管孔石燕Syringothysis cf. altaica等多种腕足类化石,北准噶尔地层小区黑山头组上部和三塘湖小区姜巴斯套组的下部发育正常海相碎屑岩沉积夹较多火山碎屑岩,所产化石均对应杜内期晚期。 天山地层分区广泛发育火山岩序列,觉罗塔格小区小热泉子组为浅海相中、酸性火山岩夹火山碎屑岩及少量灰岩、泥质硅质岩,产珊瑚Dibunophyllum sp., Carci-nophyllum sp. 等,伊犁地层小区大哈拉军山组以安山质喷发岩、凝灰岩为主,灰岩夹层中产腕足Echinoconchus elegans等(蔡土赐等,1999),化石时代为杜内期晚期。
图2-4 新疆北部不同地区地层对比
上段发育一套海相、海陆过渡相碎屑岩及碳酸盐岩,准噶尔地层分区多发育正常碎屑岩沉积,如卡拉麦里小区松喀尔苏组上段。 该组在卡拉麦里山西端和陆东—五彩湾覆盖区相变为细碎屑的纯泥岩或白云质泥岩,称滴水泉组,产早石炭世维宪期早期孢粉化石(王蕙,1989);北准噶尔地层小区那林卡拉组为正常海相碎屑岩,产菊石Goniatites sp., Sudetic-eras nigxiaense, Dombarites sp.等维宪期海相化石;三塘湖小区姜巴斯套组上部产植物化石Sublepidodendron mirabile, Lepidodendropsis sp.;天山地层分区多发育碳酸盐岩,如伊犁小区阿克沙克组和觉罗塔格小区雅满苏组,阿克沙克组产腕足类、珊瑚等,雅满苏组含有菊石、腕足及珊瑚等。
下石炭统地层在覆盖区钻井钻遇较少,主要分布在准噶尔盆地,如陆南1井,钻遇下石炭统白云质泥岩,对应上段滴水泉组;滴西10井钻遇一套酸性流纹岩,同位素测年为早石炭世,对应中段松喀尔苏组。 三塘湖盆地方1井钻遇一套凝灰岩,目前认为属下石炭统,但缺乏充足的古生物及测年证据。 利用钻遇下石炭统钻井标定地震,发现下石炭统的地震反射以杂乱、弯褶地震相为主,明显有别于上石炭统及以上地层地震反射特征,不整合接触关系比较明显(图2-5)。 下石炭统底界地震难以识别,与下伏地层关系不明。
3. 上石炭统划分对比
新疆北部上石炭统总体特征为下部发育一套陆相、海陆过渡相火山岩、碎屑岩及碳酸盐岩,准噶尔分区广泛发育为火山岩序列,如巴塔玛依内山组;天山地层分区以发育碳酸盐岩和碎屑岩为主,如伊什基里克组及白鱼山组;上石炭统上部主要发育正常碎屑岩、碳酸盐岩及凝灰质碎屑岩,如准噶尔地层分区卡拉麦里小区的石钱滩组。 三塘湖小区以发育巨厚火山岩及碎屑岩夹层为特征区别于其他分区。
图2-5 过陆南1井地震剖面
(1)巴塔玛依内山组特征及其对比
巴塔玛依内山组岩性特征总体表现为上、下两套火山岩中间夹一套碎屑岩,具有明显的三段性,以准噶尔盆地陆东-五彩湾及北三台地区最为典型(图2-6),下段以中酸性火山熔岩、凝灰质火山碎屑岩为主,上段以中基性火山熔岩夹凝灰质火山碎屑岩为主,中部碎屑岩段为火山活动间歇期的正常沉积,局部地区夹煤层或煤线,含有丰富的植物和孢粉化石,植物化石为典型安加拉植物群,孢粉以单气囊Noeggerathiopsidozonotriletes高含量为主要特征(欧阳舒等,2003)。
根据准噶尔盆地井震标定,巴塔玛依内山组岩性三分特征在地震剖面具有明显的对应关系,下段在地震剖面上表现以弱振幅断续杂乱反射为主,局部有较强振幅、较连续反射特征出现,其底界面( )反射波与下伏反射呈不整合接触关系;中段沉积岩在地震剖面上表现为较连续、亚平行、中强振幅等反射特征,在凸起翼部可见沉积岩底部反射波向凸起高部位超覆尖灭反射特征(底界反射 );上段在地震剖面上均表现为一组反射能量较强、连续性较好的层状反射特征,底界反射对应 (图2-7)。
北准噶尔小区的吉木乃组和博格达小区柳树沟组与巴塔玛依内山组特征相似,均为火山岩夹厚度不等的正常碎屑岩或煤层(线),产有安加拉植物群的分子。 三塘湖地区露头巴塔玛依内山组亦具有三分特点,三塘湖盆地内钻遇的巴塔玛依内山组尚未钻遇中段碎屑岩夹层,其时代及地震层序划分尚待进一步研究。
天山地层分区及西准噶尔地层小区上石炭统下部岩性特征不同于巴塔玛依内山组,以发育碳酸盐岩夹陆源碎屑岩为主要特征,如伊犁小区的也列莫顿组和觉罗塔格小区白鱼山组及小区西部底坎儿组下段;局部也发育火山岩,如伊犁小区的伊什基里克组和觉罗塔格小区东部底坎儿组下段。 西准噶尔小区哈拉阿拉特组以细粒碎屑岩夹灰岩为主,局部发育火山岩。
图2-6 准噶尔盆地重要探井上石炭统对比图
图2-7 滴水泉凹陷上石炭统巴塔玛依内山组地震反射特征
(2)石钱滩组特征及对比
石钱滩组建立于卡拉麦里小区石钱滩地区,为一套海相地层,自下而上可进一步分为弧形梁碎屑岩段、双井子灰岩段、平梁绿色泥岩段以及孔雀屏杂色凝灰碎屑岩段。 石钱滩组含有丰富的牙形石等海相化石(赵治信等,1986),时代为莫斯科期至卡西莫夫期,牙形石带可下延至晚巴什基尔期。 顶部孔雀屏段缺乏指示性化石,本书暂将其归于格舍尔期。
准噶尔盆地覆盖区大部分地区缺失石钱滩组,多数钻井直接钻遇巴塔玛依内山组,仅在东部大5井钻遇石钱滩组,岩性为一套碎屑岩夹煤线,未发育灰岩。 西北缘车25井钻遇车排子组,上部为沉凝灰岩和凝灰质砂岩(与早期划为佳木禾组下亚组的地层对应);下部以灰黑色泥岩及灰绿色粉砂岩为主,产丰富的海相动物化石,时代为巴什基尔晚期至莫斯科期,可与石钱滩组对比。
三塘湖小区哈尔加乌组和卡拉岗组时代可与石钱滩组对比,哈尔加乌组为一套正常碎屑岩夹火山岩,所产孢粉化石面貌与车排子组一致,为晚石炭世中期,基本可与石钱滩组下部三段对比。 井下钻遇的卡拉岗组为一套巨厚中基性火山熔岩,由于缺乏可靠的古生物及同位素测年证据,时代归属仍存在争议,目前暂划为晚石炭世顶部地层与石钱滩组孔雀屏杂色凝灰碎屑岩段对比。
吐哈盆地北部属准噶尔地层分区博格达地层小区,与石钱滩组对比的地层为祁家沟组及奥尔吐组,祁家沟组为稳定沉积的海相陆源碎屑岩、碳酸盐岩,可三分为下部灰岩段、中部碎屑岩段和上部灰岩段;中段夹少量凝灰岩、灰岩及玄武岩,可与石钱滩组下部三段对比。奥尔吐组为浅海相陆源细碎岩沉积,以灰黑—灰绿色粉砂岩、粉砂质细砂岩为主,夹少量薄层灰岩或透镜体,与孔雀屏杂色凝灰碎屑岩段对比。 吐哈盆地南部属天山地层分区觉罗塔格地层小区,上石炭统上部发育底坎尔组和苏穆克组,底坎尔组具有三段性,下段以灰岩、泥灰岩、生物碎屑灰岩为主,中段由凝灰质砂岩、粉砂岩和泥岩组成韵律性互层,上段为浅灰色碳酸盐岩沉积,基本可与石钱滩组下部三段对应。 苏穆克组以灰绿色、灰黑色凝灰质碎屑岩为主,夹有少量薄层灰岩和泥岩,可与石钱滩组孔雀屏杂色凝灰碎屑岩段对比。
伊犁盆地属天山地层分区伊犁小区,上石炭统上部地层包括东图津河组和科古琴科组。东图津河组为一套海相碳酸盐岩、碎屑岩沉积,上部产 类Fusulina-Fusulinella带,下部为Profusulinella带和Pseudostaffella带,时代指示为卡西莫夫期,与祁家沟组及石钱滩中下部可以对比;科古琴山组以灰色、灰褐、紫褐色砾岩、砂岩等粗碎屑岩为主,夹少量灰岩、凝灰质碎屑岩,暂与石钱滩组孔雀屏杂色凝灰碎屑岩段对比。
新疆北部时代上可与石钱滩组对比的地层还有北准噶尔地层小区恰其海组,为一套海相陆源碎屑岩,以灰绿色粗砂岩、细砂岩、粉砂岩和硅质粉砂岩为主;西准噶尔地层小区阿腊德依克赛组,为一套紫红、紫灰、灰绿色砂岩、页岩及玄武岩、安山岩夹灰岩透镜体;玛依力山地层小区希贝库拉斯组,以凝灰岩为主,夹生物碎屑灰岩。
准噶尔盆地大井地区大5、大9井钻遇了石钱滩组,其地震反射特征表现为大套中强振幅、连续平行反射,与下伏火山岩地震反射特征具有明显区别,顶部沿高部位方向有削蚀反射特征,底界面( )在古构造高部位与下伏地层有削蚀不整合接触关系(图2-8)。
图2-8 大井地区上石炭统石钱滩组地震反射特征