克拉瑪依地區野外地質實習基地建設研究

孫新銘,李 莉,于景維,徐媛媛,柳 妮,王 滿,井春麗

（1.克拉瑪依職業技術學院，新疆克拉瑪依 834000；2.中國石油大學(北京)克拉瑪依校區，新疆克拉瑪依 834000）

0 前言

克拉瑪依坐落于新疆準噶爾盆地的西北緣,是國家重要的石油石化基地、新疆重點新型工業化城市、絲綢之路經濟帶上的重要節點城市。石油與天然氣的勘探開發,使克拉瑪依因油而立、因油而興,成為世界上唯一以石油命名的城市。

野外地質實習基地是實踐教學得以實施的根本前提和基礎,在整個地學實踐教學中具有“以彈丸之地造就地學奇兵”的重要地位,是構建地質專業教學體系的關鍵環節。因此,開展野外實習基地的建設研究具有重要意義。

1 野外地質實習基地的選擇

野外實習基地的選擇和定位,取決于實習的目的和要求（宋丙劍,2015）。根據國內外高校野外地質實習基地的建設經驗,并結合學校所在地的實際情況以及地質類專業教學內容和特點,實習基地的選擇應遵循實習區域集中、教學內容齊全和交通便利、經濟實用等原則。由此,我們經過多次的實地調研、比較確定了準噶爾盆地西北緣作為野外地質實習基地。實習基地位于西準噶爾褶皺帶與準噶爾盆地西北緣的交接帶,地跨東經84°00′～86°00′,北緯45°20′～46°20′之間。行政區劃隸屬于新疆塔城地區托里縣、克拉瑪依市管轄。構造上位于哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊與西伯利亞板塊之間(圖1(a)),為晚古生代哈薩克斯坦板塊與準噶爾地塊的碰撞造山帶,屬中亞晚古生代造山帶的一部分（唐功建等，2009；李理等，2015）。實習區受復雜的構造背景、多方向擠壓應力作用、多期構造運動的影響,區內的構造樣式、地表情況都很復雜,斷裂也十分發育（胡楊等，2013）。同時,晚古生代以來西北緣地區強烈的構造運動造就了區內富集的內生礦產、古生代的(蛇綠)混雜帶的就位(圖1b)和準噶爾盆地西北緣的油氣富集（何登發等，2010）。

2 野外地質實習基地的教學資源

圖1 克拉瑪依地區野外地質實習基地區域地質特征Fig.1 Regional geological characteristics of fi eld geological practice base in Karamay

2.1 地層特征

通過大量的野外地質調查,我們確立了沿準噶爾盆地西北緣加伊爾山、哈拉阿拉特山及其盆山結合部的吐孜阿克內溝、黑油山溝、深底溝、大侏羅溝、白楊河及柳樹溝等剖面作為主要實習區,實習剖面位置如圖1(b)所示。這些剖面位置交通便利,從克拉瑪依出發當天均可到達。實習區的晚古生代－中生代地層出露完整，層序穩定，沉積構造特征顯著，沉積環境標志明顯，古生物化石豐富(表1),有利于教師野外實踐教學的開展，而且便于學生觀察。

表1 準噶爾盆地西北緣地層出露及其特征簡表Tab.1 The exposure strata and geological characteristics in the northwestern margin of the Junggar basin

2.2 地質構造特征

實習區發育有扎伊爾山與哈拉阿拉特山海西褶皺山系,褶皺構造在石炭紀地層內較為發育,特別是在下石炭統包古圖組以強烈緊閉的尖棱褶皺為特征,褶皺多為不對稱褶皺,類型有直立水平褶皺、傾豎褶皺、平臥褶皺等(圖2a,b,c),褶皺樞紐走向多以近南北向或北東向為主,兩翼產狀較為陡傾。在上石炭統希貝庫拉斯組、太勒古拉組內以寬緩褶皺為主,多為對稱褶皺,褶皺樞紐走向也多以近南北向或北東向為主,兩翼產狀較為平緩。二疊紀和侏羅紀地層為整體表現為向南東傾斜的單斜構造(圖2d)。

圖2 西準噶爾地區典型地質構造照片Fig.2 Typical geotectonic photos of the Western Junggar region

實習區的斷裂構造發育,主要發育NE向和NW向兩組近垂直的斷裂體系。NE向斷裂構造由北向南依次有哈圖、安齊、達爾布特、一家人、克－烏等斷裂(圖1)。其中,達爾布特斷裂為區內最為重要的控制性區域走滑深大斷裂構造,沿扎伊爾山-哈拉阿拉特山西側出露,斷裂帶內可見明顯的負地形,斷層崖,斷層陡坎,構造破碎帶,發育眾多次生小型斷層(圖2c),斷層面的鏡面、擦痕、階步特征顯著。達爾布特斷裂對區內的沉積作用、火山活動、蛇綠混雜巖就位具有強烈的約束作用,對區內地層及巖體分布有主要的控制作用。沿達爾布特斷裂兩側出露大量晚古生代呈面狀分布花崗巖侵入巖體，斷裂以北有廟爾溝、阿克巴斯陶、哈圖和鐵廠溝等巖體,斷裂以南為夏爾莆、克拉瑪依（加甫薩爾蘇）、紅山等巖體(圖1)。NW向斷裂構造從褶皺山系向盆地自然延伸,這組斷裂構造與NE斷裂構造近垂直,主要有紅山嘴、克拉瑪依、大侏羅溝和黃羊泉等斷裂 (圖1),這組橫向走滑斷層將北東向西北緣逆沖推覆構造帶分割成統一的北西向斷塊（吳孔友等,2014）。

2.3 外動力地質作用

（1）湖泊的地質作用

實習區內的湖泊主要有艾里克湖。據《新疆圖志》記載,艾里克湖至少存在1300年以上,是由白楊河河水形成的克拉瑪依境內唯一的天然淡水湖泊,是白楊河的歸宿地,也是生物多樣性的重要濕地。湖泊的地質作用主要表現為侵蝕、搬運和沉積作用。但因湖水的運動比較弱,所以湖泊的侵蝕、搬運能力都很弱,其地質作用主要表現在沉積作用上。通過考察艾里克湖,我們可以觀察到典型的湖泊沉積類型、沉積過程及其沉積物的特征；從艾里克湖的變遷史,我們能夠了解到當地的氣候變化、克拉瑪依“引額濟克”對當地環境的影響,以及因克拉瑪依油田開發生產用水需求變化對艾里克湖及其周邊環境的影響。

（2）河流的地質作用及地貌景觀

實習區內的河流主要有達爾布特河和白楊河等。達爾布特河從克拉瑪依市北38km處流過,是離克拉瑪依市最近的一條河流,它發源于扎伊爾山東坡的阿金勒山,為季節性河流,河水流至百口泉附近時逐漸滲入地下,形成的百口泉水源地曾是克拉瑪依20世紀60年代主要工業生產和生活的主要水源之一。白楊河屬于內陸河流,發源于塔城地區額敏縣境內烏克拉嘎山東南坡,流域海拔最高為2651m,由西北流向東南,流經哈拉阿拉特山口,最后注入烏爾禾以南的艾里克湖。河流的地質作用有侵蝕、搬運和沉積作用。通過考察白楊河流域,我們可以觀察到白楊河出山口后形成的現積沖積扇特征；河流側向侵蝕、底蝕作用形成的白楊河深切河谷、河流階地地貌；白楊河流入艾里克湖形成湖成三角洲特征。

（3）風的地質作用及地貌景觀

3 實習區的礦產資源

準噶爾盆地西北緣擁有豐富的石油、天然氣、油砂礦、煤層氣、油頁巖、鹽、煤、金絲玉、紫砂礦等自然礦產資源。這些資源或深埋于地下,或出露于地表。在克拉瑪依地區地表最為典型、最具特色是油砂礦、金絲玉和紫砂礦等。這些礦產資源的開發利用使克拉瑪依從傳統的、單一的油氣工業生產向綜合型、服務型、消費型城市轉型發展具有重要的意義。

3.1 西北緣油砂礦

油砂是一種重要的能源礦產，是原油形成后向近地表或淺地表的砂體運移，在砂體中輕組份揮發,重組份殘留下來形成的瀝青等重油資源。準噶爾盆地西北緣地面油砂資源分布廣泛，主要分布在紅山嘴(K1tg)、黑油山(T2k2)、白堿灘(K1tg)、烏爾禾(K1tg、J3q)等地區，儲量非常豐富、含油率高，具有重要的工業開采價值。油砂分布與地層不整合緊密相關，紅山嘴地區、白堿灘地區和烏爾禾地區油砂主要分布在吐谷魯組底部不整合面附近向老山超覆尖滅上，黑油山、克拉瑪依三區的油砂集中分布在克拉瑪依組頂底不整合面附近向老山超覆尖滅位置上。油砂礦的成因：準噶爾盆地西北緣瑪湖生油凹陷下二疊統佳木禾組(P1jm)、風城組(P1f)及中二疊統下烏爾禾組(P2w)烴源巖生成的深層油氣沿燕山運動早、中期的構造運動和燕山-喜馬拉雅運動造成的斷裂和不整合面運移到地表較淺的部位，甚至部分出露于地表。油氣在運移過程中在運移過程中不斷揮發、氧化、降解，并最終稠化形成油砂（臧春艷等，2006；方朝合等，2008）。

3.2 金絲玉

金絲玉專指中國新疆克拉瑪依、雅丹地區及其周邊山巒、田野、沙漠上所開采、挖掘的可供玩賞、雕刻的一種新的玉石（田帥等，2014）。晚石炭世至早二疊世時期，西準噶爾地區火山活動強烈,地殼深處的高溫、高壓下含大量氣體揮發份的巖漿以熱力熔化和機械擠入方式向上部壓力相對較小的薄弱地帶和裂隙流動，侵入地殼，甚至噴溢出地表。巖漿在上升過程中溶解在其中的揮發份逐漸溶出，形成大小不一、形態各異的氣泡隨著巖漿流動。隨著火山活動減弱，溫度下降、壓力減小，巖漿凝聚成堅固的巖石，氣泡則成了帶殼的空洞，巖漿中含有二氧化硅膠體的硅酸熱液浸入其中，充填了巖石的空隙。隨著水分的蒸發，二氧化硅濃縮富集，并與四周巖石中的 Al2O3、Fe2O3、SnO2、Mn、K2O 等發生一定的化學反應，由于溫度下降，二氧化硅在空洞中沉淀結晶，在經過長期的地質變遷、風沙磨礪等自然作用，從而形成了質地堅硬、結構致密的金絲玉。金絲玉的主要礦物成分為石英、黃鐵礦、云母，其色彩豐富、晶瑩剔透、表面光滑圓潤、莫氏硬度達到6.5～7，因而極具觀賞和收藏價值。

3.3 紫砂礦

克拉瑪依紫砂礦于2013年4月在克拉瑪依金龍湖建設工程中發現。礦層產自中上侏羅統的西山窯組(J2x)、齊古組(J3q)，經燕山早、中期強烈的構造運動抬升至地表，在戈壁大漠經歷億萬年地質變遷而成。勘查表明在克拉瑪依的不整合溝、吐孜阿克內溝等地均有大量出露，儲量豐富，僅克拉瑪依區范圍內紫砂原礦的儲量便達30億噸，可持續開采一百至兩百年。紫砂礦的主要礦物成分是石英、高嶺土、水云母和赤鐵礦，富含鐵、鋅、硒等18種對人體有益的微量元素，顏色分為紅泥、綠泥、紫泥、青泥及段泥5種，俗稱“金絲泥”。克拉瑪依紫砂礦性能優良、可塑性好、泥質細膩、色澤艷麗，利用其制作出的紫砂器具光線柔美，成色自然黯淡，具有很好的收藏和實用價值。金絲玉、紫砂礦成為克拉瑪依除了石油之處的又一張新名片，為全市的經濟、科技、社會、旅游等方面注入了新的活力。

4 實習效果與推廣價值

4.1 實習效果

野外地質實習基地建立后，我們帶領克拉瑪依職業技術學院和中國石油大學(北京)克拉瑪依校區2016級學生進行了野外地質實習，取得了預期的效果。主要收獲有以下幾方面∶ 第一，考察內容豐富，學生獲取信息量大。經過兩周的實習，學生們觀察了石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和巖性特征，考察了吐孜阿克內溝石炭系與三疊系之間的地層角度不整合接觸關系；不整合溝侏羅系齊古組(J3q)與西山窯組(J2x)之間的地層角度不整合接觸關系以及該露頭白堊系的吐谷魯群(K1tg)與侏羅系之間的平行不整合接觸關系。考察了吐孜阿克內溝地區的寬緩向斜和背斜構造、達爾布特斷裂構造及斷裂面等地質地貌，豐富了地質專業知識，加深了對三大類巖石和各種地質地貌現象的認識，收到了較好的實習效果。第二，學生野外地質考察技能得到訓練，實踐能力普遍提高。通過野外地質實習，學生觀察、鑒定礦物和巖石，閱讀和分析地質圖，使用地質羅盤儀等技能都得到了很好的訓練，學生們的野外地質考察能力普遍提高。

4.2 推廣價值

野外地質實習基地中6條露頭剖面、36個觀察點的選擇目的明確，有效地控制了實習區內的各種地層界線和地質要素的空間展布，密度合理。實習區的地質研究歷史悠久、研究程度高并取得了豐碩的科研成果，區內地層、地質構造齊全且典型，古生物豐富，具有一定的代表性，區內除了儲量豐富的石油、天然氣、油砂、油頁巖外，還有煤、鉻鐵礦、金礦、鈾礦、斑巖型銅鉬礦等多種礦產資源。因此，本實習基地具有一定的利用和推廣價值。可以預見，隨著克拉瑪依“632”戰略的深入推進，特別是克拉瑪依工程教育基地各院校在地學專業建設和地質類課程的建設過程中，本實習基地將會發揮越來越大的作用。但是，由于前期考察時間緊迫，實習區及其周邊地區的更多地層和微觀構造還有待于進一步的勘察和確定。相信隨著對實習區考察的不斷深入，會有更多更好的實習教學路線、觀察點及典型地質現象的發現，實習基地的實習和推廣價值也將大大提高。

參考文獻