塔里木地區柯坪縣丘里塔格群白云巖成因分析

馬金寶

(中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830002)

1 地質背景

研究區區域構造位置屬塔里木—華北板塊塔里木微板塊柯坪前陸盆地的中段南側?？缕呵瓣懪璧貫樗锬净咨系墓派缟w層出露區，分布在本單元的東端，出露有中下元古界的阿克蘇群，屬洋殼沉積組合，變質為綠片巖相、含藍片巖。其原巖為基性熔巖、火山碎屑巖、含鐵石英巖和硅質巖組成的火山復理石建造。熊紀斌等[1]獲有全巖Pb-Pb等時線年齡為1 663±16Ma和藍片巖全巖Rb—Sr等時線年齡1 720～1 907Ma，隨后一些學者進行了許多同位素地質工作；高振家等[2]獲藍片巖年齡為771.7～ 961.77Ma；肖序常[3]獲＞ 800Ma年齡；胡靄琴等[4]獲綠片巖全巖Sb-Sr等時線636±22Ma年齡值。據李華芹等[5]分析上述三組年齡值即1 600～1 900Ma、940～960Ma、640～720Ma，反映該區可能發生了多次變形變質事件。在阿克蘇群陸殼基底之上，不整合出現有震旦系至泥盆系連續的蓋層沉積。震旦系為冰磧巖夾玄武巖、寒武系含磷建造和含膏碎屑巖及碳酸鹽巖、奧陶系為碳酸鹽建造、志留系為細碎屑巖、泥盆系為紅色碎屑巖沉積層。它們均為穩定型沉積、厚度不大、未變質，上石炭統不整合或平行不整合其上，為淺海相碳酸鹽巖沉積，下二疊統為海陸交互相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，上部出現玄武巖與橄欖玄武巖夾層，上二疊統為陸相砂礫巖沉積。由于早二疊世初，南天山與塔里木接合部發生上疊類裂谷事件，除堿性玄武巖噴發外，還存在有非造山類型的堿性輝長巖—正長巖小侵入體侵位，晚二疊世隆起為陸。該區構造以薄皮構造為特征，疊瓦式的構造推覆體廣為發育，形成單面地壘山地貌類型。

2 地質特征

研究區出露的地層主要為寒武系含磷建造和含膏碎屑巖及碳酸鹽巖、奧陶系為碳酸鹽建造、志留系為細碎屑巖、泥盆系為紅色碎屑巖沉積層(圖1)。區內巖漿巖不發育，構造主要為斷裂構造，構造線方向為北東向。依據沉積環境、巖石組合等特征將上寒武—下奧陶統丘里塔格群分為下巖性段和上巖性段。下巖性段(∈3-O1ql1)為一套白云巖建造沉積巖，厚200～680m，總體走向40°，產狀290～325°∠30～40°，主要巖性為簿層狀中晶白云巖夾硅質白云巖及燧石條帶；上巖性段(∈3-O1ql2)為一套灰巖建造，厚130～470m?？傮w走向220°，產狀300～320°∠34～43°，主要巖性為中厚層狀泥晶灰巖夾燧石條帶。

(1)丘里塔格群下巖性段(∈3-O1ql1)巖石特征。

白云巖：呈灰、灰白、灰黑色，中、細晶結構。塊狀構造，加稀酸不起泡，加茜素紅不染色。巖石成分單一，由98%的白云石組成，呈半自形晶，粒徑多在0.4～0.1mm之間，為中、細晶，粗晶少，晶體混濁，彼此鑲嵌密集分布；晶間分布2%的硅質，成分為玉髓、石英等，粒徑＜0.1mm。偶見星點狀黃鐵礦，粒徑＜0.15mm。

硅質白云巖：主要由90%的白云質及10%的硅質組成，白云石呈自形中晶狀，粒徑＜0.5～0.25mm，可見機械雙晶，雙晶紋平行菱形解理的短對角線，晶面不干凈，硅質為隱晶—微粒狀石英，粒徑＜0.2mm，多呈團狀集合狀不均勻分布。

圖1 柯坪縣蘇巴士一帶地質草圖

泥晶灰巖：主要有泥晶方解石組成，粒徑＜0.004mm，密集分布，局部形成紋層構造，之間含微量粉砂，棱角狀，粒徑＜0.06mm，成分為石英屑。

燧石條帶：由硅質內碎屑、基質組成，晚期碳酸鹽化。內碎屑占20%，橢圓狀，粒徑5.6～0.8mm，以礫屑為主，內部隱晶硅質組成，碳酸鹽化輕度，長軸定向分布，生物屑5%，大小0.4～3mm，為硅藻、海綿骨針等，由硅質組成，圓形、骨針狀。基質75%，由隱晶硅質組成，基底型分布。晚期碳酸鹽化，白云石20%，成脈狀條帶狀交代巖石。

(2)丘里塔格群上巖性段(∈3-O1ql2)巖石特征。

生物碎屑砂屑灰巖：主要由內碎屑、生物碎屑和膠結物組成。內碎屑占75%，呈次棱角狀，粒徑＜0.3mm的砂屑，成分有泥晶灰巖、微晶灰巖；生物碎屑占5%，呈碎片狀，粒徑0.1～1.5mm，種屬為藻類等生物碎屑，殼體成分為方解石；陸源碎屑少量，呈次棱角—次圓狀，粒徑0.1～0.3mm，成分為長石；膠結物占20%，主要為微晶方解石，粒徑＜0.033mm，少量＜0.06mm的粉晶分布于碎屑之間。巖石中有少量不規則狀微裂隙，內充填碳酸鹽，寬約0.05～0.2mm。

泥晶灰巖：呈灰色，泥晶結構，塊狀構造，加稀鹽酸起泡劇烈。巖石成分單一，由100%的方解石組成，普遍呈泥晶，粒徑＜0.004mm，密集分布，局部形成紋層構造，之間含微量粉砂，棱角狀，粒徑＜0.06mm，成分為石英屑。微量黃鐵礦呈星點狀分布，粒徑＜0.03mm。

泥晶灰巖夾燧石條帶(硅質巖)：灰巖頂板與黑色碳質頁巖接觸面，發育一層厚5～10m的泥晶灰巖夾燧石條帶，燧石呈條帶狀，厚5～20cm，大致呈 3∶ 1。

3 化學成分特征

為了搞清楚白云巖的成因，本次工作中采取了8件樣品進行了化驗(表1)[9]。

根據化驗結果選擇了碳酸鹽成分分類圖解進行了投圖(圖2)，8件樣品中6件樣品落入在泥質白云質灰巖中，2件落入在非碳酸鹽區。泥質白云質灰巖一般為咸水—半咸水沉積環境，為高鹽度水體鈣鎂離子過飽和直接沉淀形成的原生白云巖。

Veizer[6]認為，正常海水環境中形成的白云巖 Na2O 需在 0.03% ～ 0.043% 之間，區內丘里塔格群白云巖Na2O為0.005%～0.35%，平均值0.068%，見圖3(統計248件樣品，其中61件樣品Na2O＜0.043%)。比形成于正常海水中白云巖的Na2O含量略高，說明區內絕大多數形成于蒸發臺地，部分形成于正常海水環境。

白云巖中 Mn3O4含量 92×10-6～ 293×10-6、Fe2O3含量931×10-6～2 868×10-6，這與寒武紀—奧陶紀塔里木盆地巴楚—柯坪等地區構造運動活躍，同沉積斷層發育，使大量元素隨上涌熱水和噴氣沿斷裂從地殼內帶出，并進入了沉積層有密切關系，巖礦鑒定中也顯示見星點狀黃鐵顆粒。

表1 白云巖礦體化學多元素含量一覽 (單位：%)

圖2 白云巖成分圖解

圖3 研究區白云巖Na2O、K2O、Mn3O4、Fe2O3變化曲線

4 白云巖成因分析

胡明毅等[7]提出柯坪地區白云巖具有多種成因，藻屑白云巖和泥晶白云巖為潮坪—瀉湖相。為準同生期產物，顆粒白云巖為淺灘相，為混合白云石化的產物，結晶白云巖為潮坪相，屬埋藏白云石化的產物。葉德勝等[8]提出柯坪至沙雅一帶為臺地相(部分潮坪)白云巖為主，藻紋層白云巖、微晶白云巖及顆粒白云巖為地表準同生白云巖化的產物，結晶白云巖為深埋成巖環境的產物。

結合前人取得的成果，根據區內巖石特征和化學組分變化規律，筆者認為柯坪縣蘇巴什一帶上寒武—下奧陶統丘里塔格群下段(∈3-O1ql1)屬碳酸鹽臺地相之顆粒灘和開闊潮坪微相兩種沉積環境下形成，白云巖屬典型準同生白云巖，屬能量較高環境中的臺地淺灘沉積，并提出白云巖成因模式(圖4)。

圖4 上寒武—上奧陶統丘里塔格群白云巖成巖示意圖

顆粒灘：水動力條件較強下，藻體被打碎，在藻礁丘的后方形成藻屑灘，藻凝塊石、藻碎屑以及亮晶膠結物反映沉積體時水體交開闊，能量較高。巖性主要為灰黑色白云巖、白云巖化灰巖，顆粒灘沉積相下形成的白云巖質量較差。

開闊潮坪：在開闊的相對洼地，波浪作用相對較弱而潮汐作用較強。這一期水體很淺，水體循環性好，形成了藻坪和云坪。當海平面小幅上升時，原來發育藻灘的地方發育藻坪和云坪，當海平面小幅下降時，原來發育藻坪或云坪的地方發育藻灘，如此頻繁升降，形成藻灘、云坪和藻坪的縱向上交互沉積的序列。①云坪： 野外露頭呈淺灰白色、淺灰色，巖性主要為淺灰白色白云巖。層狀條帶產出，橫向延伸遠且穩定，在丘里塔格群下巖性段(∈3-O1ql1)分布很廣，層內常發育典型的透鏡體狀層理、沙紋層理及羽狀交錯層理。層狀、帶條狀橫向延伸遠，說明水體覆蓋廣且水體變化頻繁，羽狀層理說明水體具有雙向流動的特點，這些都是潮汐作用的沉積特點。云坪沉積環境下形成的白云巖質量較好，規模較大；②藻坪：主要由富藻的暗層和富屑的明層交互沉積形成的疊層石構造。野外露頭常呈淺灰色、灰色，巖性主要為灰色白云質灰巖、灰色白云巖。藻坪沉積環境下形成的白云巖質量較差。

5 結論

柯坪縣上寒武統—下奧陶統丘里塔格群為一套以碳酸鹽巖建造為主的地層，為上、下兩個巖性段，下巖性段以白云巖、硅質白云巖及少量白云質灰巖、灰巖、硅質巖為主；上巖性段以泥晶灰巖、燧石條帶為主。巖性的變化反映了丘里塔格群沉積環境由地臺區過渡至淺海相區的特點，也反映了白云巖沉積環境的變化，存在著潮起潮落，水體變化頻繁的特征。據野外觀察丘里塔格群底板存在大量的灰黑色藻屑，下巖性段中部硅質巖中見硅藻、海綿骨針。結合王小林[10]提出該區藻白云石形成于正常鹽度的潮坪還原環境，受到一定量微生物的調制作用。綜合分析認為，該區屬能量較高環境中的臺地淺灘沉積。