乌鲁木齐夏后地区侏罗纪沉积特征、剥离过程及中新生代盆山关系探讨
夏后是天山北缘乌鲁木齐附近的一个小型山间坳陷(图1-2-24)，这里侏罗系出露较好，也是重要的煤炭基地(图1-2-25)。在系统分析夏后地区侏罗纪沉积特征和剥离过程的基础上，对中、新生代盆山关系提出了新的认识。
1.夏后侏罗纪沉积特征
天山北缘准噶尔盆地侏罗系自下而上分为六组:下侏罗统八道湾组(J1b)和三工河组(J1s)，中侏罗统西山窑组(J2x)和头屯河组(J2t)，上侏罗统古琦组(J3Q)和卡拉扎组(J3q)。八道湾组在夏后地区全部出露(图1-2-25)。整体构造为上下含煤地层，中部为湖相或湖-三角洲暗色泥岩夹薄砂岩。总的来说，三工河组以湖-三角洲相沉积为主，无工业煤层。西山窑组是一套湖沼相煤系地层，煤层较为发育。厚煤层一般集中在中下部，上部为多层薄煤层或煤线。主要岩性为灰色、深灰色、灰绿色泥岩，粉砂岩夹黄绿色、浅灰色、灰白色砂岩或砾岩，夹灰黑色炭质泥岩、煤层、菱形矿石，底部一般为灰白色或浅灰色厚层状块状砂岩或砂砾岩，局部有杂色砾岩，底部岩性标志明显。头屯河组在乌鲁木齐以西的头屯河地区全部出露，下段岩性以黄绿色、灰绿色砂砾岩为主，夹河流相杂色泥岩、细砂岩、粉砂岩不等厚。上段为灰绿色、灰色、深灰色泥岩、细砂岩、粉砂岩夹泥灰岩、钙质砂岩，底部附近为炭质泥岩或煤线，上段为紫红色、褐红色泥岩、粉砂岩条带。在夏后地区，头屯河组只剩下山顶几十米的残渣。古琦组为一套红色碎屑岩，夹少量凝灰岩和凝灰质砂岩沉积。卡拉扎组为山前河流相的灰褐色砾岩，夹褐色泥岩和砾质砂岩。古琦组和卡拉扎组在夏后地区没有出露。作为对比，图1-2-26显示了夏后盆地南北缘的侏罗系柱状剖面和沉积层序特征，从中可以看出夏后南缘八道湾组(J1b)底部发育了较厚的冲积扇沉积，八道湾组(J1b)厚度也大于北缘。
图1-2-24乌鲁木齐附近天山北缘中、新生代露头及磷灰石裂变径迹年龄样品分布。
1-四元；2-三级；3-白垩纪；4-侏罗纪；5-三叠纪；6-二叠纪；7-石炭纪和前石炭纪；8-蛇绿岩；9—主要故障；★——AFT取样位置和样品编号
图1-2-25夏后地区地质图
1—泥盆系；2-石炭纪；3-八道湾组；4-三工河组；5—西山窑组；6——头屯河组；7-四元；8-逆冲断层；9—正常故障；★——后取样位置
图1-2-26夏后南北缘沉积层序及古水流图。
古流向是确定物源和盆地对比分析的有效方法。野外主要利用斜层理、不对称波纹痕和卵石状砾石判断古流向。分别统计了夏后、头屯河南缘、北缘侏罗系剖面的古流向数据，每个点测得20多个数据。早、中侏罗世夏后剖面南北缘古水流向北(图1-2-26)，表明至少在早、中侏罗世，夏后不是一个独立的沉积盆地，而是与准噶尔南缘头屯河地区相连的同一个盆地。从沉积层序对比来看(图1-2-26)，夏后南缘发育了以厚冲积扇为代表的边缘相沉积，应该是靠近盆地边缘，也就是说早中侏罗世准噶尔南缘沉积盆地的南缘至少在夏后地区，比现在看到的要大得多。今天夏后尚存的山间洼地是由晚期构造的分离造成的。
2.夏后地区侏罗纪剥离过程分析
(A)煤和岩石的Ro分析
夏后山间坳陷下侏罗统八道湾组(J1b)和中侏罗统西山窑组(J2x)煤层发育，也是主要的开采目标。为了了解侏罗系的埋藏程度和出露过程，对西山窑组(J2x)煤样的镜质组反射率(Ro)进行了分析，并对煤样的顶板或底板砂岩的裂变径迹年龄进行了对比分析(表1-2-11)。从表1-2-11可以看出，大部分煤层的镜质组反射率(Ro)在0.7左右，参考Ro与Tmax的关系(Barker等人，1986；李荣喜等，2001；王良等，2003)计算出Tmax为105 ~ 115℃(表1-2-11)，表明夏后地区西山窑煤层演化程度较高，但未达到磷灰石裂变径迹的完全退火温度(1)。根据35℃/km的地温梯度(邱南生等，2002)，样品上方至少有3km的地层覆盖。野外调查表明，西山窑组上方只剩下几十米的头屯河组，煤样上目前残留的侏罗系覆盖层不足500米，表明其上至少发生了2.5公里的剥蚀。
表1-2-11夏后地区侏罗纪煤样镜质体反射率(Ro)分析及相应的磷灰石裂变径迹分析数据。
注:Ro测试在中国矿业大学(北京)完成；AFT的详细数据见表1-2-12。
(2)裂变径迹年代学的证据
裂变径迹测年(FT)是20世纪60年代应用于地质学的同位素测年方法，是一种确定岩石在低温下(小于(110 10)℃)热历史的技术(Green et al .，1989；冈内尔，2000；张智成等人，2004年)。裂变径迹法不仅可以简单地给出年龄，而且可以研究径迹退火，可以给出地质体的热历史信息，从而使裂变径迹年龄更具有地质意义。前人对天山中新生代构造活动的研究积累了一些测年资料(杨庚等，1995；索贝尔等人，1997；王言彬等人，2000年；杜米特鲁等人，2001；郭等，2005)。
本书中磷灰石裂变径迹年龄的测量是在中国科学院高能物理研究所完成的，流量法与文献基本一致(Dumitru等，2001；张智成等人，2004年)。在径迹长度分析中，在每个样品中测量100个水平和窄径迹(如果有100个径迹)，从每个样品中随机选取20个左右质量好的颗粒进行测年(假设有足够的颗粒)。传统上，年龄和平均道长的统计误差为1 σ，但在地质解释中要考虑2 σ的误差。样品位置见图1-2-24，磷灰石裂变径迹年龄分析结果见表1-2-12，裂变径迹单粒子年龄辐射图见图1-2-27。
冰达坂南乌拉斯站两个花岗岩样品(WK18-2，19-1)为早白垩世，裂变径迹长，短径迹多(表1-2-12，图65438+)。8个样品(HJ02-01 ~ WK43-2)取自乌鲁木齐以西头屯河地区侏罗系-新近系(表1-2-12，图1-2-27)。径迹长度范围为[(13.4 1.4)~(11.1.5438+0.7)]微米，裂变径迹组合时代主要为晚侏罗世至早白垩世[(65438+) T曲线模拟也显示了晚新生代的快速隆升过程(郭等，2005)。
夏后地区有6个侏罗纪样品(WK28-1 ~ HX13-06)，裂变径迹年龄主要显示晚白垩世[(83.7±6.9)~(68.4±4.6)Ma]和渐新世[(37±3.0)Ma]。用Ketcham et al. (1999)退火模型对4个Ro标定的侏罗系样品进行了测试。t曲线模拟(图1-2-28)表明，夏后地区中侏罗世砂岩从晚白垩世(约90Ma)开始缓慢剥蚀抬升，但中新世以来(主要从10Ma开始)快速抬升。从图中也可以看出，由南向北快速隆升的时限逐渐变新，这可能与逆冲构造由南向北延伸有关。
上述裂变径迹分析结果与天山山前生长地层显示的前陆逆冲构造发育时间一致。方石虎等人(2004a)指出，分隔夏后山间坳陷和山前盆地的卡拉扎背斜形成于100 Ma左右，也就是说，原属同一侏罗纪盆地的夏后坳陷在100 Ma左右从头屯河地区分离出来。
三。讨论和结论
(1)讨论
关于中生代天山的构造属性和地貌特征，至今仍有不同的看法。一种观点认为天山在中生代发育了显著的分隔南北盆地的正常地形，天山两侧的侏罗纪盆地为碰撞后继承性盆地(Graham et al .，1993；Hendrix等人，1992，1994，1995)，这进一步说明天山及其邻近地区当时仍处于区域性挤压背景。另一种观点认为天山在中生代基本不存在或地形起伏不大(方石虎等，2004b吴朝东等，2004)，夷平使古生代天山造山带接近准平原状态，而侏罗纪盆地是以伸展作用为主的裂谷盆地，但对侏罗纪盆地的范围和盆山关系仍缺乏清晰的认识。在天山两侧新生代前陆冲断带油气勘探中，侏罗系煤系地层作为主要烃源岩的原始分布对今后的勘探具有重要意义(贾承造等，2003)。
表1-2-12乌鲁木齐-冰达坂南部乌拉站断面磷灰石裂变径迹分析数据表
注:No(n):测量的磷灰石颗粒数；ρd:标准道密度(×105/cm2)；ρs:自发径迹密度(×105/cm2)；Ns:自发轨迹的数量；ρi:外部探测器的感应径迹密度(×105/cm2)；Ni:诱导径迹数；γSi是ρs和ρi的线性相关系数；P(%):检验概率；T 1σ:汇集年龄)；裂变径迹；l(微米)(N):裂变径迹长度(微米，N是测量的径迹数)。用CN5标准玻璃计算了WK样品的年龄，ξ CN5 = 465，438+00 65，438+00，而HX和HJ样品的ξCN5 = 357.8±6.9。
图1-2-27乌鲁木齐-冰达坂剖面单粒子年龄辐射图和裂变径迹长度分布图
[辐射图中标注了中值年龄和样品形成年龄(粗线和短线)，标有M的适合热模拟]
图1-2-28夏后地区部分样品模拟t-T曲线
[采用凯查姆等(1999)模型]
可接受的拟合——可接受的模拟结果；良好的拟合——符合良好的模拟结果；path modeled-符合更好的t？t曲线；约束——限制性条件；裂变径迹长度图中的曲线是理想的裂变径迹长度分布曲线，与模拟结果一致。
对夏后地区侏罗系沉积特征的研究表明，现今的夏后凹陷在侏罗纪时期并不是一个独立的盆地，其古水流资料显示，南北缘的古水流都指向北方，因此该凹陷应该与当时准噶尔南缘的侏罗纪盆地相连。沉积层序分析表明，夏后南缘侏罗系底部发育厚层冲积扇相沉积(Figure 1-2-26)，应接近原型盆地边缘，但天山南北两侧前陆地区一般未见侏罗系边缘相沉积(吴朝东等，2004)。这说明侏罗纪的盆地面积比现在看到的要大，山前地区只是侏罗纪盆地沉积的一部分。从夏后地区和准噶尔南缘来看，侏罗系的原始沉积范围已经越过了古生代板块缝合边界(如图1-2-24中以巴音沟蛇绿岩带为代表的缝合带)，因此侏罗纪盆地应该不是古生代碰撞后的继承性盆地(Graham et al .，1993)。从野外调查和图1-2-24也可以看出，夏后南部的冰达坂、巴音布鲁克和玉溪莫勒盖达坂附近有含煤层的侏罗纪沉积，表明上述地区当时应该处于类似的煤沼环境(吴朝东等，2004)，所以不会有与今天规模类似的天山，天山及其邻近地区基本上是准平原。但上述各点的原侏罗纪沉积范围，以及是否与南北两侧的侏罗纪盆地相连，值得进一步研究。
由于晚期构造作用，夏后凹陷与天山北缘的侏罗系分离。本书对夏后地区煤样的镜质组反射率(Ro)分析表明，中侏罗统西山窑组(J2x)之上至少有3km厚的沉积盖层，也就是说，煤层在后期至少剥离2.5km后出露地表。对准噶尔南缘的研究表明，虽然天山地区从中生代到古近纪经历了不同类型的构造变化，但中生代-古近纪沉积物基本完整，连续协调，相互之间没有明显的角度不整合(方石虎等，2004a，b；吴朝东等，2004)，表明这一时期的构造活动强度和幅度远弱于晚新生代的陆内造山作用。前陆冲断带的生长地层表明，天山北缘第一排冲断构造形成于100 Ma左右(方石虎等，2004 a)。本书的裂变径迹年表显示，夏后地区西山窑组(J2x)的埋深在100 ~ 60ma之间达到最大，之后开始缓慢抬升，新生代晚期(100~60Ma)以来迅速抬升。我们认为，晚新生代以来天山的快速隆升和前陆逆冲构造将天山北缘的夏后坳陷与侏罗纪分开，形成了现今的构造面貌。
(2)结论
1)沉积学研究和古水流测量表明，夏后地区侏罗系沉积时并不是一个独立的盆地，而是同一个盆地与天山北缘相连，但更靠近盆地南缘，发育了良好的边缘相序列。当时侏罗纪盆地的沉积范围比今天天山北缘的侏罗纪大。
2)晚新生代(100 Ma)以来，天山快速隆升和前陆逆冲构造将夏后坳陷与天山北缘侏罗系分开，夏后地区经历了近2.5km的过程
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(郭、吴朝东、、、)