鄧勝徽, 王思恩, 楊振宇, 盧遠(yuǎn)征, 李 鑫, 胡清月, 安純志,席黨鵬, 萬(wàn)曉樵*

1)中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;

4)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100083

新疆準(zhǔn)噶爾盆地中、晚侏羅世多重地層研究

鄧勝徽1), 王思恩2), 楊振宇3), 盧遠(yuǎn)征1), 李 鑫1), 胡清月4), 安純志3),席黨鵬4), 萬(wàn)曉樵4)*

1)中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;

4)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 100083

對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣瑪納斯河紅溝侏羅系剖面開展了生物地層學(xué)、同位素年代地層學(xué)、旋回地層學(xué)和磁性地層學(xué)等的綜合研究。研究結(jié)果表明, 頭屯河組的時(shí)代為中侏羅世中晚期到晚侏羅世早期,包括巴通階的最頂部、卡洛維階和牛津階的中下部; 其底界年齡約為166.2 Ma, 頂界線年齡約為160.8 Ma,沉積時(shí)間約5.4 Ma。齊古組頂部年齡值為155.3 Ma, 沉積時(shí)間約5.5 Ma, 包括了牛津階的上部和基默里奇階的中下部, 其頂部與東部冀北、遼西地區(qū)髫髻山組頂部大體相當(dāng), 比土城子組層位低。喀拉扎組的時(shí)代為晚侏羅世基默里奇期晚期, 而其上覆地層吐谷魯群的時(shí)代為早白堊世早期, 兩者之間存在一個(gè)相當(dāng)大的不整合, 缺失了晚侏羅世提塘期以及可能包括早白堊世最早期的地層, 有超過(guò)了7 Ma的地層缺失量。侏羅系與白堊系的界線為此不整合面, 侏羅紀(jì)/白堊紀(jì)之交的地層未保存。

生物地層; 同位素測(cè)年; 旋回地層; 磁性地層; 陸相侏羅系/白堊系界線; 新疆; 準(zhǔn)噶爾盆地

中國(guó)除了西藏、新疆西南部、黑龍江東部以及廣東南部等少數(shù)地區(qū)外, 侏羅系和白堊系均為陸相地層。經(jīng)過(guò)了近百年的努力, 我國(guó)陸相侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)地層研究取得了重要的進(jìn)展(顧知微, 1962; 王思恩, 1985; 張弘, 1998; 鄧勝徽等, 2003; 許坤等, 2003; 趙應(yīng)成等, 2003; 袁效奇等, 2003; 修申成等, 2003; 鐘筱春等, 2003; Shi et al., 2006), 但依然存在不少問(wèn)題, 特別是陸相侏羅系與白堊系的界線劃分成為中國(guó)爭(zhēng)論最大的系級(jí)地層界線之一。以往研究認(rèn)為, 在中國(guó)北方地區(qū)侏羅紀(jì)中晚期由于氣候干旱, 發(fā)育了一套巨厚且化石稀少的紅色碎屑巖地層,在各地均發(fā)育并相互可大致對(duì)比(鄧勝徽等, 2003; Shi et al., 2006)。在此紅色地層之上發(fā)育了一套生物化石豐富, 以灰色、灰黑色為主色調(diào)的地層, 以東部冀北遼西地區(qū)熱河群、中部鄂爾多斯盆地志丹群、中西部河西走廊的赤金堡群以及西部新疆的吐谷魯群等為代表。熱河群及其相當(dāng)?shù)貙拥臅r(shí)代過(guò)去爭(zhēng)議大, 或劃入上侏羅統(tǒng)(顧知微, 1962, 1983; 王思恩, 1985; 王思恩, 1990, 1998; 陳丕基, 1988)或歸于下白堊統(tǒng)(郝詒純等, 1986; 葉得泉等, 1990)。自20世紀(jì) 90年代起, 對(duì)熱河群及熱河生物群大規(guī)模的研究完全改變了這一狀態(tài), 熱河群劃入下白堊統(tǒng)逐漸成為共識(shí), 侏羅系/白堊系界線被劃于熱河群義縣組之底(李佩賢等, 1993; Swisher et al., 1999; 汪筱林等, 1999, 2000; 張彌曼等, 2001; 鄧勝徽等, 2003;李曉波等, 2010)。然而, 由于缺少海相化石或與海相地層可對(duì)比的證據(jù), 對(duì)義縣組中多層凝灰?guī)r鋯石測(cè)年結(jié)果成為最主要的年代地層依據(jù)。近20年, 來(lái)自義縣組凝灰?guī)r層的大量鋯石測(cè)年數(shù)據(jù)(Smith et al., 1995; Swisher et al., 1999; Swisher等, 2001; Zhu et al., 2001, 2007; 王松山等, 2001a, b; 牛寶貴等, 2004; 張宏等, 2005a, 2006; 孟凡雪等, 2008)指示其年代為早白堊世, 而且層位相當(dāng)高。據(jù)此, 我國(guó)陸相侏羅系/白堊系底界并不在義縣組的底部, 應(yīng)該更低。近年, 在冀北遼西地區(qū)義縣組之下的張家口組、土城子組以及髫髻山組等開展了大量的古生物和鋯石測(cè)年工作(張宏等, 2005b, c; 江小均等, 2010;柳永清等, 2006, 2010)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 髫髻山組頂部火山巖的年齡值為153~154 Ma(Davis, 2005; 劉健等, 2006; Cope et al., 2007), 土城子組的年齡值為154~137 Ma(Davis et al., 2005; Cope et al., 2007; 孫立新等, 2007; 張宏等, 2008; Xu et al., 2012; 王思恩等, 2013)。土城子組底部年齡值被認(rèn)為應(yīng)是154 Ma(許歡等, 2014)。土城子組之上的張家口組底火山巖的年齡則為136 Ma(牛寶貴等, 2003, 2004)。這些測(cè)年結(jié)果為我國(guó)陸相侏羅系/白堊系界線的確定提供了重要依據(jù)(王澤九等, 2014)。

盡管早在 1973年國(guó)際侏羅紀(jì)地層會(huì)議就曾投票確定以菊石 Beriasella jacobi帶作為白堊系底界的標(biāo)準(zhǔn), 但由于生物群的區(qū)域性特點(diǎn), Beriasella jacobi帶標(biāo)準(zhǔn)未獲得學(xué)界認(rèn)可, 全球侏羅系/白堊系界線生物和地層標(biāo)志至今仍未得到最終解決。在侏羅系/白堊系界線層型剖面沒有確定的情況下, 從邏輯上此界線的年齡值也不可能得到準(zhǔn)確標(biāo)定; 但是, 相關(guān)的工作一直沒有停滯, 在國(guó)際地質(zhì)年代表上侏羅系/白堊系界線年齡值也沒空缺(Harland et al., 1982, 1990; Ogg, 2004; Gradstein et al., 2012; ICS, 2013, 2014)。起初, 這一年齡值采用“年齡平攤法”推算, 線性內(nèi)插法作圖法等間接獲得, 即早期的145.0 Ma(Harland et al., 1982, 1990)。有意思的是, 雖然這一年齡值不是從層型剖面直接測(cè)得, 但是近年的研究結(jié)果表明, 侏羅系/白堊系界線的年齡值很可能就在145 Ma上下, 如Mahoney等(2005)對(duì)西北太平洋地區(qū)貝里阿斯階(Berriasina)底部玄武巖層定年結(jié)果為(144.6±0.8) Ma; Vennari等(2013)在安第斯地區(qū)貝里阿斯階底界鈣質(zhì)超微化石帶之上約22 m處凝灰?guī)r的高精度年齡值為(139.55±0.09) Ma。在我國(guó)西藏地區(qū), 貝里阿斯期中期菊石和鈣質(zhì)超微生物化石帶中的火山凝灰?guī)r測(cè)得年齡值為 140~ 142 Ma(萬(wàn)曉樵等, 2005; Wan et al., 2011; Liu et al., 2013)。如果上述年齡值測(cè)定正確, 那么, 當(dāng)前國(guó)際地質(zhì)年代表中侏羅系/白堊系界線年齡值標(biāo)定為145 Ma是有相當(dāng)依據(jù)的。此為陸相侏羅系/白堊系界線的劃分提供了重要的橋梁, 并說(shuō)明中國(guó)東部陸相侏羅系/白堊系界線可能位于土城子組內(nèi)部。

土城子組是一套紫紅色碎屑巖, 本身化石稀少,以往根據(jù)其下伏地層中所產(chǎn)中侏羅世化石, 以及其中所產(chǎn)的動(dòng)、植物化石歸入晚侏羅世(蒲榮干和吳洪章, 1985a; 王思恩, 1985, 2013; 鄧勝徽等, 2003; 王思恩和李罡, 2008)甚至中侏羅世(沈炎彬和陳丕基,1984; 鄭少林等, 2001); 而上述土城子組以及張家口組的測(cè)年結(jié)果表明, 侏羅系/白堊系界線應(yīng)在土城子組紅色地層內(nèi)部通過(guò), 為中國(guó)陸相侏羅系/白堊系界線研究提出了新的挑戰(zhàn)。中國(guó)陸相侏羅系/白堊系界線不僅是一個(gè)地層界線的問(wèn)題, 而且涉及到了中國(guó)晚侏羅世地層的認(rèn)定及其分布等, 進(jìn)而影響到中國(guó)及東北亞地區(qū)晚侏羅世至早白堊世地質(zhì)演化史等重大地質(zhì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。因此, 土城子組研究的進(jìn)展引起了全國(guó)地層委員會(huì)的專家和廣大地層學(xué)者的高度重視。

與土城子組相似的一套侏羅紀(jì)中晚期紅色地層在中國(guó)北方地區(qū)十分發(fā)育, 特別是新疆地區(qū), 被認(rèn)為相互可以對(duì)比(鄧勝徽等, 2003)。由于新疆地區(qū)在晚中生代為相對(duì)比較穩(wěn)定的內(nèi)陸, 發(fā)育了多個(gè)內(nèi)陸大型凹陷湖盆, 地層發(fā)育連續(xù)而完整, 剖面出露也非常好, 并且有較好的研究基礎(chǔ)(王思恩等, 1985;鄧勝徽等, 2003, 2010), 因此對(duì)該地區(qū)的有關(guān)研究有可能對(duì)冀北、遼西地區(qū)所提出的侏羅系/白堊系界線問(wèn)題會(huì)有啟示, 從而促進(jìn)我國(guó)陸相侏羅系/白堊系界線問(wèn)題的解決。為此, 全國(guó)地層委員會(huì)于2011年將新疆準(zhǔn)噶爾盆地納入了“陸相侏羅──古近系界線地層研究”課題的范圍, 由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院以及中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等聯(lián)合開展攻關(guān)。本文是這一研究的結(jié)果之一。

準(zhǔn)噶爾盆地是一個(gè)大型中生代內(nèi)陸凹陷湖盆,中生代地層發(fā)育齊全(葉得泉等, 1990; 鄧勝徽等, 2003, 2010; 何苗等, 2015)。在盆地南緣, 侏羅系特別發(fā)育, 厚度巨大, 在多條剖面上連續(xù)出露, 是研究我國(guó)陸相侏羅系的重要地區(qū)之一。該地區(qū)中下侏羅統(tǒng)以河、湖、沼澤相含煤地層為特點(diǎn), 動(dòng)植物化石十分豐富, 地層劃分與時(shí)代依據(jù)較充分, 而中侏羅統(tǒng)上部及上侏羅統(tǒng)以雜色和紅色沉積為主, 化石稀少, 時(shí)代依據(jù)不足; 其中, 頭屯河組歸于中侏羅統(tǒng)上部、齊古組為上侏羅統(tǒng)下部, 分別與東部的髫髻山組和土城子組對(duì)比(鄧勝徽等, 2003)。最近, 王思恩和高林志(2012)對(duì)齊古組的兩層凝灰?guī)r進(jìn)行了同位素年齡測(cè)定, 認(rèn)為齊古組的時(shí)代為中侏羅世卡洛維期(Callovian), 晚侏羅世地層幾乎全部缺失。

如前文所述, 新近研究結(jié)果提出了土城子組的時(shí)代為晚侏羅世晚期—早白堊世的認(rèn)識(shí)(許歡等, 2014), 那么以往中國(guó)北方中上侏羅統(tǒng)的東西部的對(duì)比關(guān)系是否仍然成立？新疆地區(qū)侏羅系/白堊系界線是否也在齊古組內(nèi)部？

針對(duì)這些問(wèn)題, 本次在對(duì)新疆烏魯木齊市郝家溝剖面和沙灣縣瑪納斯河紅溝剖面(下文簡(jiǎn)稱“紅溝剖面”)以及相鄰的屬于吐哈盆地的吐魯番連木沁剖面進(jìn)行考察的基礎(chǔ)上重點(diǎn)對(duì)瑪納斯河紅溝剖面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究(圖 1); 以多重地層劃分原則為指導(dǎo),開展了生物地層學(xué)、同位素年代地層學(xué)、旋回地層學(xué)和磁性地層學(xué)等研究。

圖1 研究區(qū)及剖面位置圖Fig.1 Location of the study area and the section

在生物地層學(xué)方面, 開展了孢粉、介形類、輪藻、葉肢介、雙殼類、植物等門類的研究, 其中孢粉發(fā)現(xiàn)化石較多, 來(lái)自頭屯河組、齊古組和吐谷魯群; 葉肢介、植物、雙殼等化石則主要發(fā)現(xiàn)于頭屯河組。此外, 王思恩(2013)在瑪納斯河紅溝剖面下白堊統(tǒng)吐谷魯群中發(fā)現(xiàn)了早白堊世葉肢介化石, 包括Shiheziestheria pangi Wang, Nestoria jungarensis Wang, Nestoria shawanensis Wang, Nestoria donggouensis Wang等1個(gè)新屬4個(gè)新種。本文重點(diǎn)對(duì)課題組在孢粉及非生物地層學(xué)研究所取得的進(jìn)展作了總結(jié), 一些單項(xiàng), 如古地磁、旋回地層分析等的成果將有另文作詳細(xì)闡述, 本文僅引用相關(guān)結(jié)論作為地層時(shí)代的依據(jù)。

1 孢粉生物地層

本次對(duì)沙灣縣瑪納斯河紅溝剖面和烏魯木齊頭屯河剖面頭屯河組和齊古組進(jìn)行了系統(tǒng)的孢粉研究,并對(duì)吐谷魯群底部采了少量樣品作了分析; 先后分析樣品 154塊次, 但化石收獲率較低, 僅從約三分之一的樣品中獲得較多化石, 其他樣品大多僅見數(shù)粒化石或未見, 以紅溝剖面的資料較好(表1)。從表1化石名單可知, 頭屯河組和齊古組的孢粉組成基本是一致的, 但不同類群的含量呈現(xiàn)出較明顯變化,可以劃分為兩個(gè)組合, 即: Cyathidites-Disacciatrileti組合和Classopollis-Disacciatrileti組合。而吐谷魯群底部的兩塊樣品的孢粉屬于早白堊世, 另建Cicatricosisporites-Disacciatrileti組合(圖2-4)。

(1)Cyathidites-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自頭屯河組中下部, 以裸子植物花粉為主(一般高于70%), 蕨類孢子含量約為10%~30%。蕨類孢子以桫欏孢Cyathidites為主, 含量約 5%~10%(個(gè)別層位可達(dá) 17%), 其他常見的孢子 有 : 紫 萁 孢 (Osmundacidites)、 三 角 孢(Deltoidospora)、金毛狗孢(Cibotiumspora)、新叉瘤孢(Neoraistrickiaia)、阿賽爾孢(Asseretospora)、圓形瘤面孢(Verrucosisporites)、石松孢(Lycopodiumsporites)、擬套環(huán)孢(Densoisporites)等,偶爾出現(xiàn)的有三角瘤面孢(Converrucosisporites)、粒紋三角孢(Granulatisporites)等。裸子植物花粉主要為松柏類雙氣囊花粉(55%~75%), 如四字粉(Quaraeculina)、云杉粉(Piceaepollenites)、羅漢松粉(Podocarpidites)、擬云杉粉(Piceites)、雙束松粉(Pinuspollenites)等, 其他花粉含量皆較低, 比較常見的有(Classopollis)(0~5%) 、薄壁粉(Perinopollenites)、球形粉(Spheripollenites)等, 蘇鐵粉(Cycadopites)、寬溝粉(Chasmatosporites), 并少量出 現(xiàn) 腦 紋 粉 (Cerebropollenites)、 冠 翼 粉(Callialasporites)等。

表1 紅溝剖面孢粉化石平均百分含量(%)Table 1 Contents of sporopollen from the Honggou section(%)

以上化石皆為侏羅紀(jì)常見孢粉類型, 尤其是Cyathidites構(gòu)成蕨類孢子優(yōu)勢(shì)分子是典型的侏羅紀(jì)孢粉特征, 因此本組合時(shí)代為侏羅紀(jì)。本組合中未出現(xiàn)在新疆下侏羅統(tǒng)中常個(gè)別出現(xiàn)自三疊紀(jì)延續(xù)而來(lái)的具肋紋雙囊類, 因此, 應(yīng)屬中侏羅世孢粉植物群范疇。

(2)Classopollis-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自頭屯河組上部(108層以上)至齊古組, 以裸子植物花粉占優(yōu)勢(shì)(平均 90%以上), 蕨類孢子含量為0~10%左右, 僅個(gè)別層位最高達(dá)30%。蕨類孢子的構(gòu)成與上一組合相比, 沒有大的變化,仍以Cyathidites最為常見(0~10%, 最高達(dá)16%), 其他常見的孢子有: 紫萁孢(Osmundacidites)、三角孢(Deltoidospora)、金毛狗孢(Cibotiumspora)、新叉瘤孢(Neoraistrickiaia)、阿賽爾孢(Asseretospora)、圓形瘤面孢(Verrucosisporites)等。但孢子整體含量變化較大, 顯示受局部沉積環(huán)境影響較大。裸子植物花粉的構(gòu)成相比上一組合發(fā)生了非常顯著的變化, Classopollis的含量開始迅速增加, 從108層的18%到116層已達(dá)到90%以上, 成為本組合第一大類群,在齊古組其含量有所反復(fù), 但也頻繁出現(xiàn) 90%以上的情況。雙氣囊花粉退居次要地位, 從 70%向上逐漸降低至 5%~10%左右。其他類型則含量極低, 多為個(gè)別出現(xiàn), 包括球形無(wú)口器類的 Spheripollenites等, 單溝的Cycadopites, 和Chasmatosporites, 具環(huán)囊 的 腦 紋 粉 (Cerebropollenites)和 冠 翼 粉(Callialasporites)等。

Classopollis含量的變化是本組合的突出特征。Vakhrameev(1991)曾對(duì)此屬花粉的縱向分布進(jìn)行過(guò)論述, 指出其在西伯利亞地區(qū)的大量出現(xiàn)始于中侏羅世晚期卡洛維期(圖5)。這一觀點(diǎn)得到西伯利亞以外很多地方孢粉資料的支持(Vakhrameev, 1991), 尤其我國(guó)北方區(qū)與西伯利亞很相似。準(zhǔn)噶爾盆地Classopollis含量明顯增高始于頭屯河組頂部180余米厚的層段, 因此本文認(rèn)為頭屯河組上部時(shí)代為卡洛維期, 而齊古組的主體相當(dāng)于牛津階(Oxfordian)(圖2)。

圖2 紅溝剖面中上侏羅統(tǒng)綜合劃分圖Fig.2 Integrated subdivision of the Middle-Upper Jurassic strata along the Honggou section

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅—白堊紀(jì)孢粉植物群重要分子(比例尺=15 μm)Fig.3 Main elements of the Jurassic–Cretaceous palynologic assemblages (scale=15 μm)

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅—白堊紀(jì)孢粉植物群重要分子(各圖影放大倍數(shù)一致, 比例尺=15 μm)Fig.4 Main elements of the Jurassic-Cretaceous palynologic assemblages (all figures are in the same magnification, scale=15 μm)

(3)Cicatricosisporites-Disacciatrileti組合

本組合產(chǎn)自吐谷魯群的底部, 以雙氣囊花粉含量最多(約 75%), 蕨類孢子含量約 10%, 其他類型花粉含量較低與侏羅系樣品的明顯區(qū)別是出現(xiàn)了與海金砂科有關(guān)的孢子, 包括無(wú)突肋紋孢(Cicatricosisporites), 具唇孢(Toroisporis), 凹邊瘤面孢 (Concavissimisporites)等 3個(gè)屬。在歐洲, Cicatricosisporites屬在晚侏羅晚期偶有個(gè)別出現(xiàn),但到早白堊世時(shí)期該屬及屬于海金砂科的其他屬開始大量出現(xiàn)。在中國(guó), Cicatricosisporites屬的出現(xiàn)通常被視為進(jìn)入早白堊世的標(biāo)志(蒲榮干和吳洪章, 1982, 1985a, b; 黎文本, 1983; 余靜賢, 1989; 黎文本和劉兆生, 1999; 高瑞祺等, 1999)。在當(dāng)前組合中, Cicatricosisporites屬的含量達(dá)2%。因此, 本組合歸于早白堊世無(wú)疑問(wèn), 吐谷魯群底部的時(shí)代為早白堊世, 與前人的結(jié)論一致(葉得泉等, 1990)。

前人關(guān)于頭屯河組孢粉中 Classopollis含量的認(rèn)識(shí)有差異。張望平(1990)記載頭屯河組Classopollis含量平均 25%, 而黃嬪和李建國(guó)(2007)報(bào)道頭屯河組中 Classopollis含量為 1.5%~11.7%,平均6.1%。本文研究發(fā)現(xiàn), Classopollis含量只有到了頭屯河組的近頂部才顯著增高, 中下部則較低,顯示了一個(gè)含量增加的過(guò)程。前人的結(jié)果或因樣品主要來(lái)自該組不同層段有關(guān)。

表2 紅溝剖面上侏羅統(tǒng)SHRIMP鋯石年齡測(cè)定結(jié)果Table 2 Results of zircon SHRIMP dating of the Upper Jurassic strata along the Honggou section

2 同位素年代地層

本文對(duì)瑪納斯河紅溝及頭屯河剖面多個(gè)凝灰?guī)r層進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb年齡測(cè)定(表2, 圖

6, 7)。其中, 對(duì)烏魯木齊頭屯河剖面齊古組底部凝灰?guī)r層進(jìn)行的測(cè)定工作由于樣品質(zhì)量和結(jié)果不理想,

未計(jì)入本文。此前, 王思恩等對(duì)紅溝剖面的部分層段進(jìn)行了年代測(cè)定, 并發(fā)表了相關(guān)結(jié)果(王思恩等, 2012; 王思恩和高林志, 2012)。

圖6 紅溝剖面齊古組中、下部凝灰?guī)r露頭Fig.6 Outcrops of the tuff beds of the Qigu Formation along the Honggou section

總共對(duì)紅溝剖面齊古組多層凝灰?guī)r層進(jìn)行了3次采集, 計(jì)采集樣品20余塊次, 分4批進(jìn)行了鋯石的分選和年齡測(cè)定。最老的年齡值為(167.1±1.9) Ma, 3個(gè)年齡值為 160 Ma左右, 最年輕者為(156.9±1.9) Ma,表明 其主體地質(zhì)時(shí)代為晚侏羅世(圖2)。同位素年齡樣品主要采自齊古組中部, 可以推測(cè), 其頂部的年齡應(yīng)不會(huì)新于 150 Ma, 其時(shí)代不可能為早白堊世;也即齊古組內(nèi)不存在侏羅系/白堊系界線。齊古組之上的喀拉扎組為沖積扇相礫巖, 沉積時(shí)間應(yīng)該較短,而喀拉扎組之上的吐谷魯群屬早白堊世無(wú)疑問(wèn)。因此, 喀拉扎組與吐谷魯群之間最可能為侏羅系/白堊系界線, 侏羅系與白堊系之間應(yīng)該存在一個(gè)相當(dāng)大的不整合。

圖7 紅溝剖面齊古組凝灰?guī)rSHRIMP鋯石年齡測(cè)定結(jié)果圖Fig.7 Results of SHRIMP dating of the tuff beds of the Qigu Formation of the Honggou section

3 旋回地層

本次對(duì)紅溝剖面頭屯河組和齊古組進(jìn)行了自然伽馬數(shù)據(jù)的采集, 采集數(shù)據(jù)的地層厚度1790.15 m, 自然伽馬數(shù)據(jù)點(diǎn) 1546個(gè), 并依據(jù)上述數(shù)據(jù)作了米蘭科維奇旋回地層學(xué)分析, 利用頻譜分析、濾波、天文調(diào)諧等方法, 識(shí)別出地層中蘊(yùn)含的100 ka及405 ka旋回, 結(jié)合4個(gè)不同層位的鋯石測(cè)得的年齡值, 得到各地層組的持續(xù)時(shí)間及起止年齡,為年代地層的劃分與對(duì)比提供依據(jù)(圖2)。

巖石中自然伽馬總量與各放射性元素的比值(如釷鉀比, 釷鈾比等)均能在一定程度上反映古氣候的變化, 所以都可以用于旋回分析(Prokoph and Agterberg, 2000; Hinnov and Ogg, 2007; Tian et al., 2013; Wu et al., 2013)。由于自然伽馬總量受巖性影響較大, 在分析過(guò)程中不可避免的會(huì)表現(xiàn)較強(qiáng)的“噪音”, 本研究選用受巖性影響較小的釷鈾比(Th/U)作為分析對(duì)象。

對(duì)頭屯河組與齊古組的釷鈾比進(jìn)行頻譜分析,發(fā)現(xiàn)該剖面地層較好地記錄了米蘭科維奇旋回(圖 8), 約50.3 m的優(yōu)勢(shì)旋回可能代表了405 ka的長(zhǎng)偏心率周期, 頭屯河組與齊古組包含了約27個(gè)50 m左右的長(zhǎng)偏心率旋回(圖 2), 經(jīng)過(guò)調(diào)諧可識(shí)別出較清晰的 405 ka旋回與 100 ka左右的旋回; 其中132 ka與99 ka的峰值能與短偏心率旋回很好地對(duì)應(yīng)(圖8), 故而認(rèn)為, 頭屯河組與齊古組總共包含了27個(gè)左右405 ka的長(zhǎng)偏心率旋回(圖2), 總持續(xù)時(shí)間~10.9 Ma。其中, 頭屯河組持續(xù)了約5.4 Ma, 平均堆積速率為12.8 cm/ka; 齊古組持續(xù)了約5.5 Ma,平均堆積速率為12.1 cm/ka。

如圖 7所示, 鋯石樣品 4725(126層下部)、4801(129層下部)、5004(H層中部)及5024(J層中部)的 SHRIMP測(cè)年結(jié)果分別為(159.3±1.3) Ma、(167.1±1.9) Ma、(159±1) Ma及(156.9±1.9) Ma, 有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)分別為11個(gè)、5個(gè)、7個(gè)和8個(gè)。其中, 4801號(hào)樣品所測(cè)結(jié)果明顯偏大, 數(shù)據(jù)較離散(圖 7B), 推測(cè)可能混入了再沉積的鋯石, 且有效數(shù)據(jù)點(diǎn)也較少,所以在本文后面的討論中放棄該數(shù)據(jù)。

根據(jù)前述旋回地層分析結(jié)果, 采用 3個(gè)有較測(cè)年數(shù)據(jù)計(jì)算出4個(gè)樣品距齊古組頂部的年齡間隔分別為4.56 Ma、2.28 Ma及2.10 Ma; 進(jìn)而以此作為錨點(diǎn)推算得出的齊古組頂界年齡分別為(154.7± 1.3) Ma、(163.1±1.9) Ma、(156.7±1) Ma及(154.8± 1.9) Ma。對(duì)此3組數(shù)據(jù)依有效數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)做加權(quán)平均得出齊古組的頂界年齡為155.3 Ma; 據(jù)此, 推算出齊古組與頭屯河組的底界年齡分別為 160.8 Ma及166.2 Ma(表3)。

表3 紅溝剖面頭屯河組與齊古組的底部年齡、持續(xù)時(shí)間與堆積速率Table 3 Age, time interval and accumulation rate of Toutunhe and Qigu formations of the Honggou section

圖8 紅溝剖面頭屯河組和齊古組釷鈾比頻譜分析曲線Fig.8 Th/U power spectra of Toutunhe and Qigu formations of the Honggou sectionA-深度域曲線; B-時(shí)間域曲線A-depth domain curve; B-time domain curve

圖9 紅溝剖面齊古組磁性地層與國(guó)際侏羅系標(biāo)準(zhǔn)磁性地層柱的對(duì)比圖(圖例同圖2)Fig.9 Magnetostratigraphic column of the Qigu Formation of the Honggou section in correlation with the international magnetostratigraphic column of the Upper Jurassic strata(legends as for Fig.2)

據(jù)旋回地層和鋯石測(cè)年的分析結(jié)果, 頭屯河組大致包含了巴通階(Bathonian)的最頂部、卡洛維階和牛津階的下部; 齊古組則相當(dāng)于牛津階的中上部到基默里奇階(Kimmeridgian)的中下部; 喀拉扎組以大套礫巖為主, 推測(cè)其持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng), 可能僅相當(dāng)于基默里奇階的中上部。

4 磁性地層

對(duì)紅溝剖面齊古組及喀拉扎組露頭開展了高密度磁性地層樣品采集。采樣起點(diǎn)位置位于齊古組(第123層)至喀拉扎組(第152層), 采集共610 m厚的地層, 采集了約800塊巖心樣, 其中完整500塊, 300塊有殘缺。對(duì) 622塊樣品進(jìn)行了測(cè)定, 從中選擇了559塊具較高質(zhì)量測(cè)試結(jié)果的樣品建立了磁極性地層柱(圖9)。

磁性地層研究結(jié)果表明, 齊古組記錄的中下段以正極性占優(yōu)勢(shì), 上段則顯示負(fù)極性占優(yōu)勢(shì); 地磁極性倒轉(zhuǎn)極為頻繁?？梢曰敬_定的地層極性倒轉(zhuǎn)為66次, 如果不考慮由兩個(gè)或以下樣品確定的磁極性帶和 3個(gè)連續(xù)不確定樣品確定的磁極性帶, 即僅考慮由連續(xù)的 3個(gè)及以上樣品確定的磁極性帶較為可靠的話, 最后該套地層比較肯定的地磁極性倒轉(zhuǎn)也超過(guò)40次。如此高頻繁的倒轉(zhuǎn)速率在160 Ma左右的10 Ma國(guó)際磁性地層柱中只有牛津階較吻合。

另外, 由于不同沉積巖層的沉積速率不同, 以地層厚度為標(biāo)尺的磁性地層柱不能等同于地層的時(shí)間尺度。本文嘗試性的假設(shè)1 m厚細(xì)砂巖代表的極性時(shí)間為1 ka, 對(duì)其他巖性代表的時(shí)間做出相應(yīng)的調(diào)整。在此假定基礎(chǔ)上, 將厚度尺度磁性柱(圖8中磁性柱 1)轉(zhuǎn)換為時(shí)間尺度為極性柱(圖 8中極性柱2), 從中可以看出, 雖然極性柱1與極性柱2整體上沒有特別明顯的變化, 但還是可以看出整個(gè)極性柱中反向極性帶的持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。結(jié)果表明不同巖性的沉積速率可能會(huì)影響到以正極性為主的齊古組與反極性占優(yōu)勢(shì)牛津階的對(duì)比。因此, 據(jù)磁性地層學(xué)的依據(jù), 傾向于將齊古組歸于牛津階中部到基默里奇階中部。

此結(jié)果與上述旋回地層的分析結(jié)果相當(dāng)吻合。

5 主要結(jié)論與討論

5.1 頭屯河組的時(shí)代

對(duì)紅溝剖面的系統(tǒng)研究表明, 頭屯河組的時(shí)代屬于中侏羅世中晚期到晚侏羅早期。該組產(chǎn)介形類、葉肢介、雙殼類、腹足類、植物和孢粉、大孢子和輪 藻 等 化 石(圖2)。 其 中, 介 形 類 為Timiriasevia-Darwinula sarytirmenensis組合(王亞瓊和曹美珍, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010), 葉肢介包括Euestheria ziliujingensis動(dòng)物群和Pseudograpta/ Sinokontikia動(dòng)物群(沈炎彬, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010), 雙殼類屬于Psilunio-Cuneopsis組合(泮燕紅等 , 2010; 見 : 鄧 勝 徽 等 , 2010), 輪 藻 為Aclistochara abshirica-A.stellerides-A.sublaevis組合(王啟飛和盧輝楠, 2010; 見: 鄧勝徽等, 2010),指示的時(shí)代基本為中侏羅世中晚期到晚侏羅世早期。植物大化石不多, 本文發(fā)現(xiàn)若干種, 屬于中侏羅世早期 Coniopteris-Phoenicopsis植物群的延續(xù),為中侏羅世晚期特點(diǎn)。孢粉植物群可分為頭屯河組中下部的Cyathidites-Disacciatrileti組合和該組上部到齊古組的Classopollis-Disacciatrileti組合(圖2)。前者的時(shí)代為中侏羅世, 后者時(shí)代為卡洛維期到牛津期。

旋回地層學(xué)研究計(jì)算出頭屯河組的持續(xù)時(shí)間為5.4 Ma, 據(jù)上覆齊古組中測(cè)得的鋯石同位素年齡值推估出其底界的年齡可能為166.2 Ma左右, 頂界線年齡約為160.8 Ma。對(duì)比到最新國(guó)際和中國(guó)地層年表(ICS, 2014), 頭屯河組大致包含了巴通階頂部、卡洛維階及牛津階下部, 比東部冀北、遼西地區(qū)的土城子組層位要低。

5.2 齊古組的時(shí)代

齊古組化石稀少, 本次進(jìn)行了反復(fù)分析, 獲得了一定量的孢粉化石, 為Classopollis-Disacciatrileti組合的延續(xù)。其中Classopollis含量在頭屯河組近頂部顯著增高, 說(shuō)明進(jìn)入了一個(gè)新的演化階段, 其主體時(shí)代為牛津期。

齊古組多層凝灰?guī)r同位素年齡值為(159.3±1.39)~(156.9±1.9) Ma, 指示了中侏羅世晚期到晚侏羅世的結(jié)果; 結(jié)合旋回地層學(xué)分析結(jié)果, 計(jì)算出齊古組的持續(xù)時(shí)間為5.5 Ma, 齊古組頂界年齡大約為155.3 Ma, 底界年齡為160.8 Ma, 說(shuō)明其包含了牛津階的大部分以及基默里奇階的中下部, 與上述孢粉組合提出的時(shí)代相吻合。

磁性地層學(xué)研究表明, 齊古組地層記錄地磁極性倒轉(zhuǎn)應(yīng)大于 40個(gè), 傾向?qū)R古組歸于牛津階到基默里奇階中部, 與孢粉、同位素測(cè)年和旋回地層學(xué)分析結(jié)果相當(dāng)吻合。

綜上所述, 本文認(rèn)為齊古組的時(shí)代為晚侏羅世牛津期中期至基默里奇期中期。對(duì)比到中國(guó)東部地區(qū), 齊古組頂與髫髻山組的頂大致相當(dāng), 低于土城子組。

王思恩和高林志(2012)對(duì)本文研究剖面齊古組下部(129層)之凝灰?guī)r進(jìn)行了鋯石 SHRIMP測(cè)年,獲得了(164.6±1.4) Ma的較好結(jié)果。如以此年齡值為錨點(diǎn), 據(jù)本文旋回地層分析結(jié)果推算出齊古組頂部年齡大致為160.6 Ma, 底部年齡約為166.1 Ma。齊古組包括了卡洛維階全部和牛津階下部, 較本文獲得的孢粉、古地磁研究結(jié)果要老一些。

5.3 喀拉扎組的時(shí)代及侏羅系/白堊系界線

紅溝剖面喀拉扎組厚310余m, 以沖積扇礫巖為特點(diǎn), 生物化石匱乏, 與下伏齊古組為整合接觸,與上覆吐谷魯群之間為不整合接觸。沖積扇礫巖可視為事件沉積的產(chǎn)物, 其沉積時(shí)間一般很短暫, 據(jù)下伏地層的時(shí)代推斷喀拉扎組的時(shí)代應(yīng)為晚侏羅世基默里奇期晚期。

喀拉扎組之上的吐谷魯群(底部為該群的清水河組)中產(chǎn)早白堊世孢粉組合, 前人發(fā)現(xiàn)的介形類等其他化石也進(jìn)一步說(shuō)明時(shí)代為早白堊世早期。因此, 喀拉扎組與吐谷魯群之間存在一個(gè)相當(dāng)大的不整合, 缺失了晚侏羅世提塘期(Tithonian), 甚至可能包含一部分早白堊世早期的地層, 缺失地層的時(shí)限超過(guò)了 7 Ma。研究區(qū)侏羅系/白堊系以不整合為界, 侏羅紀(jì)/白堊紀(jì)之交的地層未保存。

致謝:本文為全國(guó)地層委員會(huì)項(xiàng)目《中國(guó)陸相侏羅系/白堊系界線研究》的成果之一, 得到了全國(guó)地層委員會(huì)常務(wù)副主任王澤九教授、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所季強(qiáng)教授、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一姚建新教授等的支持和幫助; 參加工作的還有南京地質(zhì)古生物研究所李罡研究員, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)仝亞博和王艷博士、博士研究生李瑋、碩士研究生鄧麗君、劉璐等; 同位素年齡測(cè)定分別在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院離子探針中心和美國(guó)加州大學(xué)(伯克利)同位素測(cè)年實(shí)驗(yàn)室完成, 古地磁樣品由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所古地磁實(shí)驗(yàn)室測(cè)定; 兩位匿名審稿人認(rèn)真審閱了文稿并提出了很好的修改意見, 在此一并致謝。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (No.1212011120142).

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Comprehensive Study of the Middle–Upper Jurassic Strata in the Junggar Basin, Xinjiang

DENG Sheng-hui1), WANG Si-en2), YANG Zhen-yu3), LU Yuan-zheng1), LI Xin1), HU Qing-yue4), AN Chun-zhi3), XI Dang-peng4), WAN Xiao-qiao4)*
1) Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083; 2) Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 3) Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081; 4) State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

This paper presents the results of a comprehensive study of lithostratigraphy, biostratigraphy, chronostratigraphy, cyclostratigraphy and magnetostratigraphy of the Middle–Upper Jurassic strata in the Junggar Basin, Xinjiang.The main findings are as follows: the Toutunhe Formation consists of the uppermost part of the Bathonian, Callovian and the Lower–Middle Oxfordian; the ages of the base and top of this formation are 166.2 Ma and 160.8 Ma respectively, and its sedimentary interval is about 5.4 Ma.The age of the top of the Qigu Formation is estimated at around 155.3 Ma, and the sedimentary interval of this formation is about 5.5 Ma, suggesting the upper Oxfordian and middle Kimmeridgian.The top horizon of the Qigu Formation is almost coeval to that of the Tiaojishan Formation in northern Hebei and western Liaoning provinces.This means that the Qigu Formation is lower than the Tuchengzi Formation in northern Hebei and western Liaoning.The KalazaFormation is assigned to the late Kimmeridgian, and the overlying Tugulu Group is early Cretaceous in age, which indicates an obvious unconformity with the existence of a stratigraphic gap from the Tithonian to the possible lowermost part of the Cretaceous, and the missing strata are equal to over 7 Ma between the Jurassic and the Cretaceous in the study area.The strata through the Jurassic/Cretaceous boundary are absent.

biostratigraphy; isotope age dating; chronostratigraphy; cyclostratigraphy magnetostratigraphy; terrestrial Jurassic/Cretaceous boundary; Xinjiang; Junggar Basin

P534.52; P539

A

10.3975/cagsb.2015.05.06

本文由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“全國(guó)陸相地層劃分對(duì)比及海相地層階完善”(編號(hào): 1212011120142)之課題“陸相侏羅系——古近系界線地層研究”資助。

2015-05-21; 改回日期: 2015-06-21。責(zé)任編輯: 閆立娟。

鄧勝徽, 男, 1963年生。教授級(jí)高工, 博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事地層古生物學(xué)研究。通訊地址: 100083, 北京學(xué)院路20號(hào), 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院。E-mail: dsh63@petrochina.com.cn。

*通訊作者: 萬(wàn)曉樵, 男, 1950年生。教授, 博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事地層古生物學(xué)教學(xué)與研究。E-mail: wanxq@cugb.edu.cn。