郭榮濤 郭麗娜 周生友 張玉雙 趙 婧

(1．北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院 北京 100871;2．北京大學(xué)石油與天然氣研究中心 北京 100871;3．國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心 北京 100034;4．中石化石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;5．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 北京 100029;6．中海油天津分公司勘探開發(fā)研究院 天津 300452)

沉積盆地性質(zhì)受海陸變遷、構(gòu)造運動、氣候變化等多種因素影響，是地球歷史演化的“記錄員”;層序地層是構(gòu)造沉降、沉積物供給、沉積物充填等作用的最終體現(xiàn)。因此，通過層序地層學(xué)方法對沉積盆地進(jìn)行研究，不僅可以恢復(fù)盆地的巖相古地理，還可以為大區(qū)域的構(gòu)造演變研究提供有力佐證。

受地幔熱柱或深部熱隆起的控制，以及燕山運動遠(yuǎn)程應(yīng)力的影響［1］，祁連山地區(qū)在早白堊世處于伸展構(gòu)造背景，形成了一系列斷陷盆地［2-6］，在這些盆地中堆積了特征迥異的早白堊世地層［7-10］。近年來，有關(guān)祁連山地區(qū)的綜合研究有了很大進(jìn)展，尤其是在沉積盆地充填［11-16］和構(gòu)造演化［17-22］等方面取得了豐碩成果。研究白堊紀(jì)的祁連山隆升過程及沉積學(xué)響應(yīng)，對理解青藏高原的形成及環(huán)境效應(yīng)具有重要意義［23］。甘肅省張掖市鸚鴿嘴剖面白堊系層序地層序列，由特殊的沉積相單元及演變序列所組成，是白堊紀(jì)祁連山隆升過程的沉積學(xué)響應(yīng)，為白堊紀(jì)東亞大氣環(huán)流格局的重建提供了重要的物質(zhì)記錄。

在上游控制的河流相背景中，很難準(zhǔn)確建立與海侵溝蝕作用或強(qiáng)迫型海退作用的對比關(guān)系，給使用傳統(tǒng)層序模式進(jìn)行層序劃分帶來很大挑戰(zhàn)。但是，非常規(guī)體系域“低容納空間體系域”(LAST)和“高容納空間體系域”(HAST)概念的引入，在一定程度上解決了該問題［24-32］。河流構(gòu)架單元比例的變化是區(qū)分“低容納空間體系域”和“高容納空間體系域”的重要標(biāo)志，聚合河道沉積代表LAST階段的產(chǎn)物，而以泛濫平原為主的沉積序列則代表了HAST階段的產(chǎn)物［24，30］。雖然鸚鴿嘴剖面白堊系的層序地層序列還存在更加復(fù)雜的構(gòu)造與氣候的響應(yīng)機(jī)制，但是這種理念基本適用于該剖面的層序地層劃分。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

古元古代末，走廊盆地地區(qū)發(fā)生了區(qū)域動力熱流變質(zhì)作用，形成了構(gòu)成阿拉善地塊結(jié)晶基底的敦煌巖群［7］。馮益民和何世平［17］認(rèn)為中國古陸在陸內(nèi)裂谷作用下，于中寒武世早期發(fā)生裂解，至晚奧陶世末碰撞成山，并于志留紀(jì)在褶皺山系前形成前陸盆地，同時發(fā)育一系列北西西向展布的斷裂。李奮其［2］指出，到泥盆紀(jì)，區(qū)內(nèi)進(jìn)入碰撞期后造山階段，經(jīng)過泥盆紀(jì)的強(qiáng)烈構(gòu)造剝蝕，至石炭紀(jì)初，已夷平到準(zhǔn)平原化程度，并且在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)，基本上處于伸展環(huán)境，為海陸交互相沉積，發(fā)育一系列山間斷陷含煤建造。走廊盆地地區(qū)于三疊紀(jì)演變?yōu)闇?zhǔn)平原化，僅在部分地區(qū)接受山麓相粗碎屑沉積。進(jìn)入侏羅紀(jì)，受中特提斯洋關(guān)閉的影響，發(fā)生造山運動，使區(qū)內(nèi)的泥盆系和石炭系、三疊系均卷入到推覆和逆沖構(gòu)造之中［33］。岡底斯地塊和喜馬拉雅地塊分別于侏羅紀(jì)末期和白堊紀(jì)末期兩次與北方大陸碰撞拼接，造成青藏高原東北部出現(xiàn)一定幅度的隆升，尤其是青藏高原東北部邊緣祁連山地區(qū)的明顯隆升，前者使走廊盆地形成了一系列斷陷盆地，后者使其抬升為陸，成為剝蝕區(qū)，造成區(qū)內(nèi)普遍缺失上白堊統(tǒng)［7-10］。

圖1 甘肅省西部早白堊世沉積盆地分布和剖面位置圖Fig．1 Outline map showing both the distribution of sedimentary basins of the Early Cretaceous in the western part of Gansu province and the cross-section location

鸚鴿嘴剖面位于張掖市西北部約40 km的鸚鴿嘴水庫附近(圖1)，屬于走廊盆地中部的張掖盆地，向南東至丹霞地質(zhì)公園一帶展布，地層從北西至南東由老變新，露頭出露良好。張掖市鸚鴿嘴剖面白堊系以角度不整合上覆于石炭系淺變質(zhì)巖之上，并被第四系黃土覆蓋。

2 巖相及相序特征

鸚鴿嘴剖面白堊系包括三個組，從下往上依次為赤金堡組、下溝組和中溝組，主要為一套黃褐色和紫紅色色調(diào)碎屑巖地層。通過野外露頭觀察和室內(nèi)分析，根據(jù)巖性組合和沉積構(gòu)造特征，筆者將鸚鴿嘴剖面白堊系碎屑巖地層進(jìn)一步劃分為沖積扇和洪積扇、辮狀河、曲流河、湖泊和干旱湖泊5個相帶。

2．1 沖積扇和洪積扇相

沖積扇和洪積扇相地層主要由黃褐色或紫紅色塊狀含粗砂中—細(xì)礫巖組成，夾少量灰黃色及紫紅色透鏡層狀含礫砂巖(圖2)。由中—細(xì)礫、砂和泥雜亂堆積而成，單元層下部主要為含粗砂中—細(xì)礫巖，向上逐漸過渡為砂泥質(zhì)細(xì)礫巖，構(gòu)成下粗上細(xì)的沉積序列。礫石大小不一，多在0．5～8 cm之間，最大可達(dá)15 cm，分選性差，磨圓度中等，雜基支撐結(jié)構(gòu)，多呈厚層塊狀發(fā)育。研究區(qū)沖積扇和洪積扇相主要包括泥石流亞相和辮狀河道亞相，部分地區(qū)出現(xiàn)漫流亞相。

(1)泥石流亞相 為一套黃色或紫紅色巨厚層塊狀含粗砂礫巖，礫、砂、泥混雜堆積，分選性差，礫石大部分為次棱角狀，磨圓度差，塊狀構(gòu)造(圖2a)，系扇體根部地勢比較陡峭處的重力流沉積，常被暴雨、構(gòu)造等活動引發(fā)。

(2)河道亞相 主要為灰紅色、灰黃色含礫砂巖層，可見沖刷面構(gòu)造，一般以透鏡層或透鏡體的形態(tài)夾于厚層塊狀礫巖層中(圖2a)。

(3)漫流亞相 常伴隨河道沉積出現(xiàn)，以灰紅色砂泥巖、粉砂巖為主，系水流漫溢出水道時，水流速度降低所沉積的細(xì)粒沉積物(圖2b，c)。

2．2 河流沉積體系

2．2．1 辮狀河相

辮狀河相地層主要由黃褐色或紫紅色厚層含礫粗砂巖或砂質(zhì)礫巖，與灰黃色或紫紅色中薄層泥質(zhì)砂巖互層構(gòu)成的韻律層組成(圖3a，b，c)，下部含細(xì)礫粗砂巖或砂質(zhì)礫巖單元層厚一般在80～120 cm之間，發(fā)育沖刷面，沖刷面之上富集礫石和粗砂;上部泥質(zhì)砂巖單元層厚一般在10～30 cm之間。辮狀河相可以進(jìn)一步分為河道亞相和泛濫平原亞相。

(1)河道亞相 主要為黃褐色厚層塊狀礫質(zhì)砂巖或砂質(zhì)礫巖，發(fā)育板狀交錯層理，偶見槽狀交錯層理和楔狀交錯層理，單層厚度一般大于1 m，呈塊狀產(chǎn)出，底部普遍發(fā)育沖刷構(gòu)造，沖刷面之上礫石相對富集(圖3b，c)。

(2)泛濫平原亞相 主要為灰黃色中厚層或中薄層泥質(zhì)砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育砂質(zhì)紋層或水平層理，單層厚度一般不超過40 cm。

圖2 沖積扇和洪積扇相沉積示意圖及地層特征a．泥石流相地層，夾河道亞相地層;b．泥石流亞相，夾漫流亞相地層;c．照片b的局部放大Fig．2 The sedimentary schematic and stratigraphic characteristics of alluvial facies strata

2．2．2 曲流河相

研究區(qū)內(nèi)白堊系剖面普遍發(fā)育曲流河相沉積，主要由灰紅色或灰黃色中厚層含細(xì)礫中粗粒雜砂巖、灰紅色中薄層泥質(zhì)砂巖、灰紅色中厚層砂質(zhì)泥巖三種巖石單元構(gòu)成的韻律層組成(圖3d)。下部砂巖單元層厚一般在30～50 cm之間，少數(shù)可達(dá)1 m，發(fā)育沖刷面，沖刷面之上富集細(xì)礫石和粗砂;中部泥質(zhì)砂巖單元層厚一般在10～30 cm之間;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚一般在40～70 cm之間。曲流河相也可以進(jìn)一步分為河道亞相和泛濫平原亞相。

(1)河道亞相 主要為灰紅色或灰黃色中厚層含礫砂巖組成，夾少量薄層泥質(zhì)砂巖，發(fā)育板狀交錯層理，單層厚度一般小于1 m。底部可見沖刷構(gòu)造，沖刷面之上細(xì)礫石和粗砂相對富集。

(2)泛濫平原亞相 主要為灰紅色泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育砂質(zhì)紋層或水平層理，夾少量砂巖透鏡體和透鏡層，單層厚度一般不超過40 cm。

2．3 湖泊相

鸚鴿嘴剖面白堊紀(jì)地層普遍發(fā)育湖泊相沉積，主要包括濱湖相風(fēng)成沙丘亞相、濱淺湖亞相、和干旱湖泊相。

圖3 河流沉積體系地層特征a．辮狀河相地層;b，c．照片a中河道沉積的局部放大，夾細(xì)礫巖透鏡層;d．曲流河相地層，具有典型的“二元結(jié)構(gòu)”Fig．3 The characteristics of braided and meandering fluvial facies strata

2．3．1 濱湖相風(fēng)成沙丘亞相

風(fēng)成沙丘是在風(fēng)力作用下搬運并堆積而成的丘狀砂質(zhì)沉積，主要沉積物為中—細(xì)粒砂巖、粉砂巖，穩(wěn)定礦物組分多，黏土含量低，成熟度高，分選性好，顆粒磨圓度高。

鸚鴿嘴剖面白堊紀(jì)風(fēng)成砂巖主要為濱湖相風(fēng)成沙丘，主要為磚紅色及桔紅色厚層塊狀交錯層理中粗粒砂巖，夾薄層紅色泥巖(圖4a)。其中，下部砂巖單元層厚90～180 cm，部分可達(dá)2～3 m，為典型的風(fēng)成砂巖;上部泥巖單元層厚2～5 cm。這些膠結(jié)疏松的磚紅色風(fēng)成砂巖，主要為中細(xì)粒砂巖，具有典型的“小米種子(millet seed)”結(jié)構(gòu)［34］，是炎熱干旱氣候背景下的產(chǎn)物。研究區(qū)風(fēng)成砂巖組分主要為石英顆粒，磨圓度和分選性較好，鈣質(zhì)膠結(jié)物發(fā)育(圖4b，c);另外，顆粒普遍被紅色泥套包裹，這些紅色泥套物質(zhì)成分復(fù)雜，既有SiO2沉淀，又有鐵、錳等氧化沉淀物，它們以膠體形式存在，在搬運的過程中可以黏附許多物質(zhì)，其中以粉塵中的黏土為主，形成泥套，并且在次生氧化作用下變成紅色(圖4b，c)。

2．3．2 濱淺湖亞相

鸚鴿嘴剖面白堊系普遍發(fā)育濱淺湖相沉積，主要由灰紫色中薄層含礫砂巖或泥質(zhì)砂巖，與厚層灰紫色或黃綠色砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。下部泥質(zhì)砂巖單元層厚10～30cm，局部見河道相中粗粒雜砂巖透鏡體和透鏡層;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚70～90 cm。

圖4 湖泊相地層特征a，b，c．濱湖相風(fēng)成砂巖;b，c．風(fēng)成砂巖的顯微照片，顆粒周邊發(fā)育鐵質(zhì)氧化圈，被鈣質(zhì)膠結(jié)物膠結(jié);b．正交光照片;c．單偏光照片;d．濱淺湖相地層;e．干旱湖泊地層Fig．4 The characteristics of lacustrine strata

2．4 干旱湖泊相

鸚鴿嘴剖面白堊系發(fā)育干旱湖泊相沉積，主要由磚紅色中厚層塊狀泥質(zhì)砂巖，與厚層豬肝色及紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部泥質(zhì)砂巖單元層厚一般在30～50 cm之間;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚一般在50～80 cm之間。

3 鸚鴿嘴剖面白堊系層序地層劃分

以沉積相及其有序疊加形式為基礎(chǔ)，通過對層序界面的識別，運用層序地層學(xué)理論和方法，筆者對鸚鴿嘴剖面白堊系進(jìn)行了層序地層劃分，共識別出10個三級層序(S．1—S．10)。這些三級層序兩分性明顯，都由低可容納空間體系域(LAST)和高可容納空間體系域(HAST)兩個非常規(guī)體系域組成，且?guī)r性組合相似，沉積環(huán)境均為基準(zhǔn)面逐漸上升的沖積扇—辮狀河—曲流河—湖泊，形成退積序列，其中LAST主要由沖積體系的粗碎屑沉積物構(gòu)成，包括沖積扇、辮狀河和曲流河相地層;HAST主要由湖泊相細(xì)粒沉積物組成(圖5)。三級層序界面為湖相細(xì)粒沉積物向沖積扇或辮狀河相粗碎屑地層轉(zhuǎn)變的面，一般表現(xiàn)為湖相泥質(zhì)巖突變?yōu)榇筇缀駥訅K狀礫巖層，沖刷面非常發(fā)育。

S．1—S．4 的低可容納空間體系域(LAST)，自下而上由沖積扇和洪積扇相、辮狀河相、曲流河相沉積組成。但是由于第四系覆蓋，該剖面未見底，所以未觀察到S．1底部的沖積扇和洪積扇相礫巖層;另外，S．2和S．4不發(fā)育曲流河相地層。沖積扇和洪積扇相沉積主要由灰黃色及黃褐色塊狀中細(xì)粒礫巖組成，夾灰黃色粗砂巖透鏡體和透鏡層(圖6a)。礫巖層單元層厚2～4 m，礫石大小為0．5～5 cm，礫石間為砂質(zhì)充填，礫石多為次棱角狀及次圓狀，含量大于75%(圖6b)。辮狀河相沉積，主要由灰黃色厚層塊狀含礫砂巖與灰黃色中薄層泥質(zhì)砂巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含礫砂巖層厚80～190 cm，發(fā)育沖刷面及大型交錯層理，沖刷面之上充填和富集礫石;上部砂巖單元層厚10～30 cm。曲流河相沉積主要由灰黃色厚層含礫中粗粒砂巖、灰黃色及黃褐色中厚層中粗粒泥質(zhì)砂巖、灰黃色及黃褐色砂質(zhì)泥頁巖構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含礫中粗粒砂巖單元層厚90～280 cm;中部泥質(zhì)砂巖單元層厚40～70 cm;上部砂質(zhì)泥頁巖單元層厚10～30 cm。高可容納空間體系域(HAST)為濱湖相風(fēng)成沙丘或濱淺湖相沉積。濱湖相風(fēng)成沙丘，主要由灰色中薄層粗砂質(zhì)細(xì)礫巖與厚層塊狀大型交錯層理中粗粒砂巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部砂礫巖單元層厚10～30 cm，底部為沖刷面，組成間歇性河流沉積;上部砂巖單元發(fā)育大型交錯層理，局部見漂浮狀產(chǎn)出的細(xì)礫石，層厚2～4 m。濱淺湖相沉積主要由灰紫色及紫紅色中薄層含細(xì)礫粗砂巖、紫紅色中薄層中細(xì)粒砂巖、紫紅色中薄層砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的韻律層組成(圖6c)。其中，下部含細(xì)礫粗砂巖單元層厚10～30 cm;中部中細(xì)粒砂巖單元層厚10～30 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚10～30 cm。

S．5—S．6的 HAST不發(fā)育風(fēng)成砂巖，頂部為灰黑色炭質(zhì)泥巖，并以此與赤金堡組下部的四個三級層序相區(qū)別。

S．5的低可容納空間體系域(LAST)，自下而上由沖積扇和洪積扇相、辮狀河相沉積組成。沖積扇和洪積扇相，沉積主要由灰黃色塊狀細(xì)礫巖與灰黃色中厚層細(xì)礫粗砂巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部礫巖單元層厚3～6 m;上部細(xì)礫粗砂巖單元層厚30～50 cm，發(fā)育交錯層理。辮狀河相沉積，主要由灰黃色厚層含細(xì)礫粗砂巖、灰黃色中厚層泥質(zhì)砂巖、灰黃色及黃褐色中薄層砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含細(xì)礫粗砂巖單元層厚50～100 cm;中部泥質(zhì)砂巖單元層厚30～50 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚10～30 cm。高可容納空間體系域(HAST)為濱淺湖相沉積組成，主要由灰黃色中薄層含細(xì)礫粗砂巖、灰黃色中薄層砂巖、灰黑色中厚層含炭質(zhì)泥巖構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含細(xì)礫粗砂巖單元層厚多為10～30 cm，少數(shù)可達(dá)50～70 cm;中部砂巖單元層厚20～40 cm;上部含炭質(zhì)泥巖單元層厚50～120 cm。

S．6的低可容納空間體系域(LAST)由辮狀河相和曲流河相沉積組成。辮狀河相沉積，主要由灰黃色及黃褐色厚層含細(xì)礫粗砂巖、黃褐色中厚層泥質(zhì)砂巖、灰黃色中薄層砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含細(xì)礫粗砂巖單元層厚60～90 cm;中部泥質(zhì)砂巖單元層厚30～50 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚10～30 cm。曲流河相沉積，主要由灰黃色中厚層中粗粒砂巖與黃褐色中薄層砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部中粗粒砂巖單元層厚40～80 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚10～30 cm。高可容納空間體系域(HAST)為濱淺湖相沉積，主要由灰黃色中薄層泥質(zhì)砂巖與灰黑色砂質(zhì)碳質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部砂巖單元層厚10～30 cm;上部碳質(zhì)泥巖單元層厚40～80 cm。

S．7的低可容納空間體系域(LAST)為辮狀河相沉積，主要由灰黃色中厚層粗砂巖，與灰黃色中薄層砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。下部砂巖單元層厚40～80 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚20～40 cm。高可容納空間體系域(HAST)為濱湖相風(fēng)成沙丘沉積，主要由灰色及雜色中薄層含細(xì)礫粗砂巖，與淺灰色厚層塊狀交錯層理互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部粗砂巖單元多為透鏡體，厚5～30 cm;上部砂巖單元層厚1～2 m，膠結(jié)疏松，發(fā)育大型交錯層理。

S．8的低可容納空間體系域(LAST)為曲流河相沉積，主要由灰黃色中薄層含礫中粗粒砂巖、灰黃色中薄層泥質(zhì)砂巖、灰黃色中厚層砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部含礫中粗粒砂巖單元層厚10～30 cm;中部泥質(zhì)砂巖單元層厚10～30 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚30～50 cm。高可容納空間體系域(HAST)由濱湖相和干旱湖泊相沉積組成。濱淺湖相地層主要由灰色中薄層泥質(zhì)細(xì)砂巖，與紫紅色中厚層粉砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部泥質(zhì)細(xì)砂巖單元層厚10～30 cm;上部粉砂質(zhì)泥巖單元層厚30～50 cm。干旱湖泊沉積，主要由磚紅色塊狀泥巖與灰紅色中厚層粉砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。

圖5 鸚鴿嘴剖面白堊系層序地層劃分［35］Fig．5 The sequence stratigraphic division of Cretaceous in Yinggezui cross-section

S．9—S．10的低可容納空間體系域(LAST)為曲流河相沉積，主要由灰黃色及土黃色中厚層泥質(zhì)砂巖與黃褐色中薄層砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部泥質(zhì)砂巖單元層厚30～50 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚10～30 cm。高可容納空間體系域(HAST)為濱淺湖相沉積，主要由灰黃色中薄層泥質(zhì)砂巖與黃褐色中厚層砂質(zhì)泥巖互層構(gòu)成的韻律層組成。其中，下部泥質(zhì)砂巖單元層厚10～30 cm;上部砂質(zhì)泥巖單元層厚40～70 cm。該層頂部被第四系黃土覆蓋，未到頂。

圖6 鸚鴿嘴剖面白堊系赤金堡組中下部地層特征a．底部沖積扇相礫巖地層;b．照片a的局部放大;c．濱淺湖相地層Fig．6 The characteristics of the low-middle Chijinpu Formation in Yinggezui cross-section

4 層序地層序列與祁連山隆升的沉積學(xué)響應(yīng)

盆地往往與造山運動相伴而生，兩者存在密切的成因關(guān)系，造山運動不僅可以形成前陸盆地，同時還可以為盆地提供大量沉積物，所以盆地充填序列往往是構(gòu)造運動的物質(zhì)表現(xiàn)［36-48］。因此，造山帶與沉積盆地存在耦合關(guān)系，即受控于統(tǒng)一的地球動力學(xué)系統(tǒng)，在運動方式成鏡像或其他協(xié)調(diào)的方式形成的一對盆地和造山帶中，統(tǒng)一的地球動力學(xué)背景是盆山耦合的原因和基礎(chǔ)［49］。造山帶的構(gòu)造演化對盆地的沉降和沉積物類型有非常強(qiáng)烈的控制作用，而盆地本身的發(fā)展也對山脈隆升和剝蝕施加影響［50］。因此，鑒于兩者的這種鏡像關(guān)系，通過對地層的綜合研究來推測造山帶的構(gòu)造演化具有切實可行的理論基礎(chǔ)。

在上文對鸚鴿嘴剖面白堊紀(jì)地層系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，下文對研究區(qū)白堊系的階段性沉積特征轉(zhuǎn)變進(jìn)行總結(jié)，并從層序形成機(jī)制和氣候轉(zhuǎn)變的角度對白堊紀(jì)祁連山的階段性隆升特征進(jìn)行了推測。

4．1 鸚鴿嘴剖面白堊紀(jì)地層特征

鸚鴿嘴剖面白堊系可以分為3個沉積階段，即赤金堡組沉積期、下溝組沉積期和中溝組沉積期。

赤金堡組分兩部分，中下部4個三級層序(S．1—S．4)以發(fā)育大套濱湖相風(fēng)成砂巖為特征區(qū)別于上部的2個三級層序(S．5和 S．6)。另外，S．5和 S．6的HAST為灰黑色炭質(zhì)泥巖地層組成的濱淺湖沉積。下溝組以紅層沉積的發(fā)育為特征，主要由河流相砂巖層、濱淺湖相砂泥巖層和干旱湖泊相泥巖層組成，其中干旱湖泊相泥巖層中偶見石膏透鏡體和透鏡層，最為典型的是發(fā)育大量濱湖相風(fēng)成砂巖，成為區(qū)域性地層對比的重要標(biāo)志。中溝組主要由辮狀河和濱淺湖相地層序列組成，辮狀河相粗碎屑地層組成三級層序的LAST單元，濱淺湖相細(xì)碎屑地層構(gòu)成三級層序的HAST單元。與赤金堡組和下溝組相比，湖泊相細(xì)碎屑沉積地層明顯增厚。

綜上所述，研究區(qū)的下白堊統(tǒng)，在厚度較為穩(wěn)定而且沉積相特征相對較為一致的中溝組之下，發(fā)育了一個較為特殊的風(fēng)成砂巖沉積序列。如果根據(jù)中溝組三級層序的LAST不發(fā)育沖積扇礫巖以及HAST中風(fēng)成砂巖缺乏的特點，將其解釋為潮濕氣候背景下的產(chǎn)物;那么，下溝組紅層地層組成的風(fēng)成砂巖序列，則代表了干旱氣候背景下的沉積序列。因此，鸚鴿嘴剖面下白堊統(tǒng)中特殊的沉積相構(gòu)成所表征的層序地層序列，成為典型的白堊紀(jì)溫室效應(yīng)時期特殊的大氣環(huán)流格局影響下、受區(qū)域構(gòu)造運動控制的陸相層序地層序列。

4．2 層序形成機(jī)理與祁連山隆升的沉積學(xué)響應(yīng)

鸚鴿嘴剖面白堊系的每一個三級層序，都形成于基準(zhǔn)面逐漸上升的過程，構(gòu)成總體向上變細(xì)的沉積序列，為山前凹陷快速填充過程的產(chǎn)物，這符合許多學(xué)者［51-54］所倡導(dǎo)的陸相層序模式，尤其是陸相層序的非常規(guī)體系域劃分，即 LAST和 HAST概念體系［26-27，55-57］。但是，從 LAST 階段的沖積體系到 HAST階段的湖泊體系所組成的沉積序列，以及大套風(fēng)成砂巖地層的出現(xiàn)，又與前人基于河流沉積樣式的“非常規(guī)體系域”概念框架存在很大差異，代表特殊的構(gòu)造和氣候背景下形成的碎屑巖沉積序列。該復(fù)雜構(gòu)造和氣候背景主要包括:①差異性構(gòu)造運動，可以控制沉積物供給和河流梯度變化，并通過調(diào)整可容納空間大小控制層序的發(fā)育形態(tài);②氣候旋回，可以改變河流排泄量和沉積載荷形式。赤金堡組中下部和中溝組出現(xiàn)的紅色色調(diào)風(fēng)成砂巖地層，可以解釋為祁連山快速隆升，在背風(fēng)坡形成的“焚風(fēng)效應(yīng)”產(chǎn)物。“焚風(fēng)效應(yīng)”是指氣流翻過山嶺時在背風(fēng)坡絕熱下沉而形成干熱的風(fēng)。總之，在研究區(qū)構(gòu)造運動對層序的發(fā)育發(fā)揮主導(dǎo)作用，氣候旋回扮演輔助者的角色。根據(jù)鸚鴿嘴剖面白堊系沉積特征的階段性變化，以及三級層序構(gòu)架單元的有序疊加樣式，推測祁連山在早白堊世經(jīng)歷了下列四個隆升階段。

第一，祁連山幕式隆升階段。在早白堊世早期的赤金堡組沉積期，祁連山的幕式加載和隆升造成山前撓曲沉降，形成沉積物可容納空間，并且由于隆升高度不足以阻擋來自西南方向的暖濕氣流而造成較大的降雨量，所以赤金堡組的三級層序下部的LAST基本上都由大套沖積扇相礫巖層和辮狀河相砂巖層組成。隨著祁連山的持續(xù)隆升和山前坳陷盆地的不斷下降，增大的地形高差阻擋了西南方向的暖濕氣流，并在背風(fēng)坡產(chǎn)生“焚風(fēng)效應(yīng)”，堆積了一套濱湖相風(fēng)成砂巖組成的HAST單元。這種加載隆升過程形成了赤金堡組中下部的4個三級層序(S．1—S．4)。隨著時間推移，祁連山隆升的強(qiáng)度有所減弱，地形高差減小，無法阻擋西南方向的暖濕氣流，所以赤金堡組上部的2個三級層序(S．5和S．6)的HAST為濱淺湖相灰黑色炭質(zhì)泥巖，不發(fā)育風(fēng)成砂巖。

第二，祁連山快速加載隆升階段。侏羅紀(jì)末期至白堊紀(jì)，岡底斯地塊與北方大陸的碰撞，造成青藏高原南部一定幅度的隆升，并在青藏高原東北方向產(chǎn)生“焚風(fēng)效應(yīng)”而造成干旱氣候在歐亞大陸擴(kuò)展［58-59］。類似的情況也可能出現(xiàn)在早白堊世下溝組沉積期，因為經(jīng)過赤金堡組沉積期的隆升，祁連山已經(jīng)上升到一定高度，阻止了西南方向暖濕氣流的侵入，所以祁連山背風(fēng)坡的斷陷盆地，在“焚風(fēng)效應(yīng)”的影響下，堆積了大套磚紅色濱湖相風(fēng)成砂巖地層，構(gòu)成下溝組三級層序中特殊的HAST單元。

第三，祁連山均衡穩(wěn)定隆升階段。中溝組沉積期，祁連山進(jìn)入了均衡穩(wěn)定的隆升階段，隆升過程趨于穩(wěn)定，隆升強(qiáng)度和幅度減弱，隆升高度減小，未能阻擋來自西南方向的暖濕氣流，從而使研究區(qū)轉(zhuǎn)變成一個潮濕氣候背景，所以中溝組不發(fā)育風(fēng)成砂巖，并且山前沉積盆地相對更加穩(wěn)定，堆積了大套湖泊相地層。

第四，祁連山卸載階段。在早、晚白堊世過渡期，全球巖石圈進(jìn)入了異常活躍期，大洋高速擴(kuò)張以及大型火成巖省的發(fā)育是該階段的主要特征［59-61］。在此背景下，作為青藏高原北緣邊界的祁連山逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾遁d過程。山前擠壓撓曲逐漸轉(zhuǎn)變成地殼均衡反彈的作用過程，使研究區(qū)地殼區(qū)域性抬升為剝蝕區(qū)，故張掖市鸚鴿嘴剖面不發(fā)育上白堊統(tǒng)。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)早白堊世地層發(fā)育受祁連山階段性隆升控制，形成了一套特征迥異的碎屑巖地層，從下往上可以劃分為赤金堡組、下溝組和中溝組，其形成環(huán)境可以歸納為沖積扇和洪積扇、辮狀河、曲流河、湖泊和干旱湖泊5個相帶。

(2)鸚鴿嘴剖面下白堊統(tǒng)，自下往上可以識別出10個三級層序，每個三級層序都包括LAST和HAST兩個非常規(guī)體系域。其中部分三級層序底部發(fā)育沖積扇相礫巖層，頂部出現(xiàn)濱湖相風(fēng)成砂巖層，成為研究構(gòu)造控制的陸相層序劃分的一個典型實例。

(3)從層序形成的階段性特征可以看出，研究區(qū)早白堊世經(jīng)歷了從半干旱氣候—干旱氣候—潮濕氣候的演變，同時也在一定程度上反映出祁連山幕式隆升—快速隆升—均衡穩(wěn)定隆升的階段性隆升特征。其中，風(fēng)成砂巖是祁連山隆升過程中形成的“焚風(fēng)效應(yīng)”的產(chǎn)物，是氣候轉(zhuǎn)變的典型物質(zhì)記錄。在早、晚白堊世的過渡階段，祁連山的快速強(qiáng)烈隆升造成研究區(qū)地殼區(qū)域性抬升，轉(zhuǎn)變?yōu)閯兾g區(qū)，所以整體缺失上白堊統(tǒng)?？傊?，鸚鴿嘴剖面下白堊統(tǒng)層序地層序列，是特殊的構(gòu)造運動和氣候背景控制下的產(chǎn)物，與祁連山的階段性隆升具有沉積學(xué)上的響應(yīng)關(guān)系。

(4)將鸚鴿嘴剖面下白堊統(tǒng)三級層序的形成機(jī)制及沉積相單元與祁連山的階段性隆升結(jié)合起來分析，對今后區(qū)域性構(gòu)造活動與地層堆積的復(fù)雜響應(yīng)機(jī)制的研究具有重要的借鑒意義。希望本文起到拋磚引玉的作用，可以為祁連山隆升乃至青藏高原隆升的沉積學(xué)及環(huán)境效應(yīng)的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)資料。

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