0 引言

伊犁盆地南缘，紧邻塔里木地块西北缘，是研究盆山关系的理想区域。近年来，许多学者报道了有关伊犁盆地基底和盆地形成演化的研究成果^[1-13]。西山窑组是伊犁盆地南缘主要的煤—铀(矿)共生层系，关于成煤环境和砂岩铀矿成矿模式，已经取得了共识^[14-22]，然而关于西山窑组沉积环境的判识，长期以来存在争议。李胜祥等^[15]、王勋^[23]、江文剑^[24]提出了西山窑组在南缘地区中西段发育的砂体主要为三角洲平原分流河道微相成因，浅湖沉积体系对砂岩型铀矿成矿不利的观点，邱余波等^[25-26]认为洪海沟地区西山窑组上段为曲流河沉积，可识别出河床滞留沉积、边滩微相，阔斯加尔地区西山窑组下段为扇三角洲前缘沉积，发育水下分流河道和间湾等微相环境。这些争议制约了对伊犁盆地沉积充填的深化研究。本文基于野外实地考察、原始钻孔编录、镜下薄片观察，从地层发育特征、岩石类型、沉积构造等典型沉积相标志出发，绘制连井剖面图、砂地比砂厚图及沉积相平面展布图，系统研究了伊犁盆地南缘西山窑组的沉积环境。

1 区域地质概况

伊犁盆地是一个跨越中国和哈萨克斯坦(主体位于哈萨克斯坦境内)的中新生代大型陆相盆地，在中国境内呈东窄西宽的三角形，面积约4×10⁴ km²，其形成和发展受盆缘断裂控制，归属天山造山带中的伊犁—中天山微板块^{[2, 27]}，北部科古琴博罗科努隆起和南部哈尔克那拉提隆起俯冲碰撞，导致差异抬升，平面结构上别具一格，伊犁盆地由北部褶皱带，中央隆起带，南部褶皱带组成^{[2, 19]}，其中北部褶皱带由伊宁凹陷、尼勒克凹陷、巩乃斯凹陷和阿吾勒凸起4个部分组成，南部褶皱带由昭苏凹陷、阿登套—大哈拉军凸起两个部分组成^[28](图 1)。本文所研究的伊犁盆地南缘地区的侏罗系地层主要为一套陆相含煤碎屑岩建造，自下而上可划分为下侏罗统八道湾组、三工河组，中侏罗统西山窑组及中上侏罗统头屯河组。八道湾组主要发育杂色砾岩和含砾粗砂岩，三工河组主要发育杂色粉砂岩和灰黑色泥岩，夹煤线，灰黑色薄层泥岩风化后呈灰白色，单层厚度可达28 m；西山窑组顶部发育灰白色细砾岩，向下为灰白色、灰黄色中细砂岩，砂质泥岩夹杂煤层，中间发育23 m左右的砖红色烧变岩，由煤自燃形成^[29]，底部为泥岩与褐色粗砂岩的碎屑岩组合，出露完整，厚度约为140 m；上侏罗统头屯河组在区内露头发育不全，多为剥蚀区域，少见清晰露头(图 2)。

2 沉积相标志

通过露头剖面、薄片鉴定和钻井岩芯所获得的沉积体岩性、岩石结构、碎屑颗粒特征、沉积构造、剖面结构特征和古生物等信息是揭示沉积环境最直接的依据，同时，结合粒度分析所表达的水动力环境，准确判识了西山窑组沉积环境。

2.1 颜色

西山窑组主要发育灰色、灰白色、棕红色细砂岩，黄色粉砂岩及浅灰色、灰绿色含碳屑泥岩组合，顶部发育灰白色砾岩或含砾粗砂岩，中部可见砖红色、深褐色烧变岩，新鲜面为褐黄色、砖红色，风化后呈深褐色，颜色变化与其烧变程度有关。夹杂的煤层反映该时期为温暖潮湿气候，其中灰色、浅灰色为砂体原生色，未含铀矿物。不同氧化带颜色不同，氧化带砂体呈现红色，过渡带呈现黄色、浅黄色，还原带保持原生灰色(图 3)。

2.2 岩石学特征

研究区采集砂岩样品镜下鉴定结果显示(图 4)：碎屑成分中(表 1)石英含量较高，达50%~80%，以单晶石英为主，含有少量多晶石英。部分单晶石英可见平直晶面边界，呈不规则六边形，以非波状消光为主；多晶石英多以线接触为主，少见嵌入式接触，粒径在0.3~1.5 mm，表明其主要来源于中酸性火山岩^[31]。样品中岩屑含量较高，约在15%~45%，类型主要为硅质岩屑、砂岩岩屑、流纹岩屑，少量沉积岩屑(图 5)。碎屑粒度大小不一，分选性较差，磨圆中等，粒径介于0.4~1.6 mm，少数可达2 mm以上；长石含量较低，约为5%~8%，以微斜长石为主，具有明显格子双晶，部分绢云母化，呈次圆状，磨圆中等。少数样品发育钙质胶结物、硅质胶结物，多为黏土杂基填隙，黏土矿物中部分已蚀变为伊利石和水云母。总体上，砂岩具有较低的成分成熟度和结构成熟度。

2.3 粒度特征

碎屑岩的粒度特征能够直接有效的反映沉积物被搬运时的水动力强度，是判断介质搬运能力的指标，也是判别碎屑物沉积环境良好的手段^[32]。野外采集的48个砂岩样品的粒度分析计算表明：

细粒级—粉砂级碎屑岩：细粒级碎屑岩粒度分布图表现为两段式(图 6A)，具有明显截点，主要为悬浮次总体和跳跃次总体，缺少滚动次总体，跳跃总体占40%~65%，悬浮总体斜率中等，显示分选良好，跳跃总体斜率变陡，混合度较小，表明分选性较好，粗粒较少，沉积速度慢。频率曲线呈双峰式，偏度0.36，峰度为3.25，偏差1.28，表现为天然堤或次级河道沉积特征。

中—细粒级碎屑岩：中—细粒级碎屑岩粒度分布图表现为三段式(图 6B)，跳跃总体、悬浮总体、滚动总体为主要形式，跳跃总体和滚动主体斜率相近，悬浮总体斜率变缓，跳跃总体累计曲线变陡，混合度逐渐减小，较粗粒级沉积物减少，分选性逐渐变好；相交点ϕ值在2~3之间，呈双峰态，偏度0.4，峰度值3.63，偏差1.21，属正态分布，反映了中等的粒度区间，说明其水动力作用强，水体环境变化频繁，显示出分流河道沉积特征。

粗粒级碎屑岩：粗粒级碎屑岩分布图表现为三段式(图 6C)，表现为跳跃总体、悬浮总体、滚动总体三种形式，悬浮总体斜率平缓，为30°左右，表明分选较差，跳跃总体斜率较大，分选较好，跳跃与悬浮总体相交点ϕ值在2~3之间，跳跃总体含量占30%~70%，其粒度变细，分布范围变窄，滚动总体占比较小，曲线较陡，混合度较小，表明碎屑岩分选较好，滚动颗粒组分变少，沉积时坡度变缓，分选较差；偏度0.11，峰度值1.27，偏差为1.56，反映宽的粒度区间，表现为水下分流河道砂特征。

2.4 原生沉积构造

原生沉积构造是碎屑岩在搬运—沉积过程中所形成的构造，其特征取决于搬运介质的水动力条件，根据保存位置，可以分为层面构造和层理构造。

底面冲刷构造：是水流速度加快，造成对沉积物的冲刷、侵蚀而形成高低不平的沉积样貌，冲刷面再沉积时，被冲刷下来的下伏岩层的碎屑和砾石，堆积后，发育成三角洲相的河道沉积，为西山窑组常见沉积构造(图 7a，e)。

交错层理：通常也称之为斜层理。它是由一系列斜交于层系界面的纹层组成。其特点是细层面与层间的分隔面呈斜交关系，在西山窑组中常见，多见于曲流河河道，发育于中厚层状中粗粒砂岩中。区内多出露大型槽状和板状交错层理，反映水动力条件较强的环境。区内西山窑组多见于曲流河三角洲分流河道中粗粒级碎屑岩中(图 7b)。

水平层理和平行层理：水平层理形成于水动力条件较稳定的环境，细粒沉积物在物质上发生变更，在区内出现较多，常见于粉砂岩，泥岩中；平行层理多发育在砂岩中，在较强的水动力条件下形成，在西山窑组中常与大型交错层理、底冲刷相伴生，砂泥互层现象则多出现于湖泊相中(图 7c，d，f)。

2.5 古生物标志

伊犁盆地中侏罗统西山窑组煤层及泥炭沉积发育，厚度较大，在泥岩中碳质含量较高，古植物茎干化石和植物印痕多处存在，化石纹路清晰可见，反映温暖潮湿气候下的沼泽环境(图 8)。

2.6 剖面结构

剖面结构特征是指垂向上各种沉积特征的综合，是沉积相识别的重要手段^[33](图 9，10)。伊犁盆地南缘西山窑组主要有3种剖面结构类型：向上变细型、向上变粗型、均一型。

向上变细型：西山窑组底部发育一套块状底砾岩，粒度向上逐渐变细，层系变薄，岩性由中、细砂岩过渡为粉砂岩及泥岩，发育平行层理、大型板状交错层理、水平层理。自然伽马值向上逐渐增大，测井曲线表现为钟型，主要出现在水下分流河道微相。

向上变粗型：与向上变细型相反，粒度向上逐渐变粗，层系变红，岩性由泥岩、粉砂岩过渡为中、细砂岩，发育水平层理、渐变成大型板状交错层理。自然伽马值逐渐减小，测井曲线表现为漏斗形态，主要出现在分流河道间微相。

均一型：该类型结构可分为两类，一类多见于中、细粒沉积物中，粉砂岩及泥岩中较少，主要发育平行层理或大型板状交错层理，在测井曲线上表现为箱型，主要出现在分流河道微相中；另一类则发育于泥、粉砂岩中，在西山窑组上部多表现为砂泥互层结构，水平层理发育，测井曲线表现为微齿化平直型，主要出现在分流河道、沼泽等微相中。

通过电阻率曲线可以看出沉积地层的垂直层序(图 9)，底部为砂砾岩、粗砂岩，曲线的幅度最大，且与上部突变型接触十分明显。往上，随着岩性由粗砂岩到中砂岩至细砂岩的过渡，曲线幅值逐渐减小。再往上，岩性过渡为粉砂岩或泥岩，曲线幅值最小。顶部再次出现砂砾岩、粗砂岩，曲线幅值再次增大。总体上，曲流河三角洲纵向上呈沉积物粒度向上变粗的倒粒序(沉积序列)。

3 沉积相分析 3.1 沉积体系探讨

沉积体系是受同一物源和统一水动力系统控制的、成因上有内在联系的沉积体或沉积相在空间上有规律的组合^[32]。三角洲平原最主要沉积特征是沼泽沉积分布广泛，可占三角洲平原亚相沉积面积的90%^[34]。南缘地区发育沉积相类型多样，依据沉积物颜色、岩性，沉积构造、剖面结构、测井特征等多种判别标志，认为西山窑组以发育曲流河三角洲相为主(图 2，9)，其中在三角洲平原亚相中沼泽较发育，发育多套煤线与煤层(图 11)，沼泽相中煤层厚度达到最大，厚度可达10 m以上，顶底面多为黑色炭质泥岩，而在分流河道中的煤多为中厚层，厚度在3~5 m之间，以灰黑色细粉砂岩为主，薄层煤线则以灰黑色粉砂岩为主，夹灰白色中砂岩，多出现在三角洲前缘相中。

3.2 连井剖面特征

通过对研究区60余口钻孔的资料进行分析对比后，选取了ZK线14233—17908—2507—S709—1611孔进行岩性岩相的二维连井剖面分析，连井剖面ZK由西向东，14233孔位位于剖面最西边，砂体发育较好，厚度较大，为分流河道沉积，到17908孔和2507孔，砂体厚度逐渐变薄，为分流间湾沉积，其中沼泽沉积相对稳定，可见有泥岩和煤互层现象。沿东方向，由泥、粉砂、细砂向中粗砂渐变，砂体厚度变大，到1611孔发育大量砾石，砂泥互层等细粒级碎屑逐渐变薄，沉积环境向水下分流河道渐变(图 12)。选取ZKN线2009—2007—161孔进行岩性岩相的二维连井剖面分析，2009孔位于最南端，砂体发育厚度向北逐渐变大，为分流河道沉积，沼泽相发育相对稳定，以灰黑色泥、粉砂岩为主，到最北端161孔，沉积物粒级变粗，出现水下分流河道沉积，沉积环境向三角洲前缘相过渡(图 13)。

3.3 砂体厚度平面展布特征

通过研究区60余口钻孔资料对盆地南缘西山窑组地层发育时期的砂体厚度进行统计分析，对该地区砂体厚度特征进行平面展布(图 14)。砂体展布走向主要沿东西向，该地区内的砂体在横向上具有一定的稳定性和规律性，具有“中间薄，两边逐渐变厚”的特征。砂体底部出现一定的起伏，局部有微凹，自墩买里以西至东部蒙其古尔砂体分布广泛，厚度多为20~40 m之间，部分地区厚度出现60~70 m，甚者达到80 m左右。在渐厚转变的过程，粒级多为中细粒级，水动力条件强，多出现分流河道沉积。砂体厚度较大的地区为北部资料空白区，主要砂体自墩买里沿东向延伸，在阔斯加尔西南部、南部广泛分布。在阿热墩、蒙其古尔、乌库尔其地区出现剥蚀，因此，剥蚀区北翼砂体较薄，向北局部砂体厚度增大，推测砂体分异度较高，出现泥质夹层，发育交错层理，发育水平层理等沉积构造。盆地南缘西山窑组地层厚度比稳定，砂体自身厚度对其所占地层厚度影响较大，主要以14233到ZKN1611线为主，比值在中部有变大趋势，砂地比值在0.3~0.8之间。17908孔东部存在砂地比高值区，往东北部出现砂地比峰值，蒙其古尔东北部也出现小范围高值，三个砂地比高值均出现向北部延伸，砂地比值大于0.6，三个高值区之间为相对较低值区域，砂地比值在0.4左右。

3.4 沉积相展布

西山窑组沉积时期，自西向东，砂体在平面上展布相对连续和稳定，曲流河三角洲发育广泛，是伊犁盆地南缘中下侏罗统最主要的赋矿层系。通过前面分析，已知西山窑组底部为河床沉积的砂砾岩，粗砂岩，西山窑组主要为曲流河三角洲沉积(图 14)。发育三角洲平原、三角洲前缘两种类型的沉积亚相。

三角洲平原亚相：在伊犁盆地南缘三角洲平原广泛发育，自墩买里向东至阔斯加尔西南部，蒙其古尔北部，岩石多呈浅灰色、深褐色，墩买里地区两侧出现大片区域沼泽亚相，煤层发育，分流河道微相为三角洲平原亚相主要变现形式，在乌库尔其以西的阿热墩地段，三角洲平原沉积遭受不同程度的剥蚀，但是也发育有一定规模的水下分流河道。

三角洲前缘亚相：自墩买里沿东至东北向，大面积三角洲前缘相发育，其中水下分流河道在研究区普遍发育，向下延伸至郎卡地区，岩石颜色以灰色为主，粒度适中。三角洲前缘再往北，钻孔资料较少，从已揭穿西山窑组钻孔岩性的变化趋势，以及三角洲沉积体系的发育特征，推测为浅湖亚相沉积。

4 结论

根据对露头和周缘剖面的调查、钻井岩芯资料的分析，获得了伊犁盆地南缘侏罗系西山窑组岩石类型、结构和沉积构造等系列沉积相标志，据此提出：

(1) 伊犁盆地南缘西山窑组沉积时期，主要发育曲流河三角洲沉积体系，以三角洲平原亚相为主，墩买里南部出现平原沼泽含煤沉积，平原分流河道向北延伸至前缘水下分流河道。

(2) 西山窑组砂体分布范围较广，自西起墩买里到东部蒙其古尔均有分流河道砂体发育，且分布较稳定，砂体厚度在20~40 m之间，局部可达到60 m以上；砂体由北向南逐渐变厚，砂地比值在0.3~0.8之间。

(3) 沼泽微相的煤或含煤沉积的泥岩与分流河道(平原或前缘)微相的富铀砂体在空间上呈共存共生关系。从沉积的角度看，这种共生关系是沉积微相分异的结果，因为煤等有机质的吸附和还原作用，这种分异恰好促进了煤、铀的共存富集。