扬子北缘镇巴—高川地区两类不同二叠系对比及区域构造意义

李瑞保,裴先治,刘战庆,李佐臣,丁仨平,陈有,刘智刚,张晓飞,陈国超

(1.长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西西安710054;2.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安710054)

0 引言

陕西镇巴—高川地区位于南秦岭造山带与扬子地块衔接过渡部位,处于南大巴山弧形构造带北段,西侧为米仓山近东西向构造带与南大巴山近南北向构造带叠加转换部位,东侧为北大巴山构造带。前人对该地区地层和构造特征已进行了较多研究,并取得了一系列重要进展[1-11]。然而,前人对研究区内两类岩石组合特征不同的二叠系并未给予足够重视,对于镇巴地区二叠系碳酸盐岩地层单位的划分基本没有分歧,与整个扬子地区划分一致;而对于高川地区二叠系的划分却没有定论:陕西省185煤田地质队在1979年最早建立二叠系郭家垭组,并认为其代表二叠纪晚期沉积[12];陕西省地质矿产局在《陕西省区域地质志》中曾将其划归为上二叠统[8];陕西省地质矿产局在《陕西省岩石地层》中认为,高川一带二叠纪地层纵向上分布规律不明显,如果再进行过细划分,将给区域对比带来很大困难,因此将原郭家垭组涵义扩大,统归为二叠系[9]。

这两类二叠系现今虽然在区域分布上紧邻,但其截然不同的岩石组合特征显然指示其曾位于不同的构造古地理环境中。孟庆任等认为高川盆地沉积体系的演变指示了一种断陷或伸展盆地的发展过程,二叠纪盆地在断裂作用和区域性海平面上升的共同控制下表现为一个明显的加深过程[13];张国伟等研究认为高川盆地的沉积岩系属于勉略构造带东延在沉积方面的证据[14-15];近来有学者从构造变形的角度指出,高川岩片是大巴山冲断推覆过程中从原勉略缝合带中挤过来的一片,其现今位置不能代表勉略带向东的延伸[3]。因此,对这两类性质不同的二叠系进行对比研究,不仅具有岩相学、沉积学等方面的意义,而且对其沉积-构造环境的探讨有助于合理认识秦岭造山带晚古生代的构造格局和地质演化,同时对认识华南地区晚古生代古特提斯扩张裂解也给予重要启示。

1 二叠系分布范围

研究区地层总体属于扬子地层分区和南秦岭北大巴山地层分区。经区域地层对比研究,研究区内扬子地层分区由西向东包括3个地层小区:司上—镇巴断裂以西为米仓山地层小区,司上—镇巴断裂和兴隆断裂之间为星子山地层小区,兴隆断裂与观音—熨斗断裂之间为禇河地层小区;观音—熨斗断裂以东则属于南秦岭北大巴山地层分区(图1)。扬子地层分区基本属于沉积岩区,地层序列除褚河地层小区之外,在区域上表现为整体缺失泥盆系和石炭系沉积;南秦岭北大巴山地区在岩石组合上则与前者迥然不同,以发育早古生代浅变质沉积地层和基性岩墙群为特色,并缺失晚古生代地层。研究区二叠系由西向东分布在米仓山、星子山和褚河3个地层小区。米仓山地层小区二叠系包括下二叠统梁山组(P1l)、中下二叠统阳新组(P1-2y)及上二叠统吴家坪组(P3w);星子山地层小区的二叠系特征与米仓山地层小区相似,仅下二叠统梁山组未出露。禇河地层小区二叠系未分统称为二叠系郭家垭组(Pg)。二叠系地层划分沿革如表1。

米仓山地层小区二叠系梁山组、阳新组和吴家坪组主要出露于镇巴县九龙寨、向阳乡和何家营一带,构造位置处于复式褶皱的核部;星子山地层小区二叠系阳新组和吴家坪组主要出露于兴隆断裂西盘的麦子坪、灵济乡和丁家坪一带;禇河地层小区二叠系郭家垭组主要出露于下高川—五里坝一带。如把研究区视野扩大到扬子北缘南大巴山及米仓山一带,可以见到二叠系在南大巴山构造带的冲断褶皱带、逆冲推覆扩展变形带及米仓山短轴背斜两翼均有出露。在南大巴山前陆褶皱冲断带主要与大巴山弧形断裂走向协调一致,呈现出北西—南东向弧形弯曲的形态。在米仓山地区,二叠系地层走向近东西向。在米仓山东段与南大巴山西段构造交接区,二叠系地层走向因受晚期南大巴山构造改造而呈现近南北向展布[6-7]。

表1 镇巴—高川地区二叠系划分沿革Tab.1 Stratigraphic Division and Evolution of Permian in Zhenba-G aochuan Area

图1 镇巴地区及邻区二叠系分布Fig.1 Distribution of Permian Strata in Zhenba Area and Its Adjacent Area

2 二叠系地层剖面与岩石地层特征

2.1 米仓山与星子山地层小区(镇巴地区)二叠系

经实测地层剖面控制,米仓山地层小区内的二叠系与星子山地层小区内的二叠系在岩石组合上极为相似。该区二叠系可细分为下二叠统梁山组、中下二叠统阳新组及上二叠统吴家坪组。地层剖面以镇巴县三溪口剖面为代表(图2),由东向西列述如下。

上覆地层

下三叠统大冶组 厚度大于15.5 m

(14)浅灰—灰白色薄层状灰岩 >12.7 m

整合

上二叠统吴家坪组 厚度为143.07 m

(13)浅灰白色薄层状泥灰岩,具水平纹层构造>12.7 m

(12)浅灰绿色薄层粉砂质泥质页岩 47.27 m

整合

中下二叠统梁山组+阳新组 厚度298.23 m

(11)灰色中厚层状含燧石灰岩 54.73 m

(10)深灰色中厚层状微晶灰岩 13.04 m

(9)浅灰色中厚层状含燧石白云质灰岩15.69 m

(8)灰—深灰色中厚层状灰岩含燧石团块(含碳) 13.46 m

(7)浅灰色厚层状白云质灰岩 4.9 m

(6)灰—深灰色中厚层状灰岩含燧石团块(含碳) 0.14 m

(5)浅灰色中厚层状含燧石白云质灰岩5.94 m

(4)浅灰色中厚层状白云质灰岩 26.44 m

(3)浅灰色中厚层状含燧石白云质灰岩(化石多) 103.73 m

(2)灰色厚层状灰岩(化石多) >60.16 m

平行不整合

下伏地层

下志留统龙马溪组+新滩组 厚度大于49.6 m

(1)灰绿色薄层状粉砂质页岩 >49.6 m

2.2 褚河地层小区(高川地区)二叠系

褚河地层小区二叠系在岩石组合上与前二者差异较大,其岩石地层单元的岩性组合及变化特征以镇巴县火焰溪剖面为代表(图3),高川地区二叠系郭家垭组主要岩石类型为一套深灰—灰黑色含碳细碎屑岩夹少量硅质岩、碳酸盐岩的沉积组合,向下高川镇、五里坝镇一线硅质岩有增多变厚的趋势。据岩石组合特征可以划分为上、下两个岩性段。由北东向南西,剖面列述如下。

上覆地层

下三叠统大冶组 厚度大于12.7 m

图2 镇巴县三溪口二叠系地层剖面Fig.2 Stratigraphic Section of Permian in Sanxikou of Zhenba County

图3 镇巴县火焰溪二叠系郭家垭组实测地层剖面Fig.3 Stratigraphic Section of Guojiaya Formation of Permian in Huoyanxi of Zhenba County

(73)浅灰白色薄层状灰岩 >12.7 m

整合

二叠系郭家垭组上段 厚度481.7 m

(72)灰黄绿色粉砂岩夹薄层灰岩 51.1 m

(71)灰黄绿—灰黄色薄层状钙质泥岩 51.5 m

(70)黑—深灰色薄层状炭质泥岩 86.3 m

(69)灰黄绿色薄层状(钙质)泥岩 89.6 m

(68)灰白—灰色薄层灰岩,黄绿色薄层泥质粉砂岩 77.6 m

(67)深灰—黑色薄层状炭质泥岩,夹有灰岩透镜体 125.6 m

整合

二叠系郭家垭组下段 厚度186.7 m

(66)黑色中薄层状硅质岩,变形强烈 73.5 m

(65)灰黑色细砂岩夹黑色条带团块硅质岩99.3 m

(64)灰黑色薄层状炭质钙质泥岩 13.9 m

整合

下伏地层

上石炭统马平组 厚度65.2 m

(63)灰色中薄层状灰岩夹少量炭质泥岩21.8 m

3 剖面对比及沉积-构造背景

3.1 二叠系剖面对比

图4 镇巴地区二叠系阳新组含燧石条带灰岩Fig.4 Flint-bearing Limestone of Yangxin Formation of Permian in Zhenba Area

镇巴地区(米仓山地层小区与星子山地层小区)二叠系主体以灰岩、白云质灰岩、含燧石条带灰岩(图4)为主,由下至上可分为下二叠统梁山组、中下二叠统阳新组及上二叠统吴家坪组。其中,梁山组古生物较少,仅局部产有少量腕足类(Rhipidomella sp.)和双壳类(Astartella,Parallelodon,A viculopecten),时代属早二叠世早期[8]。中下二叠统阳新组产有丰富的蜓、珊瑚和腕足类化石。下部主要产珊瑚,有 Hayasakaia microspinosa,H.elegantula,Wentzelella subtimorica等;上部以含蜓为主,有Neoschwagerina craticulif era,Verbeekina verbeeki,Chusenellasp.等,时代属早中二叠世[9]。上二叠统吴家坪组中富含蜓类、珊瑚、腕足类化石。前人自下而上建立了L iangshanophyllum带和Codonof usiella带。主要珊瑚分子有L iangshanophyllum sinense,L.lui,Waagenophyllum implex,W.lui, L ophophyllidium kayseri,Paracaniniacf.sinensis var.kaoi,A llotropiophyllum grabari等;蜓类主要分子有Codonof usiella lui,C.tenuissima,Reichelina pulchra等。此外,腕足类有 Tyloplecta yantzeensis,Edriosteges poyangensis,Hay denella wenganensis, Squamularia elegantula 等; 牙 形 刺Neogonodolella。根据古生物组合,吴家坪组时代属晚二叠世早期[8]。另据赵俊兴等研究认为扬子北缘二叠系总体为一套台地相碳酸盐岩沉积[19]。镇巴地区二叠系沉积相类型丰富,据其岩性组合特征及野外沉积构造可识别出的沉积相有潮坪相、局限台地相和开阔台地相。

图5 高川地区二叠系郭家垭组黑色岩系Fig.5 Black Rock Series of Guojiaya Formation of Permian in G aochuan Area

高川地区(禇河地层小区)二叠系与镇巴地区二叠系在地层划分、岩石组合上则明显不同,主体为一套黑色岩系(图5)。据其岩性组合不同可分为上、下两个岩性段:下岩段主要为一套灰黑色细碎屑岩组合,岩石类型有黑色中薄层状硅质岩、灰黑色细粉砂岩夹黑色条带团块硅质岩及硅质结核、灰黑色薄层状碳质钙质泥岩等;上岩段主要为一套暗色细碎屑岩夹少量碳酸盐岩组合,主要岩石类型有黄绿色薄层状泥质粉砂岩、灰黄绿色薄层状钙质粉砂岩、深灰色薄层状碳质泥岩、灰色薄层状灰岩等。郭家垭组含少量生物化石,除下部灰岩夹层中含蜓、珊瑚化石外,主要为头足类、腕足类化石。头足类有 Paragastrioceras,A ltudoceras,A raxoceratidae,Pseudogastrioceras等,蜓类有 Schwangerina等,时间上代表整个二叠纪沉积[9]。结合野外沉积构造特征,郭家垭组可识别出的沉积相有斜坡脚相、半深海—深海盆地相。此外,高川地区二叠系沉积厚度较厚,可能代表了该区相对镇巴地区较快速的沉降与沉积速率(图6)。显然,镇巴地区二叠系与高川地区二叠系横向上是不能对比的,应当为同期异相的产物。

3.2 区域构造意义

综合已有资料,镇巴地区和上扬子北缘广大地区盖层沉积序列为南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系,大范围缺失泥盆系和石炭系。根据地层记录可以说明,在上扬子北缘,区域隆升作用几乎从泥盆纪持续到早二叠世初,造成区域上泥盆系和石炭系缺失。上扬子地区在经历了泥盆纪—石炭纪长期隆起状态之后,早二叠世再次下降海侵,被来自北侧古特提斯有限洋(勉略洋)的海水淹没,沉积了以海陆过渡滨岸相黑色含煤碎屑岩系为特征的下二叠统梁山组,平行不整合于志留系之上。中晚二叠世连续接受了一套稳定的碳酸盐岩沉积。

高川地区发育寒武系、上泥盆统、石炭系、二叠系(郭家垭组)和下中三叠统,缺失部分上寒武统、奥陶系、志留系,上泥盆统与下覆地层呈超覆不整合接触关系,表明寒武纪之后该带曾发生隆起,晚泥盆世下陷接受沉积,其中的二叠系以发育较深水环境的黑色含碳硅质岩和细碎屑岩系为特征,明显不同于上扬子北缘二叠系碳酸盐岩沉积。郭家垭组下部所含的大量硅质岩则很有可能指示了盆地的非补偿性快速沉降。此外,高川五里坝一线以及偏东地区硅质岩含量增多,并且开始呈明显的层状(单层厚5～20 cm)产出,说明海水有变深的趋势。前述两套二叠系岩相的迥异以及两地层小区地层序列的不同等一致说明镇巴和高川两地当时曾分处在不同的沉积-构造环境:以米仓山地层小区和星子山地层小区为代表的物质建造与扬子地块整体升降和海水的频繁进退密切相关,而以褚河地层小区为代表的物质建造则更可能与早期地壳隆升、晚期地壳张裂和海水贯入有关。

区域上,秦岭南缘勉略带一线在地层记录上以缺失上寒武统、奥陶系、志留系和发育晚古生代沉积为特色,这说明勉略带一线在早古生代曾是隆起,泥盆纪开始受古特提斯构造域影响而构造体制发生转化,区域以伸展裂陷为主,南秦岭微地块有从扬子地块裂离的趋势。扬子地块西缘二叠纪峨眉山玄武岩喷发事件也反映了区域伸展作用的普遍性[20]。区域地层综合对比研究发现,勉略带两侧均普遍缺失泥盆纪—石炭纪地层,而勉略带内却从西至东普遍发育具有裂谷型沉积组合特征的泥盆纪—石炭纪地层。高川地区的地层系统与勉略带相似,同样缺失早古生代奥陶纪—志留纪地层而发育晚古生代地层,表明其早期与勉略带有着相似的构造演化史,高川盆地就是在这个时期形成。张国伟等认为,高川盆地的沉积属于勉略带东延在沉积方面的证据[13-14]。胡健民等从构造变形的角度指出,高川岩片是大巴山冲断推覆过程中从原勉略缝合带中挤过来的一片,仅仅是被夹持在大巴山冲断-推覆构造带与大巴山前陆构造带之间的地壳浅层地质体,其现今位置不能代表勉略带向东的延伸[3]。事实上,若不考虑“勉略带东延是否过高川”这一问题,那么有一个结论是可以肯定的,即高川地区物质建造的性质及沉积时代与勉略带大致相同,高川盆地曾经是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期构造改造而残存于现今高川一隅,至于其现今位置能否代表勉略带原位还有待进一步研究确定。

4 结语

(1)镇巴地区二叠纪地层序列为下二叠统梁山组、中下二叠统阳新组和上二叠统吴家坪组;高川地区二叠系未分统称为郭家垭组,据岩石组合不同仅区别为上、下两个岩性段。

(2)研究区两类二叠系发育有截然不同的岩石组合,以镇巴地区为代表的上扬子北缘二叠系主体为一套台地相碳酸盐岩沉积,而高川地区二叠系主要为一套较深水相黑色岩系沉积。二者为同期异相的产物,不能进行横向对比。

(3)两套二叠系岩相的迥异暗示镇巴和高川两地当时曾分处在不同的沉积-构造环境:镇巴周缘以米仓山地层小区和星子山地层小区为代表的物质建造与扬子地块整体升降和海水的频繁进退密切相关,而高川周缘以褚河地层小区为代表的物质建造则更可能与早期地壳隆升、晚期地壳张裂成盆和海水贯入有关。

(4)高川地区地层系统与勉略带相似,其早期与勉略带有着大致相同的构造演化史,也表明高川盆地曾经是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期构造改造而残存于现今高川一隅。

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