揚(yáng)子北緣鎮(zhèn)巴—高川地區(qū)兩類不同二疊系對比及區(qū)域構(gòu)造意義

李瑞保,裴先治,劉戰(zhàn)慶,李佐臣,丁仨平,陳有,劉智剛,張曉飛,陳國超

(1.長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710054;2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西西安710054)

0 引言

陜西鎮(zhèn)巴—高川地區(qū)位于南秦嶺造山帶與揚(yáng)子地塊銜接過渡部位,處于南大巴山弧形構(gòu)造帶北段,西側(cè)為米倉山近東西向構(gòu)造帶與南大巴山近南北向構(gòu)造帶疊加轉(zhuǎn)換部位,東側(cè)為北大巴山構(gòu)造帶。前人對該地區(qū)地層和構(gòu)造特征已進(jìn)行了較多研究,并取得了一系列重要進(jìn)展[1-11]。然而,前人對研究區(qū)內(nèi)兩類巖石組合特征不同的二疊系并未給予足夠重視,對于鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系碳酸鹽巖地層單位的劃分基本沒有分歧,與整個揚(yáng)子地區(qū)劃分一致;而對于高川地區(qū)二疊系的劃分卻沒有定論:陜西省185煤田地質(zhì)隊在1979年最早建立二疊系郭家埡組,并認(rèn)為其代表二疊紀(jì)晚期沉積[12];陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局在《陜西省區(qū)域地質(zhì)志》中曾將其劃歸為上二疊統(tǒng)[8];陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局在《陜西省巖石地層》中認(rèn)為,高川一帶二疊紀(jì)地層縱向上分布規(guī)律不明顯,如果再進(jìn)行過細(xì)劃分,將給區(qū)域?qū)Ρ葞砗艽罄щy,因此將原郭家埡組涵義擴(kuò)大,統(tǒng)歸為二疊系[9]。

這兩類二疊系現(xiàn)今雖然在區(qū)域分布上緊鄰,但其截然不同的巖石組合特征顯然指示其曾位于不同的構(gòu)造古地理環(huán)境中。孟慶任等認(rèn)為高川盆地沉積體系的演變指示了一種斷陷或伸展盆地的發(fā)展過程,二疊紀(jì)盆地在斷裂作用和區(qū)域性海平面上升的共同控制下表現(xiàn)為一個明顯的加深過程[13];張國偉等研究認(rèn)為高川盆地的沉積巖系屬于勉略構(gòu)造帶東延在沉積方面的證據(jù)[14-15];近來有學(xué)者從構(gòu)造變形的角度指出,高川巖片是大巴山?jīng)_斷推覆過程中從原勉略縫合帶中擠過來的一片,其現(xiàn)今位置不能代表勉略帶向東的延伸[3]。因此,對這兩類性質(zhì)不同的二疊系進(jìn)行對比研究,不僅具有巖相學(xué)、沉積學(xué)等方面的意義,而且對其沉積-構(gòu)造環(huán)境的探討有助于合理認(rèn)識秦嶺造山帶晚古生代的構(gòu)造格局和地質(zhì)演化,同時對認(rèn)識華南地區(qū)晚古生代古特提斯擴(kuò)張裂解也給予重要啟示。

1 二疊系分布范圍

研究區(qū)地層總體屬于揚(yáng)子地層分區(qū)和南秦嶺北大巴山地層分區(qū)。經(jīng)區(qū)域地層對比研究,研究區(qū)內(nèi)揚(yáng)子地層分區(qū)由西向東包括3個地層小區(qū):司上—鎮(zhèn)巴斷裂以西為米倉山地層小區(qū),司上—鎮(zhèn)巴斷裂和興隆斷裂之間為星子山地層小區(qū),興隆斷裂與觀音—熨斗斷裂之間為禇河地層小區(qū);觀音—熨斗斷裂以東則屬于南秦嶺北大巴山地層分區(qū)(圖1)。揚(yáng)子地層分區(qū)基本屬于沉積巖區(qū),地層序列除褚河地層小區(qū)之外,在區(qū)域上表現(xiàn)為整體缺失泥盆系和石炭系沉積;南秦嶺北大巴山地區(qū)在巖石組合上則與前者迥然不同,以發(fā)育早古生代淺變質(zhì)沉積地層和基性巖墻群為特色,并缺失晚古生代地層。研究區(qū)二疊系由西向東分布在米倉山、星子山和褚河3個地層小區(qū)。米倉山地層小區(qū)二疊系包括下二疊統(tǒng)梁山組(P1l)、中下二疊統(tǒng)陽新組(P1-2y)及上二疊統(tǒng)吳家坪組(P3w);星子山地層小區(qū)的二疊系特征與米倉山地層小區(qū)相似,僅下二疊統(tǒng)梁山組未出露。禇河地層小區(qū)二疊系未分統(tǒng)稱為二疊系郭家埡組(Pg)。二疊系地層劃分沿革如表1。

米倉山地層小區(qū)二疊系梁山組、陽新組和吳家坪組主要出露于鎮(zhèn)巴縣九龍寨、向陽鄉(xiāng)和何家營一帶,構(gòu)造位置處于復(fù)式褶皺的核部;星子山地層小區(qū)二疊系陽新組和吳家坪組主要出露于興隆斷裂西盤的麥子坪、靈濟(jì)鄉(xiāng)和丁家坪一帶;禇河地層小區(qū)二疊系郭家埡組主要出露于下高川—五里壩一帶。如把研究區(qū)視野擴(kuò)大到揚(yáng)子北緣南大巴山及米倉山一帶,可以見到二疊系在南大巴山構(gòu)造帶的沖斷褶皺帶、逆沖推覆擴(kuò)展變形帶及米倉山短軸背斜兩翼均有出露。在南大巴山前陸褶皺沖斷帶主要與大巴山弧形斷裂走向協(xié)調(diào)一致,呈現(xiàn)出北西—南東向弧形彎曲的形態(tài)。在米倉山地區(qū),二疊系地層走向近東西向。在米倉山東段與南大巴山西段構(gòu)造交接區(qū),二疊系地層走向因受晚期南大巴山構(gòu)造改造而呈現(xiàn)近南北向展布[6-7]。

表1 鎮(zhèn)巴—高川地區(qū)二疊系劃分沿革Tab.1 Stratigraphic Division and Evolution of Permian in Zhenba-G aochuan Area

圖1 鎮(zhèn)巴地區(qū)及鄰區(qū)二疊系分布Fig.1 Distribution of Permian Strata in Zhenba Area and Its Adjacent Area

2 二疊系地層剖面與巖石地層特征

2.1 米倉山與星子山地層小區(qū)(鎮(zhèn)巴地區(qū))二疊系

經(jīng)實(shí)測地層剖面控制,米倉山地層小區(qū)內(nèi)的二疊系與星子山地層小區(qū)內(nèi)的二疊系在巖石組合上極為相似。該區(qū)二疊系可細(xì)分為下二疊統(tǒng)梁山組、中下二疊統(tǒng)陽新組及上二疊統(tǒng)吳家坪組。地層剖面以鎮(zhèn)巴縣三溪口剖面為代表(圖2),由東向西列述如下。

上覆地層

下三疊統(tǒng)大冶組 厚度大于15.5 m

(14)淺灰—灰白色薄層狀灰?guī)r >12.7 m

整合

上二疊統(tǒng)吳家坪組 厚度為143.07 m

(13)淺灰白色薄層狀泥灰?guī)r,具水平紋層構(gòu)造>12.7 m

(12)淺灰綠色薄層粉砂質(zhì)泥質(zhì)頁巖 47.27 m

整合

中下二疊統(tǒng)梁山組+陽新組 厚度298.23 m

(11)灰色中厚層狀含燧石灰?guī)r 54.73 m

(10)深灰色中厚層狀微晶灰?guī)r 13.04 m

(9)淺灰色中厚層狀含燧石白云質(zhì)灰?guī)r15.69 m

(8)灰—深灰色中厚層狀灰?guī)r含燧石團(tuán)塊(含碳) 13.46 m

(7)淺灰色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r 4.9 m

(6)灰—深灰色中厚層狀灰?guī)r含燧石團(tuán)塊(含碳) 0.14 m

(5)淺灰色中厚層狀含燧石白云質(zhì)灰?guī)r5.94 m

(4)淺灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r 26.44 m

(3)淺灰色中厚層狀含燧石白云質(zhì)灰?guī)r(化石多) 103.73 m

(2)灰色厚層狀灰?guī)r(化石多) >60.16 m

平行不整合

下伏地層

下志留統(tǒng)龍馬溪組+新灘組 厚度大于49.6 m

(1)灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)頁巖 >49.6 m

2.2 褚河地層小區(qū)(高川地區(qū))二疊系

褚河地層小區(qū)二疊系在巖石組合上與前二者差異較大,其巖石地層單元的巖性組合及變化特征以鎮(zhèn)巴縣火焰溪剖面為代表(圖3),高川地區(qū)二疊系郭家埡組主要巖石類型為一套深灰—灰黑色含碳細(xì)碎屑巖夾少量硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖的沉積組合,向下高川鎮(zhèn)、五里壩鎮(zhèn)一線硅質(zhì)巖有增多變厚的趨勢。據(jù)巖石組合特征可以劃分為上、下兩個巖性段。由北東向南西,剖面列述如下。

上覆地層

下三疊統(tǒng)大冶組 厚度大于12.7 m

圖2 鎮(zhèn)巴縣三溪口二疊系地層剖面Fig.2 Stratigraphic Section of Permian in Sanxikou of Zhenba County

圖3 鎮(zhèn)巴縣火焰溪二疊系郭家埡組實(shí)測地層剖面Fig.3 Stratigraphic Section of Guojiaya Formation of Permian in Huoyanxi of Zhenba County

(73)淺灰白色薄層狀灰?guī)r >12.7 m

整合

二疊系郭家埡組上段 厚度481.7 m

(72)灰黃綠色粉砂巖夾薄層灰?guī)r 51.1 m

(71)灰黃綠—灰黃色薄層狀鈣質(zhì)泥巖 51.5 m

(70)黑—深灰色薄層狀炭質(zhì)泥巖 86.3 m

(69)灰黃綠色薄層狀(鈣質(zhì))泥巖 89.6 m

(68)灰白—灰色薄層灰?guī)r,黃綠色薄層泥質(zhì)粉砂巖 77.6 m

(67)深灰—黑色薄層狀炭質(zhì)泥巖,夾有灰?guī)r透鏡體 125.6 m

整合

二疊系郭家埡組下段 厚度186.7 m

(66)黑色中薄層狀硅質(zhì)巖,變形強(qiáng)烈 73.5 m

(65)灰黑色細(xì)砂巖夾黑色條帶團(tuán)塊硅質(zhì)巖99.3 m

(64)灰黑色薄層狀炭質(zhì)鈣質(zhì)泥巖 13.9 m

整合

下伏地層

上石炭統(tǒng)馬平組 厚度65.2 m

(63)灰色中薄層狀灰?guī)r夾少量炭質(zhì)泥巖21.8 m

3 剖面對比及沉積-構(gòu)造背景

3.1 二疊系剖面對比

圖4 鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系陽新組含燧石條帶灰?guī)rFig.4 Flint-bearing Limestone of Yangxin Formation of Permian in Zhenba Area

鎮(zhèn)巴地區(qū)(米倉山地層小區(qū)與星子山地層小區(qū))二疊系主體以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、含燧石條帶灰?guī)r(圖4)為主,由下至上可分為下二疊統(tǒng)梁山組、中下二疊統(tǒng)陽新組及上二疊統(tǒng)吳家坪組。其中,梁山組古生物較少,僅局部產(chǎn)有少量腕足類(Rhipidomella sp.)和雙殼類(Astartella,Parallelodon,A viculopecten),時代屬早二疊世早期[8]。中下二疊統(tǒng)陽新組產(chǎn)有豐富的蜓、珊瑚和腕足類化石。下部主要產(chǎn)珊瑚,有 Hayasakaia microspinosa,H.elegantula,Wentzelella subtimorica等;上部以含蜓為主,有Neoschwagerina craticulif era,Verbeekina verbeeki,Chusenellasp.等,時代屬早中二疊世[9]。上二疊統(tǒng)吳家坪組中富含蜓類、珊瑚、腕足類化石。前人自下而上建立了L iangshanophyllum帶和Codonof usiella帶。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;蜓類主要分子有Codonof usiella lui,C.tenuissima,Reichelina pulchra等。此外,腕足類有 Tyloplecta yantzeensis,Edriosteges poyangensis,Hay denella wenganensis, Squamularia elegantula 等; 牙 形 刺N(yùn)eogonodolella。根據(jù)古生物組合,吳家坪組時代屬晚二疊世早期[8]。另據(jù)趙俊興等研究認(rèn)為揚(yáng)子北緣二疊系總體為一套臺地相碳酸鹽巖沉積[19]。鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系沉積相類型豐富,據(jù)其巖性組合特征及野外沉積構(gòu)造可識別出的沉積相有潮坪相、局限臺地相和開闊臺地相。

圖5 高川地區(qū)二疊系郭家埡組黑色巖系Fig.5 Black Rock Series of Guojiaya Formation of Permian in G aochuan Area

高川地區(qū)(禇河地層小區(qū))二疊系與鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系在地層劃分、巖石組合上則明顯不同,主體為一套黑色巖系(圖5)。據(jù)其巖性組合不同可分為上、下兩個巖性段:下巖段主要為一套灰黑色細(xì)碎屑巖組合,巖石類型有黑色中薄層狀硅質(zhì)巖、灰黑色細(xì)粉砂巖夾黑色條帶團(tuán)塊硅質(zhì)巖及硅質(zhì)結(jié)核、灰黑色薄層狀碳質(zhì)鈣質(zhì)泥巖等;上巖段主要為一套暗色細(xì)碎屑巖夾少量碳酸鹽巖組合,主要巖石類型有黃綠色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、灰黃綠色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖、深灰色薄層狀碳質(zhì)泥巖、灰色薄層狀灰?guī)r等。郭家埡組含少量生物化石,除下部灰?guī)r夾層中含蜓、珊瑚化石外,主要為頭足類、腕足類化石。頭足類有 Paragastrioceras,A ltudoceras,A raxoceratidae,Pseudogastrioceras等,蜓類有 Schwangerina等,時間上代表整個二疊紀(jì)沉積[9]。結(jié)合野外沉積構(gòu)造特征,郭家埡組可識別出的沉積相有斜坡腳相、半深?！詈Ｅ璧叵?。此外,高川地區(qū)二疊系沉積厚度較厚,可能代表了該區(qū)相對鎮(zhèn)巴地區(qū)較快速的沉降與沉積速率(圖6)。顯然,鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系與高川地區(qū)二疊系橫向上是不能對比的,應(yīng)當(dāng)為同期異相的產(chǎn)物。

3.2 區(qū)域構(gòu)造意義

綜合已有資料,鎮(zhèn)巴地區(qū)和上揚(yáng)子北緣廣大地區(qū)蓋層沉積序列為南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系,大范圍缺失泥盆系和石炭系。根據(jù)地層記錄可以說明,在上揚(yáng)子北緣,區(qū)域隆升作用幾乎從泥盆紀(jì)持續(xù)到早二疊世初,造成區(qū)域上泥盆系和石炭系缺失。上揚(yáng)子地區(qū)在經(jīng)歷了泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)長期隆起狀態(tài)之后,早二疊世再次下降海侵,被來自北側(cè)古特提斯有限洋(勉略洋)的海水淹沒,沉積了以海陸過渡濱岸相黑色含煤碎屑巖系為特征的下二疊統(tǒng)梁山組,平行不整合于志留系之上。中晚二疊世連續(xù)接受了一套穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積。

高川地區(qū)發(fā)育寒武系、上泥盆統(tǒng)、石炭系、二疊系(郭家埡組)和下中三疊統(tǒng),缺失部分上寒武統(tǒng)、奧陶系、志留系,上泥盆統(tǒng)與下覆地層呈超覆不整合接觸關(guān)系,表明寒武紀(jì)之后該帶曾發(fā)生隆起,晚泥盆世下陷接受沉積,其中的二疊系以發(fā)育較深水環(huán)境的黑色含碳硅質(zhì)巖和細(xì)碎屑巖系為特征,明顯不同于上揚(yáng)子北緣二疊系碳酸鹽巖沉積。郭家埡組下部所含的大量硅質(zhì)巖則很有可能指示了盆地的非補(bǔ)償性快速沉降。此外,高川五里壩一線以及偏東地區(qū)硅質(zhì)巖含量增多,并且開始呈明顯的層狀(單層厚5～20 cm)產(chǎn)出,說明海水有變深的趨勢。前述兩套二疊系巖相的迥異以及兩地層小區(qū)地層序列的不同等一致說明鎮(zhèn)巴和高川兩地當(dāng)時曾分處在不同的沉積-構(gòu)造環(huán)境:以米倉山地層小區(qū)和星子山地層小區(qū)為代表的物質(zhì)建造與揚(yáng)子地塊整體升降和海水的頻繁進(jìn)退密切相關(guān),而以褚河地層小區(qū)為代表的物質(zhì)建造則更可能與早期地殼隆升、晚期地殼張裂和海水貫入有關(guān)。

區(qū)域上,秦嶺南緣勉略帶一線在地層記錄上以缺失上寒武統(tǒng)、奧陶系、志留系和發(fā)育晚古生代沉積為特色,這說明勉略帶一線在早古生代曾是隆起,泥盆紀(jì)開始受古特提斯構(gòu)造域影響而構(gòu)造體制發(fā)生轉(zhuǎn)化,區(qū)域以伸展裂陷為主,南秦嶺微地塊有從揚(yáng)子地塊裂離的趨勢。揚(yáng)子地塊西緣二疊紀(jì)峨眉山玄武巖噴發(fā)事件也反映了區(qū)域伸展作用的普遍性[20]。區(qū)域地層綜合對比研究發(fā)現(xiàn),勉略帶兩側(cè)均普遍缺失泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)地層,而勉略帶內(nèi)卻從西至東普遍發(fā)育具有裂谷型沉積組合特征的泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)地層。高川地區(qū)的地層系統(tǒng)與勉略帶相似,同樣缺失早古生代奧陶紀(jì)—志留紀(jì)地層而發(fā)育晚古生代地層,表明其早期與勉略帶有著相似的構(gòu)造演化史,高川盆地就是在這個時期形成。張國偉等認(rèn)為,高川盆地的沉積屬于勉略帶東延在沉積方面的證據(jù)[13-14]。胡健民等從構(gòu)造變形的角度指出,高川巖片是大巴山?jīng)_斷推覆過程中從原勉略縫合帶中擠過來的一片,僅僅是被夾持在大巴山?jīng)_斷-推覆構(gòu)造帶與大巴山前陸構(gòu)造帶之間的地殼淺層地質(zhì)體,其現(xiàn)今位置不能代表勉略帶向東的延伸[3]。事實(shí)上,若不考慮“勉略帶東延是否過高川”這一問題,那么有一個結(jié)論是可以肯定的,即高川地區(qū)物質(zhì)建造的性質(zhì)及沉積時代與勉略帶大致相同,高川盆地曾經(jīng)是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期構(gòu)造改造而殘存于現(xiàn)今高川一隅,至于其現(xiàn)今位置能否代表勉略帶原位還有待進(jìn)一步研究確定。

4 結(jié)語

(1)鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊紀(jì)地層序列為下二疊統(tǒng)梁山組、中下二疊統(tǒng)陽新組和上二疊統(tǒng)吳家坪組;高川地區(qū)二疊系未分統(tǒng)稱為郭家埡組,據(jù)巖石組合不同僅區(qū)別為上、下兩個巖性段。

(2)研究區(qū)兩類二疊系發(fā)育有截然不同的巖石組合,以鎮(zhèn)巴地區(qū)為代表的上揚(yáng)子北緣二疊系主體為一套臺地相碳酸鹽巖沉積,而高川地區(qū)二疊系主要為一套較深水相黑色巖系沉積。二者為同期異相的產(chǎn)物,不能進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

(3)兩套二疊系巖相的迥異暗示鎮(zhèn)巴和高川兩地當(dāng)時曾分處在不同的沉積-構(gòu)造環(huán)境:鎮(zhèn)巴周緣以米倉山地層小區(qū)和星子山地層小區(qū)為代表的物質(zhì)建造與揚(yáng)子地塊整體升降和海水的頻繁進(jìn)退密切相關(guān),而高川周緣以褚河地層小區(qū)為代表的物質(zhì)建造則更可能與早期地殼隆升、晚期地殼張裂成盆和海水貫入有關(guān)。

(4)高川地區(qū)地層系統(tǒng)與勉略帶相似,其早期與勉略帶有著大致相同的構(gòu)造演化史,也表明高川盆地曾經(jīng)是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期構(gòu)造改造而殘存于現(xiàn)今高川一隅。

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