揚(yáng)子地塊北緣晚奧陶世赫南特期巖相古地理

王遠(yuǎn)翀， 牟傳龍，梁 薇，王秀平，陳 超

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081；3.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；4.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；5.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037)

揚(yáng)子地塊北緣晚奧陶世赫南特期巖相古地理

王遠(yuǎn)翀3， 牟傳龍1,2，梁 薇1,2，王秀平2,4，陳 超5

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；2.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081；3.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；4.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；5.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037)

揚(yáng)子地塊北緣與秦嶺接壤，早古生代經(jīng)歷了上揚(yáng)子克拉通盆地(∈-O2)和隆后盆地(O3-S)兩個階段。區(qū)內(nèi)發(fā)育上奧陶統(tǒng)觀音橋組或南鄭組地層，為研究赫南特期的巖相古地理，探討赫南特期冰川事件的沉積響應(yīng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)沉積特征，結(jié)合古生物組合，揚(yáng)子地塊北緣觀音橋組可劃分為濱岸相和陸棚相。按照巖性等，陸棚相可進(jìn)一步劃分為陸緣碎屑陸棚相、混積陸棚相。濱岸相主要由石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖和含礫砂巖組成，發(fā)育少量生物，以腕足為主；而在陸棚相中，則是以含粉砂泥巖、生屑灰?guī)r、泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖為主，富含生物，以三葉蟲(Dalmanitina)、腕足以及標(biāo)志性冷水、淺水Hirnantia動物群為主。在沉積相詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，分析了該時期的巖相古地理面貌及其空間分布。在北部和西部，繼續(xù)早期的格局，持續(xù)存在漢南隆起，圍繞隆起分布的是濱岸相；往南至大兩會-橋亭一線，為陸緣碎屑淺海陸棚，大兩會-橋亭一線往南區(qū)域分布為混積陸棚。由于在研究區(qū)，無論在濱岸地帶還是淺海地區(qū)，均發(fā)育赫南特貝化石，說明在赫南特期，由于受南岡瓦納冰川事件的影響，冰水侵進(jìn)揚(yáng)子北緣全區(qū)。這次冰川事件導(dǎo)致海平面下降，致使揚(yáng)子北緣水體變淺，早期的深水陸棚變?yōu)闇\水陸棚，生物也由浮游相筆石迅速變?yōu)闅は嗪漳咸刎?，早期隆起范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，并出現(xiàn)地層的缺失。

赫南特期；巖相古地理；冰川事件；揚(yáng)子地塊北緣

赫南特階是奧陶系最頂部的一個地層單位，包括Normalograptusextraordinarius帶和N.Persculptus帶，時限2.0Ma[1]，而這次南半球?qū)呒{大陸冰川事件觸發(fā)了奧陶紀(jì)與志留紀(jì)之交全球大規(guī)模的生物滅絕事件[2-6]。關(guān)于目前所發(fā)現(xiàn)的這次事件的冰川沉積物，從70年代開始，先后在非洲北部、南非的奧陶紀(jì)晚期地層中發(fā)現(xiàn)了冰川沉積，其后在阿根廷、秘魯、玻利維亞等國同樣發(fā)現(xiàn)了奧陶紀(jì)晚期的冰磧雜巖，在西班牙、葡萄牙、法國、捷克、德國以及沙特阿拉伯等國也發(fā)現(xiàn)了海相冰川沉積[7]。但是在中國南方尚未發(fā)現(xiàn)與這次南半球?qū)呒{大陸冰川事件相吻合的直接證據(jù)：冰川沉積物—冰磧巖。有學(xué)者根據(jù)觀音橋組中所發(fā)育的冷水、淺水動物赫南特貝是這次冰川事件的另一生物證據(jù)，認(rèn)為與下伏五峰組及上覆龍馬溪組沉積截然不同的觀音橋組沉積與這次冰川事件相聯(lián)系，是受冰川事件導(dǎo)致海平面下降影響的淺水沉積物[8-9]。

前人對于這次冰川事件的成因等方面成果豐碩，但是對相應(yīng)沉積物詳細(xì)的沉積相及巖相古地理研究太少。最近，劉偉等[10]對川南地區(qū)赫南特期的巖相古地理進(jìn)行了研究；牟傳龍，梁薇等(2014)對渝東南-黔北地區(qū)赫南特期巖相古地理及冰川事件的沉積響應(yīng)做了詳細(xì)的研究，但是目前對于揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)赫南特期的巖相古地理的研究還不夠充分。因此，筆者通過對該地區(qū)多地進(jìn)行野外實(shí)地考察，在該研究區(qū)多處觀察到了發(fā)育有赫南特動物群、腕足動物、三葉蟲以及海百合的觀音橋組地層，由此討論揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)赫南特期冰川事件的巖相古地理特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

早古生代，中國南方由揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊構(gòu)成。揚(yáng)子地塊北緣位于揚(yáng)子陸塊的北部地區(qū)，大致位于漢中以南的廣元、旺蒼、南江和南鄭一帶。早古生代，與揚(yáng)子陸塊一道，大致經(jīng)歷了克拉通海相盆地(∈-O2)和隆后盆地(O3-S)兩個階段[11-12]。隆后盆地主要是由于受加里東運(yùn)動影響形成或持續(xù)加強(qiáng)擴(kuò)大的黔中隆起、川中隆起和川北隆起(有的也稱為漢南隆起或漢中隆起)等隆起的圍限，使得盆地總體處于局限還原的沉積環(huán)境(圖1)，從而形成了以黑色巖系為主體的上奧陶統(tǒng)地層。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景示意圖Fig.1 Tectonic setting of the northern margin of the Yangzi block

川北隆起為一水下高地，上覆薄層沉積物，也可謂之潛隆，其形成演化與3次隆升事件緊密相關(guān)，分別為鎮(zhèn)巴上升、南鄭上升和西鄉(xiāng)上升[13]，反映3次海平面升降與構(gòu)造活動的制約關(guān)系。寒武紀(jì)末、中奧陶世末和早志留世上升構(gòu)造活動強(qiáng)、有明顯的隆升，相應(yīng)的造成海平面相對下降，隆起帶不同程度地露出水面和形成與上覆層的間斷。尤其是西鄉(xiāng)上升，導(dǎo)致研究區(qū)大面積隆升，造成相應(yīng)地層的缺失(表1)。在寧強(qiáng)一帶缺失上奧陶統(tǒng)大部分地層，只發(fā)育寶塔組。而在研究區(qū)的旺蒼、南江、南鄭和西鄉(xiāng)等地，上奧陶統(tǒng)地層發(fā)育較為齊全，包括澗草溝組、五峰組和南鄭組或觀音橋組。相當(dāng)于赫南特階的地層在南鄭一帶稱為南鄭組，而在旺蒼和南江地區(qū)，則稱為觀音橋組。由于觀音橋組和南鄭組的存在，為開展赫南特期的巖相古地理及其冰川事件在揚(yáng)子北緣的沉積響應(yīng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在晚奧陶世五峰期，由于加里東主幕的到來，包括該研究區(qū)在內(nèi)的整個上揚(yáng)子地區(qū)處于局限滯留陸棚環(huán)境，沉積了代表還原環(huán)境的一套黑色巖系，發(fā)育了大量的筆石動物群[14]。隨著南半球?qū)呒{大陸冰川事件的發(fā)生，全球的海平面下降，海水的溫度降低，該研究區(qū)的水體逐漸變淺，形成了淺水、涼水的赫南特動物群的繁榮。爾后在早志留世龍馬溪期，由于揚(yáng)子克拉通盆地基底發(fā)生掀斜，導(dǎo)致上揚(yáng)子北緣地區(qū)的相對海平面上升，沉積了一套含有豐富筆石的黑色碳質(zhì)頁巖，即龍馬溪組[15]。

2 沉積相劃分及特征

揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)觀音橋組地層厚度不超過2m。從巖性上來說，觀音橋組多呈砂巖，局部地區(qū)發(fā)育晚奧陶世—早志留世地層。從地層的巖性變化、化石組合來看，觀音橋組地層在研究區(qū)具有明顯的劃分標(biāo)志，具有較好的區(qū)域?qū)Ρ?。觀音橋組所代表的時限較短，沉積厚度較薄，以含粉砂泥巖、生屑灰?guī)r、泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖、石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖以及含礫砂巖為主。生物方面，觀音橋組含生物較為豐富，其中三葉蟲尤其是以赫南特動物群為標(biāo)志的腕足類、赫南特貝等生物較為繁盛。

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)背景、古地理的研究及相關(guān)資料，該地區(qū)五峰組與龍馬溪組主要巖性為黑色碳質(zhì)頁巖，處于局限淺海的陸棚環(huán)境。而觀音橋組無論是從巖相、古生物組合還是沉積環(huán)境均與下伏的五峰組以及上覆的龍馬溪組下段具有較大的區(qū)別。根據(jù)野外考察結(jié)果及區(qū)域資料，可將觀音橋組的沉積相劃分為兩種主要類型，即濱岸相和淺海陸棚相，而淺海陸棚相又進(jìn)一步劃分為陸緣碎屑淺海陸棚相和混積陸棚相(圖2、圖3)。

2.1 濱岸相

研究區(qū)濱岸相的巖性主要以含泥粗粒石英砂巖(圖4a、5a)、含礫砂巖、石英砂巖、含泥粉、中粒石英砂巖和鈣質(zhì)砂巖為主。在含泥粗粒石英砂巖中，泥質(zhì)含量約為15%，云母含量約為4%，巖屑占2%，長石含量為2%，均為微斜長石，石英顆粒含量為77%。磨圓較好，多為次圓狀，少部分為次棱角狀和棱角狀。分選很差，粒度不等，最大的可達(dá)2.55mm，小的可達(dá)粉砂。構(gòu)造方面，由于觀音橋組地層普遍較薄，大多不超過2m，在研究區(qū)最厚不過0.665m。沉積構(gòu)造不發(fā)育，僅在鎮(zhèn)巴縣小洋鎮(zhèn)五星村的觀音橋組底部發(fā)現(xiàn)了平行層理(圖4b)，規(guī)模較小，約為5mm。在福成剖面的五峰組和觀音橋組界限處發(fā)現(xiàn)了小型的底沖刷構(gòu)造(圖4c)。

表1 揚(yáng)子地塊北緣上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)地層劃分與對比[14]

Table 1 Division and correlation of the Upper Ordovician to the Lower Silurian strata on the northern margin of the Yangzi block[14](after Yu Qian et al., 2011)

圖2 揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)觀音橋組沉積特征及區(qū)域橫向?qū)Ρ?/p>

Fig.2 Sedimentary characteristics and regional correlation of the Guanyinqiao Formation on the northern margin of the Yangzi block

2.2 淺海陸棚相

在揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)發(fā)育的淺海陸棚相可劃分為陸緣碎屑淺海陸棚和混積陸棚相。

2.2.1 陸緣碎屑淺海陸棚

在陸緣碎屑淺海陸棚中，巖性為含粉砂泥巖(圖4d、5b)，石英含量較少，磨圓較好，不含長石，含云母，含量10%～15%左右，呈針狀和葉片狀。在旺蒼縣王家溝剖面觀察到顯微水平紋層(圖5c)，體現(xiàn)出水動力條件較弱。

2.2.2 混積陸棚

在混積陸棚中，巖性主要以生屑灰?guī)r(圖5d)，泥灰?guī)r(圖5e、4e)夾鈣質(zhì)泥巖(圖5f)和含鈣泥巖為主。生屑灰?guī)r中見少量石英顆粒，含量為5%左右，代表碎屑沉積。生物方面，在廣元旺蒼大兩會剖面，發(fā)育了豐富的赫南特貝和三葉蟲(圖4f)，而且保存很完整。但由于風(fēng)化較為嚴(yán)重，薄片未能磨出，不過在手標(biāo)本上可以看出赫南特貝數(shù)量繁多，而且個體完整。在新鮮樣所磨出的觀音橋組薄片中，也發(fā)現(xiàn)了大量的三葉蟲、海百合和腕足類動物(圖5g)。在南江橋亭剖面，巖性則呈現(xiàn)出泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖，以泥灰?guī)r為主。但不論是在泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖，還是在含鈣泥巖中，均富含鐵質(zhì)，含量約為5%～8%左右。生物方面，泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖中均發(fā)現(xiàn)了生物碎屑，數(shù)量不多，為2%～9%左右，大多為腕足類，也有少量的三葉蟲(圖4g、5h)和赫南特貝(圖4h)。

圖3 廣元旺蒼大兩會觀音橋組沉積特征及演化

Fig.3 Sedimentary characteristics and evolution of the Guan yinqiao Formation in the Dalianghui section, Guangyuan,Sichuan

廣元旺蒼大兩會剖面是整個研究區(qū)赫南特貝最為發(fā)育的地區(qū)，而且個體保存最為完整。巖性也與揚(yáng)子北緣的其它地區(qū)不同，其下伏的五峰組和上覆的龍馬溪組均為黑色巖系，指示了在冰川作用下，相對海平面驟降，此地區(qū)沉積環(huán)境變淺為淺水陸棚，水溫變涼，產(chǎn)涼水型赫南特貝動物群。冰期之后，氣候逐漸回暖，水溫逐漸升高，形成了龍馬溪組的深水環(huán)境(圖3)。

3 巖相古地理

揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)的觀音橋組總體上呈現(xiàn)碎屑巖和碳酸鹽巖混合的淺海沉積模式，從北向南由順著漢南古陸、摩天嶺古陸和紫陽-平利高地分布的濱岸相過渡到碎屑巖陸棚相，再變化為混積陸棚相，為水體逐漸加深的過程(圖6)。

鎮(zhèn)巴-福成-寧強(qiáng)一帶往北為濱岸相，屬于海灣環(huán)境[16]，均為碎屑巖沉積，砂巖的粒度較粗。在福成、掛寶巖、鎮(zhèn)巴梁白公路、青獅馬家灣等地均有細(xì)礫。生物方面，在五星村發(fā)現(xiàn)有赫南特貝，而在梁白公路的含泥粗粒石英砂巖上面發(fā)育了一套富含生物的生屑泥巖，含三葉蟲、腕足等生物。

鎮(zhèn)巴-福成-寧強(qiáng)一帶往南至大兩會-橋亭以北則為碎屑巖陸棚相，屬于淺海環(huán)境。巖性為含粉砂泥巖，發(fā)育腕足動物。

大兩會-橋亭以南為混積陸棚相，巖性為生屑灰?guī)r和泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖。在廣元旺蒼大兩會發(fā)育了完整的赫南特貝、三葉蟲和海百合等生物。

4 結(jié)論

(1)揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)赫南特期觀音橋組發(fā)育兩種沉積相類型：濱岸相和淺海陸棚相。陸棚相又進(jìn)一步分為碎屑巖陸棚相和混積陸棚相，由北向南水體逐漸變深。沉積相展布方式為隆起-濱岸相-碎屑巖陸棚相-混積陸棚相。

(2)在奧陶紀(jì)晚期短暫繁榮的赫南特動物群是淺水、涼水動物群，而這個淺水、涼水的環(huán)境恰好與這次南岡瓦納大陸赫南特期冰川事件相對應(yīng)。因此觀音橋組中所發(fā)現(xiàn)的赫南特貝是這次冰川事件除了冰磧巖以外的另一生物證據(jù)。

(3)觀音橋組上覆的龍馬溪組和下伏的五峰組在揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)都發(fā)育一套黑色巖系，代表了較深的水體環(huán)境。而觀音橋組所發(fā)育的砂巖和泥灰?guī)r等非黑色巖系間接證明了從五峰組到龍馬溪組經(jīng)歷了一次水體變淺、再變深的過程，這一過程也和冰川的形成和消融相對應(yīng)。

圖4 揚(yáng)子北緣地區(qū)觀音橋組露頭特征

Fig.4 Photographs for the Guanyinqiao Formation on the northern margin of the Yangzi block

a.含泥粗粒石英砂巖，鎮(zhèn)巴小洋梁白公路；b.平行層理，鎮(zhèn)巴小洋五星村；c.底沖刷構(gòu)造，南鄭福成；d.含粉砂泥巖，旺蒼王家溝；e.泥灰?guī)r，南江橋亭；f.赫南特貝、三葉蟲，旺蒼大兩會；g.三葉蟲，南江橋亭；h.赫南特貝，南江橋亭

圖5 揚(yáng)子北緣地區(qū)觀音橋組微觀特征

Fig.5 Photomicrographs for the Guanyinqiao Formation on the northern margin of the Yangzi block

a.含泥粗粒石英砂巖，正交偏光，鎮(zhèn)巴小洋梁白公路；b.含粉砂泥巖，正交偏光，旺蒼王家溝；c.含粉砂泥巖中水平紋層，單偏光，旺蒼王家溝；d.生屑灰?guī)r，正交偏光，旺蒼大兩會；e.泥灰?guī)r，正交偏光，南江橋亭；f.鈣質(zhì)泥巖，單偏光，南江橋亭；g.海百合、腕足類生屑，正交偏光，旺蒼大兩會；h.三葉蟲生屑，正交偏光，南江橋亭

圖6 揚(yáng)子地塊北緣地區(qū)赫南特期巖相古地理

Fig.6 Sedimentary facies and palaeogeography of the northern margin of the Yangzi block during the Hirnantian

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Sedimentary facies and Palaeogeography of the northern margin of the Yangzi block during the Hirnantian(Late Ordovician)

WANG Yuan-chong3, MOU Chuan-long1, 2, LIANG Wei1,2,WANG Xiu-ping2, 4, CHEN Chao5

(1.ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu610081,Sichuan,China; 2.KeyLaboratoryofSedimentaryBasinandOil&GasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu610081,Sichuan,China; 3.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,Sichuan,China; 4.ShandongUniversityofScienceandTechnology,Jinan266590,Shandong,China; 5.ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China)

The northern margin of the Yangzi block has witnessed two stages of evolution including the Upper Yangtze craton basin(∈-O2)and post-uplift basin(O3-S)during the Early Palaeozoic, and stratigraphically, consist of the Upper Ordovician Guanyinqiao Formation and/or Nanzheng Formation strata. The sedimentary facies in the Guanyinqiao Formation may be classified into the littoral facies and shelf facies. Lithologically, the shelf facies may be subdivided into the epicontinental clastic shelf and mixed shelf. The littoral facies aligned along the Hannan uplift is dominantly made up of quartz sandstones, calcareous sandstones, and gravel-bearing sandstones in which brachiopods occur. The shelf facies in the Dalianghui-Qiaoting zone is significantly built up of silty mudstones, bioclastic limestones and marls intercalated with calcareous mudstones and Ca-bearing mudstones in which trilobites(Dalmanitina), brachiopods, and cold-water and shallow-waterHirnantiafaunas are observed. The occurrence of the Hirnantian fossils recognized both in the littoral zones and shallow-sea zones has mirrored that due to the effects of the southern Gondwana glacial event, the ice water once invaded into the northern margin of the Yangtze Block. The sea-level falling caused by this glacial event led to the shallowing of the sea water, the transition of the deep-water shelf to the shallow-water shelf and planktonic graptolite to the shellyHirnantia, and steady uplifting and stratigraphic hiatus in the study area.

Hirnantian; sedimentary facies and palaeogeography; glacial event; northern margin of the Yangzi block

1009-3850(2015)03-0019-08

2014-12-20； 改回日期： 2014-12-26

王遠(yuǎn)翀(1991-)，男，碩士研究生。E-mail: 280639578@qq.com

牟傳龍(1965-)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積地質(zhì)與油氣地質(zhì)研究。E-mail: cdmchuanlong@163.com

本文為國家重大科技專項(xiàng)“全國油氣基礎(chǔ)地質(zhì)編圖”(編號2008ZX05043-005)、中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“中國巖相古地理編圖”(編號1212010916060)的資助成果

P512.2

A