貴州赤水地區(qū)晚白堊世古流向特征及構(gòu)造意義

曹 銳,顏照坤,王智勇,強(qiáng) 坤,陳修風(fēng)

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059;2.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330013;3.赤水丹霞國(guó)家地質(zhì)公園管理局,貴州 赤水 564700)

引言

四川盆地白堊系地層分布相對(duì)較局限,主要分布在西部的龍門(mén)山前緣和南部的宜賓、赤水地區(qū),上白堊統(tǒng)主要分布在四川盆地西南部和南部(圖1)。新生代的沉積則更加局限,主要分布在四川盆地西南部的龍泉山以西地區(qū)。在四川盆地西南部,白堊系與新生界的沉積呈整合關(guān)系[1,2]。新近系與古近系之間的區(qū)域不整合面為喜山運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物,發(fā)育“大邑礫巖”,礫石中有前寒武系結(jié)晶巖,顯示龍門(mén)山強(qiáng)烈上升及深層次基底雜巖出露[2-4]。另外也有學(xué)者認(rèn)為,整個(gè)四川盆地可能在晚白堊世接受了較為廣泛的沉積[2-5],因?yàn)閷?duì)四川盆地剝蝕歷史的研究發(fā)現(xiàn)四川盆地的剝蝕較為顯著,達(dá)1~4km[6,7]。

前人對(duì)四川盆地西部白堊紀(jì)古流向開(kāi)展了較為詳細(xì)的研究工作[8],但是對(duì)于盆地西南部地區(qū)白堊紀(jì)的古流向研究較為薄弱。貴州赤水地區(qū)上白堊統(tǒng)地層厚達(dá)1300m,說(shuō)明晚白堊世時(shí)期該區(qū)經(jīng)歷了較大幅度的沉降和沉積充填過(guò)程,那么沉積物來(lái)源及其反映的構(gòu)造意義是什么?目前尚未有較深入的研究。本文將貴州赤水地區(qū)上白堊統(tǒng)為研究對(duì)象,基于地表露頭的古水流野外觀測(cè)和室內(nèi)分析,詳細(xì)研究赤水地區(qū)晚白堊世古地理空間分布特征及構(gòu)造意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地及周緣地區(qū)在中生代以來(lái)經(jīng)歷了多期次、不同方位的應(yīng)力作用。根據(jù)沉積發(fā)育特征,四川盆地在震旦紀(jì)—中三疊世處于碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)展階段,并無(wú)盆地格架[2]。晚三疊世,海水逐漸從四川盆地西部退出,之后逐漸演變?yōu)楹ｊ戇^(guò)渡沉積和陸相沉積[9-11]?，F(xiàn)今的四川盆地在地貌特征上十分清楚,整體形態(tài)為菱形,北為米蒼山、大巴山,南為大涼山,西為龍門(mén)山,東以七曜山為界(圖1)。環(huán)繞盆地周邊的高山,多由古生代及元古宙地層組成,局部還分布有巖漿巖及變質(zhì)巖,海拔在1000~3000m之間。

貴州赤水地區(qū)位于四川盆地東南緣,因發(fā)育美麗壯觀的丹霞地貌而聞名于世。構(gòu)成赤水丹霞地貌的地層為白堊系紅層,該套地層在四川盆地西部廣泛分布,在四川盆地南部及西南部呈點(diǎn)狀分布。赤水地區(qū)白堊系紅層為夾關(guān)組(又稱(chēng)嘉定群),屬晚白堊世陸相沉積地層,主要巖性為紫紅色、磚紅色紫灰色厚層中細(xì)粒長(zhǎng)石石英砂巖,夾多層紫紅色泥巖,底部為2~3.5m厚礫巖[12-13]。赤水地區(qū)夾關(guān)組厚度巨大,可達(dá)1300m,是白堊紀(jì)時(shí)期四川盆地重要的沉降中心之一[2]。近年來(lái),通過(guò)對(duì)區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造變形和地震反射剖面構(gòu)造解釋的研究,認(rèn)為雪峰山至川東褶皺帶發(fā)育一系列逆沖構(gòu)造帶,這些構(gòu)造變形卷入了上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng),并被上白堊統(tǒng)地層不整合覆蓋,表明其變形時(shí)間為中生代晚期,并具有從SE至NW逐漸變新的趨勢(shì)[14-15]。也有研究表明川南地區(qū)在中生代晚期還經(jīng)歷了來(lái)自大涼山的SN向水平推擠作用[14]。

圖1 四川盆地及鄰區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖與白堊系地層分布圖(據(jù)Yan et al.,2019修改;其中白堊系地層分布據(jù)Li et al.,2016;川東至雪峰山的斷層分布據(jù)Li et al.,2018)Fig.1 Schematic tectonic map and distribution of the Cretaceous strata in the Sichuan Basin and its adjacent areas(modified from Yan et al.,2019;Li et al.,2016 and 2018)

2 古水流方向分析方法

古水流研究的目的是識(shí)別、描述和解釋過(guò)去的水流型式[18]。古水流資料收集、測(cè)量、校正后可以用兩種方法(一種是單量方法,包括直方圖、玫瑰花圖、矢量圖等;另外一種是綜合方法:有描述性、中心圓(放射)、野外資料投點(diǎn)、遷移平均數(shù)、解釋性等)表示出來(lái),達(dá)到醒目直觀、可利用性強(qiáng)的目的[19]。古水流分析的一般步驟包括5部分:(1)室內(nèi)學(xué)習(xí)準(zhǔn)備,了解反映古水流的沉積組構(gòu)和構(gòu)造類(lèi)型,掌握古水流測(cè)量原理、測(cè)量方法及校正;(2)野外測(cè)量古水流,一般在一個(gè)點(diǎn)需要測(cè)量10~20組數(shù)據(jù),特殊的研究目的則要求測(cè)量更多數(shù)據(jù);(3)室內(nèi)校正,可應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序或人工赤平投影方法進(jìn)行古水流數(shù)據(jù)的校正;(4)圖件表示,將校正后的古水流數(shù)據(jù)錄入相關(guān)計(jì)算機(jī)程序,獲得古水流直方圖、玫瑰花圖等圖件,并投到平面圖或剖面圖上;(5)盆地分析應(yīng)用,結(jié)合背景資料,對(duì)沉積體系和盆地進(jìn)行解釋[19]。

圖2 赤水地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖和上白堊統(tǒng)地層柱狀圖(據(jù)1∶20萬(wàn)敘永幅、桐梓幅地質(zhì)圖修改)Fig.2 Simplified geological map and stratagraphic column through the Upper Cretaceous strata in the Chishui region

3 晚白堊世古流向

本次對(duì)赤水地區(qū)上白堊統(tǒng)地層開(kāi)展了古流向測(cè)量,測(cè)量地點(diǎn)位于赤水南東約20km(圖2),測(cè)量對(duì)象為上白堊統(tǒng)下部的辮狀河河道沉積的礫巖。該套礫巖的礫石成分為石英巖、燧石、砂巖、泥巖等,沿走向可相變?yōu)楹[長(zhǎng)石石英砂巖。本次在8個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行了詳細(xì)的古流向測(cè)量,利用礫巖中的扁平礫石最大扁平面的傾向測(cè)量獲得古水流數(shù)據(jù)(表1,圖3),每個(gè)點(diǎn)獲得17~19組數(shù)據(jù)。另外,由于本次測(cè)量的上白堊統(tǒng)地層傾角較小,近水平,因此不需要進(jìn)行室內(nèi)的校正工作。

根據(jù)詳細(xì)的野外古流向測(cè)量和室內(nèi)編圖(圖4),表明貴州赤水地區(qū)晚白堊世早期的辮狀河流向主要可以分為3組,分別為自北東向南西(圖4a,c,d)、自北向南(圖4f,g,h)和自北西向南東(圖4b,e)。綜上所述,古水流數(shù)據(jù)顯示貴州赤水地區(qū)晚白堊世碎屑沉積物主要來(lái)源于盆地的北側(cè)和東側(cè)。

4 晚白堊世古地理及構(gòu)造意義

根據(jù)對(duì)晚白堊世早期古流向特征的分析,可以確定晚白堊世早期貴州赤水地區(qū)碎屑物源主要來(lái)自盆地的北側(cè)和東側(cè)。結(jié)合前人對(duì)該地區(qū)沉積環(huán)境的分析,晚白堊世早期貴州赤水地區(qū)主要發(fā)育河流相沉積,晚期發(fā)育風(fēng)成沙漠相沉積[16],這種沉積環(huán)境的變化反映了晚白堊世四川盆地西南部的古氣候具有逐漸向干旱氣候演變的趨勢(shì)。另外,由于貴州赤水地區(qū)晚白堊世地層具有明顯的東厚西薄的分布特征[2,16],表明盆地東側(cè)的沉降幅度更大,結(jié)合盆地碎屑物質(zhì)的主要來(lái)源(東側(cè)和北側(cè)),推測(cè)該時(shí)期發(fā)育的沉積盆地類(lèi)型為陸內(nèi)前陸盆地,其形成主要受東側(cè)雪峰山?jīng)_斷帶的控制。

圖3 貴州赤水地區(qū)上白堊統(tǒng)底部礫巖指示的古流向Fig.3 Palaeocurrents indicated by the conglomerates at the bottom of the Upper Cretaceous strata in the Chishui region

表1 貴州赤水地區(qū)晚白堊世野外古流向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Table 1 Late Cretaceous palaeocurrent data in the Chishui region

圖4 貴州赤水地區(qū)晚白堊世古流向玫瑰花圖Fig.4 Rose diagram of the Late Cretaceous palaeocurrents in the Chishui region

前人分析認(rèn)為盆地的北側(cè)為盆地提供了豐富的碎屑物源,表明盆地北側(cè)此時(shí)處于遭受剝蝕的狀態(tài),本文推測(cè)盆地(貴州赤水地區(qū))北側(cè)此時(shí)沒(méi)有發(fā)生沉降并形成盆地的主要原因是,貴州赤水地區(qū)北側(cè)地區(qū)上地殼在東西向的擠壓作用下,由于具有良好的中—下三疊統(tǒng)膏鹽的淺層滑脫層[20]育[20],導(dǎo)致該地區(qū)并未形成薄皮褶皺,而是在其東側(cè)發(fā)生應(yīng)力積累并形成沖斷帶,發(fā)生陸內(nèi)造山作用。因此,可以推斷貴州赤水地區(qū)晚白堊世沉積盆地的形成受控于東側(cè)的陸內(nèi)造山帶。根據(jù)陸內(nèi)前陸盆地的特征——盆地發(fā)育與陸緣造山作用無(wú)關(guān),而與陸內(nèi)造山帶的發(fā)展演化密切相關(guān)[21],可以判斷貴州赤水地區(qū)晚白堊世沉積盆地屬于陸內(nèi)前陸盆地。前人研究表明華南大陸在晚白堊世發(fā)生過(guò)地殼擠壓增厚事件[22],這一結(jié)論也與本文關(guān)于貴州赤水地區(qū)晚白堊世發(fā)育陸內(nèi)造山和陸內(nèi)前陸盆地的認(rèn)識(shí)相一致。

另外,四川盆地侏羅紀(jì)—早白堊世陸相地層均為淡水沉積,說(shuō)明其為有泄水口的陸相盆地。上白堊統(tǒng)灌口組和古近系名山組發(fā)育的鈣芒硝和石膏表明,晚白堊世四川盆地已經(jīng)演變?yōu)榉忾]的內(nèi)陸鹽盆[2]。因此,四川盆地由泄水盆地向內(nèi)陸鹽盆地的演變可能與盆地東南側(cè)的陸內(nèi)造山作用有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)詳細(xì)的古水流野外測(cè)量,認(rèn)為貴州赤水地區(qū)晚白堊世早期辮狀河為自北東向南西的古流向,碎屑物源主要來(lái)自盆地北側(cè)和東側(cè)。

(2)根據(jù)古水流特征及區(qū)域地質(zhì)背景,認(rèn)為貴州赤水地區(qū)晚白堊世的陸相沉積盆地可能屬于陸內(nèi)前陸盆地,造山楔位于盆地東側(cè),是盆地的主要物源區(qū)。

(3)貴州赤水地區(qū)晚白堊世陸內(nèi)前陸盆地的形成可能受控于此階段華南的構(gòu)造擠壓事件,并導(dǎo)致四川盆地由淡水湖泊演變?yōu)橄趟础?/p>