九瑞地區(qū)晚古生代沉積構(gòu)造環(huán)境演化特征

高 任， 葉少貞

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛西北大隊，江西 九江 332000)

九瑞地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，區(qū)內(nèi)已知大型銅礦床二處(武山、城門山)，中小型銅多金屬礦床若干處，是處于環(huán)太平洋成礦帶中的長江中下游鐵銅成礦帶的一個重要組成部分。其中銅多金屬礦體大多賦存在晚古生代地層中。因此，在現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)和沉積學(xué)理論指導(dǎo)下，利用層序地層學(xué)研究晚古生代地層序列和巖性組合的基礎(chǔ)上，探討九瑞所處構(gòu)造環(huán)境演化與成因機(jī)制，對于進(jìn)一步查明九瑞地區(qū)大型礦床的成礦動力學(xué)背景，推動深部外圍成礦預(yù)測，具有重要意義。

本文在對九瑞豐富資料綜合研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用構(gòu)造變形巖相的概念，構(gòu)造變形巖相形跡是能反映構(gòu)造作用下地殼巖石物質(zhì)變形及相伴變質(zhì)和巖相特征的地質(zhì)實體(呂古賢等，2011)，并運用礦床變化保存的研究思路(翟裕生，1997、2002)，從歷史觀上重點分析了晚古生代區(qū)域構(gòu)造巖相體系，為深化構(gòu)造體系演化研究提供新的認(rèn)識。

1 地質(zhì)背景

前震旦紀(jì)，華南曾經(jīng)存在過一個華夏地塊，由元古宇片巖、片麻巖、混合巖等組成，原巖為碎屑巖、火山巖和深成侵入巖。新元古代，伴隨古華南洋的閉合，華夏地塊與揚子陸塊碰撞聚合，導(dǎo)致贛東北火山島弧和弧后邊緣海被擠壓關(guān)閉,在東鄉(xiāng)—德興—歙縣一帶形成含有高壓藍(lán)片巖的蛇綠混雜巖帶，繼之江南火山島弧群和該陸塊地體碰撞,形成江山—紹興—萍鄉(xiāng)蛇綠混雜巖縫合帶(Wang et a.l，1995；舒良樹等, 1995；周新民等, 2000)。強(qiáng)烈的陸-陸碰撞導(dǎo)致在揚子陸塊周緣形成了一個8～9億年的格林威爾造山帶。早古生代，碰撞聚合的Rodini超大陸裂解，揚子陸塊邊緣隆起構(gòu)造與原華夏地塊邊緣的變質(zhì)巖系之間形成了下?lián)P子斷陷帶。早中生代晚期，晚泥盆世砂礫巖層呈角度不整合大規(guī)模地覆蓋在整個華南前泥盆紀(jì)巖層之上，至此，本區(qū)經(jīng)歷了地槽活動階段之后，轉(zhuǎn)為相對穩(wěn)定的準(zhǔn)地臺階段，沉積環(huán)境與古地理才得以真正統(tǒng)一(舒良樹，2006)。

從現(xiàn)在的大地構(gòu)造上看，九瑞地區(qū)位于揚子陸塊之下?lián)P子地塊，三級構(gòu)造單元為長江中下游坳陷帶，四級為九江坳陷，北為大別造山帶，南為揚子板塊，屬于揚子板塊北緣的早古生代斷陷帶。南側(cè)厚達(dá)數(shù)千米的雙橋山群變質(zhì)火山-沉積巖系，可能是下?lián)P子斷陷帶的基底。奧陶系-三疊系中統(tǒng)地層，經(jīng)加里東-燕山期構(gòu)造運動后，產(chǎn)生沉積蓋層褶皺。喜山期構(gòu)造運動微弱，分布于斷陷盆地的第三系以及江湖平原之第四系未見明顯褶皺和斷裂。

2 晚古生界地層序列

九瑞地區(qū)地層分區(qū)屬于下楊子地層區(qū)分、長江中下游地層區(qū)，褶皺基底為雙橋山群，沉積蓋層從奧陶系至三疊系均有出露。晚古生界地層序列不完整(表1)，發(fā)育不全，構(gòu)造復(fù)雜，從泥盆系至二疊系出露有：① 泥盆系發(fā)育不全，出露不佳，僅見上統(tǒng)五通組，分布背向斜交接部位，為一套灰白色厚層狀含礫石英砂巖、砂礫巖，屬陸相碎屑巖建造。厚度2～50 m。② 石炭系發(fā)育不全，區(qū)域上見有上統(tǒng)黃龍組，分布在背向斜交接部位，巖性為淺灰色厚層狀灰?guī)r及灰質(zhì)白云巖，厚度50～75 m；1985年，南京地礦所和贛西北大隊綜合小隊在測區(qū)鐵石坳ZK391孔中發(fā)現(xiàn)有船山組，其巖性為灰色-淺灰色生物碎屑灰?guī)r，厚1.18 m。③ 本區(qū)二疊系出露完整，厚度較大，分布較廣，呈北東東向展布于向斜兩翼，巖性簡單，主要為淺海相碳酸鹽建造，次為海陸交互相含煤巖系。厚度552.10～624.00 m。區(qū)內(nèi)巖漿活動不甚強(qiáng)烈，一般呈巖脈分布于構(gòu)造破碎帶(高任等，2016)。同時，晚古生界也是本區(qū)金屬礦產(chǎn)的主要賦礦層位。

表1 九瑞地區(qū)晚古生代地層序列

鑒于此，九瑞地區(qū)在其演化過程中受構(gòu)造事件、沉積物供應(yīng)量、氣候條件等因素影響，導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)層序或準(zhǔn)層序間的不整合或整合界面以及階段性沉積序列特點。早中泥盆世本區(qū)一直處于陸蝕狀態(tài)，晚泥盆世才下沉為內(nèi)陸盆地，接受了一套陸相碎屑沉積即五通砂巖；晚泥盆世末期，本區(qū)上升為陸地(屬于贛鄂皖古陸)，缺失石炭系下統(tǒng)，晚石炭世早期，本區(qū)迅速下降，沉積了一套淺海相含有豐富蜓科化石的碳酸鹽巖；石炭紀(jì)末，本區(qū)再次上升，致使本區(qū)早二疊世早期沉積了一套沼澤相的含煤地層，即梁山煤系；早二疊世中-晚期，測區(qū)再次淪為淺海，沉積了一套含燧石結(jié)核及燧石條帶碳酸鹽巖；早二疊世末，本區(qū)上升為陸地，致使出現(xiàn)了短暫的沉積間斷，晚二疊世，本區(qū)緩慢升降，沉積了一套海陸交互相含煤地層和含燧石結(jié)核碳酸鹽巖。另外，本區(qū)經(jīng)過晚中生代構(gòu)造事件改造，區(qū)內(nèi)斷裂及褶皺構(gòu)造發(fā)育，橫向地層序列連續(xù)性較差。因此有必要通過研究構(gòu)造動力學(xué)演化特征來更好把握本區(qū)的沉積規(guī)律性。

3 沉積構(gòu)造環(huán)境演化特征

九瑞凹褶沉積構(gòu)造環(huán)境演化受控于下楊子準(zhǔn)地臺與華南冒地槽的大地構(gòu)造變形及演化。晚古生代構(gòu)造、古地理發(fā)展的趨勢為各大陸逐步靠攏，介于其間的洋盆封閉，一系列地槽轉(zhuǎn)化為褶皺帶，各大陸會聚為一個巨型大陸塊體—古亞洲大陸。

晚古生代九瑞地區(qū)也開始進(jìn)入地臺的全面發(fā)展階段。該階段地殼運動以垂直運動為主，升降作用明顯，歷經(jīng)多次海進(jìn)海退。由于斷坳作用，先后形成一系列大致呈北東一南西向的陸間斷坳盆地，接受了以濱海一淺海相泥砂質(zhì)和碳酸鹽巖建造為主，夾海陸交互相的碎屑建造和含煤建造。特別是石炭-二疊紀(jì)，海盆不斷擴(kuò)大，海侵達(dá)到頂峰，該階段發(fā)育的碳酸鹽巖建造及含礦灰質(zhì)砂頁巖建造，銅鉛鋅等元素豐度較富，為主要的含礦建造。

3.1 沉積構(gòu)造環(huán)境演化

早泥盆世初期，由于加里東構(gòu)造事件的影響，浙東南地體與閩西北地體的碰撞作用達(dá)到高峰,造成下?lián)P子地區(qū)整體抬升,九瑞地區(qū)褶皺上升剝蝕，使以前沉積的地層普遍遭受較強(qiáng)的變質(zhì)，至中泥盆世末期上升剝蝕夷平作用接近尾聲，晚泥盆世時下沉為內(nèi)陸盆地，接受五通組沉積，是典型的海侵過程。華力西期對應(yīng)的各期構(gòu)造事件使九瑞地區(qū)遭受海進(jìn)海退的沉積、沉積間斷以及沼澤相沉積，是本區(qū)晚古生代決定性構(gòu)造事件。按地層時代劃分，盆地演化的階段性表現(xiàn)為各期構(gòu)造事件對應(yīng)不同的構(gòu)造動力學(xué)特征和沉積特征(表2)。

表2 九瑞地區(qū)晚古生代構(gòu)造環(huán)境演化階段劃分

平行不整合說明東吳事件、區(qū)域性的云南事件以及柳江事件為較穩(wěn)定的抬升和剝蝕事件，事件前后的沉積構(gòu)造壞境屬同一類，并且可以判段抬升與剝蝕的持續(xù)事件長短；微角度不整合說明加里東事件Ⅱ幕屬于較強(qiáng)烈的構(gòu)造轉(zhuǎn)換事件，借此可區(qū)分兩種完全不同的沉積構(gòu)造環(huán)境，對于解釋沉積構(gòu)造環(huán)境演化的階段性具有重要意義。

3.2 沉積模式

沉積模式的形成及演化主要受大地構(gòu)造性質(zhì)及演化階段控制。九瑞地區(qū)晚古生代沉積環(huán)境主要與揚子地臺的發(fā)展以及加里東和華力西構(gòu)造期的升降運動有關(guān)，沉積模式形成與演化過程正是海與陸、局限地臺與開闊臺地形成和轉(zhuǎn)換的過程。

通過該區(qū)沉積演化特征和沉積旋回分析和構(gòu)造分析，九瑞地區(qū)晚古生界地層中主要發(fā)育碳酸鹽巖臺地和碳酸鹽巖緩坡沉積，有沖積扇、湖泊、沼澤、蒸發(fā)臺地、局限臺地、開闊臺地、緩坡以及深水盆地建隆等沉積相。據(jù)此總結(jié)出本區(qū)的沉積模式(圖1)，以指導(dǎo)研究區(qū)的巖相古地理演化研究。

圖1 九瑞地區(qū)晚古生代沉積演化模式圖

3.3 沉積相帶劃分

晚古生代時期整個揚子地臺都表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的發(fā)展，加里東和華力西運動均表現(xiàn)為升降運動，造成地層間的多次間斷，形成地臺內(nèi)部的大型隆起和大型拗陷(中國區(qū)域構(gòu)造概要，1983年，黃邦強(qiáng)等)。九瑞地區(qū)晚古生代巖相古地理演化歷史主要與這兩期運動有關(guān)，共形成3次較大的海侵—海退旋回。將晚古生界地層與沉積相帶一一列出如表3。

表3 九瑞地區(qū)晚古生界地層沉積相對應(yīng)表

3.4 構(gòu)造環(huán)境演化機(jī)制

晚加里東運動是下?lián)P子—錢塘地區(qū)加里東冒地槽系轉(zhuǎn)化為晚古生代地臺的一期重要構(gòu)造事件。在揚子準(zhǔn)地臺下?lián)P子臺坳中是以震蕩運動為主，對城門山地區(qū)影響較大，使本區(qū)上升為陸地，從而使得晚古生代早期城門山地區(qū)都處于剝蝕狀態(tài)，從而缺失泥盆系下統(tǒng)和中統(tǒng)。運動一直持續(xù)到晚泥盆世，至此城門山地區(qū)進(jìn)入相對穩(wěn)定的地臺階段，在晚泥盆世時下沉為內(nèi)陸湖泊，湖水慢慢變淺，沉積了一套湖泊相到濱湖相的泥盆系上統(tǒng)五通組砂巖，最后重新變成陸地。

受晚加里東運動的隆升作用，本區(qū)陸地相一直持續(xù)到石炭系，缺失石炭系下統(tǒng)地層。蔣少涌等( 2010)在九瑞地區(qū)的城門山礦區(qū)I號礦體也就是五通組和黃龍組之間的層狀硫化物中發(fā)現(xiàn)了疑似海底黑煙囪構(gòu)造的黃鐵礦石，同時在城門山和武山所采的層紋狀礦石中在鏡下觀察到大量顯微球粒、草莓狀結(jié)構(gòu)、鮞狀結(jié)構(gòu)和膠黃鐵礦的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，為海西期同生熱液沉積成礦提供了證據(jù)。這說明，晚石炭世早期，本區(qū)受拉張作用，迅速下降，并伴隨海底巖漿噴發(fā)，沉積了一套海水噴流熱液沉積的硫化物。之后，海平面又迅速下降，本區(qū)由深水建隆變?yōu)闇\海局限臺地潮上沉積區(qū)，沉積了一套石炭系的白云巖、灰?guī)r地層，后期中間有短暫的煤系沉積。晚石炭世末期海平面繼續(xù)下降，海水退縮，本區(qū)變?yōu)殛懙刂邢鄬Φ屯莸囟?，快速堆積了一層船山組含媒角礫巖，這也標(biāo)志著城門山地區(qū)開始進(jìn)入一個植被茂盛的內(nèi)陸時代。

早二疊世早期，本區(qū)水量充足，大量植被被雨水淹沒形成沼澤，沉積了一套王家鋪煤系。早二疊世中-晚期，本區(qū)再次淪為淺海。棲霞組沉積早期本區(qū)海水很淺，為局限臺地潮坪，漸漸向灘間發(fā)育；棲霞組中晚期，水體加深，本區(qū)進(jìn)入開闊臺地灘間以及臺地緩坡，以沉積含燧石結(jié)核灰?guī)r為主。小江邊組本區(qū)由開闊地臺進(jìn)入局限地臺，并在潮坪沉積了孔洞狀、鳥眼狀灰?guī)r。茅口組早期水體稍稍加深，過渡為局限臺地的灘間相，沉積了含有機(jī)質(zhì)以及生物碎屑的泥晶灰?guī)r；中期水體繼續(xù)加深且略有起伏，開闊臺地灘間、緩坡交替發(fā)育，形成了含燧石結(jié)核灰?guī)r、泥晶灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r交互出現(xiàn)的現(xiàn)象；晚期水平面下降，本區(qū)發(fā)展為開闊臺地淺灘，水動力條件較強(qiáng)，形成了含生物碎屑的亮晶灰?guī)r。

早二疊世末，本區(qū)進(jìn)入華力西構(gòu)造期，受“東吳運動”運動的影響，上升為陸地，致使出現(xiàn)了短暫的沉積間斷。晚二疊世早期，本區(qū)緩慢升降，短暫的沉積了一套龍?zhí)督M濱岸沼澤沉積相含媒地層。之后長興組沉積期本區(qū)遭受海侵，再次進(jìn)入開闊臺地階段，沉積了一套含燧石結(jié)核灰?guī)r，持續(xù)到晚二疊世末期，最后本區(qū)緩緩上升。

4 結(jié)論

綜上所述，主要有以下結(jié)論：

(1)九江凹陷的形成與演化與整個大別造山帶與揚子板塊的演化發(fā)展密不可分，具有多期次、多階段性；每個階段以不同構(gòu)造事件為標(biāo)志，具有不同的應(yīng)力機(jī)制。晚古生代，經(jīng)歷了各期事件，海侵海退反復(fù)，但最終從陸地逐漸轉(zhuǎn)化為淺海，并沉積了一套斷斷續(xù)續(xù)的碳酸鹽巖地層。

(2)對地層序列及沉積相的簡要描述再現(xiàn)了九瑞地區(qū)晚古生界地層的形成和演化歷史。晚古生代本區(qū)發(fā)育兩次大的海侵—海退沉積旋回，泥盆紀(jì)—石炭紀(jì)海侵—海退旋回，王家鋪組沉積期—龍?zhí)督M沉積期海侵—海退旋回，以及龍?zhí)督M沉積期—長興組沉積期的一次海侵—海退不完整旋回。

(3)本區(qū)晚古生代的構(gòu)造事件引起了各類構(gòu)造行跡，是該層作為九瑞地區(qū)賦礦層位的一項必要條件，晚古生代的沉積構(gòu)造演化最終形成了九瑞礦集區(qū)的成礦前的地層格局。