“黔中隆起”和貴州晚古生代古地理演化及其對(duì)鋁土礦的控礦作用*

鄧旭升 杜遠(yuǎn)生 余文超 吳開彬 盧樹藩 張晗彬

1貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州貴陽(yáng) 550081 2自然資源部礦產(chǎn)資源勘查工程技術(shù)創(chuàng)新中心，貴州貴陽(yáng) 550081 3中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074

1 概述

早古生代，貴州中西部存在一個(gè)東西向的隆起帶，被稱為“黔中隆起”，它是早古生代區(qū)域性隆升事件的直接體現(xiàn)。“黔中隆起”對(duì)貴州古生代地層、古地理與古地貌、構(gòu)造與礦產(chǎn)均具有明顯的控制作用，一直受到眾多學(xué)者的關(guān)注。然而，關(guān)于“黔中隆起”的研究仍存在很多爭(zhēng)議，如形成時(shí)間、機(jī)制及演化。最早有學(xué)者依據(jù)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)間的沉積間斷，提出“黔中隆起”形成于寒武紀(jì)末期。也有學(xué)者認(rèn)為奧陶紀(jì)及志留紀(jì)地層缺失邊緣相沉積，提出黔中地區(qū)在加里東末期開始隆起(鞠天吟，1999)。這些觀點(diǎn)也隨著寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)間連續(xù)沉積和志留統(tǒng)邊緣相沉積的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)而被否定。隨著沉積學(xué)、古生物地層學(xué)的深入研究，更多的學(xué)者認(rèn)為除了陸上隆起外，“黔中隆起”還經(jīng)歷了雛形和水下隆起的發(fā)展階段(劉特明，1987，1989；周希云，1990；戴新春和黃友莊，1998；鞠天吟，1999；陳旭等，2001；何熙琦等，2005；周明輝，2005；牛新生等，2007；鄧新等，2010；尹瓊，2013)?！扒新∑稹彪r形、水下隆起和陸上隆起的時(shí)間節(jié)點(diǎn)也存在不同的認(rèn)識(shí)。有學(xué)者認(rèn)為“黔中隆起”的雛形和水下隆起始于早寒武世或南華紀(jì)，體現(xiàn)為黔中地區(qū)及其兩側(cè)沉積厚度的差異性(周希云，1990)、翁昭地區(qū)南沱組的缺失及早震旦世淺灘相的沉積(何熙琦等，2005)。基于早奧陶世沉積相分析、生物群的分異特征和寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)之間的接觸關(guān)系，也有學(xué)者認(rèn)為黔中地區(qū)在早奧陶世形成水下隆起(戴新春和黃友莊，1998；劉偉等，2011；尹瓊，2013)。同時(shí)，“黔中隆起”的陸上隆起起始時(shí)間也存在一定爭(zhēng)議。前人普遍認(rèn)為黔中地區(qū)大規(guī)模隆起成陸是都勻運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，始于中奧陶世(鄧新等，2010)或晚奧陶世—早志留世(劉特明，1989；沈志達(dá)等，1990；周希云，1990；戴新春和黃友莊，1998；鞠天吟，1999；陳旭等，2001；何熙琦等，2005；牛新生等，2007)，而廣西運(yùn)動(dòng)只是對(duì)“黔中隆起”的進(jìn)一步加強(qiáng)和改造(周希云，1990；陳旭等，2001；鄧新等，2010；劉偉等，2011；崔金棟，2013)。也有學(xué)者以下志留統(tǒng)石牛欄組的出現(xiàn)作為“黔中隆起”的開始(梅冥相，1994)。目前，“黔中隆起”形成的時(shí)間仍缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

鋁土礦是一種特殊風(fēng)化成因的沉積物，其形成受多因素控制，如古地理與古地貌(廖士范，1990；王俊達(dá)和李華梅，1998；雷志遠(yuǎn)等，2013)、古氣候(Priceetal.,1997；Retallack，2008；Yuetal.,2019)、古生態(tài)系統(tǒng)(Haoetal.,2010；余文超等，2012)等。早石炭世是貴州鋁土礦形成的重要時(shí)期之一，該時(shí)期鋁土礦及含鋁巖系主要分布于黔中、遵義、甕安和福泉地區(qū)。大量的研究工作表明，古地理和古地貌對(duì)貴州早石炭世鋁土礦的沉積及成礦具有明顯的控制作用，最直接的體現(xiàn)為含礦巖系的分布和厚度變化特征(劉巽鋒和秦典燮，1988；梅冥相，1991；Lingetal.,2017；Wengetal.,2019)。然而，前人對(duì)貴州早石炭世鋁土礦及含鋁巖系形成環(huán)境的認(rèn)識(shí)卻存在差異性，如陸相的沖積扇環(huán)境(高道德，1996)、潟湖(楊明德，1989；梅冥相，1991；莫江平和酈今敖，1991)和淺水湖盆(陳群等，2019)。也有學(xué)者通過少量海洋生物化石和碳酸鹽巖透鏡體的發(fā)現(xiàn)認(rèn)為含鋁巖系具有海相沉積特征，其形成于近海湖泊和近海平原環(huán)境(劉平等，2015)。值得注意的是，前人關(guān)于黔中、遵義等地區(qū)古喀斯特地貌(如侵蝕、溶蝕洼地、溶蝕盆地等)控礦的認(rèn)識(shí)卻較為統(tǒng)一(劉巽鋒和秦典燮，1988；楊明德，1989；梅冥相，1991；翁申富等，2011；劉平和廖友常，2014)。因此，Ling等(2017)和Weng等(2019)根據(jù)鋁土礦及含鋁巖系形成的古地貌特征，將其沉積環(huán)境大致劃分為喀斯特盆地或喀斯特高地及平原。早二疊世也是貴州鋁土礦形成的另一重要時(shí)期，關(guān)于古地理和古地貌對(duì)黔北務(wù)正道地區(qū)鋁土礦控制作用的研究也受到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注，但也存在較多爭(zhēng)議。有學(xué)者認(rèn)為黔北地區(qū)鋁土礦形成環(huán)境為陸相的河流、湖泊或沼澤(劉平，1993；武國(guó)輝等，2008；殷科華，2009；潘忠華等，2013；金中國(guó)等，2018)，也有學(xué)者認(rèn)為是海相或過渡相的濱海沼澤、濱海海灣、潮坪或潟湖(雷志遠(yuǎn)和廖友常，2007；韓忠華，2008；張啟明等，2012)。近年來，大量沉積學(xué)的研究表明，濱岸濕地環(huán)境和喀斯特巖溶地貌更利于鋁土礦的形成，前人也根據(jù)大量鉆孔和剖面資料繪制了黔北地區(qū)古地理圖和大竹園礦區(qū)微地貌圖(杜遠(yuǎn)生等，2013，2014，2015；雷志遠(yuǎn)等，2013；Lietal.,2020)。由此可見，貴州早石炭世和早二疊世古地理與古地貌的研究取得了許多進(jìn)展和成果，但主要限于鋁土礦分布區(qū)，缺乏整個(gè)貴州早石炭世和早二疊世古地理圖。同時(shí)也缺少對(duì)貴州晚古生代古地理和古地貌演化及其與鋁土礦耦合關(guān)系的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

晚古生代古地理和古地貌的演化與早古生代區(qū)域隆升事件和晚古生代海平面變化密切相關(guān)(梅冥相,1991； 梅冥相等,2005； 杜遠(yuǎn)生等,2014； Wengetal.,2019； Yuetal.,2019； Lietal.,2020)。 貴州鋁土礦與底板之間的不整合接觸顯示了“黔中隆起”對(duì)貴州晚古生代古地理格局的重要性。 此外,晚古生代是地球歷史發(fā)展史中重要的轉(zhuǎn)折期,全球古地理、 古氣候和古海洋均發(fā)生了顯著變化,其中以晚古生代冰期為最重要的深時(shí)氣候事件。 除岡瓦納大陸廣泛發(fā)育的冰川活動(dòng)外,晚古生代冰期事件在全球范圍內(nèi)也具有不同的響應(yīng),如高緯度地區(qū)發(fā)育冰川型沉積物(Isbelletal.,2003),而在低緯度地區(qū)表現(xiàn)為海平面下降和生物圈、 古氣候及碳、 氧同位素的變化(圖1； Poulsenetal.,2007； Buggischetal.,2011； Koch and Frank,2011； Chenetal.,2013； Wangetal.,2013)。 在岡瓦納冰川消融和增長(zhǎng)響應(yīng)下,華南地區(qū)同期地層中具有明顯的海平面升降變化(劉本培等,1994； 李儒峰等,1997； 郄文昆等,2007； Chenetal.,2013； Wangetal.,2013； 嚴(yán)雅娟等,2015； 武思琴等,2016； Huangetal.,2017； Liuetal.,2017),而這種變化也顯著控制了貴州古地理與古地貌的演化,與貴州鋁土礦的形成具有耦合關(guān)系(Yuetal.,2019)。 綜上所述,早古生代“黔中隆起”和晚古生代冰期事件帶來的海平面變化的研究對(duì)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)貴州鋁土礦的沉積古地理演化史具有重要的意義。 本研究通過野外踏勘、 區(qū)調(diào)資料收集和整理,在前人研究基礎(chǔ)上,對(duì)“黔中隆起”的形成時(shí)間、 暴露的控制因素等進(jìn)行了再認(rèn)識(shí),編制了貴州晚寒武世—二疊紀(jì)重要地質(zhì)歷史時(shí)期的古地理圖,重新認(rèn)識(shí)晚古生代古地理與古地貌演化史,并揭示早古生代“黔中隆起”、 晚古生代冰期、 古地理及古地貌與貴州鋁土礦形成的耦合機(jī)制。

圖 1 華南早石炭世—晚二疊世海平面變化曲線與晚古生代冰期對(duì)比(絕對(duì)年齡及時(shí)間尺度據(jù)Cohen et al.,2013。華南海平面變化曲線據(jù)李儒峰等，1997；梅冥相等，2002；武思琴等，2016；Huang et al.,2017。全球海平面變化曲線據(jù)Haq 和 Schutter，2008。晚古生代冰期劃分據(jù)Fakes et al.,1992； Isbell et al.,2003； Buggisch et al.,2008)Fig.1 Relative sea-level changes in South China and Late Paleozoic glacial history(timescale according to Cohen et al.,2013. sea-level changes in South China and the globe according to Li et al.,1997；Mei et al.,2002；Wu et al.,2016；Huang et al.,2017 and Haq and Schutter，2008，respectively. ice age after Fakes et al.，1992； Isbell et al.，2003； Buggisch et al.，2008)

2 區(qū)域地質(zhì)概況及研究方法

貴州大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子區(qū)，主要發(fā)育近東西向、北東向、北北東向斷裂，西南部地區(qū)兼有北西向斷裂(戴傳固等，2013)。志留紀(jì)末的廣西運(yùn)動(dòng)使貴州全面隆升為陸，遭受剝蝕夷平。隨著早泥盆世大陸伸展裂陷開始，海水由南部的廣西侵入貴州裂陷盆地內(nèi)，形成北東向展布的陸相—濱淺海相—深水盆地相的沉積格局，沉積分異受控于北西向的水城—紫云—南丹斷裂。泥盆紀(jì)至早二疊世，黔北地區(qū)普遍缺失沉積記錄，僅在務(wù)正道地區(qū)出露少量下石炭統(tǒng)黃龍組。貴州鋁土礦主要的賦存層位為下石炭統(tǒng)九架爐組和下二疊統(tǒng)大竹園組，分別出露于黔中、遵義地區(qū)和黔北務(wù)正道地區(qū)。黔中和遵義地區(qū)早石炭世含鋁巖系與下伏的寒武系婁山關(guān)組白云巖或下奧陶統(tǒng)桐梓組白云巖假整合接觸，與上覆梁山組碎屑巖或棲霞組灰?guī)r假整合接觸。下二疊統(tǒng)大竹園組分布于黔北務(wù)正道地區(qū)，其底部與下志留統(tǒng)韓家店組或上石炭統(tǒng)黃龍組假整合接觸(雷志遠(yuǎn)等，2013；劉幼平等，2016)。中二疊世至晚二疊世，在海平面升降變化和區(qū)域性地殼抬升作用下，貴州逐漸形成了北西向展布的陸相—碳酸鹽巖臺(tái)地相—深水盆地相的沉積格局。

本研究資料包括收集和野外地質(zhì)調(diào)查兩方面。收集的剖面資料來源于貴州省1︰5萬、1︰20萬和1︰25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，共59條。在作者前期從事的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和頁(yè)巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查中，實(shí)測(cè)、踏勘剖面20余條，鉆孔編錄3口，鉆孔資料收集6口。在前人對(duì)貴州晚古生代區(qū)域性古地理研究的基礎(chǔ)上，通過大量資料的收集和本人野外地質(zhì)剖面實(shí)測(cè)、踏勘和鉆孔巖心編錄，編制并進(jìn)一步細(xì)化貴州早石炭世至晚二疊世的古地理圖。本研究的古地理編圖方法采用定性巖相古地理研究中的優(yōu)勢(shì)相法，即對(duì)地質(zhì)調(diào)查的野外剖面或鉆孔進(jìn)行沉積學(xué)分析，判別其巖相或沉積相，確定該地區(qū)典型沉積相并以此作為優(yōu)勢(shì)相，通過點(diǎn)—線—面的工作方法形成區(qū)域古地理圖。

3 “黔中隆起”的形成及演化

3.1 早古生代“黔中隆起”的形成時(shí)間

早古生代，區(qū)域隆升事件和海平面變化使貴州古地理格局發(fā)生了“由海向陸”的重要轉(zhuǎn)變。晚寒武世，貴州均為海域，大面積沉積碳酸鹽巖，古地勢(shì)表現(xiàn)為西高東低。在都勻—?jiǎng)P里—鎮(zhèn)遠(yuǎn)—松桃一線以西的地區(qū)均為局限臺(tái)地相的白云巖沉積，該線以東地區(qū)則由臺(tái)地邊緣相的白云巖和灰?guī)r沉積向斜坡—深水盆地相的灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥巖沉積轉(zhuǎn)變(圖 2-a)。早至中奧陶世，貴州基本繼承了晚寒武世的古地理格局，黔北、黔中、黔南地區(qū)以碳酸鹽巖和泥、頁(yè)巖、粉砂巖沉積為主，少量石英砂巖保存在畢節(jié)等地區(qū)的湄潭組中。然而這些陸源碎屑沉積物主要物源區(qū)應(yīng)為康滇古陸、牛首山古隆起或川中隆起(周懇懇，2015；胡華蕊等，2019)，它們并不是“黔中隆起”的直接體現(xiàn)。晚奧陶世，黔北地區(qū)較為連續(xù)地沉積淺海相寶塔組灰?guī)r和五峰組頁(yè)巖及其上部觀音橋組泥灰?guī)r、生物屑灰?guī)r，而赫章—金沙—甕安—鎮(zhèn)遠(yuǎn)一線以南的地區(qū)缺失沉積，這也普遍被認(rèn)為是與黔中地區(qū)抬升成陸相關(guān)(劉特明，1989；沈志達(dá)等，1990；周希云，1990；鞠天吟，1999；陳旭等，2001；何熙琦等，2005；牛新生等，2007)。然而，貴州晚奧陶世的沉積缺失也可能是由于成巖后期的風(fēng)化剝蝕而致。在黔北部分地區(qū)，觀音橋組灰?guī)r表現(xiàn)為特殊的邊緣相沉積，在遵義、桐梓、湄潭、石阡、印江、沿河等地區(qū)不同程度缺失晚奧陶世沉積，這可能是由局部地區(qū)小規(guī)模隆起并形成孤島而導(dǎo)致的(圖 2-b； 戎嘉余等，2011)。貴陽(yáng)、貴定、都勻、凱里等地區(qū)沉積記錄的缺失很可能與所謂的“都勻運(yùn)動(dòng)”相關(guān)，這種隆升可能在其他區(qū)域表現(xiàn)并不明顯。最為重要的是，畢節(jié)—金沙—遵義一線附近(即“黔中隆起”北緣)在晚奧陶世并無明顯且大量的古陸邊緣相沉積，該時(shí)期黔中地區(qū)存在水下的小規(guī)模和局部隆升，但尚未大規(guī)模隆起。早志留世早—中期(即龍馬溪組—石牛欄組沉積時(shí)期)，黔北地區(qū)以淺海相的碳質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖和灰?guī)r為主，局部地區(qū)龍馬溪組的缺失很可能也與孤島相關(guān)(圖 2-c)。早志留世中—晚期(即韓家店組沉積時(shí)期)，黔北地區(qū)出現(xiàn)大量潮坪相的灰綠色、紫紅色泥(頁(yè))巖、粉砂巖，由北向南逐漸變薄，標(biāo)志著古陸邊緣相沉積的出現(xiàn)。在貴陽(yáng)、都勻、三都、凱里地區(qū)同樣表現(xiàn)為潮坪相沉積(圖 2-d)，為一套灰綠色、紫紅色泥、頁(yè)巖夾泥灰?guī)r、石英粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖的巖性組合。綜上所述，作者認(rèn)為黔中地區(qū)大規(guī)模隆升的時(shí)間應(yīng)起始于下志留統(tǒng)韓家店組沉積時(shí)期，所謂的“都勻運(yùn)動(dòng)”很可能還無法導(dǎo)致黔中地區(qū)的大規(guī)模隆起。

圖 2 貴州晚寒武世—早志留世古地理格局簡(jiǎn)圖 (據(jù)劉寶珺和許效松，1994；戎嘉余等，2011；貴州省地質(zhì)調(diào)查院，2017；修改)Fig.2 Late Cambrian-Early Silurian palaeogeographic map for Guizhou Province(modified from Liu and Xu，1994；Rong et al.,2011； Guizhou Geological Survey，2017)

3.2 是“黔中隆起”還是上揚(yáng)子古陸？

“黔中隆起”是貴州早古生代的一個(gè)呈東西向分布的狹長(zhǎng)隆起帶，主體位于貴州中西部的赫章、織金、修文、開陽(yáng)一帶，南北為黔南坳陷和滇黔北部坳陷所夾，西以婭都—紫云斷裂為界與滇東隆起緊鄰，東北接武陵坳陷(牛新生等，2007；鄧新等，2010)。受限于“黔中隆起”形成時(shí)間的不確定性，其歸屬也尚未明確。早古生代，黔中地區(qū)的大規(guī)模隆起改變了貴州寒武紀(jì)—早奧陶世均為海域的古地理格局，使貴州中部及南部大部分地區(qū)在中奧陶世—志留紀(jì)末期變?yōu)橐黄抨?，即所謂“滇黔桂古陸”(劉寶珺和許效松，1994；梅冥相，1994；梅冥相等，2003；周明輝，2005)，而貴州中部地區(qū)的隆起帶則稱為“黔中隆起”(尹贊勛，1949)。也有學(xué)者認(rèn)為，“黔中隆起”是由“滇黔桂古陸”分異而出(梅冥相，1994)，僅是后者在黔中地區(qū)的一種特殊體現(xiàn)。然而“黔中隆起”形成時(shí)間的再認(rèn)識(shí)進(jìn)一步限制了它作為獨(dú)立單元的存在期限，該期限應(yīng)為早志留世中—晚期至志留紀(jì)末期。志留紀(jì)末，廣西運(yùn)動(dòng)使貴州轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳虾１标憽钡墓诺乩砀窬?，貴州中部及北部地區(qū)開始隸屬于上揚(yáng)子古陸(梅冥相，1994；何熙琦等，2005；劉偉等，2011)。

4 貴州晚古生代古地理演化

泥盆紀(jì)，貴州中部及北部地區(qū)暴露地表并遭受廣泛的剝蝕，最直接的體現(xiàn)是早石炭世黔中地區(qū)發(fā)育的喀斯特地貌(梅冥相，1991；雷志遠(yuǎn)等，2013；劉平和廖友常，2014；Lingetal.,2017；朱永紅等，2018)。石炭紀(jì)至早二疊世，貴州繼承了泥盆紀(jì)“南海北陸”的古地理格局，黔中及黔北地區(qū)繼續(xù)暴露并遭受剝蝕，為貴州鋁土礦的形成提供了物質(zhì)和保存條件(梅冥相，1991；余文超等，2014；杜遠(yuǎn)生等，2015)。該時(shí)期，在晚古生代冰期影響下，全球海平面具明顯的升降變化(圖 1； Poulsenetal.,2007；Buggischetal.,2011；Koch and Frank，2011)。碳酸鹽巖地層序列、古喀斯特暴露特征、碳同位素變化及碎屑巖沉積體系也記錄了華南地區(qū)多次海平面變化的旋回性(劉本培等，1994；李儒峰等，1997；Buggischetal.,2011；Uenoetal.,2013；Wangetal.,2013；嚴(yán)雅娟等，2015；武思琴等，2016；Huangetal.,2017；Liuetal.,2017)。海平面的大幅度升降是控制貴州石炭紀(jì)—早二疊世古地理與古地貌演化的一個(gè)重要因素。然而，貴州石炭紀(jì)至早二疊世所繼承的“南海北陸”古地理格局和喀斯特地貌并不是由單一的海平面變化所致。黔中隆起的形成及演化與貴州中部及北部地區(qū)大范圍暴露地表密切相關(guān)。

4.1 貴州石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的海平面變化、古地理演化

石炭紀(jì)—二疊世，華南地區(qū)位于赤道附近，發(fā)育了大量碳酸鹽沉積和豐富的暖水型底棲生物，其沉積受到由成冰事件所帶來的海平面變化的影響。在“黔中隆起”和海平面變化的影響下，貴州石炭紀(jì)至早二疊世的古地理格局總體表現(xiàn)為“南海北陸”。

早石炭世杜內(nèi)早期，華南及全球發(fā)生小幅度的海平面上升，海水由南東方向侵入，但未達(dá)到黔中和黔北地區(qū)，貴州南部地區(qū)以碳酸鹽沉積為主。杜內(nèi)末期—維憲早期，隨著岡瓦納第1次主冰期的結(jié)束，全球海平面大幅度下降(Haq and Schutter，2008)，華南地區(qū)表現(xiàn)為碳同位素的明顯正偏及煤系地層的普遍沉積(楊瑞東，1993；郄文昆等，2010)。受海退事件影響，貴州威寧—惠水一帶則由碳酸鹽巖轉(zhuǎn)變?yōu)殛懺此樾紟r，而黔南深水盆地向南東方向萎縮。維憲早—晚期，碳同位素的負(fù)偏和沉積層序記錄了華南海平面的上升(李儒峰等，1997；郄文昆等，2010)，貴州早石炭世煤系地層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}巖。此外，早石炭世維憲期海平面的變化也使黔中地區(qū)喀斯特地貌得以顯現(xiàn)，在低洼部位發(fā)育鋁土巖系地層(梅冥相等，1991；雷志遠(yuǎn)等，2013；劉平等，2016；朱永紅等，2018)。早石炭世謝爾普霍夫期—晚石炭世，華南經(jīng)歷了多次三級(jí)海平面變化旋回，總體表現(xiàn)為海侵，伴隨多次小規(guī)模海退事件的發(fā)生(劉本培等，1994；李儒峰等，1997；梅冥相等，2004；郄文昆等，2010；Buggischetal.,2011；Huangetal.,2017)，來自南東方向的海水侵入黔中地區(qū)，貴州畢節(jié)—修文—貴定—榕江一線以南均為海域，而上揚(yáng)子海灣海水侵入黔北務(wù)正道地區(qū)并形成半封閉海灣(雷志遠(yuǎn)等，2013；杜遠(yuǎn)生等，2014，2015)。由于海水波動(dòng)幅度較小，黔北大部分地區(qū)仍為古陸。

早二疊世阿瑟爾末期—薩克馬爾期，碎屑巖沉積體系、碳酸鹽巖暴露特征及碳同位素的偏移指示了貴州該時(shí)期海平面的大幅度下降(郄文昆等，2010；嚴(yán)雅娟等，2015；武思琴等，2016)，黔南海岸線退至興義—六盤水—清鎮(zhèn)—獨(dú)山—從江一線以南。亞丁斯克期，海水自南東方向小規(guī)模侵入黔西南地區(qū)，表現(xiàn)為包磨山組灰?guī)r的逐漸增多。早二疊世阿瑟爾期—亞丁斯克期，受大規(guī)模海退事件影響，黔北半封閉海岸萎縮至道真地區(qū)(杜遠(yuǎn)生等，2015)。亞丁斯克末期，海平面的小幅度上升使貴州廣泛沉積煤系地層，結(jié)束了貴州“南海北陸”的古地理格局。早—中二疊世之交發(fā)生了1次海退事件，表現(xiàn)為梁山組與棲霞組之間的不整合接觸(梅冥相等，2002)。早二疊世空谷早期，華南發(fā)生大規(guī)模海侵事件(王成善等，1999)，貴州大部分地區(qū)為臺(tái)地相的淺水碳酸鹽沉積，斜坡—深水盆地相沉積僅發(fā)育于冊(cè)亨—紫云—望謨—羅甸地區(qū)。中、晚二疊世之交，峨眉山地幔柱使華南西南緣地殼穹狀隆起(Heetal.,2003)，而全球大規(guī)模海退事件導(dǎo)致區(qū)域上從西向東發(fā)生大規(guī)模海退(Kofukudaetal.,2014)，改變了貴州早二疊世空谷期—中二疊世均為海域的單一古地理面貌。晚二疊世吳家坪早期，貴州海平面上升，長(zhǎng)興早期由陸源碎屑巖變?yōu)榕_(tái)地相碳酸鹽巖。長(zhǎng)興中晚期，海平面開始下降(梅冥相等，2002)，貴州大部分地區(qū)為臺(tái)地相碳酸鹽巖，而海陸過渡相的陸源碎屑巖僅分布于興義—興仁—六枝—畢節(jié)以西的地區(qū)。

4.2 早石炭世杜內(nèi)期古地理

早石炭世杜內(nèi)期，貴州海平面小幅度上升，但該次海侵事件并未對(duì)古地理格局造成明顯的改變，黔中和黔北地區(qū)由于地勢(shì)較高，仍處于暴露剝蝕狀態(tài)而缺失沉積物(圖 3)。杜內(nèi)末期的海退事件則使海水退至赫章發(fā)達(dá)—六枝—紫云—惠水—獨(dú)山—荔波一線附近。在杜內(nèi)期，該線以南的地區(qū)發(fā)育以灰?guī)r為主的臺(tái)地相湯耙溝組。受控于水城—紫云—南丹—柳州裂陷槽，在水城—關(guān)嶺—紫云—望謨—羅甸地區(qū)則發(fā)育礫屑灰?guī)r、泥灰?guī)r和硅質(zhì)巖為主的斜坡—深水盆地相沉積(睦化組)。在靠近古陸邊緣的龍里—都勻南部—獨(dú)山雪花洞—荔波堯抑地區(qū)發(fā)育濱海相沉積，巖性以砂巖、石英砂巖和灰?guī)r為主，夾碳質(zhì)泥(頁(yè))巖，平面上呈長(zhǎng)條狀展布，(獨(dú)山型湯耙溝組；貴州省地質(zhì)調(diào)查院，2017)。在龍里地區(qū)可見含鋁巖系和鋁土礦(即所謂的“豐源層”鋁土礦)，頂、底板分別為湯耙溝組灰?guī)r和祥擺組碎屑巖。

4.3 早石炭世維憲期古地理

圖 4 貴州早石炭世維憲期古地理圖 (喀斯特漏斗、洼地的劃分據(jù)劉平和廖友常，2013，2014；陳慶剛等，2016；朱永紅等，2018)Fig.4 Early Carboniferous Visean palaeogeographic map for Guizhou Province(karst bottomland and doline according to Liu and Liao，2013，2014；Chen et al.,2016；Zhu et al.,2018)

早石炭世維憲早期，海平面持續(xù)下降，貴州威寧、安順、惠水、都勻、獨(dú)山、荔波、從江等地區(qū)普遍沉積一套海陸交互相的煤系地層(祥擺組)，巖性為灰白至灰黑色中厚層、厚層細(xì)至中砂巖、石英砂巖，夾泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖及煤層，化石稀少，與下伏碳酸鹽巖平行不整合接觸。此時(shí)的碳酸鹽巖臺(tái)地范圍明顯縮小，斜坡—深水盆地內(nèi)的沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)樘假|(zhì)泥(頁(yè))巖、硅質(zhì)巖(打屋壩組)(圖 4)。維憲期，受海侵事件影響，過渡相區(qū)逐漸向碳酸鹽巖臺(tái)地轉(zhuǎn)變，沉積物以中厚層泥晶灰?guī)r、生物屑灰?guī)r為主(舊司組、上司組)。維憲期，黔中地區(qū)結(jié)束了沉積缺失的歷史，出現(xiàn)喀斯特高地和喀斯特平原的古地貌，斷續(xù)發(fā)育鋁鐵質(zhì)巖系(九架爐組)。鋁鐵質(zhì)巖系在平面上呈不規(guī)則狀展布，向東延伸至凱里上寨，北至遵義，西臨赫章黃河，厚度變化大。作者依據(jù)前人報(bào)道的鋁土礦點(diǎn)劃分出遵義、息烽、修文、清鎮(zhèn)、甕安、福泉等地的巖溶漏斗及洼地古地貌，在地勢(shì)高的區(qū)域則表現(xiàn)為沉積間斷。

圖 5 貴州早石炭世謝爾普霍夫期—晚石炭世古地理圖Fig.5 Early Carboniferous Serpukhovian-Late Carboniferous palaeogeographic map for Guizhou Province

4.4 早石炭世謝爾普霍夫期—晚石炭世古地理

早石炭世謝爾普霍夫期—晚石炭世，海侵范圍逐漸擴(kuò)大，貴州南部和北部地區(qū)分別受到2個(gè)不同方向海水的侵入。華南海海水由南向北侵入到達(dá)畢節(jié)、修文、貴定、三都、榕江、黎平一帶，在其南部地區(qū)大量發(fā)育碳酸鹽巖并保存于不同沉積相區(qū)中(圖 5)。在臺(tái)地相區(qū)，自下而上分別沉積以白云巖、灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r為主的擺佐組、黃龍組、馬平組。威寧組代表了礁灘相沉積，呈條帶狀分布于臺(tái)地邊緣地區(qū)。在斜坡—盆地相區(qū)，發(fā)育灰黑色薄至中厚層灰?guī)r為主的南丹組。在該時(shí)期海平面不斷上升過程中，也伴隨了多次小規(guī)模的海退事件，黔南地區(qū)黃龍組與馬平組之間的平行不整合面即是對(duì)區(qū)域海退事件的響應(yīng)。

晚石炭世，上揚(yáng)子海灣的海水由北向南侵入黔北務(wù)正道地區(qū)，形成一個(gè)開口向北的半封閉海灣，主要發(fā)育局限臺(tái)地相和開闊臺(tái)地相的沉積，巖性以灰?guī)r、生物屑灰?guī)r為主。而該海灣的東南西三面均為地勢(shì)相對(duì)較高的剝蝕區(qū)?？ㄎ髂蛑衅谝院螅Ｋ饾u退出務(wù)正道地區(qū)，該地區(qū)進(jìn)入風(fēng)化剝蝕階段，黃龍組灰?guī)r遭受不同程度的風(fēng)化剝蝕，在部分地區(qū)形成巖溶洼地(杜遠(yuǎn)生等，2013；黃興等，2013)。

4.5 早二疊世阿瑟爾期—亞丁斯克期古地理

本研究根據(jù)鋁土礦點(diǎn)資料繪制了黔北務(wù)正道地區(qū)古地理圖，對(duì)普安地區(qū)下二疊統(tǒng)龍吟組的沉積相進(jìn)行了重新認(rèn)識(shí)?？紤]到黔北務(wù)正道和黔南地區(qū)古地理演化的區(qū)域差異性，分別對(duì)該時(shí)期黔北地區(qū)和黔西南地區(qū)古地理演化進(jìn)行論述。

圖 6 貴州早二疊世阿瑟爾期—亞丁斯克期古地理圖(半封閉海灣劃分據(jù)杜遠(yuǎn)生等，2013；雷志遠(yuǎn)等，2013； 黃興等，2013；杜遠(yuǎn)生等，2014。鋁土礦礦床、礦點(diǎn)據(jù)劉平和廖友常，2013)Fig.6 Early Permian Asselian-Artinskian palaeogeographic map for Guizhou Province(semi-enclosed bay according to Du et al.， 2013；Huang et al.,2013；Lei et al.,2013；Du et al.,2014；bauxite deposits(ore spots)according to Liu and Liao，2013)

早二疊世阿瑟爾期—亞丁斯克期，上揚(yáng)子海灣海平面大幅度下降，黔北剝蝕區(qū)域向北擴(kuò)增，石炭系廣泛暴露，遭受風(fēng)化剝蝕，僅在低洼處殘留石炭紀(jì)沉積(杜遠(yuǎn)生等，2015)。亞丁斯克早期，黔北地區(qū)從陸表海過渡到陸相，半封閉海灣中有淡水的輸入，可能會(huì)出現(xiàn)咸化湖泊。亞丁斯克中晚期，突發(fā)海侵和緩慢海退事件使務(wù)正道地區(qū)出現(xiàn)海陸交互的沉積環(huán)境，如濱岸濕地等。而頻繁的海侵與海退作用也使沉積物被進(jìn)一步的改造，利于黔北地區(qū)鋁土礦的形成(黃興等，2013；杜遠(yuǎn)生等，2015)。

早二疊世薩克馬爾期，華南海海平面大幅度下降，黔南和黔西南地區(qū)海域向南萎縮(圖 6)。亞丁斯克期，盤縣、威寧、六盤水等地區(qū)下二疊統(tǒng)遭受暴露和剝蝕，表現(xiàn)為馬平組頂部暴露特征及其與上覆地層(梁山組)平行不整合接觸。普安龍吟、晴隆花貢、水城花嘎等地區(qū)接收大量陸源碎屑物質(zhì)，形成小范圍的三角洲沉積體系，從南向北龍吟組砂巖逐漸減少。隨著亞丁斯克期海平面的上升，黔西南地區(qū)碎屑巖為主的沉積(龍吟組)逐漸過渡為灰?guī)r與碎屑巖的組合(包磨山組)。此時(shí)，海域面積可能擴(kuò)增至盤縣、水城等地區(qū)，形成臺(tái)地相的灰?guī)r夾碎屑巖的沉積，保存于平川組中。而臺(tái)緣—盆地相沉積僅見于冊(cè)亨—貞豐—紫云—望謨—羅甸以南地區(qū)。值得注意的是，水城—紫云—南丹裂陷槽對(duì)該時(shí)期三角洲及盆地相沉積的分布范圍具有明顯的控制作用。

圖 7 貴州早二疊世亞丁斯克末期(梁山組沉積時(shí)期)古地理圖Fig.7 Latest Artinskian of Early Permian palaeogeographic map for Guizhou Province

4.6 早二疊世亞丁斯克末期古地理

早二疊世亞丁斯克末期，貴州“南北分異”的古地理格局結(jié)束，海平面的上升形成了廣泛分布的濱海沼澤相沉積的含煤巖系(圖 7)。由南向北，梁山組砂巖逐漸減少，泥巖逐漸增多。在威寧金鐘、六盤水德塢、爛壩、加開及毗鄰云南省的宣威格學(xué)一帶，其厚度大于100im，其余地區(qū)厚度約為10～20im(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，2017)。梁山組厚度的變化也間接反映了黔中和黔北地區(qū)在經(jīng)歷晚石炭世—早二疊世的風(fēng)化剝蝕后，地貌呈現(xiàn)為準(zhǔn)平原。本研究主要依據(jù)貴州省區(qū)調(diào)剖面的收集，首次繪制了該時(shí)期貴州的古地理圖。

4.7 早二疊世空谷期—中二疊世古地理

早二疊世空谷期—中二疊世，大規(guī)模海侵事件開始，海水完全淹沒貴州，大部分地區(qū)為淺水碳酸鹽巖臺(tái)地沉積，發(fā)育生物屑灰?guī)r和白云巖(圖 8)。在臺(tái)地邊緣發(fā)育海綿生物礁灰?guī)r和顆粒灰?guī)r(梅冥相等，2002；焦大慶等，2003；孟慶芬和鄧軍，2003)。而在紫云南部、望謨、羅甸地區(qū)，主要為一套以斜坡—盆地相的沉積，沉積物以泥巖、灰?guī)r和硅質(zhì)巖為主的。對(duì)碳酸鹽生產(chǎn)工廠的研究顯示，中二疊世羅德期—卡皮敦早期，臺(tái)地在黔南地區(qū)出現(xiàn)萎縮，臺(tái)地邊緣被淹沒(孟琦等，2018)。

圖 8 貴州早二疊世空谷期—中二疊世古地理圖(據(jù)貴州省地質(zhì)調(diào)查院，2017；修改)Fig.8 Early Permian Kungurian-Middle Permian palaeogeographic map for Guizhou Province (modified from Guizhou Geological Survey，2017)

4.8 晚二疊世吳家坪期古地理

晚二疊世吳家坪期，受區(qū)域性隆升和大規(guī)模海退事件影響(Heetal.,2003；Kofukudaetal.,2014)，貴州接收大量陸源碎屑物質(zhì)(Yangetal.,2015；于鑫等，2017；Dengetal.,2020)，形成北西向南東依次為陸相—海陸交互相—海相沉積的古地理格局(圖 9)。大致以盤縣—水城大樹腳—畢節(jié)為界，其西部為發(fā)育河流、湖泊沉積的陸相區(qū)，沉積物以粉—細(xì)砂巖和泥巖為主。宣威組可見明顯的河流二元結(jié)構(gòu)，即下部的河道沉積和上部的天然堤、決口扇和洪泛平原，天然堤中富含植物化石。該相區(qū)向東至貞豐—關(guān)嶺—修文—開陽(yáng)—正安一線為潮控三角洲沉積的海陸交互相區(qū)，沉積以粉—細(xì)砂巖、泥巖和灰?guī)r為主的含煤巖系(龍?zhí)督M)。龍?zhí)督M中發(fā)育潮汐層理，局部可見沖刷面，由西向東灰?guī)r夾層增多。貴州吳家坪期海相區(qū)包括碳酸鹽巖臺(tái)地和斜坡—深水盆地，其中碳酸鹽巖臺(tái)地覆蓋了黔北、黔東、黔中和黔南的大部分地區(qū)，沉積物主要為灰?guī)r。僅在冊(cè)亨—關(guān)嶺—紫云—望謨的南部地區(qū)沉積斜坡—深水盆地相的領(lǐng)薅組，沉積物由灰?guī)r、砂巖、泥巖和硅質(zhì)巖組成，具濁積巖沉積特征。本研究繪制了貴州晚二疊世吳家坪期古地理圖，也進(jìn)一步細(xì)化了巖相界限。

圖 9 貴州晚二疊世吳家坪期古地理圖Fig.9 Late Permian Wuchapingian palaeogeographic map for Guizhou Province

4.9 晚二疊世長(zhǎng)興期古地理

晚二疊世長(zhǎng)興期，海侵范圍逐漸擴(kuò)大，過渡相區(qū)的陸源碎屑沉積范圍縮小，而碳酸鹽沉積面積向貴州北西擴(kuò)大(圖 10)。長(zhǎng)興中—晚期，海平面開始下降，在臺(tái)地上持續(xù)沉積長(zhǎng)興組灰?guī)r、燧石灰?guī)r，而在低洼部位沉積以硅質(zhì)巖為主的大隆組。此外，長(zhǎng)興期也是晚古生代生物礁生長(zhǎng)的主要時(shí)期，生物礁呈狹窄的條帶狀斷續(xù)分布于臺(tái)地邊緣附近(范廣慧等，2016)。

圖 10 貴州晚二疊世長(zhǎng)興期古地理圖Fig.10 Late Permian Changhsingian palaeogeographic map for Guizhou Province

5 晚古生代冰期、古地理演化和鋁土礦成礦的耦合關(guān)系

貴州早石炭世和早二疊世的鋁土礦主要集中在黔中、遵義和黔北地區(qū)，而鋁土礦分布的區(qū)域性與其形成時(shí)期的古地理與古地貌密切相關(guān)(韓忠華，2008；殷科華等，2009；杜遠(yuǎn)生等，2013，2014；雷志遠(yuǎn)等，2013；崔滔等，2014；Lingetal.,2017；Wengetal.,2019；Lietal.,2020)。早志留世形成的“黔中隆起”明顯奠定了貴州晚古生代古地理與古地貌演化的基礎(chǔ)，晚古生代冰期的海平面變化對(duì)貴州古地理演化具重要的影響，特別是早石炭世和早二疊世的古地理和古地貌。

晚石炭世，貴州基本繼承了早石炭世的古地理格局，整體上仍表現(xiàn)為“南海北陸”。晚石炭世至早二疊世，在晚古生代冰期與間冰期的影響下，全球海平面發(fā)生明顯的升降變化，包括華南地區(qū)(劉本培等，1994；李儒峰等，1997；梅冥相等，2004；郄文昆等，2010；Buggischetal.,2011；嚴(yán)雅娟等，2015；武思琴等，2016；Huangetal.,2017)。晚石炭世巴什基爾中期—卡西莫夫中期，海水由北向南侵入黔北務(wù)正道地區(qū)，沉積黃龍組灰?guī)r。晚石炭世卡西莫夫中期—格舍爾期，晚古生代第3次主冰期導(dǎo)致貴州海平面多次大幅下降，黔北部分地區(qū)暴露地表并使前期沉積的灰?guī)r遭受剝蝕，在喀斯特作用下形成不連續(xù)分布的喀斯特洼地(杜遠(yuǎn)生等，2015；Yuetal.,2019)。早二疊世阿瑟爾期—亞丁斯克期全球進(jìn)入了盛冰期(Isbelletal.,2003；Shi and Waterhouse，2010；Buggischetal.,2011；Liuetal.,2017)，在海平面高頻升降變化下，黔北務(wù)正道地區(qū)準(zhǔn)平原化地貌趨于成熟并形成開口向北的半封閉海灣，在海灣周圍的東、南、西方向共同為濱岸濕地、近岸平原、黔北平原及黔東南山地所圍(黃興等，2013；雷志遠(yuǎn)等，2013；杜遠(yuǎn)生等，2015)。大量沉積古地理的研究顯示大竹園組含鋁巖系分布在濱岸濕地和半封閉海灣中，但2種環(huán)境內(nèi)的鋁土礦厚度和品質(zhì)具有較大的差異性。在半封閉海灣中主要發(fā)育致密狀鋁土礦，濱岸濕地則以土狀半土狀鋁土礦、碎屑狀和豆鮞狀鋁土礦為主(杜遠(yuǎn)生等，2014)。黔北地區(qū)大竹園礦區(qū)微地貌恢復(fù)也指示濱岸濕地內(nèi)的喀斯特洼地是優(yōu)質(zhì)鋁土礦的主要形成環(huán)境(Lietal.,2020)。大量鉆孔巖心和地球化學(xué)元素質(zhì)量平衡計(jì)算均反映鋁土礦的形成及其品質(zhì)受準(zhǔn)同生和后生的淋濾作用控制(余文超等，2013；張瑩華等，2013；Lietal.,2020)。與務(wù)正道地區(qū)大竹園組含鋁巖系底部黏土巖高B含量不同的是，優(yōu)質(zhì)型鋁土礦、鋁土質(zhì)黏土巖或致密狀鋁土礦中B含量具有陸相和過渡相環(huán)境的特征(崔濤等，2013)。此外，大量與陸表相關(guān)的生物標(biāo)志物和燃燒成因PAHs(多環(huán)芳烴化合物)的發(fā)現(xiàn)也都顯示出地表暴露的存在(余文超等，2012，2013)。由此可見，濱岸濕地確實(shí)存在間歇性的暴露，可發(fā)生強(qiáng)烈的陸表淋濾作用。此外，晚古生代冰蓋的消長(zhǎng)也通過改變海平面和氣候變化而使地下水位發(fā)生變化，這對(duì)鋁土礦的品質(zhì)也具有重要的控制作用，如高地下水位時(shí)的弱排水能力不利于活動(dòng)元素的遷移和高品質(zhì)鋁土礦的形成(Brdossy and Aleva，1990；Yuetal.,2019)。因此，貴州早二疊世鋁土礦的形成與晚古生代冰期之間存在明顯的耦合關(guān)系(圖 1)。

綜上所述，黔中、遵義地區(qū)早石炭世和黔北務(wù)正道地區(qū)早二疊世含鋁巖系的分布和厚度受控于古地理和古地貌，而這樣有利的鋁土礦成礦環(huán)境又受控于晚古生代冰期和間冰期所帶來的海平面變化。而這種變化也是控制鋁土礦品質(zhì)的主要因素。在古地理與古地貌控礦上，“黔中隆起”的形成及演化扮演了重要的角色。它奠定了晚古生代古地理和古地貌演化的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在黔中和遵義地區(qū)早石炭世含鋁巖系的形成。而在前期古地理和古地貌演化的基礎(chǔ)上，晚古生代冰期與間冰期交替引起的海平面變化使黔北務(wù)正道地區(qū)間歇性暴露地表并形成喀斯特化地貌，殘坡積物向洼地搬運(yùn)并沉積，通過淋濾作用最終形成鋁土礦。

6 結(jié)論

1)晚寒武世至早志留世早—中期，畢節(jié)等地區(qū)出露的少量早奧陶世陸源碎屑巖不是“黔中隆起”的產(chǎn)物，畢節(jié)—金沙—遵義一線附近并無明顯的與“黔中隆起”相關(guān)的古陸邊緣相沉積。早志留世中—晚期，黔北地區(qū)廣泛沉積潮坪相的韓家店組碎屑巖，意味著“黔中隆起”的真正形成，黔中和遵義地區(qū)開始進(jìn)入長(zhǎng)期而強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕階段。

2)早古生代的區(qū)域隆升事件與海平面變化是控制貴州晚古生代古地理與古地貌演化的重要因素。“黔中隆起”的形成與演化明顯控制了黔中和遵義地區(qū)早石炭世古地理及古地貌的發(fā)展，形成喀斯特洼地、漏斗和峽谷，為鋁土礦提供了物質(zhì)條件和成礦場(chǎng)所。晚古生代冰期和間冰期帶來的海平面和氣候的變化則改造初始成礦物質(zhì)，影響了鋁土礦的類型和品質(zhì)。因此，“黔中隆起”和晚古生代冰期與貴州早石炭世鋁土礦的形成具有明顯的耦合關(guān)系。在石炭紀(jì)古地理和古地貌演化的基礎(chǔ)上，受晚古生代冰期和間冰期帶來的海平面升降變化的影響，黔北務(wù)正道地區(qū)在早二疊世形成有利于鋁土礦成礦的濱岸濕地環(huán)境和洼地地貌，在高頻的海平面升降變化下，通過強(qiáng)烈的淋濾作用改造初始成礦物質(zhì)并形成高品位鋁土礦。貴州早二疊世鋁土礦的形成和晚古生代冰期具有明顯的耦合關(guān)系。