北祁連西段肅南地區(qū)下志留統(tǒng)骯臟溝組河流相的發(fā)現(xiàn)及其大地構(gòu)造意義

侯乾，牟傳龍，鄭斌嵩，葛祥英

1)中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都, 610081；2)山東科技大學(xué)，山東青島，266590；3)自然資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室，成都，610081

內(nèi)容提要: 北祁連地區(qū)位于中國中央造山帶中段，具有典型造山帶的特征。區(qū)內(nèi)志留系骯臟溝組沉積環(huán)境存在較大爭議，以致對其沉積期古地理格局的認(rèn)識就存在很大差異。本研究選取志留系骯臟溝組發(fā)育齊全的肅南地區(qū)老虎溝剖面為研究對象，通過野外剖面實測、室內(nèi)薄片鑒定和碎屑巖粒度分析等方法對老虎溝剖面骯臟溝組沉積充填序列、沉積構(gòu)造和沉積相類型進(jìn)行了細(xì)致分析。北祁連肅南地區(qū)老虎溝剖面志留系骯臟溝組發(fā)育大套的礫巖、砂礫巖和含礫砂巖，沉積構(gòu)造以大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理和底沖刷構(gòu)造為主，其中砂巖碎屑的成分和結(jié)構(gòu)成熟度都較低；砂巖段的滾動組分含量較高，縱向剖面上顯示為向上遠(yuǎn)離物源區(qū)，粒度變細(xì)的演化序列。沉積特征指示北祁連肅南地區(qū)老虎溝剖面志留系骯臟溝組的沉積相為辮狀河流相，并非前人認(rèn)為的造山俯沖階段或者弧陸碰撞階段的深水海相沉積，而是已經(jīng)發(fā)生陸—陸碰撞形成的陸相沉積。此時北祁連東部地區(qū)還未發(fā)生陸—陸碰撞，由此可知北祁連在早志留世碰撞為“西早東晚”的不規(guī)則點式碰撞。本研究有助于深化對北祁連造山帶志留紀(jì)的古地理格局和其大地構(gòu)造背景的認(rèn)識。

北祁連造山帶、秦嶺造山帶和昆侖造山帶構(gòu)成了中國中央造山帶，其中北祁連是一個典型的板塊邊緣造山帶，它夾于中祁連地塊和阿拉善地塊之間。自20世紀(jì)70年代以來，眾多學(xué)者對北祁連地區(qū)構(gòu)造演化過程進(jìn)行了研究和探索，但由于側(cè)重點和研究程度等方面的差異致使對北祁連造山帶的演化過程存在不同的認(rèn)識：其中黃汲清等(1965)利用槽臺學(xué)說定義北祁連地區(qū)為地槽區(qū)；王荃等(1976)和肖序常等(1978)通過研究北祁連早古生代的蛇綠巖套，利用板塊學(xué)理論對祁連地區(qū)的地槽演化進(jìn)行了重塑，認(rèn)為北祁連洋盆的最終消失是志留紀(jì)末祁連運動的結(jié)果，早中泥盆世大量磨拉石的出現(xiàn)標(biāo)志著洋盆的最終消亡；李春昱(1975)、李春昱等(1978)通過考察分析北祁連的藍(lán)片巖、混雜堆積巖和蛇紋巖，認(rèn)為北祁連在志留紀(jì)為一套洋盆沉積組合，直到泥盆紀(jì)大量磨拉石的發(fā)育才標(biāo)志著洋盆的最終消亡；左國朝(1997)等通過對北祁連地區(qū)火山—沉積組合、高壓變質(zhì)帶、俯沖雜巖產(chǎn)出特征及同位素年齡分析，得出北祁連在早古生代為裂谷盆地，后來逐漸演化為微洋盆，而且這個微洋盆經(jīng)歷了多次不同極性的俯沖，直到晚志留世—早中泥盆世才發(fā)生了大規(guī)模不規(guī)則邊緣碰撞；張建新等(1997，1998)對北祁連俯沖—增生雜巖和島弧火山巖進(jìn)行研究認(rèn)為北祁連的俯沖作用一直持續(xù)到了早志留世，到中晚志留世才發(fā)生碰撞造山；湯中立等(1999，2001)通過討論華北大陸西南緣的構(gòu)造演化與礦床形成的構(gòu)造背景，得出北祁連在早志留世為與島弧相關(guān)的盆地；馮益民和何世平(1995,1996)和馮益民(1998)通過研究北祁連蛇綠巖與造山作用的關(guān)系認(rèn)為志留系為一套陸源碎屑復(fù)理石沉積；而杜遠(yuǎn)生等(2002,2004)通過對北祁連地區(qū)早古生代的沉積充填序列的研究認(rèn)為志留系從下向上為一套復(fù)理石—海相磨拉石沉積；曹小勤等(2010)和仲欣等(2019)通過分析肅南松達(dá)板溝的充填序列認(rèn)為志留系骯臟溝組為一套深海濁流沉積。總的來說由于造山作用的復(fù)雜性，對于北祁連早志留世的構(gòu)造背景和古地理格局都沒有達(dá)成共識。本文通過對肅南地區(qū)老虎溝剖面進(jìn)行野外露頭觀察、薄片鑒定和砂巖粒度分析，對其沉積充填組合、沉積構(gòu)造、沉積相類型和沉積演化序列進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果指示北祁連肅南地區(qū)志留系骯臟溝組屬于河流相沉積，由此對北祁連同沉積期的古地理格局和造山過程進(jìn)行了新的約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)地處甘肅省境內(nèi)，為北祁連西部地區(qū)，由于構(gòu)造復(fù)雜，地層分布極為混亂，志留紀(jì)其地質(zhì)構(gòu)造受原特提斯洋制約(付國民等，2005；叢智超，2017)。早古生代北祁連地區(qū)地處阿拉善地塊、塔里木地塊和中祁連地塊之間(宋述光等，2013)，地理位置獨特，為造山帶聚集和主要地塊交接轉(zhuǎn)換的部位，對于重構(gòu)古板塊體制具有重要意義。區(qū)內(nèi)構(gòu)造演化經(jīng)歷了震旦紀(jì)—早奧陶世北祁連洋盆擴張發(fā)展，中奧陶世—泥盆紀(jì)洋盆俯沖消亡—碰撞造山的復(fù)雜過程。北祁連志留紀(jì)地層在甘肅地區(qū)橫向上變化較大，基本以民樂為界，分為西部的玉門—肅南小區(qū)和東部的靖遠(yuǎn)小區(qū)(甘肅省地質(zhì)局，1989；全國地層委員會，2017)，表現(xiàn)了北祁連造山帶盆山空間演化的不均一性。筆者等研究的骯臟溝組沉積位于甘肅省肅南境內(nèi)的北祁連造山帶西段(圖1a)，志留系地層單元自下向上主要由骯臟溝組、泉腦溝組和旱峽組地層單位組成(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1997)(表1)。其中骯臟溝組下段主要發(fā)育灰綠色厚層狀礫巖、含礫粗砂巖夾中層狀細(xì)砂巖，上段主要為灰綠色中—厚層狀砂巖；泉腦溝組由一套雜色(灰綠色、紫紅色)含礫砂巖和砂巖組成；旱峽組為一套紫紅色細(xì)砂巖及含礫細(xì)砂巖組成(牟傳龍等，2020)。該套沉積具有典型的陸相磨拉石沉積特征。本文實測了肅南老虎溝骯臟溝組地層剖面(圖1b)，對骯臟溝組早期礫巖沉積成因進(jìn)行了探討，進(jìn)而對北祁連造山帶造山過程中的沉積盆地響應(yīng)過程進(jìn)行了恢復(fù)。

圖1 北祁連造山帶構(gòu)造格局及研究區(qū)分布圖(據(jù)Song Shuguang et al., 2013 and Zhang Jianxin et al., 2017 修改)Fig. 1 Tectonic framework of North Qilian orogenic belt and distribution of the studied sections (modified from Song Shuguang et al., 2013 and Zhang Jianxin et al., 2017)

2 沉積特征及沉積相類型

2.1 沉積特征

不同的沉積構(gòu)造類型和不同的巖性粗細(xì)程度能反應(yīng)出不同的沉積水動力條件。因為不同的巖性和沉積構(gòu)造組合可以代表不同的能量單元，所以其是分析沉積物形成過程的重要因素(譚程鵬等，2014)。通過對老虎溝剖面巖性、沉積構(gòu)造等特征進(jìn)行分析研究，可知肅南老虎溝剖面骯臟溝組主要發(fā)育以下7種巖相類型(圖2，圖3)：

圖2 北祁連西段肅南地區(qū)下志留統(tǒng)骯臟溝組典型巖相類型Fig. 2 Typical lithofacies of the Lower Silurian Angzanggou Formation in Sunan area, northern Qilian Mountains

圖3 肅南老虎溝實測剖面巖相特征Fig. 3 Typical lithofacies of the measured section in Laohugou area, Sunan County

厚層塊狀礫巖相(Gm)：礫巖主要由圓狀—次圓狀、分選差—中等，平均粒徑在3～6 cm之間，局部可見少量粒徑15 cm的礫石組成，礫石以塊狀堆積狀產(chǎn)出，顆粒支撐為主，常具弱的疊瓦狀排列特征，為辮狀河道底部滯留礫石沉積。

槽狀交錯層理礫巖相(Gt)：礫巖中可見發(fā)育大型槽狀交錯層理，在槽狀交錯層理的紋層中可見粒徑1～4 cm的礫石定向排列，屬于辮狀河道沖刷遷移、沖刷充填沉積。

板狀交錯層理礫質(zhì)—含礫砂巖相(Gp)：由磨圓中等、分選中等的中—粗砂巖組成，發(fā)育多組下截和下切型板狀交錯層理，且在板狀交錯層理的紋層中可見分布少量礫石，其長軸方向與紋層面平行，應(yīng)屬于河流中順流加積形成的辮流沙壩沉積。

沖刷礫巖相(Sb)：礫巖主要由次圓狀、分選中等的礫石組成，礫石整體呈現(xiàn)定向疊瓦狀分布，可見下部砂巖層被流水沖刷呈現(xiàn)出凸凹不平的沖刷面。

槽狀交錯層理砂巖相(St)：由磨圓、分選中等的中—細(xì)砂巖組成，發(fā)育小型槽狀交錯層理，應(yīng)為辮狀河河道游蕩性流水作用的沉積特征，為辮狀河下切、遷移的產(chǎn)物。

板狀交錯層理砂巖相(Sp)：由分選、磨圓中等的中—細(xì)砂巖組成，層內(nèi)中發(fā)育板狀交錯層理，為辮狀河心灘側(cè)向加積的產(chǎn)物。

平行層理砂巖相(Sh)：由分選、磨圓較好的的細(xì)砂巖組成，發(fā)育平行層理，屬于辮狀河高流態(tài)面狀層流沉積。

2.2 沉積相類型

肅南老虎溝剖面志留系骯臟溝組總厚度約為550 m，與三疊系延長群斷層接觸，與上覆泉腦溝組整合接觸(圖4)。其巖性大體可分為兩段：下段為灰綠色厚層塊狀礫巖夾厚層含礫砂巖及砂巖；上段以灰綠色含礫砂巖—砂巖為主，發(fā)育大量槽狀交錯層理和平行層理。綜合野外露頭實測和室內(nèi)薄片鑒定，認(rèn)為北祁連肅南地區(qū)老虎溝剖面志留系骯臟溝組為山間河流相沉積，主要發(fā)育河道沉積亞相，可細(xì)分為河道滯留微相，心灘沉積微相。

圖4 老虎溝剖面骯臟溝組沉積柱狀圖Fig. 4 Sedimentary column of the Lower Silurian Angzanggou Formationin Laohugou Profile

2.2.1河道滯留微相

河道滯留微相發(fā)育于整個骯臟溝組中，巖性主要為灰綠色厚層塊狀礫巖、砂礫巖(圖3a)，可見發(fā)育底沖刷構(gòu)造和槽狀交錯層理(圖3b,c,e)，其中可以看到礫石呈現(xiàn)定向排列，指示了牽引流強水動力條件。整個露頭上可見剖面上具有“礫包砂”的特征(圖3b,c)，從單套厚層砂體上來看，表現(xiàn)為多期辮狀河道相互疊置、頻繁切割的特征。通過對研究區(qū)內(nèi)疊瓦狀構(gòu)造中礫石長軸方向和交錯層理收斂方向的統(tǒng)計，對古流向數(shù)據(jù)統(tǒng)計近160個，交錯層理構(gòu)造發(fā)育每個位置的統(tǒng)計不少于30個，疊瓦狀構(gòu)造每個位置的統(tǒng)計不少于30個(圖5)。由玫瑰判別圖可知，在肅南老虎溝骯臟溝組古流向以西南方向為主(圖5)。剖面礫巖中礫石以次圓狀為主，成分以火山巖、火山碎屑巖和硅質(zhì)巖為主，礫徑主要集中在0.6～25 cm，主要以顆粒支撐為主，每個單旋回底部都可見底沖刷構(gòu)造(圖3e,f)，而礫巖內(nèi)部可見發(fā)育大量槽狀交錯層理(圖3b,c)和板狀交錯層理(圖3d)，交錯層理中礫石以細(xì)礫—中礫級為主，磨圓較好，呈次圓狀，交錯層理底部一般見明顯的底沖刷構(gòu)造(圖3b)，其應(yīng)為河道側(cè)向加積形成的礫質(zhì)沉積物。而從微觀特征上看，在骯臟溝組河道砂巖中，因為距離物源區(qū)較近，巖石中巖屑含量較高(圖6a—d)，含量為45%左右，多為火山巖巖屑，且砂巖中成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低，碎屑顆粒呈棱角狀圖(6a,b)，顆粒分選中等—差(6c,d)，反映了近源快速堆積的辮狀河道相沉積特征。

圖5 老虎溝骯臟溝組礫石疊瓦狀構(gòu)造與交錯層理Fig. 5 The imbricated structure of the gravel and the cross bedding in Laohugou Profile

2.2.2心灘微相

心灘微相一般都與河道亞相相伴發(fā)育，可見圖4中第10層，主要發(fā)育砂礫巖、含礫砂巖和中—細(xì)砂巖。單一心灘沉積呈透鏡狀(圖3f)，且透鏡狀沉積物從底向頂顯示變細(xì)的特征，通常為砂礫巖—含礫砂巖—中—細(xì)砂巖，砂體中亦可見發(fā)育槽狀交錯層理、平行層理(圖3g,h,i)，指示了牽引流強水動力條件。微觀上，心灘中砂巖與河道砂巖相比粒度相對較細(xì)，但整體特征相似，其亦主要為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒含量約占90%，其余為泥質(zhì)膠結(jié)物，碎屑顆粒主要為石英、巖屑和長石，其中石英含量約占35%左右，巖屑含量約為45%～50%，長石含量約為15%～20%，砂巖整體上分選較差，磨圓差，多為次棱角狀，同河道砂體一樣，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度都較低(圖6e—h)。層內(nèi)發(fā)育的的槽狀交錯層理和板狀交錯層理較河道的交錯層理規(guī)模變小(圖6g—i)，反映了水動力條件較礫巖段有減弱的趨勢。

圖6 老虎溝骯臟溝組巖石微觀特征Fig. 6 Microscopic characteristics of rocks in the Lower Silurian Angzanggou Formation at Laohugou Profile

綜上所述，肅南老虎溝地區(qū)志留系骯臟溝組發(fā)育典型的辮狀河流相沉積，整體上辮狀河道沉積與心灘沉積呈交互式發(fā)育，整體上呈現(xiàn)正旋回序列(圖4)。對應(yīng)的巖相垂向序列為沖刷礫巖相—厚層塊狀礫巖相—槽狀交錯層理礫巖相—板狀交錯層理礫質(zhì)—含礫砂巖相—槽狀交錯層理砂巖相—板狀交錯層理砂巖相—平行交錯層理砂巖相，反映了骯臟溝組沉積環(huán)境河流坡降大、河流搬運能力強的特點，屬典型的山間河流沉積。

3 粒度分析

在不同的沉積環(huán)境中，由于水動力條件和受到的搬運作用的不同，碎屑巖顆粒的粒度組合特征也會表現(xiàn)出各種特性(周蒂，1999；葛東升等，2018)。通過分析碎屑巖的粒度概率分布曲線和粒度概率累積曲線可以直觀地反映碎屑巖碎屑顆粒的搬運方式和粒度分布之間的關(guān)系(丁喜桂等，2005；操應(yīng)長等，2010)。

通過對肅南老虎溝剖面骯臟溝組由底到頂不同巖性段砂巖樣品(樣品B2、B6、B8、B10)進(jìn)行分析，進(jìn)而對研究區(qū)河流相進(jìn)行進(jìn)一步識別。本文采用的方法是利用巖石薄片在單偏光顯微鏡下測量碎屑巖顆粒的長軸直徑，每個樣品統(tǒng)計360～450粒。并將采集的粒度值換算為φ值，進(jìn)而利用粒度回歸方程D=0.3815+0.9027d(D:校正后篩析直徑φ值；d:薄片視直徑φ值)進(jìn)行篩分校正(李增學(xué)等，2010)。統(tǒng)過計算進(jìn)而得出研究區(qū)砂巖的粒度分布曲線、概率積累曲線和概率累計曲線(圖7，圖8)。

圖7 老虎溝骯臟溝組砂巖粒度概率累積曲線Fig. 7 Probability accumulation curves of particle size in Laohugou Profile

由圖5中可以看出，所統(tǒng)計的4個樣品的粒度組分主要為滾動組分，也可見少量的懸浮組分發(fā)育，跳躍組分只占很少百分比，斜率低，分選差，由于缺乏跳躍顆粒，粒度分布可見雙峰、多峰不對稱曲線(圖8)，指示了不穩(wěn)定的高能水環(huán)境。根據(jù)不同樣品的粒度概率累積曲線分為2種類型(圖8)，都為兩段式，但整體粒徑存在差異，其中粒徑較粗的為主要組成部分，整體以1.5～2.5φ為主，而樣品B8粒徑較小，以4.5～5.5φ為主，不過這兩種曲線都表現(xiàn)出斜率低、分選差的特征，都指示其應(yīng)屬于辮狀河沉積(Friedman，1961)。

圖8 老虎溝骯臟溝組砂巖粒度分布曲線與概率累積曲線Fig. 8 Distribution curves of particle size and probability accumulative curves of the sandstone in the Lower Silurian Angzanggou Formation

4 討論

北祁連地區(qū)在寒武紀(jì)為華北板塊南緣裂解形成的裂谷盆地，在奧陶紀(jì)形成洋盆，隨著中祁連地塊和阿拉善板塊的俯沖碰撞，形成志留紀(jì)—泥盆紀(jì)的溝—弧—盆體系。但是對于北祁連洋盆的俯沖、碰撞和關(guān)閉的具體時間一直具有爭議，一般認(rèn)為從奧陶紀(jì)—泥盆紀(jì)。

首先，早志留世北祁連演化到何種構(gòu)造環(huán)境存在很多不同認(rèn)識：魏春海(1978)通過對北祁連造山帶進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造行跡的綜合研究，對各種構(gòu)造組合和各構(gòu)造體系的復(fù)合及生成過程進(jìn)行追溯得出北祁連在志留紀(jì)盆地性質(zhì)為裂谷盆地；而杜遠(yuǎn)生等(2004)、黃虎等(2009)從沉積學(xué)角度出發(fā)，利用沉積學(xué)相關(guān)手段對北祁連的早古生代的沉積充填序列進(jìn)行了研究，并對其大地構(gòu)造背景進(jìn)行反演，認(rèn)為北祁連經(jīng)歷了奧陶紀(jì)弧后盆地—志留紀(jì)弧后前陸盆地的演化，而肅南地區(qū)志留系骯臟溝組為弧—陸碰撞作用下的突出開始部位；徐亞軍等(2011)通過對北祁連造山帶東部的奧陶系天祝組和志留系馬營溝組的碎屑巖組分分析研究認(rèn)為志留系馬營溝組物源主要來自旋回造山帶源區(qū)，此時盆地性質(zhì)應(yīng)為前陸盆地，而北祁連造山帶的造山作用應(yīng)該開始于晚奧陶世的弧陸碰撞；Xiao Wenjiao 等(2009)則從祁連造山帶整體的構(gòu)造演化著手，分析了南祁連、中祁連和北祁連在早古生代的整體演化過程，認(rèn)為在早志留系北祁連區(qū)域盆地性質(zhì)為弧前盆地；閆臻等(2006)和Yan Zhen等(2010)同樣從沉積學(xué)角度出發(fā)，通過對北祁連志留系骯臟溝組的碎屑巖碎屑組分和其地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，認(rèn)為其物源特征具有弧前盆地性質(zhì)，與Xiao Wenjiao 等(2009)的觀點具有較好的一致性，并認(rèn)為北祁連發(fā)生碰撞的時間應(yīng)在晚泥盆世；Yuan Wei 等(2014,2015a,b)則是通過對北祁連碎屑鋯石年齡進(jìn)行分析，得出北祁連物源來自北祁連島弧，并得出北祁連泥盆紀(jì)盆地性質(zhì)為弧前盆地；宋述光(1997)、宋述光等(2004，2013)則通過對肅南地區(qū)高級變質(zhì)帶內(nèi)藍(lán)片巖和榴輝巖的展布和變質(zhì)特征進(jìn)行研究，并歸納總結(jié)北祁連及鄰區(qū)所有的熱事件性質(zhì)及年代，得出北祁連地區(qū)在志留紀(jì)進(jìn)入了俯沖完結(jié)—碰撞開始的殘余海盆地階段；Hou Qian 等 (2018a,b)通過對北祁連地區(qū)志留紀(jì)—泥盆紀(jì)的物源演化進(jìn)行分析得出北祁連盆地性質(zhì)在區(qū)域上存在弧前盆地和前陸盆地共存現(xiàn)象。由上可知，北祁連在加里東時期的初始碰撞時間仍然存在很大爭議。

要了解北祁連的初始碰撞時間問題，首先要對北祁連的碰撞模式有一個較好的認(rèn)知，筆者等比較贊同杜遠(yuǎn)生等(2004)提出的北祁連造山模式，其認(rèn)為“北祁連加里東期造山是一個縱向不均一、斜向不規(guī)則邊緣碰撞造山過程”。因為造山帶的碰撞邊緣是不規(guī)則的，碰撞也不是平直正向碰撞，所以在北祁連造山邊界上，肯定會形成不同地段碰撞時間不同，在整個碰撞邊界上也就會存在不同的盆地性質(zhì)。而這些不同也就勢必會形成同造山盆地內(nèi)的不同沉積體系和不同的沉積物性質(zhì)。這也很好地解釋了為什么前人對北祁連早志留世盆地性質(zhì)和造山帶初始碰撞時間會存在不同認(rèn)識。

就肅南地區(qū)沉積屬性問題，劉訓(xùn)等(1994)通過對肅南青隆地區(qū)志留系骯臟溝組沉積相研究認(rèn)為其是深海扇濁流沉積，認(rèn)為這里的礫石屬于深海扇不同部位的水道沉積；曹小勤(2010)等和仲新等(2019)通過對北祁連肅南松達(dá)板溝骯臟溝組沉積成因骨架進(jìn)行了探討，認(rèn)為北祁連在此階段為由扇根水道碎屑流、滑塊、混雜礫巖、低密度濁積巖組成的骯臟溝組海底扇重力流沉積。以上觀點被很多學(xué)者接受并沿用(杜遠(yuǎn)生等，2004；徐亞軍等，2013；楊江海等，2008)。本文通過對肅南老虎溝剖面的野外剖面實測和室內(nèi)碎屑巖組分分析，認(rèn)為北祁連肅南地區(qū)早志留系骯臟溝組為山間河流相沉積，與前人認(rèn)為肅南地區(qū)早志留系骯臟溝組為深海海底扇沉積的觀點有較大差異。而且這種觀點上的轉(zhuǎn)變，將帶來對北祁連地區(qū)加里東期沉積環(huán)境和構(gòu)造發(fā)展演化歷史的重新認(rèn)識。

如前所述，在肅南地區(qū)下志留統(tǒng)為辮狀河流相沉積，剖面下段主要巖性為灰綠色厚層塊狀礫巖夾厚層含礫砂巖，其中礫巖中礫石在不同層位中大小不同，礫徑多數(shù)小于10 cm，在巖層底部常見疊瓦狀排列特征，局部可見一定的粒序性，這些礫石具有較好的磨圓度，成分以火山巖礫石為主，層內(nèi)可見發(fā)育大量大型槽狀交錯層理和平行層理，亦可見一些底沖刷構(gòu)造，多為河道沉積和心灘沉積；上段巖性主要為灰綠色含礫砂巖和砂巖為主，礫石層較下段變薄，礫石大小多數(shù)小于5 cm，亦可見少量礫徑超過10 cm的礫石，同樣礫石磨圓較好，成分則以硅質(zhì)巖和燧石為主，層內(nèi)可見大量板狀交錯層理、槽狀交錯層理和底沖刷沉積構(gòu)造，較下段巖性粒度變細(xì)，亦多為心灘和河道沉積。前人認(rèn)為肅南地區(qū)骯臟溝組沉積形成于深水洋盆，認(rèn)為洋盆中由盆地平原—深水濁積扇沉積組成，并根據(jù)對巖石的沉積韻律、沉積構(gòu)造及巖石中的黃鐵礦晶粒等證據(jù)認(rèn)為其沉積環(huán)境為還原條件下的半深海環(huán)境(劉訓(xùn)等，1994；杜遠(yuǎn)生等，2004；仲新等，2019)。前人這一認(rèn)識存在一定問題，首先在肅南骯臟溝組礫巖沉積內(nèi)未發(fā)現(xiàn)深海背景沉積物，缺少黑色、深灰色泥巖、粉砂巖沉積；而且從礫石結(jié)構(gòu)成熟度上來看，礫石多為經(jīng)過搬運作用后磨圓較好的橢球狀；并且在礫巖和砂巖中可見到大型的槽狀、板狀交錯層理以及平行層理發(fā)育，都屬牽引流形成的沉積構(gòu)造(圖3)。此外還具有典型的山間辮狀河流沉積二元結(jié)構(gòu)序列。由此，本文認(rèn)為肅南地區(qū)在早志留世時期應(yīng)已經(jīng)進(jìn)入了陸內(nèi)造山演化階段。

陸相沉積的發(fā)現(xiàn)表明北祁連地區(qū)志留系骯臟溝組的古地理格局還需要重新認(rèn)識，而且亟需建立北祁連區(qū)域上由點到面的沉積相細(xì)致識別和對比，并且反演出其大地構(gòu)造背景。前已敘述，北祁連的碰撞是不規(guī)則的，而肅南地區(qū)骯臟溝組的陸相辮狀河沉積表明此時該地區(qū)已經(jīng)是陸—陸碰撞導(dǎo)致的磨拉石充填階段，標(biāo)志著中祁連地塊和阿拉善地塊在此點已經(jīng)碰撞在一起；而在北祁連東部地區(qū)，存在以下幾種觀點，首先杜遠(yuǎn)生等(2004)認(rèn)為其正處在造山過程中的俯沖到碰撞的轉(zhuǎn)換期，即是弧陸碰撞剛結(jié)束的殘余洋盆階段，沉積仍以海相沉積為主，還未發(fā)生真正意義上的陸陸碰撞；Yan Zhen 等 (2010)認(rèn)為其處在造山過程中的俯沖階段，還有洋盆的存在，同樣未發(fā)生陸陸碰撞；而徐亞軍等(2011)認(rèn)為奧陶系天祝組為所謂的磨拉石沉積，代表了陸陸碰撞的開始，但其應(yīng)為正常海底扇沉積，并不能代表陸陸碰撞的開始(Yan Zhen et al., 2010; Hou Qian et al., 2020)；牟傳龍等(2020)則認(rèn)為西部永登地區(qū)是弧前盆地中的陸棚相沉積。綜上，不論是哪種觀點都表明東部地區(qū)在早志留世時期都尚未進(jìn)入陸陸碰撞的陸相沉積階段，而西部肅南一帶的碰撞拼合較東部地區(qū)的碰撞明顯超前，所以北祁連早志留世碰撞造山過程應(yīng)為“西早東晚”的不規(guī)則點式碰撞(圖9)。

圖9 阿拉善地塊與中祁連地塊不規(guī)則點式斜向碰撞示意圖(據(jù)徐亞軍等，2013修改)Fig. 9 Collision between the Alax block and the Central Qilian block during the Early Silurian, showing diachronous collision from west to east(modified from Xu Yajun et al., 2013&)

5 結(jié)論

(1)北祁連肅南地區(qū)老虎溝剖面志留系骯臟溝組為山間辮狀河沉積，主要巖性為灰綠色礫巖、砂礫巖、含礫砂巖，發(fā)育大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理和沖刷面構(gòu)造，其中砂巖碎屑粒度組分以兩段式為主，多為滾動組分。

(2)老虎溝剖面骯臟溝組陸相辮狀河沉積的發(fā)現(xiàn)指示北祁連肅南地區(qū)在早志留世已經(jīng)發(fā)生陸—陸碰撞，而北祁連東部碰撞還未發(fā)生，所以北祁連在早志留世碰撞為“西早東晚”的不規(guī)則點式碰撞。

致謝：呂洪波教授和另一位審稿專家及責(zé)任編輯對文稿提出了寶貴的修改意見，在此一并致以衷心的感謝。