中-晚二疊世上揚子地塊(四川盆地區(qū))裂解的沉積響應(yīng)*

鄧莉 閆全人** 宋博, 2 高山林

1. 中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

2. 中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054

3. 中國石油化工股份有限公司油田勘探開發(fā)事業(yè)部，北京 100728

碳酸鹽巖滑塌堆積(Carbonate Olistostrome)系由固結(jié)或半固結(jié)的碳酸鹽巖，因重力失穩(wěn)發(fā)生崩塌(Rock Fall)或沿斜坡發(fā)生蠕滑(Creep)、滑動(Slide)、滑塌(Slump)，以塊體方式搬運和堆積(Mass-Transport Deposition, MTD)而成的沉積體，并伴有碎屑流(Debris Flow)、顆粒流(Grain Flow)和灰泥流(Mud Flow)等重力流沉積，遠端為濁流沉積(Middleton and Hampton，1973；Nardinetal.，1979；王一剛，1984；Stow，1986；張抗，1994)。未完全固結(jié)的碳酸鹽巖在沿斜坡發(fā)生滑動過程中，常形成滑動褶曲、滑塌斷層、球狀構(gòu)造和鉤狀構(gòu)造等同沉積變形構(gòu)造(Kuenen，1948；Naylor，1981；Reading，1996；Pini，1999)，規(guī)模較大的滑來巖塊(Olistolith)會發(fā)生褶曲(Naylor，1981)、張裂(Stow，1986)和錯斷(王一剛，1984)等變形現(xiàn)象。發(fā)育于斜坡裾的鈣質(zhì)顆粒流和灰泥流等重力流沉積同樣會發(fā)生滑動或蠕滑并發(fā)育滑動扭曲(Contortion)，即軟沉積變形(Stow，1986；Bourrouilh，1987)。

已有研究揭示，碳酸鹽巖滑塌堆積一般發(fā)育于碳酸鹽巖臺地邊緣斜坡(Naylor，1981；Lehrmannetal.，2020)、礁前斜坡(Morgan and Kench，2016；Montaggionietal.，2019)、裂谷盆地邊緣斷斜坡(Wendorff，2005；Cieszkowskietal.，2012)、海山斜坡(Safonovaetal.，2016)以及碳酸鹽巖岸帶(Carbonate Bank)邊緣斜坡(Le Goffetal.，2020)等部位。這些邊緣斜坡的形成受海平面升降、沉積物供給和加積速率等長期因素(Leeetal.，2007)以及構(gòu)造活動和火山噴發(fā)等突發(fā)性因素(Graziano，2000，2001；Leeetal.，2007)的控制。例如，大巴哈馬碳酸鹽巖岸帶(Great Bahama Bank)邊緣斜坡(Le Goffetal.，2020)和揚子地塊邊緣大貴州灘臺地邊緣斜坡(Lehrmannetal.，2020)的構(gòu)造地形是臺地向盆地自然演化過程中形成的。太平洋法屬波利尼西亞(French Polynesia)島礁前斜坡則受構(gòu)造、海平面和礁生長速度等因素共同控制(Montaggionietal.，2019)。而意大利南部Apulia碳酸鹽巖臺地邊緣斜坡受控于伸展作用，同沉積正斷層控制了滑塌堆積的物源供給、成分、沉積過程和分散模式(Graziano，2000，2001)。

資料揭示，中-晚二疊世，在上揚子地塊碳酸鹽巖臺地內(nèi)發(fā)育了幾條向東南方向逐漸收窄尖滅的裂谷，前人將其定義為“海槽、陸棚、臺內(nèi)裂陷槽、碰撞成因裂谷、洼陷、坳拉槽和拉張槽”等(王一剛等，1998；馬永生等，2006；卓皆文等，2009；毛黎光等，2011；肖安成等，2011；羅志立等，2012；李秋芬等，2015；劉樹根等，2016)。海槽一詞最早出自“開江-梁平海槽”，指晚二疊世-早三疊世沿開江-梁平一帶發(fā)育的海槽沉積區(qū)(王一剛等，1998)。后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了德陽-武勝、城口-鄂西和荊門-當陽等海槽(卓皆文等，2009；肖安成等，2011；Lietal.，2012)。海槽(Trough)是一個海洋地貌術(shù)語，不能真實反映盆地構(gòu)造成因。油氣勘探顯示，開江-梁平和德陽-武勝裂谷邊緣發(fā)育的生物礁和高能淺灘相沉積是重要的油氣儲集體，如元壩氣田儲層主要是開江-梁平裂谷南緣緩斜坡相生物碎屑灘和生物礁(郭彤樓，2011；黃仁春，2014)、普光氣田儲層則是其北緣臺地與斜坡過渡相帶的生物礁白云巖和鮞粒灘白云巖(馬永生等，2005；黃仁春，2014)。因此，這些裂谷是近三十年來石油地質(zhì)學(xué)家們一直關(guān)注和研究的焦點，但對其構(gòu)造成因的認識還存在很大爭議，誠如前文的諸多命名。這主要因為對這些裂谷的開始時代、 盆地性質(zhì)和構(gòu)造沉積演化過程等關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)問題， 一直缺乏深入細致的沉積學(xué)解剖與深入研究。

開江-梁平裂谷北緣的米倉-大巴山前區(qū)，是上揚子地塊上古生界出露較完整且變形較弱的地區(qū)。本文完成的三條實測地質(zhì)剖面(1:1000)揭示，該地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組上段至茅口組中段(或茅口組2段)發(fā)育大套碳酸鹽巖滑塌堆積。在詳細觀測碳酸鹽巖滑塌堆積的宏觀與顯微組構(gòu)特征、分析橫縱向沉積相序變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，并與元壩8井巖芯對比，本文深入分析和探討了開江-梁平裂谷的開始時代、盆地結(jié)構(gòu)特征和構(gòu)造沉積過程。研究表明，開江-梁平裂谷經(jīng)歷了伸展裂解和區(qū)域沉降兩個構(gòu)造沉積階段。這一研究結(jié)果對分析開江-梁平裂谷中-晚二疊世沉積相帶的時空分布、尋找有利油氣儲集相帶等具有重要科學(xué)指導(dǎo)意義，也可為分析其他裂谷的構(gòu)造沉積過程提供參照。本文也為研究碳酸鹽巖滑塌堆積提供了一個新范例，豐富了碳酸鹽巖滑塌堆積的發(fā)育環(huán)境或形成構(gòu)造機制。

1 地質(zhì)背景

中二疊世-早三疊世，上揚子地塊四川盆地區(qū)內(nèi)發(fā)育了三條規(guī)模不一、長軸均呈NW-SE向的裂谷，使四川盆地區(qū)呈現(xiàn)“隆凹相間”的構(gòu)造古地理格局。晚二疊世長興期，這些裂谷的發(fā)育規(guī)模達最大(圖1)。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造簡圖(a)及上揚子地塊四川盆地區(qū)長興期巖相古地理格局(b，據(jù)中石化勘探分公司，2018(1)中石化勘探分公司.2018.四川盆地區(qū)二疊紀長興期巖相古地理圖(內(nèi)部資料)修改)ARF-哀牢山-紅河斷裂；CE-城口-鄂西裂谷；DBF-大巴山前斷裂；DW-德陽-武勝裂谷；ELIP-峨嵋山大火成巖省(據(jù)何斌等，2003；Zhong et al.，2014)；KL-開江-梁平裂谷；LMF-龍門山斷裂；SEYF-揚子地塊東南緣斷裂；TLF-郯廬斷裂；WYF-揚子地塊西緣斷裂；XEF-襄陽-鄂州斷裂；XSHF-鮮水河斷裂Fig.1 Sketch maps showing the relationship of the Upper Yangtze Block to the surrounding areas (a) and Changhsingian sedimenatry facies and paleogeography in the Sichuan Basin in Upper Yangtze Block (b, modified after SINOPEC Exploration Company, 2018)ARF-Ailaoshan-Red River fault; CE-Chengkou-Exi rift valley; DBF-Dabashan fault; DW-Deyang-Wusheng rift valley; ELIP-Emeishan large igneous province (after He et al.，2003；Zhong et al.，2014); KL-Kaijiang-Liangping rift valley; LMF-Longmenshan fault; SEYF-fault on southeast margin of Yangtze Block; TLF-Tancheng-Lujiang fault; WYF-fault on west margin of Yangtze Block; XEF-Xiangyang-Ezhou fault; XSHF-Xianshuihe River fault

本文研究區(qū)位于上揚子地塊西北部(圖1a)，中-晚二疊世時期屬開江-梁平裂谷范圍(圖1b)。據(jù)區(qū)調(diào)資料(四川省地質(zhì)局，1966(2)四川省地質(zhì)局. 1966. 1︰20萬南江幅地質(zhì)圖(I-48-XXXV)及說明書)，研究區(qū)分布有中-下二疊統(tǒng)梁山組(P1-2l)、中二疊統(tǒng)棲霞組(P2q)和茅口組(P2m)、上二疊統(tǒng)吳家坪組(P3w，或龍?zhí)督M)、長興組(P3c)和大隆組(P3d)。梁山組平行不整合覆蓋于中志留統(tǒng)羅惹坪組之上，上部為石英砂巖，下部黑色炭質(zhì)頁巖夾煤線。棲霞組上部灰色厚層灰?guī)r，下部深灰色含瀝青質(zhì)灰?guī)r。茅口組為灰色厚層灰?guī)r，含少量燧石結(jié)核，頂部為硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖和透鏡狀灰?guī)r。吳家坪組為黑色燧石灰?guī)r、黑色硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖，含黃鐵礦結(jié)核。長興組為淺灰色微晶灰?guī)r。大隆組為黑色硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖及燧石灰?guī)r。長興組與大隆組已被統(tǒng)并為長興組(中國地層典編委會，2000；王澤九等，2014)。

上揚子地塊四川盆地區(qū)發(fā)育NW向和NE向兩組基底斷裂，形成于晚古生代(羅志立，1998；王英民等，1991)。通南巴區(qū)塊TNB-NW-04-138.5測線反射地震勘探資料揭示，米倉-大巴山前區(qū)的隱伏斷裂主要是北傾的逆沖斷裂，這些逆沖斷裂無一例外地終止于中三疊統(tǒng)雷口坡組(T2l)下部。露頭上，旺蒼縣五權(quán)鎮(zhèn)以西的米倉-大巴山前區(qū)的寬緩褶皺變形中，只有下三疊統(tǒng)卷入其中，說明中三疊世以后這些隱伏斷裂并未發(fā)生顯著活動，即這些隱伏斷裂的最晚活動發(fā)生于中三疊世早期，大約為Anisian期(247.2～242Ma)。

2 二疊系宏觀相序及其變化特征

本文對開江-梁平裂谷北緣3處露頭和南側(cè)的元壩8井巖芯開展了大比例(1:1000～1:250)觀測。露頭剖面和鉆井位置見圖1b。

2.1 正源-雙匯剖面

位于旺蒼縣北、開江-梁平裂谷北緣西部。中-下二疊統(tǒng)梁山組為間灣相粉砂巖和泥巖，夾石英砂巖條帶，頂部為厚6.2m的濱岸相石英砂巖(圖2a)。中二疊統(tǒng)棲霞組下段為厚58.4m的臺地相碳酸鹽巖，上段發(fā)育三套厚度為3.8m、10.2m和21.1m的碳酸鹽巖滑塌堆積，其間為兩套厚10.8m和16m的臺地相碳酸鹽巖。茅口組下段(相當于茅口組1段)為厚110.1m的臺地相碳酸鹽巖，中段(茅口組2段)為厚達164.9m碳酸鹽巖滑塌堆積，上段(茅口組3段)為深水盆地相硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖(圖3a)、斜坡底部與盆地邊緣過渡相的鈣質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r和硅質(zhì)灰?guī)r(圖3b, c)，頂部發(fā)育兩層沉凝灰?guī)r。上二疊統(tǒng)吳家坪組下段(吳家坪組1段)為一套厚3.7m的碳酸鹽巖滑塌堆積，吳家坪組上段(吳家坪組2段)為斜坡相燧石結(jié)核灰?guī)r，向上漸變?yōu)樾逼孪嘟堑[灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，與深水盆地相泥巖呈指狀交叉產(chǎn)出(圖3d)，富含沉凝灰?guī)r層。上二疊統(tǒng)長興組為一套深水盆地相和盆地-斜坡過渡相組合(圖3d, e)，深水盆地相為互層狀黑色硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖，斜坡-盆地過渡相為指狀交叉的或互層狀硅質(zhì)泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖和硅質(zhì)巖，含沉凝灰?guī)r層。

圖2 二疊系實測剖面柱狀圖及元壩8井巖芯柱狀圖Fig.2 Stratigraphic columns showing Permian megasequences at different outcrops and the Yuanba 8 borehole

圖3 開江-梁平裂谷北緣二疊系沉積微相柱狀圖Fig.3 Logs showing sedimentary subfacies of the Permian in the north margin of the Kaijiang-Liangping rift valley

2.2 鐵爐壩-大兩剖面

位于旺蒼縣東、開江-梁平裂谷北緣中部。中-下二疊統(tǒng)梁山組底部為厚1.4m的含大量生物和植物化石的礫巖，其上為濱岸相石英細砂巖與泥巖，夾生物碎屑灰?guī)r(圖2b)。中二疊統(tǒng)棲霞組頂部為厚16.1m的碳酸鹽巖滑塌堆積，其下為厚93.8m的臺地相碳酸鹽巖。中二疊統(tǒng)茅口組1和2段為連續(xù)的厚189.4m的碳酸鹽巖滑塌堆積，茅口組3段下部為厚10.4m的斜坡底相碳酸鹽巖，上部為厚12m的深水盆地相硅質(zhì)巖和炭-硅質(zhì)泥巖(圖3f)。上二疊統(tǒng)吳家坪組1段為厚15.1m的斜坡-盆地過渡相指狀交叉的硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖。吳家坪組2段為厚5.7m的斜坡相碳酸鹽巖。上二疊統(tǒng)長興組為厚42.3m的斜坡-盆地過渡相的硅質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖，與深水盆地相硅質(zhì)巖和炭-硅質(zhì)泥巖呈指狀交叉產(chǎn)出，頂部為厚4.2m的潮坪-潟湖相薄層泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖。

2.3 楊壩剖面

位于南江縣北、開江-梁平裂谷北緣東部。中-下二疊統(tǒng)梁山組為厚85.48m的潮坪-潟湖相鈣質(zhì)泥巖和粉砂巖(圖2c)，夾有很多潮溝微相的礫屑灰?guī)r透鏡體(圖3g)。中二疊統(tǒng)棲霞組頂部為厚20.15m的碳酸鹽巖滑塌堆積(圖3h)，其下為厚56.5m的臺地相碳酸鹽巖。中二疊統(tǒng)茅口組1段為厚99.6m的碳酸鹽巖滑塌堆積(圖3i)，茅口組2段為厚70m的臺地相碳酸鹽巖，茅口組3段下部為厚50m的深水盆地相硅質(zhì)巖，上部為厚21.23m的滑塌堆積的硅質(zhì)角礫巖(圖3j)。上二疊統(tǒng)吳家坪組1段為厚24m的斜坡相燧石結(jié)核灰?guī)r，吳家坪組2段為厚31.5m的斜坡相硅質(zhì)灰?guī)r夾潮坪相薄層鈣質(zhì)泥巖。上二疊統(tǒng)長興組為厚48.77m的潮坪-潟湖相灰?guī)r、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖，夾潮溝微相的礫屑和砂屑灰?guī)r透鏡體，下部含沉凝灰?guī)r層(圖3k, l)。

實測剖面橫向?qū)Ρ冉沂?，開江-梁平裂谷北緣碳酸鹽巖滑塌堆積的開始時代呈現(xiàn)西早東晚的特點，而結(jié)束時代則表現(xiàn)為東早西晚。深水盆地相沉積均開始于茅口組3段(茅口晚期)，其結(jié)束的時間東早西晚，沉積厚度西厚東薄。

2.4 元壩8井巖芯

元壩8井取芯層位為茅口組3段至吳家坪組2段下部。自下而上，茅口組3段1亞段為生物碎屑灰?guī)r，偶見垮塌礁灰?guī)r塊體，為緩斜坡生屑灘相(圖2d、圖4a)。茅口組3段2亞段下部為緩斜坡相細碎屑流沉積，最大礫徑<50mm×66mm(圖4b)，間夾生屑灰?guī)r。上部包含三個巖性組合，由下向上依次為：(1)發(fā)育軟沉積變形(包卷構(gòu)造)的緩斜坡相鈣質(zhì)砂巖和泥巖(圖4c, d)，鈣質(zhì)砂巖中發(fā)育小型斜層理并含膠狀黃鐵礦集合體(圖4e)；(2)富含黃鐵礦集合體的深水斜坡相泥巖-粉砂巖，夾發(fā)育正粒序結(jié)構(gòu)的含礫鈣質(zhì)砂巖；(3)緩斜坡相生屑灰?guī)r。吳家坪組1段為深水斜坡相泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，富含植物化石碎片(圖4f)，夾沉凝灰?guī)r(圖4g)和發(fā)育正粒序結(jié)構(gòu)(圖4h)和包卷構(gòu)造的含礫砂巖。吳家坪組2段為角礫灰?guī)r和含礫鈣質(zhì)砂巖，角礫成分是生屑灰?guī)r，緩斜坡細碎屑流沉積。

圖4 元壩8井巖芯組構(gòu)特征(a)生物碎屑灰?guī)r中的珊瑚和海百合莖等化石碎片；(b)緩斜坡相角礫灰?guī)r，角礫為黑色灰?guī)r，鈣質(zhì)膠結(jié)；(c、d)鈣質(zhì)砂巖與泥巖中的軟沉積變形(箭頭處)——包卷構(gòu)造；(e)泥巖中發(fā)育小型斜層理(箭頭)和膠狀黃鐵礦集合體的砂巖夾層；(f)富含植物化石碎片的泥巖；(g)泥巖中的膠狀黃鐵礦集合體，含沉凝灰?guī)r層(箭頭)；(h)具正粒序結(jié)構(gòu)的含礫鈣質(zhì)砂巖. Py-黃鐵礦; 巖芯直徑80mmFig.4 Photographs showing the compositions and structures of the rocks from the Yuanba 8 borehoole(a) coral, crinoid and other fragments in bioclastic limestone; (b) black limestone clasts and gray calcareous cement in breccia limestone of gentle slope facies; (c, d) soft-sediment deformation (convolute structure, arrow) in sandstone and mudstone; (e) cross bedding (arrow) and pyrite aggregate in sandstone interlayer; (f) plant fragments in mudstone; (g) pyrite aggregate in mudstone with tuff interlayer (arrow); (h) graded bedding in pebbly sandstone interlayer. Py-pyrite; Diameter of the core is 80mm

元壩8井鉆井巖芯有沉積相序揭示，從茅口組3段至吳家坪組2段下部時期，開江-梁平裂谷南緣經(jīng)歷了一次從緩斜坡相沉積至深水斜坡相沉積的退積過程，盡管巖相明顯有別于北緣同期或同層位的露頭剖面，但這次退積事件基本上可與北緣的茅口組3段開始的深水盆地相沉積相呼應(yīng)，反映了一次區(qū)域性沉降作用。

3 碳酸鹽巖滑塌堆積

如前所述，開江-梁平裂谷北緣中二疊統(tǒng)中發(fā)育大套碳酸鹽巖滑塌堆積，包括滑來巖塊(灰?guī)r或硅質(zhì)巖塊體)、塊體-碎屑流(角礫灰?guī)r和鈣質(zhì)礫巖)、顆粒流(鈣質(zhì)砂巖)和灰泥流(泥晶灰?guī)r)四種亞相類型。各亞相呈不同組合形式產(chǎn)出(圖3h-j、圖5)。

圖5 正源-雙匯剖面層34～36滑塌堆積組構(gòu)特征(位置見圖2a)Fig.5 Field photographs showing the compositions of olistostromes of Bed 34～36 in the Zhengyuan-Shuanghui section (seen in Fig.2a)

3.1 滑來巖塊

根據(jù)巖性差異，米倉-大巴山前區(qū)碳酸鹽巖滑塌堆積中的滑來巖塊包括灰?guī)r滑來塊和硅質(zhì)巖滑來塊。

圖6 滑來巖塊組構(gòu)特征正源-雙匯剖面層33生物碎屑灰?guī)r塊(a)和層18顆?；?guī)r塊(b)的顯微組構(gòu)特征；(c)楊壩剖面層13相互堆疊的泥晶灰?guī)r塊中發(fā)育大量張裂隙(紅色箭頭)，其間鈣質(zhì)砂巖(黃色箭頭)發(fā)育滑動變形；(d)正源-雙匯剖面層14相互堆疊的透鏡狀角礫灰?guī)r塊；(e)楊壩剖面層36夾于塊體-碎屑流中的硅質(zhì)巖塊；(f)楊壩剖面層39含灰?guī)r礫石的硅質(zhì)巖塊Fig.6 Photographs showing the compositions and structures of olistolithsPhotomicrographs showing the textures of bioclastic limestone (Bed 33 in Fig.2a) and grainstone (Bed 18 in Fig.2b); (c) tension fractures in stacked micritic limestone (red arrow) and internally disturbed or contorted calcarenite (yellow arrow) (Bed 13 in Fig.2c); (d) stacked calcirudite olistolith (Bed 14 in Fig.2a); (e) chert olistolith (Bed 36 in Fig.2c) and (f) chert olistolith with limestone gravels (Bed 39 in Fig.2c)

硅質(zhì)巖滑來塊只見于楊壩剖面，規(guī)模一般小于灰?guī)r滑來塊，呈透鏡狀(圖6e)。有的硅質(zhì)巖滑來塊中含渾圓狀灰?guī)r礫石，大多數(shù)礫石已風(fēng)化掉落形成孔洞(圖6f)。硅質(zhì)巖環(huán)繞灰?guī)r礫石發(fā)育，表明灰?guī)r礫石是在硅質(zhì)巖沉淀過程中進入的，然后一起沿斜坡發(fā)生滑塌，同樣揭示了多次滑塌過程。

3.2 塊體-碎屑流沉積

塊體-碎屑流沉積，即角礫灰?guī)r或鈣質(zhì)礫巖，其最顯著特點是礫石無分選、內(nèi)部缺乏層理性(圖7a, b)。礫石呈不規(guī)則的次棱角-次圓狀，礫徑為2～50cm。角礫灰?guī)r為顆粒支撐，鈣質(zhì)礫巖為顆?；蚧|(zhì)支撐。礫石成分包括生物碎屑灰?guī)r、含生屑微/泥晶灰?guī)r、含瀝青灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖?；|(zhì)成分主要為褐色油浸狀鈣質(zhì)砂巖和少量灰泥質(zhì)(鈣質(zhì)泥巖)(圖7c)。局部鈣質(zhì)礫巖的礫石呈疊瓦狀排列(圖7b，d)。對疊瓦狀礫石產(chǎn)狀的測量統(tǒng)計揭示，古水流方向或古斜坡傾向為南西向(180°～243°)(圖2a)，表明碳酸鹽巖滑塌堆積的物源來自北側(cè)。

圖7 正源-雙匯剖面滑塌堆積組構(gòu)特征(a)正源-雙匯剖面層34-36塊體-碎屑流角礫灰?guī)r中雜亂堆積的礫石(位置見圖5示)；(b)正源-雙匯剖面層19塊體-碎屑流角礫灰?guī)r中的疊瓦狀礫石；(c)礫間的油浸狀鈣質(zhì)砂巖(圖7b局部放大)；(d)正源-雙匯剖面層10首套滑塌堆積——角礫灰?guī)r中的疊瓦狀礫石Fig.7 Field photographs showing the compositions and structures of olistostromes in the Zhengyuan-Shuanghui section(a) chaotic limestone breccias of mass-debris flow (Bed 34-36 in Fig.2a, location shown in Fig.5); (b) imbricated limestone gravels at the base of mass-debris flow (Bed 19 in Fig.2a); (c) oil-immersed calcarenite matrix in breccia limestone (close-up of Fig.7b); (d) imbricated gravels in breccia limestone (Bed 10 in Fig.2a)

3.3 顆粒流沉積

顆粒流沉積，即含礫鈣質(zhì)砂巖和鈣質(zhì)砂巖，以后者為主，多發(fā)育于塊體-碎屑流沉積或滑來塊之間(圖5、圖6c、圖8a)，發(fā)育滑動變形(圖6c)或軟沉積變形構(gòu)造(圖8b)。局部含礫鈣質(zhì)砂巖中還含有小型泥晶灰?guī)r滑來塊，滑來塊中發(fā)育橫向張裂隙(圖8c)，但不切穿圍巖。含礫鈣質(zhì)砂巖中的礫石有泥灰?guī)r礫和燧石礫。泥灰?guī)r礫大小≤4cm，有定向排列或拉長變形的特征，最大扁平面大致平行于層理面(圖8c)。燧石礫大小≤11cm，呈團塊狀和球狀(圖8d)。鈣質(zhì)砂巖中含有腕足、介形類等生物化石碎片。上述特征表明顆粒流是斜坡環(huán)境下的碳酸鹽巖沉積物。前人認為鈣質(zhì)砂巖中的燧石礫，是上升流的產(chǎn)物，形成于斜坡帶(周新平等，2012)。

圖8 不同地質(zhì)剖面滑塌堆積組構(gòu)特征對比(a)鐵爐壩-大兩剖面層17～19塊體-碎屑流間的顆粒流沉積(鈣質(zhì)礫巖夾鈣質(zhì)砂巖)；(b)正源-雙匯剖面軟沉積變形的顆粒流(含礫鈣質(zhì)砂巖)；(c)楊壩剖面層18顆粒流(含泥灰?guī)r礫鈣質(zhì)砂巖)中的灰?guī)r滑來塊(圖2c層18)；(d)鐵爐壩-大兩剖面層20含燧石礫顆粒流Fig.8 Photographs showing the compositions and structures of olistostromes in different sections(a) calcareous conglomerates (mass-debris flows) interlayered with calcarenite (grain flow) (Bed 17～19 in Fig.2b); (b) soft-sediment deformation of grain flow (calcarenite) in Fig.2a; (c) olistolith in pebbly calcarenite (Bed 18 in Fig.2c); (d) calcarenite with chert pebbles (Bed 20 in Fig.2b)

3.4 灰泥流沉積

灰泥流沉積一般發(fā)育于滑塌堆積的遠端，即斜坡底-盆地邊緣過渡部位，以薄層硅質(zhì)灰?guī)r和泥晶灰?guī)r為主(圖9a)，局部夾鈣質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖和硅質(zhì)泥巖以及沉凝灰?guī)r層(圖9b)，常與深水盆地相硅質(zhì)巖和炭-硅質(zhì)泥巖(圖9c, d)等呈指狀交叉(圖3b-f)。硅質(zhì)灰?guī)r中富含菊石類等生物化石。

圖9 斜坡相灰泥流沉積和深水盆地相沉積野外特征(a)正源-雙匯剖面層45斜坡底-盆地邊緣過渡相硅質(zhì)灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖；(b)正源-雙匯剖面層47斜坡底鈣質(zhì)砂巖與泥巖夾沉凝灰?guī)r層；(c)正源-雙匯剖面層46深水盆地相硅質(zhì)巖和炭-硅質(zhì)泥巖；(d)鐵爐壩-大兩剖面層41深水盆地相硅質(zhì)巖Fig.9 Field photos showing the compositions and structures of slope facies slurry or mud flow and deep basin facies(a) siliceous limestone intercalated with calcareous mudstone (Bed 45 in Fig.2a); (b) calcarenite and mudstone with tuff layer (Bed 47 in Fig.2a); (c) chert and carbon-siliceous mudstone (Bed 46 in Fig.2a); (d) chert of deep basin facies (Bed 41 in Fig.2b)

4 討論

4.1 碳酸鹽巖滑塌堆積的沉積成因

一些學(xué)者將發(fā)育于開江-梁平裂谷北緣的具有特殊組構(gòu)特征的中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖稱為“眼球狀灰?guī)r”，并認為它們是差異成巖作用(金振奎和馮增昭，1994)或是頻繁沉積相變與差異成巖綜合作用(羅進雄和何幼斌，2010；劉杰等，2011)所致。也有學(xué)者注意到“眼球狀灰?guī)r”這種特殊的巖石屬于重力流沉積，而非差異壓實成因(李雙應(yīng)等，2008；萬秋等，2011；陳軒等，2013)。本文詳細野外觀測表明，前人所謂的“頻繁沉積相變與差異成巖綜合作用”實際上是滑塌堆積中滑來塊、塊體-碎屑流以及顆粒流等亞相沉積的不同組合形式(圖2a-c、圖3h-j、圖5、圖6c-e、圖8a，c)，特別是軟沉積變形構(gòu)造(圖6b-d、圖8b)和角礫灰?guī)r中疊瓦狀礫石(圖7a-b，d)，展示了典型的塊體搬運沉積特征。本文研究區(qū)中二疊統(tǒng)中發(fā)育的灰?guī)r塊體(滑來塊)、角礫灰?guī)r和鈣質(zhì)礫巖(塊體-碎屑流沉積)、含礫鈣質(zhì)砂巖和鈣質(zhì)砂巖(顆粒流沉積)、泥晶灰?guī)r(灰泥流沉積)等具有不同組構(gòu)特征的碳酸鹽巖，均屬于碳酸鹽巖滑塌堆積的組成部分，是典型斜坡環(huán)境的沉積產(chǎn)物，其相互關(guān)系見圖10所示。另一方面，傳統(tǒng)觀點一直認為上揚子地塊二疊紀為廣海碳酸鹽巖臺地沉積(馮增昭，1996)。本文調(diào)查發(fā)現(xiàn)的斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積揭示，“上揚子地塊廣海碳酸鹽巖臺地”在中二疊世時期發(fā)生了明顯的沉積相分異，即發(fā)育了局部的構(gòu)造沉降。

圖10 臺地-斜坡環(huán)境碳酸鹽巖滑塌堆積沉積模式圖(據(jù)Shanmugam and Moiola，1994修改)Fig.10 Model of sedimentary processes and facies of carbonate olistostromes in the platform-slope environment (modified after Shanmugam and Moiola, 1994)

4.2 構(gòu)造沉降的開始時代

前人對上揚子地塊內(nèi)裂谷發(fā)育時代的認識，主要依據(jù)石油地震勘探和鉆井巖芯資料。有學(xué)者認為它們開始于晚二疊世長興期、早三疊世早期結(jié)束(王一剛等，1998，2006；馬永生等，2006)。也有研究者提出它們可能更早地開始于中二疊世茅口晚期(李乾，2018；胡東風(fēng)等，2019；張璽華等，2019)，但是都缺乏可靠的沉積記錄。本文詳細調(diào)查揭示，在開江-梁平裂谷北緣，斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積首現(xiàn)于正源-雙匯剖面的中二疊統(tǒng)棲霞組中部(圖2a、圖3h、圖6c、圖7d)。作為同構(gòu)造沉積的局部沉積響應(yīng)(Graziano，2000，2001)，首套碳酸鹽巖滑塌堆積標志著沉積相帶開始分異，也揭示了上揚子碳酸鹽巖臺地于棲霞中期開始發(fā)生局部構(gòu)造沉降。

另外，本文實測剖面還揭示，自西向東，開江-梁平裂谷北緣的初始斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積發(fā)育時間略有差異。西部旺蒼縣雙匯一帶的碳酸鹽巖滑塌堆積首次出現(xiàn)于棲霞組中部(層10)，距棲霞組上界56.9m(圖2a)；中部旺蒼縣大兩和東部南江縣楊壩一帶的初始斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積均發(fā)育在棲霞組頂部，距棲霞組上界分別為16.1m和20.15m(圖2b, c)。這表明開江-梁平裂谷的構(gòu)造沉降作用開始于中二疊世棲霞中期，是自西向東逐漸演進的，橫向上具有穿時性。這也與開江-梁平裂谷向北西呈喇叭型開口、向東南收窄尖滅的幾何形狀(圖1b)相協(xié)調(diào)。

4.3 盆地結(jié)構(gòu)和構(gòu)造性質(zhì)

盡管開江-梁平裂谷的初始沉降在時空上略有差異，但本文實測剖面顯示，構(gòu)造沉降作用是發(fā)育在中二疊統(tǒng)棲霞組下部(或下段)巨厚臺地相碳酸鹽巖之上的，即盆地的基底為碳酸鹽巖臺地。自西向東，三條實測剖面的棲霞組下段臺地相碳酸鹽巖基底厚分別為52.2m、95.7m和56.5m(圖2)。換言之，從中二疊世棲霞中期開始，上揚子碳酸鹽巖臺地內(nèi)部開始發(fā)生構(gòu)造沉降。

露頭剖面(圖2a)和元壩8井鉆井巖芯(圖2d)對比顯示，開江-梁平裂谷南北兩側(cè)具有截然不同的沉積相序，揭示了不同的構(gòu)造沉積環(huán)境。北側(cè)以發(fā)育大規(guī)模斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積為標志性特征，表明開江-梁平裂谷北緣為受斷裂控制的斷斜坡環(huán)境。雖然元壩8井巖芯鉆揭的二疊系層位有限，但相比于北側(cè)碳酸鹽巖滑塌堆積，元壩8井巖芯揭示開江-梁平裂谷南側(cè)的茅口組3段-吳家坪組2段下部為水動力較弱的緩斜坡-深水斜坡環(huán)境，以生屑灘、細碎屑流、砂泥質(zhì)蠕滑沉積以及富含植物化石碎片的泥巖為特色(圖2d、圖4)。

開江-梁平裂谷南北兩側(cè)所展示的不對稱結(jié)構(gòu)也被石油地震勘探數(shù)據(jù)所證實。如，DBS001和98WBC006測線地震剖面揭示，該裂谷北側(cè)有切割二疊系和下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的深層同沉積正斷層及地塹組合，斷層傾角多大于60°。而96-YP002和CDB89-D33測線地震剖面顯示，該裂谷南側(cè)二疊系內(nèi)不發(fā)育斷層，主要表現(xiàn)為由盆地向斜坡或由斜坡向臺地的地層超覆、減薄或者尖滅(魏國齊等，2006；毛黎光等，2011)以及發(fā)育緩斜坡礁灘(文龍等，2012；徐安娜等，2014)。通南巴區(qū)塊TNB-NW-04-138.5測線地震剖面揭示，控制北側(cè)斷斜坡發(fā)育的早期伸展斷層發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)構(gòu)造總體以北傾的逆沖斷裂為主，且斷裂均終止于中三疊統(tǒng)雷口坡組下部。

因此，從盆地基底、結(jié)構(gòu)特征和地震反射剖面綜合分析，在斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積發(fā)育階段，開江-梁平裂谷是一個發(fā)育于上揚子碳酸鹽巖臺地內(nèi)的、由伸展裂解作用形成的不對稱海相半地塹盆地，北側(cè)為伸展斷層控制的下盤斷斜坡、南側(cè)為斷裂不發(fā)育的上盤緩斜坡，沉降沉積中心靠近斷斜坡。但是，從茅口組3段開始，開江-梁平裂谷北緣的沉積相發(fā)生了明顯變化：由斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積轉(zhuǎn)變?yōu)橥朔e的深水盆地相沉積(圖2a-c、圖3a-f、圖9a-d)，揭示開江-梁平裂谷由伸展裂解轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域構(gòu)造沉降。

4.4 構(gòu)造沉積過程

由前文綜合分析可知，開江-梁平裂谷的充填演化過程可分為兩個不同構(gòu)造沉積階段：伸展裂解和區(qū)域沉降。

伸展裂解階段 中二疊世棲霞中期，上揚子碳酸鹽巖臺地局部發(fā)生伸展裂解，開江-梁平裂谷開始發(fā)育。該裂谷北緣發(fā)育控盆同沉積正斷層及由之形成的斷斜坡，沿斷斜坡發(fā)育碳酸鹽巖滑塌堆積，并充填于半地塹盆地中(圖11a-c)。如前文所述，從西向東，開江-梁平裂谷北緣的斷斜坡滑塌堆積發(fā)育時間略有差異。西部正源-雙匯剖面，碳酸鹽巖滑塌堆積首現(xiàn)于棲霞組上段底部(時代上相當于棲霞中期)，由下向上碳酸鹽巖滑塌堆積規(guī)模漸大。但茅口組1段(相當于茅口早期)，伸展裂解似乎停止活動，沉積了厚107m的臺地相碳酸鹽巖(圖11b)。強烈的伸展裂解作用在茅口組2段(相當于茅口中期)再次發(fā)生，碳酸鹽巖滑塌堆積厚度達168m(圖2a、圖11c)。西部正源-雙匯剖面的碳酸鹽巖滑塌堆積總厚229.12m。中部鐵爐壩-大兩剖面，碳酸鹽巖滑塌堆積開始于棲霞組頂部，持續(xù)至茅口組2段末結(jié)束，厚205.5m(圖2b)。東部南江-楊壩剖面，碳酸鹽巖滑塌堆積首見于棲霞組頂部，持續(xù)至茅口組1段末結(jié)束，厚119.75m(圖2c)。這種伸展裂解或碳酸鹽巖滑塌堆積發(fā)育的差異，暗示開江-梁平裂谷北緣東西向不同地段可能為受橫斷層控制的斷塊，即在開江-梁平海相半地塹盆地發(fā)展過程中，發(fā)育與控盆的同沉積正斷層呈大角度相交的捩斷層(Tear fault)(圖11b, c)。另外，碳酸鹽巖滑塌堆積中的疊瓦狀礫石、軟沉積變形(包卷構(gòu)造)等統(tǒng)計分析揭示，塊體搬運方向或古斜坡傾向為南東或南西向(150°～240°)。

圖11 開江-梁平裂谷中-晚二疊世演化模式圖Fig.11 Cartons showing the evolution of the Kaijiang-Liangping rift valley in the Middle to Late Permian

區(qū)域沉降階段 從茅口組3段(時代相當于茅口晚期)開始，開江-梁平裂谷的沉積相發(fā)生了突變：由斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積轉(zhuǎn)變?yōu)橥朔e的深水盆地相沉積，表明盆地構(gòu)造性質(zhì)發(fā)生了根本改變：由伸展裂解轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域構(gòu)造沉降(圖11d)。

三條實測剖面顯示，開江-梁平裂谷北緣的西中東不同地段均從茅口組3段開始發(fā)育海侵退積于碳酸鹽巖滑塌堆積之上的深水盆地相沉積，以富含生物化石(主要為菊石類)深水盆地相黑色硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖(圖9c, d)、斜坡-盆地過渡相指狀交叉的硅質(zhì)泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖和硅質(zhì)巖為典型特征(圖3b-f、圖9a, b)，富含沉凝灰?guī)r層(圖3c-e、圖9b)。元壩8井所在的該裂谷南側(cè)上盤緩斜坡帶，茅口組3段至吳家坪2段下部為緩斜坡相-深水斜坡(盆地)相沉積，以生屑灘、細碎屑流和富含植物化石碎片的泥巖-粉砂質(zhì)泥巖沉積為特色(圖2d、圖4)。這表明沉降階段的沉降沉積中心仍然靠近開江-梁平裂谷北緣斷斜坡。

雖然開江-梁平裂谷的整體沉降作用均開始于茅口組3段，但自西向東，深水盆地相的持續(xù)時間和沉積厚度差異極大。西部正源-雙匯剖面，沉降作用或深水盆地相從茅口組3段一直持續(xù)至長興組(圖11d-e)，深水盆地相沉積厚33.3m、指狀交叉的深水盆地與斜坡過渡相沉積厚64.2m(圖2a)，表明沉降過程有波動。吳家坪期的波動最大，以發(fā)育斜坡相富含沉凝灰層的燧石(硅質(zhì)團塊)灰?guī)r為特色。中部鐵爐壩-大兩剖面，深水盆地相僅發(fā)育于茅口組3段，沉積厚度12m，其上為進積的斜坡-盆地過渡相指狀交叉沉積，厚53.2m，長興組頂部為4.2m厚的潮坪-潟湖相沉積(圖2b)。東部南江-楊壩剖面，僅在茅口組3段中下部發(fā)育厚50m的深水盆地相沉積，茅口組3段上部和吳家坪組為進積的斜坡相沉積，長興組沉積相變?yōu)槌逼?潟湖沉積(圖2c、圖11e)。

總體上，茅口組3段至長興組時期，開江-梁平裂谷的區(qū)域構(gòu)造沉降是不均勻的，西部沉降量大、東部沉降量小，即呈現(xiàn)“東翹西沉”的掀斜式沉降。深水盆地相沉積持續(xù)時間自西向東明顯變短：西部持續(xù)時間為茅口組3段至長興組、中部持續(xù)時間為茅口組3段至長興組中段、東部持續(xù)時間僅為茅口組3段中下部。這也從另一角度揭示：開江-梁平裂谷東部相對較早抬升，進積的潮坪-潟湖相沉積逐漸自東向西演進。我們調(diào)查顯示，正源-雙匯剖面的中三疊統(tǒng)雷口坡組為蒸發(fā)坪相的含膏鹽條帶鈣質(zhì)泥巖和白云巖沉積，上三疊統(tǒng)須家河組漸變?yōu)楹ｊ戇^渡相沉積。由此分析，開江-梁平裂谷西部可能于中三疊世雷口坡期被最終填平補齊。在區(qū)域沉降階段，開江-梁平裂谷南側(cè)的沉積表現(xiàn)，則需要參考地震勘探剖面和有限鉆井巖芯分析。

如前文討論，開江-梁平裂谷于中二疊世棲霞中期開始發(fā)育，可能于中三疊世雷口坡期最終結(jié)束。時代上，該裂谷開始發(fā)育的時代明顯早于華南板塊與華北板塊的碰撞時間(如大別超高壓變質(zhì)時代242～221Ma)，也早于峨眉山地幔柱(259.1±0.5Ma；何斌等，2003；Zhongetal.，2014)，因此不可能是碰撞成因的裂谷(Impactogen，肖安成等，2011；毛黎光等，2011)或是地幔柱活動的產(chǎn)物。時空和構(gòu)造上，它又與東側(cè)的雪峰印支造山帶、西側(cè)的松潘-甘孜造山帶以及南側(cè)的特提斯造山帶難以配套。有學(xué)者認為開江-梁平裂谷的形成可能與揚子地塊順時針旋轉(zhuǎn)、撕裂有關(guān)。中-晚二疊世時期，上揚子地塊碳酸鹽巖臺地內(nèi)裂谷發(fā)育的大地構(gòu)造背景和動力學(xué)機制，仍是一個需要深入探究的問題。

另外，在茅口晚期-長興期的沉降階段，本文研究區(qū)普遍發(fā)育硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖和礈石灰?guī)r(圖9a-d)。詳細的顯微觀察發(fā)現(xiàn)，在伸展裂解階段(棲霞晚期-茅口中期)的斜坡相碳酸鹽巖滑塌堆積中有大量石英顆?；蚨趸杓象w，石英含量可達10%～15%(圖12)。二氧化硅集合體沉淀于方解石間隙中或繞內(nèi)碎屑和生物殼邊緣逐漸向內(nèi)生長(圖12a-c)。還有的半自形晶單顆粒石英與方解石晶粒呈鑲嵌狀(圖12d)。這些顯微組構(gòu)特征表明，二氧化硅顆?；蚣象w是與方解石同時沉淀并共生的。據(jù)前人的地球化學(xué)分析結(jié)果(李乾，2018)，旺蒼地區(qū)棲霞組-茅口組灰?guī)r中的SiO2含量為4.39%～21.24%(平均值5.92%)，遠遠大于純灰?guī)r中SiO2含量(0.1%～2.0%；Oates，1998)。前人研究認為這些二氧化硅主要有生物(劉新宇，2007；周新平等，2012；Dongetal.，2020)和熱液(Linetal.，2018；Yuetal.，2020)兩種來源。蔣裕強等(2018)研究發(fā)現(xiàn)，長興組白云巖儲層受到過熱液改造，裂隙中充填鞍狀白云石、黃鐵礦、螢石、石英等熱液礦物組合。這些礦物組合也是海灣半地塹熱液成礦的典型蝕變礦物組合(Goodfellow and Lydon，2007)。在開江-梁平裂谷側(cè)翼的華鎣山(圖1b)，出露有中二疊世堿性玄武巖(267±3Ma～268.3±7.2Ma，閆全人等,待刊數(shù)據(jù))。本文分析推測，由該基性巖漿活動驅(qū)動的熱液沿控盆同沉積正斷裂上升，進入盆地后形成富硅質(zhì)和硫化物(SiO2、FeS、PbS、ZnS和BaSO4等)熱液筏(Buoyant Hydrothermal Plume)，為伸展裂解階段和沉降階段提供了同沉積的硅質(zhì)物源。

圖12 正源-雙匯剖面棲霞組-茅口組碳酸鹽巖顯微組構(gòu)特征(a、b)層18生屑砂屑灰?guī)r；(c)層40泥晶灰?guī)r；(d)層23生屑灰?guī)r. Cal-方解石; Q-石英; Asp-瀝青Fig.12 Photomicrographs showing the textures of middle Permian limestones in the Zhengyuan-Shuanghui section (Fig.2a)(a, b) bioclastic calcarenite of Bed 18; (c) micritic limestone of Bed 40; (d) bioclastic limestone of Bed 23. Cal-calcite; Q-quartz; Asp-asphalt

5 結(jié)論

開江-梁平裂谷是一個發(fā)育在上揚子地塊碳酸鹽巖臺地內(nèi)的裂谷，經(jīng)歷了伸展裂解和不均勻沉降兩個構(gòu)造沉積階段。中二疊世棲霞中期至茅口中期(層位上相當于棲霞組上段至茅口組2段)為伸展裂解階段，該裂谷是一個發(fā)育于碳酸鹽巖臺地內(nèi)的海相半地塹盆地，以北側(cè)斷斜坡發(fā)育大規(guī)模碳酸鹽巖滑塌堆積為特色。茅口晚期至晚二疊世長興期(層位上相當于茅口組3段至長興組)為沉降階段，以發(fā)育富生物化石的深水盆地相硅質(zhì)巖和炭-硅質(zhì)泥巖為特色。伸展裂解和沉降作用均表現(xiàn)了時空不均勻性。

致謝感謝中國科學(xué)院大學(xué)侯泉林教授、吳春明教授和柴育成教授等在論文研究和寫作過程中給予的悉心指導(dǎo)和幫助；感謝中石化勘探分公司黃仁春、段金寶、趙永慶和夏文謙等同行在項目研究過程中給予的熱情幫助。感謝審稿人對本文細致的審閱和提出真知灼見的修改意見與建議。

謹以此文紀念我國杰出大地構(gòu)造學(xué)家李繼亮先生逝世一周年！讓我(本文通訊作者)終生不能忘卻的是先生對學(xué)生的悉心培養(yǎng)和愛護。今生能師從先生，幸運至極且受用不盡，盡管只得吾師為學(xué)之皮毛。