地质力学学报  2011, Vol. 17 Issue (4): 338-349
引用本文
柏道远, 钟响, 贾朋远, 刘耀荣, 黄文义. 湘东南晚三叠世-侏罗纪沉积特征及盆地性质和成因机制[J]. 地质力学学报, 2011, 17(4): 338-349.
BAI Dao-yuan, ZHONG Xiang, JIA Peng-yuan, LIU Yao-rong, HUANG Wen-yi. SEDIMENTARY CHARACTERISTICS, BASIN TYPE AND DYNAMIC MECHANISMS DURING LATE TRIASSICJURASSIC IN SOUTHEASTERN HUNAN PROVINCE[J]. Journal of Geomechanics, 2011, 17(4): 338-349.
湘东南晚三叠世-侏罗纪沉积特征及盆地性质和成因机制
柏道远 , 钟响 , 贾朋远 , 刘耀荣 , 黄文义     
湖南省地质调查院, 湖南 长沙 410011
摘要:关于湘东南晚三叠世-侏罗纪沉积盆地性质存在挤压相关类前陆盆地及断陷盆地等不同认识。沉积物分布及岩相特征研究表明:湘东南晚三叠世-早侏罗世早期为海相-海陆交互相沉积环境, 早侏罗世晚期-中侏罗世早期为陆相沉积环境; 晚三叠世盆地为分布于茶陵-郴州大断裂东侧(上盘)的北北东-近南北向狭长海湾, 早侏罗世开始盆地向东、西两侧扩展; 晚三叠世-侏罗纪沉积横向上覆于相对较老的地层之上, 表明湘东南晚三叠世-侏罗纪盆地不是南北向挤压形成的类前陆拗陷盆地。结合区域构造背景, 提出盆地的形成主要与区域南北向挤压下先期北北东向断裂产生东西方向伸展有关, 一定程度上印证了印支运动构造线为北北东向。海相至陆相的演化过程暗示研究区以南在早侏罗世晚期开始因区域南北向挤压形成了东西向隆起, 说明盆地发育后期伸展活动的同时却处于区域挤压拗陷构造背景之中, 反映出晚三叠世-侏罗纪盆地演化期间华南地区伸展/挤压构造体制具复杂的时空变化。
关键词晚三叠世—侏罗纪    拉张盆地    南北向挤压    东西向伸展    湘东南    
文章编号:1006-6616(2011)04-0338-12
SEDIMENTARY CHARACTERISTICS, BASIN TYPE AND DYNAMIC MECHANISMS DURING LATE TRIASSICJURASSIC IN SOUTHEASTERN HUNAN PROVINCE
BAI Dao-yuan , ZHONG Xiang , JIA Peng-yuan , LIU Yao-rong , HUANG Wen-yi     
Hunan Institute of Geology Survey, Changsha 410011, Chin
Abstract: There are different standpoints such as para-foreland basin and down-faulted basin about the Late Triassic-Jurassic basin in southeastern Hunan.Distribution of the sediments and lithofacies character show information as follows:there existed marine and marine-terrigenous sedimentary environment during Late Triassic-early Early Jurassic in southeastern Hunan, while continental sedimentary environment during late Early Jurassic-early Middle Jurassic; the Late Triassic basin was a NNE-SN trending narrow and long bay along the east side of Chaling-Chenzhou fault, and the basin expanded to east and west since Early Jurassic; the Late Triassic-Jurassic sediments covered crosswise on older layers.All the above indicated that the Late Triassic-Jurassic basin in southeastern Hunan wasn't a para-foreland depressive basin controlled by NS-compression.Combined with regional tectonic setting, the authors bring forward recognition as follows:the forming of the basin was mainly related with the EW-extention of NNE-trending faults under regional SN-compressional stress field, which confirmed that the lineament trend of Indosinian Movement in southeast Hunan was NNE; above evolution from marine to continental suggested that a EW-trending uplift formed to south of the study area since late Early Jurassic under regional S-N-compression, and that the study area was in a regional depressive tectonic setting when the basin extended in late development stage.These render the complex extensional or compressional space-time variation of tectonic regime when the Late Triassic-Jurassic basins developed in south China.
Key words: Late Triassic-Jurassic    extensional basin    NS-compression    EW-extension    southeastern Hunan Province    
0 引言

早中生代是包括华南在内的东亚地区大地构造背景发生重要转折、构造动力体制发生剧烈变动的时期[1~3], 华南地区该时期构造特征及演化有颇多争议, 其中关于印支运动的表现暨上古生界盖层褶皱形成时代的认识分歧最为引人注目。一种观点强调印支运动的重要性或认为上古生界北北东向为主的盖层褶皱主要形成于印支运动[4~18]; 近年来逐渐居主流的另一种观点则认为印支运动强度不大或仅形成近东西向褶皱, 上古生界北北东向主体褶皱形成于燕山运动甚至更晚[19~27]。关于华南早中生代沉积盆地性质也存在不同认识。舒良树等[23, 24]研究认为中国东南部晚三叠世-早侏罗世盆地为与挤压有关的近东西向类前陆拗陷盆地, 中侏罗世盆地为裂谷盆地; 前者的形成受特提斯构造域和印支期华南-华北板块碰撞的影响, 后者的形成与陆内后造山伸展有关。赵宗举等[28]则认为江南-雪峰隆起带以东地区在晚三叠-中侏罗世主要受古西太平洋板块俯冲影响而形成弧后引张断陷盆地。在南岭及邻区中、新生代盆地分布图中, 舒良树等[24]明确将湘东南T3-J1盆地厘定为类前陆盆地; 柏道远等[29]则提出湘东南汝城残留盆地早侏罗世为同造山上隆伸展裂陷盆地, 中侏罗世早期为挤压收缩盆地。

鉴于包括湘东南在内的华南早中生代沉积盆地性质目前存在显著认识分歧, 本文对湘东南晚三叠世-侏罗纪沉积特征及盆地性质和成因机制进行了探讨, 提出盆地的形成主要与区域南北向挤压下先期(印支运动)北北东向断裂产生东西方向伸展有关, 这一认识一定程度上印证了印支运动构造线为北北东向。

1 区域地质概况

湘东南位于扬子陆块与华夏陆块的接合带, 长期多旋回的地质演化历史导致区内地层、构造、岩浆岩等面貌复杂(见图 1)。

1-白垩纪-古近纪地层; 2-晚三叠世-中侏罗世地层; 3-中泥盆世-中三叠世地层; 4-南华纪-奥陶纪地层; 5-白垩纪花岗岩; 6-侏罗纪花岗岩; 7-印支期花岗岩; 8-加里东期花岗岩; 9-地质界线; 10-角度不整合地质界线; 11-断裂; 12-早中生代背斜轴迹; 13-早中生代向斜轴迹; 14-逆断裂; 15-正断裂; 16-平移断裂; 17-压扭性断裂 图 1 湘东南地质略图 Figure 1 Geological sketch map of southeast Hunan

雪峰期(板溪群沉积期)至奥陶纪期间该区为裂陷海槽-被动大陆边缘盆地[30~33], 沉积物以砂、泥质组成的复理石、类复理石为主, 夹少量硅质与碳酸盐沉积。志留纪发生加里东陆内造山运动, 使区内前泥盆纪地层强烈褶皱, 形成构造线总体近东西向的褶皱基底, 同时引发区内东部加里东期(志留纪)花岗质岩浆的侵位[34]。中泥盆世-中三叠世早期本区为陆内克拉通盆地, 于稳定环境下形成了一套以碳酸盐岩为主, 陆源碎屑岩为次并有少量硅质岩的陆表海沉积。中三叠世晚期开始进入中生代强烈的构造-岩浆活动阶段, 形成印支期、燕山早期、燕山晚期等3个时代花岗岩, 晚三叠世-中侏罗世、白垩纪-古近纪等2个时代的陆相盆地及其沉积, 以北北东向和北东向为主、其他方向为辅的断裂与褶皱, 以及以茶陵-郴州大断裂(以下简称茶郴断裂)为界, 东部相对隆起、西部相对拗陷的构造格架[14~17, 29, 35~38]。晚侏罗世在后造山环境下发生了大规模钨锡与铅锌多金属成矿作用[39~41]

2 晚三叠世—侏罗纪沉积序列及分布

印支运动造成湘东南晚三叠世-侏罗纪地层(以下称之为早燕山构造层)角度不整合于泥盆纪-中三叠世地层(以下称之为印支构造层)之上[35~37]。根据已有文献[4, 42]、近期1:250000区域地质调查成果[43]以及大量1:50000区域地质调查资料, 湘东南印支构造层上部(下、中三叠统)及早燕山构造层的地层序列、时代、主要岩性组成及沉积环境等见表 1。该表显示缺失拉丁期后期和卡尼期沉积, 对照最新的国际地层表[44], 该沉积缺失期约为距今235~216 Ma, 即中三叠世晚期-晚三叠世早期, 时长近20 Ma。考虑构造运动抬升与剥蚀过程, 可大致确定印支运动(对应于抬升阶段)发生于中三叠世晚期。

表 1 湘东南早中生代沉积序列表 Table 1 Early Mesozoic sedimentary sequence in southeast Hunan

早燕山构造层零星分布于汝城、瑶岗仙、长城岭、三都、永兴北侧、上堡、耒阳、茶陵北侧等地(见图 1), 其中上三叠统于三都和瑶岗仙有发育, 其他各地侏罗系直接与印支构造层接触。值得指出的是, 尽管湘东南现今早燕山构造层零星散布, 但茶陵北侧侏罗系残留厚度达4000 m以上、汝城盆地侏罗系残留厚度达2000 m以上[27], 暗示沉积期存在连续的较大规模原型盆地。已有研究也认为湘东南晚三叠世-早侏罗世早期属湘粤海湾的组成部分[4, 42]

早燕山构造层自下而上各地层单位主要特征如下:

出炭垅组:仅在资兴、三都一带有小面积出露, 角度不整合于晚三叠世早期地层之上。底部为含铁质细粒石英砂岩, 下部为泥岩夹煤线, 上部为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹细粒石英砂岩, 产双壳类化石。总体属沼泽-淡化潟湖沉积, 产植物与双壳类化石, 厚2.5~10.4 m。

杨梅垅组:分布于资兴、三都一带。下部为细粒石英砂岩夹砾岩、含砾石英砂岩, 上部泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹砂岩及煤线。属三角洲-沼泽、潟湖沉积, 富产植物化石, 厚196.1 m。

唐垅组:平行不整合于杨梅垅组之上。下部为细中粒石英杂砂岩夹少量粉砂质页岩及炭质页岩, 上部为中细粒石英砂岩、泥质粉砂岩、(粉砂质)炭质页岩夹煤层, 局部地段底部见石英质砾岩。总体属滨后沼泽、潟湖沉积, 页岩中富含植物化石, 厚113.5~130.8 m。

心田门组:整合于唐垅组之上。以(粉砂质)炭质页岩为主, 夹细粒石英砂岩、粘土质页岩和少量菱铁矿。属滨后沼泽、潟湖沉积; 化石丰富, 有双壳类、头足类及少量植物; 厚55.0~207.0 m。

石康组:为心田门组同期异相沉积, 分布于茶陵北面, 角度不整合于前侏罗纪地层之上。底部为粗中粒石英砂岩夹粉砂质硅质板岩及砾岩, 下部为炭质含粉砂质页岩夹细粒石英砂岩、炭质页岩和煤层, 上部为细中粒石英砂岩与含炭质粉砂质页岩互层, 部分地段顶部夹无烟煤。总体属浅湖-沼泽沉积, 植物化石丰富, 厚386 m。

茅仙岭组:整合于心田门组之上。三都一带以中-细粒长石石英砂岩、石英砂岩为主夹少量粉砂岩、泥岩, 中部夹煤线; 汝城-沙田一带下部以炭质页岩、(泥质)粉砂岩等为主夹煤线, 少量(长石)石英砂岩; 上段为长石石英砂岩夹(含凝灰质)粉砂岩、泥岩、炭质页岩等; 发育较多的玄武质火山碎屑岩、玄武岩[29]。属三角洲、滨浅湖和沼泽沉积, 上部获少量植物化石, 厚450~1080 m。

高家田组:为茅仙岭组同期异相沉积, 分布于北部茶陵县阎王壁、安仁县榴霞桥等地, 微角度或平行不整合于石康组之上, 为一套厚度巨大的陆相湖盆-沼泽相碎屑夹炭泥质沉积。底部为砾岩、含砾石英砂岩及长石石英砂岩, 下部为细中粒(少量粗中粒)(长石)石英砂岩、炭质页岩及粉砂质页岩, 中上部以粉砂质页岩为主夹砂岩、粉砂岩。属浅湖-沼泽沉积, 含植物化石和少量双壳类碎片, 厚达4000 m以上, 未见顶。

千佛岩组:在安仁县榴霞桥一带整合于高家田组之上, 可见厚度181 m, 为细粒石英砂岩、泥岩、粉砂质泥岩, 间夹页岩和粉砂岩; 在汝城一带平行不整合于茅仙岭组之上, 厚677~816 m, 下部为长石石英砂岩夹粉砂岩、含砾砂岩或砂砾岩, 属河流相与山麓相类磨拉石沉积; 上部为砂岩、粉砂岩与(粉砂质)泥岩互层。属河湖相沉积, 产植物化石。

综上所述, 湘东南早燕山构造层(T3-J2)为一套海湾-陆相碎屑含煤建造。前人对其中双壳类化石的生态特征(对海水和淡水适应性)进行的研究[4, 42]表明, 该区早燕山构造层自下至上经历了海相→陆相的环境变迁, 即晚三叠世-早侏罗世早期属湘粤海湾北部, 沉积物主要为海相或海陆交互相; 早侏罗世晚期进入全面陆相沉积环境。早燕山构造层内部多为整合接触, 局部地区的部分层位之间呈平行不整合接触[4], 可能多与脉动式升降运动或海(湖)平面波动有关, 不一定是特定构造运动的反映[42]

3 沉积盆地性质及成因机制探讨 3.1 湘东南晚三叠世—侏罗纪盆地并非挤压相关类前陆盆地

就湘东南T3-J1盆地而言, 本文研究认为东西向类前陆盆地认识[24]欠妥, 具体理由主要有以下3条:

① 继中三叠世后期印支运动抬升、剥蚀之后, 晚三叠世中晚期湘东南再次沉降并发生自南向北的海侵, 形成总体呈北北东-南北向展布的狭长的湘粤海湾[4]。区域上, 本次海侵往北可到达湘东北浏阳和赣西萍乡一带, 形成北北东走向的所谓湘赣海湾[4]。显然, 经由印支运动大幅抬升成陆之后, 若形成与南北向挤压相关的类前陆挤压拗陷盆地, 则因东西向构造隆起带的阻隔而不可能发生来自南部的海侵。

② 在挤压相关的类前陆拗陷盆地中, 沉积物一般应堆积于坳陷中相对低的一侧而覆于相对较新地层出露区之上, 邻侧抬升地区则表现为相对较老的地层遭受剥蚀(如雪峰山西侧沅麻盆地及江南造山带北侧江汉盆地晚三叠世-侏罗纪沉积即如此[45, 46])。但事实上湘东南地区并非如此, 甚至正好相反。如:三都残留盆地东缘上三叠统覆于泥盆系棋梓桥组-锡矿山组之上, 而不是覆于东侧的石炭系石蹬子组-梓门桥组之上(见图 2); 永兴东北侧的侏罗系高家田组覆于二叠系栖霞组-龙潭组之上, 而不是覆于西侧的中三叠统石镜组之上(见图 2); 瑶岗仙地区上三叠统覆于瑶岗仙背斜区的泥盆系跳马涧组-棋梓桥组之上, 而不是覆于东南侧长策向斜区的石炭-二叠系壶天群之上(见图 3)。

1-地质界线; 2-角度不整合界线; 3-断裂; 4-逆断裂; 5-平移断裂; 6-岩层产状; T1z-早三叠世张家坪组; T1g-早三叠世管子山组; T2sb-中三叠世三宝坳组; T2sj-中三叠世石镜组; T3c-t-晚三叠世出炭垅组-唐垅组; J1x+m-早侏罗世心田门组和茅仙岭组 图 2 资兴—永兴地区地质图 Figure 2 Geological sketch map of Zixing-Yongxing area

1-侏罗纪花岗岩; 2-地质界线; 3-角度不整合界线; 4-断裂; 5-逆断裂; 6-岩层产状; T3ym-晚三叠世杨梅垅组; T3t-晚三叠世唐垅组; J1x-早侏罗世心田门组 图 3 瑶岗仙地区地质图 Figure 3 Geological sketch map of Yaogangxian area

③ 若为南北向挤压形成的类前陆盆地, 则原型盆地长轴展布方向应为东西向。但实际情况完全相反:晚三叠世沉积仅发育于茶郴断裂东侧, 显示原型盆地呈北北东向狭窄条状展布; 早侏罗世沉积分布面更广, 显示盆地向东、西两侧的扩展过程。

3.2 湘东南晚三叠世—侏罗纪盆地性质及成因机制

鉴于上述多方面证据表明湘东南晚三叠世-早侏罗世盆地不是舒良树等[24]所认为的类前陆拗陷盆地, 且早中侏罗世之交有玄武岩的喷发(主要见于长城岭(178 ± 3.6 Ma)[47]和汝城[29]-沙田一带), 本文总体认同晚三叠世-侏罗纪为伸展盆地的观点[28, 29]。不过考虑到区域大地构造背景及盆地展布与迁移特征, 盆地形成机制方面很可能与舒良树等提出的区域南北向挤压[23, 24]有关。具体探讨如下:

中三叠世晚期印支运动中湘东南因区域北西西向挤压形成北北东向逆冲断裂, 其中茶郴断裂规模最大并具块体分划性质[14~18]。晚三叠世中期开始受特提斯构造域和华南-华北板块碰撞的影响, 区域构造体制转为南北向挤压[3, 22~26, 48], 作为构造薄弱带的先期北北东向逆断裂因与挤压方向小角度相交而产生东西向引张, 茶郴断裂东盘(上盘)下滑沉降而形成盆地, 并因南来海水入侵而形成海湾。随着伸展活动的加强, 早侏罗世开始盆地向东、西两侧扩张, 致使侏罗纪沉积范围东扩至汝城一带, 西扩至耒阳以西。早中侏罗世之交因强烈拉张而形成玄武岩浆的喷发[29, 47]

值得指出的是, 近年来有研究提出北北东向褶皱和走向断裂形成于早燕山运动, 印支运动仅于局部形成东西向褶皱[25~27]。不过最近笔者所作进一步研究表明湘东南印支运动构造线确为传统所认为的北北东向, 主要证据有:早燕山构造层下伏不整合面切割了印支构造层中北北东向褶皱; 以北北东走向为轴将不整合面旋转至水平, 恢复印支构造层岩层走向及构造线方向为北北东向; 不整合面之下的地层层位普遍存在沿东西方向的快速变化。显然, 印支运动北北东向断裂薄弱带的存在是上述盆地成因机制的关键因素, 因此该盆地成因模式一定程度上印证了印支运动构造线为北北东向的认识。

需要说明的是, 除上述断裂拉张机制外, 继中三叠世晚期陆内碰撞之后的晚三叠世应力松弛与伸展[29, 35]及早中侏罗世之交的板内裂谷活动[22~24, 26]可能也对盆地形成起到重要作用。

上述伸展机制仅就湘东南晚三叠世-侏罗纪盆地总体而言, 事实上在盆地发育末期可能已转为挤压收缩[29]。汝城、瑶岗仙、三都等残留盆地西侧为西倾逆断裂所掩(见图 1图 2), 为中侏罗世晚期早燕山运动北西西向挤压产物。从晚三叠世-早侏罗世伸展至中侏罗世晚期强烈挤压的构造体制转换过程考虑, 盆地演化末期理当有挤压回返作用存在。

4 讨论

关于中国东南部晚三叠世-早侏罗世盆地性质主要存在两种根本性认识分歧, 一种认为是与特提斯构造域和印支期华南-华北板块碰撞影响下区域南北向挤压有关的近东西向类前陆拗陷盆地[23, 24]; 另一种认为是伸展断陷盆地, 只是对其动力背景存在不同看法, 或主张与古西太平洋板块俯冲导致弧后引张有关[28], 或认为与同造山上隆伸展有关[29]。鉴于先期构造演化形成了复杂的构造格局与边界条件, 本文认为实际情况可能复杂得多, 不同构造部位因构造边界条件的特殊性, 构造体制和盆地性质可存在差异。如近年来对雪峰山西侧的早中生代盆地的研究表明, 南部的靖州盆地为北北东向断裂左行走滑拉张形成的拉分盆地[45], 而北部的沅麻盆地则为与雪峰造山带向西逆冲有关的前陆盆地[12, 45]

如前述, 湘东南侏罗纪开始盆地向东、西两侧大规模扩张, 盆地伸展作用也进一步加强, 以致早、中侏罗世之交形成玄武岩浆喷发。但另一方面, 沉积环境却由晚三叠世-早侏罗世早期的海相或海陆交互相演变为早侏罗世晚期-中侏罗世的陆相。这一盆地与环境演化特征暗示在其南面因南北向挤压形成了近东西向抬升隆起带, 造成湘东南与南面大洋的隔离。因此, 湘东南盆地发育后期尽管其本身总体受伸展体制控制, 但从更大区域来看盆地却处于挤压拗陷的构造背景之中。此亦反映出晚三叠世-侏罗纪盆地演化期间华南地区伸展/挤压构造体制具有复杂的时空变化。

总之, 中国东南部晚三叠世-侏罗纪盆地性质与成因机制需要针对不同地区的更深入细致的进一步研究。从此意义上讲, 本文对湘东南晚三叠世-侏罗纪盆地的探讨, 为华南地区该期盆地及其构造背景研究补充了较为重要的基础资料。

5 结论

(1) 湘东南晚三叠世-早侏罗世早期为海相-海陆交互相沉积环境, 早侏罗世晚期-中侏罗世早期为陆相沉积环境; 晚三叠世盆地为分布于茶陵-郴州大断裂东侧(上盘)的北北东-近南北向狭长海湾, 早侏罗世盆地向东、西两侧扩展。

(2) 湘东南晚三叠世-侏罗纪盆地并非挤压拗陷类前陆盆地, 而是总体具伸展性质, 其形成主要与区域南北向挤压下先期北北东向断裂产生东西方向伸展有关。盆地发育后期在伸展活动的同时却处于区域挤压拗陷构造背景之中。

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