李瑞保,裴先治,劉戰(zhàn)慶,李佐臣,丁仨平,陳有,劉智剛,張曉飛,陳國超

(1.長安大學西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室,陜西西安710054;2.長安大學地球科學與資源學院,陜西西安710054)

0 引言

陜西鎮(zhèn)巴—高川地區(qū)位于南秦嶺造山帶與揚子地塊銜接過渡部位,處于南大巴山弧形構造帶北段,西側為米倉山近東西向構造帶與南大巴山近南北向構造帶疊加轉換部位,東側為北大巴山構造帶。前人對該地區(qū)地層和構造特征已進行了較多研究,并取得了一系列重要進展[1-11]。然而,前人對研究區(qū)內兩類巖石組合特征不同的二疊系并未給予足夠重視,對于鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系碳酸鹽巖地層單位的劃分基本沒有分歧,與整個揚子地區(qū)劃分一致;而對于高川地區(qū)二疊系的劃分卻沒有定論:陜西省185煤田地質隊在1979年最早建立二疊系郭家埡組,并認為其代表二疊紀晚期沉積[12];陜西省地質礦產局在《陜西省區(qū)域地質志》中曾將其劃歸為上二疊統[8];陜西省地質礦產局在《陜西省巖石地層》中認為,高川一帶二疊紀地層縱向上分布規(guī)律不明顯,如果再進行過細劃分,將給區(qū)域對比帶來很大困難,因此將原郭家埡組涵義擴大,統歸為二疊系[9]。

這兩類二疊系現今雖然在區(qū)域分布上緊鄰,但其截然不同的巖石組合特征顯然指示其曾位于不同的構造古地理環(huán)境中。孟慶任等認為高川盆地沉積體系的演變指示了一種斷陷或伸展盆地的發(fā)展過程,二疊紀盆地在斷裂作用和區(qū)域性海平面上升的共同控制下表現為一個明顯的加深過程[13];張國偉等研究認為高川盆地的沉積巖系屬于勉略構造帶東延在沉積方面的證據[14-15];近來有學者從構造變形的角度指出,高川巖片是大巴山沖斷推覆過程中從原勉略縫合帶中擠過來的一片,其現今位置不能代表勉略帶向東的延伸[3]。因此,對這兩類性質不同的二疊系進行對比研究,不僅具有巖相學、沉積學等方面的意義,而且對其沉積-構造環(huán)境的探討有助于合理認識秦嶺造山帶晚古生代的構造格局和地質演化,同時對認識華南地區(qū)晚古生代古特提斯擴張裂解也給予重要啟示。

1 二疊系分布范圍

研究區(qū)地層總體屬于揚子地層分區(qū)和南秦嶺北大巴山地層分區(qū)。經區(qū)域地層對比研究,研究區(qū)內揚子地層分區(qū)由西向東包括3個地層小區(qū):司上—鎮(zhèn)巴斷裂以西為米倉山地層小區(qū),司上—鎮(zhèn)巴斷裂和興隆斷裂之間為星子山地層小區(qū),興隆斷裂與觀音—熨斗斷裂之間為禇河地層小區(qū);觀音—熨斗斷裂以東則屬于南秦嶺北大巴山地層分區(qū)(圖1)。揚子地層分區(qū)基本屬于沉積巖區(qū),地層序列除褚河地層小區(qū)之外,在區(qū)域上表現為整體缺失泥盆系和石炭系沉積;南秦嶺北大巴山地區(qū)在巖石組合上則與前者迥然不同,以發(fā)育早古生代淺變質沉積地層和基性巖墻群為特色,并缺失晚古生代地層。研究區(qū)二疊系由西向東分布在米倉山、星子山和褚河3個地層小區(qū)。米倉山地層小區(qū)二疊系包括下二疊統梁山組(P1l)、中下二疊統陽新組(P1-2y)及上二疊統吳家坪組(P3w);星子山地層小區(qū)的二疊系特征與米倉山地層小區(qū)相似,僅下二疊統梁山組未出露。禇河地層小區(qū)二疊系未分統稱為二疊系郭家埡組(Pg)。二疊系地層劃分沿革如表1。

米倉山地層小區(qū)二疊系梁山組、陽新組和吳家坪組主要出露于鎮(zhèn)巴縣九龍寨、向陽鄉(xiāng)和何家營一帶,構造位置處于復式褶皺的核部;星子山地層小區(qū)二疊系陽新組和吳家坪組主要出露于興隆斷裂西盤的麥子坪、靈濟鄉(xiāng)和丁家坪一帶;禇河地層小區(qū)二疊系郭家埡組主要出露于下高川—五里壩一帶。如把研究區(qū)視野擴大到揚子北緣南大巴山及米倉山一帶,可以見到二疊系在南大巴山構造帶的沖斷褶皺帶、逆沖推覆擴展變形帶及米倉山短軸背斜兩翼均有出露。在南大巴山前陸褶皺沖斷帶主要與大巴山弧形斷裂走向協調一致,呈現出北西—南東向弧形彎曲的形態(tài)。在米倉山地區(qū),二疊系地層走向近東西向。在米倉山東段與南大巴山西段構造交接區(qū),二疊系地層走向因受晚期南大巴山構造改造而呈現近南北向展布[6-7]。

表1 鎮(zhèn)巴—高川地區(qū)二疊系劃分沿革Tab.1 Stratigraphic Division and Evolution of Permian in Zhenba-G aochuan Area

圖1 鎮(zhèn)巴地區(qū)及鄰區(qū)二疊系分布Fig.1 Distribution of Permian Strata in Zhenba Area and Its Adjacent Area

2 二疊系地層剖面與巖石地層特征

2.1 米倉山與星子山地層小區(qū)(鎮(zhèn)巴地區(qū))二疊系

經實測地層剖面控制,米倉山地層小區(qū)內的二疊系與星子山地層小區(qū)內的二疊系在巖石組合上極為相似。該區(qū)二疊系可細分為下二疊統梁山組、中下二疊統陽新組及上二疊統吳家坪組。地層剖面以鎮(zhèn)巴縣三溪口剖面為代表(圖2),由東向西列述如下。

上覆地層

下三疊統大冶組 厚度大于15.5 m

(14)淺灰—灰白色薄層狀灰?guī)r >12.7 m

整合

上二疊統吳家坪組 厚度為143.07 m

(13)淺灰白色薄層狀泥灰?guī)r,具水平紋層構造>12.7 m

(12)淺灰綠色薄層粉砂質泥質頁巖 47.27 m

整合

中下二疊統梁山組+陽新組 厚度298.23 m

(11)灰色中厚層狀含燧石灰?guī)r 54.73 m

(10)深灰色中厚層狀微晶灰?guī)r 13.04 m

(9)淺灰色中厚層狀含燧石白云質灰?guī)r15.69 m

(8)灰—深灰色中厚層狀灰?guī)r含燧石團塊(含碳) 13.46 m

(7)淺灰色厚層狀白云質灰?guī)r 4.9 m

(6)灰—深灰色中厚層狀灰?guī)r含燧石團塊(含碳) 0.14 m

(5)淺灰色中厚層狀含燧石白云質灰?guī)r5.94 m

(4)淺灰色中厚層狀白云質灰?guī)r 26.44 m

(3)淺灰色中厚層狀含燧石白云質灰?guī)r(化石多) 103.73 m

(2)灰色厚層狀灰?guī)r(化石多) >60.16 m

平行不整合

下伏地層

下志留統龍馬溪組+新灘組 厚度大于49.6 m

(1)灰綠色薄層狀粉砂質頁巖 >49.6 m

2.2 褚河地層小區(qū)(高川地區(qū))二疊系

褚河地層小區(qū)二疊系在巖石組合上與前二者差異較大,其巖石地層單元的巖性組合及變化特征以鎮(zhèn)巴縣火焰溪剖面為代表(圖3),高川地區(qū)二疊系郭家埡組主要巖石類型為一套深灰—灰黑色含碳細碎屑巖夾少量硅質巖、碳酸鹽巖的沉積組合,向下高川鎮(zhèn)、五里壩鎮(zhèn)一線硅質巖有增多變厚的趨勢。據巖石組合特征可以劃分為上、下兩個巖性段。由北東向南西,剖面列述如下。

上覆地層

下三疊統大冶組 厚度大于12.7 m

圖2 鎮(zhèn)巴縣三溪口二疊系地層剖面Fig.2 Stratigraphic Section of Permian in Sanxikou of Zhenba County

圖3 鎮(zhèn)巴縣火焰溪二疊系郭家埡組實測地層剖面Fig.3 Stratigraphic Section of Guojiaya Formation of Permian in Huoyanxi of Zhenba County

(73)淺灰白色薄層狀灰?guī)r >12.7 m

整合

二疊系郭家埡組上段 厚度481.7 m

(72)灰黃綠色粉砂巖夾薄層灰?guī)r 51.1 m

(71)灰黃綠—灰黃色薄層狀鈣質泥巖 51.5 m

(70)黑—深灰色薄層狀炭質泥巖 86.3 m

(69)灰黃綠色薄層狀(鈣質)泥巖 89.6 m

(68)灰白—灰色薄層灰?guī)r,黃綠色薄層泥質粉砂巖 77.6 m

(67)深灰—黑色薄層狀炭質泥巖,夾有灰?guī)r透鏡體 125.6 m

整合

二疊系郭家埡組下段 厚度186.7 m

(66)黑色中薄層狀硅質巖,變形強烈 73.5 m

(65)灰黑色細砂巖夾黑色條帶團塊硅質巖99.3 m

(64)灰黑色薄層狀炭質鈣質泥巖 13.9 m

整合

下伏地層

上石炭統馬平組 厚度65.2 m

(63)灰色中薄層狀灰?guī)r夾少量炭質泥巖21.8 m

3 剖面對比及沉積-構造背景

3.1 二疊系剖面對比

圖4 鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系陽新組含燧石條帶灰?guī)rFig.4 Flint-bearing Limestone of Yangxin Formation of Permian in Zhenba Area

鎮(zhèn)巴地區(qū)(米倉山地層小區(qū)與星子山地層小區(qū))二疊系主體以灰?guī)r、白云質灰?guī)r、含燧石條帶灰?guī)r(圖4)為主,由下至上可分為下二疊統梁山組、中下二疊統陽新組及上二疊統吳家坪組。其中,梁山組古生物較少,僅局部產有少量腕足類(Rhipidomella sp.)和雙殼類(Astartella,Parallelodon,A viculopecten),時代屬早二疊世早期[8]。中下二疊統陽新組產有豐富的蜓、珊瑚和腕足類化石。下部主要產珊瑚,有 Hayasakaia microspinosa,H.elegantula,Wentzelella subtimorica等;上部以含蜓為主,有Neoschwagerina craticulif era,Verbeekina verbeeki,Chusenellasp.等,時代屬早中二疊世[9]。上二疊統吳家坪組中富含蜓類、珊瑚、腕足類化石。前人自下而上建立了L iangshanophyllum帶和Codonof usiella帶。主要珊瑚分子有L iangshanophyllum sinense,L.lui,Waagenophyllum implex,W.lui, L ophophyllidium kayseri,Paracaniniacf.sinensis var.kaoi,A llotropiophyllum grabari等;蜓類主要分子有Codonof usiella lui,C.tenuissima,Reichelina pulchra等。此外,腕足類有 Tyloplecta yantzeensis,Edriosteges poyangensis,Hay denella wenganensis, Squamularia elegantula 等; 牙 形 刺Neogonodolella。根據古生物組合,吳家坪組時代屬晚二疊世早期[8]。另據趙俊興等研究認為揚子北緣二疊系總體為一套臺地相碳酸鹽巖沉積[19]。鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系沉積相類型豐富,據其巖性組合特征及野外沉積構造可識別出的沉積相有潮坪相、局限臺地相和開闊臺地相。

圖5 高川地區(qū)二疊系郭家埡組黑色巖系Fig.5 Black Rock Series of Guojiaya Formation of Permian in G aochuan Area

高川地區(qū)(禇河地層小區(qū))二疊系與鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系在地層劃分、巖石組合上則明顯不同,主體為一套黑色巖系(圖5)。據其巖性組合不同可分為上、下兩個巖性段:下巖段主要為一套灰黑色細碎屑巖組合,巖石類型有黑色中薄層狀硅質巖、灰黑色細粉砂巖夾黑色條帶團塊硅質巖及硅質結核、灰黑色薄層狀碳質鈣質泥巖等;上巖段主要為一套暗色細碎屑巖夾少量碳酸鹽巖組合,主要巖石類型有黃綠色薄層狀泥質粉砂巖、灰黃綠色薄層狀鈣質粉砂巖、深灰色薄層狀碳質泥巖、灰色薄層狀灰?guī)r等。郭家埡組含少量生物化石,除下部灰?guī)r夾層中含蜓、珊瑚化石外,主要為頭足類、腕足類化石。頭足類有 Paragastrioceras,A ltudoceras,A raxoceratidae,Pseudogastrioceras等,蜓類有 Schwangerina等,時間上代表整個二疊紀沉積[9]。結合野外沉積構造特征,郭家埡組可識別出的沉積相有斜坡腳相、半深?！詈Ｅ璧叵?。此外,高川地區(qū)二疊系沉積厚度較厚,可能代表了該區(qū)相對鎮(zhèn)巴地區(qū)較快速的沉降與沉積速率(圖6)。顯然,鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊系與高川地區(qū)二疊系橫向上是不能對比的,應當為同期異相的產物。

3.2 區(qū)域構造意義

綜合已有資料,鎮(zhèn)巴地區(qū)和上揚子北緣廣大地區(qū)蓋層沉積序列為南華系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、二疊系、三疊系、侏羅系,大范圍缺失泥盆系和石炭系。根據地層記錄可以說明,在上揚子北緣,區(qū)域隆升作用幾乎從泥盆紀持續(xù)到早二疊世初,造成區(qū)域上泥盆系和石炭系缺失。上揚子地區(qū)在經歷了泥盆紀—石炭紀長期隆起狀態(tài)之后,早二疊世再次下降海侵,被來自北側古特提斯有限洋(勉略洋)的海水淹沒,沉積了以海陸過渡濱岸相黑色含煤碎屑巖系為特征的下二疊統梁山組,平行不整合于志留系之上。中晚二疊世連續(xù)接受了一套穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積。

高川地區(qū)發(fā)育寒武系、上泥盆統、石炭系、二疊系(郭家埡組)和下中三疊統,缺失部分上寒武統、奧陶系、志留系,上泥盆統與下覆地層呈超覆不整合接觸關系,表明寒武紀之后該帶曾發(fā)生隆起,晚泥盆世下陷接受沉積,其中的二疊系以發(fā)育較深水環(huán)境的黑色含碳硅質巖和細碎屑巖系為特征,明顯不同于上揚子北緣二疊系碳酸鹽巖沉積。郭家埡組下部所含的大量硅質巖則很有可能指示了盆地的非補償性快速沉降。此外,高川五里壩一線以及偏東地區(qū)硅質巖含量增多,并且開始呈明顯的層狀(單層厚5～20 cm)產出,說明海水有變深的趨勢。前述兩套二疊系巖相的迥異以及兩地層小區(qū)地層序列的不同等一致說明鎮(zhèn)巴和高川兩地當時曾分處在不同的沉積-構造環(huán)境:以米倉山地層小區(qū)和星子山地層小區(qū)為代表的物質建造與揚子地塊整體升降和海水的頻繁進退密切相關,而以褚河地層小區(qū)為代表的物質建造則更可能與早期地殼隆升、晚期地殼張裂和海水貫入有關。

區(qū)域上,秦嶺南緣勉略帶一線在地層記錄上以缺失上寒武統、奧陶系、志留系和發(fā)育晚古生代沉積為特色,這說明勉略帶一線在早古生代曾是隆起,泥盆紀開始受古特提斯構造域影響而構造體制發(fā)生轉化,區(qū)域以伸展裂陷為主,南秦嶺微地塊有從揚子地塊裂離的趨勢。揚子地塊西緣二疊紀峨眉山玄武巖噴發(fā)事件也反映了區(qū)域伸展作用的普遍性[20]。區(qū)域地層綜合對比研究發(fā)現,勉略帶兩側均普遍缺失泥盆紀—石炭紀地層,而勉略帶內卻從西至東普遍發(fā)育具有裂谷型沉積組合特征的泥盆紀—石炭紀地層。高川地區(qū)的地層系統與勉略帶相似,同樣缺失早古生代奧陶紀—志留紀地層而發(fā)育晚古生代地層,表明其早期與勉略帶有著相似的構造演化史,高川盆地就是在這個時期形成。張國偉等認為,高川盆地的沉積屬于勉略帶東延在沉積方面的證據[13-14]。胡健民等從構造變形的角度指出,高川巖片是大巴山沖斷推覆過程中從原勉略縫合帶中擠過來的一片,僅僅是被夾持在大巴山沖斷-推覆構造帶與大巴山前陸構造帶之間的地殼淺層地質體,其現今位置不能代表勉略帶向東的延伸[3]。事實上,若不考慮“勉略帶東延是否過高川”這一問題,那么有一個結論是可以肯定的,即高川地區(qū)物質建造的性質及沉積時代與勉略帶大致相同,高川盆地曾經是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期構造改造而殘存于現今高川一隅,至于其現今位置能否代表勉略帶原位還有待進一步研究確定。

4 結語

(1)鎮(zhèn)巴地區(qū)二疊紀地層序列為下二疊統梁山組、中下二疊統陽新組和上二疊統吳家坪組;高川地區(qū)二疊系未分統稱為郭家埡組,據巖石組合不同僅區(qū)別為上、下兩個巖性段。

(2)研究區(qū)兩類二疊系發(fā)育有截然不同的巖石組合,以鎮(zhèn)巴地區(qū)為代表的上揚子北緣二疊系主體為一套臺地相碳酸鹽巖沉積,而高川地區(qū)二疊系主要為一套較深水相黑色巖系沉積。二者為同期異相的產物,不能進行橫向對比。

(3)兩套二疊系巖相的迥異暗示鎮(zhèn)巴和高川兩地當時曾分處在不同的沉積-構造環(huán)境:鎮(zhèn)巴周緣以米倉山地層小區(qū)和星子山地層小區(qū)為代表的物質建造與揚子地塊整體升降和海水的頻繁進退密切相關,而高川周緣以褚河地層小區(qū)為代表的物質建造則更可能與早期地殼隆升、晚期地殼張裂成盆和海水貫入有關。

(4)高川地區(qū)地層系統與勉略帶相似,其早期與勉略帶有著大致相同的構造演化史,也表明高川盆地曾經是晚古生代勉略裂谷—有限洋的一部分,只是被后期構造改造而殘存于現今高川一隅。

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