秦詠輝, 田云濤, 2*, 陳東旭, 張?jiān)鼋?/p>

華南南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)及其機(jī)制——來自廣西玉林盆地的證據(jù)

秦詠輝1, 田云濤1, 2*, 陳東旭3, 4, 張?jiān)鼋?

(1. 中山大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510275; 2. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海), 廣東 珠海 519082; 3. 國土資源評(píng)價(jià)與利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長沙 410118; 4. 湖南省地震局, 湖南 長沙 410004)

中國東部自白堊紀(jì)以來在區(qū)域伸展的構(gòu)造背景下經(jīng)歷了多期擠壓構(gòu)造反轉(zhuǎn), 其中華南地區(qū)晚白堊世晚期由伸展到擠壓的構(gòu)造反轉(zhuǎn)直接證據(jù)較少。本文通過野外構(gòu)造與鋯石U-Pb定年分析, 對(duì)華南南緣廣西玉林盆地白堊紀(jì)?古近紀(jì)的盆地演化進(jìn)行了系統(tǒng)梳理, 重點(diǎn)分析了盆地上白堊統(tǒng)與古近系之間角度不整合的構(gòu)造特征、時(shí)限及變形機(jī)制。結(jié)果表明, 玉林盆地形成于晚白堊世早期的伸展裂陷, 發(fā)育上白堊統(tǒng)西垌組火山碎屑巖和羅文組河湖相沉積; 晚白堊世晚期, 研究區(qū)發(fā)生了NW-SE向擠壓構(gòu)造反轉(zhuǎn), 形成了白堊系羅文組與古近系邕寧群之間的角度不整合。該結(jié)果顯示華南南緣晚白堊世晚期經(jīng)歷了擠壓構(gòu)造反轉(zhuǎn), 其時(shí)間與燕山運(yùn)動(dòng)最后一幕大致相近。關(guān)于這一構(gòu)造反轉(zhuǎn)的機(jī)制爭議較大, 本文認(rèn)為該反轉(zhuǎn)的力源可能來自華南以東或以南地區(qū)的構(gòu)造事件: ①同期存在古南海的擴(kuò)張, 其洋脊的推力或許是一種可能的機(jī)制; ②如果不存在古南海,晚白堊世向西俯沖的古太平洋板塊俯沖角度變小, 與上覆板塊的耦合度增強(qiáng), 也可能會(huì)驅(qū)使華南南緣發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)。

華南; 晚白堊世晚期; 玉林盆地; 角度不整合; 構(gòu)造變形

0 引 言

晚中生代以來, 受控于古太平洋板塊的俯沖后撤, 中國東部發(fā)生強(qiáng)烈的地殼伸展減薄, 發(fā)育了大量中?新生代NE向斷陷盆地, 并伴隨著一系列中酸性的火山活動(dòng), 形成了復(fù)雜的盆山格局(Li et al., 2012b, 2019; Wang and Shu, 2012; Zhou and Li, 2000)。近年來越來越多的研究表明, 中國東部自白堊紀(jì)以來并非始終處于伸展環(huán)境之中, 而是經(jīng)歷了多期伸展?擠壓的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反轉(zhuǎn)(Dong et al., 2018; Suo et al., 2020), 包括但不限于早白堊世末?晚白堊世初(Li et al., 2014b, 2020)、晚白堊世晚期(邢光福等, 2009; Ye et al., 2018)以及古近紀(jì)晚期(Yan et al., 2009; Suo et al., 2020)等多期伸展?擠壓轉(zhuǎn)換。

華南板塊位于太平洋板塊西緣, 向北以秦嶺?大別造山帶與華北板塊相隔, 向西以龍門山?橫斷山、哀牢山?紅河斷裂分別與松潘?甘孜和思茅?印支地塊相連(圖1; 舒良樹, 2012)。早/晚白堊世之交華南板塊由伸展轉(zhuǎn)為擠壓的構(gòu)造反轉(zhuǎn)已被廣泛證實(shí), 如早?晚白堊世NE向蓮花山斷裂帶向南東逆沖(Li et al., 2020), 長樂?南澳斷裂帶向北西逆沖(Wei et al., 2015), 沅麻盆地發(fā)生區(qū)域性NW-SE向轉(zhuǎn)換擠壓(Li et al., 2012a), 以及約118～107 Ma華南巖漿寂靜期等(Li et al., 2014b)。然而, 晚白堊世晚期華南板塊構(gòu)造反轉(zhuǎn)的證據(jù)相對(duì)較少, 且大多是間接推測(cè), 如熱年代學(xué)研究顯示晚白堊世?早古新世華南東南緣發(fā)生了快速冷卻(Yan et al., 2009; Ding et al., 2019),沉積學(xué)研究表明該時(shí)期南雄盆地由擴(kuò)張轉(zhuǎn)向萎縮(張族坤等, 2019), 華南板塊大范圍缺失晚白堊世晚期地層(邢光福等, 2009), 以及80～60 Ma華南巖漿活動(dòng)出現(xiàn)間隙等(Suo et al., 2020)。而Ye et al. (2018)在南海北緣珠江口盆地識(shí)別出的NEE向斷裂系統(tǒng)在72～66 Ma由伸展轉(zhuǎn)為逆沖, 是華南晚白堊世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的直接證據(jù)。

圖1 華南板塊及周緣地區(qū)大地構(gòu)造簡要圖(據(jù)Li et al., 2014b修改)

此外, 關(guān)于華南板塊晚白堊世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的機(jī)制也存在爭議。有學(xué)者認(rèn)為該構(gòu)造反轉(zhuǎn)僅局限于華南南緣以及南海北緣, 并將其與古南海的擴(kuò)張相聯(lián)系(Ye et al., 2018)。然而, 也有學(xué)者認(rèn)為這期構(gòu)造反轉(zhuǎn)廣布于整個(gè)東亞東緣, 提出古太平洋俯沖板片年輕化是造成中國東部此時(shí)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)的原因(Suo et al., 2020)。因此, 檢驗(yàn)晚白堊世晚期華南南緣構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的反轉(zhuǎn)尚需更多直接證據(jù), 對(duì)其研究將有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)華南南緣的構(gòu)造演化及其動(dòng)力機(jī)制。

玉林盆地位于廣西東部, 處于華南板塊的南緣, 東接云開大山, 西臨十萬大山, 長約100 km, 寬約25 km, 呈NE走向(圖1、2b)。盆地內(nèi)發(fā)育晚白堊世?古近紀(jì)地層(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004), 可能記錄了華南南緣中?新生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化。為此本次在玉林盆地開展構(gòu)造變形分析, 并結(jié)合鋯石U-Pb定年結(jié)果, 旨在厘清玉林盆地晚白堊世?古近紀(jì)的地層格架與構(gòu)造變形序列, 為華南南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

華南板塊由揚(yáng)子地塊和華夏地塊于新元古代拼合而成(圖1; Zhao and Cawood, 2012), 隨后經(jīng)歷了多期構(gòu)造熱事件的改造, 發(fā)育大量不同性質(zhì)的斷層及巖漿巖, 形成了豐富的W、Sb等金屬礦床(Wang et al., 2007, 2012b; Sun et al., 2012; 張國偉等, 2013)。研究表明, 中生代以來華南板塊變形主要受控于古太平洋板塊的俯沖(張?jiān)罉虻? 2012; Dong et al., 2018); 中?晚侏羅世, 華南板塊地殼發(fā)生縮短、加厚, 自東部沿海地區(qū)向內(nèi)陸發(fā)育約1300 km的褶皺沖斷帶及弧后前陸系統(tǒng)(Li and Li, 2007; 舒良樹, 2012; Li et al., 2018); 白堊紀(jì)以來, 華南板塊巖石圈伸展減薄, 廣泛發(fā)育近NE向斷陷盆地, 形成面積約26×104km2的東部火成巖省(Zhou and Li, 2000; Zhou et al., 2006; 舒良樹和王德滋, 2006); 新生代, 華南板塊伸展裂陷進(jìn)一步加劇, 最終沿東部陸緣形成了一系列邊緣海盆地(任建業(yè)和李思田, 2000; 索艷慧等, 2012)。最近研究表明, 華南板塊中?新生代經(jīng)歷了數(shù)次短暫的伸展?擠壓轉(zhuǎn)換(Li et al., 2014b), 可能與微陸塊和東亞大陸的碰撞或古太平洋板塊俯沖過程的復(fù)雜性有關(guān)(Yang, 2013; Li et al., 2020)。

1.2 玉林盆地地質(zhì)概況

玉林盆地位于華夏地塊與揚(yáng)子地塊交界處, 是一個(gè)被十萬大山構(gòu)造帶與云開大山圍陷的中?新生代斷陷盆地, 構(gòu)造上受控于合浦?北流斷裂帶(即為岑溪?博白斷裂帶)(圖2b)(羅璋, 1990; 王明明等, 2009)。晚白堊世玉林盆地發(fā)生伸展裂陷, 在前白堊系基底之上發(fā)育白堊系?古近系沉積, 自下而上可分為上白堊統(tǒng)西垌組(K2)、羅文組(K2)與古近系邕寧群(E)(圖2a)。

上白堊統(tǒng)西垌組主要出露于盆地邊緣, 總體上為火山爆發(fā)、噴發(fā)溢流和堆積的產(chǎn)物, 在火山噴發(fā)間隙發(fā)育河流相和湖相沉積。該組巖性復(fù)雜, 橫向變化大, 底部為紫紅色礫巖, 呈角度不整合覆蓋于下伏地層之上, 上部主要為灰白色熔結(jié)凝灰?guī)r、碎斑熔巖, 以安山質(zhì)為主, 局部夾泥質(zhì)粉砂巖等, 被霏細(xì)斑巖、閃長玢巖巖脈侵入, 未見化石(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。依據(jù)玉林盆地北東側(cè)約50 km處水汶盆地中西垌組碎斑熔巖的Rb-Sr全巖等時(shí)線年齡(87.4±15.4 Ma), 將該組時(shí)代定為晚白堊世(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。

上白堊統(tǒng)羅文組不整合覆蓋于西垌組之上, 主要由礫巖、砂巖、泥巖組成, 下部以河流相沉積為主, 向上逐漸轉(zhuǎn)為湖泊相沉積。根據(jù)巖性組合、沉積旋回特征等, 可將羅文組劃分為兩個(gè)巖性段。下段: 底部為厚層塊狀礫巖, 向上經(jīng)中厚層狀含礫砂巖過渡為中薄層狀粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖, 發(fā)育粒序?qū)永怼⒔诲e(cuò)層理; 上段: 底部為紫紅色厚層塊狀礫巖、砂巖, 往上為紫紅色中薄層狀粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。該組中含有豐富的動(dòng)植物化石, 如孢粉(,,)、介形蟲(sp.,sp.,sp.,sp.)、輪藻(sp.,sp.)及硅化木等, 且被含紫蘇石英二長斑巖等巖漿巖侵入, 沉積時(shí)代為晚白堊世(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。

圖2 玉林盆地地層柱狀圖(a)與地質(zhì)簡圖(b; 據(jù)廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)

古近系邕寧群整體為山麓?河流、湖泊相沉積(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004; 張瀝元等, 2016), 其下部為紫紅色厚層塊狀礫巖夾泥質(zhì)粉砂巖, 礫石成分較為復(fù)雜, 磨圓度及分選性一般, 具正粒序?qū)永? 中部為鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖; 上部為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖; 含植物化石(sp.、s sp.、sp.等; 廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。關(guān)于邕寧群的時(shí)代存在爭議, 一般認(rèn)為是始新世?漸新世或古新世?始新世(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985, 2004)。

2 玉林盆地中?新生代構(gòu)造特征

2.1 上白堊統(tǒng)/古近系不整合面的識(shí)別

通過野外地質(zhì)調(diào)查, 本次在盆地不同位置識(shí)別出古近系邕寧群與下伏上白堊統(tǒng)羅文組、西垌組之間的角度不整合面, 詳述如下。

上白堊統(tǒng)羅文組/古近系邕寧群不整合: 邕寧群紫紅色或黃色礫巖、含礫砂巖角度不整合覆蓋于下伏羅文組紫紅色薄層粉砂質(zhì)泥巖之上(圖3a、b)。其中羅文組以薄層粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積為主, 產(chǎn)狀較平緩(傾角10°～15°); 邕寧群則以礫巖、含礫砂巖等粗粒沉積為特征, 地層產(chǎn)狀近水平, 傾角約為5°。

上白堊統(tǒng)西垌組/古近系邕寧群不整合: 邕寧群直接覆蓋于西垌組火山碎屑巖之上, 二者之間為不整合接觸關(guān)系(圖3c)。其中西垌組為厚層熔結(jié)凝灰?guī)r, 地層傾向?yàn)?50°～270°, 傾角為30°～40°; 邕寧群為紅灰色厚層砂巖與礫石磨圓度較高的礫巖互層, 地層傾向?yàn)?90°～315°, 傾角為15°～30°。

2.2 盆地構(gòu)造變形

盆緣正斷層: 在盆地東緣可見上白堊統(tǒng)西垌組與志留系基底呈正斷層接觸(圖3d), 斷層面傾向300°～310°, 傾角為30°～40°。斷層下盤為志留系紫紅色粉砂巖夾頁巖, 上盤為西垌組灰白色凝灰質(zhì)角礫巖, 斷層的活動(dòng)時(shí)間可能與西垌組的火山噴發(fā)時(shí)間相近。因此, 盆緣正斷層為該火山?斷陷盆地的控盆構(gòu)造。

上白堊統(tǒng)羅文組擠壓褶皺: 在盆地西北端觀察到羅文組發(fā)生了寬緩、開闊的褶皺變形(圖3e), 南翼傾向130°～150°, 傾角為5°～10°; 北翼傾向25°～30°, 傾角為2°～5°。為進(jìn)一步探明盆地的整體變形特征, 本研究沿垂直于盆地主要構(gòu)造走向選取了良好的露頭進(jìn)行了地層產(chǎn)狀測(cè)量工作(圖4a), 并綜合地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004), 繪制了橫貫玉林盆地的構(gòu)造剖面圖(圖4b)。構(gòu)造變形分析表明, 晚白堊世以來玉林盆地可能遭受了兩期擠壓事件, 形成了上白堊統(tǒng)羅文組和古近系邕寧群的擠壓褶皺, 及其兩套地層間的角度不整合。其中第一期褶皺地層為上白堊統(tǒng)羅文組, 褶皺軸線走向約為NE50°, 全長約100 km, 寬約15 km。褶皺北西翼地層傾向290°～300°, 傾角15°～20°; 南東翼地層傾向100°～120°, 傾角10°～20°。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析, 羅文組層面產(chǎn)狀極點(diǎn)為NW-SE方向(圖4c), 指示該地層在沉積之后受到的構(gòu)造擠壓方向?yàn)镹W-SE向。第二期褶皺變形記錄主要分布于盆地邊緣, 如在盆地東緣, 不整合覆蓋于羅文組之上的古近系邕寧群出現(xiàn)了褶皺變形。褶皺北西翼地層傾向290°, 傾角40°～60°; 南東翼地層傾向20°～120°, 傾角5°～40°。由于該期擠壓可能形成于古近紀(jì)晚期, 不在本文研究的時(shí)間范圍之內(nèi), 在此不做詳細(xì)研究。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)

3.1 樣品采集

為厘定玉林盆地的地層年代學(xué)格架, 并限定盆地晚白堊世?古近紀(jì)的構(gòu)造變形歷史, 本次在盆地上白堊統(tǒng)西垌組、羅文組和古近系邕寧群中共采集了5件樣品進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)研究, 其中沉積巖樣品2個(gè), 巖漿巖樣品3個(gè), 具體采樣位置見圖2。其中樣品YL34(N22°15′26″, E109°55′06″)采自西垌組上段的灰白色凝灰?guī)r, 樣品YL9-1(N22°12′15″, E109°52′52″)、YL10(N22°06′26″, E109°47′31″)采自侵入于羅文組下段的含紫蘇石英二長斑巖, 樣品YL6(N22°19′39″, E110°00'27″)采自羅文組下段暗紅色礫巖的雜基, 樣品YL5(N22°23′26″, E110°03′04″)采自邕寧群的紫紅色砂巖。

3.2 樣品測(cè)試

鋯石經(jīng)分選、制靶及陰極發(fā)光(CL)圖像拍攝之后, 在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司LA-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石U-Pb年齡的測(cè)定, 激光剝蝕系統(tǒng)為GeolasPro, ICP-MS的型號(hào)為Agilent7700e。測(cè)試采用束斑大小為32 μm, 頻率為5 Hz, 實(shí)驗(yàn)信號(hào)由20～25 s的背景信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)組成。采用鋯石標(biāo)樣91500進(jìn)行同位素分餾的校正(Jackson et al., 2004), 鋯石標(biāo)樣91500的U-Th-Pb同位素比值依據(jù)Wiedenbeck et al. (2004)。分析中, 每測(cè)5個(gè)樣品鋯石便測(cè)試兩次91500標(biāo)樣。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal11.8軟件(Liu et al., 2008, 2010), 巖漿鋯石樣品的年齡諧和圖、加權(quán)平均年齡圖和碎屑鋯石樣品的年齡譜的繪制(包括最年輕年齡峰的計(jì)算)使用IsoplotR代碼(Ludwig, 1998; Vermeesch, 2018)。本文討論的鋯石年齡諧和度均≥90%。此外, 對(duì)于鋯石年齡>1000 Ma的樣品, 選擇207Pb/206Pb年齡作為其形成年齡(Compston et al., 1992), 其余樣品均采用206Pb/238U年齡(誤差為1σ), 詳細(xì)的測(cè)試結(jié)果見附表1(正文略, 具體見網(wǎng)絡(luò)電子版: http: //www.ddgzyckx.com/)。

(a、b) 羅文組和邕寧群之間的角度不整合接觸, 曲線表示不整合面, 白色虛線指示地層層面。不整合面上部為古近系邕寧群, 下部為上白堊統(tǒng)羅文組; (c) 邕寧群不整合覆蓋于上白堊統(tǒng)西垌組之上; (d) 盆地東緣西垌組與志留系基底巖石間的正斷層接觸; (e) 羅文組的寬緩褶皺變形。

圖a中黑色產(chǎn)狀為野外實(shí)測(cè)產(chǎn)狀, 紅色產(chǎn)狀源自1∶25萬玉林市幅地質(zhì)圖(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。

3.3 分析結(jié)果

巖漿巖樣品的鋯石絕大多數(shù)為自形?半自形, 具有明顯的振蕩環(huán)帶, Th/U>0.2(其中YL34: 0.4～5.3; YL9-1: 0.2～1.5; YL10: 0.5～0.9), 表明它們?yōu)閹r漿成因鋯石(Hoskin and Schaltegger, 2003)。樣品YL34獲得8個(gè)測(cè)試點(diǎn), 其中1個(gè)鋯石點(diǎn)的206Pb/238U年齡為234 Ma, 可能為捕獲鋯石; 另去除1個(gè)年齡偏差較大點(diǎn)之外, 其余6個(gè)點(diǎn)加權(quán)平均年齡為97.0±0.9 Ma (MSWD=1.9)(圖5a)。樣品YL9-1共獲得12個(gè)測(cè)試點(diǎn), 去除2個(gè)為捕獲鋯石點(diǎn)和2個(gè)偏離點(diǎn)之外,其余8個(gè)測(cè)試點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為87.3±1.7 Ma (MSWD=3.2)(圖5b)。樣品YL10獲得7個(gè)諧和的數(shù)據(jù)點(diǎn), 除1個(gè)繼承鋯石的年齡為～235 Ma外, 其余6個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為82.1±2.0 Ma (MSWD=3.2)(圖5c)。

沉積巖樣品的鋯石大部分為半自形?它形, 表明經(jīng)歷了一定程度的搬運(yùn)和分選。其中樣品YL6獲得68個(gè)有效測(cè)試點(diǎn), 年齡主要集中在130～80 Ma(約9%)與300～220 Ma(約46%)兩個(gè)區(qū)間, 其余年齡基本落在1200～600 Ma, 該樣品中最年輕的年齡峰約為96.1±1.5 Ma(圖5d)。樣品YL5也獲得68個(gè)有效年齡值, U-Pb年齡譜顯示該樣品具有300～220 Ma的主峰(57%), 同時(shí)還有～100 Ma、～460 Ma、1000～600 Ma、1600～1200 Ma、2000～1800 Ma、2800～2200 Ma等小峰, 其最年輕的鋯石年齡峰為100.3±1.5 Ma(圖5e)。

4 討 論

4.1 玉林盆地中?新生代地層年代學(xué)格架

鋯石U-Pb年代學(xué)結(jié)果為玉林盆地的地層時(shí)代提供了約束。西垌組凝灰?guī)r樣品YL34年齡為97.0±0.9 Ma, 限定了西垌組時(shí)代為晚白堊世早期。侵入羅文組下段的含紫蘇石英二長斑巖(YL9-1、YL10)的年齡分別為87.3±1.7 Ma和82.1±2.0 Ma, 指示羅文組沉積時(shí)代不早于87 Ma。兩個(gè)沉積巖樣品(YL6、YL5)最年輕碎屑鋯石U-Pb年齡峰分別為～96 Ma和～100 Ma, 指示羅文組和邕寧群沉積均晚于早白堊世。這些結(jié)果與前人在玉林盆地開展的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果一致(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004), 證實(shí)了西垌組和羅文組均形成于晚白堊世早期。

由于邕寧群樣品中缺乏更為年輕的碎屑鋯石組分, 因此無法對(duì)邕寧群年齡給予進(jìn)一步約束。前人研究顯示, 廣西地區(qū)古新統(tǒng)?始新統(tǒng)的沉積巖以紫紅色厚層塊狀礫巖為主, 局部含鈣質(zhì), 含植物化石sp.、sp.、sp. (廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1985), 與玉林盆地的邕寧群巖性及含有的化石種類一致(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。因此, 我們推斷邕寧群應(yīng)該為古新世?始新世。

4.2 玉林盆地晚白堊世?古近紀(jì)構(gòu)造演化

本次研究結(jié)合玉林盆地晚白堊世?古近紀(jì)的構(gòu)造變形特征與鋯石U-Pb年齡, 揭示了該盆地晚白堊世以來先后經(jīng)歷了早期的裂陷成盆與晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)。

(1) 晚白堊世早期: 伸展裂陷

晚白堊世早期, 西垌組巖漿?火山作用與其同期的正斷層活動(dòng)(圖3d)表明玉林盆地處于伸展的環(huán)境; 而且侵入于羅文組中的含紫蘇石英二長斑巖屬于后造山?非造山花崗巖類, 揭示為拉伸環(huán)境下巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 2004)。因此, 晚白堊世早期玉林盆地處于伸展裂陷環(huán)境, 該期裂陷使得玉林盆地發(fā)育以中基性凝灰?guī)r為主的西垌組和以河湖相沉積為主的羅文組(100～87 Ma), 與區(qū)域上(東亞)的構(gòu)造伸展相同步(Li et al., 2014b; Dong et al., 2018)。

(2) 晚白堊世晚期: 擠壓反轉(zhuǎn)

晚白堊世晚期, 玉林盆地內(nèi)的羅文組發(fā)生寬緩褶皺變形(圖3e、4), 與上覆邕寧群之間呈角度不整合接觸關(guān)系(圖3a、b), 羅文組層面產(chǎn)狀極點(diǎn)指示該地層在沉積之后受到的構(gòu)造擠壓方向?yàn)镹W-SE向。除此之外, 局部地區(qū)還可見邕寧群直接覆蓋于西垌組火山碎屑巖之上(圖3c), 表明晚白堊世晚期盆地發(fā)生強(qiáng)烈的剝蝕, 使得部分地區(qū)缺失了羅文組。本次研究中獲得侵入羅文組內(nèi)部最年輕的含紫蘇石英二長斑巖年齡為82 Ma(圖5c), 指示盆地的伸展活動(dòng)至少持續(xù)到約82 Ma, 進(jìn)一步暗示構(gòu)造反轉(zhuǎn)事件發(fā)生在晚白堊世晚期。綜上, 晚白堊世晚期玉林盆地存在一期構(gòu)造反轉(zhuǎn), 這一事件使整個(gè)盆地發(fā)生了一定程度的褶皺變形、沉積間斷、剝蝕作用與火山作用的終止。

圖5 鋯石U-Pb年代學(xué)分析結(jié)果

4.3 華南南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)與機(jī)制

4.3.1 區(qū)域總結(jié)與對(duì)比

玉林盆地中?新生代的構(gòu)造演化揭示了華南板塊南緣在晚白堊世晚期發(fā)生了構(gòu)造反轉(zhuǎn), 這與近年來在華南南緣(包括南海北緣)開展的一系列研究結(jié)果一致。例如Ye et al. (2018)基于三維地震反射資料對(duì)南海北部珠江口盆地前新生代構(gòu)造進(jìn)行了綜合解析, 識(shí)別出了3期斷裂系統(tǒng)。其中第一期為NWW走向的高角度逆沖斷裂系統(tǒng); 第二期為NEE走向的正斷層系統(tǒng); 第三期為NEE走向的低角度逆沖斷裂系統(tǒng), 斷層向南傾。綜合已報(bào)道的基底花崗巖類U-Pb年齡, Ye et al. (2018)認(rèn)為南海北緣在早/晚白堊世之交(～100 Ma)與晚白堊世晚期均發(fā)生了由伸展到擠壓的構(gòu)造反轉(zhuǎn)。Li et al. (2014b)整理了華南地區(qū)白堊紀(jì)巖漿巖鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù), 指出在～86 Ma之后華南陸內(nèi)的巖漿活動(dòng)基本處于寂靜期, 暗示華南板塊在86 Ma之后處于擠壓的構(gòu)造背景; 結(jié)合臺(tái)灣澎湖列島的玄武巖年齡(65～38 Ma)(Chen et al., 2010; Wang et al., 2012a), 說明該期構(gòu)造擠壓事件應(yīng)結(jié)束于65 Ma之前。此外, 華南板塊南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)還可以合理解釋該地區(qū)80～60 Ma的快速剝蝕(Yan et al., 2009; Li and Zou, 2017)、珠江口盆地潮汕凹陷新生代地層與上白堊統(tǒng)之間的角度不整合接觸關(guān)系(張素芳等, 2015), 以及華南南緣?南海北緣上白堊統(tǒng)上部?古新統(tǒng)下部的大范圍缺失(邢光福等, 2009; Zhang et al., 2019, 2020)。

從更大尺度上看, 華南南緣這期構(gòu)造反轉(zhuǎn)與前人提出的燕山運(yùn)動(dòng)最后一幕的時(shí)間相近。Dong et al. (2018)認(rèn)為中國在80 Ma左右經(jīng)歷了一期弱擠壓事件, 該事件代表了燕山運(yùn)動(dòng)的尾幕, 主要證據(jù)為金衢盆地上白堊統(tǒng)金衢群(<91 Ma)與永康群之間的角度不整合接觸關(guān)系(Li et al., 2014a)。中國東北部的海拉爾、三江和松遼等盆地也記錄了上白堊統(tǒng)與古近系之間的角度不整合接觸關(guān)系(Wang et al., 2016; Zhang et al., 2017)。周良仁和蔡厚維(1990)認(rèn)為晚白堊世?早古近紀(jì)為燕山運(yùn)動(dòng)的尾幕, 該運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致中國西北部的克拉瑪依和烏倫古河地區(qū)古近系與上白堊統(tǒng)艾里克湖組之間的不整合接觸。

4.3.2 動(dòng)力機(jī)制

晚白堊世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)從華北到華南均有發(fā)育, 不同地區(qū)的動(dòng)力機(jī)制可能不甚相同。根據(jù)前人研究, 華南南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)制主要有以下三種觀點(diǎn)。

第一種觀點(diǎn)認(rèn)為構(gòu)造反轉(zhuǎn)產(chǎn)生于晚白堊世微陸塊與華南南緣的碰撞。依據(jù)微陸塊的不同, 又可分為南沙地塊碰撞模型(Luconia-Dangerous Grounds) (Moss, 1998; Hall, 2012)與西菲律賓塊體碰撞模型(Faure et al., 1989; Charvet et al., 1994)。Moss (1998)基于西南婆羅洲沙撈越?加里曼丹地區(qū)俯沖相關(guān)的花崗巖和晚白堊世?古新世基性?超基性巖及混雜巖(Rajang-Embaluh群), 認(rèn)為南沙?禮樂微陸塊與華南南緣在80～65 Ma左右發(fā)生了碰撞(圖6a), 并對(duì)華南南緣產(chǎn)生了NW-SE向擠壓。然而, 近年來古地磁、碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)以及重礦物分析結(jié)果顯示, 南沙?禮樂地塊東南部的巴拉望地塊在侏羅紀(jì)?漸新世屬于華南板塊的一部分(Almasco et al., 2000; Shao et al., 2017; Cao et al., 2020), 暗示可能不存在南沙?禮樂地塊與華南板塊的碰撞事件。Faure et al. (1989)基于出露于西南日本、臺(tái)灣、巴拉望和民都洛前始新世蛇綠巖推覆體、重力滑動(dòng)沉積、藍(lán)閃石片巖以及動(dòng)力學(xué)分析所揭示的自北向南的逆沖, 提出西菲律賓塊體與華南東南緣在晚白堊世晚期發(fā)生了碰撞(圖6b)。值得一提的是, 由于證據(jù)較少, 目前仍難以準(zhǔn)確限定該碰撞的時(shí)間, 也有一些學(xué)者認(rèn)為該碰撞發(fā)生于早/晚白堊世之交(Charvet et al., 1994; Li et al., 2014b)。然而, 最近的研究表明菲律賓洋盆在55～50 Ma才開始發(fā)生洋底擴(kuò)張(Deschamps and Lallemand, 2002; Ishizuka et al., 2013), 如果西菲律賓塊體與華南南緣的碰撞是菲律賓洋盆擴(kuò)張導(dǎo)致的, 那么該碰撞發(fā)生的時(shí)間應(yīng)更晚, 與本文在玉林盆地識(shí)別出的構(gòu)造反轉(zhuǎn)時(shí)間不吻合。

第二種觀點(diǎn)認(rèn)為這期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)換可能與古太平洋俯沖板片的年輕化及其所導(dǎo)致的俯沖角度變緩有關(guān)(Suo et al., 2020)。板塊重建結(jié)果顯示, ～55 Ma古太平洋板塊與太平洋板塊之間的洋脊與亞歐大陸邊緣近平行, 并向西發(fā)生俯沖(圖6c)(Seton et al., 2012; Wu and Wu, 2019); 80～50 Ma, 古太平洋俯沖板片與洋脊間的距離逐漸變小, 即板片年齡逐漸變年輕(其溫度相對(duì)更高、密度相對(duì)更小), 這使得俯沖板片浮力增大、俯沖角度變小、與上覆板塊間的耦合度增大, 進(jìn)而導(dǎo)致上覆板塊內(nèi)產(chǎn)生水平擠壓。該模型可以解釋華南南緣晚白堊世晚期的盆地反轉(zhuǎn)、巖石快速剝蝕和巖漿作用的停歇等。類似的模型還被用以解釋華南早、晚白堊世之交的構(gòu)造反轉(zhuǎn)(Li et al., 2020), 以及安第斯山脈在中?新生代的伸展?擠壓反轉(zhuǎn)(Horton and Fuentes, 2016; Horton et al., 2016)。

第三種觀點(diǎn)認(rèn)為華南南緣晚白堊世晚期的變形受控于古南海的擴(kuò)張(圖6d)(Morley, 2012; Ye et al., 2018)。近年來, 古南海俯沖的殘片被地震層析成像等研究所論證(Hall and Spakman, 2015; Wu and Suppe, 2018)。前人推測(cè)古南海位置與現(xiàn)代南海相似, 具有中生代洋殼; 始新世?早中新世古南海俯沖于婆羅洲之下(Holloway, 1982; Taylor and Hayes, 1983)。據(jù)此, Ye et al. (2018)認(rèn)為晚白堊世?早古新世華南南緣直接與古南海而非古太平洋板塊毗鄰, 提出古南海的洋脊擴(kuò)張對(duì)陸緣產(chǎn)生了擠壓, 導(dǎo)致南海北緣發(fā)生同期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)。這一模型也可以解釋玉林盆地晚白堊世晚期NW-SE向的擠壓和區(qū)域上的抬升與剝蝕。另外, 類似的洋脊推力模型還被用于解釋大西洋邊緣的擠壓變形和抬升等(Boldreel and Andersen, 1993; Cobbold et al., 2007)。因此, 晚白堊世晚期古南海的洋脊擴(kuò)張可能是華南南緣構(gòu)造反轉(zhuǎn)的原因。

(a) 南沙地塊與華南板塊碰撞模型(據(jù)Hall et al., 2012); (b) 西菲律賓塊體與華南板塊碰撞模型(據(jù)Li et al., 2014b), 箭頭為板塊運(yùn)動(dòng)方向; (c) 古太平洋板塊俯沖模型(據(jù)Suo et al., 2020)。白線為洋中脊, 箭頭的方向表示板塊運(yùn)動(dòng)方向, 箭頭長度表示相對(duì)速率; (d) 古南海擴(kuò)張模型(據(jù)Ye et al., 2018), 黑色虛線為古南海擴(kuò)張脊, 箭頭表示擴(kuò)張方向。

5 結(jié) 論

本文對(duì)華南南緣玉林盆地進(jìn)行的構(gòu)造分析和地層年代學(xué)研究, 得到了以下認(rèn)識(shí):

(1) 玉林盆地經(jīng)歷了晚白堊世早期的裂陷和晚期的構(gòu)造擠壓, 表明華南南緣晚白堊世晚期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由伸展轉(zhuǎn)為擠壓, 該構(gòu)造反轉(zhuǎn)在時(shí)間上與燕山運(yùn)動(dòng)的最后一幕相近。

(2) 華南南緣晚白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)可能反映了古太平洋俯沖的幾何學(xué)調(diào)整導(dǎo)致上覆板塊內(nèi)發(fā)生水平擠壓, 也可能是晚白堊世晚期古南海洋脊擴(kuò)張對(duì)陸緣產(chǎn)生擠壓的記錄。

致謝:感謝東華理工大學(xué)顏照坤老師、中山大學(xué)孫習(xí)林、田野、唐苑、屠艷艷、周啟明以及中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)郭汝軍博士等同學(xué)在野外工作及實(shí)驗(yàn)中提供的幫助。感謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所李建華研究員和另一名匿名審稿人對(duì)論文提出的寶貴意見！

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Latest Cretaceous Structural Inversion in Southeast Part of the South China and its Mechanism: Evidence from the Yulin Basin, Guangxi

QIN Yonghui1, TIAN Yuntao1, 2*, CHEN Dongxu3, 4, ZHANG Zengjie1

(1. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geodynamics and Geohazards, School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Guangdong, China; 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, Guangdong, China; 3. Hunan Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Utilization, Changsha 410118, Hunan, China; 4. Seismological Bureau of Hunan Province, Changsha 410004, Hunan, China)

Thepost-Cretaceous deformation of eastern China is dominated by crustal extension, accompanied by phases of compression. However, direct evidence for the latest Cretaceous tectonic inversion from extension remains elusive. To improve the understanding of the Mesozoic-Cenozoic evolution of South China, we carried out a systematic structural and zircon U-Pb study of the Late Cretaceous-Early Cenozoic Yulin Basin in Guangxi province, located in the southern margin of South China. This study focused on the structural characteristics, time limits, and deformation mechanism of the angular unconformity between the Upper Cretaceous and the Paleogene strata. The results showed that the Yulin Basin formed during the early Late Cretaceous rifting, developed pyroclastic rocks (the Xidong Formation) and fluvial-lacustrine siliciclastic deposits (the Luowen Formation) in the lower and the upper members of the Upper Cretaceous, respectively. The NW-SE compressional inversion occurred in the late Late Cretaceous, as shown by the angular unconformity between the Upper Cretaceous Luowen Formation and the Paleogene Yongning Group. This result attests to the late Late Cretaceous compressional structural inversion in the southern margin of South China. Such an inversion is synchronous with the last episode of the “Yanshan Movement” which is common in North China, even though their underlying geodynamic mechanisms may differ. The mechanism of the structural inversion in the southern margin of South China has been controversial. We suggest that the tectonic inversion is likely related to the influence from regions to the southeast. If there existed the late Late Cretaceous spreading of a proto-South China Sea, the ridge push might result in a coeval compressional stress regime in the southern part of South China. Otherwise, the deformation was possibly controlled by the paleo-Pacific subduction, which would have involved the subduction of the younger and hotter slab beneath the eastern margin of the South China Block. Buoyancy of the young and hot subducting plate would have reduce the subduction angle of the slab therefore enhanced the coupling between the underlying and overlying plates, and resulted in a compressional stress regime in the hinterland of the overlying southern part of the South China.

South China; the latest Cretaceous; Yulin Basin; angular unconformity; structural deformation

2021-03-26;

2021-05-29;

2022-07-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41772211、U1701641)、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)自主科研項(xiàng)目(SML2021SP315)和廣東省引進(jìn)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2016ZT06N331)聯(lián)合資助。

秦詠輝(1997–), 女, 碩士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。E-mail: qinyh7@mail2.sysu.edu.cn

田云濤(1984–), 男, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事構(gòu)造地質(zhì)與熱年代學(xué)研究。E-mail: tianyuntao@mail.sysu.edu.cn

P542

A

1001-1552(2022)05-0911-013

10.16539/j.ddgzyckx.2022.03.017