滇黔桂盆地及邻区泥盆纪层序地层格架及其古地理背景_梅冥相.pdf

第 34 卷 第 4 期 2004 年 10 月 吉 林 大 学 学 报 地 球 科 学 版 Journal of Jilin University Earth Science Edition Vol 34 No 4 Oct 2004 滇黔桂盆地及邻区泥盆纪 层序地层格架及其古地理背景 梅冥相1 2 曾萍1 初汉明1 刘智荣1 李东海1 孟庆芬1 易定红1 1 中国地质大学 地球科学与资源学院 北京 100083 2 教育部岩石圈构造 深部过程及探测技术重点实验室 北京 100083 摘要 滇黔桂盆地及其邻区的泥盆系包括下部的海侵碎屑岩系 中部的混合沉积地层和上部的碳酸盐 岩地层 其中又可以进一步划分为 13 个三级沉积层序和两个二级构造层序 不同阶段三级层序的相序组 构特征及其空间变化代表了不同的岩相古地理背景 形成了一个受海平面变化和区域构造运动共同控制 的沉积盆地充填序列 同时也反映出研究区域三级海平面变化与欧美地区相对比存在较大的差异 关键词 层序地层格架 古地理背景 泥盆纪 滇黔桂盆地及邻区 中图分类号 P618 13 文献标识码 A 文章编号 16715888 2004 04054609 收稿日期 20031222 基金项目 中国石化集团科技开发工程项目 NPJ 1008 作者简介 梅冥相 1965 男 贵州仁怀人 教授 博士 主要从事沉积学与地层学研究 E mail meimingxiang 263 net1 Devonian sequence stratigraphic framework and its paleogeographical background in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas MEI Ming xiang1 2 ZENG Ping1 CHU Han ming1 LIU Zh i rong 1 LI Dong hai1 MENG Qing fen1 YI Ding hong1 1 School of Earth Sciences and Resources China University of Geosciences Beijing100083 China 2 Key Laboratory of Lithospheric Tec tonics and Lithoprobling Techonology Ministry of Education Beijing100083 China Abstract The Devonian System in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas consisting of three parts T he lower part is a set of transgressive sandstones the middle is a mixed rock series and the upper is marked by a set of carbonate rocks For the Devonian System of the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 13 third order sedimentary sequences can be discerned and they can be grouped into two second order tectonic se quences In different depositional periods the facies succession features of the third order sequences and their regular spatial changes reflect various palaeogeographical patterns Controlled both by the global sea level changes and by the regional tectonic movements a particular Devonian filling succession of the sedimentary basin was formed The third order sea level changes in the study area differ greatly from those of Europe and America Key words sequence stratigraphic framework paleogeographical patterns Devonian the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 0引言 滇黔桂地区的泥盆系研究程度较高 大量的研 究成果为我们的工作叠定了坚实的基础 这些成果 包括 侯鸿 飞等 钟铿 等关于 地层学 的系统 研 究 1 2 曾允孚等对沉积岩相古地理的长期研究 3 许效松等 吴诒等 梅冥相等关于层序地层学的研 图 1滇黔桂盆地及邻区早泥盆世埃姆斯期岩相古地理图及主要剖面的分布位置图 Fig 1The outline map showing the sedimentary facied and paleogeography for the Aimsian of the early Devonian epoch in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas as well as the location of the main logged sections 图中的黑色三角形代表主要的实测剖面 1 贵阳乌当 2 都匀绿荫桥 3 贵州独山 4 南丹罗富 5 隆林德蛾 1 至 13 代表沉积 相带及其相关符号 1 古陆 2 前滨相砂岩 3 前滨至临滨相泥砂岩 4 混积台地相砂岩及灰岩 5 局限海台地相白云岩 6 开阔 海台地相灰岩 7 生物礁灰岩 8 台间陆棚相泥灰岩 9 台间盆地相泥页岩 10 陆棚相砂页岩 11 次生海盆地相泥页岩夹硅质岩 12 相界线 13 同生控相断裂带 究 4 6 本文对不同古地理背景下的典型剖面 图 1 进行详细的三级层序划分 结合生物地层的资料 以沉积物的时间演化序列和沉积相的空间展布形式 所代表的规律性为基础建立了研究区域泥盆系的层 序地层格架 三级层序的相序组构的时空变化 既 明显地表现出三级沉积层序的两大特征 空间上 相序的有序性和时间上环境变化的同步性 同时又 较为清楚地反映了地层记录中的两种相变面以及与 其相关的两种穿时性 7 该层序格架还较为清楚 地表明 在受到区域构造运动控制的同时 伴随着海 平面升降变化所造成的旋回性环境加深和变浅过程 区域古地理背景的有序变化 1泥盆系三级层序的总体特征 对不同沉积古地理背景的剖面进行区域追踪和 对比 得出图 2 所示的区域层序地层格架 该格架 图表明 泥盆系总体上构成一个大型的楔状体 底部 为加里东运动之后的从南而北的海侵尖灭 而顶部 则为与紫云运动相关的由北向南的海退尖灭 8 在滇黔桂盆地中 泥盆系包括三套岩系 下部为 一套海侵砂岩系 中部为混合层系 上部为一套碳酸 盐岩 它们代表了海域逐渐扩大而后又萎缩的古地 理变迁过程中所形成的盆地充填序列 伴随着三级 海平面升降变化 不同阶段形成了各具特点的三级 层序的相序组构 从而可以识别出 13 个三级层序 547 第 4 期 梅冥相 等 滇黔桂盆地及邻区泥盆纪层序地层格架及其古地理背景 图 2滇黔桂盆地及邻区泥盆系层序地层格架 Fig 2The Devonian sequence stratigraphy framework in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 图中各剖面的位置见图 1 所示 1 4 代表主要的区域构造运动不整合面 1 加里东运动 2 海口运动 3 紫云运动第一幕 4 紫 云运动第二幕 受区域构造运动的控制 这 13 个三级层序又可以进 一步归为两个二级层序 SQ1 SQ7组成一个 SQ8 SQ13构成第二个 图 2 这两个二级层序均以明显 的区域不整合面为界 不同古地理背景下的地层剖 面的层序划分及其相关的年代地层特征 梅冥相 等 8 已经在另一篇文章中进行了较为详尽的论述 在此不予赘述 2早泥盆世的层序地层特征及古地理背景 大致相当于洛赫考夫期的地层构成两个三级层 548 吉 林 大 学 学 报 地 球 科 学 版 第 34卷 序即 SQ1和 SQ2 而布拉格期的地层组成 SQ3和 SQ4 图 2 总体来讲 SQ1和 SQ2形成在以潮汐动 力为主的滨海环境 它们以总体向上变浅的正粒序 序列为特征 而 SQ3和 SQ4则产在以波浪动力为特 征的浅海环境中 所以其海侵体系域发育较多的陆 棚相砂页岩层 其相序组构则以向上变浅的反粒序 序列为特征 这 4个三级层序主要分布在古地形相 对较低洼的地带 代表了一个慢速海侵作用过程中 沉积相分异不太明显的古地理背景 图 3 与其它 地区不同的是在钦 防地区该 4 个三级层序由一套 深水盆地相夹硅质岩的泥页岩系组成 图 3滇黔桂盆地及邻区泥盆纪洛赫考夫期至布拉格期岩相古地理概图 Fig 3The outline map showing the sedimentary facies and paleogeography from the Lockkovian age to the Pragian age in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 大致相当于埃姆斯期的地层构成三级层序 SQ5 其最明显的特点是在该三级层序的海平面上 升阶段发生了较大规模的海侵事件 从而形成了明 显的沉积相分异即明显的 台 盆 丘 槽0的古地 理格局 图 1 明显的沉积相分异与图 3 所示的洛 赫考夫期至布拉格期的古地理背景形成了鲜明的对 照 表明在与 SQ5的海平面上升阶段相对应的海侵 加深过程中 研究区域的古地理格局发生了较大规 模的变化 在这种古地理背景下 三级层序 SQ5的分布范 围明显扩大 而且其相序组构则形成一些有规律的 变化 图 2 1 在古陆边缘的贵阳乌当至贵州都匀 一带 该三级层序由一套海侵砂岩系组成 2 在连 陆台地的向海部分如贵州独山一带 该三级层序的 海侵体系域为砂岩系地层 高水位体系域为开阔海 台地相灰岩地层 3 在连陆台地边缘及孤立台地上 为一套局部发育生物礁的开阔海台地相灰岩 4 在 台沟背景中 总体上为一套台盆相泥页岩系 在南 部的钦 防残留海槽则为一套盆地相硅质岩和泥页 岩系 因此 在研究区域 早泥盆世晚期的埃姆斯期 曾经历了一个较大规模的海侵事件 3中泥盆世的层序地层特征及古地理背景 在研究区域内 大致相当于中泥盆世的地层构 549 第 4 期 梅冥相 等 滇黔桂盆地及邻区泥盆纪层序地层格架及其古地理背景 图 4滇黔桂盆地及邻区中泥盆世艾费尔期岩相古地理图 Fig 4The outline map showing the sedimentaryfaciesand paleogeographyfor the Eifelian age of the middle Devonian in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 图中 1 13 代表沉积相带及其相关符号 1 古陆 2 前滨相砂岩 3 潮坪及泻湖相泥砂岩 4 混积台地相砂岩及灰岩 5 局限海 台地相白云岩 6 开阔海台地相灰岩 7 生物礁灰岩 8 台间陆棚相泥灰岩 9 台间盆地相泥页岩 10 陆棚相砂页岩 11 次深海 盆地相泥页岩及硅质岩 12 相界线 13 同生控相断裂带 成 4个三级层序即 SQ6 SQ9 该 4 个三级层序的 分布范围总体上与 SQ5相似 图 2 反映了一个与 早泥盆世晚期的埃姆斯期大致相似的古地理背景 图 4 图 5 在连陆台地上从南向北形成有规律的 变化 SQ6与 SQ7在独山一带 海侵体系域由砂岩系 地层组成 而高水位体系域则以开阔海台地相灰岩 为主 该两个三级层序在古陆边缘的贵阳一带均由 砂岩系地层组成 相应地 SQ8与 SQ9从南向北 由 以灰岩为主逐渐相变为白云岩地层 在连陆台地边 缘以及孤立台地的迎风浪部分 该 4 个三级层序的 高水位体系域局部发育生物礁 在台盆相带中 海 侵体系域以台盆相泥页岩系为主 而高水位体系域 则夹较多的台棚相泥灰岩和粉砂岩层 在钦 防残 留海槽中主要为一套深水盆地相硅质岩和泥页岩系 地层 中泥盆世地层还有一个比较明显的特点是 在 古边缘的贵阳一带缺失 SQ8 从而表现出海口运动 不整合面的存在 横县六景一带由大套白云岩 那叫 组白云岩 所构成的 SQ6和 SQ7也正好说明了与海 口运动相关的强迫型海退事件 艾费尔期与吉维特 期之交的海口运动 是研究区域古地理演化的转折 点 在此之前泥盆系由海侵碎屑岩系 SQ1 SQ4 逐 渐演变为混合岩系 SQ5与 SQ7 其后 泥盆纪海域 则为一个清水海域 在古陆边缘不发育滨岸相砂岩 而以局限海台地相白云岩的发育为特征 海口运动 前的艾费尔期 图 4 和海口运动后的吉维特期 图 5 古地理格局存在一些差异 即从一个浑水海域演 变为一个清水海域 表现在古陆边缘的滨岸相砂岩 550 吉 林 大 学 学 报 地 球 科 学 版 第 34卷 被局限的海台地相白云岩取代 图 5滇黔桂盆地及邻区中泥盆世吉维特期岩相古地理图 Fig 5The outline map showing the sedimentary facies and paleogeography for the Givetian age of the middle Devonian in the Dianqiangui Basin and its adjacent areas 图中 1 11 代表沉积相带及其相关符号 1 古陆 2 前滨相砂岩 3 局限海台地相白云岩 4 开阔海台地相灰岩 5 生物礁灰 岩 6 台间陆棚相泥灰岩 7 陆棚相砂页岩 8 台间盆地相泥页岩 9 次深海盆地相泥页岩及硅质岩 10 相界线 11 同生控相断 裂带 4晚泥盆世层序地层特征及其古地理背景 晚泥盆世地层所组成的 4 个三级层序即 SQ10 至 SQ13 在连陆台地和孤立台地上乃至台沟背景中 均由碳酸盐岩系地层所组成 图 2 垂向上 海侵 体系域主要为开阔海台地相灰岩而高水位体系域中 则发育较多较厚的白云岩地层 横向上 由以灰岩为 主向古陆边缘逐渐相变为白云岩 与这种变化相伴 随的是该 4 个三级层序从广海向古陆边缘呈现出明 显的海侵尖灭 如在贵州独山一带 发育较完整 向 北的贵州都匀一带 只发育 SQ10 从都匀向北到贵 阳一带 SQ10由以灰岩为主相变为以白云岩为主并 且厚度明显变薄 还有一个最突出的特征是 由于 弗拉斯期与法门期之交的生物灭绝事件的影响 弗 拉斯期的 SQ10和 SQ11的海侵体系域中于连陆台地 边缘和孤立台地上局部发育生物礁 而法门期的 SQ12和 SQ13基本上不发育生物礁 代表了沉积作用 对生物灭绝事件的一种特殊响应 9 三级层序的 相序组构和空间展布的这些特点表明了古地理背景 伴随着紫云运动造成的地壳抬升 经历了一个古陆 分布范围有所扩大的过程 图 6 图 7 除了钦 防残留海槽还是为深水盆地相硅质岩 和泥页岩系以外 晚泥盆世的另一个主要特征是孤 立台地的分布范围有所扩大 孤立台地之间的台沟 中基本上不发育台盆相泥页岩系地层而以台棚相泥 晶灰岩及泥灰岩地层为特征 这与泥盆纪和石炭纪 过渡时期的紫云运动所造成的构造抬升存在成因联 551 第 4 期 梅冥相 等 滇黔桂盆地及邻区泥盆纪层序地层格架及其古地理背景 系 特别明显的是 弗拉斯期末期的 F F 生物灭 绝事件 不但结束了泥盆纪自埃姆斯期以来的层孔 虫和珊瑚的造礁作用 在法门期普遍发育藻碳酸盐 建造 连陆台地上的叠层石灰岩和白云岩 孤立台地 上的核形石颗粒滩等 图 7 图 6滇黔桂盆地及邻区晚泥盆世弗拉斯期岩相古地理概图 Fig 6The outline map showing the sedimentaryfaciesand paleogeographyfor the Frasian age of the late Devonian in Dian qiangui Basin and its adjacent areas 图中 1 10 代表的沉积相及其相关符号分别为 1 古陆 2 局限海台地相白云岩 3 开阔海台地相灰岩 4 生物礁灰岩 5 台 缘斜坡相角砾灰岩 6 台间陆棚相泥灰岩 7 陆棚相砂页岩 8 次深海盆地相泥页岩及硅质岩 9 相界线 10 同生控相断裂带 5泥盆纪海平面变化的全球对比 滇黔桂盆地及邻区泥盆系中的 13 个三级层序 构成两个二级层序 图 2 图 8 研究区域的三级沉 积层序划分 及其海平面 变化与国 外如 Johnson 等 10 和 Ross 等 11 不完全一致 图 12 表现出相似 性与差异性共存的特点 相似的变化见图 12 的 1 至 9 所示 如弗拉斯期末期和法门期末期的海平面 下降等等 不同的也有很多 图 12 的 1 至 7 所 示 其中差异最为明显的是研究区域较为明显的埃 姆斯期的大规模海侵事件 图 12 之 4 以及与海口 运动相关的海退事件 图 12 的 6 在欧美地区与 前者相对应的大规模海侵事件其发生的时间要晚 图 12 的 4 而后者在欧美地区则不存在 究其 原因可能是三级海平面相对变化除了受全球海平面 变化的控制外 还受到区域构造背景的控制 这同时 也是地层记录复杂性的一个方面 以沉积相序的叠 加规律和空间展布特点为基础所建立的层序地层格 架本身 就是一个区域地层堆积作用模式而使层序 地层学具有特别的沉积学内涵 由其所代表的沉积 552 吉 林 大 学 学 报 地 球 科 学 版 第 34卷 图 7滇黔桂盆地及邻区晚泥盆世法门期岩相古地理概图 Fig 7The outline map showing the sedimentary facies and paleogeography for the Famennian age of the late Devonian in Dianqiangui Basin and its adjacent areas 图中 1 11 为沉积相带及其相关符号 1 古陆 2 萨布哈 3 局限海台地相白云岩 4 开阔海台地相灰岩 5 核形石颗粒滩相灰 岩 6 台缘斜坡相角砾灰岩 7 台间陆棚相泥灰岩 8 陆棚相砂页岩 9 次深海盆地相泥页岩及硅质岩 10 相界线 11 同生控相 断裂带 553 第 4 期 梅冥相 等 滇黔桂盆地及邻区泥盆纪层序地层格架及其古地理背景 学规律也可以作为地层对比的标志而赋予层序地层 学的地层学属性 参考文献 References 1 侯鸿飞 曹宣 铎 王士 涛 等 中国地层典 泥盆系 M 北京 地质出版社 2000 1118 HOU Hong fei CAO Xuan duo WANG Sh i tao et al Chinese stratigraphic lexicon Devonian system M Beijing Geological Publishing House 2000 1118 2 钟铿 吴诒 殷保安 等 广西的泥盆系 M 武汉 中国 地质大学出版社 1992 1370 ZHONG Keng WU Yi YIN Bao an et al Devonian system of Guangxi M Wuhan China University of Geosciences Press 1992 1370 3 曾允孚 张锦泉 刘文均 等 中国南方泥盆纪岩相古地 理与成矿作用 M 北京 地质出版社 1994 1120 ZENG Yun fu ZHANG Jin quan LIU Wen jun et al Devonian lithofacies paleogeography and mineralization in south China M Beijing Geologiacal Publishing House 1994 1120 4 许效松 牟传龙 林明 露头层序地层与华南泥盆纪古 地理 M 成都 成都科技大学出版社 1993 1288 XU Xiao song MOU Chuan long LIN Ming Out crop sequence stratigraphy and the Devonian palaeography in south China M Chengdu Chengdu University of Sc i ences and Technology Press 1993 1228 5 吴诒 龚一鸣 杜远生 华南泥盆纪层序地层及海平面 变化 M 武汉 中国地质大学出版社 1997 198 WU Yi GONG Y i ming DU Yuan sheng Devonian se quence stratigraphy and the relative sea level changes in South China M Wuhan China University of Geo sciences Press 1997 198 6 梅冥相 马永生 戴少武 等 南盘江盆地晚古生代盆地 充填序列特征及生储盖组合划分 J 现代地质 2001 15 1 7482 MEI Ming xiang MA Yong sheng DAI Shao wu et al Late Paleozoic filling succession of the Dianqiangui Basin and the division of association of oil generating strata reservoir and capping bed J Geosciences 2001 15 1 7482 7 梅冥相 马永生 从旋回层序的特征