中上扬子地区早寒武世梅树村期岩相古地理研究

中上扬子地区早寒武世梅树村期岩相古地理研究

0南方寒武系定量岩相古地理研究研究区域为扬子中上地区，位于西北西昌-成都-广元地区，西南昆明-阳阳地区，以及湖北-喇嘛河上的三都。它涉及云南、贵州、广西、四川、重庆、河南、安徽和安徽的九个省、直辖市和自治区，面积约50万公里。岩相古地理研究和古地理编图是重建地质历史中海(湖)陆分布、古地理再造和恢复沉积演化历程的重要手段。中国南方的岩相古地理研究始于20世纪40年代,黄汲清在《中国主要地质构造单位》中,编制了寒武纪、加里东泥盆纪、华力西二叠纪、燕山白垩纪和喜马拉雅期的中国构造古地理图5幅,勾绘出这些地质构造阶段的海陆分布轮廓。其中,寒武纪的古地理图是中国南方关于寒武纪古地理研究最早出现的图件。50年代,刘鸿允以古生物学为指导,对中国各主要地质时代的古地理进行了研究,勾绘出南方寒武纪的海陆分布轮廓,确定了康滇古陆、华夏古陆等。60年代,卢衍豪等从生物古地理的角度对南方寒武纪古地理做了进一步的研究。80年代到90年代初期,关士聪等、王鸿祯等、蒲心纯、刘宝珺和许效松、云南省地质矿产局等许多学者和相关单位都对南方寒武纪的古地理进行了深入广泛研究,不仅确定了海、陆分布的古地理格局,在海洋中还进一步划分出滨海、浅海、斜坡、次深海、深海等古地理单元,确定了其沉积物的类型。90年代后期以来,田海芹、冯增昭等对南方寒武系进行了定量的岩相古地理研究,不仅划分的古地理单元更加细致,而且以世或多个期为单位进行了定量的岩相古地理分析。本次是在前人研究的基础上,采用单因素分析多因素综合作图法,首次对早寒武世梅树村期进行定量岩相古地理研究,编制了第一幅梅树村期定量岩相古地理图。这种定量岩相古地理图的最大优点是各种古地理单元的确定都是以定量数据为依据。例如,前人南方梅树村期的古地理图中划分出了碳酸盐台地,但究竟台地沉积占多大比例才被划为台地?文献中并没有明确阐述。定量岩相古地理图则不同,它不仅配有碳酸盐台地沉积百分含量等值线图,可以反应台地沉积含量的横向变化,而且在岩相古地理图上将台地沉积大于或等于50%的地区定为台地。显然,这种定量的岩相古地理图能够更清楚地反映所划分的台地中,台地沉积究竟占据多少。其他古地理单元也是如此。因此,定量的岩相古地理图对油气勘探来说更具有实际指导意义。本次在研究区内实测了四川南江沙滩等12条剖面,观察了昆明茨沟等11条剖面(表1)。在此基础上,结合前人实测的86条野外露头剖面,对早寒武世梅树村期的岩相古地理进行了定量研究。研究分为以下4个步骤。1)选取能够反映古地理环境某些侧面的单因素,如浅水碳酸盐岩含量等。2)对野外实测和修测的剖面以及前人实测的野外剖面进行单因素统计,建立单因素数据库。3)根据统计的各剖面的单因素数据,编制单因素基础图件,如浅水碳酸盐岩含量等值线图等。4)综合分析叠加各单因素基础图件,并结合区域地质背景和前人研究成果,编制出定量的岩相古地理图。1整合接触参数中上扬子地区寒武系分布广泛,自下而上发育下、中、上统。按照传统划分方案,下统分为梅树村阶、筇竹寺阶、沧浪铺阶、龙王庙阶,如表2所示。表2数据取自文献,略有修改。下寒武统厚度一般为150~800m,最大厚度可达1800多m。寒武系与下伏震旦系呈整合-假整合接触,下统顶部除西部部分地区缺失地层外,其他地区与中统均整合接触。中上扬子地区梅树村阶与上覆筇竹寺阶多为平行不整合接触,有些地区整合接触。梅树村阶厚0~200m不等,一般为几十米,岩性以碳酸盐岩为主,另外还发育有少量硅质岩、磷块岩和石煤。2深水环境的界定本次研究选择了4个单因素,即地层厚度(m)、浅水碳酸盐岩含量(%)、黑色页岩含量(%)和硅质岩含量(%)。1)地层厚度地层厚度主要受该地区在各地质时期沉降幅度的控制,也与物质供给量有关。地层厚度等值线主要反映该层段的分布范围和古大地构造格局,主要相对隆起和相对凹陷的分布与走向。沉积厚度与水深并无必然联系。厚度为零时要明确是“沉积零”还是“剥蚀零”,如扬子西部的川滇陆为沉积零[8,9,10,11,12,13,19]。2)浅水碳酸盐岩含量浅水碳酸盐岩含量指某剖面某层段浅水碳酸盐岩(石灰岩+白云岩)厚度占该层段地层厚度的百分比。浅水碳酸盐岩是指在风暴浪基面以上沉积的碳酸盐岩,在梅树村阶主要识别出台地上云坪、局限台地、滩、开阔台地等浅水沉积的各种碳酸盐岩,一般颜色较浅,为浅灰色或灰色,主要包括泥晶或粉晶白云岩、砂屑灰岩,以及与藻类或其他浅水生物化石共生的灰泥石灰岩。本文把浅水碳酸盐岩含量≥50%的地区定为碳酸盐岩台地。3)黑色页岩含量黑色页岩含量指某剖面某层段黑色页岩厚度占该层段地层厚度的百分比。本区质纯(不含粉砂等)的黑色页岩为深水沉积,其化石稀少,水平层理发育,没有波痕等浅水构造,是在风暴浪基面之下的半深海-深海环境沉积的。根据其含量可以确定深水环境在平面上的分布范围。本文将黑色页岩含量≥50%的地区定为半深海-深海。4)薄层硅质岩含量薄层硅质岩含量指某剖面某层段的薄层硅质岩厚度占该层段地层厚度的百分比。本区薄层硅质岩呈灰黑色,也是深水环境沉积的产物,一般在欠补偿的饥饿盆地或盆地中央部位发育。根据其含量可以确定深水环境在平面上的分布范围。本文将硅质岩含量≥50%的地区定为半深海-深海。本区薄层硅质岩与黑色页岩经常伴生并相互消长,前者多后者就少。在有些地区,硅质岩和黑色页岩各自的含量均小于50%,但两者之和≥50%,这些地区也定为半深海-深海。3等值线图3.1实际地形厚度从地层厚度等值线图(图2)可以看出,梅树村阶厚度为0~200m,大部分地区厚度在30m以下,仅少部分地区地层厚度较大。这些厚度较大的地区零星分布,如本区西南部东川地区最大厚度超过200m,北部城口地区最大厚度超过100m,东南部吉首附近最大厚度约为90m。在川、滇西部的部分地区以及汉中、山阳、荆门等地,缺失梅树村阶沉积,厚度为零。3.2深水碳酸盐岩从浅水碳酸盐岩等值线图(图3)可以看出,本区梅树村阶浅水碳酸盐岩极其发育,中部其含量多在50%以上,可高达80%左右。向东、北、西、南方向,碳酸盐岩含量逐渐减少至0。3.3各部位页岩含量从黑色页岩含量等值线图(图4)可以看出,黑色页岩主要分布在本区东南部张家界-吉首-遵义一带,呈狭窄的条带状,黑色页岩含量≥50%。其中张家界附近的拾拆坡、南坪、波罗寨等剖面及遵义附近的土河场、保林沟等剖面中黑色页岩含量达到100%。其他地区黑色页岩含量小于25%。3.4硅岩含量等值线图4梅树村期岩相古地理综合以上各单因素基础图件,参考区域地质资料和沉积特征,编制出了中上扬子地区梅树村期岩相古地理图(图6)。可以看出,梅树村期主要发育陆、细碎屑岩滨岸、碎屑岩陆棚、碳酸盐岩台地、硅质岩和页岩-硅质岩半深海-深海古地理单元。4.1寒武系的创造本文将缺失梅树村阶沉积(地层厚度为零)、并且有边缘相的地区定为陆。本区主要发育有滇中陆、川滇陆、山阳-淅川陆、汉南陆、鄂中陆和牛首山陆。西南部的滇中陆、西部的川滇陆缺失整个寒武系,中奥陶统或志留系等直接覆盖在震旦系或元古界之上,其周边有红色粉砂岩和泥岩等边缘相沉积,因此滇中陆和川滇陆是的确存在的。但由于其周边缺乏砂岩和砾岩等粗碎屑岩,表明当时为地形低矮、较为平坦的陆,提供的碎屑物质以粉砂和泥为主。其他陆缺失梅树村阶沉积,但其周边没有寒武系出露,无法确定有无边缘相,因此这几个陆主要是推测的。南部的牛首山陆缺失整个寒武系,泥盆系直接覆盖在震旦系或元古界之上,推测其周围有细碎屑岩沉积。汉南陆北部缺失整个寒武系,石炭系直接覆盖于元古界之上。汉南陆南部缺失梅树村阶和筇竹寺阶,沧浪铺阶直接覆盖在灯影组白云岩之上。山阳-淅川陆缺失梅树村期沉积,筇竹寺阶直接覆盖在震旦系灯影组白云岩之上。鄂中陆缺失梅树村阶和筇竹寺阶,下寒武统石牌组或天河板组直接超覆在震旦系灯影组白云岩之上。这几个由碳酸盐岩组成的古陆,推测周边有碎屑岩沉积,但应主要为页岩[7,8,15,16,17,18,19,20,21,22]。4.2细碎屑岩滨岸的地质特征在滇中陆和川滇陆附近的一些剖面上,梅树村阶主要红色、黄褐色粉砂岩和泥岩等细碎屑岩沉积,见泥裂和直虫孔等构造,因此应为经常暴露于大气中的滨岸环境。本将以红色、黄褐色粉砂岩和泥岩等细碎屑岩沉积为主、碳盐岩含量在50%以下的地区定为细碎屑岩滨岸。细碎屑岩岸发育,说明其附近的陆是低矮、较平坦的,地形坡度很小没有砂、砾等粗碎屑物质供应。在构造平静期,这种低矮、坦的陆较发育。在本区,滇中陆和川滇陆周围的细碎屑岩滨岸是的确在的,有露头剖面。但其他几个陆周围的细碎屑岩滨岸是测的。不过,由碳酸盐岩组成的山阳-淅川陆和鄂中陆,其围是不会有粉砂、砂、砾等沉积存在的,只能是泥质沉积。4.3浅灰灰岩结构本文将浅水碳酸盐岩含量大于50%的地区定为碳酸岩台地。梅树村期,碳酸盐岩台地广泛发育,占据了大部分区。其沉积主要为中、厚层浅灰色、灰色泥粉晶白云岩、灰石灰岩等,有些地区沉积白云质磷块岩。这个台地整体表为低能,普遍缺乏浅滩等高能环境沉积。局部有风暴沉积的厚度仅十几cm的砾屑石灰岩或白云岩。水体不深,以潮坪泛发育为特征,叠层石等构造常见。台地边缘地区,海侵及升洋导致磷块岩沉积,使梅树村阶成为中国重要的磷矿富层位。4.4碎屑岩陆棚沉积相本文将水深在正常浪基面之下、风暴浪基面之上、以屑岩沉积为主、碳酸盐岩含量小于50%的海域定为碎屑岩棚。碎屑岩陆棚沉积主要发育在碳酸盐岩台地向海侧,尤以本区东南部的宜昌-曲靖一带的陆棚最发育。其沉积主为灰色、灰绿色厚层、块状泥岩夹粉砂岩,三叶虫等正常浅化石常见,反映水体循环好,海底不缺氧。4.5岩石学和矿物特征本文将黑色页岩含量≥50%,或硅质岩≥50%,或黑色岩+硅质岩含量≥50%的地区定为半深海-深海。根据沉积型,本区存在两类半深海-深海,即页岩-硅质岩半深海-深和硅质岩半深海-深海。页岩-硅质岩半深海-深海主要发在本区东南缘遵义-张家界向东一带。黑色页岩含量达50%以上,向东逐渐减少,硅质岩含量则向东逐渐增大到25以上。沉积物主要为黑色泥(页)岩、硅质岩,水平层理发育硅质岩半深海-深海主要发育在本区北缘的安康-房县武汉一带,呈近东西条带状分布。硅质岩含量在25%以上,积物主要为黑色硅质岩夹少量碳酸盐岩、泥岩、火山碎屑等,缺乏化石,含少量硅质海绵古针,水平层理发育。南秦地区的硅质岩呈薄层,火山活动和洋流活动是其形成的重原因。5水体与硅质岩本文首次以阶为单位,对中上扬子地区下寒武统梅树阶进行定量岩向古地理研究和编图。梅树村期中上扬子地区西部发育滇中陆、川滇陆、牛首山陆,北部发育山阳-淅川陆、汉南陆和鄂中陆。水体总体上自西向东由浅逐渐变