中国东南部侏罗纪沉积特征与形成环境研究

2011-12-21 10:48舒良树沙金庚
地质学刊 2011年4期
关键词:侏罗世火山岩盆地

舒良树,王 艳,沙金庚

(1.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京210093;2.中国石油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010;3.中国科学院南京地质与古生物研究所,江苏南京210008)

中国东南部侏罗纪沉积特征与形成环境研究

舒良树1,王 艳2,沙金庚3

(1.内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京210093;2.中国石油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010;3.中国科学院南京地质与古生物研究所,江苏南京210008)

侏罗纪是中国东南部从特提斯构造域向太平洋构造域发生重大变化的转换期,该时期形成的沉积盆地以及至今保留完好的侏罗纪沉积序列是研究和发掘中生代构造演化信息的理想对象。根据地球动力学特征,将侏罗纪盆地分为后造山盆地(T3-J1)和伸展盆地(J2)2种类型,后者可再分为裂谷断陷和沉积断陷2种。发生在早、中三叠世期间华南与华北块体的碰撞以及华南与东南亚块体的碰撞,基本结束了特提斯洋在华南的历史,导致本区及其邻区先前的浅海盆地关闭,褶皱隆升,形成陆内造山带和山前盆地。岩石组合和古流向研究表明,晚三叠世—早侏罗世期间,水体携带碎屑物从北向南搬运,呈现北高南低的古地理格局;中侏罗世开始,区内古地理格局发生变化,武夷山开始抬升,导致原先北高南低的单向地貌格局变为南北两侧地形高、中间地形低的古地理环境。武夷山地区的沉积序列研究表明,下侏罗统由粗变细,反映水体由浅变深,沉积环境从山前河流→湖滨→湖泊演化,中侏罗统则由细变粗,反映水体变浅,地壳抬升,山体剥蚀,推测其挤压动力来自太平洋板块朝东亚陆缘的俯冲作用。另一方面,在武夷山西缘的闽西—赣南一带,则发生了中国东南部自寒武纪以来最强烈的一次火山喷发活动,形成东西向的陆内裂谷盆地带,盆内堆积双峰式火山岩、碱性—偏碱性玄武岩,并有双峰式侵入岩的形成。通过SHRIMP锆石U-Pb成分测定,获赣南东坑盆地中侏罗世火山岩剖面上部的流纹岩160Ma±1Ma的测年值。研究认为,发生在中侏罗世的地理格局改变、沉积环境变化、闽西—赣南裂谷型火山活动是太平洋板块开始影响华南的重要证据,也是构造转换事件(从挤压到伸展、从特提斯到太平洋)的直接标志。武夷山—南岭东段是中国东南部发生构造转换的重要区段,时间为中侏罗世。

沉积特征;古地理格局;构造转换;火山岩定年;侏罗纪;中国东南部

0 引言

在中国东南部,侏罗纪是一个非常重要的地质时期。在此之前,华南、华北两大陆块的碰撞作用刚刚完成,其巨大的挤压应力已经波及本区,晚古生代—早中生代的浅海盆地隆升成陆,地层遭受强烈褶皱变形。在此之后,古太平洋板块朝东亚陆缘的俯冲已经到达高峰期,导致日本弧后缘的本区发生强烈伸展,形成了一个巨大规模的花岗质火山-侵入杂岩带和一系列火山-沉积断陷盆地。野外观察表明,虽然本区侏罗纪沉积环境相对稳定,但受此前此后构造背景的制约,沉积岩层及其序列无不留下深刻印记。中国东南部侏罗纪沉积-构造-岩浆作用是华南地质演化链中非常重要的环节;在中生代地质历史上,该时期的地质过程起着承前启后的作用。和阿尔卑斯—喜马拉雅带大规模海相沉积盆地以及华北、西北地区的大型陆相煤炭盆地相比,我国东南部侏罗纪陆相盆地以规模小、成分杂、成因机制复杂为特征,其形成演化动力学一直是华南地质研究的难题。在以往研究中,中国东南部侏罗纪地质问题没有引起足够的重视。围绕侏罗纪沉积特征与构造环境问题,以浙、闽、赣、湘、粤、桂6省区110幅1∶20万地质图、部分1∶5万地质图及其地质报告的中、新生代沉积特征编录统计为基础,笔者等于近年开展了系统的野外地质调查和室内测试分析,获得了一批重要的第一手资料,在侏罗纪沉积特征、中侏罗世裂谷型火山岩、构造环境与体制演变等方面取得了新认识。研究表明,研究区的侏罗系,既保留了丰富的印支期构造信息,又记录了古太平洋早期活动的陆内响应,展示出独特的地质与环境特征。

1 地质背景

研究区呈北东向展布,挟持于印支期两大缝合带之间。北西侧为大别缝合带、南西侧为北越马江缝合带,南东侧濒太平洋(图1)。区内分布一系列中生代残余盆地,主要集中在东南沿海、赣杭带、赣江带、南岭东段、武夷山、常德—泸溪带(图2)。白垩纪前残余地层主要呈近东西方向展布,白垩纪以来残余地层则以北东向分布为特征,揭示印支期板块碰撞对本区的影响,或者特提斯构造域与太平洋构造域的转换。晚三叠世以来,研究区属于陆内环境,侏罗系以泥沙质岩层为主体,覆盖在褶皱变形的前中生代岩层之上。

图1 中国东南部构造格架图

根据前人研究,该区基底曾经发生过新元古代、志留纪、中三叠世3期重大的构造事件(郭令智等,1983;Wang et al,1995;Ren et al,1989; 任纪舜等,1998),分别形成江南新元古代造山带和同期花岗岩(测年值集中在830Ma~800Ma)(舒良树,2006)、华南早古生代陆内造山带和志留纪—泥盆纪花岗岩(测年值集中在440Ma~390Ma)(舒良树等,2008)、早中生代陆内褶皱变形区(Shu et al,2007),为侏罗纪盆地提供了丰富的沉积物质。

图2 中国东南部晚三叠世—古近纪残余地层分布图

在研究区内,与侏罗纪构造演化密切相关的断裂带有2条。萍乡—江山—绍兴断裂带不但是江南地层区与华南地层区的分界线,也是晚中生代火山堆积-断陷红盆的密集分布区(舒良树等,1997、2002),其侏罗系中富含煤与铀资源。政和—大埔断裂带是一个重要的区划性断裂(舒良树等,1999),相对其北西侧,南东侧为地壳减薄区,厚29km~31km(徐鸣洁等,2001)。该断裂带前身为一新元古代陆内裂谷带,控制着南东侧晚中生代火山岩盆地的形成与演化。地表上,该断裂带几乎全被早白垩世花岗质火山-侵入杂岩所占据(王德滋等,2002)。其北西侧地壳厚31km~34km,侏罗系广泛发育(舒良树等,2004),并发育较多的侏罗纪—白垩纪过铝质花岗岩(Zhou et al,2000、2006)。

受中生代构造作用的影响,区内发生了两期大规模的花岗岩浆活动,形成南岭三叠纪花岗岩带和广布全区的中侏罗世—早白垩世火山-侵入杂岩带。前者年龄集中在240Ma~205Ma,后者则为180Ma~90Ma(Zhou et al,2006;孙涛,2006),具有从西向东逐渐变新的演化规律。研究表明,205Ma~180Ma时间段为岩浆活动的休眠期,暗示深刻的地球动力学背景。

在中、新生代地层序列中,下三叠统是一套灰岩、泥灰岩和页岩组合,反映滨海-浅海沉积环境。中三叠世属于区域隆升期,绝大部分地区缺失此期地层。晚三叠世—早侏罗世期间,除闽西和粤东地区存在少量海陆交替相沉积外,绝大多数地区均为湖泊相与河流相沉积。早期为山前近源快速堆积环境,稍后为河流相-湖滨相环境。在垂向剖面上,下部以灰紫、灰白色粗碎屑岩为主体,成分杂,分选差,向上变为灰白、浅灰、深灰色砂砾岩、长石石英砂岩、砂岩、含煤粉砂岩。常以沉积角度不整合方式覆盖于前中生代岩层之上。由于上三叠统和下侏罗统具有相同的岩石组合、两者间多为连续沉积,野外很难区别,故笔者将它们归并为一个沉积体系研究之。

中侏罗统主要由浅灰—灰红色泥岩、粉砂岩、砂岩、杂砂岩、砂砾岩组成,下细上粗,反映由湖泊沉积环境向河泛平原、河流环境的转变。在闽西—赣南—粤东地区,中侏罗统以偏碱性玄武岩和双峰式火山岩为特征,具有大陆裂谷的地球化学属性(邓平等,2004)。

根据最近的填图成果,上侏罗统零星分布,为泥砂质岩层。早先的大片晚侏罗世流纹岩和花岗岩,已被高质量测年数据和古生物新成果证实其为早白垩世时代(王德滋等,2002;周新民,2007;Zhou et al,2000;Li,2000;Wang et al,2001;Yu et al,2006)。

研究区下白垩统主要由紫红色流纹岩、熔接凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩夹玄武岩组成,厚650m~3 000m,全区广泛分布。在闽西永安—粤东梅州一带,发育500m~1 200m厚的碳质泥岩-砂岩组合,为重要的烃源岩组合。晚白垩世—古近纪属于陆相断陷盆地沉积。上白垩统厚1 300m~2 000m,为红色粉砂岩-泥岩组合,夹碱性玄武岩和石盐、石膏层,富含腹足类、介型虫、双壳类。古近系厚800m~2 000m,由灰紫色砂砾岩、粗砂岩、粉砂岩、泥岩组成,夹石膏与油页岩。新近系零星出露,为棕色—橘红色粉砂岩和泥岩。

2 侏罗纪沉积特征

2.1 岩石组合与沉积环境

为了解盆地群的时空演化规律,笔者分析比较了赣、闽、粤3省区地质志中的早—中侏罗世地层记录,并绘制了若干个盆地的地层柱状图(图3)。

图3 中国东南部晚三叠世—中侏罗世地层柱状图

在浙江,下侏罗统主要分布在浙东南,中侏罗统则分布在浙西北。下统称枫坪组(J1f),为河流、湖滨相含砾石英砂岩、粉砂岩组合,夹泥岩和薄煤层,厚200m~1 000m,广泛分布在龙泉与松阳一带。中统称马涧组(J2m)和渔山尖组(J2y),为河湖相粗砂岩、粉砂岩、泥岩夹碳质页岩,厚900m~3 300m,主要分布在浙西北的常山—诸暨、枫树岗—梅城、临歧—临安3个区带。在浙东南,称毛弄组,为含煤碎屑岩、凝灰岩组合,仅在松阳见有出露。早先的上侏罗统劳村组、黄尖组、寿昌组等(流纹岩、火山碎屑岩、沉积岩),现已划归下白垩统。

在福建,下侏罗统称为梨山组(J1l),中侏罗统称为漳平组(J2z)或藩坑组(J2f),主要出露于政和—大埔断裂带西北侧地区。梨山组为河流、湖滨相沉积,常于文宾山组(T3w)或焦坑组(T3j)连续过渡,沉积特征相似,厚600m~1 100m。与下伏地层为角度不整合接触。底部为复成分砾岩和粗粒石英砂岩,向上变细,为粉砂岩和泥岩夹煤层,广泛出露于崇安、邵武、将乐、清流、长汀、浦城、光泽、建瓯、南平、尤溪、大田、漳平、华安、南靖等地。漳平组为杂色石英砂岩、细砂岩、粉砂岩夹长石砂岩、泥岩,局部夹钙质结核和煤线,厚1 200m~1 800m。主要出露于邵武龙斗、建宁谢家第、将乐高唐、宁化甘木潭、清流嵩溪、长汀涂坊、黄馆、漳平城郊及永安城南、明溪梓口坊、雪峰、尤溪街面、永春等地,与梨山组整合接触。藩坑组为双峰式火山岩系,厚500m~800m,主要呈近东西向分布。原先的上侏罗统南园组等(火山岩组合),现已划归下白垩统。

在广东,侏罗系主要分布于粤东、粤中,粤北零星出露。下统下部称为金鸡组(J1j),为一套深湖-海陆过渡相细碎屑岩组合,以灰黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主夹中粒长石砂岩,顶部粗细韵律发育;下统上部称桥源组(J1q),为一套海退序列碎屑岩组合,底部为含同生泥砾的长石石英砂岩,向上为细粒长石石英砂岩、粉砂岩、泥岩,韵律层发育,上部夹炭质页岩。中侏罗世存在湖相和山间盆地相2种沉积环境:粤东区称为漳平组(J2z),为紫红色细碎屑岩夹粉屑凝灰岩组合,反映湖相沉积环境,分布于东莞、惠阳、五华、大埔等地;粤北区为马梓坪群(J2m),岩石成分随地而异,为山间盆地沉积环境,主要出露于曲江马梓坪、怀集高山顶、连平麻笼嶂等地。

在江西,下—中侏罗统主要出露于赣中和赣南,下统称为林山组(J1l),中统称为罗坳组(J2l)或菖蒲组(J2c)。林山组主要为中粗粒长石石英砂岩、含砾砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩等,其底部粗碎屑岩与下伏地层多呈角度不整合接触。罗坳组以中—细粒长石石英砂岩和粉砂岩为主,其底部含砾,上部夹凝灰质砂岩。菖蒲组是闽西藩坑组的西延,为双峰式火山岩系或气孔状玄武岩系,厚600m~1 000m,主要呈近东西向分布在赣南的定南、龙南一带。

在赣南永新林山剖面,林山组厚度超过605m(图3-①)。下部为灰白色长石石英砂岩,斜层理发育,为河流环境;向上为砂岩夹粉砂岩、炭质页岩及煤线,含植物碎片,反映河漫滩和沼泽环境;上部则为粉砂岩-泥岩与长石石英砂岩反复交替,揭示河漫滩和河床的交替环境,系曲流河摆动产物。在赣南吉水施家边剖面,下、中侏罗统共厚2 000m(图3-②)。林山组下部为厚层细砾岩、石英砂岩夹煤线,属于湖滨环境,靠近中部夹有一层含炭泥岩,指示短暂的浅湖环境;中、上部为厚层粉砂岩与石英砂岩交互出现,反映浅湖、滨湖交替环境。罗坳组下部为红色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、深灰色泥岩,下粗上细,指示从河流变为浅湖环境;中部则为泥质粉砂岩与砾岩多层交替,反映多次洪泛;上部凝灰质砂岩-粉砂岩、粉砂岩与砾岩相间,产植物碎片,指示河流和河漫滩环境,邻区可能发生火山活动。

在闽西北,下、中统厚度超过1 000m。无论是邵武龙斗剖面(图3-③)、顺昌晒口剖面(图3-④),还是长汀罗地剖面(图3-⑤)、德化上涌剖面(图3-⑥),沉积特征大致相同。梨山组自下而上由粗而细:砂砾岩→石英砂岩→粉砂岩→泥质粉砂岩夹页岩,反映从河流沉积渐变为湖泊沉积。漳平组则由细变粗:泥岩→粉砂岩→砂砾岩,表明从湖泊变为河流环境。

在广东梅县隆文剖面,下统金鸡组、桥源组和中统漳平组共厚2 253m(图3-⑦)。金鸡组显示2个海进旋回,皆以砾岩为底,向上过渡为砂岩和泥质粉砂岩。桥源组为海退序列,下部粗砂岩位于中—细砂岩顶部,上部出现火山碎屑物堆积,暗示火山活动已经开始。漳平组以中粒长石石英砂岩为主,表明中侏罗世的中—后期长时间处于河流-湖滨环境。

综上所述,中国东南部下侏罗统下粗上细,反映快速剥蚀—搬运的山前环境;中侏罗统则下细上粗,反映晚期构造抬升,由湖泊变为河流环境;由粗碎屑沉积层所处位置看,闽西北一带可能隆起较早。

根据上述,研究区南西部在中侏罗世发生了自南华纪以来规模最大的一次火山活动,形成了一个偏碱性玄武岩和双峰式火山岩带,主要分布在闽西、赣南、粤东、湘南一带。沿近东西方向展布,长250km,宽30km~40km。至少由8个盆地组成,包括永定县湖雷与藩坑、寻乌县白面石、龙南县东坑—临江、始兴县白渡、湘南汝城等盆地。岩石类型主要是块状玄武岩、杏仁状玄武岩和与之互层的流纹岩。厚度大于1 000m,单层最大厚度300m(龙南临江),并见双峰式辉长岩-花岗岩与其共存。岩石地球化学研究表明,该套火山岩具有明显的大陆裂谷构造属性(邓平等,2004)。

2.2 盆地类型与残余地层面积

2.2.1 盆地类型 根据沉积盆地的几何形态、边界性质、成盆动力学特征(刘和甫,1993),笔者将侏罗纪盆地划分为2种基本类型,即后造山盆地和伸展盆地,揭示了不同时期不同的构造背景。

后造山盆地形成于华南—华北陆块碰撞—造山的晚期,即晚三叠—早侏罗世。开始是一套山前近源、快速堆积的岩石组合,稍后为河流相-湖滨相沉积岩组合。在垂向剖面上,具有下粗上细的特点。底部常以角度不整合方式覆盖于基底之上,有时以逆冲断层方式与基底相接触。规模不大、厚度偏小,相当于类前陆盆地。在野外,上三叠统和下侏罗统都是粗碎屑岩层,两者连续沉积,很难准确区分,因而常将两者归并,称上三叠—下侏罗统。

伸展盆地主要形成于中侏罗世。可划分为裂谷盆地与沉积断陷盆地2种。前者成盆机制源自深部岩浆驱动,后者则源自侧向拉张。裂谷盆地多呈长条形,盆地两缘岩块均沿正断层朝盆地中心下滑,沉降幅度大。盆内普遍发育双峰式火山岩和拉斑质玄武岩,盆缘可见辉长岩与A型花岗岩。测年值为160Ma~180Ma(陈培荣等,1999;Shu et al,2009)。闽西—赣南中侏罗世火山盆地即属此类。沉积断陷盆地主要发育在盆山交接带,盆地的形成明显受边界断层的控制。边界断层多为单断型,常呈“断陷-超覆”样式,即盆地一侧边界为生长正断层,另一侧边界则为角度不整合。盆地沉降幅度大,沉积厚度大,沉积中心不断向主断层带迁移,剖面上呈半地堑式或箕状。有边缘相沉积。区内广泛发育的中侏罗世沉积盆地多属此类型。

2.2.2 残余地层面积 经过后期抬升和剥蚀,侏罗纪盆地原貌已被破坏,现地表所见均为残余盆地。根据盆地面积统计,分布在浙、闽、赣、湘、粤、桂6省区的中、新生代残余盆地总面积为143 100km2(舒良树等,2004),约占该区陆地总面积的1/6。其中,晚三叠世—早侏罗世(T3-J1)后造山残余盆地为15 120km2,占盆地总面积的10.6%,主要分布在萍乡—衡阳、粤北的五华—河源—龙门以及武夷山地区(图4)。中侏罗世(J2)裂谷盆地残余面积为2 073km2,占1.4%,虽然面积小,但构造意义大。中侏罗世(J2)沉积断陷残余面积为 3 766km2,占2.6%,主要分布在武夷山及其西侧与北侧(图5)。

由于区内原定的晚侏罗世地层近年已被测年数据和标准化石等证据更正为早白垩世,因此,晚侏罗世地层在区内分布局限,仅在永定—梅州一带见其零星出露。相对而言,早白垩世(K1)和晚白垩世—古近纪(K2-E)残余地层规模较大,分别占60.3%(86 289km2)和24.7%(35 346km2)。

2.3 沉积构造与古流向

2.3.1 沉积构造 研究区侏罗纪岩层内的沉积构造较为发育,主要见磨拉石、冲刷痕、粒序层、斜层理、脉状层理或透镜状层理、包卷层理、滑塌构造、层间褶皱、印模、荷重模等,指示陆内河流相和湖泊相环境(Shu et al,2009)。

粒序层理由不等厚的砂砾岩-含砾砂岩-砂岩-粉砂岩组成,底部为凹凸起伏的冲刷痕。每一序列50cm~120cm不等,重复交替。主要见于下统林山组(梨山组、金鸡组),局部见于中统罗坳组,反映河流相、湖滨相和泛滥平原环境。

斜层理或前积层在晚三叠世和侏罗纪岩层中普遍发育,是研究古水流搬运方向的主要依据。水平层理指示湖心或深湖稳定环境,主要见于中侏罗统。脉状层理或透镜状层理则指示湖缘-湖滨相动荡的水动力条件,侏罗系林山组(梨山组、金鸡组)和罗坳组均见发育。

磨拉石堆积(杂乱堆积)主要见于晚三叠世—早侏罗世岩层中,反映山前快速堆积环境。包卷层理、滑塌构造、同沉积层间褶皱见于晚三叠世—早侏罗世岩层中,反映重力下滑背景。

2.3.2 古流向 根据野外岩层中斜层理或前积层的测量统计,获得侏罗纪不同时期的优势古流向趋势。(1)取自晚三叠世—早侏罗世岩层中的161组斜层理数据投影表明,古水流基本上从北向南流动(图4),反映源区基本在其北侧。其中,萍乡盆地,65组数据(图 4-①),获优势产状 186°∠32°(倾向与倾角);信江盆地,53组数据(图4-②),优势产状208°∠36°;闽西盆地,43 组数据(图 4-③),优势产状215°∠28°。(2)取自中侏罗世裂谷断陷盆地的48组斜层理数据指示,龙南盆地和永定盆地的古水流均为从东向西流动(图5)。龙南盆地23组(图5-①),优势产状 267°∠25°;寻乌盆地 25 组(图5-②),优势产状 276°∠18°,源区在其东侧。换言之,蚀源区和水流方向已经发生变化。

图4 晚三叠世—早侏罗世后造山期残余地层分布及其古流向测量统计

图5 中侏罗世残余地层分布及其古流向测量统计

3 中侏罗世裂谷型火山作用及其年代制约

3.1 陆内裂谷型火山作用

普遍发育在闽西—赣南—粤东一带的火山岩(图6),是中国东南部自南华纪以来最早发生的一次喷发活动,是研究构造体制转换的重要物质纪录。这套火山岩系以不等厚互层的玄武岩与流纹岩组合为基本特征,在闽西称藩坑组(J2f),在赣南称菖蒲组(J2c)。野外有2种产出方式:(1)不等厚互层的玄武岩、流纹岩。玄武岩位于下部,单层厚200m~300m不等,流纹岩在上,厚数十米到100多m,总厚度500m~800m不等,闽西永定湖雷盆地藩坑组厚度达到800多m。(2)厚层状致密块状玄武岩,厚700m~1 000m。很少与流纹岩互层产出,赣南临江盆地菖蒲组玄武岩单层厚度可达400余m。所有玄武岩都具气孔构造,但与流纹岩不等厚互层的玄武岩其充填气孔的主要矿物是石英和葡萄石,而厚层状致密块状玄武岩的气孔多被绿泥石以及橄榄石矿物所充填,如龙南临江镇北侧公路所见。

图6 闽西—赣南—粤东地质图(中侏罗世火山岩分布)

近年来,一些学者对该火山岩带进行了系统的岩石学与地球化学研究(邓平等,2004)。结果表明,该区的玄武岩以富硅贫碱为特征,轻稀土轻度富集,弱富集 Rb、Ba、Th、Ce,贫 Nb、Zr、Y,配分样式呈上凸型,属拉斑玄武岩类。与之共生的流纹岩具有高的SiO2、K2O含量,轻稀土富集、稀土总量高,具明显 Eu 负异常,富集 Rb、Th,贫 Ba、Ti、Nb、Zr等特点,属富钾火山岩类。反映后造山期陆内裂谷环境。

3.2 流纹岩的SHRIMP U-Pb定年

前人对此带的裂谷型火山岩曾经做过不少Rb-Sr法测年工作,获其年龄为160Ma~180Ma。例如,赣南白面石盆地玄武岩的Rb-Sr测年值为173Ma±6Ma,与之共存的流纹岩为165Ma±2Ma;东坑盆地玄武岩的Rb-Sr测年值为178Ma±7Ma(陈培荣等,1999);永定盆地玄武岩的 Re-Os等时线年龄175Ma±3Ma(Zhou et al,2005);梅州盆地辉长岩的Rb-Sr测年值为179Ma±4Ma(邢光福等,2001)。

最近,笔者在龙南东坑裂谷盆地双峰式火山岩剖面顶部采集流纹岩样品(图7)。通过室内重砂工作,精选出数十颗岩浆锆石,大多数锆石呈现为淡褐色的自形晶体,具有清晰韵律环带的CL图像,反映岩浆成因。然后,在北京离子探针中心进行了U-Pb同位素年龄的测定工作,共获得19组测年数据。

将19组测年数据投影在207Pb/235U-206Pb/238U谐和曲线图上(图8),获160Ma±1Ma的平均年龄值(MSWD=1.87)。这是一组质量较高的年龄数据。根据最新国际地层年代表(Gradstein et al,2004),相当于中侏罗世晚期。这与流纹岩样品位居菖蒲组顶部的采样位置是完全一致的。

图7 龙南里仁—月子中侏罗世双峰式火山岩地质剖面图

图8 东坑盆地流纹岩中锆石的SHRIMP U-Pb年龄谐和图

4 讨论

4.1 古地理格局的变迁

根据野外沉积构造的观察以及前面的分析,结合前人的成果资料,认为中国东南部早—中侏罗世期间发生过古地理格局的变迁。前面的古流向研究结果显示,晚三叠世—早侏罗世期间,携带碎屑物的古河流是从北向南搬运堆积的。反映研究区具北高南低的古地理特征。其原因可能与发生在大别地区的陆-陆碰撞、造山作用有关。从中侏罗世开始,古地理格局发生分化。一方面,武夷山南东侧普遍缺失中侏罗世地层而北西侧中侏罗世地层广泛分布,暗示中侏罗世武夷山处于隆升剥蚀状态,是北西侧沉积盆地的蚀源区。另一方面,在武夷山西缘的闽西、赣南、粤东、湘南一带,中侏罗世发生了较强烈的拉伸作用,形成一系列裂谷盆地;同时,携带碎屑物的古水流由东向西搬运堆积,揭示其东侧的武夷山是该区段的蚀源区。因此,其西、北两侧均为中侏罗世沉积区,武夷山隆起为其蚀源区。

野外调查表明,在武夷山的北西麓,中侏罗世的地层序列为下粗上细,具有山前堆积特征;向西到赣南,中侏罗世岩层中斜层理、韵律层理等普遍发育,反映河流-湖滨环境;再向西到南岭东段的湘南、粤北等地,中侏罗世地层序列以细砂-粉砂岩和泥岩为主,水体更深了,反映深湖环境。据此认为,从中侏罗世开始,研究区古地理面貌确实发生了巨大变化,武夷山已经抬升,导致原先的北西高南东低的古地理环境变为南东高北西低的地貌格局,其原因可能与太平洋板块朝北西方向的俯冲挤压密切相关。

4.2 构造体制转换问题

普遍认为,中生代期间东亚地区曾经发生过一次从特提斯构造域向古太平洋构造域转换的重大事件。在华北的燕山地区,该事件的地质表现明显,其时代证据确凿,构造域转换发生在中侏罗世,(赵越等,1992;任纪舜等,1998),完成于中、晚侏罗世之交(U-Pb年龄158Ma±1Ma)。在中国东南部,对此也曾有过初步讨论(舒良树等,2002、2004;Yu et al,2006;Shu et al,2009)。但是,其转换地点和时间问题并未解决。笔者认为,发生在侏罗纪的沉积环境转变、闽西—赣南—粤东裂谷型火山活动,有可能为此问题的真正解决提供线索。

发生在早、中三叠世期间华南与华北的碰撞(北侧的大别山地区)以及华南与东南亚的碰撞(南侧的北越马江地区),结束了特提斯洋在华南的历史。广泛发育在研究区的T3—J1粗碎屑沉积序列以及由北向南的古水流,是研究区对北侧大别碰撞造山作用的响应;分布在南岭地区的大量强过铝花岗岩群以及250Ma~205Ma的测年值(Zhou et al,2006),是研究区对南西侧马江碰撞造山作用的响应。这一事件,使华南全区由浅海环境转变为陆相环境(陆内山岭和堆积盆地)。

虽然早侏罗世仍有零星海区存在,如滇西—滇东南、粤东及闽西零星分布的海陆交互相地层,但此时全区的主要表现是地层的强烈褶皱变形和逆冲推覆。到中侏罗世,研究区古地理格局已经发生显著变动。一方面,晚三叠世—早白垩世期间北高南低的地形地貌发生了变化,在武夷山一带出现了一个新的山地环境和蚀源区,出现砾岩、砂砾岩的杂乱堆积;从武夷山向西和向北,依次出现河流→湖滨→湖泊环境,形成砂砾岩-粗砂岩-砂岩-粉砂岩-泥岩的水平分带现象。表明“南东高北西低”的新格局已经出现,武夷山再次成为一个高耸的天然屏障。笔者将中侏罗世武夷山体的再次隆升原因解释为华南陆块对古太平洋板块俯冲作用的响应。另一方面,在武夷山体后缘的闽西—赣南—粤东一带,中侏罗世发生了强烈伸展裂谷作用,导致深部岩浆上涌,开始了中国东南部自南华纪以来最大规模的火山喷发活动,形成面积为数千平方千米的双峰式火山岩、碱性—偏碱性玄武岩和双峰式侵入岩。标定了一个重大构造转换事件(从挤压到伸展、从特提斯到太平洋)的发生。在这里,仍然把这种裂谷型火山作用的驱动力归结于太平洋板块的俯冲,正是强大俯冲作用朝华南内陆的应力传递,扰动破坏了华南深部岩浆的平衡,使之沿地壳薄弱带扩张上涌并喷发。这种发生在陆内的伸展状态越演越烈,到早白垩世达到高潮。

发生在中侏罗世(180Ma~160Ma)的古地理格局改变、沉积环境变化、闽西—赣南裂谷型火山活动,是太平洋板块开始影响华南的重要证据,也是构造转换事件(从挤压到伸展、从特提斯到太平洋)的直接标志。武夷山—南岭东段,是该构造转换作用发生的重要区段。

4.3 晚侏罗世地层问题

根据标准化石和同位素测年数据对区内原定上侏罗统的时代进行纠正,是完全正常的科学行为。问题是,国内学者把东南沿海火山岩地层时代(原J3)的纠正(现K1)扩大到整个地区所有的晚侏罗世岩层,导致整个晚侏罗世的沉积历史在研究区被全部清除。笔者赞同对东南沿海火山岩地层时代的纠正。但是,对于赣江以西没有火山岩出露的赣西、湘南、粤北沉积区,原先用多种或系列标准化石定出的晚侏罗世地层时代,是否全错?“全区缺失上侏罗统”的命题是否可靠?对没有中生代火山岩的赣江以西广阔地区进行深入细致的古生物与地层学的甄别工作,是非常必要的。

5 结语

(1)发生在早、中三叠世期间华南与华北的碰撞以及华南与东南亚的碰撞,结束了特提斯洋在华南的历史,导致中国东南部由浅海环境转变为大陆山体和山前盆地。

在中国东南部,侏罗纪是特提斯体制结束、太平洋体制开始的重要转换期,也是从区域挤压进入区域伸展的构造变动期。其保留完好的侏罗纪沉积序列,既保留了丰富的印支期构造信息,又记录了古太平洋早期活动的陆内响应,反映独特的地质与环境特征。

(2)根据地球动力学特征,区内侏罗纪盆地可以划分为后造山盆地(晚三叠世—早侏罗世)和伸展盆地(中侏罗世)2种类型,后者可再分为裂谷盆地和沉积断陷盆地2个亚类。

(3)研究表明,早侏罗世沉积序列由粗变细,反映水体由浅变深,沉积环境从山前河流→湖滨→湖泊演化,中侏罗世则由细变粗,反映地壳隆升,水体变浅。岩石组合和古流向研究表明,晚三叠世—早侏罗世时大别山是高耸的山体,其南麓水体携带碎屑物从北向南搬运,呈现北高南低的古地理格局。中侏罗世开始,区内古地理格局发生明显变化,武夷山再次隆升,导致原先北高南低的古地理环境转变为南东高北西低的地貌格局。笔者将中侏罗世武夷山体的隆升原因解释为华南陆块对古太平洋板块俯冲作用的响应。

(4)在武夷山体西缘的闽西—赣南—粤东一带,中侏罗世期间发生了强烈的构造伸展,形成一个近东西向的陆内裂谷盆地群;发生了自南华纪以来最大规模的火山喷发活动,形成大面积双峰式火山岩、碱性—偏碱性玄武岩和双峰式侵入岩。由赣南火山岩剖面顶部流纹岩样品分离出岩浆锆石,获取到锆石SHRIMP U-Pb测年值,为160Ma±1Ma,相当于中侏罗世末期,代表裂谷火山活动的结束时间。

(5)发生在中侏罗世的地理格局改变、沉积环境变化、裂谷型火山活动,是太平洋板块开始影响华南的重要证据,也是构造转换事件(从挤压到伸展、从特提斯到太平洋)的直接标志。武夷山—南岭东段,是该构造转换作用发生的最早地区,构造转换时间发生在中侏罗世,至中、晚侏罗世之交结束。

6 致谢

感谢王德滋院士对本项研究工作的支持。江西省地质调查研究院杨明桂研究员级高级工程师、陈祥云研究员级高级工程师、楼法生研究员级高级工程师为野外考察提供了帮助与便利,并与笔者进行过有益的讨论,在此一并致谢。

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Studies on Jurassic sedimentary features and tectonic environment in Southeast China

SHU Liang-shu1,WANG Yan2,SHA Jin-geng3

(1.State Key Laboratory for Mineral Deposits Research,School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210093,China;2.Liaohe Oilfield Company,PetroChina,Panjin 124010,Liaoning;3.Nanjing Institute of Geology and Paleontology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China)

Two types of the Jurassic basin were distinguished in Southeast China,according to their geodynamic features,namely the Late Triassic-Early Jurassic post-orogenic basin and the Middle Jurassic intra-continental extensional basin.The Early Jurassic sequence in Mount Wuyishan showed that the accumulation was changed from coarse-to fine-grained and the depositional environment was gradually turned deeper,from submontane river to shore-lake and to deep lake.As a distinct contrast,the Middle Jurassic accumulation was changed from clay stone to conglomerate in Southeast China coastal area,indicating that a crustal uplift was underway.Mount Wuyishan was a paleo-geographical separating zone since Middle Jurassic.The Late Jurassic stratum was absent in the most parts of Southeast China.A large-scale bimodal volcanic eruption was taken place in Middle Jurassic,forming W-Fujian to S-Jiangxi intra-continental rift zone of 40km to 60km wide and 200km long,which was likely the most intensive volcanism in Southeast China since Cambrian period.The concord age of 160Ma±0.5 Ma was obtained by SHRIMP zircon U-Pb analysis on the rhyolite of Dongkeng basin,providing an upper limit of bimodal eruption time.Basin features indicated that a Middle-Late Triassic depositional environment change occurred from a shallow-sea to an intra-continent in Southeast China,as a tectonic response to the strong collision between the Yangtze and North China blocks.Sedimentary structures recorded a southward direction of Early Jurassic paleo-currents,reflecting their source areas were situated in the north side.The authors proposed that Mount Wuyishan was uplifted as early as Middle Jurassic,followed by a wide E-W trend depression and bimodal volcanism in the western foot of Mount Wuyishan.It was the uplift of the Mount Wuyishan domain that changed the Middle Jurassic paleo-geographic outline and formed the transformational tectonic regime from compression to extension,reflecting a strong tectonic response to the Pacific plate subduction.

Sedimentary features;Paleo-geographic framework;Transformation of tectonic regime;Volcanic rocks and age determination;Jurassic period;Southeast China

P534.52;P512.2

A

1674-3636(2011)04-0337-12

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.04.337

2011-01-12;编辑:詹庚申

舒良树(1951—),男,教授,博士,博士生导师,研究方向为板块构造、大陆造山带、构造运动学、盆地构造、显微构造,E-mail:lsshu2003@yahoo.com.cn

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