西藏岡底斯帶甲馬弧內(nèi)盆地層序地層研究

西藏岡底斯帶甲馬弧內(nèi)盆地層序地層研究

1古生代海侵及沉積相系的組合今天，西藏岡底斯帶的甲馬弧盆地是隨著甲馬島角的發(fā)育而形成的。主要堆積自晚三疊世末以來(lái)的侏羅世紀(jì)地層（圖1），自上而下的中侏羅世查切果組（j1-2ch）、中侏羅世葉巴組（j2-3y）、上侏羅統(tǒng)若桑溫泉組（j3q）和多底溝組（j5d）、上侏羅統(tǒng)-下白牙組（j3-k1）、下白牙楚木龍組（k1ch）、塔卡拉組（k1t）、上白牙（k2sh）、上白牙-下第三系森林組（k2-e）、部分第三系和第四系。侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)主要以淺海相沉積為主,并以巨厚的弧火山巖和碎屑巖夾少量碳酸鹽巖為特征。其中查切果組系一套陸相細(xì)碎屑巖夾弧火山巖和少量灰?guī)r的沉積;葉巴組為第一階段主體島弧發(fā)育期的厚達(dá)7750m的淺海相鈣堿性火山巖組合夾變質(zhì)砂板巖與片巖;卻桑溫泉組由河流-濱岸相的粗碎屑巖組成;多底溝組為臺(tái)緣生物礁相碳酸鹽沉積;林布宗組由潮坪相細(xì)碎屑巖構(gòu)成;楚木龍組系濱岸相砂巖夾板巖、礫巖等沉積;塔拉組為一套濱岸相細(xì)粒碎屑巖夾灰?guī)r沉積;設(shè)興組由濱岸相巖屑砂巖、板巖夾少量灰?guī)r組成;林子宗組為第三階段主體島弧發(fā)育期的厚大于1630m的淺水弧火山巖夾碎屑巖堆積;新近系為陸相粗碎屑巖。盆地內(nèi)的侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)地層受構(gòu)造控制明顯呈近東西向展布,并被疊瓦狀的逆沖斷裂破壞成條塊狀,變形與變質(zhì)較強(qiáng)烈,發(fā)育辟理化和片理化。同時(shí)燕山期和喜馬拉雅期中酸性侵入巖,也頻繁地穿插其中,構(gòu)成甲馬島弧的一部分?？傮w上說(shuō),甲馬弧內(nèi)盆地沉積了一套濱、淺海相活動(dòng)大陸邊緣的沉積物。其中,火山島弧分別在葉巴期和林子宗期經(jīng)歷了兩次強(qiáng)烈的火山活動(dòng),這兩次弧火山作用均是在淺水中噴發(fā),所形成的火山堆積物和正常沉積物在相對(duì)短的時(shí)限內(nèi)占據(jù)地層柱(圖1)上厚度的一半以上,而其余大部分的時(shí)間沉積厚度較少,且火山島弧變得不活動(dòng),成為一個(gè)類似殘留弧的火山島,后來(lái)在火山島上凸凹不平的古地形上,沉積了一套不含或少含火山巖夾層的晚侏羅世至晚白堊世(對(duì)應(yīng)的地層為卻桑溫泉組至設(shè)興組)以碎屑巖為主夾碳酸鹽巖的沉積物。2結(jié)構(gòu)層序地層格架杜光樹(shù)、姚鵬等(1998)曾對(duì)礦區(qū)的層序地層作過(guò)初步研究,在上侏羅統(tǒng)至白堊系中劃分出3個(gè)層序。本次通過(guò)沉積相、區(qū)域構(gòu)造與地層特征,Ⅰ與Ⅱ類層序界面識(shí)別,體系域特征與準(zhǔn)層序疊置方式等綜合研究,重新建立了該區(qū)層序地層年代格架。在晚侏羅世至白堊紀(jì)地層中,共識(shí)別出七個(gè)3級(jí)層序,包括1個(gè)Ⅰ類層序和6個(gè)Ⅱ類層序(圖2)。其特征如下。第1層序(SQ1)該層序?qū)?yīng)于卻桑溫泉組至多底溝組的下部地層。層序底界面為Ⅰ類層序界面,屬Ⅰ類層序。該層序三分結(jié)構(gòu)明顯,由低水位體系域(LST)、海進(jìn)體系域(TST)和高水位體系域(HST)構(gòu)成。低水位體系域由深切谷充填的廣泛發(fā)育的河流相礫巖、含礫砂巖與砂巖夾泥頁(yè)巖構(gòu)成;海侵體系域?yàn)橐惶紫虏繛I岸相的細(xì)粒砂板巖與上部碳酸鹽沉積,后者主要由淺灘相亮晶砂礫屑生物砂巖及泥灰?guī)r構(gòu)成。高水位體系域?yàn)?套海綿礁沉積旋回構(gòu)成向上變粗變淺的進(jìn)積序列的沉積;其中單個(gè)礁旋回均是向上變薄變淺的生態(tài)礁生長(zhǎng)序列,旋回下部為海綿礁核相的骨架灰?guī)r、障積巖和粉砂巖,上部系礁坪相的砂屑生屑泥晶灰?guī)r和泥晶灰?guī)r。第2層序(SQ2)該層序?qū)?yīng)于多底溝組的上部地層。該層序?yàn)棰蝾悓有?層序結(jié)構(gòu)不完整,其以一套突然增厚的礁相沉積的出現(xiàn)為標(biāo)志。其海侵體系域由退積型沉積序列組成,下部為超覆在礁后坪相之上的水體變深的海綿礁灰?guī)r。海綿礁灰?guī)r以骨架障積巖和障積巖為主,串珠狀、柱狀等低能量生態(tài)特征的串管海綿發(fā)育,生物骨架的障積灰泥增多,這些暗示著海水加深,水動(dòng)力能量變?nèi)醯暮５篆h(huán)境。上部為礁前相的砂礫屑泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r和泥灰?guī)r等。沉積相從海綿礁相向礁前相的變化是海平面上升使礁相向陸遷移并上超在海綿礁核相灰?guī)r之上的結(jié)果。高水位體系域主要由2套海綿礁旋回構(gòu)成。下部礁旋回具正常生態(tài)礁向上生長(zhǎng)變淺的序列,上部礁旋回則被陸源砂泥及碎屑沉積物的抑制而中止。第3層序(SQ3)該層序發(fā)育于林布宗組下段。層序底為Ⅱ類界面,屬Ⅱ類層序。該層序以大套的碎屑沉積出現(xiàn)為特點(diǎn)。陸棚邊緣體系域(SMST)與海侵體系域由潮下板巖夾細(xì)粉砂巖組成,凝縮段為極薄層的泥灰?guī)r。高水位體系域堆積一套自潮坪相到河口灣相演變的向上變粗變厚的進(jìn)積型沉積,主要由砂巖、板巖夾礫巖、含礫砂巖構(gòu)成。第4層序(SQ4)該層序發(fā)育于林布宗組上段。為Ⅱ類層序。該層序以單調(diào)的砂板巖夾泥灰?guī)r沉積為主。其中海侵體系域?yàn)槌毕掳鍘r夾粉細(xì)砂巖構(gòu)成退積型的向上變細(xì)變深的沉積,凝縮段為含小個(gè)體雙生物的泥灰?guī)r;高水位體系域由潮間砂板巖組成的向上變粗變厚的進(jìn)積型序列的沉積。第5層序(SQ5)該層序發(fā)育于楚木龍組。層序底界為Ⅱ類界面,屬Ⅱ類層序。該層序以濱岸相砂巖夾煤層的突然出現(xiàn)為標(biāo)志,具清晰的三分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。自下而上分別由后濱礫巖、砂巖夾煤層與板巖構(gòu)成的陸棚邊緣體系域,前濱砂板巖沉積的海侵體系域和由后濱厚塊層砂礫巖夾板巖與煤層沉積組成的高水位體系域。第6層序(SQ6)該層序發(fā)育于楚木龍組近頂部至設(shè)興組下部。該層序?yàn)棰蝾悓有?以海侵滯留含礫砂巖與砂巖的突然出現(xiàn)為標(biāo)志,由海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成,層序結(jié)構(gòu)不完整。其中,海侵體系域堆積一套前濱至下濱的退積序列的板巖與含礫砂巖沉積。凝縮層為泥灰?guī)r夾層。高水位體系域由碎屑巖夾生屑泥晶灰?guī)r的沉積構(gòu)成,具有明顯的向上變粗變淺的序列,沉積相由前濱相至后濱相的變化。第7層序(SQ7)該層序于設(shè)興組中上部,其頂界面為Ⅰ類界面,底界面為Ⅱ類界面,屬Ⅱ類層序,層序結(jié)構(gòu)不完整。該層序以障壁島的發(fā)育為特為,自下而上由海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成;前者為障壁島砂巖夾板巖,后者為一套進(jìn)積序列的湖相板巖夾砂巖及透鏡體灰?guī)r的沉積。3盆地的形成過(guò)程根據(jù)層序地層研究,結(jié)合區(qū)內(nèi)構(gòu)造、地層和巖相古地理特征,將建立在火山島弧背景上的晚侏羅世—白堊紀(jì)弧內(nèi)盆地的形成演化劃分為5個(gè)階段,它們分別為:①具深切谷的碎屑陸架階段;②碳酸鹽臺(tái)地與海綿礁形成階段;③滯流的碎陸架階段;④無(wú)障壁海岸的碎屑陸架階段;⑤具障壁海岸的碎屑陸架階段。在這5個(gè)階段的演化過(guò)程中盆地共經(jīng)歷了7次三級(jí)海平面周期,發(fā)育了反復(fù)變淺變深的海退與海進(jìn)沉積序列,堆積有具不同特征的沉積物。該盆地的最終消亡是在新第三紀(jì)。下面所提供的僅是甲馬弧內(nèi)盆地在晚侏羅世至白堊紀(jì)這段相短暫期間的演化過(guò)程的細(xì)節(jié)描述。3.1島嶼在島弧的不活動(dòng)區(qū)域中出現(xiàn)殘弧,這是我國(guó)新農(nóng)村相當(dāng)于層序1(SQ1)的下部碎屑沉積階段。晚侏羅世,盆地接受陸相沉積是由于葉巴期火山島強(qiáng)烈隆升造成的,當(dāng)葉巴期島弧強(qiáng)烈火山巖漿活動(dòng)的時(shí)候,總體上還處于淺水環(huán)境。在島弧活動(dòng)晚期或變得不活動(dòng)的末期,多數(shù)地方已經(jīng)露出水面,由水下高低不平的火山島變成了陸上看得見(jiàn)的隆凹相間的殘留弧。在這個(gè)不活動(dòng)的殘留島弧上廣泛發(fā)育著河流,河流切割老的地層與葉巴期火山島,搬運(yùn)來(lái)的沉積碎屑充填在深切谷里,形成礫、砂巖與泥頁(yè)巖,或者被搬運(yùn)到更遠(yuǎn)處的海里。隨著深切谷的逐步填充和海平面的上升,隆凹相間的地形漸漸消失,變成一個(gè)相對(duì)平坦的碎屑陸架,在陸架的邊緣海岸處堆積起淺水的細(xì)粉砂巖和板巖的沉積。3.2海綿礁和海底邊緣礁相當(dāng)于SQ1上部,SQ2與SQ3的碳酸鹽沉積階段。在填平補(bǔ)齊了的前期碎屑陸架基礎(chǔ)上,由于逐漸夷平的火山島所提供的物源愈來(lái)愈穩(wěn)定以及海平面的上升,趨向于有利于碳酸鹽生長(zhǎng)的清水環(huán)境。開(kāi)始先在局部的正地形上建起小規(guī)模的淺灘,形成亮晶砂礫屑灰?guī)r與生屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等,后來(lái)隨著淺灘向海向盆方向推進(jìn),碳酸鹽臺(tái)地變寬增大。一旦時(shí)機(jī)成熟,海綿生物占據(jù)淺灘生長(zhǎng)的地方,開(kāi)始繁殖和建立自已的家園。形成海綿礁灰?guī)r。海綿礁的成長(zhǎng)與海平面變化密切相關(guān),礦區(qū)所識(shí)別出的6套海綿礁旋回是海平面變化的結(jié)果。在大部分時(shí)間里,海綿礁的生長(zhǎng)速率都能追趕上海平面變化速率,發(fā)育進(jìn)積型的礁。在海綿礁發(fā)展的晚期,不同階段不同旋回礁的疊置和礁的長(zhǎng)高變寬變陡,礁的演化達(dá)到成熟期。此時(shí)的礁以加積和進(jìn)積的生長(zhǎng)方式向海方向遷移,變陡的礁受海浪侵蝕、沖刷與自身重力垮塌作用的破壞,很容易產(chǎn)生礁前斜坡碎屑流角礫狀灰?guī)r楔形體。從礦區(qū)西南側(cè)的礁前角礫狀灰?guī)r演變到海綿礁灰?guī)r再向北到礁后坪相碳酸鹽沉積的橫向變化來(lái)看,海水深度逐漸變淺;同時(shí)也表明礦區(qū)的海綿礁屬典型的臺(tái)地邊緣礁?？傮w上來(lái)說(shuō),晚侏羅世海綿礁經(jīng)歷了早期的淺灘建設(shè),中期的小規(guī)模多旋回的不成熟礁到晚期規(guī)模大的相組合構(gòu)成完整的成熟礁的發(fā)展過(guò)程,它的成長(zhǎng)與海平面上升有關(guān)。3.3鑲邊獨(dú)立的海底地形相當(dāng)于層序SQ3與SQ4沉積階段。在海綿礁走向成熟的演化過(guò)程中,碳酸鹽臺(tái)地變成一個(gè)海底地形起伏不定的鑲邊臺(tái)地,接下來(lái)的海平面下降不僅中斷了生物礁的發(fā)育和碳酸鹽臺(tái)地的生長(zhǎng),也造成了局限與封閉的港灣環(huán)境。被搬運(yùn)來(lái)的陸源碎屑沉積物堆積在早先的鑲邊碳酸鹽臺(tái)地上,形成潮坪相的細(xì)粒砂板巖,偶夾泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r的沉積。該階段也被稱為“拉薩海退”。3.4濱岸相砂巖疊加相當(dāng)于層序SQ5和SQ6的沉積階段。經(jīng)過(guò)滯流海岸的碎屑陸架的充填和堆積,迎來(lái)了中國(guó)西部白堊紀(jì)特提斯海的廣泛海侵,稱之為“塔克那海侵”。這次海侵較大,以致于區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了開(kāi)闊海環(huán)境,海水循環(huán)暢通,海底水動(dòng)力能量高。其早期,在區(qū)內(nèi)形成一套由較厚的濱岸相砂巖夾板巖與煤層構(gòu)成的沉積,砂巖的成分與結(jié)構(gòu)成熟度均較高,代表了一種波浪沖洗、簸選強(qiáng)烈的開(kāi)闊海岸環(huán)境。其中所夾的煤層是該區(qū)特征性的沉積礦產(chǎn),它與海平面下降有關(guān),分別發(fā)育在低水位體系域和高水位體系域中。晚期,“塔克那海侵”的規(guī)模增大,區(qū)內(nèi)海水變深,廣海海岸繼續(xù)向陸推進(jìn)和上超,發(fā)生岸進(jìn)現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)沉積了一套以更細(xì)粒的碎屑巖為特征的沉積物,主要由粉砂質(zhì)板巖、板巖夾砂巖、泥灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r等構(gòu)成。這一套沉積物與全球白堊紀(jì)最大海進(jìn)時(shí)期相對(duì)應(yīng)。該階段向上變細(xì)變深的漸進(jìn)式的碎屑巖堆積表明,無(wú)障壁海岸的碎屑陸架與甲馬火山島弧較長(zhǎng)時(shí)間不活動(dòng)和持續(xù)的剝蝕夷平作用密切相關(guān)。夷平了的殘留島弧提供愈來(lái)愈少的陸源碎屑物質(zhì),形成區(qū)內(nèi)難得一見(jiàn)的開(kāi)闊而平坦的碎屑陸架。3.5障壁島古地理相當(dāng)于層序SQ7的沉積階段。晚白堊世早期,區(qū)內(nèi)繼“塔克那海侵”之后開(kāi)始海退,以設(shè)興組灰紫色與灰綠色交替出現(xiàn)的砂泥巖沉積為標(biāo)志,這套下部由障壁砂巖夾板巖與上部湖相板巖夾砂巖、透鏡體灰?guī)r構(gòu)成的局限海沉積是海平面下降的響應(yīng)。在相對(duì)平的碎屑陸架上發(fā)育起來(lái)的障壁島不斷向海推進(jìn),障壁島后面的湖也隨著向海遷移,并依次占據(jù)原先障壁島生長(zhǎng)的地方。在縱向剖面上構(gòu)成清晰的進(jìn)積型障壁島沉積序列。隨著障壁島的增長(zhǎng),海底地形變得復(fù)雜,呈現(xiàn)起伏不平的古地理景觀,形成海水循環(huán)受阻,生物發(fā)育受限的局限海岸環(huán)境。在區(qū)域上則構(gòu)成具障壁海岸的碎屑陸架。晚白堊世局限海階段之后,