湘東南汝城盆地地質(zhì)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

湘東南汝城盆地地質(zhì)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

1兩種大地構(gòu)造環(huán)境包括嶺南在內(nèi)的華南內(nèi)部中生代構(gòu)造環(huán)境和大地構(gòu)造背景是科學家現(xiàn)在關(guān)注的熱點問題。關(guān)于這一點有很多爭論?？梢钥偨Y(jié)出以下兩個主導觀點。一個是與太平洋板塊形成相關(guān)的陸拱和高差，另一個是與內(nèi)陸巖和石圈擴張和減小的環(huán)境。由于在中生代地質(zhì)演化過程中屬承上(印支期)啟下(燕山晚期)的過渡時期,燕山早期(侏羅紀)構(gòu)造環(huán)境與背景成為研究華南中生代地質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵。近些年基于對火成巖尤其是花崗巖的大量研究,已可以肯定華南地區(qū)在燕山早期即侏羅紀時巖石圈便發(fā)生了伸展作用[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27],但究竟是“后造山”伸展環(huán)境還是“大陸裂谷”伸展環(huán)境,尚有待進一步研究。湘東南及湘粵贛邊區(qū)地處華南中部,是研究華南中生代構(gòu)造演化的關(guān)鍵地區(qū)。筆者近年來在1∶25萬郴州市幅和衡陽市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中,通過對花崗巖類、盆地沉積、火山巖與次火山巖、變形構(gòu)造、金屬礦產(chǎn)等多種地質(zhì)要素的綜合研究,構(gòu)建了該地區(qū)中生代構(gòu)造演化的完整框架,對侏羅紀構(gòu)造環(huán)境提出了新的認識:早侏羅世—中侏羅世初期的燕山早期早階段為陸內(nèi)造山階段,發(fā)育以汝城盆地為代表的陸相盆地;中侏羅世早期—晚侏羅世的燕山早期晚階段則為后造山階段,發(fā)育大規(guī)模后造山花崗巖;汝城盆地并非始終為前人所認為的單一收縮(走滑匯聚)盆地,而是早侏羅世為同造山上隆伸展裂陷盆地,晚侏羅世初才反轉(zhuǎn)為山前沖斷收縮盆地,但盆地總體為同造山期產(chǎn)物。鑒于造山→后造山→非造山(大陸裂谷)的大陸構(gòu)造發(fā)展的一般規(guī)律,汝城盆地同造山構(gòu)造性質(zhì)的確定,無疑是對其后燕山早期花崗巖形成于后造山構(gòu)造環(huán)境的重要支持,對深入研究華南燕山早期構(gòu)造環(huán)境具有重要的啟示意義。2中-下侏羅世巖漿的形成時代汝城盆地位于諸廣山巨型復背斜的西面,發(fā)育于級別與規(guī)模較小的汝城復向斜之中(圖1)。盆地周邊出露地層主要有南華系—寒武系、泥盆系—二疊系。南華系—寒武系出露于北西、南東兩側(cè),為一套由淺變質(zhì)砂巖、板巖組成的復理石沉積,夾少許硅質(zhì)巖和灰?guī)r,在加里東運動中強烈變形而成為褶皺基底。泥盆系—三疊系出露于中部,為一套淺海相的碳酸鹽巖-砂頁巖(含煤)組合,夾少量硅質(zhì)巖,經(jīng)印支運動變形而發(fā)育NNE向褶皺、斷裂,組成汝城復向斜。南面和東面發(fā)育中侏羅世花崗巖體,主要由黑云母二長花崗巖組成。從區(qū)域資料來看,中侏羅世花崗巖的起始年代約為174Ma,并形成于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境,因此花崗巖漿活動事件大致緊隨中侏羅世初期汝城沖斷收縮盆地之后。在湘東南及湘粵贛邊區(qū)發(fā)育有數(shù)目眾多,但面積大多很小的晚三疊世—侏羅紀陸相盆地(其中只有少數(shù)盆地發(fā)育有中侏羅世沉積),盆地沉積特征及表現(xiàn)性質(zhì)與汝城盆地總體一致,只是汝城盆地規(guī)模較大,構(gòu)造發(fā)展的地質(zhì)表現(xiàn)最為豐富、清楚。3貝溪-雞毛嶺逆斷裂斷裂帶汝城盆地呈北北東走向的狹長帶狀,長約42km,寬1～3.5km。盆地內(nèi)侏羅紀地層均傾向北西西,呈一單斜構(gòu)造,巖層傾角一般為52°～34°,且總體上東面產(chǎn)狀較陡,西面產(chǎn)狀較緩(圖1)。盆地東側(cè)界線較彎曲,除中段受后期斷裂改造外,盆緣與老地層間均為角度不整合接觸關(guān)系。盆地西緣界線略彎曲,被貝溪-雞毛嶺逆斷裂壓覆(圖2)。貝溪-雞毛嶺逆斷裂總體呈約NE30°方向延伸,并略呈波狀彎曲,全長80km以上。斷裂面傾向290°～315°,傾角42°～55°。沿斷裂見有寬約10～16m的破碎帶,帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造角礫巖和構(gòu)造透鏡體,角礫多呈次棱角狀—次圓狀,具定向排列;構(gòu)造透鏡體具明顯的定向排列,其長軸方向與斷裂面所夾銳角示下盤下降。在破碎帶內(nèi)破劈理及次級滑動擦痕面較為發(fā)育,特別是擠壓揉皺現(xiàn)象明顯(圖2)。斷裂北西盤中上泥盆統(tǒng)沿向北西傾斜的斷裂面向南東推覆到南東盤下中侏羅統(tǒng)之上。4同造山構(gòu)造環(huán)境根據(jù)盆地沉積、盆地構(gòu)造及玄武巖特征等并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化分析表明,汝城盆地形成于區(qū)域同造山構(gòu)造環(huán)境,但經(jīng)歷了兩個不同的構(gòu)造發(fā)展階段,早侏羅世為同造山上隆伸展裂陷盆地,中侏羅世初期為山前沖斷擠壓收縮盆地(圖3)。4.1上段玄武質(zhì)火山碎屑巖帶下段汝城盆地下侏羅統(tǒng)心田門組僅分布于盆地東南邊緣,總體為一套淺灰—灰黑色薄—中層狀細粒石英砂巖,下部夾較多的泥質(zhì)粉砂巖、(碳質(zhì))粉砂質(zhì)頁巖等,屬內(nèi)陸湖泊相的碎屑沉積。產(chǎn)少量雙殼類化石Homomyasp.,Pleuromyasp.,Corbicellasp.,Astartaceasp.。這些雙殼化石與湘東南其它地區(qū)對比,時代屬早侏羅世早期。高家田組與心田門組為整合或平行不整合接觸關(guān)系,在心田門組缺失地段則與前侏羅紀地層呈角度不整合接觸關(guān)系,總體為一套內(nèi)陸湖泊—沼澤相碎屑巖沉積。下段以灰色—灰黑色碳質(zhì)頁巖、(泥質(zhì))粉砂巖等為主,少量(長石)石英砂巖發(fā)育,頁巖中局部夾煤線或薄煤層;上段為深灰、灰黃色長石石英砂巖夾(含凝灰質(zhì))粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁巖等,發(fā)育較多的玄武質(zhì)火山碎屑巖、玄武巖。產(chǎn)植物化石Neocalamitessp.,Pityophyllumsp.,Equisetitessp.,Podozamitessp.,Cladophlebissp.,Coniopterissp.等。該組合與湘東南區(qū)Coniopteris-Phoenicopsis植物組合帶相當,時代屬早侏羅世晚期。心田門組與高家田組總體為一套內(nèi)陸湖泊—沼澤相碎屑巖沉積,總體粒度較細,顯示早侏羅世盆地具有一般陸內(nèi)拉張盆地性質(zhì)。此外,地層中玄武質(zhì)火山角礫巖和玄武巖的發(fā)育,也表明早侏羅世盆地受伸展拉張構(gòu)造體制所控制。汝城盆地中玄武巖,以及盆地西面長城嶺等地發(fā)育的同時代玄武巖(Ar-Ar年齡為178Ma),均為起源于地幔的板內(nèi)拉斑玄武巖,研究表明其微量元素地球化學特征都反映出明顯的地殼物質(zhì)的混染作用,據(jù)此可以推測玄武質(zhì)巖漿在噴發(fā)之前曾在殼內(nèi)或殼底封閉過一段時間。汝城盆地中玄武巖低鉀高鈉,Na2O/K2O值為1.60～3.48,也反映出巖漿形成至噴出地表經(jīng)歷了較長的時間(排漿時差)(可能為數(shù)百萬年)。這種封閉作用需要一個區(qū)域背景上收縮擠壓應力場,或者導致玄武巖上侵噴發(fā)的拉張程度非常有限,從而可以進一步推斷該時期為同造山伸展環(huán)境,相關(guān)盆地為同造山上隆伸展裂陷盆地。事實上,汝城盆地位于區(qū)域大型隆起——諸廣山巨型復背景的西側(cè),亦暗示其形成與上隆伸展作用有關(guān)。從現(xiàn)今盆地構(gòu)造特征看,早侏羅世盆地很可能為單面斷裂盆地,受控于傾向東的正斷裂(圖4b)。而鑒于中三疊世印支運動為湘東南地區(qū)中生代最強烈的陸內(nèi)俯沖匯聚造山,并以走向北北東并向北西西逆沖的疊瓦狀斷裂組成主體構(gòu)造格架,因此早侏羅世控盆斷裂很可能是繼承印支期逆斷裂(圖4a)繼續(xù)活動的產(chǎn)物。而且盆地西側(cè)很可能也有心田門組和高家田組展布,只是由于雞毛嶺斷裂的壓覆而未出露。總之,汝城盆地在早侏羅世屬同造山上隆伸展裂陷盆地,形成于陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境。4.2中、晚期盆地構(gòu)造背景及盆地轉(zhuǎn)換構(gòu)造環(huán)境中侏羅統(tǒng)千佛巖組與下伏高家田組呈平行不整合接觸關(guān)系,下部為一套黃褐—灰褐色厚層狀長石石英砂巖夾粉砂巖、含礫砂巖或砂礫巖(圖3),屬河流相與山麓相類磨拉石沉積;上部為灰黃、灰綠、紫紅色砂巖、粉砂巖與(粉砂質(zhì))泥巖互層,屬河湖相碎屑巖沉積。上部泥巖局部含火山碎屑,碎屑成分與高家田組中玄武質(zhì)火山巖或火山碎屑巖一致。千佛巖組中未獲得標準化石,根據(jù)其上覆于高家田組之上,且?guī)r性特征和湖南東部中侏羅世地層可以對比,大致確定其形成時代為中侏羅世初期。需要指出的是,區(qū)域上也僅見中侏羅世初期地層發(fā)育,而未見中侏羅世中期和晚期地層,如湖南攸縣一帶和廣東樂昌一帶侏羅紀盆地中最晚地層均為中侏羅世初期。因此,盡管存在雞毛嶺斷裂的后期破壞以及后期剝蝕作用的影響,仍可基本確定汝城盆地中不存在中侏羅世中、晚期地層。根據(jù)盆地構(gòu)造與中侏羅世沉積特征,推斷中侏羅世初期盆地性質(zhì)和形成過程如下:中侏羅世初期,盆地由斷陷盆地反轉(zhuǎn)為山前沖斷收縮盆地,盆地西緣發(fā)育傾向西的貝溪-雞毛嶺逆斷裂(圖4c),且上沖盤掩蓋了先期傾向東的正斷裂。在斷裂向東逆沖的同時,于斷裂前緣形成中侏羅統(tǒng)千佛巖組下部河流相與山麓相類磨拉石沉積,底部與下伏高家田組呈平行不整合接觸關(guān)系。斷裂西側(cè)上沖盤的構(gòu)造侵位所形成的荷載,使得斷裂東盤塊體持續(xù)下拗,從而造成盆地中地層西傾,且?guī)r層產(chǎn)狀總體上東側(cè)較陡、西側(cè)稍緩。后期盆地趨于穩(wěn)定或盆、嶺高差變小,盆地中沉積了千佛巖組上部河湖相碎屑巖。盆地的收縮反轉(zhuǎn)使部分早侏羅世地層遭受剝蝕,并搬運至盆地中沉積。盆地東緣的汝城斷裂為傾向東的壓扭性斷裂(圖1),由于規(guī)模遠小于貝溪-雞毛嶺斷裂,未對盆地的發(fā)育產(chǎn)生明顯影響。從區(qū)域構(gòu)造特征及演化過程來看,盆地轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景頗為清楚。中侏羅世初期,區(qū)域構(gòu)造體制為北北東向左旋走滑兼擠壓,汝城盆地以西的茶陵—郴州深大斷裂成為區(qū)內(nèi)一級走滑主斷裂,受其深部匯聚走滑作用控制,于兩側(cè)陸塊內(nèi)形成大量北北東向次級壓扭性斷裂,它們在地表通常表現(xiàn)為逆沖性質(zhì),且東側(cè)陸塊內(nèi)的斷裂一般傾向西,并組成晚三疊世末—侏羅紀沉積盆地的西邊界;而西側(cè)陸塊內(nèi)的斷裂一般傾向東,并組成盆地的東邊界,從而與主走滑斷裂一道構(gòu)成的正花狀構(gòu)造。這些表層逆沖斷裂直接導致早侏羅世裂陷盆地力學性質(zhì)發(fā)生反轉(zhuǎn),成為山前沖斷收縮盆地,從而造成兩期不同性質(zhì)盆地的原地疊加。由此可見,中侏羅世初期汝城盆地的區(qū)域構(gòu)造背景是NNE向陸內(nèi)左旋走滑匯聚作用,屬陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境。綜上所述,汝城盆地在中侏羅世初期為陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境下形成的山前沖斷擠壓收縮盆地。頗有意味的是,汝城盆地與華北燕山造山帶髫髻山(J2)火山盆地特征或構(gòu)造樣式極為相似,如髫髻山盆地常常是一側(cè)盆緣不整合覆蓋在老地層之上,而另一側(cè)盆緣常被逆沖斷裂壓覆,盆地中地層產(chǎn)狀總體上為向逆沖斷裂方向傾斜的單斜式;其在中侏羅世早期為同造山上隆伸展裂陷盆地,在中侏羅世晚期則為收縮盆地等。研究表明髫髻山火山盆地為同造山環(huán)境產(chǎn)物,一定程度上佐證了汝城盆地形成于區(qū)域陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境的認識。5微量元素構(gòu)造環(huán)境湘東南及湘粵贛邊區(qū)燕山早期花崗巖類大量發(fā)育,筆者通過近約70個同位素年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計,表明該期花崗巖的具體侵位時代約為174～135Ma,即中侏羅世早期—晚侏羅世,與陳培榮等的研究結(jié)論基本一致。區(qū)內(nèi)燕山早期花崗巖體一般均無明顯的主動侵位定向組構(gòu)發(fā)育,亦未見同侵位擠壓剪切構(gòu)造形跡;大多位于斷裂(帶)中,且?guī)r體長軸方向與斷裂走向一致,顯示出巖體沿張性斷裂充填的就位機制。燕山期花崗巖體中一般均發(fā)育大量的暗色鐵鎂質(zhì)微粒包體,如千里山巖體、騎田嶺巖體等;εNd(t)值為-6.14～-9.8,比典型的華南殼源型花崗巖明顯偏高;TDM多在1.22～1.76Ga之間,比起華南中生代花崗巖的背景TDM值(1.7～1.8Ga)明顯偏低。上述均暗示燕山早期花崗巖在形成過程中地幔物質(zhì)的明顯加入、殼幔相互作用及拉張伸展構(gòu)造環(huán)境。王岳軍等研究湘東南寶山與水口山侏羅紀花崗閃長質(zhì)小巖體(172～173Ma)的地球化學特征后,也認為其形成也與中生代早期巖石圈的伸展-減薄作用相關(guān)。為了判別伸展體制究竟為后造山拉張還是板內(nèi)裂谷拉張,筆者對區(qū)內(nèi)燕山早期近20個花崗巖體分別進行了仔細的構(gòu)造環(huán)境判別,發(fā)現(xiàn)在Maniar和Piccoli提出的多組主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中,以及Pearceetal.的微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中,大多顯示為“后造山”環(huán)境而不是“大陸裂谷”環(huán)境,如騎田嶺巖體、寶峰仙巖體等,與蔡明海等對桂西北丹池成礦帶花崗巖的研究結(jié)論相一致。由上可見,湘東南及湘粵贛邊區(qū)燕山早期早階段(早侏羅世—中侏羅世初)為陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境,以汝城盆地等侏羅紀盆地為主要表征要素;燕山早期晚階段(中侏羅世早期—晚侏羅世)為后造山伸展構(gòu)造環(huán)境,以大規(guī)模后造山花崗質(zhì)巖漿活動為主要表現(xiàn)。鑒于這一發(fā)展過程是地球動力學發(fā)展的一般規(guī)律,因此汝城盆地性質(zhì)及其形成構(gòu)造環(huán)境的確定,對燕山早期花崗巖形成于后造山構(gòu)造環(huán)境的認識是一種有力的佐證;同時,燕山早期花崗巖類形成于后造山構(gòu)造環(huán)境的結(jié)論,又進一步證明了汝城盆地形成于區(qū)域陸內(nèi)同造山構(gòu)造環(huán)境。前人常?；诔练e巖、火山巖、花崗巖類、構(gòu)造變形等地質(zhì)要素組合中某一種要素對華南燕山早期構(gòu)造環(huán)境進行研究,但由于不同階段具有不同性質(zhì)的地質(zhì)要素組合,或某一地質(zhì)要素只在燕山早期的某一階段表現(xiàn)(時限性),因此研究得出的結(jié)論可能存在時間上以偏概全的問題。如當前多借助花崗巖類研究燕山早期構(gòu)造環(huán)境,并得出了華南燕山早期為陸內(nèi)造山以后的區(qū)域伸展拉張構(gòu)造環(huán)境(后造山或非造山)的結(jié)論[7,8,9,10,11,15,16,17,18,24,25,26],但陳陪榮等研究表明南嶺燕山早期后造山花崗巖年代為180～140Ma,那么在此之前的侏羅紀早期(205～180Ma)花崗巖并不發(fā)育的長達25Ma時間內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境又如何?顯然不能將其簡單等同于后來花崗巖大規(guī)模侵位的構(gòu)造環(huán)境而得出后造山或板內(nèi)非造山裂谷拉張環(huán)境的結(jié)論。又如傅昭仁等根據(jù)湘贛邊區(qū)侏羅紀陸相盆地構(gòu)造樣式等研究認為,整個侏羅紀時期為匯聚走滑造山環(huán)境,但由于陸相盆地只發(fā)育于侏羅紀早期,因此該結(jié)論所涵蓋的時間顯然較相關(guān)地質(zhì)事件的時限偏長。筆者對湘東南地區(qū)燕山早期多種地質(zhì)要素進行統(tǒng)籌研究,得出早、晚階段具有不同構(gòu)造環(huán)境的認識,對研究華南地區(qū)燕山早期構(gòu)造環(huán)境及中生代構(gòu)造演化無疑具有一定的啟示意義。6構(gòu)造環(huán)境分析(1)湘東南汝城盆地為一早侏羅世—中侏羅世初的陸相盆地。下侏羅統(tǒng)心田門組和高家田組主要為內(nèi)陸湖泊—沼澤相碎屑巖沉積,夾有明顯受地殼混染并具低鉀高鈉特征的板內(nèi)拉斑玄武巖,表明早侏羅世汝城盆地為同造山上隆伸展裂陷盆地。中侏羅世初期千佛巖組與下伏高家田組為平行不整合接觸關(guān)系;千佛巖組具類磨拉石沉積特征,局部含高家田組