西藏岡底斯帶甲馬弧內(nèi)盆地上侏羅世至白堊系層序地層研究

西藏岡底斯帶甲馬弧內(nèi)盆地上侏羅世至白堊系層序地層研究

岡土斯帶的地質(zhì)科學(xué)問題吸引了國內(nèi)外的科學(xué)家。迄今為止,所進(jìn)行的研究工作主要集中在該帶東段的江孜—日喀則—拉薩至甲馬地區(qū),并積累了較豐富的構(gòu)造(麥爾西葉等,1984;周詳?shù)?1989;高延林等,1990;黃澤光等,1997;肖秋茍等,1997)、地層古生物(巴蘇雷等;1984;徐鈺林等,1989;夏代詳?shù)?1997)、沉積與巖相古地理(巴蘇雷等;1984;余光明等,1990;劉寶珺等,1993;肖秋茍等,1997)、火山巖漿作用(桂訓(xùn)唐等,1982;王松產(chǎn),1984;馬呂斯基等,1984;Schareretal.,1984;Harrisetal.,1988;Pearceetal.,1988)、礦床地質(zhì)(潘鳳雛等,1997;杜光樹等,1998)以及鄰區(qū)日喀則弧前盆地的層序地層(Einseleetal.,1993;李祥輝等,1997)、甲馬銅多金屬礦區(qū)層序地層(杜光樹等,1998)等方面的資料。尤其對岡底斯島弧的火山巖漿作用、沉積與構(gòu)造研究較深入。但是層序地層學(xué)方面相對欠缺和不足。甲馬礦區(qū)屬于岡底斯火山巖漿弧并與噴流成因有關(guān)的特大型銅多金屬礦床(潘鳳雛等,1997;杜光樹等,1998)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,選取該典型礦床作為研究對象,試圖重新建立礦區(qū)的層序地層年代框架;初步探討層序地層特征與成礦耦合的關(guān)系。1晚侏羅世至晚白堊世甲馬火山島弧帶甲馬弧內(nèi)盆地與位于岡底斯火山巖漿弧東段的甲馬島弧演化密切相關(guān),是在具陸殼基底的火山島弧背景上堆積起來的火山-沉積盆地(肖秋茍等,1997;黃澤光等,1997;潘鳳雛等,1997)。盆地內(nèi)主要沉積一套中新生代的濱、淺海相活動大陸邊緣的沉積物(潘鳳雛等,1997;余光明等,1990;杜光樹等,1998),并以巨厚的弧火山巖和碎屑巖夾少量碳酸鹽巖為特征?；鹕綅u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(杜光樹等,1998),但在晚侏羅世至晚白堊世甲馬火山島弧不活動,淺水環(huán)境堆積起來的厚達(dá)5000余米沉積物中沒有弧火山巖層(圖1)。其中查切果組(J1-2ch)系一套陸棚相細(xì)碎屑巖夾弧火山巖和少量灰?guī)r的沉積,葉巴組(J2-3y)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(J3q)由河流-濱岸相的粗碎屑巖組成,多底溝組(J3d)為臺緣生物礁相碳酸鹽沉積,林布宗組(J3—K1)由潮坪相細(xì)碎屑巖構(gòu)成;楚木龍組(K1ch)系濱岸相砂巖夾板巖、礫巖等沉積,塔克拉組(K1t)為一套濱岸相細(xì)粒的碎屑巖夾灰?guī)r沉積,設(shè)興組(K2sh)由濱岸相巖屑砂巖、板巖夾少量灰?guī)r組成;林子宗組(K2—E1)為第二階段主體島弧發(fā)育期的厚度大于1630m的淺水弧火山巖夾碎屑巖堆積,新近系為陸相粗碎屑巖?，F(xiàn)今的侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)地層受構(gòu)造的控制呈近東西向展布,并被疊瓦式的逆沖斷裂擾動并破壞成條塊狀,變形與變質(zhì)較強(qiáng)烈,發(fā)育劈理化和片理化。同時燕山期與后來的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。2層序地層時代格架的建立杜光樹等(1998)曾對礦區(qū)的層序地層作過初步研究,在上侏羅統(tǒng)至白堊系中劃分出3個層序。本次通過精細(xì)的沉積相、區(qū)域構(gòu)造與地層特征、層序界面識別、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。在晚侏羅世至白堊世地層中,共識別出7個三級層序,包括1個Ⅰ類層序和6個Ⅱ類層序。并初步探討了層序地層與成礦作用的耦合關(guān)系。3層序界面的類型和特征3.1巖相變化界面該界面位于上侏羅統(tǒng)卻桑溫泉組底部,它與區(qū)域性的角度不整合面一致(杜光樹等,1998),是被構(gòu)造運(yùn)動加強(qiáng)了的不整合界面。其發(fā)生的時間對應(yīng)著雅魯藏布江古大洋向北的俯沖所導(dǎo)致的葉巴期強(qiáng)烈的岡底斯島弧火山巖漿活動與末期的島弧隆升期,構(gòu)造應(yīng)力場以擠壓為特征。界面上、下巖性巖相組合發(fā)生突變。界面下為濱淺海相的葉巴期島弧鈣堿性系列的火山巖夾變質(zhì)的砂、板巖沉積,界面上為普遍發(fā)育的河流相礫巖、粗砂巖夾泥頁巖(圖2)。該界面以廣泛的河流回春、陸棚暴露并被深切谷充填與相的突變及向盆地遷移為特征,是火山島弧的強(qiáng)烈隆升與海平面快速下降造成的,屬典型的I類層序界面。3.2層序界面巖相在硅質(zhì)碎屑體系中,Ⅱ類層序界面多半為巖性、巖相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面,既可見于碎屑巖與碳酸鹽巖界面之間,例如第三個層序的底界面(圖2),也發(fā)生于碎屑巖的巖相界面上。該界面上無相的突變、河流回春以及深水重力流沉積。界面上以加積為主或退積為主的向上變細(xì)變深序列的碎屑沉積,界面下為向上變粗變淺的進(jìn)積序列的碎屑沉積。在碳酸鹽體系中,Ⅱ類層序界面也為巖性、巖相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面,如圖2中的第2層序底界面。該界面與初始海泛面重合,界面下為向上變淺的進(jìn)積型海綿礁相組合,界面上為向上水體變深的退積型沉積序列,其中因海平面上升而造礁海綿呈串珠狀、柱狀生長,骨架之間的障積灰泥增加,代表一種水體向上加深的環(huán)境。3.3海底的生物環(huán)境這里主要包括初始海泛面和最大海泛面(mfs)、它們是劃分體系域的關(guān)鍵界面。(1)初始海泛面:在硅質(zhì)碎屑體系中,初始海泛面上堆積的既可以是砂質(zhì)沉積物,也可以是泥質(zhì)沉積物,前者代表了初始的海進(jìn)發(fā)生時,界面下沉積物和界面上的沉積物被強(qiáng)烈沖刷、剝蝕和簸選的高能量的水動力環(huán)境。后者多半具有以常見的生物擾動構(gòu)造和生物數(shù)量、種類的增加為特征,暗示著水體變深的低能水動力環(huán)境。在碳酸鹽體系中,主要見于多底溝組海綿礁組合中。界面下為礁后坪泥灰?guī)r,界面上為礁核相海綿礁骨架灰?guī)r。代表了海底波痕作用增強(qiáng)和水體加深的轉(zhuǎn)變面。(2)最大海泛面:不論是硅質(zhì)碎屑體系還是碳酸鹽體系,最大海泛面均為極薄層含生物泥灰?guī)r。界面下為退積序列沉積,界面上為進(jìn)積序列沉積。在銅山剖面上可見到界面上海綿礁灰?guī)r向盆地方向發(fā)生下超的現(xiàn)象。4層序sq基于Ⅰ類與Ⅱ類層序界面以及其他關(guān)鍵界面性質(zhì),建立了礦區(qū)晚侏羅世至白堊紀(jì)層序地層年代格架,共識別出7個三級層序,其中1個I類層序和6個Ⅱ類層序,其特征如下。第1層序(SQ1):對應(yīng)于卻桑溫泉組至多底溝組下部地層。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。低水位體系域(LST)由深切谷充填的廣泛發(fā)育的河流相礫巖、含礫砂巖和砂巖夾泥頁巖構(gòu)成;海侵體系域(TST)為一套下部濱岸相細(xì)粒的砂、板巖與上部碳酸鹽沉積,后者主要由淺灘相亮晶砂屑、礫屑和生物灰?guī)r及泥灰?guī)r構(gòu)成。高水位體系域(HST)為4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;其中單個礁旋回均是向上變薄變淺的生態(tài)礁生長序列,旋回下部為海綿礁核相的骨架灰?guī)r、障積巖與粉砂巖,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):對應(yīng)于多底溝組上部地層。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。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,生物骨架間的障積灰泥增多,這些暗示著海水加深,水動力能量變?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與泥灰?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)礁向上生長變淺的序列,上部礁旋回則被陸源砂、泥及碎屑沉積物所抑制并中止。第3層序(SQ3):見于林布宗組下段。層序底界面為Ⅱ類界面,屬Ⅱ類層序。該層序以大套的碎屑沉積的出現(xiàn)為特色。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):見于林布宗組上段。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,凝縮段為含小個體雙生物的泥灰?guī)r;高水位體系域?yàn)橛沙遍g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):見于楚木龍組。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)。自下而上分別為由后濱礫巖、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):見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(SQ,):見于設(shè)興組中上部,該層序的頂界面為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)育為特色,自下而上由海侵體系域與高水位體系域構(gòu)成;前者為障壁島砂巖夾板巖,后者為一套進(jìn)積序列的瀉湖相板巖夾砂巖與透鏡體灰?guī)r的沉積。5不同層序地層格架及其成礦關(guān)系與上侏羅統(tǒng)多底溝組地表露頭剖面所劃分出的2個三級層序一樣(圖2),在地下ZK13鉆孔剖面中也可標(biāo)定出2個三級層序(圖3),這說明地表與地下層序地層格架的一致性。目前,在地表所觀察到的海綿礁控礦特征在地下也能得到證明,正如圖3所示的那樣。從圖3可知,在364.09m孔深的ZK13孔上,發(fā)育著礦化類型有別、厚度不等、品位變化的Cu多金屬礦體共計9層,它們分別出現(xiàn)在不同類型的層序和體系域中。首先,不同層序類型賦存著不同礦化特征的Cu多金屬礦體,在第1層序中以厚度相對厚、品位較穩(wěn)定的Cu、Mo礦體為特色,第2層序中以厚度相對薄、品位變化大的Cu礦體為特征。其深層次原因還有待進(jìn)一步詳細(xì)的研究工作。其次不同體系域的控礦機(jī)制也不同,不論第1層序(SQ1)還是第2層序(SQ2),它們的海侵體系域與高水位體系域均賦存著具工業(yè)價值的Cu多金屬礦體。一個明顯的差別是海侵體系域所產(chǎn)的礦體厚度比高水位體系域要小得多,推測與不同成因的海綿礁孔滲結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)楹Ｇ煮w系域是在快速的海平面上升形成的,生物礁處于水動力相對弱和水相對深的沉積環(huán)境,造礁生物以串珠狀、連環(huán)狀的串管海綿為主,可捕集到更多的灰泥,這兩者均可降低有效的骨架孔隙與增加巖石的軟韌性。然而高水位體系域以海平面緩慢上升和下降為特點(diǎn),在此期間所形成的海綿礁孔滲性更佳,由于處于水動力相對強(qiáng)和水相對淺的沉