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的侏羅世紀地層（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。侏羅紀至白堊紀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;多底溝組為臺緣生物礁相碳酸鹽沉積;林布宗組由潮坪相細碎屑巖構(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-白堊紀地層受構(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)較強烈,發(fā)育辟理化和片理化。同時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,甲馬弧內(nèi)盆地沉積了一套濱、淺海相活動大陸邊緣的沉積物。其中,火山島弧分別在葉巴期和林子宗期經(jīng)歷了兩次強烈的火山活動,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短的時限內(nèi)占據(jù)地層柱(圖1)上厚度的一半以上,而其余大部分的時間沉積厚度較少,且火山島弧變得不活動,成為一個類似殘留弧的火山島,后來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、姚鵬等(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。本次通過沉積相、區(qū)域構(gòu)造與地層特征,Ⅰ與Ⅱ類層序界面識別,體系域特征與準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地層中,共識別出七個3級層序,包括1個Ⅰ類層序和6個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巖構(gòu)成;海侵體系域為一套下部濱岸相的細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。高水位體系域為4套海綿礁沉積旋回構(gòu)成向上變粗變淺的進積序列的沉積;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。該層序為Ⅱ類層序,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。陸棚邊緣體系域(SMST)與海侵體系域由潮下板巖夾細粉砂巖組成,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。其中海侵體系域為潮下板巖夾粉細砂巖構(gòu)成退積型的向上變細變深的沉積,凝縮段為含小個體雙生物的泥灰?guī)r;高水位體系域由潮間砂板巖組成的向上變粗變厚的進積型序列的沉積。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)為標志,具清晰的三分結(jié)構(gòu)特點。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。該層序為Ⅱ類層序,以海侵滯留含礫砂巖與砂巖的突然出現(xiàn)為標志,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—白堊紀弧內(nèi)盆地的形成演化劃分為5個階段,它們分別為:①具深切谷的碎屑陸架階段;②碳酸鹽臺地與海綿礁形成階段;③滯流的碎陸架階段;④無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個階段的演化過程中盆地共經(jīng)歷了7次三級海平面周期,發(fā)育了反復變淺變深的海退與海進沉積序列,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。下面所提供的僅是甲馬弧內(nèi)盆地在晚侏羅世至白堊紀這段相短暫期間的演化過程的細節(jié)描述。3.1島嶼在島弧的不活動區(qū)域中出現(xiàn)殘弧,這是我國新農(nóng)村相當于層序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烈隆升造成的,當葉巴期島弧強烈火山巖漿活動的時候,總體上還處于淺水環(huán)境。在島弧活動晚期或變得不活動的末期,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的隆凹相間的殘留弧。在這個不活動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,搬運來的沉積碎屑充填在深切谷里,形成礫、砂巖與泥頁巖,或者被搬運到更遠處的海里。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,變成一個相對平坦的碎屑陸架,在陸架的邊緣海岸處堆積起淺水的細粉砂巖和板巖的沉積。3.2海綿礁和海底邊緣礁相當于SQ1上部,SQ2與SQ3的碳酸鹽沉積階段。在填平補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愈穩(wěn)定以及海平面的上升,趨向于有利于碳酸鹽生長的清水環(huán)境。開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,后來隨著淺灘向海向盆方向推進,碳酸鹽臺地變寬增大。一旦時機成熟,海綿生物占據(jù)淺灘生長的地方,開始繁殖和建立自已的家園。形成海綿礁灰?guī)r。海綿礁的成長與海平面變化密切相關(guān),礦區(qū)所識別出的6套海綿礁旋回是海平面變化的結(jié)果。在大部分時間里,海綿礁的生長速率都能追趕上海平面變化速率,發(fā)育進積型的礁。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高變寬變陡,礁的演化達到成熟期。此時的礁以加積和進積的生長方式向海方向遷移,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看,海水深度逐漸變淺;同時也表明礦區(qū)的海綿礁屬典型的臺地邊緣礁?？傮w上來說,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)展過程,它的成長與海平面上升有關(guān)。3.3鑲邊獨立的海底地形相當于層序SQ3與SQ4沉積階段。在海綿礁走向成熟的演化過程中,碳酸鹽臺地變成一個海底地形起伏不定的鑲邊臺地,接下來的海平面下降不僅中斷了生物礁的發(fā)育和碳酸鹽臺地的生長,也造成了局限與封閉的港灣環(huán)境。被搬運來的陸源碎屑沉積物堆積在早先的鑲邊碳酸鹽臺地上,形成潮坪相的細粒砂板巖,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于層序SQ5和SQ6的沉積階段。經(jīng)過滯流海岸的碎屑陸架的充填和堆積,迎來了中國西部白堊紀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)了開闊海環(huán)境,海水循環(huán)暢通,海底水動力能量高。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、簸選強烈的開闊海岸環(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)向陸推進和上超,發(fā)生岸進現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)沉積了一套以更細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最大海進時期相對應(yīng)。該階段向上變細變深的漸進式的碎屑巖堆積表明,無障壁海岸的碎屑陸架與甲馬火山島弧較長時間不活動和持續(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愈少的陸源碎屑物質(zhì),形成區(qū)內(nèi)難得一見的開闊而平坦的碎屑陸架。3.5障壁島古地理相當于層序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)。在相對平的碎屑陸架上發(fā)育起來的障壁島不斷向海推進,障壁島后面的湖也隨著向海遷移,并依次占據(jù)原先障壁島生長的地方。在縱向剖面上構(gòu)成清晰的進積型障壁島沉積序列。隨著障壁島的增長,海底地形變得復雜,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,