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(xué)家現(xiàn)在關(guān)注的熱點(diǎn)問題。關(guān)于這一點(diǎn)有很多爭(zhēng)論。可以總結(jié)出以下兩個(gè)主導(dǎo)觀點(diǎn)。一個(gè)是與太平洋板塊形成相關(guān)的陸拱和高差，另一個(gè)是與內(nèi)陸巖和石圈擴(kuò)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(shí)期,燕山早期(侏羅紀(jì))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(duì)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(jì)時(shí)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(jìn)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(duì)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(duì)侏羅紀(jì)構(gòu)造環(huán)境提出了新的認(rèn)識(shí):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(rèn)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(duì)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(duì)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(shí)代汝城盆地位于諸廣山巨型復(fù)背斜的西面,發(fā)育于級(jí)別與規(guī)模較小的汝城復(fù)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(fù)理石沉積,夾少許硅質(zhì)巖和灰?guī)r,在加里東運(yùn)動(dòng)中強(qiáng)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(yùn)動(dòng)變形而發(fā)育NNE向褶皺、斷裂,組成汝城復(fù)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(zhǎng)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(dòng)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(jì)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(zhǎng)帶狀,長(zhǎng)約42km,寬1～3.5km。盆地內(nèi)侏羅紀(jì)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(zhǎng)80km以上。斷裂面傾向290°～315°,傾角42°～55°。沿?cái)嗔岩娪袑捈s10～16m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(zhǎng)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(jí)滑動(dòng)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(gè)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(xì)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(duì)比,時(shí)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(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dāng),時(shí)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(xì),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(zhǎng)城嶺等地發(fā)育的同時(shí)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(xué)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(cè)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(shí)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(zhǎng)的時(shí)間(排漿時(shí)差)(可能為數(shù)百萬年)。這種封閉作用需要一個(gè)區(qū)域背景上收縮擠壓應(yīng)力場(chǎng),或者導(dǎo)致玄武巖上侵噴發(fā)的拉張程度非常有限,從而可以進(jìn)一步推斷該時(shí)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(shí)上,汝城盆地位于區(qū)域大型隆起——諸廣山巨型復(fù)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(yùn)動(dòng)為湘東南地區(qū)中生代最強(qiáng)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(dòng)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?？傊?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(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)比,大致確定其形成時(shí)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(jì)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(shí),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(yùn)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(yuǎn)小于貝溪-雞毛嶺斷裂,未對(duì)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(jí)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(jí)壓扭性斷裂,它們?cè)诘乇硗ǔ１憩F(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(jì)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(dǎo)致早侏羅世裂陷盆地力學(xué)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(rèn)識(shí)。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(gè)同位素年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),表明該期花崗巖的具體侵位時(shí)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(dòng)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(zhǎng)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(jī)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(jì)花崗閃長(zhǎng)質(zhì)小巖體(172～173Ma)的地球化學(xué)特征后,也認(rèn)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(duì)區(qū)內(nèi)燕山早期近20個(gè)花崗巖體分別進(jìn)行了仔細(xì)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(duì)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(jì)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(dòng)為主要表現(xiàn)。鑒于這一發(fā)展過程是地球動(dòng)力學(xué)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(duì)燕山早期花崗巖形成于后造山構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)是一種有力的佐證;同時(shí),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(jìn)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。前人常常基于沉積巖、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(duì)華南燕山早期構(gòu)造環(huán)境進(jìn)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(shí)限性),因此研究得出的結(jié)論可能存在時(shí)間上以偏概全的問題。如當(dāng)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(jì)早期(205～180Ma)花崗巖并不發(fā)育的長(zhǎng)達(dá)25Ma時(shí)間內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境又如何?顯然不能將其簡(jiǎn)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(jì)陸相盆地構(gòu)造樣式等研究認(rèn)為,整個(gè)侏羅紀(jì)時(shí)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(jì)早期,因此該結(jié)論所涵蓋的時(shí)間顯然較相關(guān)地質(zhì)事件的時(shí)限偏長(zhǎng)。筆者對(duì)湘東南地區(qū)燕山早期多種地質(zhì)要素進(jìn)行統(tǒng)籌研究,得出早、晚階段具有不同構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí),對(duì)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