湘东南茶永盆地白垩纪——古近纪沉积古地理演化_吴学洪.pdf
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1、湘东南茶永盆地白垩纪古近纪沉积古地理演化吴学洪1,徐亚东1,2,3*,许笑玮1,张黎渊1,3,何妍1WU Xue-Hong1,XU Ya-Dong1,2,3*,XU Xiao-Wei1,ZHANG Li-Yuan1,3,HE Yan11.中国地质大学(武汉)地球科学学院流域关键带演化湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074;2.中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室,湖北 武汉430074;3.中国地质大学(武汉)地质调查研究院,湖北 武汉4300741.Hubei Key Laboratory of Critical Zone Evolution,School of Eart
2、h Sciences,China University of Geosciences,Wuhan 430074,Hubei,China;2.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology,China University of Geosciences,Wuhan 430074,Hubei,China;3.Institute of Geological Survey,China University of Geosciences,Wuhan 430074,Hubei,China摘要:华南中新生代沉积盆地的演化历史记录了区域
3、构造、岩浆和气候事件,对其进行研究可以为揭示区域地貌成因和沉积矿产的找矿勘探提供理论支撑。本文综合分析湘东南茶永盆地的地层对比、沉积相、控盆构造和地质事件等资料,揭示其古地理演化过程。根据茶永盆地的岩石组合、地层序列及古生物组合面貌,自下而上划分为栏垅组(K1l)、神皇山组(K1sh)、罗镜滩组(K2l)、红花套组(K2h)、枣市组(K2E1z)5个地层单元;识别出坡积相、洪积相、三角洲平原相、湖泊相4个沉积相类型,其中湖泊相细分出滨湖亚相和浅湖亚相。古流向、沉积物源和控盆断裂分析认为茶永盆地沉积古地理演化分为三个阶段:在早白垩世,盆地南缘受正断层和走滑断层控制发生断陷开始接受沉积,为近源快速
4、堆积的坡积相和滨湖相,物源来自于南部的栖凤渡许家洞低山丘陵区和东部的鲤鱼塘低山区;晚白垩世早期,受盆缘两侧逆冲断层控制,沉积中心向西北迁移,东高西低的地貌格局使得盆地西部成为沉降中心,为最大的湖盆扩张期,物源主要来自于盆地东侧的低山区;至晚白垩世晚期古近纪,盆地沉降中心转移到盆地西缘并收缩形成两个孤立的湖盆,最终受逆冲断层控制萎缩消亡,物源区为西侧和北侧的低山丘陵区。茶永盆地白垩纪-古近纪沉积古地理演化为古太平洋板块和印度板块运动在华南内部的远程响应,构造体制在此期间发生了伸展挤压走滑的三次转变,区域发生的沉积、岩浆、火山事件和季风起源与上述板块运动存在耦合关系。关键词:地层对比;古流向;物源
5、分析;沉积古地理;茶永盆地;湘东南中图分类号:P544+.4;P531文献标识码:A文章编号:2097-0013(2023)02-0214-21Wu X H,Xu Y D,Xu X W,Zhang L Y and He Y.2023.Cretaceous-Paleogene PaleogeographicEvolution of the Chaling-Yongxing Basin in Southeastern Hunan Province.South China Geology,39(2):214-234.Abstract:The Meso-Cenozoic sedimentary bas
6、ins in South China can respond to tectonic,magmatic and cli-matic events,the evolution process of which can provide support for regional geomorphological genesis re-search and prospecting and exploration of sedimentary minerals.In this paper,based on comprehensive analy-sis of stratigraphic comparis
7、on,sedimentary facies,basin-controlling fault and geological events of the Chal-ing-Yongxing Basin(CYB)in southeastern Hunan Province,the sedimentary paleogeographical evolutionwas revealed.According to rock assemblage,stratigraphic sequence and paleontology of the CYB,it was di-收稿日期:2023-4-19;修回日期:
8、2023-5-18基金项目:中国地质调查局项目(DD20221645、DD20190811)第一作者:吴学洪(1997),男,硕士研究生,主要从事沉积学、古地理演化研究,E-mail:通讯作者:徐亚东(1983),男,副教授,从事古生物地层学和沉积古地理研究,E-mail:第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,214-234Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.004第39卷 第2期湘东南地区中生代以来主要发育以碎屑岩为主的陆相沉积,在氧化条件下地层被铁氧化物浸染形成“红层
9、”(Quan C et al.,2014;徐先兵,2022),其中衡阳、醴攸、茶永、株洲、湘潭、长平等红层盆地成为研究焦点。晚白垩世始新世早期衡阳盆地受西风环流、副热带反气旋、沿海山脉造成的雨影效应共同影响形成干旱沙漠/草原气候(Zhang Z et al.,2012;Li X Y et al.,2018;黄乐清等,2019;Xie Y Let al.,2020),发 育 蒸 发 岩 矿 床(Xie Y L et al.,2020)、风成沉积(黄乐清等,2019),晚古新世特提斯海的逐步闭合使得华南地区进入干燥气候期(徐亚东等,2014;王九一等,2021)。矿物、岩石及孢粉组合特征表明湘东南
10、白垩纪-古近纪主要为温暖炎热干旱半干旱的亚热带气候(陈云华,2008;张清如,2009;朱宁等,2020);根据岩性、古哺乳类化石、磁性剖面、介形类动物群和碳同位素研究,衡阳盆地古近纪早期地层可分为古新统栗木坪组和始新统岭茶组(童永生等,2006;张显球等,2010)。茶永盆地为华南褶皱系内NE-SW向展布的断坳型构造盆地,北起茶陵高陇,南止于郴州市苏仙区及邻区,全长大于150 km,宽约15 km,面积约2200 km2(图1),主要受NE-NNE向的茶陵临武、三都郴州连山断裂带控制,断裂对盆地地貌有较强的制约作用(肖本夫等,2019;Xu X B et al,2021),盆内发育一系列复向
11、斜,东侧为高山、西侧为低山丘陵,盆内除西部及南部的一部分为山地环丘陵地形外,多数为悬崖孤峰组成的丹霞地貌。盆地主要发育K-E地层,露头良好,四周主要出露前白垩纪地层及一系列花岗岩体,醴攸盆地西部及衡阳盆地东南部发育少量玄武岩。前人对盆地内沉积地层、古生物、地质构造、沉积相等做了大量研究(湖南省革命委员会地质局区域地质测量队,1965,1969,1970;中南矿冶学院地质系红层科研小组,1975;湖南省地质调查院,2005,2012;赵小明等,2017),由岩相、碎屑组分指数和大气CO2浓度推断盆地晚白垩世-古近纪为较炎热的干旱半干旱气候(刘芮岑等,2018;刘芮岑,2018)。综合前人在盆地获
12、得的地质数据和本次野外工作取得的第一手资料,vided into five stratigraphic units from bottom to top:Lanlong Formation(K1l),Shenhuangshan Formation(K1sh),Luojingtan Formation(K2l),Honghuatao Formation(K2h),and Zaoshi Formation(K2E1z).Four sedi-mentary facies were identified:deluvial facies,diluvial facies,delta plain facie
13、s and lacustrine facies,amongwhich two subfacies were subdivided:shore lake and shallow lake.On the basis of paleocurrent direction,provenance analysis and basin-controlling fault,the sedimentary paleogeographical evolution of CYB was di-vided into three stages:during Early Cretaceous,controlled by
14、normal fault and strike-slip fault,the southernmargin of the basin started to collapse and receive sedimentary and turned to deluvial and shore lake with rap-id accumulation,and the sedimentary sources were from hills and low mountain area in the southern Qifeng-du-Xujiadong and low mountain area in
15、 eastern Liyutang.At early Late Cretaceous,the sedimentary centermigrated northwest-ward to result in west basin subsidence with high area in the east and low area in the westcontrolled by thrust faults on both side of the basin margin,forming the largest lacustrine expansion,and thesources were mai
16、nly from the low mountainous area on the eastside of the basin.At late Late Cretaceous-Pa-leogene,the subsidence center shifted to the western margin of the basin and was contracted to form two iso-lated basins,which were controlled by thrust faults and disappeared eventually.The source area was fro
17、mhills and low mountain area in western and northern sides.The sedimentary paleogeographical evolution ofthe CYB responds to the distant effect of the Pacific plate and Indian plate subduction,and undergoes threeshifts of stretching,extrusion and strike-slip.It is a coupling relationship between the
18、 sedimentary,magmaticand volcanic events in the region and monsoon origin and above tectonic movement in South China.Key words:stratigraphic comparison;paleocurrent direction;provenance analysis;sedimentary paleogeogra-phy;the Chaling-Yongxing Basin;Southeastern Hunan Province吴学洪等:湘东南茶永盆地白垩纪古近纪沉积古地理
19、演化215华 南 地 质2023 年图1 茶永盆地构造格局、位置和研究剖面分布图Fig.1 Tectonic background,research location and section distribution of the Chaling-Yongxing Basina图据湖南省地质调查院(2005)修改;b图据舒良树等(2004)修改1.正断层;2.逆断层;3.走滑断层;4.橄榄-伊丁玄武岩;5.燕山期花岗岩;6.印支期花岗岩;7.加里东期花岗岩;8.枣市组;9.红花套组;10.罗镜滩组;11.神皇山组;12.栏垅组;13.东井组;14.侏罗系;15.三叠系;16.二叠系-泥盆系;1
20、7.奥陶系-南华系;18.剖面;19.县市;20.乡镇;21.研究区范围本文基于盆地的地层对比、沉积环境分析、古流向和物源数据,探讨盆地的沉积演化过程及其控制因素。1 白垩纪古近纪地层划分和对比1.1 研究剖面概述根据 7 条剖面的岩石组合特征、沉积序列(图2)可将茶永盆地白垩纪-古近纪地层自下而上划分为:神皇山组(K1sh)、罗镜滩组(K2l)、红花套组(K2h)、枣市组(K2E1z)4个岩石地层单位。剖面a主要发育神皇山组,剖面b发育神皇山组至红花套组3套地层,剖面c、d则4套地层皆有发育,剖面e、f发育罗镜滩组至枣市组3套地层,剖面g主要发育红花套组。此外,后文补充盆地西南部发育的栏垅组
21、216第39卷 第2期(湖南省地质调查院,2005)。沉积构造是分析地层层序、搬运介质、古水流、沉积环境等的重要依据,目前已对野外调查发现的盆地内原生沉积构造进行系统划分。本文共划分出三大类原生沉积构造:(1)层内构造:水平层理(图3 a);平行层理(图3 b);粒序层理(图2,正、逆粒序层理);斜层理:单向斜层理(图3 c)、波状交错层理(图3d)、槽状交错层理,即舟状交错层理(图3 e)、楔状交错层理(图3 f)、交错泥砾斜层理(图3 g)等;透镜状层理(图3 h);砾石条带层理(图3 i、j);波状斜层理(图3 k)。(2)顶底面规则或不规则的层面构造:冲刷面构造(图3 l);虫迹(图3
22、 m);波痕(图3 n);泥裂(图3 o)。(3)准同生变形构造:崩塌构造(图3 p);贯入构造(图3 q);c 涡流构造(图3 r)。本文依据地层的主要岩石类型及岩性组合规律共划分出坡积相、洪积相、三角洲平原相、湖泊相4类沉积相,其中湖泊相又划分出滨湖相、浅湖相2类亚相。坡积相以角砾岩为主;洪积相主要以厚层砾岩为主,局部夹砂岩;三角洲平原相主要以砂岩与砾岩互层为主,局部会以砂岩或者含砾砂岩为主;滨湖相主要以砂岩为主,局部夹砾岩,浅湖相岩性比较复杂,主要为泥岩、泥灰岩、灰岩、砂岩、砂质泥岩、砾岩。根据剖面岩性组合、沉积序列以及生物化石等特征本文划分出了K1/K2界线、K2/E界线(图2)。在剖
23、面上,K1/K2界线处岩性组合出现了巨大差异,下图2 茶永盆地沉积剖面地层对比Fig.2 Lithological column and stratigraphic comparison of the Chaling-Yongxing Basin剖面d和g为本文实测剖面,其他剖面据中南矿冶学院地质系红层科研小组(1975)修改,具体位置见图11.泥岩;2.含砂泥岩;3.灰岩;4.泥灰岩;5.粉砂岩;6.细粒砂岩;7.中粒、中细粒、中粗粒砂岩;8.长石石英砂岩;9.含砾砂岩;10.含砂砾岩;11.砂质砾岩;12.细砾岩;13.中、中细、中粗砾岩;14.粗砾岩;15.角砾岩;16.水平层理;17.
24、正粒序层理;18.逆粒序层理;19.冲刷面构造;20.滑塌层理;21.楔状交错层理;22.沉积旋回辅助线;23.枣市组;24.红花套组;25.罗镜滩组;26.神皇山组;27.浅湖相;28.滨湖相;29.三角洲平原相;30.洪积相;31.坡积相吴学洪等:湘东南茶永盆地白垩纪古近纪沉积古地理演化217华 南 地 质2023 年部为厚层砂岩,上部为厚层砾岩,界线处出现冲刷面构造;K2/E界线处出现了岩性组合的明显差异,其中本文实测剖面d在界线处出现13 cm的灰绿色粉砂岩、粉砂质泥岩条带。1.2 沉积相分析1.2.1 坡积相下白垩统主要发育于许家洞镇三都镇一带,上白垩统主要发育于金紫仙镇湖口镇一带,
25、为一套底砾岩,有重力崩塌和滑塌堆积两类成因,常发育于山麓及滨湖地带,属于近源堆积,重力崩塌者成分单一,无分选、无层理、无定向排列、形状不规则,常成堆产出(图4 a);滑塌堆积者多为泥砂质、铁质充填胶结,较疏松、易风化,灰岩为主的砾石则以灰质胶结为主,胶结紧密,成分不稳定,厚度变化大,岩层倾角较陡,大于30 40。1.2.2 洪积相盆地东部于晚白垩世隆升,使得洪水期所携带的碎屑物质在东部山麓地带大量沉积形成洪积图3 原生沉积构造素描图Fig.3 Sketch of the primary sedimentary structure(a)水平层理(柏林虹桥村);(b)平行层理(永兴龙形市);(c)
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