安徽沿江地区中三叠世砾岩成因再讨论

王 朝, 储东如, 刘家云, 徐锦龙

(安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001)

安徽沿江地区中三叠世砾岩成因再讨论

王 朝, 储东如, 刘家云, 徐锦龙

(安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001)

中三叠世周冲村组砾岩作为研究金子运动存在与否的重点之一,其成因争议较大。本次研究发现安徽沿江地区该段砾岩存在多种成因,而并非前人认为的属单一的膏溶或岩溶成因。下部砾石以斜坡重力流、膏溶、岩溶及洞穴垮塌成因为主,上部砾石以搬运成因为主,且周冲村组沉积相与上覆黄马青组沉积相迥异,说明两者之间存在着明显的沉积转换界面。

安徽沿江地区;中三叠世;周冲村组;砾岩;金子运动

金子运动作为早印支期一次尚未被地质工作者全部认同的构造运动,其争议的焦点之一为周冲村组白云岩上部砾石的成因。前人对该砾岩层做过众多研究,并提出诸多观点,但未达成共识。主要分为承认金子运动存在与不存在[1-4]。认为金子运动存在,但其活动性质及与南象运动的主次关系仍未定论。部分学者认为金子运动是印支期重要的褶皱运动,而南象运动只是对此褶皱进一步加强[5-8];另一部分学者认为金子运动期间构造活动仅仅表现为地壳的抬升,南象运动才是形成褶皱的主构造幕[9-10]。而第三种观点认为金子、南象运动皆为印支期重要的构造运动[11]。

因此针对金子运动是否存在,及其与印支期褶皱的关系问题,本文对安徽沿江地区中三叠世黄马青组碎屑岩下部与周冲村组白云岩上部之间砾岩层的成因进行了详细的调查研究,以期为金子运动存在与否提供些沉积学方面的证据。

1 基本地质概况

安徽沿江地区位于扬子陆块东段北缘,属于下扬子凹陷带的一部分。中三叠世周冲村期之前主要为海相沉积,早—中三叠世地层主要为一套碳酸盐岩,自下而上为下三叠统殷坑组、和龙山组、南陵湖组,中三叠统周冲村组及黄马青组。其中殷坑组以泥岩、泥灰岩为主,向上泥质成分减少;和龙山组以泥质条带灰岩与泥岩互层为特征;南陵湖组主要沉积蠕虫状灰岩及粒屑灰岩,反映水体相对较浅。周冲村组以沉积白云岩、膏溶砾岩及膏盐层为代表;黄马青组为一套海陆交互相的碎屑岩。上述可以看出,从早三叠世殷坑期至中三叠世黄马青期构成一个完整的海退序列(图1)。

年代地层岩石地层界系统组岩性描述沉积相中生界三叠系中三叠统下三叠统黄马青组上段：紫红色云母粉砂岩、细砂岩下段：杂色泥质粉砂岩、细砂岩周冲村组上段：复成分砾岩，含砾砂屑灰岩下段：白云岩、白云质灰岩，灰岩夹膏溶角砾岩南陵湖组上段：灰、灰白、浅灰色薄层—中厚层具微细层理微晶灰岩下段：灰色瘤状灰岩、砾屑灰岩，具蠕虫状构造和龙山组上段：浅灰、青灰色薄层泥质条带灰岩夹钙质页岩、页岩下段：灰、青灰色泥质条带灰岩、薄层灰岩、钙质页岩互层殷坑组上段：黄绿色钙质页岩夹微晶灰岩、同生角砾状灰岩下段：黄绿色钙质页岩夹钙质泥岩、泥灰岩、灰白色粘土岩三角洲泻湖斜坡∫陆棚

图1 安徽沿江地区下中三叠统地层简图
Fig.1 Stratigraphic diagram of Lower and Middle Triassic along the Yangtze River in Anhui

2 早—中三叠世沉积环境

安徽沿江地区早—中三叠世下扬子海西与鄂、赣中上扬子海沟通,东与太平洋相连。早—中三叠世是华南地区最后一次海退期,即下扬子海开始萎缩,逐渐由深水陆棚相向较深水斜坡相、潮坪相和陆相的过渡时期[4](图2)。

图2 安徽南部早—中三叠世岩相古地理略图(据安徽省地质志修改)Fig.2 Sketch map of early-middle Triassic lithofacies paleogeography in south of AnhuiA.早三叠世晚期;B.中三叠世早期;C.中三叠世晚期。

2.1 早三叠世殷坑期沉积环境

本期的古地理面貌基本与二叠世末期的一致,大部分为较深水环境,海底地形也比较开阔平缓,其海侵范围与晚二叠世海基本一致。岩性主要由较深水陆棚区泥页岩和泥晶灰岩组成,且以泥质沉积物为主,与较深水相大隆组灰黑色放射虫硅质岩和硅质泥岩连续过渡。

2.2 早三叠世和龙山期沉积环境

本期古地理格局基本与殷坑期相同,下扬子海变化不大。由于海水稍微变浅,故浅水台地相有所扩大,斜坡相缩小,盆地区向南延伸。但总体地形仍为陆棚相,属潮下低能带。岩性主体由钙质泥页岩与薄层泥晶灰岩或瘤状灰岩互层组成。

2.3 早三叠世南陵湖期沉积环境

由于江南古陆的抬升,海水明显退却,导致下扬子地区海水变浅,已发展为碳酸盐台地。皖南浅水台地范围扩大到宿松、铜陵及芜湖一带;斜坡相带也随之移至安庆—铜陵以西;盆地相仅限于巢湖及其西北地区。虽然海底地形较为开阔,但水循环受到一定限制;再加上气候干燥,海水开始咸化,出现蠕虫状微晶灰岩及砾屑灰岩。

2.4 中三叠世周冲村期沉积环境

受华北板块与扬子板块近南北向挤压应力作用,地壳不断抬升,导致海水从东西两个方向退却,面积缩小,海水变浅。泾县—宣城及其以南地区上升为陆地,长江两岸处于潮上萨布哈、滨海斜坡及潮下膏盐湖沉积环境,形成白云岩、白云质灰岩等碳酸盐沉积。

2.5 中三叠世黄马青期沉积环境

下扬子地区处于强烈的挤压应力环境,并产生一系列推覆构造,在推覆体前缘形成对冲前陆盆地。此时处于海陆交互的沉积环境,陆源碎屑物质逐渐增多,形成了以河流作用为主的海退三角洲相沉积。岩性为灰黄、黄绿、灰绿等色粉砂岩、粉砂质页岩。

3 周冲村组砾岩段特征

该段砾岩主要位于周冲村组白云岩段上部,通过对安徽沿江地区该套砾岩出露区野外地质调查发现,该套砾岩总体呈块状产出,内部砾石大小不一,磨圆、分选也略有差别,且砾石成分较为复杂,具体特征如下:

3.1 砾石成层性

该套砾岩层在安庆、宿松、铜陵等沿江地区均稳定出露,位于周冲村组(东马鞍山组)厚层白云岩、灰岩上部,砾石层自下而上大致分为三层:下部白云岩、白云质灰岩砾石;中部灰岩砾石;上部为多成分砾石。

3.2 砾石成分

沿江地区该套砾岩中的砾石成分复杂,包括灰岩、白云岩及碎屑岩。其中砾岩层下部为白云岩、白云质灰岩砾石,砾径大小在2～50 cm之间,其磨圆度极差,几乎无分选性,为垮塌快速堆积;砾岩层中部砾石主体为灰岩,其中以下三叠统南陵湖组蠕虫状灰岩较为典型,砾径较下部总体略有变小,砾石磨圆度差,总体呈棱角状、次棱角状,个别见次圆状,砾石分选性一般。而在铜陵及青阳等地相同层位均见砾中砾(图5),即砾石中包裹砾石,两者岩性存在不同程度的差异。上部砾石成分更为复杂,岩性为石英砂岩、硅质岩、白云岩、微晶灰岩。前人还在该砾岩段发现碎屑岩砾石,且上部砾石比下部砾石明显变小,其中硅质岩、石英砂岩等下伏地层的砾石磨圆度及分选性均较好,其中石英砂岩属五通群,硅质岩砾石原属二叠纪地层。前人研究认为硅质岩砾石属栖霞组内的燧石或孤峰组硅质岩,上述岩石经风化后呈凸出状。上述特征构成了一个典型的正常侵蚀区物源的沉积序列(图3)。

图3 安徽沿江地区周冲村组砾岩综合柱状简图(据董树文,1994修改)Fig.3 Comprehensive columnar section of the conglomerate layer of Zhouchongcun Formation along the Yangtze River in Anhui

3.3 砾岩层基质差异

周冲村组砾岩层至少存在三种以上基质成分,与不同的砾石成分共同形成砾岩层的分带性。第一种为白云质基质,在下部及底部出现,包裹的砾石主要为白云岩,风化后呈灰白、土黄色,局部略带肉红色,滴酸不起泡(图4-A)。第二种基质为灰质,多出现在灰岩为主的砾石之间,风化呈灰、浅灰,局部呈灰黄色,且滴酸剧烈起泡(图4-B)。第三种基质为含泥砂基质,主要出现在上部复成分砾岩之间,风化面可见大小不一的砂质颗粒凸起,局部基质具顺层性(图4-C)。

图4 周冲村组砾岩基质类型Fig.4 Conglomerate matrix types of Zhouchongcun FormationA.白云质基质;B.灰岩基质;C.含泥砂基质。

3.4 砾石的形态差异

具体表现为沿江两岸地区周冲村组砾石存在局部差异,其中长江以南铜陵龙潭肖地区周冲村组中部可见复砾石,即砾石内部仍见砾石,内部砾石磨圆、分选性均极差,砾石之间为基底式胶结,砾石与基质边界分明,这一特征仅出现在长江以南地区(图5),长江以北地区均未见。长江以北地区中上部砾石成分较长江以南地区复杂,如无为、巢湖、宿松等地上部砾石包括白云岩、灰岩、硅质岩、石英砂岩、砂岩(图6),而长江以南地区该部砾岩多为灰岩砾石,局部见极少量白云岩及硅质岩砾石,两者略有区别。

野外观察及上述描述均可反映该砾岩段由下而上砾石组分由简单到复杂,砾径由大变小、由粗变细,分选性由差变好的渐变规律。

4 砾岩成因分析

前人通过对不同地区周冲村组砾岩段的研究,得到近乎相反的结论,例如孙万铨等(1981)通过研究认为青龙群顶部富含膏盐矿床的地层在应力作用下产生塑性变形,使其沉积夹层揉皱破碎呈碎块,或因无水石膏接近地表时,水化为含水石膏,体积增大,形成刺穿构造,使临近地层及本身夹层变形破碎,当盐类进一步被水淋滤、掏空,在重力作用下,其围岩、夹层甚至上覆地层发生垮塌,破碎混杂后再胶结而成砾岩,通称“岩溶砾岩”,进而认为金子运动不存在。周育才(1992)研究发现铜陵、繁昌地区中三叠统东马鞍山组(今周冲村组)之上、黄马青组之下广泛发育一套砾岩层,该套砾岩中砾石成分除白云岩、灰岩外,尚可见硅质岩、硅质页岩等陆源混入物,甚至在石壁山的砾岩中发现较多的石英砂岩、岩屑石英砂岩的砾石,而以上砾石是由下伏地层风化破碎后经搬运沉积而成,与岩溶、膏溶成因砾石迥然不同。

图5 砾中砾Fig.5 Gravel in conglomerate

图6 江北地区(石涧)复成分角砾Fig.6 Polymictic braccia in north area of the Yangtze RiverA.石英砂岩砾石;B.硅质岩砾石;C.蠕虫状灰岩砾石;D石英底砾岩砾石。

由此可见,前人对该套砾岩的观察并不全面,往往只是对研究区周冲村组出露的某一段研究,并获得不同的结论,进而影响对印支早期金子运动存在与否的判断。同时前人描述周冲村组上部砾石时多认为是膏溶成因砾石,而笔者通过对沿江地区该套砾岩出露较全的地区研究发现,并非全部是膏溶成因砾石,还包括重力成因、岩溶成因,亦存在搬运成因。现分述如下:

4.1 重力流成因砾岩

该成因砾岩在铜陵、贵池一线的长江以南地区均有不同程度分布,岩性略有差别,风化面可见基质包裹灰岩、白云岩砾石,结构致密,呈团块状产出。据砾石成分统计可知,存在两类砾石:其一、砾石砾径以0.8 cm×0.4 cm～0.5 cm×0.2 cm为主,磨圆度中等,呈次圆状,分选性中等,较为杂乱排列,成分主要为泥晶方解石,基质主要为钙质和少量泥质;其二、砾石砾径一般为3 cm×12 cm～5 cm×20 cm,磨圆度中等—差,次棱角状—次圆状,分选性一般,基质以灰质及泥质为主。该段砾石相当于周冲村组本身及下伏地层的白云岩、灰岩。砾石与周围基质颜色差异明显,且大砾石内部包裹有小砾石,小砾石呈次棱角状产出,说明该类型砾岩至少发生两次以上的搬运、固结作用,其与膏溶角砾岩差异在于砾石磨圆度普遍相对较好。

此外前人研究发现,该段砾岩层下伏的纹层白云岩中普遍发育重力流产生的“爬褶”,所有褶皱均为倒转褶皱,褶皱轴面一致并向盆地中心方向倾斜,局部发育平卧褶皱并“爬”到倒转褶皱之上。后经调查发现,该类型的“爬褶”实为滑塌构造。故周冲村组下段存在重力流成因砾石。

4.2 岩溶成因砾岩

该套砾岩沿江地区出露较多,在无为石涧、巢湖钓鱼台等地区均可见,位于周冲村组下段白云岩上部,与下部白云岩风化外貌差异明显。岩性特征为浅红色、浅紫红色厚层—块状岩溶砾岩,砾岩段风化面可见网纹状裂隙,孔洞发育,具鸟眼等暴露构造特征,局部风化极其严重,呈现蜂窝状。砾岩风化面可见大小不一的砾石,砾石风化呈肉红色,新鲜者呈灰白、灰色,大小在2 cm×3 cm～5 cm×10 cm,砾石磨圆度差,呈棱角状的不规则形态产出,分选性差。不同地区砾岩岩性不同,一般多见灰质白云岩、白云岩、含膏白云岩。基质成分以含膏泥岩为主,与砾石胶结致密,为接触式胶结。此外该类砾岩重结晶现象严重,偶见方解石晶簇和方解石脉,为后期成岩作用的结果。

4.3 洞穴垮塌成因的砾岩

该套砾岩层分布范围较小,目前仅在安庆月山地区发现此类砾岩,且主要出现于灰岩内部。该段砾岩层厚>2 m,风化面呈棕红、黄褐色,内部砾石总体较大,大小混杂,大小在3 cm×5 cm～20 cm×30 cm。呈棱角状、次棱角状产出,局部砾石长轴方向基本一致,呈顺层状产出。砾岩性主要为灰岩、白云岩,局部见少量石英砂岩、红色砂岩。砾石间填隙物疏松,呈土黄、砖红色,多为地下水通道带来的砂泥质残留物;该套砾岩与围岩岩性基本一致,其风化外貌、固结程度与围岩迥异。该段砾岩下部可见数米—数十米大小不等的溶洞。

4.4 膏溶成因砾岩

该类砾岩见于怀宁月山、巢湖平顶山两地,其岩石类型主要为膏溶角砾岩。颜色以浅黄、浅灰、灰白色为主,薄层—厚层状;砾石含量40%～60%不等,大小不一,粒径1～5 cm为主,局部可达米级,磨圆度差,呈棱角状—次棱角状,分选差,胶结紧密;砾石成分为灰质白云岩、泥质白云岩、含膏白云岩,基质为白云质、灰质和泥质。部分角砾长轴呈现定向性排列,有微弱的正粒序特征。

野外出露的膏溶砾石段与《1∶5万和县等五幅区域地质调查》项目钻孔中所见完整含石膏的岩性段层位基本一致,说明部分地区该段含石膏砾岩可能是受后期地壳抬升至近地表石膏溶蚀流失后,岩层原地垮塌形成。该类成因为沿江地区膏溶砾岩段砾石的主要成因。

4.5 上部搬运成因砾石

该砾石出现在砾岩段的中上部,无为石涧、铜陵龙潭肖两地具代表性。该段砾石成分复杂,除中三叠世的白云岩外,还包括早三叠世蠕虫状灰岩、薄层灰岩;局部地区夹杂着二叠纪硅质岩,甚至还有泥盆纪石英砂岩及石英砾岩。前人在该套砾石中还发现有二叠系煤系地层及志留纪砂岩。

该段砾石磨圆度相对较好,但其中白云岩、灰岩磨圆度较石英砂岩磨圆度差,个别石英砂岩呈次圆状产出。砾石分选性一般,大小一般在3 cm×4 cm～8 cm×10 cm,基质以含泥砂基质为主。砾石之间以基底式胶结为主。

由此可见,周冲村组中下部砾岩以原地或近原地的白云岩、蠕虫状灰岩等早三叠世地层为主,砾石磨圆度差、分选性差,同时砾石具可拼合性,基质以灰质、白云质为主。依据野外调查并结合前人研究成果,发现下部砾岩存在重力流、岩溶、膏溶等多类型成因。而周冲村组上部砾石总体较小,砾石成分较为复杂,磨圆、分选性均较下段为好。通过1∶1万大比例尺填图后发现,铜陵龙潭肖、无为石涧地区砾石物源除来自早三叠世—中三叠世早期地层以外,还有来自下伏二叠—泥盆系地层的砾石,甚至有志留纪砂岩砾石。此外还发现上段砾石的物源越是其下的老地层,砾石磨圆度、分选性就越好,这与地层沉积序列恰好相反,这一特征充分反映砾石是经过一定距离的搬运沉积形成的。

由此可以认为周冲村组上下段砾岩,不论在成分、大小、磨圆、分选,还是胶结类型和基质成分等方面均存在差异,说明成因类型不同。

5 砾岩段成因讨论

早三叠世下扬子地区处于浅海碳酸盐相沉积。从中三叠世起,华北板块与扬子板块发生碰撞,促使扬子板块受压后抬升,导致下扬子地区发生大规模海退。其中大致以长江为界,以南地区由于受印支—南海板块向北运动并推挤其北部的扬子板块,使扬子板块南部的江南—雪峰隆起带出现板内造山,促使长江以南地区上隆[12],导致沉积盆地边缘斜坡变陡,使下伏地层失稳下滑,近而形成池州、铜陵等沿江以南地区斜坡重力流成因砾石。

长江以北地区由于华北板块与扬子板块碰撞影响,导致扬子板块内部受力不均匀,使得盖层局部起伏而产生挠曲,形成高低不平的地貌,局部水浅及暴露地表的地区形成膏溶及岩溶型砾石,例如在水体较浅的部位沉积形成石膏层,而后抬升接近或暴露水面的地区,受地下水的溶蚀作用,使岩石内部的盐类被淋滤带走,内部被掏空,在重力作用下其围岩、夹层,甚至上覆地层发生垮塌,而后再胶结形成岩溶及膏溶成因砾石[3]。此后随着挤压进一步增强,局部地区应力集中,抬升成陆并形成褶皱,导致岸缘不断上升,使伏于青龙群之下的二叠系甚至上泥盆统暴露于地表,并受后期风化影响遭受剥蚀,进而形成风化破碎砾石,成为砾石来源的被剥蚀区,后经流水等搬运作用,在稳定地区混杂堆积,进而固结成岩,形成上部混合成因砾岩段。

此外通过对沿江地区中三叠系剖面测制后发现,周冲村组与黄马青组存在两种接触关系:即以怀宁县月山剖面、无为石涧剖面为代表的平行不整合接触和以青阳八房村剖面、铜陵龙潭肖剖面为代表的角度不整合接触。此认识与前人研究成果[13-17]基本吻合。这一地层接触证据表明沿江地区黄马青组沉积时,下扬子前陆地区已受到挤压作用,导致下伏周冲村组等地层受到构造影响,具体表现为形成以大型宽缓褶皱为代表的构造变形,导致黄马青组与周冲村组两者地层在褶皱核部的平行不整合接触及在褶皱两翼的角度不整合接触[17]。野外地质调查还发现,黄马青组下伏地层内部未见明显层内、层间褶皱等构造现象,岩层表现为整体厚层状稳定产出,故而说明中三叠世华北板块与扬子板块发生碰撞时,下扬子地区总体构造活动以抬升为主,内部形成以大型宽缓褶皱为代表的构造变形。

6 结论

通过对安徽沿江地区砾岩成因的研究后,笔者得出如下结论:

(1) 周冲村组白云岩砾岩段存在多种成因,其中砾岩中、下部以近原地岩溶、膏溶砾石为主,局部为斜坡重力流成因、溶洞垮塌型砾石,上部砾石以搬运成因为主,上下部砾石成因截然不同。

(2) 周冲村组的沉积相是以蒸发岩为主的潮间高能相和潮上蒸发相、潮下局限泻湖沉积,而黄马青组的沉积相为三角洲沉积,两者之间存在着明显的相转换面。且周冲村组上下部砾岩不同,故而认为金子运动存在,其活动界面位于周冲村组砾岩段内部,即在砾岩段中部与上部之间。

(3) 由砾岩成因的不同及地层接触关系共同说明金子运动在下扬子地区表现不仅仅为地壳的抬升,内部还形成以大型宽缓褶皱为代表的构造变形,而南象运动则是对在此运动形成褶皱的进一步增强。

致谢:成文过程中,得到了储东如教授和刘家云高级工程师的精心指导,在此表示感谢。

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(责任编辑:于继红)

Re-discussion on the Middle Triassic Braccia Petrogenesis alongthe Yangtze River Areas in Anhui Province

WANG Chao, CHU Dongru, LIU Jiayun, XU Jinlong
(GeologicalSurveyofAnhuiProvince,Hefei,Anhui230001)

As one of the key points on the existence of Jinzi Movement research,geologists had a bitter controversy over the breccias petrogenesis of Zhouchongcun Group in the Middle Triassic.In this study,multiple types of petrogenesis about the mentioned breccias have been discovered in the area along the Yangtze River of Anhui,rather than the gypsum-cause or karst-cause which is the single one in predecessors’ studies.The gravity-flow on slopes,gypsum-cause,karst-cause and cave-collapse make the major contributions of petrogenesis in the lower part breccias,and transport function is the main petrogenesis in the upper part breccias.and there have a lot of differences about the sedimentary faces between Zhouchongcun Group and Huangmaqing Group which can indicate the apparently existence of sedimentary transformation surfaces between them.

along the Yangtze River in Anhui; Middle Triassic; Zhouchongcun Formation; braccia; Jinzi Movemnt

2017-02-17;改回日期:2017-03-18

此项目来自安徽省国土资源厅公益性地质科技项目——安徽沿江地区印支运动构造界面厘定和构造样式调查的资助。

王朝(1988-),男,工程师,构造地质学,从事基础地质调查工作。E-mail:dynasty136671371@126.com

P588.21+2.5; P534.51

A

1671-1211(2017)02-0136-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.02.004

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170314.0825.014.html 数字出版日期:2017-03-14 08:25