北秦岭地区三叠纪南召盆地演化及成因机制探讨*

许艳华 何登发 成 祥 苟钧壹

（1.中国地质大学（北京）能源学院 北京 100083；2.中国地质大学（北京），海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 北京 100083）

秦岭造山带夹持于中国扬子和华北两大刚性陆块之间，其特殊的构造部位使它为成矿造山域、盆山关系、地貌与气候等方面的研究提供了天然的试验场。而确定其复杂、漫长的造山过程是研究的基础和立足点。但由于秦岭造山带强烈的挤压变形和剥蚀隆升，许多地质记录的改造和消失，使得演化过程的复原存在较多争议（张国伟等，1995，1996，2004；任纪舜，2004；Dong et al.，2011；张成立等，2013）。其中，关于秦岭造山带真正的主要隆升时间，存在主要两种观点：一些学者认为，秦岭造山带在印支期发生了最主要的隆升过程，属于洋盆关闭之后陆—陆碰撞而产生（王清晨等，1989；张国伟等，1995，1996，2004；葛肖虹等，2014）；而更多的学者主张它是一个多旋回复合的造山带，其受到加里东运动、印支运动多期的共同作用（黄汲清等，1974，1977；任纪舜等，1999，2019；Dong et al.，2011，2015，2021）。因此复原多期构造运动，尤其是印支运动的过程尤为重要。同沉积地层是记录构造期次和过程最直接和有效的手段之一（Garzanti and Hu，2015；Hu et al.，2016）。但三叠纪地层在秦岭造山带分布非常局限。由于海水逐渐向西南方向的退出，海相三叠纪沉积范围逐步向西南秦岭缩小（陈衍景，2010）。与此不同，北秦岭早-中三叠世地层缺失，晚三叠世地层仅在北缘五里川、南召地区保存。因此北秦岭三叠纪盆地的沉降机制和盆地成因与北秦岭地区的构造演化阶段密切相关，是解决造山带演化的突破口。本文以三叠纪南召盆地入手，在活动论构造古地理的指导下，对地质图进行精细解析，采用1-D 回剥技术还原盆地三叠纪沉降历史，基于年代地层格架分析得到盆地的演化阶段，最后结合区域构造背景探讨盆地的成因机制，以期对复原秦岭造山带的隆升过程提供新的思路。

1 地质背景

南召地区属于河南省南阳市，位于河南省西南部，伏牛山及其南麓。研究区构造上东北部属于华北克拉通南缘，西北部属于北秦岭北缘（图1）。华北克拉通南缘沿伏牛山出露大量的燕山期侵入花岗岩，西南部可见晋宁期侵入片麻状花岗岩。花岗岩主要侵入于上元古界栾川群。栾川群为一套以变粗面岩、绢云石英片岩、变斑状黑云石英片岩为主的变质岩（胡国辉等，2019）。基底为太古界太华群黑云斜长混合片麻岩，主要出露于西部，沿断裂带呈北西—南东向展布。东部为震旦系老李山组和陶湾群的大理岩和钙质砾岩，伴随有晋宁期正长斑岩。中生代白垩系地层呈角度不整合覆盖于栾川群之上。北秦岭部分由几条北东—南西向断裂分隔成3 个主要的部分。东北部以广泛出露的宽坪群为特征。中部三叠系位于太山庙附近，栗川—固始大断裂带的南侧。三叠系地层呈现两个向斜和背斜形态不整合于前中生界地层之上，沿西北—东南方向延伸。西北方向分别与寒武系和泥盆系呈角度不整合接触，在东南方向与泥盆系和宽坪群呈角度不整合接触。两个向斜核部为晚三叠世上部太子山组地层，向下为太山庙组。西南部大量出露海西期花岗岩和晋宁期闪长岩，周缘可见寒武系二郎坪组和奥陶系地层出露。

图1 南召地区的地质简图（a.据区域1∶200 000 地质图鲁山幅修改）；三叠纪南召盆地浅表地质剖面（b.剖面位置见图1a）Fig.1 Schematic geological map of the Nanzhao area（a，modified from the region 1∶200 000 geological map of Lushan）and geological profile of Nanzhao Basin（b，the profile location is shown in Fig.1a）

2 地层与沉积充填

南召地区发育从太古界到新生界比较完整的地层（图2）。最底部为太古界太华群（2.8～2.3 Ga），岩性为黑云斜长混合片麻岩。向上是中元古界宽坪组，厚度超过4 500 m，是研究区主要出现的一套地层。岩性为绿片岩和变沉积岩（包括石英片岩、角闪片麻岩和大理岩等）。上部不整合覆盖寒武系二郎坪组，其可细分为火神庙组、大庙组和二进沟组。地层厚度超过2 500 m，为一套灰绿色细碧岩，下部为中粗粒大理岩（何瑞芳，1992）。之上的中奥陶统地层较薄，约391 m。岩性以青灰色大理岩、结晶灰岩。产Actinocetas头足类化石。其上缺失上奥陶统和志留系地层。泥盆纪呈近平行不整合与中奥陶统之上。厚度约2 166 m，岩性为含石榴二云石英片岩、变石英砂岩，夹大理岩。大理岩中产孢子化石：Calamo-sporacf.microrugose，Dictyotriletes minor，Punctatisporites minutus等。其上缺失石炭系、二叠系及早-中三叠世地层。

图2 南召地区地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of the Nanzhao area

晚三叠世太山庙组和太子山组呈角度不整合覆盖于泥盆系之上。太山庙组厚度为408～1 281 m 不等。底部为一套5～10 m 厚浅灰黄色砾岩砾石成分为灰质、花岗质岩石和片岩；杂基支撑，基质以泥质和砂质为主，判断为伸展盆地初期的冲积扇沉积。向上岩性变细，可见多个重力流成因滑塌砂体，表明坡度的突然增加，水体加深。再向上环境逐渐稳定，过渡为灰黑色砂岩和泥岩互层，夹煤线。向上为厚层灰黑色页岩，夹多层凝灰岩，沉积环境迅速变成深湖相。太子山组厚度约534 m，底部为中厚层浅灰色砂岩夹灰黑色页岩。向上变为黄褐色砂岩夹灰黑色泥岩，泥质减少砂质增多，伴随着水体动能增加，代表湖泊三角洲—辫状河相。之上缺失下-中侏罗统，上侏罗统南召组为一套浅灰色、灰褐色、黄褐色砾岩、砂岩和泥岩。向上呈近平行不整合覆盖下白垩统马市坪组地层，厚度约731 m。岩性为深灰色、褐黄色砾岩、泥岩。上白垩统厚度50～470 m，岩性为灰紫红色砾岩、含砾砂岩。最上部是第四系冲积砂砾岩、褐黄色砂土。

3 盆地演化及成因机制

3.1 构造沉降特征

本文采用标准的一维回剥技术（Scheck and Bayer，1999）重建了南召盆地三叠纪的沉降。南召剖面的地层厚度和岩性组成是基于我们详细的野外观察和浅表剖面（图1b）。压实校正使用孔隙度与深度的标准指数关系以及Sclater and Christie（1980）提出的广泛使用的北海盆地岩性参数进行。由于陆相环境，额外的水负荷可以忽略不计。地层年龄根据国际年代表。我们使用BasinMode 2009 重建南召盆地三叠纪沉降演化。根据图3的构造沉降曲线和基底沉降曲线，三叠系南召盆地经历了快速—缓慢沉降阶段：1）太山庙组沉积期：南召盆地发生快速沉降；初期的冲积扇伴随大量砾石基质的短期快速沉积，随着水体的加深，快速沉降伴随着厚层细粒泥岩页岩沉积。2）太子山组沉积期：南召盆地为稳定缓慢沉积阶段；砂质含量明显增多，水体变浅，可见丰富层理构造。根据陆克政等（2003）对构造沉积曲线形态与盆地类型的总结可以看出，三叠纪南召盆地属于典型的裂谷或伸展型盆地。

图3 三叠纪南召剖面构造沉降和基底沉降曲线Fig.3 Tectonic subsidence curve and basement subsidence curve of the Nanzhao section

3.2 构造年代格架

图4 所示研究区由西向东发育8 个主要不整合面。太古界太华群与中元古界熊耳群和官道口组之间存在长期间断，代表了华北克拉通板块基底与盖层间的不整合面。古生代地层主要在秦岭地区保存。在北秦岭地区，寒武系底部与中元古界和奥陶系底部存在沉积间断，这个不整合面与中元古代以来北秦岭地块和华北地块碰撞拼合密切相关（Dong et al.，2011，2015，2021）。中奥陶统分别与寒武系顶部和泥盆系底部呈角度不整合，时间上与古生代北秦岭构造带和南秦岭构造带之间两个阶段的俯冲作用包括早古生代时期的洋—陆北向俯冲过程及早泥盆世时期的陆—陆俯冲作用所匹配，证明影响扩展到北秦岭北缘（董云鹏等，2021）。上三叠统底部不整合面复杂，从白土岗地区到太山庙地区，太山庙组与寒武系、泥盆系、中元古界分别不整合接触，形成一个穿时的不整合面。不整合面的时间跨度达763～121.9 Ma。证明在上三叠统沉积前，研究区经历了多期构造变形，导致不同地层的剥蚀，在太山庙地区，剥蚀最强烈。随着勉略洋的闭合，进入陆内造山演化。侏罗系底部与中元古界形成了一个836.5 Ma 的大型不整合。侏罗系顶部与下白垩统马柿坪组呈平行不整合，在华北南缘地区与上白垩统形成角度不整合。

图4 南召地区年代地层格架Fig.4 Chronologic stratigraphic framework of Nanzhao area

3.3 盆地演化及成因机制

通过上述分析可以看到三叠纪南召盆地发育在一个已经形成的复杂构造带之上。我们选取一条NE-SW 向的剖面（位置见图1），依据研究区年代地层格架，不整合面特征和盆地沉降曲线分析，总结出三叠系南召盆地经历了4 个演化阶段。

（1）晚三叠世沉积前

研究区经历了加里东期商丹洋、勉略洋闭合。在青山可以看到中奥陶统与寒武系大庙组直接接触，缺失火神庙组，而向东却是火神庙组直接出露地表。印支运动也强烈影响了研究区的构造格局。上三叠统太山庙组在白土岗与寒武系火神庙组呈角度不整合接触（图5），表现为向西南高角度倾斜的火神庙组细碧岩与向东北方向低角度倾斜的太山庙组砾岩不整合接触。而罗汉店却是泥盆系柿树园组含石榴二云石英片岩与太山庙组砾岩不整合接触。以上的特征表明在三叠系沉积前，盆地处于一个挤压环境背景，发育对冲逆断层，使得地层整体倾斜（图6a）。西侧青山地区，寒武系—奥陶系地层沿逆冲断层向东北方向推覆至地表，并由于断裂的两次转折，地层相应发生褶皱变形。白土岗地区寒武系由于剥蚀作用，依此出露火神庙组和大庙组。南召地区发育两条主要的大断裂，切穿至中元古界地层并收敛。其中最东部的断裂巨大推覆作用使基底的中元古代石英片岩、角闪片岩剥露地表。

图6 南召盆地构造演化阶段模式图Fig.6 Schematic diagram of tectonic evolution stage of Nanzhao Basin

（2）太子山组沉积前

经历了长期的剥蚀风化后，到了晚三叠世，整体剥蚀的环境在东北部消失。可以看到泥盆系、寒武系、中元古界地层的顶部风化壳上突然形成的一套底砾岩，并迅速向深水沉积过渡。例如在太山庙地区，可以看到太山庙组底部沉积与中元古界的不整合面接触关系（图5a）。在根据构造沉降曲线恢复获得当时盆地具有伸展背景，包括前期快速沉降，后期缓慢沉降的特点。南召盆地分布在南北方向至少超过南召至白土岗范围。晚三叠世太山庙组底部为一套裂陷初期的砾岩（图5b），来自近源的北秦岭地区剥露的中元古界变质岩、寒武系和泥盆系变沉积岩和花岗岩。向上部由于快速的沉降速率，产生较深的水深和较大的坡度，伴随着充足的碎屑物质供给，形成大型的滑塌沉积，多个砂质滑塌体底部为含砾砂岩（图5c），指示的古水流方向330°，代表了来自东南方向的物源。随着水体的逐渐加深，转变为深灰色和灰黑色泥岩和页岩（图5d、图5e）。在太山庙组沉积晚期，由厚层泥岩转变为泥岩夹薄层砂岩，解释为深湖相深水重力流砂体。

图5 三叠系南召盆地的野外照片（照片地点见图1a）Fig.5 Field photographs from the Nanzhao Basin（the photo location is shown in Fig.1a）

（3）太子山组沉积后

太子山组沉积期，南召盆地沉降速率变缓，水体也变浅，整体砂岩含量增加，由泥岩夹薄层砂岩转变为厚层黄褐色砂岩夹灰黑色泥岩（图5f）。此时控盆的正断层可能活动性不强或已经停止了活动。但盆地沉积仍以细粒沉积为主，不见粗碎屑物供给，证明盆地处于一个相对平静的环境。由于三叠系地层始终未在青山地区附近看到，推测西侧的青山地区始终处于隆升剥蚀的状态。

（4）现今

盆地的消亡发生在三叠纪末期。从现今保存的南召盆地上三叠统记录可以看出，顶部保存的地层为辫状河沉积相，因此盆地消亡期沉积记录已经被剥蚀。秦岭造山带在碰撞造山后，演化转化为陆内构造过程。早侏罗世差异构造、晚侏罗世—早白垩世期间的挤压和逆冲作用在研究区具有显著作用，盆地的沉积地层又发生了剧烈的抬升剥蚀。几条逆断层再次活化，导致青山地区发生强烈剥蚀，古生界花岗岩被剥露至地表，同时奥陶系和寒武系大庙组依次出露。南召地区发生强烈的剥蚀，原本整一的南召盆地上三叠统被断层切割，发生变形。最终被切割的南召盆地基本定型。

4 讨 论

依据南召地区的年代地层和盆地演化阶段复原，在晚三叠世前，北秦岭经历了非常复杂的演化阶段，受到加里东运动、印支运动的多阶段影响，形成了复杂的构造带。从中元古界至泥盆系的沉积层，以及加里东期的深成侵入岩均被剥露至地表。并在这样的基底上沉积了三叠纪南召盆地。这代表秦岭造山带可能不只在印支期发生了隆升过程。此外，从南召盆地属性和成因机制看出，印支期的北秦岭造山带经历了复杂的过程，并不是持续隆升的过程，并且与南秦岭造山带有许多差异。在南秦岭带中东部，早三叠世碳酸盐岩局部出露，被中三叠世砂岩和粉砂岩整合覆盖，上三叠世地层缺失。这些地质特征都表明南秦岭的隆升开始时间不晚于晚三叠世，并且隆升由东向西开始（赖旭龙等，1995；张思敏等，2014）。而北秦岭地区下-中三叠统缺失，上三叠统在局部伸展裂陷分布。虽然早-中三叠世的壳幔作用少，代表来自深部的动力变少（Hu et al.，2020）。同时期下-中三叠统缺失和商丹缝合带晚古生代陆—陆俯冲碰撞造山活动的延续有关（董云鹏等，2021）。广泛的印支期花岗岩类（225～185 Ma）侵入体和丰富的同期镁铁质岩是秦岭造山带岩浆活动的重要特征（张成立等，2008；王晓霞等，2015；Hu et al.，2020）。丰富的幔源熔体和广泛的壳源熔体与快速隆升同时发生。代表从诺利阶开始，发生了秦岭造山带的明显隆升（Qin et al.，2010，2013；Deng et al.，2016；Hu et al.，2017，2018，2020）。而卡尼阶，全面隆升还未开始，在北秦岭地区，由于构造活动性的暂停，使得局部地区出现相对的伸展环境，形成对应的伸展裂陷，例如南召盆地。但对于南召盆地对应的伸展环境的持续时间，还需要对南召盆地做更多地层学研究，才能进一步约束。

5 结 论

（1）南召盆地是一个晚三叠纪开始形成的断陷盆地，地层主要发育上三叠统太山庙组和太子山组。盆地经历早期快速沉降、晚期缓慢沉降两个阶段。

（2）南召盆地经历4 个主要的盆地演化阶段。盆地发育前，经历加里东期、印支期的强烈挤压构造作用，产生对冲式逆冲断层构造样式，形成中元古界、寒武系、奥陶系、泥盆系组成的复合基底。在太山庙组沉积期，具有较快沉积速率，盆地底部为裂陷初期的砾岩，向上随着沉降速率增加，水体的逐渐加深，转变为深灰和灰黑色泥岩和页岩。在太子山组沉积期，盆地转变为稳定的缓慢沉降，伴随着水体动能增加，形成湖泊三角洲—辫状河相。在晚三叠世末到白垩纪，进入陆内构造阶段，逆断层再次活化，导致研究区发生强烈的剥蚀，南召盆地被切割、变形并最终定型。