貴州赤水地區晚白堊世古流向特征及構造意義

曹 銳,顏照坤,王智勇,強 坤,陳修風

(1.成都理工大學地球科學學院,四川 成都 610059;2.東華理工大學核資源與環境國家重點實驗室,江西 南昌 330013;3.赤水丹霞國家地質公園管理局,貴州 赤水 564700)

引言

四川盆地白堊系地層分布相對較局限,主要分布在西部的龍門山前緣和南部的宜賓、赤水地區,上白堊統主要分布在四川盆地西南部和南部(圖1)。新生代的沉積則更加局限,主要分布在四川盆地西南部的龍泉山以西地區。在四川盆地西南部,白堊系與新生界的沉積呈整合關系[1,2]。新近系與古近系之間的區域不整合面為喜山運動的產物,發育“大邑礫巖”,礫石中有前寒武系結晶巖,顯示龍門山強烈上升及深層次基底雜巖出露[2-4]。另外也有學者認為,整個四川盆地可能在晚白堊世接受了較為廣泛的沉積[2-5],因為對四川盆地剝蝕歷史的研究發現四川盆地的剝蝕較為顯著,達1~4km[6,7]。

前人對四川盆地西部白堊紀古流向開展了較為詳細的研究工作[8],但是對于盆地西南部地區白堊紀的古流向研究較為薄弱。貴州赤水地區上白堊統地層厚達1300m,說明晚白堊世時期該區經歷了較大幅度的沉降和沉積充填過程,那么沉積物來源及其反映的構造意義是什么?目前尚未有較深入的研究。本文將貴州赤水地區上白堊統為研究對象,基于地表露頭的古水流野外觀測和室內分析,詳細研究赤水地區晚白堊世古地理空間分布特征及構造意義。

1 區域地質概況

四川盆地及周緣地區在中生代以來經歷了多期次、不同方位的應力作用。根據沉積發育特征,四川盆地在震旦紀—中三疊世處于碳酸鹽巖臺地發展階段,并無盆地格架[2]。晚三疊世,海水逐漸從四川盆地西部退出,之后逐漸演變為海陸過渡沉積和陸相沉積[9-11]。現今的四川盆地在地貌特征上十分清楚,整體形態為菱形,北為米蒼山、大巴山,南為大涼山,西為龍門山,東以七曜山為界(圖1)。環繞盆地周邊的高山,多由古生代及元古宙地層組成,局部還分布有巖漿巖及變質巖,海拔在1000~3000m之間。

貴州赤水地區位于四川盆地東南緣,因發育美麗壯觀的丹霞地貌而聞名于世。構成赤水丹霞地貌的地層為白堊系紅層,該套地層在四川盆地西部廣泛分布,在四川盆地南部及西南部呈點狀分布。赤水地區白堊系紅層為夾關組(又稱嘉定群),屬晚白堊世陸相沉積地層,主要巖性為紫紅色、磚紅色紫灰色厚層中細粒長石石英砂巖,夾多層紫紅色泥巖,底部為2~3.5m厚礫巖[12-13]。赤水地區夾關組厚度巨大,可達1300m,是白堊紀時期四川盆地重要的沉降中心之一[2]。近年來,通過對區域地質、構造變形和地震反射剖面構造解釋的研究,認為雪峰山至川東褶皺帶發育一系列逆沖構造帶,這些構造變形卷入了上三疊統—下侏羅統,并被上白堊統地層不整合覆蓋,表明其變形時間為中生代晚期,并具有從SE至NW逐漸變新的趨勢[14-15]。也有研究表明川南地區在中生代晚期還經歷了來自大涼山的SN向水平推擠作用[14]。

圖1 四川盆地及鄰區構造簡圖與白堊系地層分布圖(據Yan et al.,2019修改;其中白堊系地層分布據Li et al.,2016;川東至雪峰山的斷層分布據Li et al.,2018)Fig.1 Schematic tectonic map and distribution of the Cretaceous strata in the Sichuan Basin and its adjacent areas(modified from Yan et al.,2019;Li et al.,2016 and 2018)

2 古水流方向分析方法

古水流研究的目的是識別、描述和解釋過去的水流型式[18]。古水流資料收集、測量、校正后可以用兩種方法(一種是單量方法,包括直方圖、玫瑰花圖、矢量圖等;另外一種是綜合方法:有描述性、中心圓(放射)、野外資料投點、遷移平均數、解釋性等)表示出來,達到醒目直觀、可利用性強的目的[19]。古水流分析的一般步驟包括5部分:(1)室內學習準備,了解反映古水流的沉積組構和構造類型,掌握古水流測量原理、測量方法及校正;(2)野外測量古水流,一般在一個點需要測量10~20組數據,特殊的研究目的則要求測量更多數據;(3)室內校正,可應用計算機程序或人工赤平投影方法進行古水流數據的校正;(4)圖件表示,將校正后的古水流數據錄入相關計算機程序,獲得古水流直方圖、玫瑰花圖等圖件,并投到平面圖或剖面圖上;(5)盆地分析應用,結合背景資料,對沉積體系和盆地進行解釋[19]。

圖2 赤水地區地質簡圖和上白堊統地層柱狀圖(據1∶20萬敘永幅、桐梓幅地質圖修改)Fig.2 Simplified geological map and stratagraphic column through the Upper Cretaceous strata in the Chishui region

3 晚白堊世古流向

本次對赤水地區上白堊統地層開展了古流向測量,測量地點位于赤水南東約20km(圖2),測量對象為上白堊統下部的辮狀河河道沉積的礫巖。該套礫巖的礫石成分為石英巖、燧石、砂巖、泥巖等,沿走向可相變為含礫長石石英砂巖。本次在8個點上進行了詳細的古流向測量,利用礫巖中的扁平礫石最大扁平面的傾向測量獲得古水流數據(表1,圖3),每個點獲得17~19組數據。另外,由于本次測量的上白堊統地層傾角較小,近水平,因此不需要進行室內的校正工作。

根據詳細的野外古流向測量和室內編圖(圖4),表明貴州赤水地區晚白堊世早期的辮狀河流向主要可以分為3組,分別為自北東向南西(圖4a,c,d)、自北向南(圖4f,g,h)和自北西向南東(圖4b,e)。綜上所述,古水流數據顯示貴州赤水地區晚白堊世碎屑沉積物主要來源于盆地的北側和東側。

4 晚白堊世古地理及構造意義

根據對晚白堊世早期古流向特征的分析,可以確定晚白堊世早期貴州赤水地區碎屑物源主要來自盆地的北側和東側。結合前人對該地區沉積環境的分析,晚白堊世早期貴州赤水地區主要發育河流相沉積,晚期發育風成沙漠相沉積[16],這種沉積環境的變化反映了晚白堊世四川盆地西南部的古氣候具有逐漸向干旱氣候演變的趨勢。另外,由于貴州赤水地區晚白堊世地層具有明顯的東厚西薄的分布特征[2,16],表明盆地東側的沉降幅度更大,結合盆地碎屑物質的主要來源(東側和北側),推測該時期發育的沉積盆地類型為陸內前陸盆地,其形成主要受東側雪峰山沖斷帶的控制。

圖3 貴州赤水地區上白堊統底部礫巖指示的古流向Fig.3 Palaeocurrents indicated by the conglomerates at the bottom of the Upper Cretaceous strata in the Chishui region

表1 貴州赤水地區晚白堊世野外古流向測點數據Table 1 Late Cretaceous palaeocurrent data in the Chishui region

圖4 貴州赤水地區晚白堊世古流向玫瑰花圖Fig.4 Rose diagram of the Late Cretaceous palaeocurrents in the Chishui region

前人分析認為盆地的北側為盆地提供了豐富的碎屑物源,表明盆地北側此時處于遭受剝蝕的狀態,本文推測盆地(貴州赤水地區)北側此時沒有發生沉降并形成盆地的主要原因是,貴州赤水地區北側地區上地殼在東西向的擠壓作用下,由于具有良好的中—下三疊統膏鹽的淺層滑脫層[20]育[20],導致該地區并未形成薄皮褶皺,而是在其東側發生應力積累并形成沖斷帶,發生陸內造山作用。因此,可以推斷貴州赤水地區晚白堊世沉積盆地的形成受控于東側的陸內造山帶。根據陸內前陸盆地的特征——盆地發育與陸緣造山作用無關,而與陸內造山帶的發展演化密切相關[21],可以判斷貴州赤水地區晚白堊世沉積盆地屬于陸內前陸盆地。前人研究表明華南大陸在晚白堊世發生過地殼擠壓增厚事件[22],這一結論也與本文關于貴州赤水地區晚白堊世發育陸內造山和陸內前陸盆地的認識相一致。

另外,四川盆地侏羅紀—早白堊世陸相地層均為淡水沉積,說明其為有泄水口的陸相盆地。上白堊統灌口組和古近系名山組發育的鈣芒硝和石膏表明,晚白堊世四川盆地已經演變為封閉的內陸鹽盆[2]。因此,四川盆地由泄水盆地向內陸鹽盆地的演變可能與盆地東南側的陸內造山作用有關。

5 結論

(1)通過詳細的古水流野外測量,認為貴州赤水地區晚白堊世早期辮狀河為自北東向南西的古流向,碎屑物源主要來自盆地北側和東側。

(2)根據古水流特征及區域地質背景,認為貴州赤水地區晚白堊世的陸相沉積盆地可能屬于陸內前陸盆地,造山楔位于盆地東側,是盆地的主要物源區。

(3)貴州赤水地區晚白堊世陸內前陸盆地的形成可能受控于此階段華南的構造擠壓事件,并導致四川盆地由淡水湖泊演變為咸水湖泊。