大别山及邻区侏罗和石炭纪时期盆-山耦合：来自沉积记录的认识

侏罗纪时期大别造山带是合肥盆地的物源区。因此通过盆地中的沉积记录可以了解该造山带的地质演化,并重建造山带的古地理面貌。在合肥盆地最古老的中生代地层中(防虎山组,J_1),底部的沉积物源区主要为华北陆块早古生代和吕梁期(1700～1900Ma)的岩石。但是,从防虎山组沉积早-中期开始直至晚侏罗世,来自俯冲的扬子陆块折返的物质则构成为大别山的主体。防虎山组地层含高 Si 含量的碎屑多硅白云母和三叠纪年龄的锆石,三叠纪年龄的锆石含超高压(UHP)矿物包裹体,证明扬子大陆深俯冲(至地幔)的物质在早侏罗世时期已出露至大别山地表。高压-超高压的变质岩广泛分布於中-晚侏罗世时期东-中部的大别山,但向西逐渐消失。大别山北缘石炭系沉积岩的微量元素组成特征强烈指示它们应来源於一个被剥蚀的大陆岛弧。其碎屑锆石年龄结构主要由具有秦岭和二郎坪群特征(400～480Ma)的岩石组成、因此,大别山北缘石炭纪沉积主要来源于华北大陆南缘相当於秦岭和二郎坪群的岩石,物源区在早古生代时期曾经历过与秦岭造山带相似的岛弧构造环境的演化。大别山北缘晚石炭世沉积物中高 Si 含量碎屑多硅白云母的发现指示其沉积物源区可能出露有高压-超高压的变质岩。     

合肥盆地早侏罗世防虎山组沉积岩碎屑锆石的矿物包裹体及内部结构

防虎山组的下部砂岩地层是合肥盆地最古老的中生代沉积地层,在样品FH4中选出了碎屑锆石,通过显微激光拉曼光谱、电子探针的研究发现,锆石中含有柯石英、绿辉石、多硅白云母等典型的高压-超高压(HP-UHP)矿物包裹体、熔体玻璃包裹体以及磷灰石、石英、斜长石、白云母等矿物包裹体。结合阴极发光图像所揭示的锆石内部结构的分析以及锆石的微区测年数据,对碎屑锆石的物源进行了讨论。HP-UHP矿物包裹体在具有三叠纪年龄的变质碎屑锆石中的发现,进一步证明大别造山带高压-超高压岩石在早侏罗世时期已经出露地表并为合肥盆地提供了重要物源;碎屑锆石内部结构及成因的多样性表明当时作为源区的大别造山带岩石的复杂性。     

大别高压—超高压变质岩剥露历史在合肥盆地的记录

位于大别造山带北部的合肥盆地,其中的沉积是造山带剥露历史的重要记录。自生伊利石K—Ar测年,证实了合肥盆地中部安参1井自上而下钻遇了下白垩统,上、中、下侏罗统,下二叠统和上石炭统地层,下伏为奥陶系。中生界砂岩碎屑组分分析,表明其源区为大别造山带。安参1井内下二叠统砂岩不含造山带来源的碎屑多硅白云母。自下侏罗统至下白垩统,钻遇的砂岩中连续出现了丰富的碎屑多硅白云母(Si>3．3)。这不但指示大别造山带是合肥盆地的主要物源区,也限定了大别高压—超高压变质岩在早侏罗世早期就已经剥露地表．继而连续出露。     

江汉盆地东部早中生代沉积地层碎屑云母成分:对大别高压-超高压岩石暴露作用的约束

碎屑白云母是碎屑岩中常见的、来自源区的稳定成分,可以用来指示源区性质,多硅白云母是碰撞造山高压-超高压变质岩石的特征矿物。对大别造山带同造山期沉积而成的江汉盆地东部上三叠统-中侏罗统砂岩碎屑白云母化学成分研究表明:上三叠统该区地层砂岩中碎屑白云母多以低硅白云母(Si<3.2)为特征,暗示此时大别造山带高压-超高压岩石很可能没有出露地表;自下侏罗统开始,砂岩中碎屑白云母中多硅白云母(Si>3.3)大量出现,中侏罗统砂岩多硅和低硅白云母发育,表明大别高压-超高压岩石在早侏罗世即已出露地表并经剥蚀搬运至盆地。这一结果从沉积学角度为约束高压-超高压岩石的折返时序和大别造山带演化提供了新的资料。     

大别造山带折返剥露历史:来自合肥盆地南缘中生界变质岩碎屑的证据

在合肥盆地南缘广泛分布的中生界内,砾石主要由变质岩碎屑组成。碎屑在地层中分布及垂向上的变化,为重塑造山带折返剥露历史提供了证据。防虎山组和三尖铺组底部砾岩碎屑组合为:石英片岩+云母片岩+石墨片岩+千枚岩+石英岩+脉石英+片麻岩(局部),表明在早侏罗世晚期Pliensbachian期(距今195Ma)之前,佛子岭群和卢镇关群已经折返到地表并遭受剥露。早白垩世凤凰台组、毛坦厂组和周公山组中砾岩碎屑组合为:片岩+石英岩+片麻岩+混合岩+榴辉岩+角闪岩+斜长岩+花岗岩+大理岩等,榴辉岩以及其它基性岩的微量元素特征表明它们可能是一个在早白垩世以前(距今135Ma)折返到地表并遭受完全剥露,而现在已经从造山带消失的超高压构造地层单元。大别造山带出露的超高压变质带(大别杂岩)在北缘中生代地层中目前尚未发现有可靠的沉积记录,推测它们的大规模折返和剥露可能在新生代,并持续到现在。据此认为大别造山带大规模的折返剥露分为3个阶段:早侏罗世之前、晚侏罗世—早白垩世早期和新生代。     

大别山东南缘侏罗系磨山组沉积环境及地质意义

侏罗纪是大别造山带与周缘盆地盆山关系研究的一个重要时期,分布在大别造山带周缘的侏罗纪地层为大别山的造山过程以及深俯冲岩石的折返、剥蚀提供了很好的约束。本文选取大别造山带东南缘安庆月山地区侏罗系磨山组为研究对象,对磨山组碎屑岩进行了详细的粒度分析、碎屑组分分析、重矿物分析和碎屑锆石年代学分析。碎屑岩岩石、沉积特征和粒度分析都指示早侏罗世磨山组为三角洲前缘水下分流河道沉积。碎屑组分分析、重矿物分析结合碎屑锆石年代学分析指示磨山组碎屑岩物源主要来自南侧的华南板块,大别造山带宿松杂岩可能为其提供了少量物源,但碎屑物源中未见石榴子石和典型的三叠纪变质锆石,说明此时大别高压-超高压榴辉岩可能仍未折返至地表。     

新疆库车盆地晚三叠世-早侏罗世沉积碎屑矿物成分及其物源区示踪与构造意义

通过同构造沉积物质记录了解物源区剥蚀作用过程进而探索盆山构造相互关系,是大陆构造动力学研究的一个重要方面。砂岩骨架成分分析和重矿物及部分标型矿物分析方法,已被较多地用来探索新疆天山造山带与其南部库车盆地晚中生代以来的相互关系和构造演变过程,但是关于中生代较早时期库车盆地构造属性及北部造山带隆升剥蚀过程的认识仍存在较大分歧。本文运用电子探针微区成分分析方法,对库车盆地北缘中段晚三叠世和早侏罗世砂岩中具代表性的15个砂岩样品中的38颗碎屑长石和26颗碎屑白云母矿物进行了矿物化学成分分析。结果表明,长石主要来自变质岩物源区,25颗碎屑白云母均属多硅白云母,表明其源区岩石曾经历了高压变质作用。这些多硅白云母中Si原子含量显示它们比目前保留在天山造山带高压变质带蓝片岩和榴辉岩中的多硅白云母形成的压力要低,可能反映了源区高压变质岩的正常剥露顺序。这项研究结果表明,至少在晚三叠世-早侏罗世时期,库车盆地北部天山造山带中的高压变质岩已经剥露于地表并遭受剥蚀成为物源供给区。具体是中天山南缘早古生代高压变质带还是晚古生代南天山高压变质带作为重要物源区,尚需进一步的研究工作。     

定量恢复大别造山带侏罗-白垩纪的隆升和剥蚀

以造山带为物源区的周缘盆地中的沉积物记录着物源区的成分特征,保存着造山带的演化历史.根据地层资料,利用质量平衡方法得到大别造山带周缘的合肥盆地、江汉盆地、安庆-潜山盆地和信阳盆地在侏罗-白垩纪的沉积总量为1.685×105km3.大别造山带周缘盆地的平均沉积速率分别为早侏罗世0.407×106 m3/a,中晚侏罗世0....     

合肥—潢川盆地南缘中生代冲积沉积及其构造意义

合肥—潢川盆地南缘中生代地层被划分为4个年代体（Chronsome）。年代体Ⅰ包括早侏罗世防虎山组和中晚侏罗世圆筒山组下部，由辫状河、曲流河以及滨一浅湖沉积体系组成，局限于盆地东端；年代体Ⅱ包括中晚侏罗世三尖铺组、朱集组和圆筒山组上部，下部为冲积扇沉积，中、上部为辫状河沉积，早期属于横向水流系统（南北方向），晚期是纵向水流系统（东西方向），近EW向的信阳—金寨—舒城断裂是其南部边界；年代体Ⅲ包括早白垩世早期凤凰台组、段集组、周公山组，前两组为冲积扇沉积，后者为辫状河和越岸沉积，粗碎屑明显向盆进积达数公里，南部边缘发育横向水流，而往盆地方向发育纵向水流。年代体Ⅳ为早白垩世晚期黑石渡组和陈棚组，南部边界是磨子潭晓天断裂和桐柏-商城断裂，断裂以伸展走滑为主，东段早期为冲积扇-扇三角洲沉积，晚期为深湖浊积岩沉积。晚白垩世沉积仅发育在西段局部地区，其余处于隆升状态。平行于大别山造山带的近EW向纵向断裂控制着年代体的南部边界，NE向郯城庐江断裂和商城麻城断裂控制着年代体侧向相的变化。合肥潢川盆地南缘沉积从东往西逐渐超覆，揭示大别造山带折返具有自东而西的递进特征。郯城—庐江断裂和商城—麻城断裂对年代体的发育有明显影响，郯城—庐江断裂控制着早侏罗世沉积，表明构造活动至少始于早侏罗世。     

从源到汇:大别造山带物源区与合肥盆地南缘中生代沉积耦合关系——来自碎屑锆石U-Pb年龄证据

形成于印支期的大别造山带和周缘中生代盆地构成了一级源汇系统,其中位于造山带北缘的合肥盆地中生代地层发育,且以盆地南缘出露最好,这为盆山源汇系统研究提供了理想的沉积记录。笔者从合肥盆地南缘采集了10个砂岩样品和1个砾岩样品,进行锆石U/Pb (LA-ICP-MS)定年分析,获得了742个有效年龄(置信度不小于85%),范围为113±3. 6-2983 Ma。这些碎屑锆石年龄谱可以被分为5个年龄段:113-137 Ma,峰值131 Ma; 184-273 Ma,峰值226 Ma; 274-517. 3 Ma,具有2个峰值280 Ma和474 Ma; 532-856. 6 Ma,具有3个峰值572 Ma、649 Ma和772 Ma; 1786-2600 Ma,具有2个峰值2035 Ma和2506 Ma。同时,总结了物源区大别造山带不同单元锆石U-Pb年龄特征。根据锆石U/Pb年龄和Th/U值,发现这5个年龄段比较准确地记录了物源区地质体,分别是早白垩世的岩浆岩、大别山高压—超高压变质岩、北淮阳的浅变质岩、北大别的正片麻岩和卢镇关群变质岩。根据锆石最小年龄,修正了合肥盆地南缘中生代地层格架,为源汇系统研究确立了时间框架。合肥盆地南缘中生代沉积可以分为4个演化阶段:晚三叠世瑞替期—早侏罗世辛涅缪斯期、中—晚侏罗世、早白垩世早期和早白垩世晚期,并据此确定了每个阶段主要物源区特征及其时空变化。碎屑锆石U/Pb年龄和Th/U值限定了大别造山带仅存在三叠纪的超高压变质作用,且超高压变质岩折返到地表的最早时间是晚三叠世瑞替期,大别造山带大陆岛弧发育的时间是新元古代。上述研究结果不仅为恢复大别造山带构造古地理做出了新的贡献,而且更为盆山源汇系统研究提供了一个实例。     

合肥盆地中生代地层时代与源区的碎屑锆石证据

合肥盆地位于大别造山带北侧、郯庐断裂带西侧,其发育过程与这两大构造带演化密切相关。本次工作对合肥盆地南部与东部出露的中生代砂岩与火山岩进行了锆石年代学研究,从而限定了各组地层的沉积时代,确定了火山岩喷发时间,指示了沉积物的源区。这些年代学数据表明,合肥盆地南部的中生代碎屑岩自下而上分别为下侏罗统防虎山组、中侏罗统圆筒山组或三尖铺组、下白垩统凤凰台组与周公山组(或黑石渡组)与上白垩统戚家桥组,其间缺失上侏罗统。盆地东部白垩系自下而上为下白垩统朱巷组与响导铺组和上白垩统张桥组。该盆地出露的毛坦厂组或白大畈组火山岩喷发时代皆为早白垩世(130～120 Ma)。盆地南部的下——中侏罗统及白垩系源区皆为大别造山带,分别对应该造山带的后造山隆升与造山后伸展隆升。而盆地东部白垩系的源区始终为东侧的张八岭隆起带,后者属于郯庐断裂带伸展活动中的上升盘。     

合肥盆地圆筒山组物源分析及其地质意义：来自碎屑锆石的证据

合肥盆地位于华北板块东南缘,形成于华南、华北板块碰撞过程中。合肥盆地形成时表现为大别造山带向北逆冲形成的前陆挠曲盆地,早白垩世在区域伸展背景下转变为断陷盆地。中侏罗统圆筒山组是合肥盆地前陆挠曲阶段的沉积地层之一,主要表现为湖泊相沉积,与下伏的防虎山组典型的河流相沉积明显不同。为了获得圆筒山组更详细的物源信息,对肥西地区出露的圆筒山组紫红色粉砂岩开展了碎屑锆石LA-ICP MS U-Pb定年。定年结果显示,两个粉砂岩样品均获得了约2.0 Ga和约770 Ma两个主要峰值以及约2.4 Ga次要峰值。该特征与扬子板块锆石年龄分布特征几乎完全一致,指示圆筒山组物源应来自扬子板块。考虑到盆地地层的物源不应来自其周边隆起区分水岭的另一侧,因而推测圆筒山组物源应来自张八岭隆起中侏罗世时地表出露岩石。在燕山运动A幕影响下,下扬子地区发生逆冲褶皱活动,张八岭隆起发生明显隆升,上部岩石被剥蚀殆尽,仅保留现今出露的新元古代张八岭群及肥东杂岩,被剥蚀的岩石搬运沉积于合肥盆地内,形成圆筒山组。     

中生代合肥盆地南部的沉积过程与大别山变质地体的剥露

合肥盆地南部的构造-沉积演化历史可划分出两个不同阶段,即侏罗纪伸展断陷和盆地向南扩展阶段和早白垩世盆地南缘火山喷发和盆地向北退缩阶段。合肥盆地自早侏罗世开始形成,强烈的断陷-沉积作用发生在中、晚侏罗世。盆地边缘沉积主要由冲积扇与辫状河体系组成,明显受边缘正断层控制,并且随断层向南迁移,盆地也不断向南扩展。盆地主体沉积以河流-湖泊体系为特征。古流向恢复结果证明盆地沉积物来自于大别山变质地体。下侏罗统防虎山组中含柯石英包体的三叠纪变质锆石的发现表明,超高压岩石在早侏罗世就已经剥露到地表。凤凰台组中榴辉岩砾石的出现指使大别山在晚侏罗世经历了强烈的抬升和剥蚀。合肥盆地南部在早白垩世时开始抬升,并发生强烈的火山喷发,盆地沉积范围向北明显迁移。合肥盆地二阶段式构造-沉积演化过程反映,大别山及邻区的构造体制在侏罗纪末发生了明显的变化。我们认为大别山变质地体在侏罗纪时期可能是通过构造挤出的方式折返到地表的,这种挤出构造过程一方面导致大别山变质地体的前缘(南缘)发育逆冲推覆构造和形成前陆盆地,另一方面也同时造成其后缘(北缘)发生伸展拆离和产生断陷盆地。早白垩世时期大别山所经历的区域性地壳伸展和强烈的岩浆活动可能与深部岩石圈的拆沉和软流圈热物质的上涌有关。     

合肥盆地三尖铺组~(40)Ar-~(39)Ar同位素年代地层学研究

合肥盆地南缘中生代红层层序及时代 ,由于缺乏可靠的化石依据 ,曾几经变动人为因素很大。根据三尖铺组红层中泥岩在沉积或成岩作用条件下形成的伊利石之 40 Ar- 39Ar定年 ,其坪年龄为 15 7.7～ 15 9.5 Ma,等时线年龄为 15 7.2～ 15 9.9Ma,并用 K- Ar法测年进行对比和验证 ,其值为 15 1.8～ 15 5 .8Ma,故确定其时代下限应为中侏罗世晚期 (卡洛维期 ) ,上限可能达晚侏罗世早期 (牛津期 )。40 Ar- 39Ar坪年龄谱还记录了晚侏罗世—早白垩世岩浆活动热事件信息 ,以及三尖铺组红层中陆源碎屑之母岩 (云母片岩及片麻岩等 )形成的冷却史。     

民和盆地侏罗系地层划分与对比

民和盆地是一个油、煤、气伴生的中新生代陆相盆地,侏罗系地层层序自下而上划分为下侏罗统炭洞沟组(大西沟组)、中侏罗统窑街组、红沟组、上侏罗统享堂组。中侏罗世早、中期气候温暖湿润,形成了以沼泽相煤系地层和湖相暗色泥岩、油页岩为主的生油建造,晚侏罗世至白垩纪气候较为干燥,形成了以河流相为主的砂砾岩储集建造。根据古生物、岩性、电性、含煤性、构造、古气候等地层划分对比标志,重新确立了盆地的地层系统,建立了盆地中新生界地层标准剖面,为盆地石油勘探奠定了坚实的基础。     

合肥盆地烃源岩有机质热演化历史分析

利用镜质体反射率资料及其定量恢复的合肥盆地的古地温结合伊利石结晶度测定系统研究了盆地石炭-二叠系以来的热演化史,在此基础上分析了石炭-二叠系、下侏罗系、中上侏罗系、白垩系、古近系的烃源岩有机质的热演化程度及热演化史,结果表明合肥盆地C-P系呈现为高成熟阶段,并在下侏罗统沉积之后开始进入生油门限,在上侏罗统沉积后地温曾达245℃,而在白垩纪中期(朱巷组沉积后)最大古地温度达到过305℃指示进入了过成熟阶段。下侏罗统防虎山组Ro值和伊利石结晶度也显示了较高的热演化程度,在中侏罗统沉积后开始进入生油门限,在早白垩世朱巷组沉积后达到了最高的热演化程度,最大古地温达260℃。中-上侏罗统随着下白垩统朱巷组的沉积而进入生油门限,在下白垩统沉积之后达到了最大的古地温度,分别为225℃、230℃,指示开始进入过成熟阶段,朱巷组最大埋藏温度出现在早白垩世末,达到了110～120℃,指示进入了成熟期。在上覆古近系沉积后曾达到最大古地温(110～160℃),显示进入了成熟阶段。古近系定远组未进入成熟阶段,最大古地温出现在定远组沉积之后,但小于50℃。     

柳河盆地中生代充填特征与盆地演化

柳河盆地中生代地层发育有中侏罗统侯家屯组,下白垩统果松组、鹰嘴砬子组、林子头组、下桦皮甸子组和亨通山组。主要岩石类型为碎屑岩、火山碎屑沉积岩、火山碎屑岩和熔岩,沉积相为扇三角洲-湖泊相。根据岩性变化和岩相组合,将下白垩统划分为13个三级层序和8种充填类型。根据盆地构造和层序特征,划分为5个构造发育阶段,分别是中侏罗世初始凹陷阶段、晚侏罗世抬升剥蚀阶段和早白垩世的3个火山喷发-沉降阶段。柳河盆地是一个受走滑张扭-走滑压扭机制控制的走滑伸展盆地。     

造山带隆起剥蚀过程与沉积记录

大别山造山带是中生代碰撞造山作用的产物,其隆起过程中形成了合肥盆地。本文对合肥盆地侏罗系碎屑岩进行了成分分析,发现砾岩中有两类榴辉岩,一类为高压变质榴辉岩,另一类为超高压变质榴辉岩。对砂岩中碎屑白云母的成分分析表明,指示高压变质作用的多硅白云母在较低层位已大量出现。重建的碎屑物注入顺序为:非超高压变质岩—高压变质岩—超高压变质岩。结合变质岩石学研究和地球物理观测资料重建的大别山造山带内部结构,可进一步重建大别山的剥蚀历史:大别山造山带最先(三尖铺组沉积初期)受到剥蚀的是非超高压变质的片岩、片麻岩及大理岩,高压变质岩折返到地表受到剥蚀不晚于中侏罗世初期(三尖铺组沉积早期),而超高压变质岩折返到地表经受剥蚀的时间稍早于中侏罗世中期(凤凰台组沉积初期)。天山是典型的陆内造山带,其隆起是新生代以来印度板块与欧亚板块碰撞的一种远程效应。本文对天山发育的花岗岩磷灰石裂变径迹分析,并对南侧的塔里木盆地北部古近系及新近系沉积岩进行了碎屑岩物源分析,在新的磁性地层学格架中讨论了天山的隆起剥蚀历史。砾石组分的突然变化发生在75~35 Ma,26~17 Ma和12~8 Ma间,从中天山物源区逐渐变为南天山物源区,12 Ma后变为以南天山为主要物源区。砂岩及重矿物组分变化表明,物源在124 Ma、26(~24)Ma及15(~12)Ma时发生过变化。磷灰石裂变径迹则进一步揭示了天山的3阶段差异性隆起历史:天山的早期隆起发生在124~80 Ma间,从中天山和南天山的交界处开始并向南扩展;第二次隆起发生在大约100~60 Ma间,从中天山开始向南扩展;第三次隆起从大约50 Ma开始,并向北南两侧扩展,至大约30 Ma时扩展到北天山,约20 Ma时扩展至南天山;其后,南天山在15(~12)Ma时发生了独立的隆起事件。本文的两个研究实例表明,盆地的充填符合计算机数据结构的堆栈过程,但造山带的隆起剥蚀却会出现明显的差异性。不能简单地说造山带的剥蚀和盆地的充填具镜像对称关系,这有可能导致错误的认识,一定要具体事例具体分析。