四川义敦地区曲嘎寺组火山-沉积盆地的划分及古地貌意义

四川义敦地区曲嘎寺组火山-沉积盆地的划分及古地貌意义

1地质背景和剖面位置宜敦岛拱是一种经典的古岛拱。四川区调队在该区已完成了1:100万、1:20万、1:25万区调,有大量的成果。前人对该区有较多的研究,如胡世华等(1992)《川西义敦岛弧的火山-沉积作用》、候立玮等(1994)《四川西部义敦岛弧碰撞造山带与成矿系列》、中科院南京古生物研究所(1979)《川西藏东地区地层与古生物》、候立玮等(1990)《白玉-中甸地区地质构造及矿产特征与远景》、四川省地矿局(1996)《四川省岩石地层清理》、罗建宁等(1992)《三江特提斯沉积地质与成矿》、莫宣学等(1993)《三江特提斯火山作用与成矿》、《四川省岩石地层(1997)》等,都涉及到义敦岛弧的火山、沉积、成矿等问题,但对该区系统的岩相古地理研究尚无人进行。义敦岛弧地层属华南地层大区→巴颜喀拉地层区→玉树-中甸地层分区→稻城地层小区,其上三叠统曲嘎寺组(T3q)是一套以碳酸盐岩为主夹大量基性、中基性火山岩和少量复成分砾岩、变质砂板岩的复杂岩性组合。碳酸盐岩以灰~灰白色结晶灰岩、砂泥质灰岩、介壳灰岩为主,产大量瓣鳃、腕足、牙形刺、菊石和少量腹足、珊瑚、苔鲜虫、藻类、有孔虫等化石。义敦地区的T3q岩性复杂,总体为结晶灰岩、含生物碎屑灰岩、变质砂岩和板岩夹变质基性至中性火山岩。灰岩沿走向厚度变化较大,呈似层状、透镜状,含丰富的生物化石。火山岩沿走向极不稳定,呈不连续的透镜状,且时为玄武岩、时为辉绿岩。曲嘎寺组内的火山岩随地理位置不同可出现在不同的层位:在白玉县昌台的根隆、擦青松多的郎格、理塘县曲登乡一带中基性~基性火山岩夹层明显增大,甚至成为T3q的全部;在白玉县拿它乡舍日拖剖面仅有约100m的玄武岩位居T3q底部;在白玉县麻绒乡日绒剖面上为厚5~50m的9个夹层出现于T3q下部;在麻绒乡碰翁措普剖面的T3q上部出现厚约150m、250m的两个夹层;在麻绒乡托波剖面T3q上部仅见厚数米的薄层;在巴塘县义敦日文剖面上可能由火山岩蚀变而成的阳起长英角岩、斜长透辉角岩、斜长阳起角岩出现在T3q的中下部;在巴塘县义敦至白玉县盖玉一带少有火山岩出现,在理塘县曲登乡扎隆剖面和巴塘县义敦海子山剖面未发现火山岩;在理塘县下坝一带火山岩多以薄夹层出现,并可见硅质岩夹层,碳酸盐岩夹层极少。总体上,T3q整合于列衣组砂板岩之上,局部可见与下伏地层假整合关系。在南部的巴塘县扎瓦拉,可见T3q假整合于中下三叠统列衣组粉砂岩地层之上,为一套灰色中厚层状变质极细砂岩夹炭质板岩和少量基性凝灰质砾岩,底部为灰岩、角岩质角砾岩;在北部的白玉县盖玉乡贡纳一带,T3q也是超覆于中下三叠统的变质砂岩、板岩之上;向西部边界最老可超覆于中咱小区泥盆系穷错组碳酸盐岩地层之上。最近几年,在青藏高原的新一轮国土资源大调查中,为了研究义敦火山岛弧带的火山喷发韵律、旋回,沉积环境与构造环境,及火山盆地演化与成矿的关系,开展了“四川理塘地区三叠纪火山-沉积盆地演化与成矿”的专题研究。研究工作对E99°00′~100°20′,N29°50′~31°10′范围内T3q的44条实测地层剖面进行了修测或清理,各剖面位置见图1。工作中对大部分剖面厚度重新计算,部分剖面重新进行了地层划分和沉积环境分析。2环境评估根据工作区T3q岩性组合、地层序列、沉积构造、古生态特征,古构造等,可划分为如下5种沉积相组合。2.1岩石学特征见于义敦T3q下部,由钙泥质绢云板岩、钙泥质绢云千枚岩夹杏仁状玄武岩、辉绿岩及灰岩透镜体。具水平层理、微波状层理和沙纹层理,板岩中产菊石、双壳、腕足等化石。2.2点礁和介壳滩层序见于义敦列衣乡一带T3q中下部、亥隆一带T3q底部~下部,主要岩性为厚层至块状亮晶灰岩、泥晶灰岩、微晶灰岩夹薄至中层状含生物泥晶灰岩和条带状含白云质泥晶灰岩,具微细斜层理、波状层理、透镜状层理,可见由钙藻、珊瑚形成的点礁和介壳滩。颗粒类型有生物介屑(介屑、棘屑)、内碎屑、陆源碎屑,可见鲕粒、条带状结构。其中含较丰富的动物化石,组成窄盐度生物组合,计有菊石、双壳类、腕足、珊瑚、钙藻、棘皮、叠层石等。其中见有的泥晶棘屑-介屑灰岩及亮晶砂屑泥屑灰岩沉积,前者中棘皮、腕足、双壳类化石碎片含量一般大于60%;后者中砂屑砾屑由泥晶方解石组成,磨圆度较好,分选性中等,含量可达80%,内含棘屑和介屑,它们为台地内浅滩环境沉积的产物。在台地内局部还可见礁相沉积,计有钙藻、海绵粘结岩和棘皮-珊瑚粘结障积岩。表明了当时海水洁净、清彻、温暖的广浅海。2.3有关扇和碎屑主要分布于T3q中~中下部,是组成义敦弧后前陆盆地的主体相之一。扇三角洲相主要由石英质砾岩和石英杂砂岩组成,可划分为内扇、中扇、外扇沉积。内扇由水道砾石、粗砂组成,底部具侵蚀面;中扇由石英杂砂岩和含砾砂岩组成;外扇由细粒石英杂砂岩、粉砂岩与泥岩组成(图2)。岩层普遍发育正粒序和小型交错层理。T3q沉积物碎屑成分很特殊,石英质糜棱岩碎屑占绝对优势,其次为石英片岩、石英岩、脉石英碎屑,缺乏长石、火成岩碎屑。碳酸盐台地相可见到由泥晶、亮晶薄层生物灰岩组成的开阔台地相和粒屑灰岩、生物碎屑灰岩组成的浅滩相,也可见到风暴扰动作用形成的台地边缘相(图3)。2.4泥质岩和粉砂岩沉积相见于义敦地区T3q中部,由钙泥质绢云板岩、含粉砂质绢云板岩、薄至中层状白云质胶结变质粉砂质岩屑细粒石英砂岩组成,具由下而上由粗变细的韵律,表明海进的沉积过程。其构成成分主要为:细砂岩→粉砂岩→泥质岩和粉砂岩→泥质岩两种基本组合,单个韵律层厚0.2~3m。岩层具波状、水平层理,水平层理常见于粉砂岩中,细砂岩的底层面局部可见重荷模。碎屑岩粒径细(粉砂~细砂),Mx均小于3,λ值均小于1,反映分选中等的特点。概率累计曲线为两段式,斜率52°(图4)反映出分选中等的特点。杂基含量一般20%左右,个别可达25%。岩屑含量3%~5%,长石含量15%~25%,成分成熟度和结构成熟度均较低。这表明该期沉积环境水动力能量弱,水体较早期明显变深,主要为台后(间)盆沉积,可能间有浊流沉积。从沉积物厚度大于千米看,台盆有持续下降可能,但基本与沉积速率保持一致,水体深度变化不大。2.5泥质及生物组合见于义敦地区T3q上部,出现较多砂质、泥质岩夹层,其岩性组合为厚层块状粉晶灰岩、薄层泥质钙质泥晶灰岩,时夹砂质或粉砂质泥晶灰岩,除局部发育水平层纹外,其它沉积构造少见。生物组合以双壳-藻类为特征,含量较少。从水平层理发育、生物化石减少、层理不明显等特点看,水动力较早期弱,环境带局限性,但大环境仍相似,代表了水动力条件较弱的局限台地环境。3陆内火山-沉积盆地义敦岛弧中段T3q的岩相地理图显示,该区可划分为义敦弧后前陆盆地、义敦火山弧及弧内火山洼地、沙鲁里边缘海等一系列次级火山-沉积盆地(图5)。3.1义设置了一个细至粗的海退岩组晚三叠世早期,由于金沙江缝合带强烈造山作用引起的剥离陆屑在义敦弧后前陆盆地快速堆积,发育扇三角洲相沉积,在构造活动相对稳定时,陆源物质减少,沉积补偿速度小于盆地下降速度,扇三角洲被淹没而演化为碳酸盐沉积,从而形成曲嘎寺组滨岸扇三角洲与碳酸盐台地交互沉积的特征(图6)。该弧后前陆盆地的沉积中心位于义敦一带,最大沉积厚度达3962m。向北至白玉县贡纳一带,T3q与下伏中下三叠统呈角度不整合或假整合接触,其碎屑岩、灰岩厚约945m,中间还出现基性火山岩透镜体。与此同时,远离盖玉-巴塘古陆的擦哈海底古隆起东缘,T3q早期的铁锰质沉积和含炭铁质粉砂质的沉积,认为可能与该海底古隆起有关;再向北至章都一带T3q中出现较多的火山岩变质而成的钠长绿帘绿泥片岩,由厚度分别为188m、34m的火山岩构成两个火山旋回。区域上,T3q沉积厚度变化大,从数百米至三千余米不等。在义敦海子山剖面上厚达3022m,在白玉县上麻绒厚达2686m。由于晚三叠世曲嘎寺期,西部盖玉-巴塘古陆的逐渐抬升,导致义敦弧后前陆盆地的海域范围有所缩小,古陆东缘的拉纳山上升为陆,遭受剥蚀而缺失T3q。向南至巴塘县扎瓦拉,也可见T3q假整合于中下三叠统粉砂岩地层之上,T3q为一套中厚层状变质极细砂岩夹炭质板岩和少量基性凝灰质砾岩,底部为灰岩质、角岩质角砾岩,厚约510m。其它各地T3q沉积岩的厚度见表1。综上所述,义敦弧后前陆盆地的T3q总体上显示了一个由细至粗的海退沉积序列,即T3q早期为浅海相碳酸盐、细碎屑物沉积,仅底部及其间夹有少量不稳定砾石,同时因火山活动出现了海底基性火山喷发,沉积厚度1558m。沉积环境的改变,海水变浅,导致生物大量繁衍,腕足、瓣鳃、珊瑚、腹足、菊石、水螅、海百合、藻等门类相继出现,保存了丰富的化石。T3q晚期沉积了大量砾石、砂、泥及碳酸盐的浅海-滨海相碎屑物、碳酸盐沉积,厚2295m。由于铁质、白云质增加,生物显著减少,仅见少量瓣鳃、菊石、腕足化石。3.2东部火山弧内部的对比晚三叠世曲嘎寺期,义敦火山弧已出现,其中的根隆火山穹隆已大量活动,果德火山穹隆已成雏形,郎格火山穹隆和曲登火山穹隆已萌生,而东部的沙鲁里火山岩浆弧尚未出现。这些火山穹隆的火山岩反映出不成熟岛弧的特点,以安山岩为主的拉斑-钙碱系列过渡的玄武岩、安山岩、流纹岩组合,表明构造背景转入挤压为主,碰撞造山过程已开始发生。在火山弧内部,还可出现一些与义敦弧后前陆盆地充填序列不一致次级火山洼地沉积。这种穹隆与洼地相间的火山弧局面,使义敦-理塘的古地理、古构造格局变得十分复杂起来。3.2.1曲氏火山大变形方面果德火山穹隆分布于西北,主体部分在图区外,主体由图姆沟组(T3t)火山岩构成,但在T3q也有中基性火山堆积,且从曲嘎寺期至图姆沟期,穹隆中心有东移现象。曲嘎寺期,果德火山穹隆有3个火山喷发旋回:早期由块状安山玄武岩→凝灰质砂板岩组成,厚70m米左右;中期由蚀变杏仁状玄武岩、斑状玄武岩→条带状灰岩组成,厚约466m米;晚期为安山玄武岩→凝灰质板岩,厚约23m。3.2.2把火山大理岩设置到火山岩位于白玉县昌台区根隆柯,其火山堆积厚1226m。下部为杏仁状、气孔状玄武岩、玄武玢岩、含砾玄武岩的海底基性火山喷发岩,共有大小不等的5个喷发旋回,每次均以凝灰岩开始到熔岩结束。上部为中基性火山喷发岩,主要为安山玢岩、安山玄武质凝灰岩。该火山穹隆在东侧的昌根寺一带形成了厚仅33.1m的基性含砾凝灰岩,砾石为石英岩、绿泥片岩、粗玄岩、玄武岩,略具定向性。此外,北部那楞海一带,也出现了曲嘎寺期的火山穹隆,火山岩厚约588.8m,有3个火山喷发旋回。火山岩主要为蚀变细粒玄武岩,玄武岩中见气孔构造,其上沉积石英片岩、薄~中厚层状大理岩。因此,尽管曲嘎寺时期火山喷发中心数量少,但规模仍很大。3.2.3夏塞、拿它火山洼地曲嘎寺时期,由于义敦岛弧尚处于未成熟岛弧环境,大量次级弧间盆地尚未形成,尚不能形成与相邻盆地大差别的沉积建造,属于火山洼地性质,其中规模最大的当属扎翁拉火山洼地。受巴其扣-路日坎多海底古断裂的影响,夏塞、拿它一带也处于义敦火山弧内的火山洼地环境,在夏塞火山洼地中,形成了一套砂板岩夹砾岩、灰岩的沉积,在拿它火山洼地中形成了一套台地相碳酸盐岩,北部勉戈火山洼地也形成了一套砂板岩、灰岩地层。扎翁拉火山洼地位于义敦火山弧西侧、擦哈古隆起东南的麻绒乡扎翁拉一带,由于冷通-擦青松多海底古断裂活动,火山弧上的T3q沉积与义敦弧后前陆盆地不同,不是海退层序而是海进层序,形成了滨海→浅海→半深海相的碎屑岩、碳酸盐岩沉积。在此洼地内,由于在暖流海区的条件下,底栖生物群十分繁盛,计有珊瑚、水螅、腹足、菊石、藻类、苔藓、双壳等。在接受沉积的同时,伴随海底断裂的活动,有微弱的海底基性火山喷发。3.3巴其扣-路日坎多海底古洋盆海中三叠世晚期海水退出后,中部经历了短暂的陆地期,北部白玉县舍日拖一带具有明显的河流作用。晚三叠世早期又一次海侵发生,海水再次侵入研究区,形成滨岸环境,导致T3q下部碎屑岩向西逐渐超覆于先前的沉积岩之上,并在巴其扣-路日坎多海底古断裂以东、理塘洋盆以西,形成沙鲁里边缘海。该边缘海主要有两个沉积中心:其一位于昌台至那楞海一带,为一套浅海~半深海的、以细碎屑物为主的沉积,伴随海底断裂的活动,有强烈的基性~中性海底火山喷发。生物群较为单一,只有双壳海燕哈及漂浮植物碎片,最大沉积厚度为3349m。其二位于边缘海东缘、理塘缝合带西侧,为一套中基性火山岩夹砂板岩、硅质岩的沉积。理塘县塔青弄巴T3q下部为片理化石英砂岩夹板岩、硅质岩及少量基性火山岩、灰岩,上部为中-基性火山岩、变质石英砂岩夹灰岩、硅质岩及含古生代化石的灰岩“外来体”,沉积厚约1886m,此外还有厚903m的火山岩夹层,其实质可能已超越沙鲁里边缘海的范围。4晚三叠世之期岩相古地理T3q火山岩是以安山岩为主的拉斑-钙碱系列过渡的玄武岩、安山岩、流纹岩组合,反映出不成熟岛弧的特点,表明构造背景转入挤压为主,碰撞造山过程已开始发生。晚三叠世T3q沉积时期,随着西部金沙江缝合带的陆内俯冲、碰撞,盖玉-巴塘古陆的岩石圈基底应力松驰,古陆范围也进一步扩大,擦哈海底古隆起也出现,义敦弧后前陆盆地转入弹性回跳时期,导致了该弧后前陆盆地的上部地层单元(T3q、T3t)假整合、局部整合覆于中下三叠统的义敦群之上,义敦盆地仍保持早中三叠世沉积中心的大致形态,而上麻绒盆地早中三叠世的沉积中心已渐东移至扎翁拉一带,在西部形成了义敦弧后前陆盆地。在中部,由于东部的理塘洋盆也从扩张转变为俯冲、碰撞,沟-弧-盆体系配置开始出现,义敦岛弧处于初弧期,形成了T3q的中基性火山岩,火山岩的微量元素环境