廣東海豐地區(qū)下侏羅統(tǒng)長埔組淺海沉積與前陸構造背景

于振鋒 程日輝 許中杰 王嘹亮 張 莉 李 飛

(1.吉林大學地球科學學院 長春 130061;2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510075)

廣東海豐地區(qū)下侏羅統(tǒng)長埔組淺海沉積與前陸構造背景

于振鋒1程日輝1許中杰1王嘹亮2張 莉2李 飛1

(1.吉林大學地球科學學院 長春 130061;2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510075)

廣東省海豐地區(qū)是下侏羅統(tǒng)長埔組良好的出露區(qū)。長埔組為一套淺海碎屑巖沉積,主要為陸棚泥質(zhì)沉積背景下的臨濱砂壩和濁流沉積。粒度分析顯示臨濱砂壩沉積的概率累積曲線為兩段式,頻率直方圖為單峰。濁流沉積的概率累積曲線為三段式,頻率直方圖為雙峰。巖相序列為海進-海退過程的巖相組合,砂巖層向上變厚。海進-海退的序列顯示出長埔時期海豐地區(qū)總體上經(jīng)歷了兩次海平面變化。淺海泥質(zhì)沉積和濁流沉積構成一套復理石序列。馬爾科夫鏈分析顯示長埔組具有明顯的向上變粗序列。地球化學數(shù)據(jù)顯示長埔組沉積物兼具被動大陸邊緣性質(zhì)和活動大陸邊緣性質(zhì)。砂巖樣品成分的Dickinson圖解顯示,沉積物來源于再旋回造山帶,與巖漿弧造山帶和俯沖帶雜巖體有關,海豐地區(qū)靠近逆沖造山帶。因此早侏羅世盆地處于擠壓下的弧后前陸構造背景,沉積物受再旋回造山帶和陸塊雙物源控制。

弧后前陸 淺海沉積 下侏羅統(tǒng) 長埔組 粵東

南海北部地區(qū)是我國重要的海上石油產(chǎn)地,勘探開發(fā)的目的層一直是古近系和新近系。隨著對油氣資源的需求和勘探開發(fā)的進展,中生界已經(jīng)得到極大的關注。研究顯示南海北部中生界是存在的[1],但是以中生界為目的層的鉆井卻只有LF35-1-1[2]。南海北部陸緣地區(qū)中生界廣泛發(fā)育,而且露頭出露良好。廣東福建地區(qū)中生界巖相古地理研究顯示從晚三疊世-早侏羅世發(fā)育一個大致呈NE走向的“粵東海盆”[3]。關于粵東海盆向現(xiàn)今海域中的延伸,郝滬軍等[4,5]做了深入的研究,認為粵東海盆向海域延伸到珠江口盆地東部,這一認識是根據(jù)區(qū)域地質(zhì)和地震資料得出的。雖然證實了南海北部中生界和粵東海盆的存在,然而陸上中生界能否與海域中生界對比還需要深入的研究。目前面臨的問題是:1)陸上盆地與海域盆地是否是同一盆地;2)區(qū)域構造特征和盆地的性質(zhì);3)盆地的充填特征和油氣地質(zhì)特征。顯然,廣東福建地區(qū)早侏羅世盆地性質(zhì)和盆地充填特征的研究是重要的,盆地地質(zhì)模型的建立對于由陸及海的研究至關重要。然而目前對于廣東福建地區(qū)早侏羅世盆地性質(zhì)的研究仍然沒有統(tǒng)一的認識,分歧是盆地處于拉張構造背景[6]還是擠壓構造背景[7,8]。早侏羅世粵閩地區(qū)廣泛海侵,出現(xiàn)半深海沉積[3],長埔組淺海沉積屬于海退序列,其相及相序列、砂巖礦物成分和地球化學特征研究對于確定盆地類型和海退的構造背景具有指示意義。本文主要討論長埔組沉積和構造背景,為確定早侏羅世廣東福建地區(qū)盆地性質(zhì)和海進-海退過程提供沉積學和地球化學的證據(jù)。

1 地層特征

1.1 剖面地層

海豐青年水庫剖面位于廣東省海豐縣城西,地理坐標是N22°57'6.6″,E115°15'53.1″(圖1),出露地層為下侏羅統(tǒng)的藍塘群。藍塘群從下而上依次發(fā)育銀瓶山組(T-J1y)、上龍水組(J1s)、長埔組(J1c)和吉水門組(J1j)?；洊|的藍塘群可與粵中、粵北等地的金雞組對比[11]。

銀瓶山組是以灰白、灰黃、紫灰色巖屑砂巖、長石石英砂巖與粉砂巖為主夾泥巖、砂質(zhì)泥巖的地層,厚387.1 m。上龍水組是以灰黑色泥巖、泥巖與微薄層狀泥質(zhì)粉砂巖為主,夾中細粒長石石英砂巖與巖屑砂巖的地層,厚761.3 m,與銀屏山組整合接觸。長埔組是一套以灰白、淺灰色細粒長石石英砂巖為主,夾巖屑砂巖、粉砂巖和泥巖的地層,厚741.5 m,與上龍水組整合接觸。吉水門組是以淺灰、灰黑色泥巖為主,夾細砂巖和粉砂巖的地層,以含磷質(zhì)、黃鐵礦質(zhì)、硅質(zhì)結核及條帶為特征,厚419m,與長埔組整合接觸。

圖1 南海北部陸緣斷裂構造綱要圖(據(jù)文獻[7,9]簡略)Fig.1 The Structural outline of the northern margin of the South China Sea

1.2 長埔組巖性特征

長埔組主要分布于廣東惠東、海豐、陸豐、惠來、博羅等地。本組巖性由四個巖性段組成,分別是:1)砂巖和粉砂巖互層段、2)下砂巖段、3)泥巖段和4)上砂巖段(圖2)。

砂巖和粉砂巖互層段:巖性主要為灰白色、淺紫色厚層狀細粒長石石英砂巖、灰白色薄層狀粉砂巖以及深灰色薄層狀含炭質(zhì)頁巖,呈互層產(chǎn)出,厚292 m。整體粒度向上變粗,泥巖單層厚度向上變厚。砂巖、粉砂巖以及泥巖主要在中下部互層,向上粉砂巖出現(xiàn)頻率降低。

下砂巖段:巖性主要為厚層狀細粒長石石英砂巖,偶夾深灰色薄層狀含炭質(zhì)頁巖。厚216.4 m。此段整體粒度向上變粗,砂巖單層厚度向上變厚,泥巖單層厚度向上變薄。

泥巖段:巖性主要為深灰色厚層狀頁巖,中部夾一層紫灰色細粒長石石英砂巖,底部夾一層淺灰色含泥粉砂巖。整體粒度向上變細。厚48.3 m。

上砂巖段:巖性主要為深灰色厚層狀細粒長石石英砂巖和中厚層狀深灰色頁巖,呈互層產(chǎn)出,厚184.8 m。此段整體粒度向上變粗,砂巖單層厚度向上變厚。泥巖單層厚度向上逐漸變薄。

2 長埔組巖相與巖相序列

2.1 巖相

2.1.1 沉積微相類型

長埔組為淺海相地層,廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局[10]、楊靜[11]、Sun Shu[28]以及陳金華[29]等認為在其中發(fā)育菊石(Asteraceras sp)和雙殼類(Astarte sp。,Meleagrinella sp。,olifex,Otapiria sp。,Camplonectes cf.pumcalissimas,Chlamys sp。,Hiatella sp)化石。根據(jù)巖性和巖性組合可識別出三種微相,分別是:1)靜水泥、2)臨濱砂壩、3)濁流。生物化石組合顯示本區(qū)長埔組為海相地層,臨濱砂壩沉積反映了沉積環(huán)境靠近濱海,發(fā)育濁流微相說明沉積環(huán)境的水體較深。因此認為本區(qū)長埔組為淺海陸棚相沉積,為靜水泥質(zhì)沉積與濁積和臨濱砂質(zhì)沉積組合。

靜水泥 顏色以灰色和深灰色為主,巖性主要為薄層狀-厚層狀泥巖(圖版Ⅰ-1)或者頁巖。發(fā)育水平層理或者頁理,是懸浮沉積物緩慢沉積,片狀粘土礦物定向排列形成的。含有菊石和雙殼類等化石[9],植物葉片多分布于層理面上,說明水體比較安靜。泥巖或者頁巖中常夾有細砂巖薄層和泥質(zhì)粉砂巖層。砂巖層前積結構發(fā)育,說明水流為牽引流性質(zhì)。此套頂部具沖刷構造,而底部與下伏巖層呈漸變接觸。

圖2 海豐青年水庫剖面下侏羅統(tǒng)長埔組沉積綜合柱狀圖Fig.2 The deposition-composite column of the Lower-Jurassic Changpu Formation in the Qingnian reservoir geological section of Haifeng area

臨濱砂壩 巖性主要為淺灰色、深灰色厚層狀細粒長石石英砂巖。部分細砂巖下部發(fā)育粉砂巖,與細砂巖呈連續(xù)過渡,共同組成臨濱砂壩沉積。整體砂巖分選好,粒度向上變粗。細砂巖發(fā)育雙向低角度交錯層理(圖版Ⅰ-2)和平行層理,平行層理位于交錯層理的下部,兩者呈過渡關系。粉砂巖發(fā)育微波狀層理(圖版Ⅰ-3)。砂巖層底部常發(fā)育沖刷面。垂向上常與紫色泥巖或者頁巖互層,說明水體較淺。生物化石較少,僅發(fā)育少量化石碎片?；槠喾植加谏皦蔚牡撞?是水流沖刷下伏巖層,將水流流經(jīng)區(qū)域發(fā)育的碎片攜帶到此處沉積。

粒度分析結果顯示臨濱砂壩的概率累積曲線顯示為兩段式,具有代表性的樣品粒度分析特征值結果如表1所示。

所選取的具有代表性的樣品位于距長埔組頂80.3 m處,巖性定名為中細粒石英砂巖。頻率直方圖(圖3A)顯示為單峰,尖度為1.35,為尖銳的范圍;偏度為0.27,屬于正偏態(tài),粒度偏粗,為中砂級-細砂級;標準偏差為0.42,分選較好。概率累計曲線(圖3B)顯示跳躍總體直線段的斜率為50°左右,同樣反映了樣品分選較好。懸浮總體直線段的斜率為35°左右,主要為粉砂級。此樣品缺少滾動搬運組分,跳躍總體含量在80%左右,懸浮總體含量約20%,懸浮總體含量偏高。

此砂巖樣品的粒度分析顯示其為臨濱砂壩沉積,樣品整體受波浪作用影響,分選較好。跳躍總體的分選好,說明有牽引流作用的影響,粒度偏粗反映流速較快。懸浮總體含量達到20%,說明雖然經(jīng)過波浪作用的改造,但是持續(xù)時間較短,同時砂體堆積速度快,砂巖沒有完全分選。此樣品應代表流速較快的水流攜帶的砂快速堆積,同時又受到波浪作用的改造,缺少滾動或者推移組分,由于改造時間短,造成懸浮質(zhì)含量偏高。

濁積巖巖性主要為淺紫色、灰白色厚層狀細粒長石石英細砂-粉砂巖。粒度向上變細。細砂巖發(fā)育平行層理(圖版Ⅰ-3)或者粒序層理。粉砂巖發(fā)育斷續(xù)的水平紋層(圖版Ⅰ-4),厚度較薄。未發(fā)育完整的鮑瑪序列,以B、D和E段的組合為主。發(fā)育粒序層理的A段僅有少量分布,其底部常含有礫石層。砂巖層底部常發(fā)育沖刷面?；槠^少,多分布于濁積巖的底部和頂部。分布于底部的化石碎片成因與臨濱砂壩相同。分布于頂部的化石碎片反映了由濁積微相向靜水泥微相過渡時水動力降低,生物開始活動。

粒度分析結果顯示濁積巖的概率累積曲線顯示為三段式,具有代表性的樣品粒度分析特征值結果如表1所示。

所選取的具有代表性的樣品位于距長埔組底158.7 m處,巖性定名為中細粒石英砂巖。頻率直方圖(圖5A)顯示為雙峰,分別在粒度區(qū)間1～1.5φ和2～2.5φ顯示為峰值。整體尖度為0.84,為平坦的范圍。偏度為0.17,屬于微正偏態(tài)。粒度概率累積曲線(圖4B)表現(xiàn)為三段式,分別是一個跳躍次總體,一個懸浮總體和一個過渡總體,缺少滾動搬運組分。相鄰兩直線段的斜率均相差不到10°,三段直線的傾斜角在30°～50°之間,反映了樣品分選差。跳躍總體的含量在25%左右,過渡總體35%,懸浮總體含量最高約40%。φ值在1.0～3.5之間的粒度含量在15%以上,說明粒度分布范圍較大。

此砂巖樣品的粒度分析顯示其為濁流沉積。分選差、雙峰和含量高達40%的懸浮總體是濁流的主體特征。偏度為正偏,說明水流的能量也較大。缺少滾動或推移組分,說明此樣品發(fā)育位置不在濁流體的前鋒位置。此樣品應代表濁流前部沉積,相當于鮑瑪序列A段上部沉積,因此缺少明顯的滾動或推移組分。

2.2 巖相序列

2.2.1 巖相序列

剖面沉積微相組合的分段與巖性分段相對應,自下而上為:1)濁積段(砂巖-粉砂巖互層段)、2)臨濱砂壩-濁積段(下砂巖段)、3)靜水泥-濁流段(泥巖段)、4)濁積-臨濱砂壩段(上砂巖段)。

表1 海豐青年水庫剖面長埔組具有代表性的2個樣品粒度分析的特征值Table1 The grain size analysis of the two representative samples of Changpu Formation in the Qingnian Reservoir section of Haifeng area

圖3 臨濱砂壩兩段式粒度分析曲線圖A.直方圖與累計頻率曲線圖;B.概率累積曲線圖Fig.3 The curve diagram of two-stage grain size analysis of shoreface barrierA.The diagram of cumulative frequency curve and the histogram;B.The probability cumulative curve diagram

圖4 濁積三段式粒度分析曲線圖A.直方圖與累計頻率曲線圖;B.概率累積曲線圖Fig.4 The curve diagram of three-stage grain size analysis of turbidity currentA.The diagram of cumulative frequency curve and The histogram;B.The probability cumulative curve diagram

濁積段 由濁流成因的細砂巖-粉砂巖與靜水泥質(zhì)沉積共同組成向上變深的旋回。每個韻律均為向上變粗的序列。整體上粒度向上逐漸變粗。砂巖層單層厚度向上逐漸變厚,反映了濁流作用強度逐漸增大。泥巖層單層厚度向上逐漸變厚,反映了水深逐漸加大。整體說明物源供給充足,構造處于活動階段。

臨濱砂壩-濁積段 由臨濱砂壩微相和濁流微相的細砂巖與靜水泥質(zhì)沉積共同組成了向上變淺的旋回,每個韻律均為向上變粗的序列。砂巖層厚度與一段相比明顯變厚,且單層厚度向上逐漸變厚,缺少粉砂質(zhì)沉積。向上砂巖逐漸以臨濱砂壩沉積為主,反映了構造活動從下到上逐漸趨于穩(wěn)定。靜水泥質(zhì)沉積多做為厚層砂巖中的夾層出現(xiàn),單層厚度向上逐漸變薄,說明水體逐漸變淺,臨濱砂壩反映了砂體沉積位置接近浪基面。

靜水泥-濁積段 由靜水泥質(zhì)沉積和濁流成因的細砂巖共同組成了向上變深的旋回,單個韻律為向上變粗的序列。沉積物主要為泥質(zhì)沉積,中部夾一層6.5 m的濁流成因的細砂巖,底部夾淺灰色含泥粉砂巖。該段反映構造處于活動階段。水深與濁流-臨濱砂壩段相比明顯變深。

濁積-臨濱砂壩段 與第二段的臨濱砂壩-濁積段相似,由臨濱砂壩微相和濁流微相的細砂巖與靜水泥質(zhì)沉積共同組成了向上變淺的旋回,每個韻律均為向上變粗的序列。砂巖層單層厚度向上變厚。與第二段的濁積-臨濱砂壩段相比,泥巖厚度相對較厚,一般為中-厚層狀,向上單層厚度逐漸變薄。該段下部以濁流沉積為主,上部以臨濱砂壩沉積為主,反映了構造向上逐漸趨于穩(wěn)定,水體逐漸變淺,砂體沉積位置接近浪基面。

總體上本區(qū)長埔時期經(jīng)歷了兩次海平面變化。每次海平面變化均為水體向上逐漸變深,而后逐漸變淺,直至接近浪基面。每次海平面變化所形成的沉積微相組合表現(xiàn)為由下部的濁積-靜水泥向上逐漸過渡為臨濱砂壩-靜水泥,濁流與靜水泥構成復理石序列。構造由活動逐漸變得趨于穩(wěn)定。

2.2.2 馬爾科夫鏈與充填序列

對長埔組發(fā)育的所有巖性進行分析歸類,共選擇了9種巖性,分別是灰色泥巖、灰色頁巖、淺灰色細砂巖、深灰色細砂巖、灰色粉砂質(zhì)泥巖、灰色粉砂巖、黃色粉砂巖、灰白色細砂巖和紫色頁巖,標示為A、B、C、D、E、F、G、H和I。根據(jù)巖性將該組劃分為91層。統(tǒng)計出它的理論推測模式和轉移概率模式,經(jīng)過矩陣轉換做差最終得到海豐青年水庫長埔組地層的差數(shù)數(shù)值模式(表2),表中數(shù)據(jù)為各巖層相互上覆的轉移概率與理論概率的差值,左側第一列為下伏巖層,第一行為上覆巖層。

根據(jù)差數(shù)數(shù)值模式各正值元素,繪制出各微相的旋回進程線路圖,組成一個“馬爾柯夫鏈”式的結構模式(圖5)。

根據(jù)結構式的箭頭次序,畫出簡化沉積剖面巖性柱狀圖如圖書所示。

根據(jù)簡化沉積剖面巖性柱狀圖可以看出海豐青年水庫剖面長埔組由三種基本類型的沉積旋回所組成:1)A、D與F之間的沉積旋回(圖6a)、2)B與C的閉旋回(圖6b)、3)G,H與I之間的沉積旋回(圖6c)。

表2 海豐青年水庫剖面長埔組淺海陸棚相地層差數(shù)數(shù)值模式Table2 Themargin numericalmodels on the shallow-marine shelf facies stratum of the Changpu Formation in the Qingnian Reservoir Section of Haifeng area

圖5 海豐青年水庫剖面長埔組的淺海陸棚相“馬爾科夫鏈”式的結構模式Fig.5 Themodels of Markov chain structure on the the shallow-marine shelf facies of the Changpu Formation in the Qingnian Reservoir Section of Haifeng A.graymudstone;B.gray shale;C.light gray fine sandstone;D.heavy gray fine sandstone;E.gray siltymudstone;F.gray siltstone;G.yellow siltstone;H.gray-white fine sandstone;I.purple shale

A、D與F之間的沉積旋回 當狀態(tài)由A轉移至狀態(tài)D時,狀態(tài)D只能向狀態(tài)F轉移,就構成了A→D→F→A的旋回。巖性序列為灰色泥巖-深灰色細砂巖-灰色粉砂巖-灰色泥巖,顯示單個沉積旋回向上變粗。細砂巖與粉砂巖的組合說明砂巖層具有向上變細的粒序層理。結合野外剖面的巖性與沉積相的對應關系,認為該沉積旋回為濁流-靜水泥沉積旋回。

B與C的閉旋回 狀態(tài)B轉出的方向有兩個,分別是狀態(tài)G和狀態(tài)C,當由狀態(tài)B轉移至狀態(tài)G時,不會有狀態(tài)的返回,那么B與C構成的閉旋回就不可能發(fā)育,因此,B與C構成的閉旋回應為第二個巖性組合。狀態(tài)轉移順序為B→C→B,相應的巖性序列為灰色頁巖-淺灰色細砂巖-灰色頁巖,單個沉積旋回顯示為向上變粗,結合野外剖面認為該段的細砂巖為濁流成因。該沉積旋回依然為濁流-靜水泥沉積旋回。當狀態(tài)由B轉移至G時第二個旋回結束,進入第三個沉積旋回。

G,H,I之間的沉積旋回 在該旋回中主要有兩種形式:①狀態(tài)G、H與I構成的旋回,狀態(tài)轉移順序為I→H→G→I,相應的巖性序列為紫色泥巖-灰白色細砂巖-黃色粉砂巖-紫色泥巖。巖性組合顯示單個沉積旋回向上變粗。細砂巖與粉砂巖的組合說明砂巖層具有向上變細的粒序層理。結合野外剖面的巖性與沉積相的對應關系,認為該沉積旋回為濁流-靜水泥沉積旋回;②H與I構成的閉旋回。狀態(tài)轉移的順序為I→H→I,相應的巖性序列為紫色泥巖-灰白色細砂巖-紫色頁巖,單個旋回向上變粗。結合野外剖面認為該段的細砂巖為臨濱砂壩沉積,單層厚度向上逐漸變厚。該沉積旋回為臨濱砂壩-靜水泥沉積旋回。

馬爾科夫鏈所得結果與野外剖面的巖性分段相比,缺少巖性分段的泥巖段,巖性分段中的下砂巖段和上砂巖段重新劃分。下砂巖段下部的濁積-靜水泥段做為一個旋回類型,下砂巖段上部的濁積-臨濱砂壩-靜水泥段與上砂巖段的濁積-臨濱砂壩-靜水泥段合并為一個旋回類型。這是由于泥巖段的泥巖沒有與其它巖性構成巖性旋回,故在馬爾科夫鏈分析中被舍棄。而下砂巖段上部的濁積-臨濱砂壩-靜水泥段又與上砂巖段的濁積-臨濱砂壩-靜水泥段沉積旋回相似,因此在數(shù)學轉化中會被合并。

從馬爾科夫鏈所得出的巖性序列結果來看,下部巖性組合為濁積巖與泥巖頻繁互層組成的韻律,是典型的復理石建造。向上逐漸轉變?yōu)榕R濱砂壩微相的細砂巖與靜水泥質(zhì)沉積的組合。粉砂質(zhì)沉積向上逐漸較少,粒度向上逐漸變粗。泥巖顏色從下部的灰色變化為上部的紫色反映水體逐漸變淺。

圖6 海豐青年水庫剖面長埔組淺海陸棚相沉積剖面巖性柱狀圖(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別為三種類型的基本沉積旋回,a為旋回Ⅰ巖性柱狀圖,b為長埔組整體巖性柱狀圖,c為旋回Ⅱ巖性柱狀圖)Fig.6 The litho-column of the shallow-marine shelf sedimentary sections of the Changpu Formation in the Qingnian reservoir Section of Haifen area A.graymudstone;B.ray shale;C.light gray fine sandstone;D.graywhite fine sandstone;E.gray siltymudstone;F.gray siltstone; G.Yellow siltstone;H.gray-white fine sandstone;I.Purple shale

3 物源區(qū)與構造背景分析

本文主要采用元素地球化學分析和Dickinson圖版[12]法對剖面長埔組進行物源區(qū)與構造背景分析。

3.1 元素地球化學分析

長埔組泥巖 用于元素地球化學分析的泥巖樣品2個,編號為Ⅰ和Ⅱ(圖2)。測試在吉林大學測試中心完成。常量元素分析在吉林大學實驗測試中心采用化學分析法中的滴定法完成,分析精度優(yōu)于5%。微量、稀土元素用ICP-MS質(zhì)譜儀測定,標準樣品和空白樣品所測元素的線性較好,分析誤差小于5%,質(zhì)譜儀測試撿出限小于0.5 X 10-6。測試結果如表3和表4。分析方法有三種:K2O/Na2O-SiO2構造背景判別圖解法、Zr-Th、La-Th-Sc和Th-Co-Zr/10判別圖解法以及稀土元素特征值法。

3.1.1 常量及微量元素特征

樣品的K2O/Na2O的值分別為12.53和14.42, SiO2含量分別為65.66%和63.06%。將分析數(shù)據(jù)投于K2O/Na2O-SiO2構造背景判別圖解中,樣品均落于被動大陸邊緣范圍內(nèi),點位比較靠近活動大陸邊緣與被動大陸邊緣的分界線(圖7)。

將分析數(shù)據(jù)投于Zr-Th判別圖解中。位于長埔組中部(下砂巖段)的樣品落于被動大陸邊緣的區(qū)域內(nèi),Th為16.75μg/g,Zr為252.6μg/g。另一個(長埔組頂部,上砂巖段)落在活動大陸邊緣區(qū)域的界線附近,點位與被動大陸邊緣區(qū)域和島弧區(qū)域均比較靠近(圖8左),Th為14.49μg/g,Zr為177.1μg/g。

La-Th-Sc圖解中樣品落在大陸島弧與陸緣(活動陸緣與被動陸緣未區(qū)分)的界線附近(圖8中).h-Co-Zr/10圖解中,中部樣品(下砂巖段)落于被動陸緣的界線附近,頂部樣品(上砂巖段)落于活動陸緣、被動陸緣以及大陸島弧范圍之間,這兩個樣品相差不遠(圖8右)。綜合這四個構造背景判別圖解,沉積物的點位不統(tǒng)一,既不完全落于被動陸緣構造背景,也不完全落于大陸島弧構造背景,因此需要進行稀土元素特征值法進行研究。

圖7 K2 O/Na2 O-SiO2判別圖解(底圖據(jù)文獻[14])Fig.7 The discrimination diagram of K2 O/Na2 O-SiO2 (the basemap is from reference[14])

3.1.2 稀土元素特征值法

為了與Bhatia[16]總結出的判別沉積盆地構造環(huán)境的稀土元素特征對比,需要對所測泥巖的REE特征值進行校正。在相同構造背景下,由于泥巖的∑REE含量要比雜砂巖的∑REE含量高20%左右[17],所以需要用所測泥巖的REE特征值除以1.2以得到相當于同期沉積的雜砂巖的∑REE含量,即表5中的校正后含量。

圖8 La-Th-Sc和Th-Co-Zr/10判別圖解(底圖據(jù)文獻[15])Fig.8 The discrimination diagram of La-Th-Sc and Th-Co-Zr/10(the basemap is from reference[15])

將測試樣品的REE特征值與Bhatia總結的判斷沉積盆地構造背景的REE特征值進行比較,(Eu數(shù)據(jù)與活動大陸邊緣和被動大陸邊緣的(Eu數(shù)據(jù)相近,呈現(xiàn)中度虧損。切割的巖漿弧、上隆的基底以及克拉通內(nèi)部構造高地的原巖均為花崗質(zhì)的巖石類型。從花崗質(zhì)的來源來看,來源于上地殼的花崗巖普遍具有Eu中度虧損[13]。說明沉積物來源與殼源花崗巖有關,而克拉通內(nèi)部高地的原巖為典型的殼源花崗巖。切割的巖漿弧和上隆的基底受到俯沖帶的影響,地幔巖漿上涌與地殼混染形成殼幔型花崗巖,只具有Eu輕度虧損。因此沉積物來源與大陸高地有關。

表3 海豐青年水庫長埔組泥巖樣品的常量、微量、稀土元素含量及特征值(1)Table3 The content and eigenvalue of themajor elements,them icroelement and the REE of themudstone sample of Changpu Formation in the Qingnian reservoir of Haifeng(1)

表4 海豐青年水庫長埔組泥巖樣品的常量、微量、稀土元素含量及特征值(2)Table4 The content and eigenvalue of them ajor elements,them icroelement and the REE of themudstone sam ple of Changpu Formation in the Qingnian reservoir of Haifeng(2)

表5 不同構造背景與研究區(qū)樣品的REE特征值Table。5 The REE sam p le eigenvalue in different tectonic setting and the study area

從其余數(shù)據(jù)來看,由于砂巖與泥質(zhì)巖石相比輕稀土富集[13],因此實際的輕稀土含量值要比校正后的輕稀土含量值要高,向被動大陸邊緣的值靠近,而不是與大陸島弧值吻合。代表輕稀土與重稀土比值的La/Yb的比值也因為輕稀土值的降低而降低,實際的La/Yb的比值應該高于大陸島弧值。因此實際沉積物的稀土元素值并沒有與大陸島弧或者被動陸緣吻合,而是介于大陸島弧值和被動陸緣值之間。

與構造背景判別圖解法相結合,沉積物來源不僅與克拉通有關,而且與大陸島弧有關。

3.2 Dickinson圖版法

利用Dickinson圖版來了解物源區(qū)的特征及所處的大地構造背景的方法[19,20]已得到廣泛利用。長埔組用于Dickinson圖版法的砂巖樣品9個。通過統(tǒng)計薄片中砂巖骨架顆粒含量得到Dickinson圖版(圖9).FL圖解中,石英含量很高,位于再旋回造山帶物源區(qū),而在QmFLt圖中點的位置與QFL圖中的相比,并沒有明顯變化。在QpLvLs圖中點位主要落在兩個位置,分別是靠近巖漿弧造山帶物源區(qū)與俯沖帶雜巖體區(qū)之間的區(qū)域、俯沖帶雜巖體區(qū)的區(qū)域,這反映了海豐地區(qū)靠近俯沖雜巖體區(qū)和巖漿弧區(qū)。受到太平洋構造域俯沖影響[11],前期形成的巖漿弧基底和俯沖帶雜巖體整體受逆沖推覆作用向陸塊方向逆沖抬升后遭受剝蝕而在盆地中沉積下來。在QmPK圖中石英含量增加,表明巖漿弧深切割組分的增加。

3.3 構造背景討論

對于晚三疊-早侏羅世南海北部構造背景有著不同的認識,夏戡原等[6]認為其為古特提斯海域的東沿。徐嘉煒等[21]認為南海北部在晚三疊-中侏羅世時期為被動大陸邊緣階段,中侏羅-早白堊世為轉換大陸邊緣階段。郭令智等[22]通過對區(qū)域大地構造研究認為西太平洋大陸邊緣在在中侏羅世時大陸邊緣開始轉化,燕山期為安第斯型活動大陸邊緣。楊靜等[11]認為南海北部在早侏羅世受太平洋B型俯沖控制。郝滬軍[4]等則認為晚三疊-早侏羅世本區(qū)是古特提斯和太平洋構造域的交替復合作用階段。那么大陸邊緣開始轉化究竟是從中侏羅世開始還是在早侏羅世就開始轉化呢?粵東海豐地區(qū)在早侏羅世的構造背景是怎樣的呢?

從地質(zhì)構造上,中生代時期南海北部位于歐亞大陸的東南緣,其東面是古太平洋,受古太平洋俯沖的影響,在南海北部地區(qū)形成俯沖帶和斷裂帶[3]。海豐地區(qū)位于蓮花山斷裂與長樂-南澳斷裂之間,沉積物受這兩條斷裂控制。其中南澳斷裂構造帶為俯沖帶,在加里東期該俯沖帶就已存在[27]。印支期其逆沖推覆構造發(fā)育,而蓮花山印支期為造山帶隆起,這兩者是研究區(qū)的主要物源區(qū)[26]。從地球化學分析結果上看,樣品或落在大陸島弧靠近被動陸緣的區(qū)域,或落在被動陸緣靠近大陸島弧的區(qū)域,異或這兩者之間的區(qū)域。說明沉積物既不完全屬于大陸島弧構造背景,也不完全屬于被動陸緣構造背景。稀土元素特征值法顯示沉積物與大陸克拉通有關.ickinson圖版顯示海豐地區(qū)靠近巖漿弧區(qū)和俯沖雜巖體區(qū),巖漿弧和俯沖雜巖體受到逆沖推覆作用向陸塊方向逆沖抬升形成再旋回造山帶。結合地球化學分析認為長埔時期海豐地區(qū)受雙重物源控制,分別是再旋回造山帶物源和陸塊物源。在Dickinson圖版中的QFL圖和QmFLt圖中并沒有落在巖漿弧物源區(qū)是由于來源于克拉通的沉積物具有高的單晶石英含量,使得沉積物的單晶石英含量相對增加,點位脫離了巖漿弧物源區(qū)。

圖9 長埔組QFL、QmFLt、QpLvLs和QmPK圖解(據(jù)Dickinson圖版,1979年簡化)Fig.9 The QFL,QmFLt,QpLvLs and QmPK diagram of the Changpu Formation (Dickinson Chart Board,simplified in 1979)

蓮花山斷裂帶的早侏羅世以及早侏羅世之前的地層在中侏羅世遭受壓扭變質(zhì)作用[23],長樂-南澳斷裂的巖石的年齡數(shù)據(jù)在165 Ma(中侏羅世)有一次相對集中,被認為是太平洋巖石圈朝華南俯沖而形成的巖漿熱事件[24]。位于蓮花山斷裂西部的吳川-四會斷裂的左旋走滑時間為晚侏羅世-早白堊世[25],明顯晚于蓮花山斷裂和長樂-南澳斷裂。也就是說構造活動是從華南東部開始,而后向西部傳遞的。結合地球化學分析和Dickinson圖版分析認為南海北部長埔時期為活動大陸邊緣,在蓮花山斷裂以東發(fā)育島弧和俯沖雜巖體。長樂-南澳斷裂為俯沖帶[27]。蓮花山斷裂以西為穩(wěn)定陸塊。海豐地區(qū)位于俯沖帶和穩(wěn)定陸塊之間,受逆沖推覆作用,島弧與俯沖雜巖體向陸塊方向逆沖抬升成為再旋回造山帶,迫使其與陸塊之間的巖石圈下拗形成盆地。盆地沉積物以長石石英砂巖為主,含有少量石英砂巖。石英砂巖為構造短暫間歇期克拉通做為主要物源的產(chǎn)物,結合復理石建造綜合分析認為其為擠壓背景下的弧后前陸盆地,沉積物受再旋回造山帶和陸塊雙物源控制.FL圖中大洋組分沒有增加,表明海豐地區(qū)水體變淺。

4 結論

(1)粵東地區(qū)長埔組是淺海陸棚沉積。相根據(jù)巖性和巖性組合可識別出臨濱砂壩、濁流和靜水泥三種沉積微相。

(2)臨濱砂壩的概率累積曲線顯示為兩段式,頻率直方圖為單峰。濁流沉積的概率累積曲線顯示為三段式,頻率直方圖為雙峰。

(3)長埔組從下到上粒度逐漸變粗,主體沉積為濁積巖與靜水泥質(zhì)沉積的互層,為復理石建造。

(4)粵東地區(qū)長埔時期經(jīng)歷了兩次海平面變化。每次海平面變化均為水體向上逐漸變深,而后逐漸變淺,直至接近浪基面。

(5)南海北部長埔時期為擠壓背景下的弧后前陸盆地,沉積物受再旋回造山帶和陸塊雙物源控制。

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Shallow M arine Deposits and the Foreland Tectonic Setting of Changpu Formation of Lower Jurassic in Haifeng,Guangdong

YU Zhen-feng1CHENG Ri-hui1XU Zhong-jie1WANG Liao-liang2ZHANG Li2LIFei1
(1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061; 2.Guangzhou M arine Geological Survey,Guangzhou 510075)

Changpu Formation of lower Jurassic outcropped in Haifeng,Guangdong province is a setof shallow marine clastic deposits,composed of shoreface sandstones and turbidite deposits in themuddy shelf environment.The particle size analysis of sandstones shows that the probability cumulative curve of shoreface sandstone represents two-stage and the frequency histogram is a single peak,and cumulative probability curve of turbidite represents three-stage and the frequency histogram is bimodal.The litho-facies succession of Changpu Formation is a rock association indicating the transgressive-regressive processeswith the thickening upward of sandstone layers.The transgressive-regressive succession indicates that two eustatic sea level change occurred during development of Changpu Formation.The shallow muddy and turbidite deposits constitute a flysch succession.Markov chain analysis shows that it is a significant coarsening-upward succession.Geochemical data reveal that sediments of Changpu Formation have features of both passive continentalmargin and active continentalmargin.The sedimentswere from the recycled orogen related to themagmatic arc orogen and subduction complex after analysis of the Dickinson Graphic of sandstone composition.Haifeng region was close to the thrust fault zone.The sedimentary basin developed under a tectonic setting of compressional retro-arc foreland during the early Jurassic,and the basin provenances were both of recycled orogen zone and continental block.

retro-arc foreland;shallow-marine sediment;Lower Jurrassic;Changpu Formation;Eastern Guangzhou province

于振鋒 男 1986年出生 博士 石油地質(zhì)學 E-mail:yzf860206@sina.com

P512.2

A

1000-0550(2012)02-0251-13

2011-01-20;收修改稿日期:2011-04-21

圖版Ⅰ說明 1.靜水泥沉積的野外照片距長埔組底268.7m砂巖和粉砂巖互層段,黑色泥巖,水平層理;2.臨濱砂壩沉積的野外照片 距長埔組頂73.6m上砂巖段,淺灰色細砂巖交錯層理;3.濁流沉積的野外照片,距長埔組底320.5m下砂巖段,淺紫色細砂巖平行層理;4.濁流沉積的野外照片,距長埔組底158.7m砂巖和粉砂巖互層段,淺紫色粉砂巖斷續(xù)的水平紋層.