粵東地區(qū)上三疊統(tǒng)紅衛(wèi)坑組—下侏羅統(tǒng)上龍水組對古氣候和構造背景的地球化學記錄

凌懇 朱世博 李瑞 王建榮

摘要：粵東地區(qū)上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)紅衛(wèi)坑組、銀瓶山組和上龍水組經(jīng)歷了兩次海平面升降事件，氣候總體是溫暖濕潤的，在辛涅繆爾期后期，有過短暫的干熱氣候。樣品數(shù)據(jù)在K2O/Na2O-SiO2、Zr-Th、La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10構造判別圖解顯示，粵東地區(qū)在晚三疊世—早侏羅世時期處于被動大陸邊緣，但也有大陸島弧的特性。

關鍵詞：粵東；上三疊統(tǒng)；下侏羅統(tǒng)；紅衛(wèi)坑組；銀瓶山組；上龍水組；元素地球化學；古氣候；構造背景

粵東地區(qū)位于我國華南陸緣的南部，晚三疊世開始特提斯洋海水侵入華南陸緣形成“粵東海盆”，在早侏羅世時期仍然持續(xù)接受陸源碎屑沉積，進入了較為穩(wěn)定的濱淺海陸棚環(huán)境。而發(fā)生在此期間華南與華北的碰撞以及華南與東南亞的碰撞，結束了特提斯洋在華南的歷史，導致中國東南部由淺海環(huán)境轉變?yōu)榇箨懮襟w和山前盆地。目前，地質學家對晚三疊世—早侏羅世粵東地區(qū)構造演化歷史爭議較大【1-3】，其爭議的焦點主要集中在大地構造性質及動力學機制。所以，通過對粵東地區(qū)中生界上三疊統(tǒng)和下侏羅統(tǒng)沉積物所記錄的沉積環(huán)境、古氣候變化及構造背景特征進行細致的分析研究，為恢復粵東地區(qū)晚三疊—早侏羅世的大地構造背景和動力學機制提供一定的資源。

1.巖性、巖相特征

2016年～2018年，由廣東省地質調查院承擔的中國地質調查局項目“南嶺成礦帶中西段地質礦產調查”的二級項目“廣東1∶5萬豐順縣等四幅區(qū)域地質調查”，實地測勘了廣東省龍衣寨紅衛(wèi)坑組剖面，豐順縣酒江孔銀瓶山組剖面，潮安縣飛鵝山上龍水組剖面，本文所采集的樣品均來于此。具體巖性、巖相特征分述如下。

廣東省龍衣寨剖面紅衛(wèi)坑組被早白堊世中粒黑云母二長花崗巖侵入而未見底，頂部因剝蝕未見頂。厚度大于591.26m。該組沉積韻律較為發(fā)育，自下而上可分為兩段：下段沉積韻律簡單且厚度較大，為5m～200m不等，上段沉積韻律趨于復雜，炭質、泥質逐漸增多，整體呈向上變細的特征。下段巖性以淺灰、灰黃、褐紅色中—厚層狀中粒巖屑石英砂巖、長石石英砂巖、雜砂巖為主，夾褐紅—磚紅色中薄層狀粉砂質泥巖，砂巖內常發(fā)育平行層理、沖刷面及正粒序層理，局部發(fā)育交錯層理，顯示出較強且變化頻繁的水動力條件。下段厚度大于261.86m。上段巖性主要為灰黑、紫黑色中薄層—薄層狀炭質泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖，與灰褐色厚—中層狀細粒巖屑石英砂巖、巖屑砂巖互層，二者巖比為2∶1左右，發(fā)育水平紋層理、韻律層理。底部以砂礫巖、復成分礫巖整合于紅衛(wèi)坑組下段之上。上段厚度大于329.4m。

豐順縣酒江孔剖面銀瓶山組底部被晚侏羅—早白堊世侵入巖吞噬，頂部與上龍水組灰黑色泥巖呈整合接觸。厚度大于330m。巖性下部以大套砂巖為主，粉砂質泥巖、泥質粉砂巖較少，中—上部粉砂質泥巖、泥質粉砂巖夾層逐漸增多，自下向上呈現(xiàn)粒度變細的趨勢。

豐順縣南坑村剖面上龍水組上龍水組頂?shù)拙源筇谆液谏鄮r分別與銀瓶山組、長埔組褐紅、褐黃色砂巖或粉砂巖呈整合接觸，厚963.2m。出露巖性主要為灰黑、紫紅色粉砂質泥巖、泥巖、炭質泥巖及由灰黑色薄層—極薄層狀泥巖與灰黃、褐紅色泥質粉砂巖互層組成的韻律層。中下部夾灰黃、灰白色中厚層狀、厚層—塊狀的細粒、細中粒長石石英砂巖、巖屑石英砂巖，發(fā)育水平層理、韻律層理、局部見透鏡狀層理。下部和上部粒度較細，主要為灰黑色泥巖、粉砂質泥巖，中部粒度較粗，主要由砂巖組成，具有細—粗—細的特點。

巖性組合、層理的變化反映沉積環(huán)境的變遷，紅衛(wèi)坑組為一套砂泥質沉積建造，沉積環(huán)境為海陸交互相之三角洲亞相。下段以大套砂巖為主，夾泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，碎屑成分成熟度及分選性較差，體現(xiàn)其近源沉積特點，局部發(fā)育透鏡狀層理、沖刷凹坑（面）、交錯層理，總體體現(xiàn)的是河控三角洲沉積特征，以河流建設作用影響為主，偶爾發(fā)生短暫海浸而受海洋的潮汐作用影響。砂巖主要體現(xiàn)的是物源補給較快的三角洲平原河道、三角洲前緣席狀砂等沉積，粉砂巖泥巖（或泥質粉砂巖）體現(xiàn)的是三角洲平原的支流間灣沉積或潮坪沼澤沉積，偶見的礫巖層則屬河床底部的滯留沉積。上段可見大套灰黑色炭質泥巖，常具密集的水平紋層理，顯示其處于較為寧靜的海相環(huán)境下，受潮汐及波浪影響較弱，且陸源物質供給較為緩慢，為海灣—河口灣環(huán)境。總體而言，該組自下向上粒度呈變細的趨勢，體現(xiàn)出海進的趨勢，同時陸緣碎屑的補給速度也迅速減慢，與河口的側向遷移有關。

銀瓶山組以細粒、中細粒石英砂巖、巖屑石英砂巖、長石石英砂巖為主，碎屑成分中石英含量高，成分成熟度較高，分選磨圓較好，表明其水動力較強，經(jīng)過較長時期的搬運，普遍具平行層理、正粒序層理，或顯示其為高能的無障壁海岸中的濱海沉積環(huán)境。該組含海相Retroceramus subinconditus-Hiatella組合帶化石，很明顯具海相性質。自下向上泥巖略有增多，呈現(xiàn)由粗至細的變化趨勢，反映銀瓶山組總體為海侵沉積序列。

上龍水組主體巖性為灰黑色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、含碳泥巖，表明其形成于強還原環(huán)境，其水動力作用較弱，其顏色有時又有紫紅色出現(xiàn)，說明其間歇暴露于水面之上。發(fā)育水平層理、韻律層理、透鏡狀層理，具有潮汐層理的特征，受潮汐作用強。含植物化石如枝脈厥Cladophlebis、似木賊Equisetites等，其保存形態(tài)較密集，羽葉莖干較完整，應為原地或搬運不遠的沉積，該植物群代表熱帶—亞熱帶氣候環(huán)境，溫暖潮濕，同時在相同的層位亦有蟲管、海相雙殼類Pseudomytiloides matsumotoi、Parainoceramus amygdaloides、Pseudomytiloides yizhangensis等化石，具濱海相之特征。炭質層的出現(xiàn)表明其形成于容易成煤之地。綜上所述，上龍水組沉積環(huán)境為有障壁海岸中的瀉湖沼澤—潮坪沉積環(huán)境。

2.樣品采集及分析

上三疊統(tǒng)樣品采自揭西縣龍衣寨剖面，采集層位為紅衛(wèi)坑組。下侏羅統(tǒng)樣品采自潮安縣飛鵝山剖面，樣品QY-03、QY-04、QY-11采自銀瓶山組下部至上部，樣品QY-01、QY-02采自上龍水組下部，QY-05采自上龍水組中部，QY-06采自上龍水組上部。主量、微量元素分析由河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室中心完成，分析結果見表1。

3.討論與結論

3.1地球化學特征對海平面升降的指示

在水深小于2000m的沉積環(huán)境中，m值呈隨水深增加而變小的規(guī)律，這是通過對太平洋表層沉積物研究得出的結論。Sr豐度或Sr/Ba比值增大，反映古鹽度增加，指示古水深增加。Ca/Mg比值變小，反映古鹽度降低、水體pH值降低。

由圖1所示，m值、Sr/Ba、Ca/Mg三條指相標志曲線是一致的，反映從晚三疊世瑞替期到早侏羅世土阿辛期粵東地區(qū)發(fā)生過2次海平面升降。海平面上升發(fā)生在紅衛(wèi)坑組—銀瓶山組和銀瓶山組—上龍水組之交，海平面下降發(fā)生在銀瓶山組時期和上龍水組—長埔組之交。

3.2地球化學特征對古氣候的指示

Sr/Cu比值介于1.3～5.0之間指示溫濕氣候，大于5.0則指示干熱氣候。紅衛(wèi)坑組、銀瓶山組、上龍水組Sr/Cu比值大部分介于1.3～5.0之間，指示氣候是溫暖濕潤的，僅在上龍水組中部比值大于5.0，反映當時出現(xiàn)短暫的干熱氣候。

綜上所述，從瑞替期至辛涅繆爾期中期，粵東一帶氣候均是溫暖濕潤的，非常適合生物生存，海生生物雙殼類、軟體動物廣泛發(fā)育，枝脈厥、似木賊等植物群亦發(fā)育繁盛，至辛涅繆爾期后期，調查區(qū)經(jīng)過短暫的干熱氣候后又變溫暖濕潤。

3.3大地構造背景

3.3.1主量元素特征

樣品主量元素特征檢表2，其最顯著的特征是高K2O/Na2O和Al2O3/CaO+Na2O，具典型的被動陸緣特征，TFe2O3位于2～5之間，與活動陸緣特征值相似，而TiO2數(shù)值和Al2O3/SiO2數(shù)值顯示晚三疊世紅衛(wèi)坑組具有大陸島弧的特征，早侏羅世銀瓶山組和上龍水組具有大洋島弧的特征。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因為沉積巖物源來自各個地方，受水流搬運影響?？傮w看來調查區(qū)晚三疊世—早侏羅世構造背景為被動陸緣，晚三疊世時靠近大陸島弧一側，大陸島弧攜帶的碎屑物隨水流搬運沉積在紅衛(wèi)坑組中，早侏羅世調查區(qū)靠近大洋島弧一側，大洋島弧攜帶的碎屑較多。

將所有樣品投于K2O/Na2O-SiO2構造判別圖解中，樣品全部位于被動大陸邊緣范圍內，且遠離活動大陸邊緣（圖2）。

3.3.2微量元素特征

將樣品數(shù)據(jù)投于Zr-Th、La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10判別圖解（圖3）中。在Zr-Th圖解中，樣品都在被動大陸邊緣區(qū)域內，僅有兩個樣品落在區(qū)外；在La-Th-Sc圖解中，上龍水組樣品大部分落在大陸島弧區(qū)域內，上龍水組上部的樣品QY-06和銀瓶山組樣品落在靠近被動陸緣和活動陸緣復合區(qū)域內，紅衛(wèi)坑組樣品在陸緣區(qū)域內；在Th-Co-Zr/10圖解中，樣品主要落入大陸島弧和被動陸緣區(qū)域內。

綜上所述：粵東地區(qū)晚三疊世—早侏羅世時期的構造背景為被動大陸邊緣，但也有大陸島弧的特性。晚三疊世瑞替期沉積物主要來源于被動大陸邊緣，早侏羅世赫塘期開始慢慢接受來自于大陸島弧的物源，含量較少，至早侏羅世辛涅繆爾期達到最高，早侏羅世辛涅繆爾期—土阿辛期來自于大陸島弧的物源又開始減少，這與前面所述調查區(qū)內海平面升降變化、沉積環(huán)境分析是吻合的，上龍水組沉積時，海平面升高，海水淹沒沿海島弧，大陸島弧性質增強、形成有障壁海岸的濱海瀉湖沼澤沉積環(huán)境?？傮w來說仍處于特提斯體制，直至中侏羅世，粵東大規(guī)?；鹕奖l(fā)，才開始向太平洋構造體制轉換。

參考文獻：

[1]王光杰，滕吉文，張忠杰，等；中國華南大陸及陸源地帶的大地構造基本格局[J]，地球物理學進展， 2009， 15（3）， 25-44.

[2]胡建，邱檢生，王德滋，等；中國東南沿海與南嶺內陸A型花崗巖的對比及其構造意義[J]，高校地質學報， 2005， 11（3）， 403-414.

[3]許中杰，程日輝，王嘹亮，等；廣東東莞地區(qū)中侏羅統(tǒng)塘廈組凝灰質沉積物的元素地球化學特征及構造背景[J]，巖石學報， 2010， 26（1）352-360.