貴州主要沉積盆地類型及其成礦作用

(貴州省地質礦產勘查開發局,貴州 貴陽 550004)

1 引言

沉積盆地是地球內外動力和各圈層(巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈)演變及其相互作用的自然產物,是地球各圈層動態演化和各類動力相互作用的天然記錄器和自然史鑒錄(劉池洋等,2015)。據不完全的統計,地球歷史上存在經后期改造和礦業開發活動的盆地約占地球表面積的94%(劉池洋等,2015),可見其在地球科學研究,以及能源、礦產勘查開發等領域的重要性。

迄今為止,以槽臺學說、板塊構造、基底性質、地殼類型、沉積充填、構造古地理以及盆地動力學等作為盆地分類依據,已開展了大量的研究工作。20 世紀 40—50年代的盆地分類主要以槽臺學說為指導。從20世紀 60 年代板塊構造越來越受到重視,開始研究盆地成因機制與板塊構造的關系,并出現了許多以板塊構造為基礎的沉積盆地分類體系。在此之后,盆地分類繼續得到發展。20 世紀 80 年代以來,從巖石圈動力學角度進行盆地分類是人們看重的一種分類方案。它主要考慮了板塊或塊體的邊界系統的地球動力學環境如伸展環境、擠壓環境及剪切(伸展、擠壓)環境。重點探討了原生盆地分類與盆山耦合類型。劉池洋、琚宜文等分類的基礎上,也將巖石圈深部作用做為盆地分類原則的一個因素,將盆地發育的區域構造動力環境分為 6 大類(大洋和大陸板塊內部,離散型、消減 、碰撞型、轉換型大陸(板塊)邊緣),增加了天體撞擊的特殊型和后期改造的復合型2 大類與之并列;將前 6 大類構造動力環境中發育的沉積盆地分為 44(亞)類。

本文對貴州主要沉積盆地進行分類,以及與成礦的關系研究成果進行總結,這對探討貴州沉積成礦作用及其礦產分布規律具有重要意義。

2 貴州沉積盆地的類型

沉積盆地分類是當今沉積學―大地構造學研究的熱點和前沿,它不僅涉及地球科學眾多的領域,而且具有很強的綜合性和相當的難度。本文以板塊構造學說為依據、參照多種方案,以王硯耕(1994)、劉池洋等(2015)的分類為基礎,結合貴州實際,將貴州省新元古代870 Ma以來的沉積盆地分為原型盆地和次生盆地兩大類,以及9個亞類(表1,圖1)。

圖1 主要沉積盆地類型及其空間關系圖(據王硯耕等,1994,修編)

表1 貴州沉積盆地類型

2.1 原生盆地

原生盆地主要指由地球內動力(應力和熱力)作用下沉降而形成的盆地,它是貴州沉積盆地最主要的類型。依據盆地所處的板塊位置、地殼類型,分別將離散型分為大陸板塊內部和大陸板塊邊緣兩類;再根據盆地發展鼎盛時期的構造應力作用方式不同,劃分為陸內裂谷盆地和陸內斷陷盆地亞類。匯聚型盆地按所處的板塊的位置、地殼類型及構造應力作用方式,分為大陸板塊內部陸內壓陷盆地、大陸板塊邊緣的被動大陸邊緣盆地和周緣前陸盆地,以及主動大陸邊緣島弧盆地等(表1)。

2.2 次生盆地

次生盆地主要是地球外動力在地表形成的負向地貌或低洼地帶,成為陸源物質沉積的場所或大型空間,按其外營力作用方式分為以溶蝕作用為主的喀斯特盆地和以剝蝕侵蝕作用為主的山前坳陷盆地。

3 沉積盆地與成礦

3.1 原生盆地與成礦

貴州與沉積成礦關系密切或礦產資源豐富的以下幾種原生盆地類型。

3.1.1 陸內裂陷盆地

包括陸內裂谷盆地和陸內斷陷盆地兩亞類。

圖2 南華裂谷武陵次級裂谷盆地結構與構造古地理圖(周琦等,2016、2017)

(2)陸內斷陷盆地:在貴州該類盆地是指在加里東期陸-陸碰撞造山形成的大陸地殼上,由于張裂作用出現高位地壘碳酸鹽臺地和低位地塹泥炭質碳酸鹽盆地。即由陸地向海洋方向依次出現邊緣臺地、臺緣斜坡、深水盆地、盆緣斜坡、孤立臺地構成的臺—盆相間沉積格局。中泥盆世—早石炭世紫云—水城低位地塹式斷陷盆地充填層序,自下而上由火烘組、榴江組(原稱“響水洞組”,下同)、代化組、睦化組、打屋壩組、南丹組下部碳酸鹽巖、硅質巖、炭質泥頁巖和有機質泥晶灰巖構成。晚泥盆世榴江組的樂紀式重晶石(紫云-鎮寧一帶因晚古生代發生裂陷作用形成地塹式裂陷盆地及其同沉積斷裂,地幔深源物質沿斷裂帶上升并注入裂陷盆地成礦)和早石炭世打屋壩組頁巖氣即是此低位地塹盆地的產物。

除上述海相斷陷盆地外,在貴州還有陸相斷陷盆地。它們是發育在大陸板塊內部,為造山期后伸展階段張性斷裂作用的產物。其規模一般較小,堆積物組分因地而異,厚度較大。如晚白堊世箕狀斷陷盆地即是此類。

3.1.2 被動大陸邊緣盆地

貴州此類盆地主要發育于大陸地殼陸架上。目前,識別出的有震旦紀—早志留世早期被動大陸邊緣盆地和晚二疊世—早三疊世被動大陸邊緣盆地。

3.1.2.1 震旦紀—早志留世早期被動大陸邊緣盆地

震旦紀—早志留世早期被動大陸邊緣盆地是在南華陸內裂谷盆地的基礎上,于揚子陸塊邊緣不均一沉降形成的盆地。其充填層序包括震旦紀、寒武紀、奧陶紀和早志留世初期的兩大沉積體系(即碳酸鹽巖沉積體系和硅質陸源碎屑巖沉積體系)構成。

該盆地的碳酸鹽巖沉積體系包括邊緣臺地和孤立臺地、以及陸棚或緩坡沉積四種類型。有障壁的、潮汐作用碳酸鹽臺地是沉積成礦有利場所,此類盆地是早震旦世開陽式磷礦、甕福式磷礦和寒武紀紐芬蘭世新華式磷礦成礦的重要條件。

該盆地硅質陸源碎屑巖沉積體系,特別是陸棚相細陸屑巖、富含有機質的烴源巖,如牛蹄塘組黑色頁巖、龍馬溪組黑色頁巖是頁巖氣的有利層段,該類盆地是頁巖氣形成不可缺或的條件。

3.1.2.2 晚二疊世—早三疊世被動大陸邊緣盆地

晚二疊世—早三疊世被動大陸邊緣盆地是在陸內斷陷盆地基礎上,由于峨眉地幔柱作用,于上揚子陸塊西南部形成的被動大陸邊緣盆地。包括晚二疊世上揚子陸塊東南濱岸帶聚煤盆地和淺海碳酸鹽臺地,以及早三疊世的上揚子緩坡碳酸鹽臺地和淺海鈣硅泥盆地。盆地的充填層序自下而上是總體變淺的海退沉積序列。沉積分異不明顯。該類盆地在貴州有工業價值的礦產是晚二疊世煤及其煤層氣。

3.1.3 周緣前陸盆地

此類盆地位于揚子陸塊中南邊緣,是中三疊世印支(越北)陸塊向北東方向的揚子陸塊仰沖形成的周緣前陸盆地(圖3)。其充填層序由中三疊世和晚三疊世早期的硅質陸源碎屑濁積巖構成,總體為向上變淺的層序。該盆地在貴州目前未發現有工業價值的沉積礦產。

圖3 三疊紀右江周緣前陸盆地(據王硯耕等資料,1992,1994,修編)

3.1.4島弧盆地

圖4 島弧盆地(據地球科學大辭典編委會,2006)

3.1.5 陸內壓陷盆地

此類盆地發育在華南大陸板塊內部,加里東期華夏陸塊與揚子板塊陸內碰撞造山形成的一種盆地類型。它是在前期被動大陸邊緣盆地發育的基礎上,由于陸―陸碰撞作用形成的,在貴州以早志留世晚期沉積為代表,韓家店組及其相當的層位即屬此類盆地充填物。在此類盆地中至今未發現有工業價值的重要礦產。

3.1.6 陸內坳陷盆地

陸內坳陷盆地位于大陸板塊內部,由于熱力作用發生沉降而形成的陸內淺表坳陷,盆地的充填物為陸相硅質陸源碎屑,厚度較大,面積較廣,盆地的形態似碗形。中生代四川盆地即屬此類。盆地充填晚三疊世晚期、特別是侏羅—白堊紀紅層。貴州赤水、習水位于該盆地的邊緣。該盆地屬上疊蓋層,是二橋組的天然氣和頁巖氣的生成的重要條件。

3.2 次生盆地與成礦

次生盆地是指在地球外動力作用下,在地殼表層形成的負向空間。它的形成與構造應力無關,而是地殼表生帶氣候變化所導致的溶蝕和侵蝕剝蝕、或重力作用的結果。目前在貴州識別出與沉積成礦相關的有兩種次生盆地,即喀斯特盆地和山前坳陷盆地。

3.2.1 喀斯特盆地

喀斯特盆地發育在大陸地殼內部,是可溶性巖石——碳酸鹽巖在低緯度熱帶雨林氣候條件下,經溶蝕作用形成的喀斯特準平原。這類負向地貌是以碳酸鹽巖為沉積底盤喀斯特盆地,在貴州主要有早石炭世黔中—黔北喀斯特盆地,充填了以九架爐組含鋁巖系。由于盆地底盤喀斯特地貌復雜、起伏較大,致使堆積于盆地中的礦體形態和厚度均有變化(圖5)。從而說明這類地貌型喀斯特盆地是控制鋁土礦成礦的重要因素。

圖5 貴州省播州地區盆地底盤喀斯特負地貌對鋁土礦形態控制圖(據貴州省地質礦產局106地質大隊,1990資料修編)

3.2.2 山前坳陷盆地

山前坳陷盆地發育在山系的外側,是造山后由于地殼的不穩定性,以及強烈的侵蝕剝蝕作用,在山系與平地之間出現的相對凹陷區域,屬地貌型盆地。此類盆地在貴州僅識別出新元古代下江群/板溪群/丹洲群底部甲路組下部砂礫巖層,它代表武陵造山期后的山前坳陷磨拉石堆積。該盆地有鐵礦產出。

4 結論

本文對貴州主要沉積盆地進行了分類,并分別敘述了它們與成礦的關系。沉積盆地是對沉積成礦有決定性控制作用的宏觀條件的基礎上,人們可以對發生在不同沉積盆地中的沉積成礦條件進行具體分析,為總結成礦規律提供基礎支撐。

但是,地球之大、盆地之眾、類型之多、特征之雜、改造之烈,使任何一個盆地分類方案從問世之日起就處于進行時和檢驗中,不僅沒有最終結論,而且在前進和檢驗中不斷被修正,某些類型隨時被剔除或加入(劉池洋等,2015)。

[編者注]本文為王硯耕先生生前研編貴州礦產地質志的研究成果,由貴州礦產地質志研編團隊、貴州省地質調查院正高級工程師陳啟飛整理(文字、插圖)完成。