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滇西南耿马地区昌宁—孟连带盆地演化研究

作　者: 段向东
导　师: 刘本培
学　校: 中国地质大学
专　业: 古生物与地层学
关键词: 古特提斯昌宁-孟连带盆地演化大洋盆地洋岛-海山
分类号: P531
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

长期以来滇西昌宁-孟连带一直是国内外地质专家、学者进行古特提斯洋构造演化研究的热点地区,通过多年的研究工作,新的发现、新的认识层出不穷,极大的提高了该区的研究。但是,对昌宁-孟连带原型沉积盆地的大地构造性质、规模和演化历史,不同的学者和专家有不同的认识和理解。尤其是对昌宁-孟连带是弧后盆地、或是保山陆块的边缘裂谷、或是古特提斯主洋盆的残迹、或是冈瓦纳大陆与欧亚大陆晚古生代时的界线,以及在滇西地区众多的俯冲-碰撞接合带墨江碰撞结合带、金沙江碰撞结合带、高黎贡山碰撞结合带和昌宁-孟连碰撞结合带中,到底哪一条代表古特提斯洋的主支位置也存在不同的认识,成为长期争议的焦点。论文以现代地层学理论、造山带地层学理论、板块学说理论等为指导思想,立足于研究区内所获的基础性实际资料、成果、科研成果,以昌宁-孟连带中段耿马地区弄巴剖面、大龙塘剖面、回爱剖面、牛井山剖面、干龙塘剖面和石佛洞剖面为重点突破,通过对古特提斯演化阶段地层组成中不同时代的地质体进行古生物学、地层学、沉积地质学、岩石学、岩石地球化学、同位素年代学、构造地质学等方面的研究,正确恢复研究区内古特提斯演化阶段不同构造／盆地单元的地层层序和序列,确定其在盆地中的沉积环境／背景；加强对不同时代、不同类型火山岩岩石地球化学、大地构造背景、源区特征、岩浆的起源及演化、成岩之后的变形-变质改造过程等的研究。在上述基础上探讨研究区古特提斯盆地演化过程及机制,复原古特提斯构造古地理面貌,进一步确定滇西古特提斯洋的性质、规模。耿马东部地区原划的上二叠统南皮河组(P2n),对其物质组成、层序、时代、沉积背景等的认识争论已久。在系统资料收集、区域地质调查的基础上,重点对耿马弄巴地区原划分的中二叠统南皮河组正层型剖面进行研究,正确厘定了该区的地层层序与序列,并采获了大量的植物、牙形石、放射虫、笔石等,取得了突破性进展,至此从根本上解决了长期以来由“南皮河组”所引发的岩石地层、年代地层等一系列争论。确定以弄巴剖面为正层型所建立的“上二叠统南皮河组(P2n)”并不存在,为一错误划分的岩石地层单位,“上二叠统南皮河组(P2n)”应该废除。该套地层可分解为泥盆系下-上统温泉组(Dw)、中-上统曼信组(Dm)、石炭系下统平掌组(C1pz)、新建石炭-二叠系光色组(CPg)等,分别代表了滇西古特提斯洋演化阶段被动大陆边缘、大洋盆地、洋岛、海山、洋壳系列,为分析和研究滇西南昌宁-孟连带古特提斯洋的时空演化格架提供了重要的地质依据。南皮河组正层型剖面研究结果表明：该套岩系普遍发育四种层序类型：一为代表浊流沉积的鲍马序列；二为由泥质岩与岩屑石英(杂)砂岩透镜体(层)构成的水道沉积序列；三为由薄层状砂岩与泥岩呈韵律状互层构成的浊流远端低密度流序列；四为薄层状硅质岩与硅质泥岩呈韵律状组成的基本层序,对比为泥盆系温泉组(Dw)。首次在其中获早泥盆世那高岭期-郁江期笔石Monograptus cf. yukonensis-Neomonograptus himalayensis带,早泥盆世郁江期-四排期植物Zosterophyllum yunnanicum-Drepanophycus spinaeformis组合、中泥盆世Taeniocrada sp., Psilophytopsida sp., Psilophytes sp.、晚泥盆世晚期Protopteridium cf.minutum Halle、Dimeripteris sp.、cf. Hamatophyton sp.等植物分子,可以确定其时代为D1-D3,而非前人认为的仅限于早泥盆世。代表西部被动大陆边缘的沉积,为泥盆纪继承性扩张的产物。在原划南皮河组大套的硅质岩中获大量晚泥盆世弗拉斯晚期Palmatolepis gigas带、晚泥盆世法门早期Palmatolepis triangularis带牙形石,确定属中-晚泥盆世曼信组(Dm)。与温泉组间以横向上的相变关系为主,而非简单的上下叠置关系。首次在耿马县贺派乡回爱剖面、沧源县怕秋北部曼信组中、上部的硅质岩中发现有火山岩夹层。玄武岩具枕状构造,岩石中SiO2含量47.59～51.92%,全碱alk=2.83～6.75,m/f=0.8～1.39,富铁趋势明显。在FeO/MgO-TiO2图解上,所有的点均落入洋岛玄武岩区；在TiO2-MnO-P2O5图解上,所有的点均落入洋岛碱性玄武岩区。Σ REE=121.33-223.68ppm,稀土配分模式为曲线强烈右倾的轻稀土富集型,CeN/YbN=5.94～9.25,轻稀土相对富集。LaN/SmN=1.93～2.70, GdN/YbN=2.57-3.31,轻稀土分馏较重稀土元素不明显。δEu=0.99～1.10,铕轻微正异常,地球化学性质具洋岛玄武岩(OI13)的特征；在微量元素洋中脊玄武岩(MORB)标准化图上,样品的曲线形态基本一致,总体上岩石中Rb、Ba、Th、Ta、Ti等不相容元素富集,Cr、Ni、Co等相容元素出现亏损；在Zr/Y-Zr、Zr/Nb-Zr判别图解中,所有的样品均落在富集地幔的附近,表明地幔柱的活动在晚泥盆世已形成溢流玄武岩,地幔柱活动的位置处于大陆边缘。曼信组硅质岩大部分岩石的Al/(A1+Fe+Mn)比值介于0.44～0.70之间,MnO/TiO2的值偏低,一般均小于0.5；硅质岩仅有很弱的Ce异常值,Ce/Ce*比值在0.8560～0.9662之间,属于大洋环境生物成因；硅质岩常量元素比值散点图解、LaN/CeN-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解、硅质岩北美页岩(NASC)标准化的REE分布模式图等,总体表现为大陆边缘型硅质岩的特征,部分样品受到热液作用的影响而表现出类似洋脊硅质岩的特征。研究结果表明区内中-晚泥盆世为临近大陆边缘的洋盆环境,具洋壳性质的昌宁-孟连古特提斯盆地在晚泥盆世已经形成。耿马弄巴地区东部出露一套火山岩-硅质岩系,其中获早石炭世牙形石Scaliognathus anchoralis带、下Gnathodus bilineatus bilineatus亚带、放射虫Albaillella paradoxa带、Albaillella cartalla组合、Latentifistula组合和中-晚二叠世放射虫Nazarovella-Ishigaum组合、Entactinia itsukaichiensis组合,新建石炭-二叠系光色组(CPg)。光色组火山岩主要岩石类型有橄榄玄武岩、致密状玄武岩、杏仁状玄武岩、杏仁状橄辉玢岩、苦橄岩、次橄榄辉绿岩、粒玄岩、角闪玄武岩等。在A-F-M图解上投影点位于拉斑玄武岩系列和钙碱性玄武岩系列的分界线上,显示了过渡类型玄武岩的特点；在FeO/MgO-TiO2图解、火山岩Ti-V图解上,落入洋中脊玄武岩区。岩石∑REE=35.27～41.16ppm,稀土配分曲线呈近平坦型、略向右倾,CeN/YbN=1.67～2.07,轻稀土相对富集。LaN/SmN=1.02-1.12, GdN/YbN=1.11～1.23,轻、重稀土分馏均不明显；δEu=1.12～1.32,铕轻微正异常。在洋中脊玄武岩标准化的微量元素比值蛛网图上表现出过渡类型洋中脊玄武岩的特征,K、Rb、Ba、Th、P、Ti、Sc、Cr富集,Sr、Ta、Nb、Ce、 Zr、Yb亏损,与洋中脊过渡型玄武岩和低钾拉斑玄武岩特征相似；一些微量和常量元素的地球化学构造判别图解中投影点也主要落入大洋拉斑玄武岩区或洋中脊玄武岩区及其附近。硅质岩的SiO2含量均在80%以上,MnO/TiO2的平均值为0.58, Al/(A1+Fe+Mn)的平均值约为0.48,Ce/Ce*的平均值为0.91,与已知大地构造背景的硅质岩地球化学特征对比,表明其为近大陆边缘的洋盆边缘型硅质岩。光色组火山岩与放射虫硅质岩共同构成洋壳残片,为古特提斯洋洋中脊岩浆活动的产物。从而进一步证实了昌宁-孟连洋确实存在由早石炭世火山岩-硅质岩组成的代表大洋中脊火山喷发-洋盆沉积系列,为古特提斯快速扩张期的产物。在安康、香竹林一带,见鱼塘寨组碳酸盐岩呈孤岛状整合于早石炭世平掌组洋岛火山岩之上,自下而上由石炭系平掌组洋岛玄武岩→鱼塘寨组碳酸盐塌积岩/钙质角砾岩夹具鲍马层序的浅灰紫色含砾砂岩→粉砂岩→页岩→鱼塘寨组碳酸盐岩台地沉积组成,具典型的火山岩基底加碳酸盐岩盖层的洋岛-海山型双层式结构,与现代太平洋中的众多海山以及古洋岛的地层结构相同,构成较为典型的海山层序。耿马县大龙塘、弄巴一带,出露一套河流相细粒岩屑石英砂岩、含砂质泥质粉砂岩、灰色薄层状泥岩、灰绿色薄-中层状含微砂粉砂质泥岩、含砂质粉砂质泥岩与灰绿色粉砂质泥岩,角度不整合于下伏泥盆系温泉组、曼信组之上。与曼信组接触界面之上见大量浅灰色泥质硅质角砾岩,局部见蜂窝状铁质层,具古风化特点。通过对大龙塘剖面几个层位泥质岩进行孢粉研究,蕨类植物孢子中,主要为无环三缝孢类,包括光面、粒面、刺面、瘤面和棒刺面三缝孢属；具环三缝孢属和单缝孢属含量较低。该套陆相地层的发现,为进一步证实滇西古特提斯洋是在晚三叠世之前封闭的提供了有力证据。出露于双江县牛井山-耿马县安雅-勐永一带的牛井山蛇绿混杂岩带,北与铜厂街地区的蛇绿混杂岩相接,南与孟连地区的基性、超基性岩属同一岩浆岩带。现存岩石面貌主要为斜长角闪片岩、强片理化玄武岩、绿泥片岩与少量浅灰绿色变质(中)基性火山岩、强片理化致密状玄武岩和杏仁状玄武岩、镁铁质岩等。按超镁铁岩类的地球化学特征可将其划分为两类；一类具有较高而稳定的MgO、较低的Al2O3、极低的CaO, m/f值为8.0-8.4,可与世界上一些典型的蛇绿岩套中变质橄榄岩进行对比。另一类被认为属超镁铁质堆晶岩,其MgO、Al2O3、CaO、ΣREE变化较大,并呈现出连续变化的趋势,岩石的m/f值为9.8～3.6。变质镁铁质岩石的主元素中K2O=0.09～0.76%,TiO2=0.21～2.10%,具有较为典型的洋中脊玄武岩(MORB)或洋底低钾拉斑玄武岩(LKT)的地球化学特点。岩石稀土元素配分模式可分为LREE平坦型和LREE亏损型两类,指示了其原始岩浆起源于近原始或典型的大离子元素亏损型的地幔,为典型的大洋中脊拉斑玄武岩的特征。其微量元素的分配形式类似于过渡类型的洋中脊玄武岩,同时表现出(K)、Rb、Ba、Th、(Ta)的明显富集的特征。据野外产状及岩石学特征,可将牛井山蛇绿混杂岩中的浅色岩类划分下述4类,(1)呈囊状、团块状散布于斜长角闪岩中的中粒黑云英云闪长岩；(2)呈韵律状夹层分布在片状斜长角闪岩、层状斜长角闪岩中的英云闪长岩、斜长花岗岩；(3)呈细脉状侵入到斜长角闪岩中的斜长花岗岩；(4)片麻状英云闪长岩、斜长花岗岩。尽管这些岩石的地球化学特征都类似于大洋斜长花岗岩,但各类岩石的具体成因可能不尽相同。在干龙塘剖面上对斜长角闪岩进行了锆石U-Pb法的年龄测定,获330.69～329.05Ma年龄值,应该代表了干龙塘剖面上牛井山蛇绿混杂岩(CNop)原岩的成岩年龄上限。总而言之,昌宁-孟连洋盆在早石炭世已经存在洋脊玄武岩、出现过洋壳。双江县石炭纪牛井山蛇绿混杂岩的岩石类型及其地球化学特征可与世界上一些典型地区的蛇绿岩进行对比。这一发现提供了一个令人信服的岩石学证据,它表明了昌宁-孟连构造带确实是古特提斯洋的残迹。综上所述,昌宁-孟连带古特提斯演化阶段,耿马地区保存了滇西乃至全球较为完整的古特提斯洋盆的沉积、岩石记录,它由一系列相对稳定的地块、被动大陆边缘、洋岛、海山碳酸盐台地、洋盆、洋中脊等组成,具多岛洋格局,代表了滇西古特提斯带的主洋盆。牛井山-干龙塘蛇绿构造混杂带为滇西古特提斯洋闭合时形成的府冲带,滇西古特提斯洋的封闭时限为三叠纪。滇西昌宁-孟连带中段耿马地区古特提斯洋盆由西向东划分为：耿马被动陆缘带、中部洋盆带和东部大陆边缘带三个构造环境或三个亚带。耿马被动陆缘带由泥盆系温泉组、曼信组、下石炭统平掌组、石炭-二叠系鱼塘寨组、中二叠统大名山组和上二叠统石佛洞组组成；包含了滇西古特提斯洋较为完整的被动大陆边缘-大洋盆地沉积系列、海山系列及其石炭-二叠纪碳酸盐台地沉积系列。洋盆带的石炭系中基性火山岩由平掌组、石炭-二叠系光色组和牛井山蛇绿混杂岩组成,属于以石炭纪为主的洋脊、准洋脊型拉斑玄武岩-洋岛火山岩系列、洋岛型碱性玄武岩系列和大洋板内拉斑玄武岩-碱性玄武岩系列,为古特提斯洋西缘陆洋过渡壳幔源岩浆活动产物。东部大陆边缘带主要由泥盆-石炭系南段组、二叠系拉巴组组成,代表临沧地体被动大陆边缘的沉积。昌宁-孟连盆地古特提斯洋是在原特提斯滇缅泰马微大陆东部的被动边缘之上扩张成盆的,具继承性扩张的特点。它的演化基本遵循威尔逊旋回,主要经历了泥盆系继承性扩张阶段(D)、晚泥盆世-早石炭世快速扩张及洋壳形成阶段(D3-C1)、晚石炭世-晚二叠世主洋盆俯冲消减阶段(C2-P3)晚二叠世-早三叠世残余洋盆阶段(P2-T1)及中-晚三叠世碰撞造山阶段(T2-T3)等五个阶段。

全文目录

作者简介  6-9
摘要  9-13
ABSTRACT  13-21
第一章绪言  21-34
  §1.1 国内外研究现状  21-24
    1.1.1 国外研究现状  21-23
    1.1.2 中国东特提斯研究现状  23-24
  §1.2 滇西南古特提斯研究简史  24-27
  §1.3 研究区交通和自然地理概况  27-28
  §1.4 研究目标、内容  28-29
    1.4.1 研究目标  28-29
    1.4.2 研究内容  29
  §1.5 取得的主要成果及创新点  29-32
  §1.6 完成的工作量  32-34
第二章区域地质概况  34-43
  §2.1 地层  34-40
    2.1.1 耿马地层小区  34-39
    2.1.2 澜沧地层小区  39-40
    2.1.3 耿马、澜沧地层小区的三叠系  40
  §2.2 岩石  40-41
  §2.3 构造发展史  41-43
    2.3.1 原特提斯地质演化阶段  41
    2.3.2 古特提斯构造演化阶段  41-42
    2.3.3 新构造运动  42-43
第三章耿马地区南皮河组的分解及地层序列恢复  43-67
  §3.1 弄巴地区的地层层序特征  46-60
    3.1.1 剖面列述  46-54
    3.1.2 弄巴地区地层层序恢复  54-60
  §3.2 弄巴地区生物地层研究  60-64
    3.2.1 温泉组(Dw)  60-61
    3.2.2 曼信组(Dm)  61-62
    3.2.3 光色组(CPg)  62-63
    3.2.4 三叠系(T)  63-64
  §3.3 关于石佛洞组(P_3s)  64-67
    3.3.1 剖面列述  64-65
    3.3.2 石佛洞组岩石地层层序特征  65-66
    3.3.3 石佛洞组生物地层  66-67
第四章昌宁-孟连盆地西部耿马被动大陆边缘沉积环境及构造背景研究  67-86
  §4.1 大陆斜坡-洋盆沉积  67-72
    4.1.1 大陆斜坡环境-温泉组(Dw)  67-68
    4.1.2 次深海-深海盆地-曼信组(Dm)  68-72
  §4.2 洋岛  72-76
    4.2.1 泥盆纪洋岛玄武岩  72-74
    4.2.2 石炭纪洋岛火山岩  74-76
  §4.3 海山系列  76-77
  §4.4 洋壳沉积环境和构造背景研究  77-82
    4.4.1 硅质岩沉积背景研究  77-79
    4.4.2 火山岩地球化学特征及构造环境  79-81
    4.4.3 结论  81-82
  §4.5 喷发沉积  82-83
  §4.6 碳酸盐台地  83-86
    4.6.1 鱼塘寨组CPy  83-84
    4.6.2 大名山组(P-2dm)  84-85
    4.6.3 石佛洞组（P-3s)沉积环境  85-86
第五章牛井山石炭纪牛井山蛇绿混杂岩带  86-101
  §5.1 牛井山蛇绿混杂岩层序特征  86-91
    5.1.1 剖面列述  86-90
    5.1.2 牛井山蛇绿泥杂岩带岩石特征  90-91
  §5.2 岩石地球化学特征及构造背景研究  91-100
    5.2.1 变质橄榄岩  91-93
    5.2.2 变质超镁铁质堆晶岩  93-94
    5.2.3 变质镁铁质堆晶岩  94-95
    5.2.4 浅色岩系  95-96
    5.2.5 变质洋中脊玄武岩及块状辉长岩  96-97
    5.2.6 岩浆起源、演化及相关问题讨论  97-100
  §5.3 结论  100-101
第六章昌宁-孟连盆地东部大陆边缘地层层序及沉积、构造背景  101-111
  §6.1 地层层序特征  101-107
    6.1.1 剖面列述  101-104
    6.1.2 岩石地层特征  104-107
  §6.2 生物地层学研究  107-108
    6.2.1 南段组(DCn)  107
    6.2.2 拉巴组(Pl)  107-108
  §6.3 沉积环境及构造背景研究  108-111
    6.3.1 南段组(DCn)  108-109
    6.3.2 拉巴组(Pl)  109-111
第七章昌宁-孟连盆地(中段)古特提斯洋盆演化  111-121
  §7.1 泥盆纪继承性扩张阶段  111-114
  §7.2 晚泥盆世-早石炭世快速扩张及洋壳形成阶段  114-117
    7.2.1 耿马被动陆缘  114-115
    7.2.2 洋盆  115-117
    7.2.3 东部陆缘  117
  §7.3 晚石炭世-晚二叠世俯冲消减阶段  117-119
    7.3.1 耿马被动陆缘  117-118
    7.3.2 牛井山蛇绿混杂岩带  118
    7.3.3 南段被动边缘  118
    7.3.4 拉巴活动边缘的形成  118-119
    7.3.5 临沧陆缘弧  119
  §7.4 晚二叠世-早三叠世残余洋盆阶段  119-120
  §7.5 中-晚三叠世碰撞造山阶段  120
  §7.6 结论  120-121
致谢  121-122
参考文献  122-126
图版及说明  126-147

滇西南耿马地区昌宁—孟连带盆地演化研究

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