四川盆地东部埃迪卡拉纪—寒武纪构造演化与岩相古地理

**章 区域地质与勘探概况 埃迪卡拉纪—寒武纪是地球演化历史上昀重大的变革时期之一，是隐生宙向显生宙、软体动物向后生动物转变的主要时期，全球板块构造、古气候变化与环境变迁、生命演化等一系列地质事件都发生在这一时期（Dalziel，1997；Collins and Pisarevsky，2005；朱日祥等，2009；Yao et al.，2014；Merdith et al.，2017；Cawood et al.，2018）。该时期是罗迪尼亚（Rodinia）超级大陆裂解块体向冈瓦纳（Gondwana）超级大陆会聚的主要时期，而四川盆地所属的华南克拉通（South China Craton）在冈瓦纳大陆拼合过程中古地理位置、古构造环境等均发生了重要变化，随之产生的诸多地质现象引起了全球科学家的广泛关注（Hoffman，1991；Yao et al.，2014）。本章以冈瓦纳大陆拼合这一全球地质事件为切入点，从全球板块重构的视野介绍华南克拉通的古地理位置与古构造环境演变，并概述四川盆地东部区域地质与勘探概况。 **节 古地理位置与古构造环境 从 Wegener（1912）提出大陆漂移的地球活动论概念，到20世纪60年代板块构造理论的建立，科学家逐渐认识到板块随着地质时间而发生运动，因此重构板块在地质历史时期古地理位置、古构造环境对于理解板块构造、地质与地球物理现象非常重要（Domeier and Torsvik，2014）。随着现代科学技术进步，在过去20～30年间，古地磁、锆石 U-Pb同位素测年、盆地分析（沉积相带与古水流）、构造热事件、地层对比、古生物等现代和传统分析方法与技术应用到古地理重构研究中，极大地推动了冈瓦纳大陆重构研究的进展。 一、华南克拉通古地理位置 古地磁恢复是约束板块古地理位置的有效方法与技术。埃迪卡拉纪华南克拉通的古地理位置及其在冈瓦纳超级大陆中的位置所获得的古地磁数据约束并不是很多（Vernhet et al.，2006）。但近年来所获得的古地磁数据结合沉积序列与物源分析表明，拉伸纪—成冰纪华南克拉通由北极地区向南经高纬度、中纬度漂移，至埃迪卡拉纪漂移至赤道位置（Macouin et al.，2004；Zhang et al.，2013，2015；Merdith et al.，2017；Torsvik and Cocks，2017）。 Zhang等（2015）基于在扬子地块三峡九龙湾地区陡山沱组三段顶部所获得的古地磁数据（23.5°±1.8°N），为华南克拉通在埃迪卡拉纪时期的古地理位置提供了重要的约束。Zhang等（2015）结合华南获得的其他古地磁数据认为，在大约800Ma华南克拉通位于高纬度地区（≥60°N），至750Ma或700Ma华南克拉通向中纬度（≥30°N）地区漂移，在成冰纪冰期（Sturtian和 Marinoan）华南克拉通位于中纬度地区，在埃迪卡拉纪和寒武纪早期（635～510Ma），华南克拉通缓慢向南移动至古赤道附近（图1.1）（Zhang et al.，2015）。 图1.1 华南克拉通视极移曲线（a）和古地理位置变化图（b）（据 Zhang et al.，2015） （a）华南克拉通自约800Ma以来视极移路径（APWP），前寒武纪与寒武纪磁极用深灰色表示，而年轻的磁极用浅灰色表示；（b）基于古地磁分析的华南克拉通800～510Ma古纬度与方位变化 Merdith等（2017）对华南克拉通已发表的古地磁数据进行了综合分析，指出大约850Ma华南克拉通位于北极地区，之后华南克拉通开始向南部漂移；成冰纪早期（830～790Ma），华南克拉通处于高纬度位置；成冰纪晚期、埃迪卡拉纪，华南克拉通向低纬度漂移至赤道位置（图1.2）（Merdith et al.，2017）。 二、超级大陆古地理位置 综合分析碎屑锆石 U-Pb年龄和 Lu-Hf同位素是研究大陆地壳演化、大陆块体重构、源区物质传输过程的重要方法与技术。来源于碎屑岩的锆石可以提供源区很好的地质信息记录，碎屑锆石 U-Pb年龄数据可以提供源区沉积物源的特征，包括源区经历的岩浆事件和与其他块体的属性关系。源于碎屑锆石的原位 Lu-Hf同位素可以提供沉积物源区岩浆岩的性质和来源，包括地幔注入已经存在的大陆地壳和已经存在大陆物质的再循环。硅质碎屑沉积岩的组成提供了很好的源区记录，逐渐应用于约束古地理重构与盆地构造环境研究中（Xu et al.，2013；Yao et al.，2014；Chen et al.，2018）。 亚洲大陆由新元古代至今大陆块体增生到西伯利亚克拉通拼合而成，而华南克拉通作为亚洲大陆的拼合块体之一，其形成经历了岛弧、大陆块体的汇聚与拼合（图1.3）（Cawood et al.，2018）。一般认为，华南克拉通由位于西北部的扬子地块与东南部的华夏地块在新元古代早期（980～810Ma）沿江南造山带拼合而成（图1.4），但拼合的准确时间、古地理位置与拼合过程等还有待详细研究（Yang et al.，2004；Zhao and Cawood，2012；Charvet，2013；Cawood et al.，2018；Chen et al.，2018；Zhao et al.，2018）。 图1.2 全球古板块780～520Ma重建图（据 Merdith et al.，2017） （a）780Ma；（b）750Ma；（c）680Ma；（d）600Ma；（e）560Ma；（f）520Ma。A-A. Afif-Abas地块；Am.亚马孙古陆；Az. Azania古陆； Ba.波罗的大陆； Bo. Borborema；By. Bayuda；Ca.华夏古陆（华南）； C.刚果；Ch. Chortis；G.格陵兰；H. Hoggar；I.印度；K. Kalahari；L.劳伦大陆；Ma. Mawson；NAC.北澳大利亚克拉通； N-B.尼日利亚-贝宁； NC.华北；Pp. Paranapanema；Ra. Rayner （南极洲）； RDLP. Rio de la Plata；SAC.南澳大利亚克拉通； SF.旧金山；Si.西伯利亚；SM.撒哈拉变质克拉通； WAC.西非克拉通。灰色阴影区域为推测的罗迪尼亚大陆参考范围，经度此处为相对参考，克拉通地壳颜色参考现今地理，北美洲为红色，南美洲为深蓝色，波罗的为绿色，西伯利亚为灰色，印度和中东为浅蓝色，中国为黄色，非洲为橙色，澳大利亚为深红色，南极洲为紫色 罗迪尼亚与冈瓦纳超级大陆的拼合和裂解在现代地球科学研究中还存在一些争议，其中华南克拉通在这些超级大陆重构中的位置昀具有争议。新元古代至早古生代，华南克拉通的古地理位置对于理解由罗迪尼亚超级大陆的裂解至冈瓦纳大陆形成的转变非常重要（Yao et al.，2014）。 关于华南克拉通在罗迪尼亚超级大陆裂解块体到冈瓦纳大陆拼合中的古地理位置，目前主要有五种观点：①华南克拉通位于劳伦大陆（Laurentia）与澳大利亚克拉通之间（Li et al.，1995，2002，2008；Li and Powell，2001）；②华南克拉通位于东冈瓦纳（East Gondwana）北缘邻近澳大利亚西北部（Zhang and Piper，1997；Yang et al.，2004；Macouin et al.，2004；Yu et al.，2008）；③华南克拉通位于东冈瓦纳北缘邻近印度西北部（Jiang et al.，2003a）；④华南克拉通位于东冈瓦纳北缘邻近印度东北部（Yu et al.，2008）；⑤华南克拉通为劳伦大陆的一部分（Wu et al.，2010）。 图1.3 显示大陆块体与边界缝合线的亚洲大陆构造图（据 Cawood et al.，2018） （一）华南克拉通位于劳伦大陆与澳大利亚克拉通之间 李正祥等在罗迪尼亚超级大陆会聚与裂解研究中，基于地层对比、地质年代学、古地磁数据和构造分析等综合研究，提出在罗迪尼亚超级大陆会聚后，华南克拉通位于劳伦与澳大利亚克拉通之间。在随后罗迪尼亚超级大陆裂解过程中，华南克拉通在罗迪尼亚超级大陆地幔柱的中心位置从罗迪尼亚大陆裂解出来。在冈瓦纳超级大陆拼合过程中，华南克拉通作为古太平洋内的独立块体，与其他块体并不接触，但位置邻近澳大利亚东部（图1.5）（Li et al.，1995，2002，2008；Li and Powell，2001）。 图1.4 华南克拉通区域地质简图（据 Cawood et al.，2018） （二）华南克拉通位于东冈瓦纳北缘邻近澳大利亚西北部 Yang等（2004）基于四川盆地北部广元寒武系中部碎屑岩所获得的古地磁数据，发现华南克拉通磁极位置路径与澳大利亚具有很好的相似性，认为华南克拉通在新元古代晚期和早古生代与澳大利亚西北部相邻，这一古构造位置一直保持至中泥盆世（图1.6）（Yang et al.，2004）。 Jing等（2015）基于对湖北宜昌和长阳地区莲沱组古地磁研究，指出华南克拉通在埃迪卡拉纪位于北澳大利亚（Northern Australia）的西北部，随后华南克拉通在大约550Ma或寒武纪中期通过顺时针旋转漂移至西澳大利亚（Western Australia）的西北部（图1.7）（Jing et al.，2015）。 图1.5 冈瓦纳大陆拼合示意图（据 Li et al.，2008） （a）600Ma；（b）550Ma；（c）530Ma