华北南缘宜阳地区中二叠统-下三叠统沉积和物源特征及其对盆山系统演化的指示

论文摘要

秦岭造山带作为华北与扬子板块长期汇聚形成的复合型大陆碰撞造山带,其构造演化过程始终与华北南缘盆地处在盆山系统相互作用的耦合体系中。依据造山带内多期次的花岗质岩浆作用,秦岭造山带加里东期和印支期两次重要的造山运动得到很好的限定,但由于晚古生代岩浆活动记录的缺乏,导致对造山带晚古生代-早中生代这一阶段的构造演化过程以及其与华北南缘的盆山耦合关系长期存在较大的争议。豫西宜阳地区作为华北南缘发育的晚古生代-中生代叠合盆地的重要组成部分,在盆地形成和沉积期间接受了大量来自盆地外缘的沉积物,这些沉积物可能记录了秦岭造山带的隆升剥蚀和华北南缘盆地沉积充填的细节,对全面认识晚古生代-早中生代秦岭造山带的造山过程和华北南缘构造体制转换具有重要的意义。本文选取华北南缘宜阳地区的中二叠统-下三叠统为研究对象,运用沉积学、岩石学、元素地球化学以及碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学等多种方法,从多个角度约束宜阳地区沉积地层的物质来源及在垂向序列上的演化特征,在结合对同时期沉积相和沉积环境分析的基础上,探讨造山带对周缘盆地的形成及沉积的控制作用,为恢复华北南缘和秦岭造山带的晚古生代-早中生代的盆山构造格局以及耦合演化过程提供重要的沉积响应依据。主要认识如下:（1）宜阳地区在中二叠世-早三叠世主要发育三角洲-湖泊沉积,沉积环境经历了海退、初次湖侵、湖退、再次湖侵四个阶段的演化过程。其中,石盒子组呈现由下部的三角洲前缘向上部的三角洲平原演变的特征;孙家沟组呈现由辫状三角洲平原-三角洲前缘-浅湖的湖侵沉积序列;刘家沟组显示出由下部的湖泊三角洲前缘向上部的湖泊三角洲平原演化的湖退特征;和尚沟组再次呈现由滨湖到浅湖的湖侵演化过程。宜阳地区在孙家沟组沉积期形成由海陆过渡三角洲沉积体系向陆相河湖沉积体系的转变,且湖盆环境经历多次水体动荡的变化,指示湖盆在该阶段经历了扩张-收缩-再扩张的演化过程。（2）通过岩石学、元素地球化学以及碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学等多种测试方法,对宜阳地区中二叠统-下三叠统的沉积物源进行了限定。其中,石盒子组的物源主要来自华北北缘的内蒙古隆起区;孙家沟组沉积期间除了接受华北克拉通自身的物源外,北秦岭造山带作为另一个重要的物源区也开始提供大量物源,且在孙家沟组中部显示了来自北秦岭造山带的显著单向物源特征;刘家沟组的物源主要来自华北克拉通基底和北秦岭造山带的混合物源;和尚沟组的物源主要是来自北秦岭造山带的单向物源。（3）华北南缘地区在晚二叠世产生了新一期的构造转换过程,起始时间被限定在孙家沟组平顶山砂岩段沉积期。通过本次对宜阳地区中二叠世-早三叠世沉积地层的物源分析,并结合前人关于晚石炭世-早二叠世的物源研究,指示在晚石炭世-早二叠世,华北克拉通整体处于南高北低的古地理格局,北秦岭造山带为华北盆地提供了主要物源;早二叠世-中二叠世,华北克拉通整体发生了大规模北升南降的构造转换过程,且在石盒子组沉积期间构造转换已经完成,华北北缘隆升剥蚀的物源已经能够到达华北南缘地区;晚二叠世-早三叠世,华北南缘又产生了新的构造转换,北秦岭造山带和华北南缘产生了幕式隆升,并开始作为新的物源区向华北南部盆地提供物源,伴随北秦岭造山带的强烈隆起,造成华北南缘沉积和构造古地理特征的显著转换。（4）此次华北南缘所反映出的往复升降的构造转换过程与其南侧秦岭造山带勉略洋晚古生代的构造演化具有密切的联系。秦岭造山带在晚古生代-早中生代的构造演化是在总体汇聚收缩的基础上,又叠加了勉略洋的由逐步扩张伸展到最终俯冲消减的过程。我们认为此次华北南缘构造转换的动力应主要由勉略洋壳的北向俯冲提供,并从构造演化的沉积记录响应角度对秦岭造山带勉略洋壳的俯冲启动时间进行了限定,指示勉略洋的构造背景由中二叠世之前的扩张伸展向晚二叠世-早三叠世俯冲挤压转化。（5）华北南缘中二叠世-早三叠世沉积盆地的形成和演化受南侧秦岭造山带的构造作用控制明显,尤其是北秦岭造山带的隆起造山过程。北秦岭造山带在晚二叠世到早三叠世产生的两次幕式隆升与宜阳地区同时期的湖侵-湖退-再次湖侵的沉积旋回演化以及沉积充填特征有着很好的对应关系。在北秦岭构造活动活跃期,宜阳地区主要发育湖泊沉积体系,表现出湖侵的演化序列特征,充填以泥质为主的较远的造山带物源;在北秦岭构造活动停息期,宜阳地区主要发育三角洲沉积体系,表现出湖退的演化序列特征,充填以砂质为主的较近的克拉通基底和造山带的混合物源。华北南缘的盆地性质在该时期可能不再仅仅是陆内克拉通拗陷型盆地的简单性质,而是已经开始向与造山带控制密切相关的同造山盆地转化。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 华北克拉通晚古生代-早中生代沉积构造演化研究现状
•     1.2.2 华北克拉通晚古生代-早中生代物源研究现状
•     1.2.3 秦岭造山带晚古生代-早中生代演化研究现状
•     1.2.4 物源分析方法研究现状
•     1.2.5 存在问题
•   1.3 研究目标和内容
•   1.4 研究方法和技术路线
•     1.4.1 研究方法
•     1.4.2 技术路线
•   1.5 论文工作量
•   1.6 论文创新点
• 2 区域地质背景
•   2.1 大地构造位置
•   2.2 基本构造单元
•     2.2.1 华北陆块南缘
•     2.2.2 北秦岭
•     2.2.3 南秦岭
•     2.2.4 扬子陆块北缘
•   2.3 区域地层概况
•     2.3.1 区域地层特征
•     2.3.2 地层划分与对比
• 3 中二叠统-下三叠统沉积特征及环境演化
•   3.1 地层剖面特征
•   3.2 沉积相分析
•     3.2.1 石盒子组
•     3.2.2 孙家沟组
•     3.2.3 刘家沟组
•     3.2.4 和尚沟组
•   3.3 沉积环境演化分析
•     3.3.1 海退沉积阶段
•     3.3.2 初次湖侵阶段
•     3.3.3 湖退沉积阶段
•     3.3.4 二次湖侵阶段
•   3.4 小结
• 4 中二叠统-下三叠统物源分析
•   4.1 砂岩碎屑组分分析
•     4.1.1 样品采集与统计方法
•     4.1.2 统计结果
•     4.1.3 源区构造背景判别
•   4.2 古流向分析
•   4.3 泥岩地球化学分析
•     4.3.1 样品采集与测试方法
•     4.3.2 元素地球化学特征
•     4.3.3 源岩属性分析
•     4.3.4 源区化学风化条件
•     4.3.5 源区构造背景判别
•     4.3.6 物源区的地球化学特征指示
•   4.4 碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析
•     4.4.1 样品采集与测试方法
•     4.4.2 锆石阴极发光特征
•     4.4.3 锆石Th/U比值
•     4.4.4 碎屑锆石年代学特征
•     4.4.5 潜在物源区的年代学特征
•     4.4.6 物源区分析
•   4.5 小结
• 5 华北南缘晚古生代-早中生代盆山耦合演化关系
•   5.1 基于沉积物源响应的华北南缘构造转换
•     5.1.1 晚石炭世-早二叠世沉积阶段
•     5.1.2 早二叠世-中二叠世沉积阶段
•     5.1.3 晚二叠世-早三叠世沉积阶段
•   5.2 对秦岭勉略洋盆构造演化的制约
•   5.3 华北南缘中二叠世-早三叠世盆山系统演化
•     5.3.1 中二叠世石盒子组沉积期
•     5.3.2 晚二叠世孙家沟组沉积期
•     5.3.3 早三叠世刘家沟组沉积期
•     5.3.4 早三叠世和尚沟组沉积期
•   5.4 小结
• 6 结论及展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 附录 实测剖面资料
• 附表 宜阳地区中二叠统-下三叠统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄数据
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王艳鹏

导师: 王恩营,郑德顺

关键词: 中二叠世早三叠世,华北南缘,物源分析,构造转换,秦岭造山带,盆山耦合

来源: 河南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 河南理工大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: P542

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000011

总页数: 211

文件大小: 18142K

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