四川原型盆地的形成演化主要受周边的华夏地块、华北地块和松潘-甘孜地块的作用,其以江南断裂、城口-房县断裂和龙门山断裂为界与上述各地块之间的相互作用构成海相原型盆地发育的主要构造背景。盆地克拉通基底在晋宁期形成后,自南华纪开始,进入相对稳定的地台发展阶段,亦即海相盆地的演化阶段,直至中三叠世末的印支运动后,才进入真正的、实质性的海相盆地改造阶段。但在其发展过程中的不同阶段,克拉通内部不同部位及其周缘的大地构造性质是不均一的,空间上不同的次级构造单元则具有较显著的差异性。在Rodinia旋回中,寒武纪—奥陶纪四川海相盆地演化可分为两个阶段:寒武纪—早奥陶世被动大陆边缘及克拉通内坳陷阶段和中奥陶世前陆盆地和克拉通内挠曲坳陷发育阶段。
(一)寒武纪—早奥陶世克拉通内坳陷盆地和周缘边缘坳陷盆地发育
从南华纪开始,华南地区晋宁期的板块汇聚作用已被加里东早期的拉张-伸展作用所代替。保存于赣湘桂、粤北地区的华南盆地再次伸展、裂陷、水体加深,成为分隔扬子地块与华夏地块的一个新生海盆。在扬子地块北缘地区,由于裂离作用的进一步发展,在扬子地块与华北地块之间出现了以商丹缝合带残留蛇绿岩为代表的商丹洋。在扬子地块的西南,以昌宁-孟连洋为代表,分隔了扬子地块与冈瓦纳地块。与此同时,在扬子陆块内产生了西乡-神农架、攀西等大陆裂谷,发育了大陆火山喷发相及河流相碎屑岩。由此形成了以扬子地块克拉通(碳酸盐台地)为核心,分别向南、向北、向西南逐渐变深的克拉通边缘坳陷盆地,而四川盆地则为伸展作用下的克拉通盆地,受基底断裂的控制,盆地内以隆坳格局为主要特征,其中以乐山-龙女寺古隆起最为显著,表现为同沉积隆起和剥蚀隆起交替发育(图2-3-4,图4-3-5)。
1.早寒武世筇竹寺期原型盆地
四川盆地及邻区早寒武世的构造格局对晚震旦世具一定的继承性,边缘保持裂陷特征,表现为西高东低,整体向南东方向倾斜(图2-3-5,图2-3-6)。
上扬子浅海成为西北高、东南低的以波浪作用为主的广海型碎屑岩缓坡型大陆架。上扬子地块西部的泸定古隆起崛起暴露地表成为南北向的隆起区,并与松潘隆起共同构成南北轴向的不连续剥蚀区,因此在其临近的东部地区—都江堰—峨眉山一线以西地区发育了潮坪-滨岸相的云质砂砾岩和砂泥质沉积。
图2-3-4 四川盆地乐山-龙女寺古隆起2006WW31_5地震剖面下古生界接触关系图
图2-3-5 四川盆地及邻区早寒武世NW-SE向构造地层结构剖面示意图
东南部原扬子板块和华夏板块拼合界限一带产生一定程度的拉张,从北西-南东,构造格局由浅海变为扬子东南大陆边缘盆地、湘黔大陆斜坡盆地。北缘随着秦岭洋的进一步扩张,盆地类型为被动大陆边缘盆地。扬子地块西部早震旦世形成石棉-澄江后造山期裂谷带,早寒武世继承发展,在扬子地块西缘形成北东向龙门山-锦屏山坳拉槽,与上扬子以龙门山断裂为界。上扬子地块北部、东南部和川西仍发育三大海槽,并影响着沉积环境和沉积物空间分布和变化的格局。
四川盆地内部,受华蓥山断裂带、龙泉山断裂和龙门山断裂等基底断裂的控制,盆地内部表现为隆坳格局,其中以乐山-龙女寺古隆起和川渝坳陷最为典型。受早寒武世兴凯运动影响,尤其川西及川西北兴凯运动表现明显,地震剖面亦揭示下寒武统比中上寒武统具有更大的地层厚度分异(从坳陷或斜坡到隆起)及更多的上超和削蚀点,表现地壳活动于早寒武世时明显活跃。因此该时期盆地中基底断裂发生强烈活动,华蓥山断裂带、龙泉山断裂和龙门山断裂分别控制着龙门山隆起、乐山-龙女寺古隆起以及川渝坳陷。
2.早寒武世沧浪铺-龙王庙期原型盆地
沧浪铺-龙王庙期四川盆地及邻区构造格局与筇竹寺期类似,沉积和盆地的演化继承了前期的特点,是早寒武世沉积和构造格局的延续。陆块边缘发育被动大陆边缘盆地,盆地整体构造格局为北西高南东低,整体向南东方向倾斜。由碳酸盐缓坡向碳酸盐台地演化的过程,除沿康滇古陆边缘有碎屑岩沉积外,上扬子均沉积了薄层状灰岩,在边缘形成藻丘和灰泥丘(图2-3-7)。
早寒武世末发生海退,上扬子处于海退背景环境,泸定古隆起和松潘古隆起之间的低地隆升,泸定古陆向北延展断续延至陕西汉中西南地段。从北西-南东,上扬子整体构造格局由浅水碳酸盐缓坡变为扬子东南大陆边缘坳陷盆地、湘黔大陆斜坡盆地。随着秦岭洋的进一步打开,扬子北缘盆地类型为被动大陆边缘盆地。扬子地块西缘依然为北东向龙门山-锦屏山坳拉槽,与上扬子以龙门山断裂为界。
图2-3-6 四川盆地及邻区早寒武世筇竹寺组沉积期原型盆地分布图
图2-3-7 四川盆地及邻区早寒武世沧浪铺一龙王庙组沉积期原型盆地分布图
图2-3-8 四川盆地及邻区中寒武世陡坡寺组沉积期原型盆地分布图
四川盆地内部,依然为隆坳格局。乐山-龙女寺古隆起长期表现为水下沉积隆起,但在龙王庙期末,出露到水体上,发生剥蚀,表现为剥蚀隆起(图2-3-4)。该时期主要沉积中心较筇竹寺期向北东方向发生了迁移,分布于湘鄂西地区,即为湘鄂西坳陷。
3.中寒武世毛庄期(陡坡寺组沉积期)原型盆地
中寒武世毛庄期四川盆地及邻区继承了早寒武世时期的特点,上扬子边缘依然为裂陷特征,整体构造面貌向南东方向倾斜(图2-3-8,图2-3-9)。
图2-3-9 四川盆地及邻区中晚寒武世NW-SE向构造地层结构剖面示意图
泸定古隆起与滇中古陆相连,构成了康滇古陆,且与松潘古隆起之间的低地继续隆升,泸定古陆向北延展断续延至陕西汉中西南地段,且规模增大。
上扬子北缘的南秦岭被动大陆边缘火山活动较强,中寒武世—晚寒武世早期在南秦岭盆地中部出现数百千米火山裂隙喷发带,堆积大量的火山沉积物,可能属大陆边缘的张裂盆地,处于陆坡-次深海环境。
上扬子西缘以及东南缘亦为张裂作用下的盆地类型。上扬子从北西到南东由碳酸盐浅水缓坡逐渐过渡到台缘斜坡、大陆坡-次深海。四川盆地内部主要以乐山-龙女寺古隆起的继续发育为主要特征。
4.中寒武世徐庄期—晚寒武世凤山期(洗象池群沉积期)原型盆地
中寒武世中晚期—晚寒武世古太平洋水面保持相对稳定下降,华夏古陆和康滇古陆分别向北东和南西方向扩展。川西海槽盆地由于东部康滇古陆在东南地区的阻隔,使来自西部海槽的海水被阻挡,上扬子地块的水动力沉积作用主要受控于北部的秦岭海槽和南部的南华海槽。此时四川盆地通江—简阳—盐津以东地区成为广阔的碳酸盐台地相沉积环境(图2-3-10)。
洗象池群沉积期,四川盆地及邻区盆地结构对高台期具继承性,整体结构为向南东方向倾斜,制约着NE-SW方向的沉积相展布。但由于海平面的下降,汉中地块发生隆起,与康滇古陆一起构成了上扬子西缘的不连续隆起带,对川西海槽和上扬子克拉通盆地起到分隔作用。南秦岭区,洗象池期南秦岭盆地仍具拉张特征,为被动大陆边缘海盆地。南东侧受华南洋的作用,为大陆边缘盆地和大陆斜坡盆地。
较陡坡寺组沉积期,洗象池群沉积期上扬子地区内部也发生了地壳的不均衡调整。受基底断裂的控制,乐山-龙女寺古隆起持续发育,且在洗象池期末隆升至水体以上,成为剥蚀隆起,促使了洗象池群古岩溶的发育。该时期地壳的调整还促使了湘鄂西坳陷的发育,其中在恩施—遵义一带最大沉积厚度达1500余米。
图2-3-l0 四川盆地及邻区中晚寒武世洗象池群沉积期原型盆地分布图
5.早奥陶世桐梓组沉积期原型盆地
早奥陶世,海平面再次上升,寒武纪时存在的松潘-泸定-汉中古隆起再次沉没水下。仅在康定-昆明一线残留了康滇古隆起。原川西海槽盆地由于松潘-泸定古隆起的消失,使海水与陆台内部再次沟通,寒武纪时形成的川西甘孜-临沧海槽盆地不复存在,四川盆地及邻区再次演化为统一的巨型陆台海相沉积盆地(图2-3-11)。
早奥陶世,四川盆地及周缘仍为克拉通盆地,由周边的被动大陆边缘盆地和主体碳酸盐台地构成。上扬子地块北部南秦岭继续沉降成为槽盆,由于伸展裂陷作用使中秦岭微板块一度向南漂移,使中秦岭的动物群在早奥陶世与扬子区接近(殷鸿福等,1997),说明该时期南秦岭地区仍为海槽,对中国南方陆台的沉积有较大的影响。西缘依然为张裂状态,处于被动大陆边缘。四川盆地主体依然向SE方向倾斜,从NW向SE逐渐由碳酸盐台地过渡到大陆边缘盆地、大陆斜坡盆地。
6.早奥陶世红花园组沉积期原型盆地
红花园组沉积期是四川盆地及邻区伸展裂坳盆地持续发展阶段,总体上继承了早奥陶世早期陆台盆地的区域构造和沉积特征,仍为以岩石圈伸展坳裂为主要动力学性质的统一陆台盆地(图2-3-12)。
该时期盆地构造格局与桐梓期类似,四川盆地及周缘仍为克拉通盆地,由周边的被动大陆边缘盆地和主体碳酸盐台地构成。盆地结构面貌为向SE方向倾斜,受其制约,盆地内沉积相呈NNE-SSW向展布,盆地内部乐山-龙女寺古隆起持续发展。
(二)中晚奥陶世克拉通内挠曲坳陷盆地与西缘裂陷槽盆地和北缘、东南缘及南缘前陆盆地发育
奥陶纪是中国南方早古生代加里东构造旋回的重要转折阶段。孟祥化等(2000)认为:中奥陶世,华夏板块和扬子板块再次相会聚碰撞拼合,其缝合线北部以挤压为主,南侧表现为走滑性质。中晚奥陶世以后,秦岭洋进入汇聚收缩及扬子板块向华北板块之下俯冲为主的阶段,主俯冲带位置位于商丹缝合带处。
构造变革的地质响应是沉积盆地收缩,由伸展转为挤压背景,促使扬子的东南边缘、南缘转入前陆隆起造山的过程。由于前期克拉通盆地转为具隆起性质的盆地,且隆起带由南向北和由南东向北西的推挤,使得克拉通上的盆地缩小。周边的黔中隆起、江南隆起和上扬子北缘隆起在奥陶纪均表现为前陆盆地系统的水下前渊隆起。四川盆地及邻区在中晚奥陶世期间,周缘转变为活动大陆边缘盆地,四川盆地主体为挤压环境下的克拉通盆地,但盆地结构发生了较大的变化,由寒武纪—早奥陶世NW向SE方向倾斜的格局转变为向SSE方向倾斜。盆地内以隆坳格局为主要特征,乐山-龙女寺古隆起表现为同沉积隆起。
1.早中奥陶世湄潭-十字铺组沉积期原型盆地
由于上扬子北缘、南缘和东南缘区域构造环境转变为挤压环境,因此,边缘盆地由前期的被动大陆边缘盆地转变为主动大陆边缘盆地,且前缘隆起发育,但都表现为水下隆起(图2-3-13)。
四川盆地则为挤压环境下的浅海克拉通盆地,且受控于雪峰、黔中古隆起构造掀斜作用,导致西侧和北侧盆地变深。在区域挤压环境下,更加促使了盆地古隆起基底的挠曲,使得三台-巴中-镇巴隐伏断裂和华蓥山断裂带强烈活动,促使了乐山-龙女寺古隆起的进一步发育。其中华蓥山断裂带由基底断裂转变为将盖层亦断开,控制着川东南坳陷的沉积。
2.晚奥陶世宝塔-临湘组沉积期原型盆地
晚奥陶世宝塔-临湘组沉积期为深水盆地,陆棚范围较中奥陶世扩大。随着挤压作用的增强,上扬子南缘和东南缘的水下隆起向盆地内推进(图2-3-14)。
图2-3-ll 四川盆地及邻区早奥陶世桐梓组沉积期原型盆地分布图
图2-3-12 四川盆地及邻区早奥陶世红花园组沉积期原型盆地分布图
图2-3-l3 四川盆地及邻区中奥陶世湄潭一十字铺组沉积期原型盆地分布图
图2-3-l4 四川盆地及邻区晚奥陶世宝塔一临湘组沉积期原型盆地分布图
该时期盆地构造格局对中奥陶世具一定的继承性,上扬子周缘为主动大陆边缘盆地,且周缘的挤压作用,促使了盆地基底的强烈变形,使得盆地南缘和东南缘水下隆起以及盆内乐山-龙女寺古隆起的强烈发育。
受周缘及盆地内部水下隆起的控制作用,四川盆地表现为大隆大坳构造格局。乐山-龙女寺古隆起与黔中隆起间为一坳陷,如泸州处宝塔组沉积厚度为50m。且在大庸—花垣以西一带受江南隆起的造山作用,湘鄂西坳陷发育,盆地北侧盆地亦较深,如南江处宝塔组厚度为30m(图2-3-15)。
图2-3-15 上扬子区宝塔组-涧草沟组(临湘组)岩石地层对比图
(据许效松等,2001)
3.晚奥陶世五峰组沉积期原型盆地
晚奥陶世五峰期沉积的含碳质黑色页岩,与下伏宝塔组和临湘组灰岩间为一突变的水下间断面,前者为角石相,后者为丰富的笔石相,较宝塔-临湘组沉积期,上扬子盆地的构造性质转变,北缘、南缘和西侧被隆起带或古陆所包围。在南缘发育湘鄂西黔北前陆盆地(图2-3-16)。
该时期四川盆地依然为挤压环境下的克拉通盆地,海侵已达到最大,整个区内演化为一个欠补偿的缺氧盆地,地层变化范围0~10m。乐山-龙女寺古隆起作为湘鄂西黔北前陆盆地的前缘隆起,随着前陆盆地的发育,促使了前缘隆起的快速隆起,到志留纪,古隆起的隆起速度更进一步加快。