针对获得的86条陡山沱组野外露头和25口钻井剖面, 在逐一分析每条剖面的地层岩性、沉积序列、沉积构造与沉积环境、海平面变化等特征基础上, 进行其优势相或特征相的划分与确认。由于篇幅所限, 论文选取3个不同区域的3个剖面进行解剖说明。

2.1.1 上扬子W117钻井剖面

W117井位于上扬子川东南地区, 为盆内覆盖区钻井, 井深3746 m, 陡山沱组钻厚约41 m; 其底部与下伏花岗岩不整合接触(汪泽成等, 2019), 顶部和灯影组含泥白云岩假整合接触(图 2)。

图 2

Fig.2

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	图 2 扬子克拉通W117井陡山沱组综合柱状图(据汪泽成等, 2019; 有修改)Fig.2 Comprehensive histogram of the Doushantuo Formation in Well W117 of Yangtze Craton(modified from Wang et al., 2019)

从岩性上看, W117井陡山沱组仅发育陡二段、 陡三段, 缺失陡一段和陡四段(图 2)。 自下向上, 陡二段厚约10 m, 以发育灰绿色白云质泥岩和白云质粉砂岩, 夹泥质粉砂岩和含砾砂岩为主, 泥岩中发育砂岩透镜体, 砂岩中偶见波痕, 为砂泥坪沉积。 陡三段厚约31 m, 进一步划分下部和上部, 下部以发育含石膏泥质白云岩夹石膏层, 和白色石膏层夹薄层石膏质白云岩为特征, 处于潟湖环境; 上部以灰白色粉晶— 泥晶白云岩夹含泥云岩沉积为主, 局部发育藻纹层, 为云坪环境(图 2)。 总体上看, 在陡山沱组沉积之前, W117井应位于地势相对较高的隆起区, 至陡二段时期才开始接受沉积, 随后海平面表现为逐渐上升, 以局限台地为优势相。

2.1.2 中扬子神农架宋洛剖面

神农架宋洛剖面位于中扬子鄂西地区, 为本次研究野外实测地层剖面, 起点坐标: 31° 41'32″N, 110° 36'32″E, 陡山沱组实测地层厚度为52.72 m; 其底部假整合于南沱组灰绿色含砾砂质泥岩之上, 顶部为灯影组灰质白云岩整合覆盖(图 3, 图 4-A, 4-B)。

图 3

Fig.3

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	图 3 湖北神农架宋洛剖面陡山沱组综合柱状图Fig.3 Comprehensive histogram of the Doushantuo Formation in Songluo section of Shennongjia, Hubei Province

图 4

Fig.4

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图 4 扬子克拉通陡山沱组典型野外露头及镜下照片 A— 陡山沱组与下伏南沱组假整合接触, 神农架宋洛剖面(T46); B— 陡山沱组与灯影组整合接触, 神农架宋洛剖面(T46); C— 层间碳质/硅质结核, 陡山沱组薄层泥质白云岩, 兴山郑家淌剖面(T48); D— 大型滑塌褶皱, 陡山沱组, 镇巴小洋坝剖面(据李智武等, 2019)(T86); E-大型滑塌体, 陡山沱组碳质泥岩, 巫溪高竹剖面(据李智武等, 2019)(T84); F— 皮壳状构造, 陡山沱组白云岩, 宜昌九龙湾剖面(T54); G— 鲕粒、核形石构造(-), 陡山沱组灰岩, 石门杨家坪剖面(T57); H— 透镜状层理(-), 陡山沱组白云质泥岩, ZD2井; I— 陡山沱组碳质泥岩, ZD2井Fig.4 Photos of outcrop and micrograph of the Doushantuo Formation of Yangtze Craton

从岩性上看, 自下向上陡山沱组可划分为4个岩性段(图 3)。陡一段厚约0.5 m, 发育灰白色厚层状白云岩, 俗称“ 盖帽碳酸盐岩” , 为开阔潮下沉积。陡二段厚39.22 m, 包括上、中、下部分, 其下部以灰绿色中层白云质泥岩与浅灰绿色薄层含泥白云岩互层为特征, 发育水平纹层, 处于开阔潮下环境; 中部以灰黑色薄至中层状细砂岩为主, 为台内滩沉积; 上部为深灰色中— 薄层粉砂质泥岩和黑色薄层碳质粉砂岩沉积, 水平纹层发育, 处于低能台内洼地环境。陡三段厚11.23 m, 以黑色薄层粉砂质云质灰岩沉积为主, 发育粒径10~15 cm的碳质/硅质结核, 处于较高能的台内滩环境。陡四段厚1.77 m, 以黑色碳质泥页岩为主, 为台内洼地沉积。总体上, 神农架宋洛经历了陡一至陡二和陡三至陡四时期的2次海平面上升旋回, 其优势相为开阔台地(图 3)。

2.1.3 下扬子休宁蓝田剖面

休宁蓝田剖面位于下扬子皖南地区, 由于后期构造运动和风化作用及植被覆盖等, 前人实测的蓝田组地层厚度存在较大差异(刘鸿允, 1991; 李玉发和姜立富, 1997)。本次研究对该剖面进行了野外考察, 起点坐标: 29° 53'59″N, 118° 5'11″E, 发育的蓝田组相当于陡山沱组(刘鸿允, 1991), 厚175.83 m(图 5)。其底部与下伏雷公坞组冰碛岩整合接触, 顶部被皮园村组硅质岩整合覆盖。

图 5

Fig.5

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	图 5 安徽休宁蓝田剖面(T62)蓝田组综合柱状图Fig.5 Comprehensive histogram of the Lantian Formation in Lantian section (T62)of Xiuning, Anhui Province

从岩性上看, 蓝田组自下而上可划分为4个岩性段(图 5): 一段厚1.44 m, 即“ 盖帽碳酸盐岩” , 发育一套灰黑色厚层含灰微晶白云岩, 为浅水陆棚沉积; 二段厚86.8 m, 为深灰色、黑色泥岩、碳质泥页岩夹薄层含锰粉砂岩沉积, 富含黄铁矿, 发育古植物化石、宏观藻类化石及水平层理, 为深水陆棚沉积; 三段厚度约75.83 m, 主要为浅灰色中厚层泥晶白云岩与页岩互层及白云质灰岩沉积, 发育波状或水平层理, 处于浅水陆棚环境; 四段厚11.76 m, 发育黄绿色薄层泥岩夹灰黑色泥晶灰岩, 为深水陆棚沉积。总体上, 蓝田组沉积时期, 休宁蓝田剖面处于高海平面的还原水体沉积环境, 其优势相为陆棚相。

2.2.1 东西向A-B连线剖面

A-B剖面位于扬子北缘, 包含12个剖面点, 自西向东穿越陕南、川东北, 渝北, 鄂西和鄂北等地区, 剖面位置见图 1和图 10所示。各个剖面发育的陡山沱组地层特征存在差异(图 6)。首先, 陡山沱组地层序列完整性不同, 西部的宁强胡家坝发育陡二至陡四段, 南郑钢厂— 巫溪高竹仅发育陡三至陡四段, 神农架宋洛-ZK312钻井普遍发育陡一至陡四段, 神农架高桥河和随州薛家店陡山沱组岩性分段性不明显。其次, 地层总厚度差异大, 厚度最大的宁强胡家坝观音崖组厚739 m, 其次是城口明月陡山沱组厚360 m, 厚度最薄的巫溪康家坪仅37 m(图 6)。

图 6

Fig.6

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	图 6 扬子克拉通东西向A-B连线剖面陡山沱组沉积演化(剖面位置见图 1和图 10) T02宁强胡家坝和T10南江杨坝剖面据汪泽成等, 2019; T86镇巴小洋, T85巫溪康家坪, T84巫溪高竹剖面据李智武等, 2019; T01南郑钢厂, T41城口明月, T83神农架高桥河, T50随州薛家店剖面据刘鸿允等, 1991; 其他为笔者野外实测剖面和最新成果Fig.6 Sedimentary evolution of the Doushantuo Formation in east-to-west Line A-B of Yangtze Craton(location in Fig.1 and Fig.10)

从沉积岩相上看, 西部宁强胡家坝陡山沱组以开阔台地为优势相, 表现为以硅质白云岩、硅质灰岩沉积为主, 下部发育含砾石英砂岩和页岩沉积。南郑钢厂和南江杨坝陡山沱期的优势相为滨海相, 以临滨— 前滨亚相的石英砂岩沉积为主。镇巴小洋以台缘斜坡为特征相, 其陡四段泥质白云岩中发育大型滑塌构造(图 4-D)。城口明月表现以陆棚相为优势相, 发育大套页岩、碳质页岩夹薄中层泥晶或泥质白云岩沉积。巫溪康家坪以开阔台地为优势相, 发育中厚层灰岩和泥页岩为主。巫溪高竹以台缘斜坡相为特征相, 表现为以砂屑白云岩和碳质泥页岩沉积为主, 其中发育大型云质灰岩滑塌体(图 4-E)。神农架高桥河优势相为陆棚相, 发育黑色页岩、粉砂质页岩沉积为特征。神农架宋洛和兴山郑家淌的优势相为开阔台地, 宋洛剖面发育台内滩黑色细粉砂岩、泥质灰岩和台内洼地粉砂质泥岩和碳质粉砂岩沉积为主; 而兴山郑家淌剖面主要以开阔潮下泥质白云岩沉积为特征, 硅质结核发育(图 4-C)。ZK312钻井表现以局限台地为优势相, 发育大套白云岩沉积为主。东部的随州薛家店陡山沱期以深水陆棚为优势相, 以页岩和粉砂质页岩沉积为特征, 发育鲍马序列。总体上, 自西向东, A-B连线剖面发育3个台地区和3个深水盆地区, 呈现台盆相间格局(图 6)。

从纵向沉积演化上看, 陡一至陡二段沉积时期, A-B连线剖面上仅西部宁强胡家坝和鄂西地区接受了局限— 开阔台地沉积, 受古地形的控制, 沉积厚度差异较大(图 6)。陡三至陡四段沉积时期, 受海平面持续上升影响, 扬子北缘开始广泛接受沉积, 汉南古陆周缘的南郑钢厂和南江杨坝表现为较浅水的滨海沉积; 从台地区至深水盆地区, 表现为从局限— 开阔台地相沉积, 逐渐演化为发育滑塌构造的斜坡相和发育大套泥页岩的深水陆棚相沉积。

2.2.2 南北向C-D连线剖面

C-D剖面位于中扬子地区, 包含9个剖面点, 自北向南跨越鄂西北、鄂西、湘北、湘中等地, 剖面位置见图 1和图 9所示。连线剖面陡山沱组的地层序列基本完整, 除南北端点剖面地层分段性不明显之外, 普遍可划分为陡一至陡四段的4个岩性段(图 7)。地层厚度的差异较大, 最厚的石门杨家坪剖面达440 m以上, 最薄的兴山郑家淌剖面仅58 m。

图 7

Fig.7

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	图 7 扬子克拉通南北向C-D连线剖面陡山沱组沉积演化(剖面位置见图 1和图 10) T43竹山霍河剖面据刘鸿允等, 1991; T82秭归泗溪剖面据吕苗等, 2009; 其他为笔者野外实测剖面和最新研究成果Fig.7 Sedimentary evolution of the Doushantuo Formation in south-to-north Line C-D of Yangtze Craton(location in Fig.1 and Fig.10)

从沉积相上看, 北部的竹山霍河陡山沱期优势相为陆棚相, 发育硅质岩、硅质白云岩夹碳质泥岩和碳质灰岩沉积。ZK312井表现以局限台地为优势相, 以大套白云岩沉积为主。兴山郑家淌以开阔台地为优势相, 发育泥质白云岩沉积为主。秭归泗溪陡山沱组下部未出露, 表现以台地边缘为特征相, 其陡三段中厚层微晶白云岩中发育大量滑塌构造(吕苗等, 2009)。YD4和ZD2井以陆棚相为优势相, 表现为以大套泥页岩、碳质泥岩和薄层泥质碳酸盐岩沉积为主(图 4-H, 4-I)。石门杨家坪以台地边缘为特征相, 其陡三段以发育厚层鲕粒灰岩为特征(图 4-G)。张家界田以台缘斜坡为优势相, 主要为薄层泥质灰岩和泥质白云岩夹泥页岩和硅质岩沉积, 以发育滑塌褶皱构造和滑塌角砾为特征(Vernhet et al., 2006; Vernhet, 2007)。南部的新化五溪优势相为陆棚相, 发育碳质/硅质泥岩夹硅质岩沉积为特征。总体上, 自北向南, C-D连线剖面穿过3个深水沉积区夹2个台地区, 也具有台盆相间的沉积格局(图 7)。

从纵向演化上看, 陡一至陡二段沉积时期, C-D连线剖面上开始发育碳酸盐岩台地, 总体范围较小; 处于盆内的城口明月和神农架高桥河以大套陆棚相泥页岩为特征。陡三至陡四段沉积时期, 碳酸盐岩台地发育的范围扩大; 在盆缘发育具滑塌构造的台地边缘相沉积, 盆内仍以大套陆棚相泥页岩为主。

2.2.3 南北向E-F连线剖面

E-F剖面位于下扬子地区, 包含6个地层剖面点, 呈南北向分布, 自北向南跨越苏南、皖南、浙西北和浙西等地区(图 8)。连线剖面上陡山沱期发育的沉积地层序列较为完整, 除桐庐杨梅山剖面地层分段性不明显外, 普遍能划分出陡一至陡四段的4个岩性段, 可与鄂西地区典型陡山沱组对比。苏南丹徒龙王山剖面黄墟组(相当于陡山沱组)地层厚度最大, 可达310 m; 休宁蓝田剖面次之, 蓝田组地层厚度约176 m; 而最薄的桐庐杨梅山剖面仅58 m(图 8)。

图 8

Fig.8

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	图 8 扬子克拉通南北向E-F连线剖面陡山沱组沉积演化(剖面位置见图 1和图 10) T70丹徒龙王山剖面据李玉发等, 1997; T65淳安秋源, T68江山石龙岗剖面据俞国华等, 1996; T66桐庐杨梅山, T64建德下崖埠剖面据刘鸿允等, 1991; 其他为笔者团队野外实测剖面Fig.8 Sedimentary evolution of the Doushantuo Formation in south-to-north Line E-F of Yangtze Craton(location in Fig.1 and Fig.10)

从沉积特征上看, 北部丹徒龙王山剖面黄虚组发育的优势相为开阔台地(图 8), 表现为以开阔潮下和台内滩含砂或泥质灰岩和砂屑灰岩沉积为主。休宁蓝田组(相当于陡山沱组)以陆棚为优势相, 表现为碳质泥页岩沉积为主, 夹少量黑色薄层白云岩沉积。淳安秋源蓝田组以陆棚为优势相, 表现为较深水碳质和硅质泥岩沉积为主。桐庐杨梅山陡山沱组岩性段无法进一步划分, 以白云质泥岩为主, 夹少量薄层泥质白云岩沉积, 其优势相为台地边缘。建德下涯埠陡山沱组总体处于台地边缘环境(图 8), 陡一段发育含锰块状白云岩, 显水平或波状层理, 局部见大型板状交错层理, 指示高能潮间带下部至潮下带环境; 陡二和三段发育碳质页岩和灰黑色泥质或硅质粉砂岩沉积, 指示台内洼地沉积; 陡四段为大套硅质岩、硅质页岩与粉砂质白云岩互层, 代表台地边缘环境。江山石龙岗陡山沱组以开阔台地为优势相, 陡一至陡二段为泥质白云岩夹碳质页岩沉积, 处于开阔潮下和台内洼地环境; 陡三段发育灰色含砾白云质灰岩、浅灰色白云岩和粉砂质泥岩沉积, 位于台内滩和台内洼地环境; 陡四段以开阔潮下带环境的灰质白云岩沉积为主。总体上, 自北向南, E-F连线剖面发育2个台地区夹1个深水盆地区, 呈现两台夹一盆沉积格局(图 8)。

从纵向沉积演化上看, 陡一至陡二段沉积时期, E-F连线剖面上呈现北深南浅特征, 北部以发育较深水陆棚相沉积为主, 南部为相对较浅的开阔台地沉积为主, 沉积厚度差异较大(图 8)。陡三至陡四段沉积时期, 演化为南北浅中间深沉积特征, 其南北两端表现为相对较浅水的开阔台地沉积, 中间发育台缘斜坡— 陆棚相大套泥页岩和硅质岩沉积。

近年来, 越来越多的最新关于罗迪尼亚(Rodinia)超大陆重建与原型盆地演化研究结果表明, 扬子克拉通自新元古代青白口纪以来, 一直处于Rodinia超大陆的西北边缘位置(Evans et al., 2000; Cawood et al., 2018)(图 10)。随着Rodinia超大陆大规模裂解到埃迪卡拉纪的裂后热沉降(Wang and Li, 2003; Yang et al., 2020), 直到早古生代冈瓦纳(Gondwana)大陆聚合之前, 扬子克拉通一直处于离散大陆边缘的板块构造环境(图 9)。其原型盆地演化经历了裂谷盆地(成冰纪)向被动陆缘拗陷或克拉通内裂陷型盆地(埃迪卡拉纪)的演变过程。其中, 扬子克拉通埃迪卡拉系几乎无火山活动。同时, 穿越上扬子四川盆地深反射地震剖面揭示, 埃迪卡拉系无明显的大断裂活动(Yang et al., 2020)。

图 9

Fig.9

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	图 9 扬子克拉通新元古代构造与盆地演化及主要地质事件 超大陆旋回和古纬度位置主要据Evans et al., 2000; Zhang et al., 2015a; Cawood et al., 2018; Li et al., 2019; 构造背景及演化阶段据Yang et al., 2020; 主要地质事件据旷红伟等, 2019Fig.9 Tectonic background, basin evolution and major geological events during the Neoproterozoic in Yangtze Craton

在陡山沱组沉积早期(一段和二段沉积时期), 扬子逐渐转入裂后热沉降阶段, 除一定程度上受下伏裂谷盆地发育特征和形态控制(管树巍等, 2017; Li et al., 2019; Yang et al., 2020), 还受到气候转暖、冰川融化导致的海平面上升影响, 而致使扬子克拉通在该时期逐渐被海水覆盖。在陡山沱组沉积晚期(三段和四段段沉积时期), 受海平面持续上升, 特别是受到同沉积断裂活动的影响, 如在湘北、川东北等地露头中发现不同规模滑塌体、滑塌角砾等沉积构造(Vernhet, 2007; 李智武等, 2019), 进一步深化了早期的盆地面貌, 最终形成了以扬子北缘和东南缘被动陆缘拗陷、万源— 达州和湘鄂西克拉通内裂陷为主的盆地格局(图 9)。

综合以上分析, 编制了扬子克拉通埃迪卡拉系陡山沱期构造岩相古地理图, 总体表现出西高东低、北高南低的面貌, 发育4个古陆、3个台地和4个盆地相间的沉积格局(图 10)。

图 10

Fig.10

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	图 10 扬子克拉通埃迪卡拉纪陡山沱期构造-岩相古地理Fig.10 Tectonic-lithofacies palaeogeography of Yangtze Craton during the Ediacaran Doushantuo Stage

4个古陆主要分布在扬子周缘地区, 古陆存在始于成冰纪时期, 在陡山沱期逐步被海水覆盖, 从古陆周缘向内部超覆沉积, 仅小范围残余古陆始终未接受沉积, 即形成了陡山沱期的汉南、康滇、牛首山和江南古陆, 它们提供了陡山沱组沉积时期主要的碎屑物源(汪泽成等, 2019)。

3个台地主要分布在滇东、川西、渝西、鄂、皖中、浙北等地(图 10), 包括上扬子台地、中下扬子台地和浙北台地。台地区以发育局限— 开阔台地相为主, 以白云岩、泥质白云岩和泥质灰岩沉积为主, 夹泥页岩、泥质云岩和云岩泥岩等, 常发育晶洞、帐篷状和皮壳状构造、以及碳质/硅质结核等(图 4-F)。台地区沉积厚度差异较大, 介于20~660 m之间。

4个盆地区主要分布在川东北万源— 达州、湘鄂西、扬子东南缘和北缘(图 10), 并且前二者盆地性质属于克拉通内裂陷, 后二者属为被动陆缘拗陷(Yang et al., 2020)。(1)在内裂陷盆地区主要发育台缘斜坡和陆棚相, 并且从盆地边缘到内部, 由斜坡相泥质白云岩和碳质泥岩, 过渡为陆棚相大套泥页岩夹泥质碳酸盐岩。内裂陷盆地区厚度一般介于100~300 m之间。特别地, 川东北达州地区五探1井揭示陡山沱组以陆棚相深灰色泥岩和灰色粉砂岩韵律互层沉积为特征, 厚度可达400 m。(2)扬子东南缘和北缘坳陷盆地区表现出自北往南水体逐渐变深的特征。扬子北缘自北向南, 由滨海相含砾砂岩和石英砂岩逐渐过渡为陆棚相泥岩和泥质白云岩沉积; 扬子东南缘自北向南, 由台缘斜坡和陆棚相逐渐过渡为半深海相。如, 扬子东南缘的湘北和黔中地区发育典型斜坡相沉积, 湘中、桂北、赣北和皖南等地区主要发育陆棚相黑色页岩夹泥质白云岩, 桂北往南地区主要发育半深海碳质/硅质泥页岩。拗陷盆地区厚度一般介于50~100 m之间。

总体上, 埃迪卡拉纪陡山沱期扬子处于碳酸盐台地发育初期阶段, 以滨浅海陆源碎屑岩与碳酸盐岩混合沉积为主。