右江盆地位于上扬子地台南部, 由于其所处的特殊大地构造位置、晚古生代独特的沉积古地理特征以及连续和多样的晚古生代地层序列, 一直是相关学科关注的重点地区。最早黄汲清先生将“ 江南古陆” 及其以南的中国南部划分为加里东褶皱带(任纪舜, 1990), 但从古生代地层发育和沉积演化的角度看, 右江盆地与上扬子地区相似性更高, 应属上扬子地层大区(张克信等, 2017)。晚古生代右江盆地沉积古地理面貌与上扬子地区存在显著差别, 最大的特点是浅水碳酸盐岩台地和盆地相互共存(曾允孚等, 1992; 冯增昭等, 1999b), 这成为研究该区盆地沉积演化历史的主要依据(陈洪德和曾允孚, 1990; 刘文均等, 1993; 夏文臣等, 1995; 曾允孚等, 1995)。随着超基性岩、海底火山岩在该地区的发现, 右江盆地古特提斯域构造特征研究开始得到重视(张伯友和杨树锋, 1995; 王忠诚等, 1997; 吴根耀等, 2000), 相继提出了该区属于古特提斯多岛洋环境的认识(吴浩若等, 1994; 殷鸿福等, 1995; 马文璞, 1996; 吴根耀等, 2000)。通过对钦防海槽下古生界物源分析, 认为广西钦防地区、云南哀牢山地区和海南岛在志留纪早期古地理位置相近(Xu et al., 2017), 右江盆地海西— 印支期是一个在南华系— 加里东造山带基础上再生裂陷的大陆边缘盆地, 成因上与金沙江— 哀牢山古特提斯洋盆关系密切, 浅水碳酸盐岩台地与台间海槽相间的盆地结构与大陆边缘裂谷作用有关(Chen et al., 2001; 杜远生等, 2013)。

右江盆地晚古生代沉积古地理格局的突出特征是浅水碳酸盐岩台地与较深水硅泥质沉积盆地并存, 表现为浅水碳酸盐岩台地以浅水碳酸盐沉积为主, 底栖生物繁盛, 地层厚度大, 台地边缘发育生物礁; 而较深水盆地发育硅泥质沉积。这使其成为中国浅水(孤立)碳酸盐沉积相模式、地层模式(南丹型和象州型)建立的地区(范嘉松等, 1979; 冯增昭等, 1997; 关士聪等, 1980; 刘宝珺和许效松, 1994; 颜佳新等, 2019)。目前已经有很多学者专门针对这些浅水碳酸盐岩台地开展过系统沉积学研究, 如平果孤立碳酸盐岩台地(罗强和侯方浩, 1990)、乐业孤立碳酸盐岩台地(王新强和史晓颖, 2008)、高龙孤立碳酸盐岩台地(梅冥相等, 2003)、天峨孤立碳酸盐岩台地(刘超等, 2014)、来宾— 合山孤立碳酸盐岩台地(姚尧等, 2012)等, 趋向于认为基底构造背景和台缘同生断裂活动对这些台地演化具有重要控制作用(陈洪德和曾允孚, 1990; 刘宝珺和许效松, 1994; 夏文臣等, 1995; 马永生等, 2009)。

被动大陆边缘的差异下沉及同沉积断裂的活动, 控制着右江盆地浅水孤立碳酸盐岩台地的演化, 也体现在研究区沉积古地理图的编制工作中(梅冥相等, 2004)。但是随着盆地演化和海平面变化, 台地边缘位置实际上是在不断变化中(姚尧等, 2012; 颜佳新等, 2019), 在目前已经发表的右江盆地晚古生代沉积古地理图中不同时期的孤立碳酸盐岩台地规模、台地边缘位置等相差极大, 因此各时期古地理图清理工作仍将是一项极为艰巨的工作, 但也是深入认识该区沉积盆地演化的关键所在。为了更清楚地反映广西晚古生代裂陷盆地的分布范围, 本次研究以广西1:50万大地构造相图(广西区域地质调查研究院, 2012)和广西地质志(广西地质矿产勘查开发局, 2019)为基础, 主要侧重扬子台地东南缘碳酸盐岩台地相区和深水台沟相区分布, 修编了广西早石炭世沉积古地理图(图 1)。

值得指出的是罗甸— 南丹— 河池深水沉积相带过河池以后的走向问题。在较早的沉积古地理图和沉积盆地演化研究中, 多数研究者认为该同沉积断裂相应的(裂陷海槽)较深水沉积相延伸至河池南东方向不远处(陈洪德, 1988; 陈洪德和曾允孚, 1990; 夏文臣等, 1991); 但在沉积盆地成因分析中, 将南丹— 河池同沉积断裂类比右江盆地西部其他的NW向同沉积断裂(如那坡— 龙州断裂、田林— 百色断裂等), 并将其向SE方向延伸(曾允孚等, 1995), 导致现在绝大多数沉积古地理图中将来宾— 合山孤立碳酸盐岩台地西界止于该断裂, 将丹池裂陷海槽的较深水沉积相带一直向南东延伸, 使其分隔泥盆纪— 石炭纪东侧的桂中(马山— 合山)碳酸盐岩台地和西侧的巴马— 都安孤立碳酸盐岩台地。实际上, 该带出露的泥盆系、石炭系、二叠系浅水碳酸盐岩地层是基本相邻的, 缺乏相应的硅泥质沉积地层和反映较深水沉积环境的证据, 表明该深水沉积相带没有向南东方向延伸(图 1)。

本次研究表明, 泥盆纪— 石炭纪罗甸— 南丹— 河池同沉积断裂不再向SE方向延伸, 而是向东延伸进入宜山— 柳州地区。与罗甸— 南丹— 河池一带类似, 南丹— 宜州— 柳州一带地层厚度和沉积相明显受到同沉积断裂的控制, 在此称为宜州裂陷槽。

宜州裂陷槽总体呈EW走向, 西起(南)丹(河)池盆地, 途经宜州, 向东在柳州市附近汇入湘桂裂陷槽。宜州裂陷槽北部为桂北台地, 南部为桂中台地(图 1)。在大地构造研究中, 该带也是2个重要构造单元的分界线, 分隔其北的雪峰山构造体系和南侧的桂中坳陷构造体系。刘博等(2009)认为河池— 宜州断裂带是1条长期活动、具有多幕活动历史的深大断裂带, 经历了加里东期初始形成阶段、海西期伸展裂陷阶段、印支— 燕山期构造反转— 挤压变形叠加改造阶段。

湘桂裂陷槽也称湘桂海盆, 总体呈NE走向, 晚泥盆世开始发育。在中国境内南起凭祥, 途径南宁、柳州、桂林后进入湖南。周怀玲等(2014)将其作为划分西部NW向右江盆地和东部NE向盆地的界线。多数学者认为NW向裂陷槽和NE向裂陷槽具有相同的地球动力学背景。受NW向和NE向2组同沉积断裂活动的联合控制, 广西晚古生代古地理呈现台地— 台间海槽间列的格局。由于文中侧重于晚古生代宜州裂陷槽发展历史, 对湘桂裂陷槽不再赘述。

目前仍然未有系统针对宜州裂陷槽的地层学和沉积学研究, 且已有研究对该深水相带的规模和发育历史的认识相差很大(冯庆来, 1994; 刘宝珺和许效松, 1994; 冯增昭等, 1999b; 梅冥相等, 2004; 彭中勤等, 2014)。文中将通过地层对比和沉积学研究, 逐步展示该裂陷深水盆地的沉积演化历史。

河池— 宜州— 柳州一线南北两侧在地层序列和沉积特征方面存在显著差异, 是广西北部的桂北地层分区和广西中部的桂湘赣地层分区的分界线, 但是其在晚古生代不同时期的表现是不一样的。

泥盆系在宜州— 柳州一带出露较少, 中泥盆统信都组为混积的滨岸陆源碎屑— 碳酸盐沉积, 东岗岭组为浅水开阔台地碳酸盐沉积, 上泥盆统融县组为局限台地相白云岩、白云质灰岩。但在中部宜州拉利— 北牙一带, 上泥盆统下部为中— 薄层硅质岩、硅质泥岩, 夹生物屑灰岩透镜体和含锰的硅泥质沉积, 上部为中薄层泥晶灰岩、泥质条带灰岩、扁豆状灰岩, 夹薄层泥岩, 分属榴江组和五指山组, 体现了盆地相— 深水陆棚相沉积特征(图 2)。

图 2

Fig.2

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	图 2 桂中宜州地区晚古生代地层沉积序列Fig.2 Sedimentary sequence of the Late Paleozoic in Yizhou area, central Guangxi

宜州— 柳州一带石炭系与二叠系出露较广, 晚石炭世是研究区地层特征空间差异最大的时期。宜州— 柳州一线以南地区, 早石炭世— 晚石炭世早期继续发育浅水碳酸盐沉积。如在宜州北山西南部, 下部隆安组和都安组主要为泥晶灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩和白云岩。宜州— 柳州一线以北地区, 陆源碎屑物质输入影响明显, 由北向南陆源碎屑物质逐渐减少、碳酸盐沉积逐渐增加, 地层包括尧云岭组、英塘组、黄金组、寺门组、罗城组(图 2), 其中尧云岭组、英塘组、黄金组为滨岸陆源碎屑— 碳酸盐岩混合沉积, 寺门组为滨海沼泽— 海陆交互沉积, 罗城组为碳酸盐岩开阔台地相带潮下低能沉积。但是在宜州— 柳州沿线, 包括西部的拉利— 北牙、中部马泗— 里苗— 大塘和东部的柳州一带, 石炭系鹿寨组主要岩性为薄层状硅质岩、硅质泥岩和薄层泥岩、粉砂质泥岩, 下部泥岩中普遍含碳、磷和锰等矿物; 之上的巴平组, 下部主要为中薄层泥晶灰岩夹硅泥质沉积, 中部为中薄层状含锰泥晶灰岩, 上部发育中— 厚层状砾屑灰岩、砾屑白云质灰岩; 整体沉积环境属于盆地— 深水陆棚沉积环境, 且在巴平组内明显表现出向上变浅趋势。大埔组分布广泛, 为局限台地相白云岩、白云质灰岩, 在北侧陆源碎屑影响区和南侧碳酸盐岩台地相区均有发育, 在宜州— 柳州沿线的巴平组中也有表现, 代表了该时期的一次区域性海退。

黄龙组和马平组分布广泛, 整体为一套较稳定的浅水碳酸盐沉积旋回。在宜州— 柳州沿线, 与黄龙组和马平组相对应的地层为南丹组, 厚度巨大。南丹组在拉利剖面厚1218 m, 在柳州塘岭剖面厚度达到2375 m, 主要岩性为中— 薄层泥晶灰岩、硅质条带或含燧石结核泥晶灰岩, 夹砾屑灰岩。自下而上沉积水深逐渐变浅, 上部夹白云岩。

从早二叠世栖霞期开始, 沉积空间分异现象消失, 全区依次发育栖霞组、中二叠统茅口组和上二叠统合山组及大隆组。

上述地层时空格架表明, 研究区在中泥盆世初期开始海侵, 至中泥盆世晚期发展成为浅水碳酸盐岩台地, 晚泥盆世开始出现沉积相分异。沉积相分异在早石炭世最为明显, 晚石炭世— 早二叠纪早期差异逐渐变小, 至栖霞期— 晚二叠世全区地层分布趋于一致(图 2)。

3.2.1 南北向地层对比

为了深入了解南丹— 宜州— 柳州断裂带在晚古生代期间的沉积古地理变化, 本次进行了近EW向和近SN向2个方向的地层和沉积相对比。近南北向对比剖面包括4条实测剖面, 由南向北依次为: 宜州北山弄茶剖面、宜州拉利— 北牙剖面、宜州米粮山剖面和融水北高剖面(图 3)。

图 3

Fig.3

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	图 3 桂中宜州地区泥盆系— 下石炭统南北向地层对比Fig.3 Correlation of lithology columns of the Devonian-Lower Carboniferous in N-S trend in Yizhou area, central Guangxi

在南北对比断面中部的宜州拉利— 北牙剖面, 中泥盆统东岗岭组以泥晶灰岩为主, 虽然中部夹有硅质团块和硅质条带, 但是整体碳酸盐岩台地相特征还是较为清楚的。上泥盆统榴江组整体以硅质岩、硅质泥岩为主, 并含有沉积锰矿, 显然已经具有盆地相的特征(图 3)。晚泥盆世晚期的五指山组中薄层泥晶灰岩、泥质条带灰岩和扁豆状灰岩, 呈现陆棚相特征。进入早石炭世, 鹿寨组以硅质岩和硅质泥岩为主, 普遍含磷质和锰质, 并富含有机质, 生物化石见放射虫、海绵骨针和菊石, 体现了典型的盆地相特征。整体来看, 拉利— 北牙剖面为该南北向对比断面沉积环境水深最大的部位(图 3)。上述晚泥盆世— 早石炭世的陆棚— 盆地相沉积特征, 意味着宜州一带在晚泥盆世已经开始形成裂陷盆地(图 4-①), 至石炭纪早期已经发展成为较典型的裂陷盆地。

图 4

Fig.4

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	图 4 桂中宜州裂陷槽盆地晚古生代演化 ①晚泥盆世拉张形成宜州裂陷槽; ②早石炭世江南古陆抬升导致裂陷槽盆地非对称充填; ③晚石炭世海平面下降造成裂陷槽盆地逐渐萎缩填平Fig.4 Evolution of the Late Paleozoic Yizhou aulacogen in, central Guangxi

在早石炭世期间, 由于来自北侧江南隆起带陆源碎屑物质的输入, 在桂北地区自北而南呈现砂岩— 粉砂岩— 泥岩和钙质泥岩、泥晶灰岩的渐变。不过在靠近裂陷盆地的宜州米粮山剖面, 下石炭统下部英塘组仍发育较多的硅质泥岩, 地层厚度大, 可能也反映了大量陆源输入对裂陷盆地的充填(较大的可容空间), 使得盆地呈现不对称充填的特点(图 4-②)。受该裂陷海槽的阻隔, 南侧桂中地区仍保持清水碳酸盐岩台地环境。持续的陆源碎屑物质充填, 加上全球海平面下降影响, 宜州— 柳州一带与其南北两侧的浅水沉积区一样, 在大浦组沉积期间发育白云岩、白云质灰岩, 反映裂陷盆地在晚石炭世初期已经基本上被填平(图 4-③)。

3.2.2 东西向地层对比

近东西向对比断面包括5条实(修)测剖面, 由西向东依次为: 南丹罗富剖面、宜州拉利— 北牙剖面、马泗塘岭剖面、柳江太阳村剖面和象州运江剖面。该组剖面西连丹池裂谷盆地, 向东汇入湘桂裂陷槽, 较好地体现了宜州裂陷槽沿EW延伸方向的变化(图 5)。

图 5

Fig.5

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	图 5 桂中宜州地区泥盆系— 下石炭统东西向地层对比Fig.5 Correlation of lithology columns of the Devonian-Lower Carboniferous in E-W trend in Yizhou area, central Guangxi

在东西向对比剖面的西端为典型的丹池盆地沉积, 下泥盆统郁江组潮坪钙泥质沉积之上为塘丁组深色细粒陆源碎屑岩、泥岩和硅质岩, 再向上为中泥盆统罗富组黑色碳质泥页岩, 产竹节石和浮游介形虫; 上覆上泥盆统榴江组薄层硅质岩和硅质泥岩, 也盛产浮游类竹节石、介形虫和菊石, 为华南地区泥盆系南丹型(断陷海槽型)沉积的命名地区, 被视为中国南方晚古生代海相深水沉积识别的重要参考, 其深水沉积开始时间早、持续时间长。

对比剖面东段的象州运江剖面, 中泥盆统东岗岭组生物碎屑微晶灰岩发育, 反映该区中泥盆世的碳酸盐岩台地特征。但是上泥盆统榴江组主要为薄层状硅质岩, 含竹节石化石, 五指山组主要为扁豆状灰岩, 反映了陆棚与盆地相特征, 因此宜州裂陷槽东段在晚泥盆世也应该已经开始发育(图 5)。

对比剖面中段包括拉利— 北牙、塘岭和太阳村3个剖面, 从地层序列和沉积特征看, 拉利— 北牙剖面与南丹罗富地区上泥盆统— 下石炭统相似, 但是在罗富地区, 上泥盆统五指山组为中— 厚层扁豆状灰岩、泥质灰岩、泥质条带灰岩和薄层泥晶灰岩, 而在宜州拉利— 北牙剖面, 五指山组主要为中— 厚层状微晶灰岩、扁豆状灰岩, 这种扁豆状灰岩减少、层状微晶灰岩增加的岩性组合差别可能反映了水体深度向东有所变小(图 5)。而在塘岭和太阳村剖面上, 上泥盆统融县组为白云岩、鲕粒灰岩, 属典型的碳酸盐岩台地沉积。因此在晚泥盆世, 拉张裂陷地区可能仅限于裂陷槽的东西两端(图 6)。

图 6

Fig.6

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	图 6 桂中宜州裂陷槽晚古生代古地理演化Fig.6 Palaeogeographic evolution of the Late Paleozoic Yizhou aulacogen in central Guangxi

下石炭统鹿寨组东西两端地层厚度大, 硅质岩和碳硅质泥岩发育, 体现了典型的裂陷海槽特征。 裂陷海槽中段也发育硅泥质沉积, 但是沉积特征略有差异: 拉利— 北牙一带沉积物以硅质岩为主, 陆源物质较少, 夹多层透镜状海百合茎硅质岩; 里苗、 塘岭一带陆源物质较多, 沉积物以泥岩为主, 顶部夹1套厚数米的浅绿色、 褐绿色中层状凝灰岩、 凝灰质泥岩, 整体也体现了较为深水的沉积背景。

巴平组的沉积特征整体差异较小, 至大浦组沉积时基本趋于一致, 反映了裂陷海槽的结束。值得指出的是, 在柳州以西的太阳村一带, 早石炭世地层(罗城组)浅水陆源碎屑物质较多的沉积特征与桂北类似, 但是其南侧发育较多的浅水碳酸盐沉积又与其有差别, 在此暂且将其视为“ 孤立台地” 独立出来(图 5, 图 6)。