层序地层分析扬子古大陆扬子东南缘形成与演化

（一）板溪期层序地层

在新元古代早期研究区隶属于扬子被动陆缘裂陷海盆，海平面的每一次升降都敏感地记录在沉积岩层中，为层序分析及格架模型的建立提供了基础。

1.界面特征

板溪期地层中层序界面标志清楚，容易识别，有Ⅰ型层序界面（SB1）与Ⅱ型层序界面（SB2）之分。板溪群、高涧群与下伏冷家溪群均呈角度不整合或平行不整合接触，这一界面显然存在着长时间的暴露、风化、剥蚀，它是武陵造山运动的直接结果，是厘定板溪期沉积底界的标志界面，属Ⅰ型层序界面。板溪群、高涧群的顶界面上均为南华纪沉积，同时由南向北长安组冰成砾质板岩逐渐变薄乃至尖灭，其上的富禄组砂岩栉比上超于板溪群之上，这充分说明该界面是Ⅰ型层序界面，是雪峰运动的反映。在板溪群内部初步识别出4个Ⅰ型层序界面、5个Ⅱ型层序界面；高涧群内含有3个Ⅰ型层序界面、8个Ⅱ型层序界面。其中最重要的Ⅰ型层序界面是五强溪组、架枧田组的底界，这一陆架暴露、河流回春与海盆斜坡强烈侵蚀并存的界面是发生在通塔湾组沉积之后的地质事件，它使盆地奠基之陆块不均衡地抬升，并导致沉积海盆萎缩、海平面迅速大幅度下降、滨岸线逐渐南迁，这一界面是划分板溪早、晚期沉积的重要界面，亦是板溪期不整合界定地层单位划分的标志之一。其他Ⅰ型层序界面则主要是海平面升降反映的结果，都具有明显的地表暴露、沉积间断或强烈的海底侵蚀。Ⅱ型层序界面则多根据沉积间断、基本层序转换及与Ⅰ型层序界面相对应的面来划分。由此可知，板溪群与高涧群是3次重要的构造事件所产生的3个不整合面所限定的沉积序组成的一个超序。

2.层序特征及海平面变化

板溪期沉积由陆架沉积序列板溪群和斜坡-海盆沉积序列高涧群组成，两者同步演化。武陵运动造就了扬子古陆东南缘北高南低的古地理格局，板溪早期阶段式海侵使湘中一带首先接受沉积，形成斜坡-海盆序列的石桥铺组、黄狮洞组5个沉积层序（图2-4），随着海侵的不断扩大，产生了陆架序列的横路冲组、马底驿组4～5个沉积层序（图2-5），每个层序内均含有一个海侵体系域（TST）与一个高水位体系域（HST）。随着最大海泛期的到来，海盆沉积序列的砖墙湾组由两个沉积层序组成，且在下部层序及湘东南深海域内出现饥饿段（凝缩段）（SS）-黑色碳泥质沉积，而陆架沉积序列的通塔湾组则与马底驿组第五段组成两个沉积层序。西晃山运动使陆基抬升、海平面迅速下降并伴有剧烈动荡，致使陆架序列的五强溪组由3～4个Ⅰ型层序组成，每个层序内均由一个海侵体系域（TST）与一个高水位体系域（HST）组成，海盆序列的架枧田组由2个Ⅰ型层序与2个Ⅱ型层序组成，Ⅰ型层序由低水位扇（LSF）、海侵体系域（TST）与高水位体系域（HST）组成。板溪晚期海平面振荡上升，陆架沉积序列由南往北可能有1～2个由低水位体系域（LST）、海侵体系域（TST）与高水位体系域（HST）组成的Ⅰ型层序，而海盆沉积序列则有2个以上的由低水位体系域（LST）、海侵体系域（TST）与高水位体系域（HST）组成的Ⅰ型或Ⅱ型层序，并出现具毫米级水平纹层的凝灰质板岩与凝灰岩组成的饥饿段（SS）。南华冰期的冰川事件导致海平面大幅度下降，低水位期的长安组由北而南下超于五强溪组、多益塘组或岩门寨组之上。大地回春、冰川消融，新一轮海平面的大幅度上升，导致由富禄组组成的海侵体系域由南往北梯次超覆。

图2-4　板溪期高涧群（斜坡-盆地）沉积序列图

SB1.Ⅰ型层序界面；SB2.Ⅱ型层序界面；LST.低水位体系域；TST.海侵体系域；HST.高水位体系域；SS.饥饿段；mfs.最大海泛面

图2-5　板溪期板溪群（陆架）沉积序列图

SB1.Ⅰ型层序界面；SB2.Ⅱ型层序界面；TST.海侵体系域；HST.高水位体系域；mfs.最大海泛面

3.板溪期地层格架

层序地层学是利用海平面的变化具有全球性和同一海域具有同步性、等时性的原理来划分对比地层，但海平面升降受诸多因素的制约，尤其是同沉积断层活动造成的局部升降、海底火山喷发、地震等诱发的浊积事件等干扰了相对海平面变化的可比性，但高级别的海平面变化就有很强的抗干扰性，张晓阳、黄建中等（1995，2006）以3次重要的构造运动所形成的3个不整合界面将板溪期沉积归并为2个一级沉积旋回（沉积序）组成的1个超旋回（超序），进而建立起湖南省青白口纪地层格架（图2-6）。

图2-6　板溪期地层格架图

1.砂砾岩；2.砂岩；3.含凝灰质砂砾岩；4.泥砾岩；5.砂质板岩；6.板岩；7.含凝灰质板岩；8.沉凝灰岩；SB1.Ⅰ型层序界面；SS.饥饿段。Pt 3s.石桥铺组；Pt 3hs.黄狮洞组；Pt 3z.砖墙湾组；Pt 3h.横路冲组；Pt 3 m.马底驿组；Pt 3t.通塔湾组；Pt 3j.架枧田组；Pt 3 w.五强溪组；Pt 3ym.岩门寨组；Pt 3d.多盖塘组；Pt 3bh.百合垄组；Pt 3n.牛牯坪组；Nh 1c.长安组；Nh 1f.富禄组

图2-6表明，高涧群的底界年龄为820Ma左右，即应是湘中-湘西浅海区板溪期的第一次海侵年龄，五强溪组SHRIMP809Ma代表板溪晚期海侵年龄，多益塘组的792～790Ma代表了板溪晚期最大海泛期年龄，南华系底界年龄760Ma与板溪末期海退年龄大致相等；湘西通道，板溪群中超镁铁质岩锆石SHRIMP U-Pb年龄772±11Ma（Wang et al.，2008），湘西古丈，板溪群中辉绿岩侵入于板溪群地层中后被南华纪富禄组覆盖，锆石SHRIMP U-Pb上交点年龄768±28Ma（Zhou et al.，2007）无疑代表了板溪群的顶界年龄，与华南板溪群顶界年龄760Ma左右是基本吻合的。

从图2-7中可推断常德太阳山地区板溪群底部粗碎屑岩系（相当于横路冲组）底界年龄小于820 Ma，杨家坪张家湾组可能是五强溪早期最大海泛期的河流-滨岸快速堆积，峡东莲沱组可能与其沉积同期。其上的富禄组是南华纪冰川消融后的退积物，其时限晚于长安组。

图2-7　板溪群层序单维模式图

SB1.Ⅰ型层序界面；TST.海侵体系域；SS.饥饿段（等时段）；mfs.最大海泛面；LSF.低水位扇；LSW.低水位楔；TB.海侵面

（二）南华冰期层序地层

在全球雪球事件和雪峰运动的共同影响下，早期由于冰期严寒气候，研究区内海水退出湘西北地区，海岸线大幅南迁至芷江—新化—长沙一线，受北邻山岳冰川活动影响接受长安组冰期堆积，随后冰川消融，富禄期和大塘坡期海岸线依次向北迁移，湘西北地区属局限浅海滨岸-边缘盆地，沉积了以浅变质含砾长石石英砂岩为主的富禄组，局部地区与青白口系板溪群接触处可见少量砾岩发育；随着气候的逐渐变暖，冰川融化，间冰期到来，导致海平面的快速上升，受海侵影响，该区属滨岸局限浅海盆地-潟湖相，沉积以碳质黏土系为主的大塘坡组。晚期北邻冰川再次活跃，岩相古地理环境与早期相似，形成了南华冰期晚期沉积南沱组的冰碛砂砾岩、含砾砂质板岩、浅变质含砾粉砂质板岩等。

1.层序界面

扬子陆块东南缘南华冰期地层由下而上可划分为长安组、富禄组、古城组、大塘坡组和南沱组（洪江组），据其岩性组合特征，初步识别出5个Ⅰ型层序界面（SB1）、2个Ⅱ型层序界面（SB2）。

（1）南华系的底界面即长安组与下伏板溪群之界面在区域上为角度不整合—平行不整合接触，普遍存在河谷下切、河流回春等明显的侵蚀现象，为较典型的Ⅰ型层序界面（SB1）。

（2）南华冰期富禄组与板溪期多益塘组的接触面为Ⅰ型层序界面（SB1），湘西北地区富禄组呈低角度不整合接触于多益塘组之上或平行不整合于多益塘组或牛牯坪组不同岩性之上。界面之上为富禄组，在局部地区可见其底部有一层底砾岩发育，界面凹凸不平，代表了长时间的剥蚀夷平（图2-8）。湘中地区富禄组与长安组界线具明显上超特征，也应为Ⅰ型层序界面。

（3）古城组与富禄组界面为Ⅰ型层序界面（SB1）。陆架区古城组总体为冰川-冰融泥石流沉积体系，其中包括有冰湖、冰河及冰成三角洲、底碛等多种微相类型，均以平行不整合覆于富禄组或板溪群之上，侵蚀构造发育，具有Ⅰ型层序界面的显著特征。

图2-8　富禄组与板溪群多益塘组角度不整合接触

1.粉砂质板岩；2.浅变质长石石英砂岩；3.浅变质石英砂岩；4.角度不整合面

（4）大塘坡组与古城组的接触界面，属快速海侵面，应为Ⅱ型层序界面（SB2）。界面之下为古城组含砾岩系；界面之上由大塘坡组下部的含砾砂质灰岩、大理岩化中晶白云岩夹薄层状泥灰岩等组成，属海侵体系域（TST）。

（5）南沱组与大塘坡组接触面为Ⅰ型层序界面（SB1）。界面之下为陆棚相沉积的含粉砂质碳质板岩和含粉砂质绿泥石板岩等，属高水位体系域（HST）；界面之上由南沱组冰碛岩相的浅变质含砾泥质砂岩、砂质泥岩等组成，属低水位体系域（LST），界面不平整，具明显的侵蚀作用特征。湘西北地区南沱组普遍见直接超覆于板溪群之上。(www.xing528.com)

（6）另一个Ⅰ型层序界面（SB1）位于南沱组中部，界面之下为南沱组的一套绿泥石板岩，属高水位体系域（HST）；界面之上是南沱组冰川-冰海相的冰碛砂砾岩等，属低水位体系域（LST）。

（7）金家洞组和南沱组之间，界面之下由南沱组的冰碛砂砾质泥岩、砂质板岩等组成；界面之上为金家洞组下部碳酸盐台地相的白云岩等，为一明显的海侵面，属Ⅱ型层序界面（SB2）。

2.层序划分

1）扬子陆块东南缘层序划分

南华冰期扬子陆块东南缘的湘西北、湘中地区，属扬子陆块东南缘陆架-盆地区，地层发育齐全，界面清晰，可以划分为4个三级沉积层序（图2-9）。

第1层序（NhS1） 底界面为Ⅰ型层序界面，南华系长安组或湘西北地区富禄组呈角度不整合于青白口系多益塘组之上，见一明显的不整合面，层序为一个LST＋TST＋HST序列。低水位体系域（LST）：由长安组与富禄组下部河流相浅变质长石石英砂岩、浅变质石英粉砂岩等组成；长安组在新邵一带厚达2512m，属盆地扇沉积，向岸渐薄，祁东一带仅100余米，而在近上斜坡的转折点处，仅厚9.6～12m，再向岸即行尖灭；海侵体系域（TST）：由富禄组中部滨海相的浅变质石英砂岩、浅变质石英粉砂岩等组成；高水位体系域（HST）：由富禄组上部的浅变质含泥质石英粉砂岩、浅变质长石石英砂岩组成的进积型副层序（图2-10）。

图2-9　南华纪层序地层划分图

1.浅变质长石石英砂岩；2.冰碛砂（泥）砾岩；3.浅变质砂岩；4.浅变质（长石）石英砂岩；5.浅变质泥质粉砂岩；6.粉晶白云岩；7.浅变质含砾泥质砂岩；8.绿泥石板岩；9.碳质板岩。SB1.Ⅰ型层序界面；SB2.Ⅱ型层序界面；TST.海侵体系域；HST.高水位体系域；LST.低水位体系域

第2层序（NhS2） 底界面为Ⅰ型层序界面。层序为一个LST＋TST＋HST序列，由古城组、大塘坡组组成。低水位体系域（LST）：由古城组浅变质含砾泥质砂岩、含砾砂质板岩组成，陆架区呈楔状分布，盆地区呈扇状展布；海侵体系域（TST）：由大塘坡组下部陆棚相的泥晶-粉晶白云岩组成；高水位体系域（HST）：由大塘坡组上部陆棚相绿泥石板岩、碳质板岩等组成。

第3层序（NhS3） 底界面为Ⅰ型层序界面。层序为一个LST＋TST＋HST序列，陆架由南沱组下部组成，盆地区由洪江组下部斜坡扇至盆底扇组成，岩性为块状含砾砂质板岩、浅变质含砾杂砂岩、含砾条带状粉砂质板岩及条带状粉砂质板岩等。在空间上，上述岩性互为规模不等的透镜体，部分具粗尾递变，部分显落石构造，而大多是不显层理的，因此应属斜坡-盆缘的冰海、冰水重力流及冰筏等多成因沉积体系。海侵体系域（TST）：由南沱组底部河流相的浅变质含砾泥质砂岩、砂质板岩等组成，盆地区则由洪江组含砾砂质板岩、含砾板岩、板岩、白云岩等组成；高水位体系域（HST）：陆架系列由南沱组下部的陆棚相的粉砂质板岩、绿泥石板岩组成，而海盆沉积则为洪江组中部一套厚度较大的板岩。

图2-10　进积型副层序

1.浅变质长石石英砂岩；2.浅变质石英粉砂岩；3.浅变质含泥质石英粉砂岩

第4层序（NhS4） 底界面为Ⅰ型层序界面。层序为一个LST＋TST＋HST序列，陆架区由南沱组中上部组成，盆地沉积则由洪江组中上部组成。低水位体系域（LST）：由南沱组中上部冰川-滨岸浮冰带相冰碛浅变质砂砾岩、砂砾质板岩等构成，对应的盆地沉积物为洪江组中上部含砾砂质板岩、含砾板岩；海侵体系域（TST）：由南沱组顶部滨岸浮冰带相-冰海相的浅变质含砾砂岩、浅变质砂岩、砂质板岩夹白云岩等组成，与之等时的盆地沉积则为洪江组顶部砂质板岩、条带状板岩等。高水位体系域（HST）：则由震旦系陡山沱组组成。

2）华夏陆缘层序划分

华夏陆块北西缘南华系发育4个Ⅰ型层序界面，将其分为4个层序（图2-11）。

第1层序　包括泗洲山组、天子地组中下部。泗洲山组厚度变化较小，一般为百米至数百米。扇体由块状砾质板岩、块状浅变质含砾岩屑长石石英杂砂岩、具粒度递变结构之浅变质杂砂岩、具楔状交错层理之浅变质长石石英砂岩、块状中浅变质细粒长石石英杂砂岩及砂质或粉砂质条带状板岩6种微相组成。其中以块状砾质板岩、块状浅变质含砾长石石英杂砂岩为主，常组成多变的不定式剖面结构，是一个由冰碛、冰融重力流及部分牵引流和悬浮降落沉积所组成的复成因的斜坡-盆地沉积体系（低水位扇LSF）。海侵体系域（TST）：天子地组下部以一套远基低密度流沉积为特征的沉积体系，岩性组合以紫红色、灰绿色条带状板岩，绢云母板岩与灰绿色中厚层浅变质砂质粉砂岩，浅变质岩屑杂砂岩呈大厚度互层为特征，岩层多由ADE、BCDE、CDE鲍马序列构成韵律层。天子地组下部赤铁矿的出现可与江口式铁矿对比。高水位体系域（HST）：天子地组中部尚存在着一个以（第21层）紫红色粉砂质板岩，间夹灰绿色粉砂岩为特征的悬浮降落型饥饿盆地泥质沉积体系。

第2层序　顶底为两个Ⅰ型界面所限定，本层序的低水位体系域为天子地组上部灰绿色、紫灰色厚层浅变质岩屑杂砂岩，砂质粉砂岩夹红色、灰绿色含粉砂质板岩，条带状板岩之地层，鲍马序列的BCDE、CDE、ABCE组合及变形层理、水平层理、粒序层理发育。海进体系域（TST）和高水位体系域（HST）则由天子地组顶部紫红色粉砂质板岩夹灰绿色砂质板岩、浅变质砂质粉砂岩-灰绿色粉砂质板岩夹少量薄—中层浅变质粉砂岩、浅变质岩屑杂砂岩组成。和扬子陆块东南缘一样，具有层序演变迅速之特征。

第3层序　低水位体系域由正园岭组底部的厚至巨厚层浅变质杂砂岩夹板岩组成，沉积构造不发育，属近基斜坡碎屑流-颗粒流沉积体系。海侵体系域（TST）：由正园岭组下部浅变质石英杂砂岩、浅变质粉砂岩及粉砂质板岩组成的近基浊流沉积体系。高水位体系域（HST）：由正园岭组下部弱进积的远基低密度流沉积至加积型条带状粉砂质板岩微相组成，属下斜坡至盆缘低密底流-悬浮降落沉积体系。

第4层序　在华夏陆缘本层序的低水位体系域由正园岭组中上部一套厚—巨厚层的浅变质杂砂岩、浅变质含砾杂砂岩、浅变质砂砾岩夹薄层板岩构成的斜坡扇-盆底扇组成，部分岩层隐约可见粗尾递变结构，大多为块状不显沉积构造，属斜坡　盆缘近基颗粒流-低杂基碎屑流沉积体系。海侵体系域（TST）：由正园岭组顶部灰紫色、灰绿色条带状含砾板岩夹板岩及浅变质粉砂岩及乳白色薄至中层硅质岩组成，这一海平面上升的速度和幅度均大于扬子陆块东南缘，海侵特征更为明显。高水位体系域（HST）：由埃歧岭组及丁腰河组构成，属震旦纪沉积。

图2-11　华夏陆缘南华纪层序地层划分图

1.浅变质含砾长石石英杂砂岩；2.（含）砾质板岩；3.浅变质岩屑砂岩；4.浅变质长石石英杂砂岩；5.浅变质岩屑石英杂砂岩；6.浅变质粉砂岩；7.粉砂质板岩；8.板岩；9.白云岩；10.碳质板岩；11.硅质岩。SB1.Ⅰ型层序界面；SB2.Ⅱ型层序界面；TST.海侵体系域；HST.高水位体系域；LST：低水位体系域；LSF：低水位扇

3.层序地层划分与对比

研究区南华冰期的构造盆地格局总体上属于一个沉积盆地，两个不同性质的盆地边缘。在横切剖面上，大致以祁东-耒阳为盆地中心，具有非补偿性（饥饿）盆地的沉积特点；其北西侧为被动型盆地边缘；南东侧为所谓A型俯冲的褶冲断式的活动型盆地边缘。两个边缘的沉积作用及特征不同，但从层序地层分析，二者则存在着显而易见的、具成生联系的对应关系。

通过上述层序地层分析，我们得出如下基本看法：

（1）扬子东南缘沉积盆地在板溪期属拉张型的陆缘裂谷。自南华冰期开始，盆地进入转换期，盆地由早期的拉张逐渐转为中晚期的汇聚型盆地，耒阳—祁东一带为盆地中心，属非补偿性（饥饿）盆地，以远洋泥质建造-无硅质建造为特征；祁东之北西为被动大陆边缘，下部以复陆式建造为主，往上逐渐为碳酸盐岩建造所代替，在下斜坡处则显示为二者之过渡类型。

（2）两个边缘的沉积特征不同，但从层序分析来看，二者存在着明显的内在联系。当被动边缘的海岸上超、海平面下降时，活动边缘侧则形成近源相重力流，反之则形成远源相低密度流乃至悬浮降落沉积；当最大海泛面形成时，两个边缘的沉积特征则趋于一致。这种内在联系成为两个不同性质边缘沉积的对比线索。据此，可以将研究区不同沉积区南华冰期层序地层的划分对比与格架归纳如图2-12所示。

图2-12　南华纪—震旦纪地层层序与格架示意图

SB1.Ⅰ型层序界面；TST.海侵体系域；HST.高水位体系域；mfs.最大海泛面；LSW.低水位楔；LST.低水位体系域；LSF.低水位扇

（3）通过层序地层分析，省境南华冰期—震旦系存在4个Ⅰ型层序界面，其中SB1①界面在连续沉积区的长安组与岩门寨组或泗洲山组与大江边组之间，本界面在溆浦以西即陆架前缘斜坡拐点以上，具有明显的暴露及侵蚀特征，缺失长安组，海侵体系域之富禄组直接超覆平行不整合于板溪群之上；在斜坡、盆地及活动边缘侧，该界面表现为以重力流为特征的斜坡扇或海底扇，下超于下伏的较深水沉积物之上。因此，笔者认为中国南方南华系的底界应放在长安组或泗洲山组之底，而不应放在超覆区的富禄组之底。SB1②为古城组底界，亦为天子地组中上部浊积扇底界，SB1③为正园岭组与天子地组之界线，SB1④为正园岭组中上部浊积扇底界，后两者表现特征均为侵蚀显著、沉积体下超明显。