造山帶巖相古地理研究與實踐①——以甘肅省奧陶紀為例

牟傳龍　王啟宇,3　王秀平　陳小煒　周懇懇　葛祥英

(1.成都地質調查中心　成都　610082；2.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室　成都　610082;

3.山東科技大學　山東青島　266590)

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造山帶巖相古地理研究與實踐①
——以甘肅省奧陶紀為例

牟傳龍1,2王啟宇1,2,3王秀平1,2陳小煒1,2周懇懇1,2葛祥英1,2

(1.成都地質調查中心成都610082；2.國土資源部沉積盆地與油氣資源重點實驗室成都610082;

3.山東科技大學山東青島266590)

摘要造山帶古地理的恢復與重建難度較大且尚無研究方法體系可循。選擇地處復雜中央造山帶的甘肅省奧陶紀為例，結合前人研究資料首次編制了早、中晚奧陶世的沉積構造格架及沉積盆地類型圖，分析了它們之間的空間配置關系。在“構造控盆、盆控相”的思路控制下，以沉積巖性、結構—構造、古生物組合等為基礎，以優勢相原則，共劃分出濱淺海相、淺海陸棚相、開闊臺地相、臺地邊緣淺灘相、潮坪相以及半深海(含斜坡相)—深海相等7類沉積相類型，采用“在同一板塊、構造背景下形成的沉積盆地內及空間連續配置的沉積盆地之間采用瓦爾特相律對古地理進行合理的恢復；對不同的板塊及構造背景下形成的沉積盆地或者是空間不連續配置的沉積盆地之間，古地理單元的恢復則按現今出露地層所反應出的沉積環境忠實地表現，古地理單元之間可以不遵循瓦爾特相律”的方法恢復與重建了研究區的古地理面貌，編制了相應的古地理圖。為造山帶巖相古地理的研究提供了一種編圖思路，具理論和實踐意義。

關鍵詞造山帶甘肅省奧陶紀構造瓦爾特相律沉積相巖相古地理

0引言

地處非板內[1]且具多期、多階段裂解、拼合的構造演化特征的造山帶，后期經過多期次的構造改造、變質以及大量“外來峰”、推覆體的影響，其古地理特征的研究在思路和方法上與傳統的一般基于穩定的大陸克拉通及邊緣地區的古地理恢復與重建有很大的差異。針對造山帶內可能大多出露“非史密斯型”地層的古地理特征的研究與編圖，Ogniben等[2]最先提出了造山帶地區的地層學工作不按巖相古地理復原的思路，但未探討古地理恢復與重建的方法原則；吳時國等[3]則強調古地磁學在造山帶古地理研究中的關鍵作用，初步提及了板塊構造與古地理重建的重要性，但依然偏重于傳統古地理恢復的方法；李祥輝等[4]對龍門山中北段的泥盆系古地理在相應地層探索性的復位與復原的方法基礎上進行了初步的嘗試，同樣是傳統古地理研究的思路；徐強等[5]則將造山帶的沉積學研究放置于全球的框架中，恢復在全球古地理控制下的構造古地理演化；蔡雄飛等[6]對造山帶古地理的恢復則主要采用“反序“的方法，并認為造山帶古地理不能在現代的地理底圖上僅根據現有地層產出狀態重造。吳根耀[7-8]則在重視構造復位的基礎上以”反序—反轉構造“的方法對造山帶古地理學進行了闡述。于此，對于古地理重建中最難處理的造山帶古地理研究雖然不同的學者有著不同的研究方法與側重，但是從整體的研究成果來看，大都追求以符合瓦爾特相律的思路進行研究與探討且依然處于探索階段。雖有少數偏重于大地構造相方面的報告及圖集出版[9]，其余則大都處于文字描述討論為主階段而沒有形成“有型的”可以作為參考的圖件。且對“構造—沉積盆地—沉積相”三者之間具有怎樣的主次關系以及原型沉積盆地與沉積相之間的正確配套研究甚少。

甘肅省地處西伯利亞板塊、華北板塊、塔里木板塊和揚子板塊的交界地帶，其現今地質特征主要基于古亞洲洋、北祁連早古生代洋盆及其俯沖消亡形成的增生楔、島弧、弧后洋盆、弧后盆地等組成的完整的溝弧盆體系基礎之上，由弧—陸、陸—陸碰撞演化發展形成了中國著名的“中央造山帶”，地質條件復雜，古地理研究難度較大[10-12]。甘肅省奧陶紀處于構造體制轉換的關鍵時期，選擇其作為造山帶古地理研究與實踐的對象具不可替代的作用。

1構造演化、沉積盆地類型及地層

甘肅省主體位于秦祁昆多島弧盆系構造區的中—北祁連和走廊地區，其北部位于古亞洲洋多島弧盆系構造區的北山地區，南部位于西秦嶺地區，東部則處于穩定的華北地臺的西緣。區內具前寒武紀下元古界變質結晶基底，整體上構造演化主要經歷了震旦紀晚期-早奧陶世北祁連洋盆、古亞洲洋盆及西昆侖洋盆發展擴張，中奧陶世—志留紀各洋盆俯沖消亡至造山的復雜過程；而奧陶紀則處于這一構造體制轉換的關鍵時期，總體特征為中—北祁連山區活動強烈，北山地區次之，西秦嶺區晚期與北山地區相似，而隴東地區相當平靜[13]。

1.1沉積盆地類型及空間配置關系

早奧陶世早中期，北祁連及走廊地區繼承了寒武紀以來北祁連狹長洋盆擴張演化的歷史，擴張發展至鼎盛[11,14]，以玉石溝—野牛溝—清水溝蛇綠巖結合帶代表洋盆發展消亡的最終痕跡[12,15-17]。該帶北側為華北板塊西緣的走廊被動大陸邊緣盆地，從北祁連東部老虎山早奧陶世硅質巖及西部玉石溝一帶早奧陶世硅質巖的形成環境分析可以得到佐證[18-19]，其上發育自寒武紀以來的海相碎屑巖—碳酸鹽巖組合。此時北祁連洋盆—走廊被動大陸邊緣盆地—華北克拉通盆地三者之間屬于同一構造背景下形成的沉積盆地類型，盆地之間是連續的空間配置關系?，F今緯度上位于走廊被動大陸邊緣盆地北側的阿拉善地塊，從現在的研究情況來看，其性質不明，爭議較大，但可以確定的是與走廊被動大陸邊緣盆地之間的空間配置不連續(圖1)。

敦煌—北山地區沉積盆地類型的發育主要受控于古亞洲洋盆的擴張影響，發育與北祁連地區相似的空間連續配置的沉積盆地類型：南側主要為敦煌地塊，向北依次發育敦煌被動大陸邊緣盆地及古亞洲洋盆，明水古陸漂于古亞洲洋盆之中[20-22](圖1)。

夾持于北祁連洋與黨河南山—拉脊山洋之間的中祁連地塊，早奧陶世發育裂谷沉積盆地[9,11,14]，它與兩側的洋盆空間配置關系不連續。西秦嶺弧后盆地[9,14,23]同樣具有此特點。需要指出的是，巴顏喀拉—南秦嶺被動大陸邊緣盆地[14,23]其隸屬板塊性質不明且存在爭議，與其北側的東昆侖—南秦嶺大洋盆地之間做空間不連續配置處理(圖1)。

早奧陶世晚期開始，北祁連弧后洋盆開始向北俯沖，洋殼俯沖變質產物藍片巖的變質年齡為480～425 Ma[12]。在走廊南山一帶即玉石溝—野牛溝—清水溝結合帶以北與肅南—天祝一線以南之間，廣泛發育島弧型火山巖—碎屑巖建造組合，至晚奧陶世，火山—巖漿弧帶不斷向北擴大和遷移。同時在走廊南山島弧帶弧后形成離散型活動大陸邊緣，可能發育弧后盆地下的次級洋盆[18]，肅南—天祝蛇綠混雜巖帶則為這一弧后擴張洋盆消減作用的產物，枕狀玄武巖年齡及放射蟲性質顯示為中晚奧陶世[15,24-25]。廣大走廊地區發育為弧后盆地，并在晚奧陶世晚期古浪運動及弧后次級洋盆俯沖—碰撞造山[15]的過程中逐漸演化為弧后前陸盆地。總之，奧陶紀時，該地區為北祁連弧盆系發育的鼎盛時期，地塊和島弧與洋盆的沉積間列是其最大特點；同時，整個演化是伴隨著兩次大規模的火山活動(代表初始洋盆的初次俯沖消亡和次級弧后洋盆的俯沖消亡)及兩個碳酸鹽巖(準)臺地化的過程(圖2、表1)。從沉積盆地空間配置來看，從南至北發育北祁連消減洋盆→走廊南山島弧盆地→走廊弧后盆地→華北克拉通盆地，為一系列空間連續配置的沉積盆地(圖2)。

敦煌—北山地區中晚奧陶世沉積盆地類型的發育受古亞洲洋盆的俯沖影響，在北山廣大地區主要為弧后盆地[20-22]沉積區，以南依然為敦煌地塊(圖2)。從沉積盆地的空間配置關系來看，弧后盆地與俯沖洋盆兩者之間缺失陸緣弧盆地的發育而不連續。

此時的中祁連地塊由于北祁連洋盆向南俯沖演化為陸緣弧盆地[9,14,23]，結合巖性及沉積演化序列來看應主要受北祁連洋盆的影響，而與黨河南山—拉脊山洋盆的聯系甚微，前兩者在空間上應屬于連續配置關系。西秦嶺地區在中晚奧陶世依然發育弧后盆地，雖然有證據表明其發育受東昆侖洋及秦嶺洋盆的俯沖影響，但在現今緯度上其與兩側的洋盆之間空間配置關系為不連續[9,14,23]。

1.2地層劃分對比

圖1　甘肅省早奧陶世構造格架、沉積盆地類型及空間配置關系圖(據潘桂棠等，2006；2013)[14,23]Fig.1　The relationship-map of structure, type of deposit-basin and spatial configuration of Early-Ordovician in Gansu Province(After Pan, et al., 2006; 2013)[14,23]

甘肅省內奧陶紀地層出露齊全，但較為零星且差異較大，不同構造單元、同一構造單元內的不同盆地(地區)出露差異較大，一定程度上反應了造山帶構造的復雜性?？傮w上，整個研究區可以劃分為五個大的地層區(表1)：北山地層區，華北地層區，祁連地層區，西秦嶺地層區以及特提斯地層區，但主要出露于北山、華北及祁連地層區。北山地層區代表地層為中下奧陶統砂井群(也叫羅雅楚山群)，下巖組為一套灰綠色、黃褐色中細粒長石石英砂巖，夾有碳質、砂質頁巖，千枚巖及含礫長石石英砂巖等；上巖組為一套含碳硅質巖、硅質板巖夾含砂質灰巖。晚奧陶統早期地層為一套錫林柯博組的硅質巖夾砂巖、灰巖；晚期地層為白云山組的灰巖與砂質礫巖、粉砂巖的不等厚互層，頂部見較厚的大理巖。

圖2　甘肅省中晚奧陶世構造格架、沉積盆地類型及空間配置關系圖(據潘桂棠等，2006；2013)[14,23]Fig.2　The relationship-map of structure, type of deposit-basin and spatial configuration of middle and Late-Ordovician in Gansu Province(After Pan, et al., 2006; 2013)[14,23]

祁連地層主要分布于北祁連地區，中祁連地區局部分布，相對于北山地區，祁連地層區各分區地層具良好的可對比性，反應了祁連地區統一的“溝弧盆體系”。早奧陶世地層以陰溝群為代表，主要分布于中祁連的托萊山以及北祁連玉門陰溝地區，底部有一層較厚的火山角礫巖及綠色基性火山巖，向上則主要為一套細碎屑巖夾薄層的灰巖及硅質巖等。中奧陶世地層相對于早奧陶世地層而已，分布更加廣泛，從中祁連—北祁連都有分布，出露一套中堡群的火山巖，厚度在1 100～4 000 m不等，巖層中都夾有厚度不等的細碎屑巖和薄層灰巖。晚奧陶世地層在整個祁連地區的可對比性更強，早晚期都為一套灰巖夾少量細碎屑巖沉積，以玉門地區的妖魔山組(早期)和古浪地區的古浪組(晚期)為代表，而中期則為一套火山巖、火山碎屑巖夾少量碎屑巖及碳酸鹽巖。比較特別的是，在北祁連的斜壕地區，缺失第一套灰巖相沉積，中期也非火山巖及火山碎屑巖沉積，而以中粗粒砂巖夾頁巖及泥質灰巖、瘤狀灰巖加頁巖為主；第二套灰巖相沉積期則為泥頁巖與粉細砂巖的不等厚互層沉積(表1)。

對于構造活動相當平靜的隴東地區，分屬與華北地層區，主要出露于平涼地區，整個奧陶紀除了中奧陶世晚期—晚奧陶世早期地層平涼組出露泥頁巖、粉砂巖等較細粒碎屑巖夾少量灰巖外，其余層組都為一套灰巖相沉積。往東至慶陽地區，更接近華北克拉通地區，巖性則只出露早奧陶世下馬家溝組的白云巖夾云膏巖地層。而對于西秦嶺地區，地層僅見于迭部縣南奧陶紀下統及康縣大堡公社朱家壩奧陶紀上統地層，兩者都為一套板巖夾少量粉砂巖及極少量灰巖層。特提斯地層區未見出露(表1)。

2沉積相類型及特征

通過分析研究區大量的構造、地層、沉積相及古地理等資料，在新思路下研究區奧陶紀的沉積相類型可以劃分為濱—淺海相、淺海陸棚相、開闊臺地相、臺地邊緣淺灘相、潮坪相、半深海相(含斜坡相)以及深海盆地相沉積(圖版Ⅰ)。其中，淺海陸棚相、半深海相(含斜坡相)及深海相又可以劃分為多種不同巖相類型，如淺海陸棚相中可以細分為淺海陸棚碎屑巖相、碎屑巖—火山巖相、碎屑巖—碳酸鹽—火山巖相、碎屑巖—碳酸鹽相等。詳述如下：

(1) 濱—淺海相

以主要發育于中祁連—湟源地塊西段黨河南山北坡大部分地區及西寧一帶的鹽池灣組為代表，其實該組相變厲害，而濱淺海相沉積類型主要見于黨河南山北坡的吾力溝至黑刺溝一帶，鹽池灣組中下部巖性為含礫細粒硬砂巖，含礫白云質硬砂巖，中細粒石英長石砂巖，常見波痕、斜層理等沉積構造，產腕足類和三葉蟲化石，中下部巖性中含礫巖較多，應屬于濱、淺海相逐漸過渡沉積。

(2) 淺海陸棚相

淺海陸棚相在研究區內廣泛發育，但由于研究區復雜的構造演化，巖相發育各不相同：①淺海陸棚相碎屑巖—火山巖巖相：主要發育于走廊弧后盆地地區，武威市至張掖市一帶出露面積最廣。以中—上奧陶統地層中堡群為典型代表，其由碎屑巖及火山碎屑巖組成，碎屑巖以砂巖、板巖為主，偶見礫巖及砂礫巖；板巖與砂巖常呈不等厚互層狀，見灰巖與火山巖透鏡體及少量硅質巖；火山巖有熔巖、凝灰巖、安山質凝灰巖等及火山碎屑巖。見筆石、三葉蟲、牙形刺及腕足類等化石。②淺海陸棚相火山巖—碳酸鹽巖—碎屑巖巖相：主要發育于走廊南山陸緣弧盆地地區，主要出露在該帶的北西側，發育中—上奧陶統中堡群火山巖、火山碎屑巖及碎屑巖夾碳酸鹽巖透鏡體，其次為晚奧陶世中期的一些可以對比的未建組地層，發育永登—白銀地區的火山巖—火山碎屑巖及打柴溝地區的碳酸鹽—碎屑巖。③淺海陸棚相碎屑巖—碳酸鹽巖巖相：發育于走廊弧后盆地西緣(北祁連西段)的肅南以西和盆地東段的天祝地區，分別以上奧陶統南石門子組和扣門子組為代表，巖性都為一套灰色為主的灰巖、粉砂質板巖、硅質板巖、粉細砂巖及薄層的頁巖不等厚互層，在西緣地區頂部見火山巖發育。產珊瑚、腹足類化石。同時，在北山地區，晚奧陶統的錫林柯博組及白云山組也發育一套碎屑巖與碳酸鹽巖的淺海陸棚相沉積組合。④淺海陸棚相碎屑巖沉積：早奧陶世北山被動大陸邊緣盆地的羅雅楚山群(也稱砂井群)及早奧陶世走廊被動大陸邊緣盆地的陰溝群為此類巖相發育層組，前者以灰色的中細粒長石石英砂巖(局部層段含礫)、碳質、砂質頁巖及硅質、碳質板巖為特征，見頭足類及三葉蟲發育，平行層理、水平層理局部發育。而后者除陰溝群底部發育一套火山巖外，其余層段以發育深灰色、灰黑色的泥頁巖夾灰巖及粉細砂巖為主，見腕足類、頭足類及三葉蟲化石，表現為淺海陸棚相沉積環境。

(3) 開闊臺地相

在研究區內分布局限。早奧陶世，在中祁連—湟源裂谷盆地的西北緣黨河南山北坡發育一套吾力溝群地層，厚度達300余米，其下部為一套灰色、灰白色的厚層狀灰巖，上不為深灰色的灰巖，產腕足類化石，呈北西—南東向長條狀展布，巖性穩定，但延伸不遠，至鹽池灣地區已未見出露。中奧陶世伊始，研究區整體沉積環境相對穩定，在其西緣的玉門市、肅南以及嘉峪關市等地沉積一套晚奧陶世早期地層妖魔山組，其沉積巖性等特征表現為開闊臺地相沉積，但走廊弧后盆地區發育的妖魔山組和走廊南山陸緣弧盆地內發育的妖魔山組又有不同，前者分布于嘉峪關市以南，冷龍嶺以北、安遠等地，發育灰色巨厚層狀灰巖，局部層段見泥質灰巖，底部見礫巖及角礫狀粒屑灰巖。同時含豐富的底棲生物，是典型的沉積環境較為穩定的開闊臺地相沉積。而后者分布于玉門市以南和肅南縣以南地區，為一套致密灰巖、不純灰巖及結晶灰巖，上部為厚層灰巖，產三葉蟲化石，但在肅南以南局部地區可見以板巖、長石石英砂巖、中基性火山巖為主夾灰巖透鏡體的層段發育，灰巖透鏡體中產腕足化石。為什么前者發育的灰巖較后者穩定，厚度較大，無其他夾層？這可能是由于后者處于離俯沖消亡洋盆更近的走廊南山島弧帶以至于洋盆初始閉合階段沉積環境不穩定，導致各地沉積組合有所差異。

其次，研究區東部中衛—固原一線地區發育早奧陶統天景山組和米缽山組的厚層塊狀灰巖，平涼地區發育早奧陶統麻川組、水泉嶺組及中奧陶統三道溝組的薄—厚層狀灰巖，白云質灰巖等，都為典型開闊臺地相沉積，體現出華北地臺西緣穩定克拉通沉積環境。

(4) 臺地邊緣淺灘相

此類沉積相只發育于走廊弧后盆地局部地區，分布十分局限。發育晚奧陶統古浪組和扣門子組，前者分布于冷龍嶺北部，極小面積出露，底部見暗紫紅色粗粒石英砂巖，厚度較小。向上則全部為灰白色厚層生物碎屑粉晶灰巖，碎屑類型主要以藻類、海綿骨針為主。出露于門源西北部大梁地區的扣門子組同樣發育生物碎屑粉晶灰巖，碎屑以腕足類、藻類、海綿骨針及介形蟲殼體為主，局部出現小型的珊瑚礁體。底部有一層內碎屑礫屑灰巖，亮晶方解石膠結，可能屬于淺海風暴沉積[28]。

(5) 潮坪相

該類沉積相只分布于研究區東部的慶陽地區，且只見于早奧陶統下馬家溝組淺黃灰色、灰褐色，淺灰色的云膏巖、紋層狀泥質泥晶白云巖沉積。

(6) 半深海(含斜坡相)—深海相

該沉積相類型在研究區一是主要沿著洋盆俯沖消亡的結合帶分布，如北祁連洋盆及消減洋盆，西起吊達坂—朱龍關，經玉石溝—穿刺溝，東至大阪山一帶，主要有蛇紋石化斜輝橄欖巖、橄欖斜輝巖、蛇紋石化橄欖二輝巖等蛇綠巖及蛇綠混雜巖等，總體為深海盆地沉積。其次是洋盆俯沖形成的弧后海盆的擴張裂陷地區，主要分布于武威市的西南部及門源大梁地區及其以東，前者出露上奧陶統斯家溝組深灰色薄層粉細砂巖、砂質頁巖夾瘤狀灰巖和斜壕組的黑色、灰黑色砂質頁巖、碳質頁巖夾灰黑色、黑色的粉細砂巖，巖層中以富硫、高碳、多含有機質為特征，總體上表現出半深?！詈Ｏ喑练e。后者出露中、上奧陶統大梁組和相變(在靖遠一帶)的中堡群，顏色以灰黑色、黑色為主，出露灰巖、千枚巖、板巖、頁巖、砂巖及礫巖等，其中發育鮑馬序列的a、b、c、d段發育，未見e段，為典型的高密度濁流半深海(含斜坡相)—深海相沉積[27]。三是分布于受洋盆發展消亡影響的中祁連—湟源裂谷盆地東北地區及走廊南山陸緣弧盆地區。前者發育次深?！詈Ｏ嗌澳噘|、灰巖、硅質及火山巖沉積，出露于蘭州至永靖一帶的中、上奧陶統霧宿山群厚度大于6 000 m。發育水平層理，產三葉蟲、筆石等化石等，是在相對平靜的環境下形成的產物。后者發育次深?！詈Ｏ嗷鹕綆r沉積，出露于盆地西北及東南一角，巖性以陰溝群頂部及中堡群的玄武巖、鞍山玄武巖、安山巖、英安巖等火山巖、火山碎屑巖為特征，厚度大于5 000 m，富含筆石、三葉蟲及頭足類化石等。

3古地理研究與編圖

3.1編圖思路及方法

本文對造山帶古地理的恢復與重建研究，主要基于作者自2008年以來所承擔的中國地質調查局項目“中國巖相古地理編圖”及國家重大科技專項“全國油氣基礎地質編圖”工作中首次提出的“構造控盆、盆控相、相控油氣基本地質條件”的原創性編圖思路[29-30]，利用造山帶地區獨特發育無序疊置在一起的“非史密斯型”地層不遵循史密斯生物順序律和瓦爾特相律的特點，在“現今緯度上”采用“在同一板塊、構造背景下形成的沉積盆地內及空間連續配置的沉積盆地之間采用瓦爾特相律對其沉積相及古地理進行合理的恢復與重建；但若是不同的板塊及構造背景下形成的沉積盆地或者是空間不連續配置的沉積盆地之間，沉積相帶及古地理單元的恢復與重建則按現今出露地層所反應出的沉積相忠實地表現，相帶之間可以不遵循瓦爾特相律，且以現今的構造界線或是實際相界線如實分隔”的方法進行造山帶的古地理編圖與研究。這一過程中，造山帶內沉積相及巖相古地理的研究不可置否為研究重點，且依然采用優勢相的原則進行沉積相的分析及古地理單元的恢復，但注重沉積盆地屬性與沉積相之間的匹配關系，所以編圖單元內的構造演化及其控制下的原型沉積盆地類型的恢復及它們之間的空間配置關系研究則是前提與基礎，它們的正確恢復與否，一定程度上規避了優勢相原則下沉積相研究與沉積盆地屬性不相匹配、自相矛盾情況的發生。這不僅為造山帶這一復雜地帶的巖相古地理恢復提供了研究與實踐的方向及方法，而且具有學術上的可行性。

以北祁連及走廊地區為例，通過前人資料綜合分析認為，早奧陶世時，存在北祁連洋盆，洋盆以北為華北克拉通板塊的走廊被動大陸邊緣盆地，三個沉積盆地之間為連續發育的空間配置關系，它們受同一構造作用即北祁連洋盆的擴張控制。從而本文對這些區域的古地理恢復與重建過程中，不管沉積盆地之間還是沉積盆地內，沉積相帶的展布則嚴格按照瓦爾特相律進行恢復研究。這在實際研究結果中得到了充分體現：區域內西南緣為北西—南東走向的北祁連洋盆，巖性組合及沉積構造分析認為為次深海—深海沉積環境；緊鄰為走廊被動大陸邊緣盆地，巖性組合及沉積構造分析認為盆地內的自西南向東北依次發育大陸斜坡—次深海相及淺海陸棚相沉積環境；在區域最東緣則為華北克拉通盆地，該盆地西緣發育古陸及其邊緣潮坪相沉積。從這沉積相帶展布及古地理特征來看，該區域內的各個相帶之間沒有跳相現象，且從洋盆至克拉通的沉積環境是逐步的由深變淺的(圖3)。

與之形成鮮明對比的是，中祁連地塊早奧陶世時發育裂谷盆地，其南北兩側分別為黨河南山—拉脊山洋盆及北祁連洋盆，屬于不同構造演化背景下的產物。從沉積盆地屬性上來看，中祁連裂谷盆地與兩側的洋盆之間屬于空間不連續展布的關系。從而，在對其沉積相及古地理研究時，本文的方法是按巖性組合及沉積構造所顯示的沉積相忠實的表現，沉積相帶可以不遵循瓦爾特相律。如圖4所示，在中祁連裂谷盆地內，按現今出露地層實際恢復結果顯示其西南緣主要發育一套淺海陸棚及碳酸鹽巖臺地沉積環境，東北緣則發育大陸斜坡相沉積環境。而與之相鄰的地區則發育深海環境，從傳統的古地理研究來看，它們之間是跳相的，是不合理的。但本文的宗旨不按瓦爾特相律原地忠實恢復即可。

3.2古地理演化特征

奧陶紀作為研究區演化為造山帶構造轉換的關鍵時期，雖其古地理格局較為復雜，海陸分布變化較快，鑒于此，將在本文編圖思路下分不同的構造單元進行論述。

早奧陶世時，受洋盆擴張的影響，研究區雖然總體上都為較單一的淺海—半深海海域環境，但大部分古地理單元之間卻由于洋盆的存在可能相隔甚遠，分屬于不同的構造沉積單元及沉積體系。首先，研究區主體走廊地區由于北祁連洋盆的擴張基本處于比較穩定的被動大陸邊緣盆地上發育陸棚—半深海古地理單元，見陰溝群一套泥頁巖為主夾薄層灰巖地層(圖5)。需要注意的是，在整個走廊地區，陰溝群或與其相當的層組底部都發育一層火山巖，基性為主，說明在早奧陶世早期或之前，祁連地區的洋盆可能向北發生過一次俯沖，以托來運動為標志，因而造成了這一穩定被動陸緣盆地之上短暫沉積了一套火山巖。體現出構造—盆地—巖相(沉積相)三者之間的主次控制及緊密相連的關系。同時，與走廊地區同屬于華北地層大區的平涼—慶陽地區，地處華北穩定克拉通盆地西緣，發育碳酸鹽巖潮坪和開闊臺地沉積環境。整體上北祁連地區的古地理演化主要受北祁連洋盆的擴張影響，區域內從南至北,從西至東，古地理單元之間是連續展布發育，環境水體具由深變淺的特征。

中祁連地區整體古地理格局為東北低，西南高，同時西緣相對于東緣水體較淺，發育吾力溝群和鹽池灣組下部裂谷盆地型地層充填特征。除在黨河南山北坡吾力溝及周緣地區發育碳酸鹽巖臺地古地理單元外，由西南至東北發育陸棚—大陸坡環境，其分界線大致為三個泉—托勒—湟源—西寧—臨夏—康樂—隴西一線。從該地塊現今與兩側洋盆的古地理格局展布來看，兩者是不連續的。

圖3　北祁連地區早奧陶世沉積盆地空間配置關系對沉積相的控制關系圖Fig.3　Map of the relationship of deposit-basin spatial configuration controlling sedimentary facies of Early-Ordovician in North-Qilian Mountains area

圖4　中祁連地區早奧陶世沉積盆地空間配置關系對沉積相的控制關系圖Fig.4　Map of the relationship of deposit-basin spatial configuration controlling sedimentary facies of Early-Ordovician in Middle-Qilian Mountains area

圖5　甘肅省早奧陶世巖相古地理圖Fig.5　Map of the lithofacies-palaeogeographic of Early-Ordovician in Gansu province

敦煌—北山地區受古亞洲洋盆和阿爾金洋的擴張影響，空間上是連續展布的古地理格局。其北部大部分范圍為淺海陸棚環境，在紅柳河—馬鬃山—公婆泉一線以北至紅石山為大陸坡—次深海環境，以北則為古亞洲洋域，南部的敦煌古陸則為它們提供物源供給。

西秦嶺地區，受昆侖洋盆向北俯沖作用控制，發育弧后盆地，除局部點上出露一套粉砂質、碳質及硅質板巖外大部分地區缺失地層沉積，從其沉積巖性來說，陸棚、次深?！詈煞N沉積環境都有可能，由于沉積構造不發育，其古地理的恢復具有爭議。本文從“構造控盆、盆控相”的角度分析，構造背景是昆侖洋盆的向北俯沖而形成西秦嶺弧后盆地，在弧后盆地之上發育這么一套粉砂質、碳硅質板巖，深水陸棚相應與前兩者的控制作用更加吻合。

中奧陶世，整個研究區的古地理單元除各大洋盆依然表現為次深?！詈３练e環境外大都為淺海陸棚且水體逐漸變淺，局部地區已出現構造隆起為周緣提供近緣物源。這都歸結于研究區及周緣各洋盆由擴張轉為俯沖，開始了陸塊之間的軟碰撞這一構造背景的變化。各沉積盆地性質已由被動陸緣盆地轉變為以陸緣弧盆地為主，沉積了一套火山巖、火山碎屑巖夾碎屑巖及灰巖的不穩定環境下的產物(圖6)。

北祁連構造單元內的演化最具說明這一變化，受北祁連洋盆向北俯沖作用的影響，走廊地區此時開始廣泛接受一套中堡群陸棚沉積環境下的巨厚的火山巖、火山碎屑巖夾少量變質巖、碎屑巖及灰巖的組合，整個地區表現為陸緣弧及其弧后盆地沉積特征：以肅南—天祝蛇綠巖帶為界，南為走廊南山島弧帶，發育中堡群海相火山巖及火山碎屑巖，火山巖厚度較大，在該帶東部局部地區碰撞造山，以南華山古隆起為標志；北為走廊弧后盆地，火山巖厚度相對較小，碎屑巖及碳酸鹽巖夾層增多。華北西緣的平涼、隴縣等地發育潮坪相沉積，其北東慶陽等廣大地區依然為古陸，為周緣提供物源。該構造單元內，整個北祁連地區及華北板塊的西緣之間，展現出向北俯沖的北祁連消減洋盆控制下的弧盆體系，古地理演化連續，沉積格局空間配置連續。

中祁連地區此時的古地理特征依然為東北低，西南高的格局，相對于北東，特別是東南部廣闊的淺海陸棚—大陸坡霧宿山群下部火山巖、硅質板巖及變質砂巖沉積，肅北—鹽池灣—湟源—西寧—康樂—隴西一線以西南為一套石英砂巖、含礫粗砂巖夾板巖、細砂巖及礫巖濱岸—淺海陸棚沉積環境，縱向上水體由西南向北東逐漸變深且具西北相對較淺，東南相對較深的橫向特征。結合兩側俯沖消減的北祁連洋和黨河南山—拉脊山洋，從古地理格局的空間配置來看應為不連續展布，特別是地塊的南緣濱淺海環境直接與消減洋盆的次深?！詈－h境緊鄰。但從北緣地層發育及其沉積環境的解譯來看，中祁連地區受北祁連洋盆向南俯沖[14,23]作用的影響較大。

相對于以上各地區沉積環境出現的較大變化，巴顏喀拉—南秦嶺及北山地區的沉積環境變化甚微。前者依然發育火山巖、火山巖碎屑巖的淺海陸棚沉積環境。后者南側的敦煌古陸依然向周緣提供物源，古陸北側的大部分地區依然為淺海陸棚沉積，水體相對變淺；紅柳河—馬鬃山—公婆泉一線以北至紅石山發育大陸斜坡復理石沉積，往北古亞洲洋持續俯沖消減為殘留洋盆。

研究區晚奧陶世繼承了中奧陶世以來的構造轉型及軟碰撞造山，殘留洋盆范圍繼續減小，海盆范圍有所增大，沉積環境一定時期內相對趨于穩定；同時局部范圍內的拉張伸展作用使得如走廊弧后盆地的肅南—天祝等地出現微小型弧后洋盆，發育小范圍的深水盆地(圖7)。

圖6　甘肅省中奧陶世巖相古地理圖Fig.6　Map of lithofacies-palaeogeography of Middle-Ordovician in Gansu province

圖7　甘肅省晚奧陶世巖相古地理圖Fig.7　Map of lithofacies-palaeogeography of Late-Ordovician in Gansu province

北祁連走廊地區主體都為淺海陸棚沉積環境，但不同地區差異明顯，整體上古地理特征表現為西緣、西北緣水體相對較淺，為濱淺海、開闊臺地環境，中東部，西南緣水體相對較深，為深水陸棚環境。走廊地區西北緣玉門、嘉峪關、肅南一帶以發育一套灰巖夾凝灰質板巖、凝灰質砂巖為主的開闊臺地沉積環境。往東酒泉—民樂一線及張掖—武威—景泰一線的廣大地區為淺海陸棚沉積環境，但兩者表現出不同的沉積巖性：前者呈現長石石英砂巖、泥質粉砂質板巖夾灰巖，局部夾硅質巖的巖性組合，相對于后者發育的泥灰巖、頁巖及少量砂巖且底部發育一套砂礫巖層的巖性組合表現出水體相對較淺的沉積特征。值得注意的是，在該區中東部地區的古浪、武威等地周緣發育一套頁巖、局部碳質頁巖夾粉砂巖次深海深水盆地沉積，究其原因，一種可能是北祁連洋盆向華北板塊的俯沖碰撞，使得這些地區處于碰撞帶中的局部相對凹陷地區，水體相對變深，發育次深海相沉積環境；二是北祁連洋盆俯沖形成的弧后盆地局部拉張伸展，發育微小型洋盆型相對深水沉積。本文認為后者的控制因素占主要，但不排除前者因素的影響，特別是前者的控制作用在華北板塊西(南)緣體現的尤為突出的情況下：在平涼一帶形成了華北古陸邊緣相對深水的凹陷沉積區，發育次深海(斜坡)陸源泥質巖為主夾碳酸鹽重力流沉積，發育黑色筆石頁巖，主要有黑色頁巖、泥巖、深灰色—黑色泥晶灰巖、濁積砂巖等。臺緣斜坡→開闊臺地依次靠近古陸發育，前者主要發育泥灰巖、頁巖、砂屑灰巖及角礫狀灰巖，后者主要發育灰巖、白云巖，局部層段夾泥巖，灰巖發育較多的生物。結合北祁連走廊南山地區發育的一套海相火山巖(Ovb)沉積，整個北祁連—走廊—華北西緣地區古地理展布從西南向至東北向，從西北緣至東南緣與北祁連洋盆向北俯沖這一構造演化及其控制的沉積盆地類型耦合良好，這一構造單元內，古地理格局空間上連續展布。中祁連地區雖處于陸緣弧盆地發育之中，但局部地區的沉積環境趨于相對穩定，其古地理格局依然為東北相對低，西南相對高，同時西北緣相區相對于東南緣相區沉積環境水體較淺，即黨河南山北坡地區為水體更淺的濱淺海相對穩定沉積環境，發育砂礫巖、砂巖、長石石英砂巖夾板巖等，而蘭州—白銀等地則為火山巖、火山碎屑巖夾灰巖、變質砂巖發育的深水陸棚相相對活動的沉積環境，其往東至隴縣等地可能存在水體更深的次深海—深海環境。

此時的北山廣大地區處于淺海陸棚沉積環境之中，主要受控于古亞洲洋盆持續俯沖消減的影響，敦煌古陸為其提供了豐富的物源，沉積了一套砂礫巖、粉砂巖及灰巖的韻律沉積，垂向序列演化具水體逐步變淺的沉積特征，反映出與構造相匹配的演化徑跡。但在盆地的西北緣紅柳河等地區，沉積了一套硅質巖為主，局部有硅質板巖夾粉砂巖及灰巖地層，對此前人未做相應研究，本文認為由于板塊之間的碰撞造成的構造擠壓使該地區海水相對變深而發育這么一套次深海環境下的產物。

西秦嶺弧后盆地范圍內的合作—成縣等大部分地區未見沉積，依然處于隆升、剝蝕階段。盆地南緣東昆侖殘留洋盆的持續向北俯沖作用使得西秦嶺殘留海的火山巖物質沉積依然豐富，沉積水體主要為淺海環境。而殘留洋盆本身，水體依然為次深海—深海環境；文縣等地區受殘留洋盆俯沖作用影響較小，發育淺海陸棚灰巖、砂巖夾硅質巖沉積。

4結論及討論

(1) 甘肅省奧陶紀經歷了早奧陶世北祁連洋盆、古亞洲洋盆及西昆侖洋盆發展擴張，中晚奧陶世各洋盆俯沖消亡至造山的復雜構造體制轉換過程，結合前人研究資料首次編制了相應的沉積構造格架及沉積盆地類型圖(圖1,2)，分析了它們之間的空間配置關系。

(2) 甘肅省奧陶紀共劃分出濱淺海相、淺海陸棚相、開闊臺地相、臺地邊緣淺灘相、潮坪相以及半深海(含斜坡相)—深海相等7類沉積相類型，沉積相帶的識別與展布與構造演化響應較好，是與沉積盆地類型吻合的綜合物質表現。

(3) 采用在“現今緯度上”采用“在同一板塊、構造背景下形成的沉積盆地內及空間連續配置的沉積盆地之間采用瓦爾特相律對其沉積相及古地理進行合理的恢復與重建；但若是不同的板塊及構造背景下形成的沉積盆地或者是空間不連續配置的沉積盆地之間，沉積相帶及古地理單元的恢復與重建則按現今出露地層所反應出的沉積相忠實地表現，相帶之間可以不遵循瓦爾特相律，且以現今的構造界線或是實際相界線如實分隔”的方法以甘肅省奧陶紀為例對造山帶古地理特征進行了研究與探討實踐，編制了相應的古地理圖件(圖5,6,7)。

(4) 造山帶古地理的恢復與重建難度較大，研究方法體系尚未建立。本文的編圖思路及方法是對造山帶古地理研究的一種探討及嘗試，還需在以后的研究中進一步總結與完善。

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圖版Ⅰ說明　A.生物碎屑層，景泰縣紅柳泉奧陶系下統，陸棚相；B.泥巖層中發育的膏巖，景泰縣紅柳泉奧陶系下統，潮坪相；C.枕狀凝灰質熔巖，永登縣石灰溝奧陶系下統，深海相；D.砂巖底部見溝模構造，嘉峪關格辣子溝，斜坡—次深海相；E.中厚層狀灰黑色灰巖，魚兒紅鄉上奧陶統，碳酸鹽巖臺地相；F.凝灰質板巖夾硅質巖，景泰縣米缽山中奧陶統，陸棚相；G.凝灰質熔巖、凝灰巖，見少量角礫，蘭州永靖霧宿山群，陸棚相；H.灰黑色、黑色泥巖，見極少量碳酸鹽角礫，景泰縣北，次深海相。

The Lithofacies-palaeogeographic Research and Practice of Orogenic Belt:An example of Ordovician in Gansu province

MOU ChuanLong1,2WANG QiYu1,2,3WANG XiuPing1,2CHEN XiaoWei1,2ZHOU KenKen1,2GE XiangYing1,2

(1. Chengdu Institute of Geology and Mineral Resources, Chengdu 610082, China;2. Key Laboratory for Sedimentary Basin and Oil and Gas Resources ,MLR, Chengdu 610082, China;3. Shangdong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Abstract:It’s difficult to restore and reconstruct the palaeogeographic of the orogenic belt, and there was no research method system to follow. Ordovician in Gansu province was the study target. Combined with the existing study, compiled the sedimentary tectonic map and the sedimentary basin type map of the Lower-Middle-Late Ordovician, the relationship of spatial disposition between them was analyzed. Under the “basin-controlling tectonic, facies-controlling basin” thought, on the basis of the sedimentary lithology, texture-structure and the paleontological, and using the dominant facies principle, littoral-neritic facies, shelf facies, open sea platform facies, platform margin shoals facies, tidal flat facies, bathyal facies (including slope facies) and abyssal facies were figured outin study area. “In the same plate and the same tectonic settings, or in the sedimentary basin which have the space connection configuration, the Walther facies law was used to restore the paleogeographic of the basin. However, restoring paleogeographic of the basin by the real sedimentary environment of the emergence stratums, Palaeogeographic units can’t follow the Walther facies law.” Under the guidance of the principle, Paleogeography of the study area was restored and rebuilt, also, the corresponding paleogeographic map was established. It provides a mapping train of restoring lithofacies-paleogeographic for orogenic belt, which has the theoretical and practical significance.

Key words:orogenic belt; Gansu province; Ordovician structure; Walther facies; sedimentary facies; lithofacies-palaeogeography

中圖分類號P586P531

文獻標識碼A

作者簡介第一牟傳龍男1965年出生研究員沉積地質與油氣地質E-mail: cdmchuanlong@163.com

基金項目:國家科技重大專項(2008ZX05043-005); 中國地質調查局項目(1212010916060)[Foundation: Major National Science and Technology Project, NO.2008ZX05043-005; China Geological Survey Project, NO.1212010916060]

收稿日期：2014-09-02； 收修改稿日期： 2014-11-06

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.01.001

文章編號：1000-0550(2016)01-0001-14