華南東部晚古生代巖相古地理及構(gòu)造指示意義

關(guān)鍵詞 華南；晚古生代；地層等厚圖；巖相圖；盆地沉降

第一作者簡介 朱孝鈺，男，1995年出生，碩士研究生，沉積學，E-mail： zhuxy73@mail2.sysu.edu.cn

通信作者 姚衛(wèi)華，女，副教授，沉積學與沉積大地構(gòu)造，E-mail： yaowh5@mail.sysu.edu.cn

中圖分類號 P534.4 文獻標志碼 A

0 引言

一般來說，發(fā)生在造山晚期的深部巖石圈拆沉會導致地表山脈垮塌[1?3]。對于現(xiàn)代造山帶，造山垮塌可直接被造山帶范圍內(nèi)的地貌變化所記錄[4?5]；對于古老造山帶，與造山垮塌相關(guān)的地表地貌變化常常會被后期地質(zhì)運動改造，因此需要通過其他證據(jù)來識別和研究古老造山帶的造山垮塌事件。前人研究表明，如果原造山帶在造山垮塌后進入一段構(gòu)造平靜期，因造山垮塌引起的地貌變化則可一定程度地保存在這段構(gòu)造平靜期的沉積充填序列中；通過研究該沉積充填序列，可有效提取其中保留的有關(guān)造山垮塌事件的信息[6?7]。例如，賀蘭山地區(qū)中—上三疊統(tǒng)沉積充填序列研究表明，該套地層沉積于中亞造山帶造山垮塌后的中晚三疊世伸展型盆地中，其沖積扇相—河湖相沉積序列是對造山垮塌地貌的沉積響應(yīng)[8]。通過造山垮塌后構(gòu)造平靜期沉積序列來間接研究造山垮塌期地表地貌變化的思路，也可用于華南古生代造山作用研究中。

位于華南東部的武夷—云開造山褶皺帶是一條因早古生代擠壓造山作用而形成的古老造山帶[9?12]，其造山活動歷史對華南地區(qū)顯生宙地貌格局的塑造具有重要意義[13]。該造山褶皺帶于奧陶紀發(fā)生巖層褶皺和山脈隆升[14?15]，至中志留世發(fā)生山體垮塌[16]，之后進入泥盆紀構(gòu)造平靜期，并在造山褶皺帶范圍內(nèi)沉積了厚達數(shù)千米的上古生界沉積序列[17?20]。由于華南東部又經(jīng)歷了多次中—新生代構(gòu)造活動[21?22]，與武夷—云開造山垮塌相關(guān)的地表地貌均已被破壞和改造，直接研究該造山垮塌事件及地貌變化面臨著較大困難。而造山垮塌后華南東部形成的上古生界沉積序列，卻為間接研究中志留世武夷—云開造山垮塌事件提供了一個新途徑。

上古生界沉積序列中，泥盆系—下石炭統(tǒng)以陸源碎屑巖和海相碳酸鹽巖為主，陸源碎屑物質(zhì)由華南本地暴露在海平面之上的古陸隆起提供[17?19]；上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)空谷階（棲霞組，下同）以厚層海相碳酸鹽巖為特色，華南全域均浸沒在海平面之下，基本無古陸出露[20，23?25]。從盆地沉降—沉積充填角度來看，泥盆系—下二疊統(tǒng)空谷階記錄了華南東部從武夷—云開造山垮塌后盆地開始沉降到完全被海相沉積物填滿的過程[23，26]。因此，研究華南東部這套上古生界沉積序列，不僅可以幫助了解晚古生代華南東部盆地沉降、沉積充填、海平面變化等特征，還有望為武夷—云開造山垮塌及伴生的地表地貌變化研究提供重要證據(jù)。

本文對華南東部晚古生代地層進行沉積地層厚度和巖性梳理統(tǒng)計，編制晚古生代各世期的區(qū)域地層等厚圖和巖相圖，并計算各世期的盆地沉降速率。在此基礎(chǔ)上，探討武夷—云開造山垮塌后華南地區(qū)各世期沉積物展布規(guī)律、巖相變化特征，著重分析華南東部的盆地沉降和沉積充填過程。最后，探討晚古生代盆地沉積充填和早古生代造山垮塌之間的動力學聯(lián)系，為研究古生代華南地區(qū)構(gòu)造—沉積演化提供基礎(chǔ)資料。

1研究區(qū)晚古生代地質(zhì)概況

早古生代擠壓造山作用導致華南東部于造山結(jié)束時大幅褶皺隆起上升成陸，絕大部分地區(qū)缺失志留系，僅桂南欽州地區(qū)保留了志留系，該地區(qū)的志留系與泥盆系之間為連續(xù)整合接觸關(guān)系[18，23，26?28]。

泥盆系露頭廣泛分布于華南各省區(qū)（圖1）。下泥盆統(tǒng)以陸源碎屑巖為特色，僅分布在滇黔桂地區(qū)，而華南東部其他地區(qū)普遍缺失下泥盆統(tǒng)[27]。中泥盆統(tǒng)覆蓋滇黔桂湘粵等地，滇黔桂地區(qū)以碳酸鹽巖為主，湘粵地區(qū)以陸源碎屑巖為主。上泥盆統(tǒng)在粵西—桂東云開大山地區(qū)以海相灰?guī)r為特色，在閩浙武夷山地區(qū)則以陸源砂巖為主，局部含礫石。石炭紀地層露頭分布相對局限，以黔桂湘粵地區(qū)為主，其余地區(qū)有零星分布（圖1）。下石炭統(tǒng)仍以陸源碎屑巖為主，但海相碳酸鹽巖含量較之泥盆系有明顯上升。上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階主要是一套灰?guī)r和白云巖組合，局部地區(qū)有少量陸源碎屑巖夾層。下二疊統(tǒng)亞丁斯克階—空谷階的露頭分布更為零星，主要分布在黔西、桂中、閩、贛等地區(qū)[23]，巖性以灰?guī)r為主，局部夾少量泥灰?guī)r和硅質(zhì)巖。

華南地區(qū)晚古生代巖漿活動以發(fā)生在中晚二疊世之交（～260 Ma）的峨眉山大火成巖省為特色[29?30]，巖漿覆蓋區(qū)域以華南西部川滇地區(qū)為主[29，31]，華南東部也有少量中晚二疊世巖漿記錄[32?35]。相比之下，泥盆紀—早二疊世巖漿記錄則較少，僅在東南沿海有零星巖漿巖的報道，如閩西北建寧地區(qū)早泥盆世（410～400 Ma）花崗巖[36]、浙中金華地區(qū)早石炭世（～334 Ma）輝長閃長巖[37]以及閩北寧德地區(qū)晚石炭世（～317 Ma）花崗巖[38?39]。

華南東部晚古生代構(gòu)造活動多以同沉積斷裂帶的形式出現(xiàn)，呈北東、北西走向產(chǎn)出（圖1）。華南東部大部地區(qū)（即原武夷—云開造山褶皺帶）主要產(chǎn)出北東走向斷裂帶，如紹興—江山—萍鄉(xiāng)斷裂、邵武—河源斷裂、麗水—海豐斷裂等；位于西部的黔桂地區(qū)則產(chǎn)出少數(shù)北西走向斷裂帶，包括那坡—廣南斷裂、百色斷裂、南丹—河池斷裂帶等[17，26，40]。這些斷裂帶多為地殼基底斷裂，在早古生代武夷—云開造山期已出現(xiàn)，晚古生代再次以泥盆紀同生斷裂的形式出現(xiàn)，具有多期活動的特點[17?18，26?27]。

2研究方法

2.1地層等厚圖和巖相圖的制作

本文以華南八省1∶20萬幅和1∶5萬幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告和地質(zhì)圖資料為基礎(chǔ)，對原屬武夷—云開造山褶皺帶及周邊地區(qū)的泥盆紀、石炭紀和早二疊世（即烏拉爾世，下同）地層進行厚度和巖性統(tǒng)計，收集和整理了722條上古生界剖面數(shù)據(jù)，并將其劃分為下泥盆統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)、上泥盆統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階、下二疊統(tǒng)亞丁斯克階—空谷階（附表1）。

在數(shù)據(jù)收集和整理過程中，筆者發(fā)現(xiàn)這批區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告資料大多出版于20世紀70—80年代，受化石鑒定技術(shù)的限制，以化石組合為主要地質(zhì)年代劃分依據(jù)的地層時代略有紕漏。因此，筆者廣泛搜集和挖掘近年來發(fā)表的科研項目成果、學術(shù)論文、礦產(chǎn)資源報告資料，從中提取最新的有關(guān)上古生界厚度、巖性、古生物組合、地質(zhì)時代等數(shù)據(jù)。著重關(guān)注新資料中對于化石組合的再鑒定和所屬地質(zhì)年代的再厘定，對722條剖面上各地層組、群的所屬時代進行逐層梳理[41?44]，提供了一套相對可信的華南東部上古生界年代地層格架（圖2）。此外，根據(jù)最新發(fā)表的研究成果和資料，將各世期的地層組與國際年代地層單位[45]進行了匹配。其中，泥盆系下、中、上統(tǒng)與國際年代地層表中的泥盆系下、中、上統(tǒng)一一對應(yīng)；石炭系下統(tǒng)、上統(tǒng)分別對應(yīng)于國際年代地層表中的石炭系密西西比亞系、賓夕法尼亞亞系[46]；二疊系下統(tǒng)棲霞組、梁山組分別對應(yīng)于國際年代地層表中的二疊系烏拉爾統(tǒng)空谷階、亞丁斯克階[47?49]。需指出的是，前人研究成果認為上石炭統(tǒng)船山組（馬平組）是一套穿時至早二疊世薩克馬爾期的沉積地層[50?53]，因此船山組（馬平組）應(yīng)對應(yīng)到國際年代地層表中的上石炭統(tǒng)頂部—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階。最終，本文將華南東部晚古生代各世期的時間范圍厘定如下：早泥盆世419～393Ma，中泥盆世393～383 Ma，晚泥盆世383～359 Ma，早石炭世359～323 Ma，晚石炭世—早二疊世薩克馬爾期323～290 Ma，早二疊世亞丁斯克期—空谷期290～273 Ma。

以六組沉積地層厚度數(shù)據(jù)（附表1）為基礎(chǔ)，使用Surfer軟件分別繪制各世期的地層等厚圖。為了減小原始數(shù)據(jù)在網(wǎng)格化后的偏差性并考慮描述對象的空間最大相關(guān)性，網(wǎng)格化算法選取克里金插值法。再結(jié)合地層剖面的實際出露情況，對Surfer繪制的地層等厚圖進行合理調(diào)整，從而得到最終的各世期地層等厚圖。在地層等厚圖基礎(chǔ)上，以各剖面上統(tǒng)計得到的各地層組巖性數(shù)據(jù)和前人已發(fā)表數(shù)據(jù)為藍本[23，26]，繪制各世期的巖相圖。

2.2盆地沉降速率的計算

為了探究晚古生代沉積盆地的沉降過程，從華南東部原武夷—云開造山褶皺帶范圍內(nèi)選取了五條較連續(xù)的沉積剖面（圖1）進行盆地沉降歷史重建計算。盆地基底沉降量的計算使用回剝分析法[54?55]，非構(gòu)造沉降量的計算（包括古水深、沉積物負載等）則使用地殼重力均衡模型法[56?57]。華南東部各沉積剖面在晚古生代各世期的沉降量和沉降速率計算結(jié)果見表1。

3地層等厚圖及巖相圖

3.1早泥盆世

早泥盆世時期，華南東部大部地區(qū)受武夷—云開造山隆升地貌的影響依然處于古陸剝蝕區(qū)[17，20，23，26?27]，僅滇黔桂一帶處于沉積區(qū)（圖3）。下泥盆統(tǒng)包括滇黔地區(qū)的翠峰山組、坡腳組、邊箐溝組和黔桂地區(qū)的蓮花山組、那高嶺組、郁江組[44]（圖2）。

早泥盆世地層等厚圖共統(tǒng)計剖面50個，覆蓋地層出露于滇黔桂一帶。統(tǒng)計剖面中，大多數(shù)剖面早泥盆世地層以不整合接觸關(guān)系覆蓋于早古生代地層之上（附表1）。統(tǒng)計結(jié)果表明，下泥盆統(tǒng)的沉積厚度存在明顯差異，厚度值從14 m到1 790 m不等。等厚圖自西向東可分為三個厚度區(qū)，即滇東曲靖相對凹陷區(qū)、桂西百色相對隆起區(qū)和桂中貴港相對凹陷區(qū)。其中，桂中貴港相對凹陷區(qū)位于原武夷—云開造山褶皺帶西南端，沉積區(qū)厚度等值線呈北東—南西走向（圖3a）。位于該凹陷區(qū)沉積中心的廣西賀州黃姚剖面（D1-15，附表1），下泥盆統(tǒng)厚度可達1 790 m，巖性以灰黃色泥巖、灰色泥灰?guī)r為主[59]。

從巖相平面變化來看，從盆地邊緣河口濱岸粗砂巖相、中細砂巖相，到盆地腹地淺海陸棚泥巖—灰?guī)r相、泥巖相和開闊臺地白云巖—灰?guī)r相，直至盆地中心次深海泥巖—硅質(zhì)巖相（圖3b），下泥盆統(tǒng)整體呈現(xiàn)從粗碎屑巖相—細碎屑巖相—黏土巖相—碳酸鹽巖相—硅質(zhì)巖相過渡的趨勢[23]。從巖相垂向變化來看，桂北河池地區(qū)從早泥盆世早期砂巖相轉(zhuǎn)變?yōu)樵缒嗯枋劳砥诨規(guī)r相[60]，桂西右江地區(qū)從早泥盆世早期泥巖—粉砂巖相過渡到早泥盆世晚期灰?guī)r—泥灰?guī)r相[18]和灰黑色頁巖相[26]，巖相整體呈現(xiàn)陸源碎屑巖—灰?guī)r—泥灰?guī)r的演變特征。此外，受一系列北西、北東走向同生斷裂的控制，早泥盆世沉積盆地內(nèi)的巖相相帶呈北西向帶狀展布[17，26，60]。

3.2中泥盆世

中泥盆世時期，沉積沉降區(qū)向北、北東方向擴大至覆蓋滇桂湘贛粵等地區(qū)（圖4）。對比之下，處于海平面之上的古陸剝蝕區(qū)退減到閩浙全域和贛粵局部地區(qū)[23，26]。中泥盆統(tǒng)包括黔桂地區(qū)的東崗嶺組、四排—應(yīng)堂組，湘粵贛地區(qū)的桂頭群、跳馬澗組、棋子橋組、老虎坳組和滇中地區(qū)的箐門組、縮頭山組、紅崖坡組、曲靖組[44]（圖2）。

中泥盆世地層等厚圖共統(tǒng)計剖面111個，覆蓋地層出露的六省區(qū)市。統(tǒng)計剖面中，滇桂地區(qū)中泥盆統(tǒng)整合覆蓋于下泥盆統(tǒng)之上，而湘贛粵地區(qū)中泥盆統(tǒng)則角度不整合于早古生代地層之上（附表1）。統(tǒng)計結(jié)果表明，中泥盆統(tǒng)沉積厚度存在明顯差異，厚度值從22m到2330 m不等。等厚圖自西向東可見四個明顯的沉積中心，即滇北昭通地區(qū)、滇東文山地區(qū)、桂南南寧地區(qū)和粵東河源地區(qū)（圖4a）。其中，桂南南寧沉積中心和粵東河源沉積中心位于原武夷—云開造山褶皺帶范圍內(nèi)（圖1、圖4a）。桂南南寧沉積中心以馬山古零剖面（D2-70，附表1）為代表，中泥盆統(tǒng)整合覆蓋于下泥盆統(tǒng)之上，是一套厚層灰色白云巖、鈣質(zhì)灰?guī)r組成的海相碳酸鹽巖臺地建造，沉積厚度為1 697 m[59]。粵東河源沉積中心以紫金龍頸剖面（D2-24，附表1）為代表，中泥盆統(tǒng)以角度不整合接觸關(guān)系覆于寒武系之上，是一套青灰色厚層砂礫巖、砂巖、粉砂巖組成的濱岸陸源碎屑巖建造，沉積厚度達2330 m[61]。

從巖相平面變化來看，中泥盆統(tǒng)仍呈現(xiàn)從盆地邊緣粗碎屑巖相到盆地腹地細粒碎屑巖—碳酸鹽巖相再到盆地中心硅質(zhì)巖相的演化趨勢（圖4b）。具體來說，巖相從盆地邊緣的河流環(huán)境砂礫巖相、濱海—潮坪環(huán)境粉砂—細砂巖相，向盆地腹地的淺海陸棚臺地環(huán)境泥巖—泥灰?guī)r相、白云巖—灰?guī)r相過渡，直至盆地中心的次深海環(huán)境泥巖—硅質(zhì)巖相。從巖相垂向變化來看，粵東河源地區(qū)從中泥盆世早期河流—三角洲環(huán)境砂礫巖相轉(zhuǎn)變?yōu)橹心嗯枋劳砥跍\海陸棚粉砂—細砂巖相[62]，桂北河池地區(qū)從中泥盆世早期淺海陸棚粉砂巖相轉(zhuǎn)變?yōu)橹心嗯枋劳砥谂_盆環(huán)境灰?guī)r相[26，60，63]。相比早泥盆世巖相分布，中泥盆世仍以海相和海陸過渡巖相組為主，但陸相（河流相）巖相組分布范圍明顯擴大[23，26]（圖4b）。

3.3晚泥盆世

晚泥盆世時期，沉積覆蓋區(qū)繼續(xù)向北東向、北向擴展。上泥盆統(tǒng)覆蓋華南東部大部分地區(qū)，僅贛閩浙局部地區(qū)仍處于古陸剝蝕區(qū)（圖5）。上泥盆統(tǒng)包括黔桂地區(qū)的榴江—融縣組、桑郎組、代化組，湘粵贛地區(qū)的佘田橋組、錫礦山組、天子嶺組、帽子峰組和閩浙地區(qū)的南靖群、西湖組[44]（圖2）。

晚泥盆世地層等厚圖共統(tǒng)計剖面99個，地層厚度值從54 m到1 712 m不等（附表1）。所有統(tǒng)計剖面中，上泥盆統(tǒng)均整合覆蓋在中泥盆統(tǒng)之上（附表1）。地層等厚圖自西向東可見三個沉積中心，即桂西百色地區(qū)、桂北桂林地區(qū)和閩西永安地區(qū)，其最大沉積厚度均超過1 100 m（圖5a）。這三個沉積中心均位于原武夷—云開造山褶皺帶范圍內(nèi)（圖1、圖5a）。桂北桂林沉積中心以靈川冷水田剖面（D3-41，附表1）為代表，上泥盆統(tǒng)是一套由厚層深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成的海相碳酸鹽巖臺地建造，沉積厚度為1 606 m[59]。閩西永安沉積中心以永安安砂剖面（D3-01，附表1）為代表，上泥盆統(tǒng)是一套沖積扇環(huán)境紫紅色砂礫巖相，沉積總厚度為1 197 m[64]。

從巖相平面變化來看，晚泥盆世陸相沉積地層范圍明顯增大（圖5b）。沖積扇、河流等陸相環(huán)境下形成的砂礫巖相、中—粗砂巖相、細砂巖相占據(jù)盆地邊緣的多數(shù)地區(qū)[23，26，65]。盆地內(nèi)部以淺海陸棚開闊臺地和局限臺地環(huán)境灰?guī)r—泥灰?guī)r相、白云巖—灰?guī)r相為主，而位于盆地沉降中心的桂南欽州地區(qū)保留了次深海泥巖—硅質(zhì)巖相（圖5b）。從巖相的垂向變化來看，位于盆地內(nèi)部的桂北河池地區(qū)從上泥盆統(tǒng)底部灰?guī)r相到中部白云質(zhì)灰?guī)r相至頂部砂質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r相的變化，記錄了晚泥盆世早期海平面持續(xù)上升、盆地范圍擴展，到晚泥盆世晚期海平面下降、盆地收縮變淺、邊緣發(fā)育少量碎屑巖相的全過程[18，26，60]。

3.4早石炭世

早石炭世時期，盆地沉積范圍較晚泥盆世略有縮小，仍主要分布在桂粵湘、滇東、黔南、鄂南、閩東、浙西北等地區(qū)，而湘北、粵東北和浙閩沿海地帶仍為遭受剝蝕的古陸區(qū)（圖6）。下石炭統(tǒng)包括滇黔桂湘粵地區(qū)的巖關(guān)組、大塘組、擺佐組以及贛浙閩地區(qū)的下石炭統(tǒng)（不分組）[44]（圖2）。

早石炭世地層等厚圖共統(tǒng)計剖面160個，覆蓋地層出露的八省區(qū)。統(tǒng)計剖面中，湘桂粵地區(qū)大多數(shù)剖面的下石炭統(tǒng)與下伏地層呈整合接觸，而贛閩浙地區(qū)下石炭統(tǒng)則多以不整合關(guān)系與下伏地層相接觸（圖2）。統(tǒng)計結(jié)果表明，下石炭統(tǒng)沉積厚度存在明顯差異，厚度值從13 m到2 866 m不等（附表1）。原武夷—云開造山褶皺帶范圍內(nèi)，可見兩個沉積厚度大于1300 m的沉積中心，即湘中邵陽地區(qū)和桂北柳州地區(qū)（圖6a）。湘中邵陽沉積中心以武岡倪家?guī)X剖面（C1-143，附表1）為代表，下石炭統(tǒng)整合覆蓋于上泥盆統(tǒng)之上，是一套由深灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r、粉砂巖組成的淺海陸棚沉積建造，厚度為1457m[66]。桂北柳州沉積中心以柳城太平剖面（C1-94，附表1）為代表，下石炭統(tǒng)整合覆蓋于上泥盆統(tǒng)之上，是一套以灰色灰?guī)r、灰白色泥頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r為主的淺海臺地建造，沉積厚度達2 866 m[59]。

從巖相平面變化來看，下石炭統(tǒng)陸相沉積范圍再次縮小，盆地轉(zhuǎn)為濱淺海粉砂巖—泥巖相、泥巖相和淺海臺地泥巖—灰?guī)r相、白云巖—灰?guī)r相沉積（圖6b），指示早石炭世海侵事件再次活躍，但盆地沉降幅度減小[18]。盆地沉降中心依然位于桂南欽州地區(qū)，以次深海凝灰?guī)r—硅質(zhì)巖相沉積為主[23，26，67]。從巖相垂向變化來看，位于盆地內(nèi)部的桂北河池地區(qū)從下石炭統(tǒng)底部泥巖—硅質(zhì)巖相到中上部灰?guī)r—泥晶灰?guī)r相的轉(zhuǎn)變，記錄了早石炭世早期到晚期海平面上升再下降的變化趨勢[18，60，68]。

3.5晚石炭世—早二疊世薩克馬爾期

晚石炭世—早二疊世薩克馬爾期，盆地沉積范圍再次迅速擴大。除閩浙沿海地區(qū)之外，華南東部絕大多數(shù)地區(qū)沉降至海平面之下的淺海沉積區(qū)（圖7）。上石炭統(tǒng)包括滇黔桂地區(qū)的黃龍組、大埔組，湘贛浙閩地區(qū)的黃龍組及閩粵地區(qū)的壺天群下部[44]。上石炭統(tǒng)頂部—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階包括滇黔桂地區(qū)的馬平組、湘贛閩浙地區(qū)的船山組和閩粵地區(qū)的壺天群頂部（圖2）。

晚石炭世—早二疊世薩克馬爾期地層等厚圖共統(tǒng)計剖面83個，覆蓋地層出露的八省區(qū)。除閩浙沿海古陸區(qū)附近，研究區(qū)上石炭統(tǒng)與下伏下石炭統(tǒng)之間均為整合接觸（附表1）。統(tǒng)計剖面中，上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階的地層厚度值從56 m 到1 978 m不等，厚度變化大。等厚圖中可見桂北河池地區(qū)和湘中邵陽地區(qū)兩個沉積中心，沉積厚度均在1 400 m以上（圖7a）。桂北河池沉積中心以宜州甘相剖面（C2-53，附表1）為代表，上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)薩克馬爾階是一套由淺灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成的淺海碳酸鹽臺地建造，厚度1 978 m[59]。湘中邵陽沉積中心以邵東羅絲塘剖面（C2-72，附表1）為代表，也是一套以淺灰色灰?guī)r、白云質(zhì)泥灰?guī)r為主的淺海臺地建造，沉積厚度1419 m[66]。

從巖相平面變化來看，華南東部基本被海相碳酸鹽巖相覆蓋，自盆地邊緣砂巖—灰?guī)r相到盆地內(nèi)部白云巖—灰?guī)r相，碳酸鹽巖在盆地占主導地位（圖7b）。盆地沉降中心仍然位于桂南欽州地區(qū)，范圍較早石炭世略有縮小，仍以凝灰?guī)r—硅質(zhì)巖相為主[23，26]。欽州地區(qū)石炭紀凝灰?guī)r和閩北沿海地區(qū)晚石炭世花崗巖的發(fā)現(xiàn)[38?39]，說明華南東部在晚古生代有巖漿活動發(fā)生。桂北河池地區(qū)部分剖面見碳酸鹽巖正粒序沉積序列，表明盆地局部地區(qū)于晚石炭世—早二疊世薩克馬爾期發(fā)生過盆地收縮和水體變淺[60]。

3.6早二疊世亞丁斯克期—空谷期

早二疊世亞丁斯克期階段，盆地的淺海沉積范圍繼續(xù)擴大（圖8），至空谷期時，淺海碳酸鹽巖覆蓋華南全域，區(qū)域上再無暴露于海平面之上的古陸[23，26]。這說明因武夷—云開造山隆升引發(fā)的碎屑風化剝蝕作用趨近于零，盆地被沉積物和海水填滿。下二疊統(tǒng)亞丁斯克階—空谷階包括滇黔地區(qū)的梁山組、棲霞組以及華南其他地區(qū)的棲霞組[44]（圖2）。

早二疊世亞丁斯克期—空谷期地層等厚圖共統(tǒng)計剖面219個，覆蓋整個華南東部。研究區(qū)西部的滇黔桂地區(qū)和湘西局部地區(qū)，亞丁斯克階—空谷階以平行不整合接觸關(guān)系覆蓋在古生代地層之上；而在研究區(qū)東部的贛粵閩浙地區(qū)，亞丁斯克階—空谷階則與下伏地層呈整合接觸（附表1）。從所有統(tǒng)計剖面來看，亞丁斯克階—空谷階的地層厚度值變化較大（3～726m），但約70%統(tǒng)計剖面地層厚度值均小于200 m（附表1）。從地層等厚圖上也可看出，亞丁斯克階—空谷階整體地層厚度較均一，僅湘北長沙地區(qū)、黔西南興義地區(qū)和桂中來賓地區(qū)存在三個地層厚度值略大的沉積中心（圖8a）。

從巖相平面變化來看，華南東部全域以淺海臺地灰?guī)r相為主，中部可見一個泥灰?guī)r—灰?guī)r相的帶狀區(qū)域（圖8b）。桂南欽州地區(qū)仍然是盆地深水區(qū)，以半深海硅質(zhì)巖相為主[69]。湘鄂贛地區(qū)在亞丁斯克期—空谷期早期位于陸棚斜坡，沉積一套生物碎屑灰?guī)r—泥晶灰?guī)r；亞丁斯克期—空谷期晚期海平面持續(xù)上升，該地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c華南其他地區(qū)一致的淺海碳酸鹽臺地，接受灰?guī)r—白云巖相沉積[24]。

4盆地沉降速率

根據(jù)晚古生代沉積盆地不同地區(qū)在不同世期的沉降—沉積差異，從原武夷—云開造山褶皺帶范圍內(nèi)選取了五條沉積較為連續(xù)的剖面，進行連剖面地層—巖相對比（圖9）及盆地沉降速率計算（表1、圖10）。

結(jié)果表明，早泥盆世時期，僅位于西南部的貴港和桂林剖面發(fā)生構(gòu)造沉降并接受沉積，沉積物以濱海環(huán)境陸源碎屑巖為主；而位于東北大部地區(qū)的韶關(guān)、邵陽和漣源剖面均無下泥盆統(tǒng)（圖9）。中—晚泥盆世時期，盆地沉降范圍逐漸擴展到東北部，韶關(guān)、邵陽和漣源剖面保存了中—上泥盆統(tǒng)濱海—潮坪環(huán)境陸源碎屑巖和臺盆—臺地環(huán)境碳酸鹽巖[26]；盆地主要沉降區(qū)依然位于研究區(qū)的西南部，貴港和桂林剖面的中—上泥盆統(tǒng)厚度較研究區(qū)東北部韶關(guān)、邵陽和漣源剖面的地層厚度更大（圖9）。

早石炭世—早二疊世空谷期階段，區(qū)域內(nèi)各沉積剖面之間的地層總厚度變化較之泥盆紀階段更小，各剖面的下石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)空谷階厚度趨近相同（圖9）。另外，五個剖面在早石炭世—早二疊世空谷期階段的平均構(gòu)造沉降速率也較為相似（8～11 m/Ma，表1），說明晚古生代盆地的沉降—沉積充填在全區(qū)逐漸趨近一致。

從沉降速率的計算結(jié)果來看，貴港和桂林剖面的構(gòu)造沉降歷史表現(xiàn)較為一致，沉降曲線具有先陡后緩的兩段式特征（圖10a，b）。貴港剖面中，第一段（泥盆紀）的平均構(gòu)造沉降率25 m/Ma，構(gòu)造沉降量為1 502 m；第二段（石炭紀—早二疊世空谷期）的平均構(gòu)造沉降率為10 m/Ma，構(gòu)造沉降量944 m（表1）。桂林剖面中，第一段（泥盆紀）的平均構(gòu)造沉降率為19 m/Ma，構(gòu)造沉降量1 151 m；第二段（石炭紀—早二疊世空谷期）的平均構(gòu)造沉降速率為9 m/Ma，構(gòu)造沉降量為741 m（表1）。

相比之下，韶關(guān)、邵陽和漣源剖面均從中泥盆世開始發(fā)生構(gòu)造沉降，并接受沉積（圖10c～e）。韶關(guān)剖面的構(gòu)造沉降歷史（圖10c）也可劃分泥盆紀（構(gòu)造沉降率16m/Ma）和石炭紀—早二疊世空谷期（構(gòu)造沉降率8 m/Ma）兩個階段（表1）。邵陽剖面的總構(gòu)造沉降量為1545 m，泥盆紀構(gòu)造沉降速率為19 m/Ma，石炭紀—早二疊世空谷期構(gòu)造沉降速率為10 m/Ma（表1），形成先快后慢的兩階段沉降史（圖10d）。漣源剖面的總構(gòu)造沉降量為1697 m（表1），沉降曲線也可見明顯先陡后緩的兩段式（圖10e）：中泥盆世階段（49 m/Ma）和晚泥盆世—早二疊世空谷期階段（11 m/Ma）。

5 華南東部晚古生代構(gòu)造—沉積演化史

根據(jù)地層等厚圖、巖相圖的演化特點及盆地沉降歷史的階段性，可將華南東部晚古生代盆地的沉降—沉積充填歷史分為兩個階段。

第一階段為泥盆紀，盆地的構(gòu)造沉降幅度較大（平均沉降速率25 m/Ma），以盆地邊緣陸源碎屑沉積、盆地內(nèi)部碳酸鹽巖— 硅質(zhì)巖沉積為特色。武夷—云開造山運動結(jié)束后，華南東部大部分地區(qū)褶皺隆起成陸，僅桂南欽州地區(qū)保留了一個北東向楔形殘留盆地，盆地內(nèi)充填了志留紀深水沉積地層[23，26，70?71]。自早泥盆世開始，海水自欽州地區(qū)涌入華南大陸（圖3），由南依次向北東、北西方向逐漸擴展，至晚泥盆世達到高潮[19]。盆地沉積中心經(jīng)歷了從西往東、再往西的遷移過程，而盆地沉降中心始終保持在桂南欽州—南寧地區(qū)（圖3～5）。相比之下，閩浙贛大部分地區(qū)依然處于隆起剝蝕區(qū)。早泥盆世晚期滇黔桂地區(qū)出現(xiàn)了具有線狀分布、不對稱的硅質(zhì)巖—泥灰?guī)r欠補償深水區(qū)，并與孤立的碳酸鹽臺地一起，組成臺—盆相間分布、相互包圍的古地理景觀[63，72]。華南東部發(fā)育了一系列北東、北西向同生基底斷裂[17?18，26?27，40，69，73]，且桂南右江地區(qū)深水區(qū)見小規(guī)模基性巖漿噴發(fā)活動[18]。這些地質(zhì)現(xiàn)象表明泥盆紀同生基底斷裂及其伴生的拉張作用是引發(fā)滇黔桂地區(qū)臺盆相間分布的主要機制。

第二階段為石炭紀—早二疊世空谷期，盆地的構(gòu)造沉降幅度明顯減小（平均沉降速率10 m/Ma），以空谷期淺海碳酸鹽臺地全面覆蓋盆地為特色。早石炭世早期盆地范圍略有減小，早石炭世晚期—晚石炭世海域面積再次擴大，海水自西南向東北逐漸侵入閩浙贛地區(qū)，至早二疊世空谷期海侵達到最大高潮（圖6～8）。盆地沉積中心基本保持在桂北地區(qū)，盆地深水硅質(zhì)巖區(qū)也保持在桂南欽州地區(qū)，盆地范圍逐漸縮小[23，26]。滇黔桂地區(qū)臺盆相間分布的古地理景觀被改造，深水臺盆大部分因物質(zhì)充填而萎縮，盆地沉積物中碳酸鹽巖的含量明顯增加，而硅質(zhì)巖含量有所減少[20]。火山活動基本處于停滯狀態(tài)，僅閩北地區(qū)有少量巖漿活動[38?39]。桂南欽州地區(qū)深水硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的少量凝灰物質(zhì)[23，26，67]，可能和這次巖漿活動有關(guān)。綜合分析上述地質(zhì)現(xiàn)象，認為石炭紀—早二疊世空谷期盆地內(nèi)發(fā)生的構(gòu)造沉降活動規(guī)模較小，引發(fā)盆地沉降的動力機制主要來源于海平面升降、沉積負載和（或）氣候的變化，受構(gòu)造因素的影響較小。

值得一提的是，晚古生代氣候變冷始于晚泥盆世弗拉期—法門期之交[74]，而自早石炭世杜內(nèi)期開始，地球表層的各種勢力大量消耗大氣圈中的二氧化碳，海洋中的碳酸鹽沉積物快速堆積，地球進入全球性晚古生代大冰期[75?76]。受其影響，全球海平面自早石炭世開始全面下降[77]，高緯度地區(qū)發(fā)育大型冰川及冰磧巖沉積，低緯度地區(qū)發(fā)育以冰川控制的海平面變化所驅(qū)動的旋回性沉積[74]。從華南東部來看，陸源碎屑巖在泥盆紀時期的分布較廣，在石炭紀—早二疊世時期的分布則較為局限（圖3～5）。與之相對的是，在泥盆紀處于次要地位的碳酸鹽巖，自早石炭世開始逐漸成為華南海洋沉積物的主宰（圖6）。華南的這一沉積轉(zhuǎn)變，與泥盆紀溫暖氣候向石炭紀寒冷氣候的全球性轉(zhuǎn)變、泥盆紀陸源碎屑巖向石炭紀碳酸鹽巖的轉(zhuǎn)變等是一致的，說明華南晚古生代盆地第二階段（石炭紀—早二疊世空谷期）的沉降—沉積充填與當時的氣候變化有密切關(guān)系。

從古生代構(gòu)造演化來看，華南東部經(jīng)歷了志留紀武夷—云開造山垮塌，泥盆紀大型同生基底斷裂發(fā)育及伴生的盆地快速沉降、海域沉積范圍的擴展。一定程度上，志留紀造山垮塌應(yīng)該是泥盆紀同生斷層發(fā)育、盆地沉降的觸發(fā)機制，原因如下。第一，武夷—云開造山垮塌伴生的巖漿活動在時空上呈現(xiàn)西段早東段晚的穿時性[11]。泥盆紀華南東部的盆地沉降和沉積充填也呈現(xiàn)西部早、東部晚的特性，原屬造山帶東段的閩浙地區(qū)最后發(fā)生沉降和沉積充填（圖3～5），說明盆地沉降和造山垮塌具有步調(diào)一致的穿時性。第二，造山垮塌一般會將原逆沖褶皺帶活化，形成區(qū)域正斷層[6?7]。而華南東部泥盆紀盆地沉降的主控因素正是區(qū)域同生基底斷裂帶[17?18，26?27，73]。需注意的是，從全球超大陸演化角度來看，泥盆紀時期華南板塊正在從岡瓦納大陸東北緣裂離[36，78]，時間上和華南晚古生代盆地演化的第一階段重合。因此認為華南從岡瓦納裂離所產(chǎn)生的拉張作用也可能對盆地的早期沉降產(chǎn)生影響。

6 結(jié)論

（1） 早古生代武夷—云開造山運動結(jié)束后，華南東部形成一個晚古生代拉張型盆地，盆地范圍由南西向北東逐漸擴展，自早泥盆世開始發(fā)生沉降和沉積充填，至早二疊世空谷期盆地被海相碳酸鹽巖填滿。

（2） 晚古生代盆地的沉降—沉積充填歷史可分為兩個階段：第一階段為泥盆紀，盆地沉降主要受控于區(qū)域性拉張作用和同生基底斷裂的活動；第二階段為石炭紀—早二疊世空谷期，盆地沉降主要受控于氣候變化和盆地內(nèi)沉積物負載作用。

（3） 泥盆紀時期，區(qū)域性拉張作用和同生基底斷裂的活動與武夷—云開造山垮塌有密切關(guān)系，與華南從岡瓦納大陸的裂離作用也有一定關(guān)聯(lián)。

致謝 圖件處理和數(shù)據(jù)解釋得到了澳大利亞科廷大學李正祥教授、浙江大學林秀斌教授、香港大學張健教授的指導和幫助，審稿專家修改意見和建議對文章的改進也有極大幫助，在此一并致謝。涉及的剖面地層數(shù)據(jù)（附表1） 可在期刊官網(wǎng)或國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心下載。