【摘要】：橫亙于我國東部地區(qū)的大別造山帶,是中央造山帶的重要組成部分,出露大規(guī)模的高壓-超高壓變質巖,為國際上大陸深俯沖和超高壓變質巖研究的經(jīng)典區(qū)域。通過幾十年的研究,目前已經(jīng)在大陸深俯沖、陸陸碰撞、超高壓變質巖的折返、盆山耦合等方面取得了一系列成果。但是,對于大別造山帶古生代的構造演化歷史尚缺乏比較深入的研究,對古生代的古構造和古地理的認識還不夠深入,觀點上也還存在爭議。北淮陽地區(qū)石炭系作為大別山北緣古生代唯一未變質或輕微變質的沉積地層,記錄了造山帶古生代盆地的發(fā)展歷史、沉積環(huán)境和古地理特征,記錄了物源區(qū)信息以及造山帶古生代的構造演化過程。本文通過詳細的野外地質調查,綜合運用巖相學、巖石學、重礦物、地球化學和碎屑鋯石年代學方法,對大別山北緣石炭系碎屑巖進行了系統(tǒng)的沉積環(huán)境、沉積相和物源分析,建立和恢復北淮陽地區(qū)古生代的構造古地理格局,并在此基礎上對大別造山帶古生代的演化模式提供制約。研究區(qū)石炭系總厚度約為2400m,分為上、下統(tǒng),下石炭統(tǒng)包括花園墻組、楊山組和道人沖組；上石炭統(tǒng)包括胡油坊組、楊小莊組和雙石頭組。花園墻組主要由碎屑巖組成,出露于河南段集柳林灣一帶,具有晚泥盆世色彩,未見底,厚度大于337m；楊山組以粗碎屑巖為主并含多套煤層,出露于楊山煤礦及段集石門口等地區(qū),與花園墻組不整合接觸,厚度約367m；道人沖組主要由碎屑巖和少量碳酸鹽巖組成,出露于段集二道河和道人沖地區(qū),含多種海相生物化石,厚度約為428m；上統(tǒng)胡油坊組主要為細碎屑巖,分布范圍最廣,分為東西兩側,西側分布于汪橋-郭窯一帶,東側主要分布于雷店子-五尖山地區(qū),含植物化石,多與上覆地層不整合接觸,厚度超過770m；楊小莊組主要為碎屑巖并夾少量煤層,分布于商城王坳和蘇仙石等地,含劣質煤層。雙石頭組主要由碎屑巖和碳酸鹽巖組成,出露于商城王坳地區(qū),上部發(fā)生大理巖化,未見頂,與下伏楊小莊組呈不整合接觸,厚度約為300m。根據(jù)研究區(qū)石炭系巖石組合類型和沉積特征,共劃分出16種巖相類型,分別為基質支撐塊狀礫巖相、基質支撐層狀礫巖相、碎屑支撐塊狀礫巖相、碎屑支撐層狀礫巖相、層狀礫巖相、塌積角礫巖相、板狀交錯層砂巖相、水平層狀砂巖、粒序砂巖相、沙紋狀細砂巖相、低角度交錯層砂巖相、沖槽充填砂巖相、火焰狀構造泥巖粉砂巖相、層狀泥巖粉砂巖相、似球狀泥質粉砂巖相和煤層等非碎屑巖相。綜合各類相標志將研究區(qū)劃分出11種沉積相和6類沉積體系,包括沖積扇相、扇三角洲相、辮狀河道三角洲相、淡水湖泊相、湖泊三角洲相、深水濁積扇相、礫質辮狀河相、砂質辮狀河相、障壁型濱岸相、無障壁型濱岸相和混積臺地相,它們分別隸屬于沖積扇沉積體系、三角洲沉積體系、湖泊沉積體系、河流沉積體系、碎屑濱岸沉積體系和濱淺海沉積體系。并在楊山組首次發(fā)現(xiàn)了砂壩沉積。粒度分析和礫石組構分析反映石炭系各組具有不同的沉積環(huán)境特征,根據(jù)沉積相組合特征提出3種沉積模式,分別為無障壁海岸-濱淺海局限臺地沉積模式、沖積扇-扇三角洲-潮坪瀉湖濱岸沉積模式、河流-三角洲-湖泊-深水濁積扇沉積模式。石炭紀早期和晚期古地理構造格局發(fā)生改變,出現(xiàn)兩個不同階段的沉積演化。早石炭世花園墻組為淺海-濱淺海沉積,后期受早海西期構造運動影響,整體抬升,并由濱淺海逐漸轉變?yōu)闂钌浇M海陸過渡相,且發(fā)育有磨拉石建造及含煤沉積；早石炭世晚期道人沖組發(fā)生短期大規(guī)模海侵,為濱淺海沉積,海相化石種類與秦嶺-祁連地區(qū)相似；晚石炭世胡油坊組受拉張構造背景影響,發(fā)生大規(guī)模區(qū)域性裂陷,多發(fā)育山間斷陷湖盆和深水濁積扇沉積；楊小莊組為海陸過渡沉積并含煤層,與華北南部晚古生代海侵成煤特征相似；至晚期雙石頭組遭受大規(guī)模海侵,由早期碎屑濱淺海沉積轉變?yōu)榫窒尢妓猁}巖臺地沉積。石炭紀整體經(jīng)歷了由海相→海陸過渡→海相→陸相→海陸過渡→海相的沉積演化過程。沉積環(huán)境演化及古生物特征指示北淮陽地區(qū)與華南及華北地區(qū)在石炭紀已經(jīng)連為一體,且海域相通,處于同一個生物區(qū)系范圍內,中間不存在分隔性大洋。砂巖碎屑組分、重礦物組分特征及地球化學特征顯示石炭系物源類型主要包括：沉積巖、低級變質巖和酸性巖漿巖,主要來源于穩(wěn)定克拉通邊緣、再旋回造山帶、變質基底和巖漿弧。楊山組礫巖的碳酸鹽巖礫石中含有安徽日射珊瑚比較種Heloilites cf.Anhuiensis、晚奧陶世牙形石化石Panderodus gracilis Branson etMehl.、志留紀-泥盆紀介形類Kirkbyella sp.；胡油坊組礫巖的礫石成分主要為沉積巖和變質巖,表明物源主要為揚子陸塊早古生代沉積地層,以及變質結晶基底和中酸性侵入巖。微量元素地球化學特征反映石炭系物源區(qū)源巖為大陸島弧構造背景,與秦嶺早古生代島弧屬性相近。石炭系6個砂巖樣品(392顆碎屑鋯石)分析表明,砂巖碎屑鋯石年齡組成主要包括三部分,其中峰值為400～485Ma屬于早古生代年齡(約60%),部分為900-1000Ma的中新元古代年齡(約30%),及少量1800-2300Ma的古元古代年齡(少于10%),反映其物源組成主要來自北秦嶺中古生代的島弧,以及揚子中新元古代基底,少量來自古元古代基底。綜合各類物源分析結果,研究區(qū)石炭系物源主要來自揚子早古生代沉積蓋層、北秦嶺中古生代的島弧、揚子中新元古代基底,少量來自古元古代的變質基底。但是,砂巖碎屑鋯石年齡組成表明,晚石炭世末期物源區(qū)發(fā)生明顯變化,雙石頭組碎屑巖物源主要為揚子中新元古代基底,缺失北秦嶺中古生代的島弧物源。這些表明北淮陽地區(qū)石炭系早期物源以早古生代地質體為主,其次為中新元古代基底,末期僅以揚子中新元古代基底為主。古水流分析指示沉積物主要來自西南方向。鋯石微量元素和稀土元素特征顯示,研究區(qū)石炭系碎屑鋯石的U/Yb平均值為1.61,指示物源區(qū)地質體均為陸殼來源,未發(fā)現(xiàn)洋殼物質,暗示大別山地區(qū)早古生代不一定存在洋盆,這不同于秦嶺造山帶。
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【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P534.4
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本文編號：2276441