早古生代, 贵州中西部存在一个东西向的隆起带, 被称为“ 黔中隆起” , 它是早古生代区域性隆升事件的直接体现。“ 黔中隆起” 对贵州古生代地层、古地理与古地貌、构造与矿产均具有明显的控制作用, 一直受到众多学者的关注。然而, 关于“ 黔中隆起” 的研究仍存在很多争议, 如形成时间、机制及演化。最早有学者依据寒武纪— 奥陶纪间的沉积间断, 提出“ 黔中隆起” 形成于寒武纪末期。也有学者认为奥陶纪及志留纪地层缺失边缘相沉积, 提出黔中地区在加里东末期开始隆起(鞠天吟, 1999)。这些观点也随着寒武纪— 奥陶纪间连续沉积和志留统边缘相沉积的陆续发现而被否定。随着沉积学、古生物地层学的深入研究, 更多的学者认为除了陆上隆起外, “ 黔中隆起” 还经历了雏形和水下隆起的发展阶段(刘特明, 1987, 1989; 周希云, 1990; 戴新春和黄友庄, 1998; 鞠天吟, 1999; 陈旭等, 2001; 何熙琦等, 2005; 周明辉, 2005; 牛新生等, 2007; 邓新等, 2010; 尹琼, 2013)。“ 黔中隆起” 雏形、水下隆起和陆上隆起的时间节点也存在不同的认识。有学者认为“ 黔中隆起” 的雏形和水下隆起始于早寒武世或南华纪, 体现为黔中地区及其两侧沉积厚度的差异性(周希云, 1990)、翁昭地区南沱组的缺失及早震旦世浅滩相的沉积(何熙琦等, 2005)。基于早奥陶世沉积相分析、生物群的分异特征和寒武纪— 奥陶纪之间的接触关系, 也有学者认为黔中地区在早奥陶世形成水下隆起(戴新春和黄友庄, 1998; 刘伟等, 2011; 尹琼, 2013)。同时, “ 黔中隆起” 的陆上隆起起始时间也存在一定争议。前人普遍认为黔中地区大规模隆起成陆是都匀运动的产物, 始于中奥陶世(邓新等, 2010)或晚奥陶世— 早志留世(刘特明, 1989; 沈志达等, 1990; 周希云, 1990; 戴新春和黄友庄, 1998; 鞠天吟, 1999; 陈旭等, 2001; 何熙琦等, 2005; 牛新生等, 2007), 而广西运动只是对“ 黔中隆起” 的进一步加强和改造(周希云, 1990; 陈旭等, 2001; 邓新等, 2010; 刘伟等, 2011; 崔金栋, 2013)。也有学者以下志留统石牛栏组的出现作为“ 黔中隆起” 的开始(梅冥相, 1994)。目前, “ 黔中隆起” 形成的时间仍缺乏统一的认识。

铝土矿是一种特殊风化成因的沉积物, 其形成受多因素控制, 如古地理与古地貌(廖士范, 1990; 王俊达和李华梅, 1998; 雷志远等, 2013)、古气候(Price et al., 1997; Retallack, 2008; Yu et al., 2019)、古生态系统(Hao et al., 2010; 余文超等, 2012)等。早石炭世是贵州铝土矿形成的重要时期之一, 该时期铝土矿及含铝岩系主要分布于黔中、遵义、瓮安和福泉地区。大量的研究工作表明, 古地理和古地貌对贵州早石炭世铝土矿的沉积及成矿具有明显的控制作用, 最直接的体现为含矿岩系的分布和厚度变化特征(刘巽锋和秦典燮, 1988; 梅冥相, 1991; Ling et al., 2017; Weng et al., 2019)。然而, 前人对贵州早石炭世铝土矿及含铝岩系形成环境的认识却存在差异性, 如陆相的冲积扇环境(高道德, 1996)、潟湖(杨明德, 1989; 梅冥相, 1991; 莫江平和郦今敖, 1991)和浅水湖盆(陈群等, 2019)。也有学者通过少量海洋生物化石和碳酸盐岩透镜体的发现认为含铝岩系具有海相沉积特征, 其形成于近海湖泊和近海平原环境(刘平等, 2015)。值得注意的是, 前人关于黔中、遵义等地区古喀斯特地貌(如侵蚀、溶蚀洼地、溶蚀盆地等)控矿的认识却较为统一(刘巽锋和秦典燮, 1988; 杨明德, 1989; 梅冥相, 1991; 翁申富等, 2011; 刘平和廖友常, 2014)。因此, Ling等(2017)和Weng等(2019)根据铝土矿及含铝岩系形成的古地貌特征, 将其沉积环境大致划分为喀斯特盆地或喀斯特高地及平原。早二叠世也是贵州铝土矿形成的另一重要时期, 关于古地理和古地貌对黔北务正道地区铝土矿控制作用的研究也受到了国内学者的广泛关注, 但也存在较多争议。有学者认为黔北地区铝土矿形成环境为陆相的河流、湖泊或沼泽(刘平, 1993; 武国辉等, 2008; 殷科华, 2009; 潘忠华等, 2013; 金中国等, 2018), 也有学者认为是海相或过渡相的滨海沼泽、滨海海湾、潮坪或潟湖(雷志远和廖友常, 2007; 韩忠华, 2008; 张启明等, 2012)。近年来, 大量沉积学的研究表明, 滨岸湿地环境和喀斯特岩溶地貌更利于铝土矿的形成, 前人也根据大量钻孔和剖面资料绘制了黔北地区古地理图和大竹园矿区微地貌图(杜远生等, 2013, 2014, 2015; 雷志远等, 2013; Li et al., 2020)。由此可见, 贵州早石炭世和早二叠世古地理与古地貌的研究取得了许多进展和成果, 但主要限于铝土矿分布区, 缺乏整个贵州早石炭世和早二叠世古地理图。同时也缺少对贵州晚古生代古地理和古地貌演化及其与铝土矿耦合关系的系统认识。

晚古生代古地理和古地貌的演化与早古生代区域隆升事件和晚古生代海平面变化密切相关(梅冥相, 1991; 梅冥相等, 2005; 杜远生等, 2014; Weng et al., 2019; Yu et al., 2019; Li et al., 2020)。 贵州铝土矿与底板之间的不整合接触显示了“ 黔中隆起” 对贵州晚古生代古地理格局的重要性。 此外, 晚古生代是地球历史发展史中重要的转折期, 全球古地理、 古气候和古海洋均发生了显著变化, 其中以晚古生代冰期为最重要的深时气候事件。 除冈瓦纳大陆广泛发育的冰川活动外, 晚古生代冰期事件在全球范围内也具有不同的响应, 如高纬度地区发育冰川型沉积物(Isbell et al., 2003), 而在低纬度地区表现为海平面下降和生物圈、 古气候及碳、 氧同位素的变化(图1; Poulsen et al., 2007; Buggisch et al., 2011; Koch and Frank, 2011; Chen et al., 2013; Wang et al., 2013)。 在冈瓦纳冰川消融和增长响应下, 华南地区同期地层中具有明显的海平面升降变化(刘本培等, 1994; 李儒峰等, 1997; 郄文昆等, 2007; Chen et al., 2013; Wang et al., 2013; 严雅娟等, 2015; 武思琴等, 2016; Huang et al., 2017; Liu et al., 2017), 而这种变化也显著控制了贵州古地理与古地貌的演化, 与贵州铝土矿的形成具有耦合关系(Yu et al., 2019)。 综上所述, 早古生代“ 黔中隆起” 和晚古生代冰期事件带来的海平面变化的研究对系统认识贵州铝土矿的沉积古地理演化史具有重要的意义。 本研究通过野外踏勘、 区调资料收集和整理, 在前人研究基础上, 对“ 黔中隆起” 的形成时间、 暴露的控制因素等进行了再认识, 编制了贵州晚寒武世— 二叠纪重要地质历史时期的古地理图, 重新认识晚古生代古地理与古地貌演化史, 并揭示早古生代“ 黔中隆起” 、 晚古生代冰期、 古地理及古地貌与贵州铝土矿形成的耦合机制。

图 1

Fig.1

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 1 华南早石炭世— 晚二叠世海平面变化曲线与晚古生代冰期对比(绝对年龄及时间尺度据Cohen et al., 2013。华南海平面变化曲线据李儒峰等, 1997; 梅冥相等, 2002; 武思琴等, 2016; Huang et al., 2017。全球海平面变化曲线据Haq 和Schutter, 2008。晚古生代冰期划分据Fakes et al., 1992; Isbell et al., 2003; Buggisch et al., 2008)Fig.1 Relative sea-level changes in South China and Late Paleozoic glacial history(timescale according to Cohen et al., 2013. sea-level changes in South China and the globe according to Li et al., 1997; Mei et al., 2002; Wu et al., 2016; Huang et al., 2017 and Haq and Schutter, 2008, respectively. ice age after Fakes et al., 1992; Isbell et al., 2003; Buggisch et al., 2008)

贵州大地构造位置位于上扬子区, 主要发育近东西向、北东向、北北东向断裂, 西南部地区兼有北西向断裂(戴传固等, 2013)。志留纪末的广西运动使贵州全面隆升为陆, 遭受剥蚀夷平。随着早泥盆世大陆伸展裂陷开始, 海水由南部的广西侵入贵州裂陷盆地内, 形成北东向展布的陆相— 滨浅海相— 深水盆地相的沉积格局, 沉积分异受控于北西向的水城— 紫云— 南丹断裂。泥盆纪至早二叠世, 黔北地区普遍缺失沉积记录, 仅在务正道地区出露少量下石炭统黄龙组。贵州铝土矿主要的赋存层位为下石炭统九架炉组和下二叠统大竹园组, 分别出露于黔中、遵义地区和黔北务正道地区。黔中和遵义地区早石炭世含铝岩系与下伏的寒武系娄山关组白云岩或下奥陶统桐梓组白云岩假整合接触, 与上覆梁山组碎屑岩或栖霞组灰岩假整合接触。下二叠统大竹园组分布于黔北务正道地区, 其底部与下志留统韩家店组或上石炭统黄龙组假整合接触(雷志远等, 2013; 刘幼平等, 2016)。中二叠世至晚二叠世, 在海平面升降变化和区域性地壳抬升作用下, 贵州逐渐形成了北西向展布的陆相— 碳酸盐岩台地相— 深水盆地相的沉积格局。

本研究资料包括收集和野外地质调查两方面。收集的剖面资料来源于贵州省1︰5万、1︰20万和1︰25万区域地质调查成果, 共59条。在作者前期从事的区域地质调查和页岩气基础地质调查中, 实测、踏勘剖面20余条, 钻孔编录3口, 钻孔资料收集6口。在前人对贵州晚古生代区域性古地理研究的基础上, 通过大量资料的收集和本人野外地质剖面实测、踏勘和钻孔岩心编录, 编制并进一步细化贵州早石炭世至晚二叠世的古地理图。本研究的古地理编图方法采用定性岩相古地理研究中的优势相法, 即对地质调查的野外剖面或钻孔进行沉积学分析, 判别其岩相或沉积相, 确定该地区典型沉积相并以此作为优势相, 通过点— 线— 面的工作方法形成区域古地理图。

泥盆纪, 贵州中部及北部地区暴露地表并遭受广泛的剥蚀, 最直接的体现是早石炭世黔中地区发育的喀斯特地貌(梅冥相, 1991; 雷志远等, 2013; 刘平和廖友常, 2014; Ling et al., 2017; 朱永红等, 2018)。石炭纪至早二叠世, 贵州继承了泥盆纪“ 南海北陆” 的古地理格局, 黔中及黔北地区继续暴露并遭受剥蚀, 为贵州铝土矿的形成提供了物质和保存条件(梅冥相, 1991; 余文超等, 2014; 杜远生等, 2015)。该时期, 在晚古生代冰期影响下, 全球海平面具明显的升降变化(图 1; Poulsen et al., 2007; Buggisch et al., 2011; Koch and Frank, 2011)。碳酸盐岩地层序列、古喀斯特暴露特征、碳同位素变化及碎屑岩沉积体系也记录了华南地区多次海平面变化的旋回性(刘本培等, 1994; 李儒峰等, 1997; Buggisch et al., 2011; Ueno et al., 2013; Wang et al., 2013; 严雅娟等, 2015; 武思琴等, 2016; Huang et al., 2017; Liu et al., 2017)。海平面的大幅度升降是控制贵州石炭纪— 早二叠世古地理与古地貌演化的一个重要因素。然而, 贵州石炭纪至早二叠世所继承的“ 南海北陆” 古地理格局和喀斯特地貌并不是由单一的海平面变化所致。黔中隆起的形成及演化与贵州中部及北部地区大范围暴露地表密切相关。

4.2 早石炭世杜内期古地理

早石炭世杜内期, 贵州海平面小幅度上升, 但该次海侵事件并未对古地理格局造成明显的改变, 黔中和黔北地区由于地势较高, 仍处于暴露剥蚀状态而缺失沉积物(图 3)。

图 3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 3 贵州早石炭世杜内期古地理图Fig.3 Early Carboniferous Tournaisian palaeogeographic map for Guizhou Province

杜内末期的海退事件则使海水退至赫章发达— 六枝— 紫云— 惠水— 独山— 荔波一线附近。在杜内期, 该线以南的地区发育以灰岩为主的台地相汤耙沟组。受控于水城— 紫云— 南丹— 柳州裂陷槽, 在水城— 关岭— 紫云— 望谟— 罗甸地区则发育砾屑灰岩、泥灰岩和硅质岩为主的斜坡— 深水盆地相沉积(睦化组)。在靠近古陆边缘的龙里— 都匀南部— 独山雪花洞— 荔波尧抑地区发育滨海相沉积, 岩性以砂岩、石英砂岩和灰岩为主, 夹碳质泥(页)岩, 平面上呈长条状展布, (独山型汤耙沟组; 贵州省地质调查院, 2017)。在龙里地区可见含铝岩系和铝土矿(即所谓的“ 丰源层” 铝土矿), 顶、底板分别为汤耙沟组灰岩和祥摆组碎屑岩。

4.3 早石炭世维宪期古地理

早石炭世维宪早期, 海平面持续下降, 贵州威宁、安顺、惠水、都匀、独山、荔波、从江等地区普遍沉积一套海陆交互相的煤系地层(祥摆组), 岩性为灰白至灰黑色中厚层、厚层细至中砂岩、石英砂岩, 夹泥岩、碳质页岩及煤层, 化石稀少, 与下伏碳酸盐岩平行不整合接触。此时的碳酸盐岩台地范围明显缩小, 斜坡— 深水盆地内的沉积物转变为碳质泥(页)岩、硅质岩(打屋坝组)(图 4)。

图 4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 4 贵州早石炭世维宪期古地理图(喀斯特漏斗、洼地的划分据刘平和廖友常, 2013, 2014; 陈庆刚等, 2016; 朱永红等, 2018)Fig.4 Early Carboniferous Visean palaeogeographic map for Guizhou Province(karst bottomland and doline according to Liu and Liao, 2013, 2014; Chen et al., 2016; Zhu et al., 2018)

维宪期, 受海侵事件影响, 过渡相区逐渐向碳酸盐岩台地转变, 沉积物以中厚层泥晶灰岩、生物屑灰岩为主(旧司组、上司组)。维宪期, 黔中地区结束了沉积缺失的历史, 出现喀斯特高地和喀斯特平原的古地貌, 断续发育铝铁质岩系(九架炉组)。铝铁质岩系在平面上呈不规则状展布, 向东延伸至凯里上寨, 北至遵义, 西临赫章黄河, 厚度变化大。作者依据前人报道的铝土矿点划分出遵义、息烽、修文、清镇、瓮安、福泉等地的岩溶漏斗及洼地古地貌, 在地势高的区域则表现为沉积间断。

4.4 早石炭世谢尔普霍夫期— 晚石炭世古地理

早石炭世谢尔普霍夫期— 晚石炭世, 海侵范围逐渐扩大, 贵州南部和北部地区分别受到2个不同方向海水的侵入。华南海海水由南向北侵入到达毕节、修文、贵定、三都、榕江、黎平一带, 在其南部地区大量发育碳酸盐岩并保存于不同沉积相区中(图 5)。在台地相区, 自下而上分别沉积以白云岩、灰岩、瘤状灰岩为主的摆佐组、黄龙组、马平组。威宁组代表了礁滩相沉积, 呈条带状分布于台地边缘地区。在斜坡— 盆地相区, 发育灰黑色薄至中厚层灰岩为主的南丹组。在该时期海平面不断上升过程中, 也伴随了多次小规模的海退事件, 黔南地区黄龙组与马平组之间的平行不整合面即是对区域海退事件的响应。

图 5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 5 贵州早石炭世谢尔普霍夫期— 晚石炭世古地理图Fig.5 Early Carboniferous Serpukhovian-Late Carboniferous palaeogeographic map for Guizhou Province

晚石炭世, 上扬子海湾的海水由北向南侵入黔北务正道地区, 形成一个开口向北的半封闭海湾, 主要发育局限台地相和开阔台地相的沉积, 岩性以灰岩、生物屑灰岩为主。而该海湾的东南西三面均为地势相对较高的剥蚀区。卡西莫夫中期以后, 海水逐渐退出务正道地区, 该地区进入风化剥蚀阶段, 黄龙组灰岩遭受不同程度的风化剥蚀, 在部分地区形成岩溶洼地(杜远生等, 2013; 黄兴等, 2013)。

4.5 早二叠世阿瑟尔期— 亚丁斯克期古地理

本研究根据铝土矿点资料绘制了黔北务正道地区古地理图, 对普安地区下二叠统龙吟组的沉积相进行了重新认识。考虑到黔北务正道和黔南地区古地理演化的区域差异性, 分别对该时期黔北地区和黔西南地区古地理演化进行论述。

早二叠世阿瑟尔期— 亚丁斯克期, 上扬子海湾海平面大幅度下降, 黔北剥蚀区域向北扩增, 石炭系广泛暴露, 遭受风化剥蚀, 仅在低洼处残留石炭纪沉积(杜远生等, 2015)。亚丁斯克早期, 黔北地区从陆表海过渡到陆相, 半封闭海湾中有淡水的输入, 可能会出现咸化湖泊。亚丁斯克中晚期, 突发海侵和缓慢海退事件使务正道地区出现海陆交互的沉积环境, 如滨岸湿地等。而频繁的海侵与海退作用也使沉积物被进一步的改造, 利于黔北地区铝土矿的形成(黄兴等, 2013; 杜远生等, 2015)。

早二叠世萨克马尔期, 华南海海平面大幅度下降, 黔南和黔西南地区海域向南萎缩(图 6)。亚丁斯克期, 盘县、威宁、六盘水等地区下二叠统遭受暴露和剥蚀, 表现为马平组顶部暴露特征及其与上覆地层(梁山组)平行不整合接触。普安龙吟、晴隆花贡、水城花嘎等地区接收大量陆源碎屑物质, 形成小范围的三角洲沉积体系, 从南向北龙吟组砂岩逐渐减少。随着亚丁斯克期海平面的上升, 黔西南地区碎屑岩为主的沉积(龙吟组)逐渐过渡为灰岩与碎屑岩的组合(包磨山组)。此时, 海域面积可能扩增至盘县、水城等地区, 形成台地相的灰岩夹碎屑岩的沉积, 保存于平川组中。而台缘— 盆地相沉积仅见于册亨— 贞丰— 紫云— 望谟— 罗甸以南地区。值得注意的是, 水城— 紫云— 南丹裂陷槽对该时期三角洲及盆地相沉积的分布范围具有明显的控制作用。

图 6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 6 贵州早二叠世阿瑟尔期— 亚丁斯克期古地理图(半封闭海湾划分据杜远生等, 2013; 雷志远等, 2013; 黄兴等, 2013; 杜远生等, 2014。铝土矿矿床、矿点据刘平和廖友常, 2013)Fig.6 Early Permian Asselian-Artinskian palaeogeographic map for Guizhou Province(semi-enclosed bay according to Du et al., 2013; Huang et al., 2013; Lei et al., 2013; Du et al., 2014; bauxite deposits(ore spots)according to Liu and Liao, 2013)

4.6 早二叠世亚丁斯克末期古地理

早二叠世亚丁斯克末期, 贵州“ 南北分异” 的古地理格局结束, 海平面的上升形成了广泛分布的滨海沼泽相沉积的含煤岩系(图 7)。由南向北, 梁山组砂岩逐渐减少, 泥岩逐渐增多。在威宁金钟、六盘水德坞、烂坝、加开及毗邻云南省的宣威格学一带, 其厚度大于100 m, 其余地区厚度约为10~20 m(贵州省地质调查院, 2017)。梁山组厚度的变化也间接反映了黔中和黔北地区在经历晚石炭世— 早二叠世的风化剥蚀后, 地貌呈现为准平原。本研究主要依据贵州省区调剖面的收集, 首次绘制了该时期贵州的古地理图。

图 7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 7 贵州早二叠世亚丁斯克末期(梁山组沉积时期)古地理图Fig.7 Latest Artinskian of Early Permian palaeogeographic map for Guizhou Province

4.7 早二叠世空谷期— 中二叠世古地理

早二叠世空谷期— 中二叠世, 大规模海侵事件开始, 海水完全淹没贵州, 大部分地区为浅水碳酸盐岩台地沉积, 发育生物屑灰岩和白云岩(图 8)。在台地边缘发育海绵生物礁灰岩和颗粒灰岩(梅冥相等, 2002; 焦大庆等, 2003; 孟庆芬和邓军, 2003)。而在紫云南部、望谟、罗甸地区, 主要为一套以斜坡— 盆地相的沉积, 沉积物以泥岩、灰岩和硅质岩为主的。对碳酸盐生产工厂的研究显示, 中二叠世罗德期— 卡皮敦早期, 台地在黔南地区出现萎缩, 台地边缘被淹没(孟琦等, 2018)。

图 8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 8 贵州早二叠世空谷期— 中二叠世古地理图(据贵州省地质调查院, 2017; 修改)Fig.8 Early Permian Kungurian-Middle Permian palaeogeographic map for Guizhou Province(modified from Guizhou Geological Survey, 2017)

4.8 晚二叠世吴家坪期古地理

晚二叠世吴家坪期, 受区域性隆升和大规模海退事件影响(He et al., 2003; Kofukuda et al., 2014), 贵州接收大量陆源碎屑物质(Yang et al., 2015; 于鑫等, 2017; Deng et al., 2020), 形成北西向南东依次为陆相— 海陆交互相— 海相沉积的古地理格局(图 9)。大致以盘县— 水城大树脚— 毕节为界, 其西部为发育河流、湖泊沉积的陆相区, 沉积物以粉— 细砂岩和泥岩为主。宣威组可见明显的河流二元结构, 即下部的河道沉积和上部的天然堤、决口扇和洪泛平原, 天然堤中富含植物化石。该相区向东至贞丰— 关岭— 修文— 开阳— 正安一线为潮控三角洲沉积的海陆交互相区, 沉积以粉— 细砂岩、泥岩和灰岩为主的含煤岩系(龙潭组)。龙潭组中发育潮汐层理, 局部可见冲刷面, 由西向东灰岩夹层增多。贵州吴家坪期海相区包括碳酸盐岩台地和斜坡— 深水盆地, 其中碳酸盐岩台地覆盖了黔北、黔东、黔中和黔南的大部分地区, 沉积物主要为灰岩。仅在册亨— 关岭— 紫云— 望谟的南部地区沉积斜坡— 深水盆地相的领薅组, 沉积物由灰岩、砂岩、泥岩和硅质岩组成, 具浊积岩沉积特征。本研究绘制了贵州晚二叠世吴家坪期古地理图, 也进一步细化了岩相界限。

图 9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 9 贵州晚二叠世吴家坪期古地理图Fig.9 Late Permian Wuchapingian palaeogeographic map for Guizhou Province

4.9 晚二叠世长兴期古地理

晚二叠世长兴期, 海侵范围逐渐扩大, 过渡相区的陆源碎屑沉积范围缩小, 而碳酸盐沉积面积向贵州北西扩大(图 10)。长兴中— 晚期, 海平面开始下降, 在台地上持续沉积长兴组灰岩、燧石灰岩, 而在低洼部位沉积以硅质岩为主的大隆组。此外, 长兴期也是晚古生代生物礁生长的主要时期, 生物礁呈狭窄的条带状断续分布于台地边缘附近(范广慧等, 2016)。

图 10

Fig.10

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 10 贵州晚二叠世长兴期古地理图Fig.10 Late Permian Changhsingian palaeogeographic map for Guizhou Province

贵州早石炭世和早二叠世的铝土矿主要集中在黔中、遵义和黔北地区, 而铝土矿分布的区域性与其形成时期的古地理与古地貌密切相关(韩忠华, 2008; 殷科华等, 2009; 杜远生等, 2013, 2014; 雷志远等, 2013; 崔滔等, 2014; Ling et al., 2017; Weng et al., 2019; Li et al., 2020)。早志留世形成的“ 黔中隆起” 明显奠定了贵州晚古生代古地理与古地貌演化的基础, 晚古生代冰期的海平面变化对贵州古地理演化具重要的影响, 特别是早石炭世和早二叠世的古地理和古地貌。

早志留世中— 晚期, “ 黔中隆起” 的形成使贵州中部和遵义地区大幅度抬升并暴露地表, 结束了贵州均为海域的古地理格局, 该区域开始进入风化剥蚀阶段。至早石炭世, 持续而强烈的地表风化剥蚀使该区域中奥陶世至早石炭世杜内期地层剥蚀殆尽, 为铝土矿的形成提供了物质条件。基底为风化剥蚀残留的寒武系娄山关组和下奥陶统桐梓组白云岩, 在喀斯特作用下, 遵义地区形成喀斯特漏斗和峡谷(Weng et al., 2019), 而黔中清镇— 修文地区则形成喀斯特洼地, 总体呈现 “ 南低北高” 的古地貌格局。早石炭世维宪期, 贵州位于赤道附近(Zhu et al., 1998), 为热带辐合带的湿热气候, 具有降雨量大的特征, 含铝岩系的高CIA值(> 90)和τ _Na值(< -0.86)也指示了强烈的化学风化作用和高年平均温度(20~23 ℃, Yu et al., 2019)。这为黔中和遵义地区铝土矿的初始成矿物质的形成提供了有利的古气候条件。早石炭世维宪期古地理和古地貌对黔中和遵义地区含铝岩系的分布和厚度具有重要的控制作用。在黔中地区, 含铝岩系形成于喀斯特平原的洼地中, 其厚度变化相对稳定, 约3~10 m。而在遵义地区, 含铝岩系则形成于喀斯特高地的漏斗和峡谷中, 其厚度为10~100 m, 具有快速变化的特征。由此可见, 含铝岩系的厚度明显受控于喀斯特负地貌的深度, 而导致地貌形态差异性发育的因素可能是喀斯特地貌区远离海岸线而具有高地下水位(Yu et al., 2019)。在晚古生代冰盖消长的影响下, 贵州早石炭世维宪期的气候产生波动并导致降雨量变化, 从而引起地下水位发生旋回性波动。由于黔中和遵义地区在该时期靠近古海岸线, 晚古生代冰期造成的海平面升降变化也很可能会影响该区域地下水位的波动(Nicholls and Cazenave, 2010; Rotzoll and Fletcher, 2012)。这种地下水位的波动性对于初始的成矿物质具有重要的改造作用, 决定了铝土矿的类型和品位。在低地下水位条件下, 早期堆积的风化物质具有更强的排水能力和氧化性, 而这种强烈的淋滤作用有利于铝土矿的形成。经旋回性淋滤改造, 在黔中和遵义地区分别形成长条状、长透镜状和漏斗状的高品位多孔状或碎屑状铝土矿。此类铝土矿具有高Al、Ti和低Si、K、Na、Mg的特征, 矿物成分以硬水铝石为主。与之相反, 地下水位相对较高时形成铝土质黏土岩或致密状铝土矿, 其矿物成分以伊利石为主(Weng et al., 2019; Yu et al., 2019)。它们与多孔状或碎屑状铝土矿形成旋回层, 单旋回层内具“ 一黑一白” 的特征(杜远生等, 2015)。晚密西西比亚纪的海侵事件的到来也标志着铝土矿形成的结束。

晚石炭世, 贵州基本继承了早石炭世的古地理格局, 整体上仍表现为“ 南海北陆” 。晚石炭世至早二叠世, 在晚古生代冰期与间冰期的影响下, 全球海平面发生明显的升降变化, 包括华南地区(刘本培等, 1994; 李儒峰等, 1997; 梅冥相等, 2004; 郄文昆等, 2010; Buggisch et al., 2011; 严雅娟等, 2015; 武思琴等, 2016; Huang et al., 2017)。晚石炭世巴什基尔中期— 卡西莫夫中期, 海水由北向南侵入黔北务正道地区, 沉积黄龙组灰岩。晚石炭世卡西莫夫中期— 格舍尔期, 晚古生代第3次主冰期导致贵州海平面多次大幅下降, 黔北部分地区暴露地表并使前期沉积的灰岩遭受剥蚀, 在喀斯特作用下形成不连续分布的喀斯特洼地(杜远生等, 2015; Yu et al., 2019)。早二叠世阿瑟尔期— 亚丁斯克期全球进入了盛冰期(Isbell et al., 2003; Shi and Waterhouse, 2010; Buggisch et al., 2011; Liu et al., 2017), 在海平面高频升降变化下, 黔北务正道地区准平原化地貌趋于成熟并形成开口向北的半封闭海湾, 在海湾周围的东、南、西方向共同为滨岸湿地、近岸平原、黔北平原及黔东南山地所围(黄兴等, 2013; 雷志远等, 2013; 杜远生等, 2015)。大量沉积古地理的研究显示大竹园组含铝岩系分布在滨岸湿地和半封闭海湾中, 但2种环境内的铝土矿厚度和品质具有较大的差异性。在半封闭海湾中主要发育致密状铝土矿, 滨岸湿地则以土状半土状铝土矿、碎屑状和豆鲕状铝土矿为主(杜远生等, 2014)。黔北地区大竹园矿区微地貌恢复也指示滨岸湿地内的喀斯特洼地是优质铝土矿的主要形成环境(Li et al., 2020)。大量钻孔岩心和地球化学元素质量平衡计算均反映铝土矿的形成及其品质受准同生和后生的淋滤作用控制(余文超等, 2013; 张莹华等, 2013; Li et al., 2020)。与务正道地区大竹园组含铝岩系底部黏土岩高B含量不同的是, 优质型铝土矿、铝土质黏土岩或致密状铝土矿中B含量具有陆相和过渡相环境的特征(崔涛等, 2013)。此外, 大量与陆表相关的生物标志物和燃烧成因PAHs(多环芳烃化合物)的发现也都显示出地表暴露的存在(余文超等, 2012, 2013)。由此可见, 滨岸湿地确实存在间歇性的暴露, 可发生强烈的陆表淋滤作用。此外, 晚古生代冰盖的消长也通过改变海平面和气候变化而使地下水位发生变化, 这对铝土矿的品质也具有重要的控制作用, 如高地下水位时的弱排水能力不利于活动元素的迁移和高品质铝土矿的形成(Bá rdossy and Aleva, 1990; Yu et al., 2019)。因此, 贵州早二叠世铝土矿的形成与晚古生代冰期之间存在明显的耦合关系(图 1)。

综上所述, 黔中、遵义地区早石炭世和黔北务正道地区早二叠世含铝岩系的分布和厚度受控于古地理和古地貌, 而这样有利的铝土矿成矿环境又受控于晚古生代冰期和间冰期所带来的海平面变化。而这种变化也是控制铝土矿品质的主要因素。在古地理与古地貌控矿上, “ 黔中隆起” 的形成及演化扮演了重要的角色。它奠定了晚古生代古地理和古地貌演化的基础, 主要体现在黔中和遵义地区早石炭世含铝岩系的形成。而在前期古地理和古地貌演化的基础上, 晚古生代冰期与间冰期交替引起的海平面变化使黔北务正道地区间歇性暴露地表并形成喀斯特化地貌, 残坡积物向洼地搬运并沉积, 通过淋滤作用最终形成铝土矿。

1)晚寒武世至早志留世早— 中期, 毕节等地区出露的少量早奥陶世陆源碎屑岩不是“ 黔中隆起” 的产物, 毕节— 金沙— 遵义一线附近并无明显的与“ 黔中隆起” 相关的古陆边缘相沉积。早志留世中— 晚期, 黔北地区广泛沉积潮坪相的韩家店组碎屑岩, 意味着“ 黔中隆起” 的真正形成, 黔中和遵义地区开始进入长期而强烈的风化剥蚀阶段。

2)早古生代的区域隆升事件与海平面变化是控制贵州晚古生代古地理与古地貌演化的重要因素。“ 黔中隆起” 的形成与演化明显控制了黔中和遵义地区早石炭世古地理及古地貌的发展, 形成喀斯特洼地、漏斗和峡谷, 为铝土矿提供了物质条件和成矿场所。晚古生代冰期和间冰期带来的海平面和气候的变化则改造初始成矿物质, 影响了铝土矿的类型和品质。因此, “ 黔中隆起” 和晚古生代冰期与贵州早石炭世铝土矿的形成具有明显的耦合关系。在石炭纪古地理和古地貌演化的基础上, 受晚古生代冰期和间冰期带来的海平面升降变化的影响, 黔北务正道地区在早二叠世形成有利于铝土矿成矿的滨岸湿地环境和洼地地貌, 在高频的海平面升降变化下, 通过强烈的淋滤作用改造初始成矿物质并形成高品位铝土矿。贵州早二叠世铝土矿的形成和晚古生代冰期具有明显的耦合关系。

(责任编辑 李新坡; 英文审校 徐 杰)