贵州早二叠世碳酸盐岩地层古岩溶特征及对晚古生代冰期的响应

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二叠纪是地质历史中古地理、古气候和古海洋发生重要变化的一个转折期,冈瓦纳大陆冰盖的发育,使得全球古气候从泥盆纪的“温室地球”进入了石炭纪-二叠纪的“冰室地球。早二叠世是晚古生代冰期最鼎盛的时期,冰川覆盖了南方冈瓦纳大陆的大部分地区和北半球的高纬度地区。冈瓦纳冰川的扩张和消融导致了全球石炭纪-二叠纪高频率、大振幅的冰川型海平面变化和广泛分布的旋回沉积。最新研究表明,石炭纪-二叠纪冰室气候时期的大陆冰盖是由一系列不连续的冰期组成。因此石炭纪-二叠纪期间既存在高频低幅的海平面变化,也发育多次大幅度海平面下降。前者在华南地区已有研究证实,后者仍需要深入研究。早二叠世贵州南部地区地处上扬子被动大陆边缘,总体上构造相对稳定,并且发育较为连续的石炭-二叠纪碳酸盐岩沉积,沉积相类型十分丰富,是解读该时期海平面变化历史的最佳地区之一。本文在前人较精细的生物地层格架下,以贵州地区不同沉积相区普安龙吟剖面、紫云宗地剖面和紫云扁平剖面早二叠世地层的沉积相特征和古岩溶特征为主要研究内容,通过研究剖面沉积相垂向上的演化特征,分析当时的海平面变化,并且结合剖面上古岩溶的发育特征,识别出研究区的大幅度海平面下降事件,试图揭示全球早二叠世冰川事件在华南地区碳酸盐岩沉积区的沉积记录。普安龙吟剖面位于碳酸盐台地与陆源碎屑沉积分布区的交界处,在早二叠世地层中发育有开阔台地相、局限台地相、浅海陆棚相以及三角洲相四种沉积相类型。剖面沙子塘组下部由碳酸盐开阔台地相薄层生物碎屑泥晶灰岩和中厚层生物碎屑泥粒和粒泥灰岩构成,厚层灰岩中识别出四个岩溶角砾灰岩层,沙子塘组上部由开阔台地相生物碎屑泥晶灰岩组成。龙吟组下部为浅海陆棚相的深水沉积,中上部为三角洲相碎屑岩沉积。包磨山组由开阔台地相灰岩和浅海陆棚相泥岩组成,在开阔台地相灰岩识别出两个岩溶角砾灰岩层。紫云扁平剖面位于碳酸盐台地边缘高能沉积相带,在紫松阶主要为开阔台地环境,多次间隔台地边缘浅滩环境,在台地边缘浅滩相生物碎屑颗粒岩和泥粒岩中发育有溶蚀标志。隆林阶底部为溶蚀洞穴发育的台地边缘浅滩相沉积,向上变为台地边缘生物礁相-台前斜坡相-浅海陆棚相-开阔台地相。紫云宗地剖面位于碳酸盐台地相区,在早二叠世紫松-隆林阶以开阔台地相和台地边缘浅滩相沉积为主,两者并呈多次交替的变化,在多个浅滩相沉积中见有古岩溶作用标志。此外,在紫松阶中部和隆林阶下部夹有水体循环受阻的局限台地相沉积。受相对海平面下降影响,黔南浅水碳酸盐沉积发生了暴露、溶蚀及淡水淋滤作用过程。在地表受风化剥蚀作用及岩溶作用的强烈改造,岩层崩塌形成岩溶角砾岩;在大气成岩作用带,受淡水渗流和潜流作用及之后海侵改造作用的影响,形成溶蚀孔洞、孔洞方解石充填、溶蚀洞穴及洞穴堆积物等。依据沉积相演化特征和剖面古岩溶特征,识别出该区早二叠世碳酸盐岩地层中存在两期大幅度的海平面下降地层暴露事件,在地层中表现为沉积层反复暴露水面,发生多次古岩溶作用形成暴露面。第一期暴露事件发生在阿瑟尔期到萨克马尔早期,沉积特征表现为在普安龙吟剖面沙子塘组地层多次反复较长时间的暴露地表,遭受风化剥蚀形成岩溶垮塌角砾岩;扁平剖面紫松阶多个层位的生物碎屑灰岩中广泛发育的淡水淋滤溶蚀孔洞构造以及宗地剖面紫松阶地层沉积界面暴露,出现多次古岩溶事件,发育相应的古岩溶溶蚀特征。第二期暴露事件发生在萨克马尔晚期-亚丁斯克期,对应的古岩溶标志为普安龙吟剖面龙吟组碎屑岩地层以及包磨山组岩溶垮塌角砾岩;扁平剖面紫松阶顶部灰岩中溶蚀孔洞的亮晶方解石栉壳状构造和隆林阶地层的溶蚀洞穴充填构造,宗地剖面紫松阶顶部灰岩中的溶蚀孔洞和隆林阶岩溶垮塌角砾岩。研究区两期大幅度的海平面下降暴露事件主要发生在阿瑟尔期-萨克马尔早期和萨克马尔晚期-亚丁斯克期,与全球早二叠世两个不连续的冰期(P1和P2)发育的时间吻合。并与当时全球的冰期事件能很好地对应,对应于当时高纬度地区冈瓦纳大陆冰川的发育、低纬度地区欧洲和北美等地的海平面下降、旋回地层形成和碳氧同位素的正向偏移。
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