林成发：构造和气候因素对晚侏罗-早白垩世华北宣化盆地地层格架的控制作用【BR，2022】

发布时间：2022-05-09       阅读：4次

沉积地层是记录地球气候、构造和海平面变化这些外生作用以及沉积体系自生动态调整过程的绝佳载体。如何区分和提取盆地沉积地层中的外生作用和自生作用信号一直以来都是盆地分析领域的焦点问题，尤其是陆相盆地沉积记录对气候变化和构造活动如何响应。陆相盆地中，地层格架通常受控于可容纳空间变化（构造沉降以及湖水面升降引起）、汇水量供给变化（气候波动控制）以及沉积物供给量变化（盆地汇水面积、构造地形和地表径流变化引起）之间的平衡效应。因此，盆地地层格架形成于一个在不同时间和空间尺度上由构造活动和气候变化相互作用的动态平衡体系。以往的研究通常只关注其中某一个外生作用而忽略它们之间的复杂相互作用，导致对构造活动和气候变化同时发生的情况下，它们各自如何在不同的时空尺度下控制盆地地层格架的形成这一问题认识不清。

针对上述科学问题，我校求真群体博士后林成发博士、刘少峰教授及其合作者选择燕山构造带西段的小型山间盆地-宣化盆地开展详细的地层学、沉积学、物源分析和锆石U-Pb年代学工作，以“生长地层-生长构造”为突破口，对盆地中的晚中生代土城子组进行细致的解剖并探讨不同规模地层序列与构造活动和气候变化之间的成因联系。研究取得了新认识如下：

1、新报道的锆石U-Pb年代学数据表明土城子组的沉积时限为晚侏罗世-早白垩世早期（147-136 Ma）；

2、土城子组中-下部发育辫状河-河流三角洲-湖泊沉积体系，盆地沉积物来源于盆地东侧和西侧的基底地层。土城子组上部发育冲积扇沉积体系，物源来源于盆地南侧基底地层（图1）；

3、综合地层学、沉积学和物源分析结果，在土城子组内部识别出两个大型（80-240 m）向上变粗旋回（CU cyclothems），主要特征是沉积体系垂向上表现为进积的趋势（图1）。结合生长地层研究揭示向上变粗旋回的形成受控于盆缘逆冲活动，并建立宣化盆地的3阶段演化过程（图2）；

4、更细致的地层学和沉积学研究发现大型向上变粗旋回内部由多个小型（3-16 m）向上变细旋回（FU cyclothems）构成，这些小型旋回的沉积特征显示其形成过程经历早期的沉积体系进积、中期的湖泛和后期的快速湖退及暴露。在排除了自生作用、物源区的构造阻塞等可能的成因后，提出气候波动引起的降水量变化wet-dry cycle是形成向上变细旋回的机制，通过湖水面的快速涨落解释向上变细旋回的沉积特征和沉积过程（图3）；

该研究的主要亮点是通过“生长地层-生长构造”分析清楚地揭示了盆缘构造活动控制形成盆地内大型（>100 m）的特征性地层格架，并利用详细的沉积学分析和全盆地的地层对比工作确定了高频气候波动（降水量变化）控制了小型（<15 m）的地层格架，论证了构造活动和气候变化形成的不同尺度的地层序列如何排列组合和相互嵌套。取得的成果对于探讨低频和高频外生作用以及自生作用如何控制地层格架内部结构、展布特征、规模等影响油气资源和矿产资源分布规律的盆地参数具有重要的理论价值。

图1 宣化盆地晚中生代地层对比、沉积相组合展布、物源变化特征以及大型向上变粗旋回层

图2 宣化盆地晚中生代3阶段盆地演化

图3 宣化盆地小型向上变细旋回的沉积相应和晚中生代气候控制的盆地充填过程

上述研究成果发表在地质学国际权威刊物《Basin Research》上：Lin, C.-F*, Liu, S.-F., Tian, C., Zhuang, Q.-T., Li, R.-W., Tan, M.-J., Steel, R. 2022. Tectonic and climatic controls on the Late Jurassic-Early Cretaceous stratigraphic architecture of the Xuanhua basin, North China. Basin Research, 34(1): 190-219, doi: 10.1111/bre.12616. [IF2020=4.308]

全文链接：https://doi.org/10.1111/bre.12616