中国西南部上扬江地块晚埃迪卡拉纪至早寒武纪的构造-沉积格局：对泛大陆解体过程的影响

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Late Ediacaran to early Cambrian tectono–depositional pattern of the western upper Yangtze Block, SW China: Implications for the break-up of the Pannotia supercontinent

沉积记录揭示的泛大陆裂解过程研究。通过岩性、沉积、测井及同位素数据，划分Mianyang-Changning内克拉通凹陷三个构造单元，关联三阶段裂解事件。

　　

宋金民|金鑫|李志武|张本健|赵玲丽|丁毅|杨迪|叶月豪|王涵|邓豪爽|王斌|薛建民|刘树根

中国成都理工大学油气水库地质与勘探国家重点实验室

摘要

关于潘诺蒂亚超级大陆分裂的沉积记录很少被报道。最近在上扬子地块的四川盆地西部发现了从晚埃迪卡拉纪到早寒武纪的绵阳-长宁克拉通凹陷，这可能提供更详细的信息。通过岩石学、沉积学、测井响应、地震数据解释和δ¹³C变化的分析，在该凹陷中划分出了三个地层单元：晚埃迪卡拉纪的Deng–3和Deng–4段，以及最下部的寒武纪Maidiping组。三个不同的伸展阶段与凹陷的演化过程相关，这通过厚度变化和相组合得到了证实。第一次伸展事件发生在晚埃迪卡拉纪（约5.48–5.41亿年前），导致凹陷的北部和中部打开。第二次最大规模的伸展事件发生在早寒武纪的特伦纽维安期（5.41–5.21亿年前），使凹陷的南部分离。第三次伸展事件直到早寒武纪第三阶段（5.21–5.14亿年前）才开始，引发了大规模的沉降和扩张。这些伸展事件被认为标志着潘诺蒂亚超级大陆分裂的三个详细阶段。

引言

罗迪尼亚超级大陆的分裂，以及随后潘诺蒂亚超级大陆（也称为大冈瓦纳）的聚合与分裂，是新元古代晚期（7.80–5.41亿年前）的一个长期过程（Bond等人，1984；Puffer，2002；Meert和Torsvik，2003；Li等人，2008；Scotese，2009，Scotese，2021；Wei等人，2018）。罗迪尼亚的分裂过程通过8亿至6亿年前的裂谷事件在全球范围内得到了记录（Meert和Torsvik，2003；Li等人，2008）。然而，关于“短暂存在”的潘诺蒂亚超级大陆分裂过程的信息却非常有限（Dalziel，2014；Nance和Murphy，2019；Nance等人，2022）。

位于上扬子地块的四川盆地保存了从晚埃迪卡拉纪到寒武纪第二系列的沉积序列，这些沉积物形成于潘诺蒂亚超级大陆存在期间。同时，在四川盆地西部最近发现了一个名为绵阳-长宁克拉通凹陷的地貌洼地，其形成时间从晚埃迪卡拉纪延续到早寒武纪（Liu等人，2013，Liu等人，2021），这个洼地与潘诺蒂亚超级大陆的演化过程有关。然而，由于缺乏岩浆记录，克拉通凹陷的演化过程与潘诺蒂亚超级大陆分裂之间的关系仍不清楚。此外，关于凹陷内晚埃迪卡拉纪到早寒武纪地层序列的相关性，提出了四种不同的机制来解释这一现象，包括：（1）晚埃迪卡拉纪的伸展型克拉通凹陷（Liu等人，2013；Du等人，2014，Du等人，2016；Wei等人，2015；Zhou等人，2017a；Shen等人，2020；Wang等人，2020）；（2）涉及快速抬升后的拉伸、局部侵蚀和随后沉降的伸展型凹陷（Liu等人，2013，Liu等人，2021；Wang等人，2014；Zhong等人，2014；Li等人，2015a；Li等人，2023）；（3）与海平面显著下降相关的侵蚀洼地（Liu等人，2015a；Zhou等人，2015；Wen等人，2016；Zhou等人，2017b）；以及（4）由构造抬升和海平面下降共同引起的伸展-侵蚀槽（Li等人，2015b；Li等人，2018；Ma等人，2022；Ding等人，2024；Wang等人，2024）。这些争议主要源于凹陷内Deng–2段与Qiongzhusi组之间页岩、泥岩、泥质白云岩、燧石和磷灰岩层序的不确定性。此外，这些争议也限制了从克拉通凹陷到潘诺蒂亚超级大陆分裂的反射解释的可靠性。

本研究旨在通过露头观察、岩石学分析、测井数据解释、地球化学和地震数据分析来解决这些地层学上的不确定性。我们重建了上扬子地块绵阳-长宁克拉通凹陷的构造-沉积演化阶段，以阐明潘诺蒂亚超级大陆的分裂过程。我们的研究结果为晚埃迪卡拉纪到早寒武纪期间潘诺蒂亚超级大陆的分裂事件提供了新的证据。

地质背景

上扬子地块在新元古代斯图尔蒂安冰期（约7.2亿年前）位于低至中纬度地区（Rui和Piper，1997；Fanning和Link，2004），并在马里诺冰期（约5.90–6.10亿年前）后移动到接近赤道的位置（图1a）（Hoffmann等人，2004；Macouin等人，2004）。从6.50亿到5.50亿年前，潘诺蒂亚超级大陆的聚合与分裂（图1a）（Li等人，2008；Zheng等人，2008；Scotese，2009；Yuan等人，2024）导致了...

材料与方法

我们在四川盆地西部的青坪、金峰和仙峰露头进行了详细的野外调查、描述和采样（图1b），共收集了397个样本。此外，我们还描述了MX9、Z4和GS2号钻孔的岩心，并采集了196个样本（表S1）。另外从GS17、ZT1和WS1号钻孔中获得了212个样本。总共805个薄片用Alizarin Red–S和钾铁氰化物染色，并在偏光显微镜下进行了观察。

岩石学与地层学

四川盆地晚埃迪卡拉纪到寒武纪第二系列的详细地层单元及其全球相关性在表1中按升序列出（图1c，表1）。

Deng–1和Deng–2段在克拉通凹陷内外都表现出显著的岩石学变化。

该地区主要由微生物层理岩、凝灰岩、海绵状构造以及葡萄状和球粒状白云岩组成。

地层相关性

对晚埃迪卡拉纪（约6.35亿至5.42亿年前）到早寒武纪地层的化学地层学研究表明，在Deng–2段和Deng–3段的边界以及埃迪卡拉纪-寒武纪（E–C）界线（约5.41亿年前）的华南、阿曼、加拿大西北部、纳米比亚、巴西、澳大利亚、蒙古、美国和西伯利亚等地，发生了两次全球范围内相关的负δ¹³C变化（Zhu等人，2007；Cremonese等人，2013；Yang等人，2016；Markwitz和Kirkland，2018；Zhou等人，2018；Huang等人，2020；

结论

岩石学、测井响应和同位素-地层学特征表明，在绵阳-长宁克拉通凹陷内的晚埃迪卡拉纪Deng–2段与Qiongzhusi组之间可以识别出三个地层单元。考虑到相关的测井曲线变化和两次全球性的负δ¹³C_VPDB变化，这三个地层单元分别对应于晚埃迪卡拉纪的Deng–3段、Deng–4段和...

作者贡献声明

宋金民：撰写——初稿，资源获取，方法论，概念构思。金鑫：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。李志武：项目管理，方法论，正式分析。张本健：项目管理，方法论，调查。赵玲丽：撰写——初稿，验证，正式分析，数据管理。丁毅：撰写——审稿与编辑，调查。杨迪：方法论，调查。叶月豪：软件。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42572132、42230310、41902105）和国家自然科学基金联合基金（资助编号：U2344209）的共同资助。