湘鄂西陆缘-前陆叠合盆地的形成、演化及后期改造
湘鄂西加里东陆缘盆地从震旦纪到中三叠世以稳定沉降为主，形成了以海相碳酸盐岩为主，夹少量碎屑岩的广泛沉积建造，岩相和厚度稳定。
晚震旦世以浅海全盆陆棚相为主，沉积厚度小于1000m m，晚震旦世万通运动(本区会宁运动)经历了短期的隆升和剥蚀。早寒武世，全区快速沉降，水体深厚，沉积了一套厚度为1700m的盆地相-盆地边缘相页岩和粉砂岩。中、晚寒武世水体变浅，主要为斜坡-开阔台地相沉积，厚度1000 ~ 1900 m，早奥陶世再次发生快速沉降，沉积了一套相对稳定的开阔台地相生物灰岩和灰岩页岩。
二、前陆盆地的沉积特征
中晚奥陶世至志留纪，随着中扬子海槽的闭合和江南古陆的隆升挤压，开始前陆盆地的演化阶段，沉积了以碎屑岩为主的巨厚沉积物(地层厚度> 2000 m)。
“九五”期间，为了进一步研究四川盆地志留系岩相古地理特征，追踪不同类型砂岩储层的分布规律，我们开展了以下工作:在层序地层学理论指导下，在野外露头剖面(265，438+0)和骨干钻井剖面(65，438+04)相分析的基础上，编制了砂岩、灰岩和砂岩含量单因素图。根据沉积相组合中的优势沉积相类型，确定沉积相带，恢复各个时期的古地理景观，从而明确志留系前陆盆地的沉积特征和演化。
1.龙马溪期
这是中国南方最强烈的压缩阶段。与晚奥陶世五峰期相比，川中隆起形成并扩大，海域面积缩小，海陆分布变化较大。沉积基底起伏，存在水下古隆起，主要位于川东武隆-石柱-利川地区。水下古隆起的存在与江南古陆的西北向挤压密切相关，也是小河坝期显著的沉积分异和“小河坝砂岩”发育的主要背景和基础。水下古隆起区的龙马溪期主要处于砂质泥质浅水陆架环境。鄂西利川龙马溪组中部的五龙河口、桐梓、石柱大丰坳、双流坝剖面中，夹有中厚层的青灰色泥质长石石英岩和细粒长石石英岩。水波纹痕、水平波状层理和生物扰动构造发育，反映了浅水背景下的沉积特征，主要为浅水陆架背景下的砂坝沉积。
工区主体为深水陆架环境(图2-12)。川南、川东在长宁-谷林-道真巴渝-石柱-利川南部发育浅水陆架环境，靠近古陆(黔中)边缘(图2-13)，北部毗邻秦岭边缘的次深海，在区域内形成厚层状黑色。川南长宁-谷林-綦江观音桥地区是一个灰泥深水棚，主要由深灰色钙质页岩和黑色碳质页岩组成，夹泥灰岩透镜体。北部广大地区为泥质深水陆架，主要由黑色页岩夹碳质页岩、黑灰色钙质页岩和泥灰岩透镜体组成。海水主要来自东部。主要的物源是江南古陆，包括中世纪的贵州。
图2-12深水陆架相沉积层序(龙马溪组)
图2-13早志留世龙马溪期岩相古地理图
2.早志留世小河坝(或石牛栏)
这一时期岩相古地理最显著的特点是:第一，随着江南古陆向西北的不断挤压，盆地内主体是浅水陆架的扩张和深水陆架的收缩；二是沉积分异加剧。川南长宁泸州綦江观音桥和川北广元地区均有碳酸盐台地，由深灰色页岩、钙质泥岩、泥灰岩和生物碎屑灰岩组成(图2-14)。其他地区主要为陆架环境，其中南川-渝东、北部垫江-利川地区和东部石柱-黔江地区为碎屑海岸环境，发育一套厚度为50～200m的泥质粉砂岩、粉砂岩、细粒长石应时砂岩和应时砂岩，成为川东志留系有利的砂岩储层发育带之一。
小河坝砂岩的形成和区域沉积相的分异与江南古陆的持续北西挤压有关。早志留世，随着江南古陆向西北方向的不断挤压，在龙马溪的末端，在坳陷前缘的南通-南川-武隆-道真-彭水-石柱-垫江一带形成水下隆起。由于波浪作用的充分转化，小河坝早期的江南古陆得到了碎屑物质的充分补给，碎屑物质在波浪作用下形成了砂质海岸沉积(图2-15)。同时，川东南的水下隆升可能对来自江南古陆的陆源碎屑物质有一定的阻挡作用。由于相邻古陆的高差相对较小，川南地区陆源碎屑物质的供应不是很充足，主要形成了泥灰岩、生物灰岩和钙质页岩的混合陆棚沉积，清水和泥水交替(图2-16)。
图2-14石牛栏组(綦江观音桥段)碳酸盐台地沉积层序
图2-15小河坝砂岩沉积层序(南川三泉剖面)
图2-16小河坝早期岩相古地理图
3.早志留世晚期小河坝(或石牛栏)
随着江南古陆向西北方向的不断压缩，区内浅水陆棚不断扩大，深水陆棚进一步萎缩。川南长宁-泸州-綦江观音桥地区和川北广元地区处于碳酸盐台地环境，顶部为深灰色页岩、钙质泥岩、泥灰岩和生物碎屑灰岩、礁灰岩，构成川北和川南志留系主要碳酸盐储集岩系。其他大部分地区处于碎屑陆架环境(图2-17)。
4.早志留世韩家店
在江南古陆的持续北西挤压下，南方古陆北移，川中隆起也向四周扩张。区内海域变小变浅，浅水-陆棚发育，出现海陆过渡的三角洲相(图2-18)。东北秦岭边缘海域深水水陆棚萎缩。
5.早志留世韩家店晚期
随着江南古陆-贵州中古陆和乐山-龙女寺古隆起的扩张，区内海域继续变小变浅，浅水陆架发育，南部和东南部三角洲相发育规模变大，深水陆架局限于东北部秦岭边缘海域(图2-19)。
综上所述，志留纪岩相古地理具有以下特点。
图2-17小河坝晚期岩相古地理图
图2-18韩家店组三角洲沉积层序
图2-19韩家店期岩相古地理图
(1)岩相古地理演化经历了龙马溪期的停滞陆架、小河坝期的浅陆架-碳酸盐台地-海岸沙洲和韩家店期的浅陆架-三角洲。从上到下，总体表现就是水深变浅的过程。龙马溪期发育的沉积构造主要为细小的水平层理，反映的是静水环境，而小河坝组和韩家店组主要为浅水沉积构造，如冲刷层理、波状层理等沉积构造、藻类遗迹和U形管状遗迹。纵向上，从龙马溪组到小河坝组或石牛栏组，在沉积粒度和沉积旋回上形成一个完整的向上变浅的层序。
(2)古地理演化受区域构造变化控制。早志留世是中国南方最强烈的挤压阶段，南海在区域内成为褶皱带，产生强烈的向西北的推挤，使华夏古陆迅速扩张，与川滇古陆、云贵桂古陆相连，形成巨大的江南古陆，构成了志留系沉积物的物源，也导致了前陆盆地的演化发展、区域差异和沉积相分异。
同时，川中乐山-龙女寺古隆起的形成和扩张，使志留纪沉积充填期间海域面积缩小，水深变浅。早志留世古地理演化从龙马溪期开始，然后深水棚面积逐渐缩小，浅水棚面积继续扩大，最后出现海陆过渡的三角洲。早志留世末的广西运动最终形成华南造山带，也结束了志留纪沉积充填历史。
(3)δ13C和δ18O的同位素特征。研究区志留系10灰岩的碳氧同位素分析结果(表2-4)表明，志留系碳酸盐岩的δ13c和δ18o变化范围较大，δ13c为-5.34‰~ 1.62‰(PDB)。(VSMOW)，即-11.67‰~-8.13‰(PDB)。
表2-4志留系灰岩碳氧同位素测试结果
注:①δ13C的单位为PDB，δδ18O的单位为VSMOW。②样品加工和测试工作由核工业部分析测试研究中心完成。
δ13C主要与石灰岩中有机碳的含量、埋藏速率及其形成环境的氧化还原条件有关。氧化条件下形成的石灰岩往往贫δ13C，富δ12C。在成岩过程中，同位素交换对δ13C值影响不大，但对δ18O值影响明显。δ13C长期随地质年龄变化，但这种变化趋势不受后期沉积和成岩作用的控制，基本反映了δ13C在形成时的沉积环境的变化。从表2-4可以看出，石牛栏组δ13C为正值，而韩家店组δ13C为负值，充分反映了浅水的变化趋势和氧化程度的增强。
从研究区δ13C判断，属于正常海洋沉积物。根据Keith和Weber(1964)提出的侏罗纪以来区分海相灰岩和淡水灰岩的公式，Z = 2.048×(δ13C+50)+0.498(8180+50)(Z > 120)为海相灰岩。我们暂且忽略成岩作用对δ18O的影响。近似计算结果(表2-4)为:石牛栏组Z值为123.70 ~ 126.07，韩家店组Z值为111.30 ~ 650。
(4)海侵方向。从各层序体系域的岩相古地理图可以看出，海侵方向主要来自东部，随着区域构造隆升的加强，海水从西北部流出。
(5)物源方向和物源的大地构造性质。
为了进一步确定早志留世盆地物源的大地构造性质，我们统计了三川和三汇、乌龙河口、石柱大丰坳和华蓥山剖面龙马溪组、小河坝组和韩家店组碎屑岩薄片的物质成分鉴定结果，用单晶应时(Qm)、单晶长石(F)和变质碎屑(Lt)的含量作为QM-F，在多金森图上，碎屑岩样品基本上属于旋回物源旋回构造带的物源包括板块俯冲混合带、板块碰撞造山带和前陆隆起造山带的物源。在Qm-F-Lt模式图上，板块俯冲混杂带位于下部，靠近Lt端，板块碰撞造山带位于中上部，前陆隆起造山带位于右侧上端。因此，可以进一步推断，碎屑岩样品点主要属于两个次级物源:板块碰撞造山带和前陆隆起造山带。一般认为旋回构造带的物源多与多旋回褶皱冲断带有关，反映出志留系沉积主要与区域构造挤压运动有关。这与志留纪江南古陆继续向西北方向挤压并影响本区沉积充填相一致。
图2-20志留系碎屑岩Qm-F-Lt模型图
①华蓥山；②南川三汇；③南川三全；④五龙河口；⑤石柱A的石峰坳——大陆块体的源区；b——深海基底与岛弧根部的合并区；岩浆弧或火山岛弧的c-物源；旋回造山带的d-物源
第三，叠合盆地的后期改造
中三叠世末发生印支期挤压造山运动，南北陆块的陆陆碰撞闭合造山，产生强烈的南北压应力。这种应力得到了该区东北部黄陵隆起刚性古陆核的支撑，使该区南北向挤压应力发生扭折，形成了该区NE-NE向的隆起格局，即秭归-利川凹陷、桑植凹陷和恩施-恩施凹陷。
自印支期以来，该区进入变形和位移阶段。其显著特点是结束了旋回坳陷的沉积演化历史，开始大规模形成褶皱，并有多次构造反转，形成了本区现今的构造面貌。褶皱构造的形成和转换是本区变形和位移阶段最明显的特征之一。根据地层接触、沉积相突变和构造叠加分析，本区褶皱构造形成于侏罗纪末，后期经历了改造。
1.地层接触关系
自该区沉积基底形成以来，在侏罗系和白垩系之间首先出现了区域性可比较的角度不整合。该角度上下地层不整合及其产状变化较大。上覆地层主要为白垩系，产状平缓稳定。下伏地层较多，产状陡缓多变。现在的向斜地层一般都是新的，可以看到最晚的侏罗纪；目前背斜带地层普遍较老，未见侏罗系，主要是三叠纪及更老地层。显然，侏罗系和白垩系之间的角度不整合是褶皱构造大规模形成的直接证据。
另外，印支运动虽然是造陆运动，但也具有一定的造山性质，如石门、长阳的角度不整合。因此，本区褶皱构造的形成始于印支期，定型于燕山期。
2.沉积相突变
该区沉积相的突变对应于燕山期的印支运动和宁镇运动。印支运动后，本区海相沉积结束，进入海陆交互相沉积。上三叠统至侏罗系为一套含煤建造，上三叠统香溪煤系形成于此阶段。宁镇运动后，沉积相变化更为显著，由原来的海相和海陆交互相转变为典型的陆相沉积。沉积相的突变从一个侧面印证了褶皱构造的形成过程，即始于印支期，定型于燕山主期。
3.结构叠加
侏罗系及其之前的地层在该区分布广泛，而白垩纪非常有限。目前白垩纪主要出现在建始、恩施、来凤、大庸、慈利-石门等地区，以小盆地的形式出现，反映出与前白垩纪的构造叠置关系，这也从另一个侧面验证了褶皱构造的形成时期。
以上几个方面解释了褶皱构造的形成阶段。褶皱构造形成后，后期经历了多期改造。虽然改造对区域构造格局没有根本影响，但使褶皱构造进一步复杂化。根据主要断裂调查和区域调查资料，燕山晚期经历了近东西向的拉张改造，叠合断陷盆地；喜马拉雅期经历近南北向挤压改造，叠合盆地变形；新构造活动期，经历了区域性的起伏，形成了现今的构造夷平面、沉降盆地等地貌。