古巴侏罗纪和白垩纪地质演化史.docx
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古巴侏罗纪和白垩纪地质演化史
古巴侏罗纪和白垩纪地质演化史
古巴侏罗纪和白垩纪地质演化史
JorgeL.Cobiella—Reguera
摘要古巴中生界的岩石特征是重建中美洲(墨西哥湾和加勒比海)地区地质历史
的关键.古巴有4种不同类型的侏罗系一白垩系沉积剖面,其中3类来自不同的构造岩层
带.四类岩性剖面由北至南分别为
(1)中生界北美被动大陆边缘的一部分,具有很强的分
带性,特别是古巴中部中白垩统地层;
(2)北部蛇绿岩带,也包含上侏罗统一下白垩统巨
型混杂岩体;蛇绿岩套的所有组成单元沿古巴北部发生构造混合;(3)火山弧岩层带,主
要为自垩纪火山岩,含有年代较早的拉斑玄武岩为主的岩浆(阿普第阶一阿尔比阶)和年
代较新的(森诺曼期一坎佩尼期)钙碱性火山碎屑和岩浆,其间有众多沉积岩夹层;阿尔
比阶一森诺曼阶沉积物及少量火山岩将两个层序分隔开,有些地区存在上侏罗统一纽康曼
阶火山弧的角闪岩基底;(4)南部变质岩层带,主要为在白垩纪经历了多期变质作用的中
生界被动大陆边缘岩石.
上述岩层带的拼接开始于白垩纪,结束于坎佩尼期和麦斯特里希特期.在古巴南
部,火山岩层带位于南部变质岩层带之上,而北部火山岩和蛇绿岩逆冲于北美被动大陆
边缘之上.古巴西部,地层强烈变形并向北和北西方向逆冲.古巴中北部也有叠置现
象,但最主要的特征是本区的巴哈马地台岩层.北美被动大陆古边缘形变于白垩纪末
期,但这一事件被第三纪早期的古巴造山运动所掩盖了.
本文提出,南部变质岩层带的侏罗系地层与古巴西部所在的北美被动大陆边缘的南
部具有相同特征.南部变质岩层带出现的位置,即蛇绿岩及火山弧以南,并不能说明大
安的列斯白垩纪岛弧为太平洋成因,相反却证明前加勒比海成因更为合理.
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中生界地层在古巴广泛发育,见于露头或新生代盖层之下.尽管对这些岩石的研究
已取得了重要进展,但很多研究成果并不被古巴以外的学者所知,这方面的英语文献也
很少见.因此,某些希望重建加勒比海一墨西哥湾板块构造模型的学者们未能充分虑及
这些最新的信息(如Pindell,1985,1994;Salvador,1987;Pindell和Barrett,1990;Stephan
等1990;Buffler和Thomas,1994;Marton和Buffler,1994).对古巴中生界地层的研究也
具有经济应用价值,原因在于古巴侏罗系和白垩系地层中赋存多种矿产和石油资源.因
此本文的目的在于,回顾近年来这方面的研究进展并提出作者在板块构造意义方面的解
释.
一
58—
总的来说,根据古巴的地质特征可将其划分为两个主要的构造层次(图1;Iturralde
—
Vinent,1994,1996a).新构造层的岩石(始新统中部到第四系)扰动较少,可称为沉
积盖层.其下为古巴造山带大型混合体,主要为侏罗系到始新世中期的岩石.此外,古
巴中北部还出露部分前寒武系变质岩(Somin和MillOn1981;Renne等1989).
造山带中主要中生界单元之间均为构造接触关系(图1,图2).除古巴北部中生界
北美被动大陆边缘以外,认为其它中生界单元均为外生成因(hurralde—Vinent,1988a,
1996a;Bazhenov等1996;Cobiella—Reguera,1998b).上述作者主张古巴前新生界岩石,
北美古大陆边缘的南部属于不同的构造岩层带.地质学家们用"岩层带"一词表达多种
含义,本文中的用法沿用Keppie的定义(见Meschede,1994,第2页):
"岩层带(terrane)"是指:
以内部地质特征(包括地层,动物群,构造,变质作
用,火山岩,矿床成因,地球物理特性以及古地磁记录)的连续性为标志的地区,以断
层,代表海沟复合体的混杂岩,或隐蔽的缝合线为边界,边界以外邻区岩层带具有不同
的地质记录,且两套岩层带之间的差异不能用岩相的变化来解释(如外来岩层带),或
具有相似的地质记录(如近源岩层带)且只能通过代表洋壳缩短的岩层带边界的存在加
以区分.
构造上,中生界单元展布方向平行于古巴岛现今的长轴方向(图2).最北部单元
为中生界北美被动大陆边缘,由侏罗系一白垩系地层构成,主要为浅海,斜坡和盆地沉
积序列,现今沿古巴岛北部边缘呈褶皱一冲断带形式出露.该冲断带的一侧邻近巴哈马
地台,另一侧濒临墨西哥湾东南(Schlager和Buffler,1984;Cobiella—Reguera,1996a,
1996c,1998c;Gordon等1997;Hutson等1998).南部有另外三个构造单元:
北部蛇绿岩
带,火山弧岩层带和南部变质岩层带.
下文将回顾古巴中生界地质的基本特征,并对中生界各单元进行简单描述.本文最
后一部分讨论古巴地质和构造演化史的问题.
图1古巴主要构造层(据Cobiella—Reguera和Cruz—G01nez,1999,修改)
图例:
1一中生界地层;2一北美板块前新生界边缘;3一基底主要断层
2).
二,中生界被动大陆边缘岩石
古巴存在各具特色的三个主要(一个次要)的中生界被动大陆边缘岩石分布区(图
图2古巴中生界地层分布,剥新生界盖层
缩写字母代表:
PM一中生界北美被动大陆边缘;v.r_火山弧岩层带,(包括坎佩尼阶上部一迈斯特里希
特阶沉积盖层);SMT-南部变质岩层;IY一青年岛;G-Guaniguanico山系;E-Escambray地块;黑色区域代
表北部蛇绿岩带
图3Guaniguanico山系构造图
图例:
1一上第三系和第四系;2一始新统下部浊积岩(Pinar断层以北);3一火山岩层带和蛇绿岩
("BahiaHonda岩层带"sensuPszczolkowski,1994,位于PinardelRio省东北及哈瓦那省西北;青年岛的火
山岩层带);4一Rosario山脉:
北Pizarras高地和Esperanza带(EZ)推覆体:
5一Guajaib6n推覆体;6一
OrgaJ10s山脉推覆体;7一南Pizarras高地推覆体;8一Cangre带.缩写字母为:
SO—Organos山脉;APS一
南Pizarras高地;MM—MartinMesa构造窗;P—Pinar断层.Orga~os山脉推覆体是最下部单元,以构造
接触方式被北Pizarras高地,Rosario山脉,南Pizarras高地和Cangre带推覆体所覆盖.所有这些北美被
动大陆边缘构造单元均位于蛇绿岩和火山弧岩层带之下
一
60—
1.Guaniguanico山系
本文介绍的第一个地区为古巴西部的Guaniguanico山系,该区中生界和下第三系地
层构成了一个大型逆冲推覆体,厚达几公里(图3;Piotrowska,1978;Pszczolkowski,
1994;Gordon等,1997;Cobiella—Reguera等).Guaniguanico山系南部边缘,逆冲席被第
三纪高角度Pinar断层所切割(图3).推覆体在古新世晚期一始新世早期由南向北推移
(Hatten,1967;Khudoley和Meyerhoff,1971;Piotrowdka,1978;Pszczolkowski,1994;Gorden
等,1997).Guaniguanico山系最早的沉积物为SanCayetano组和ArroyoCangre组,厚层沉
积形成大型陆源三角洲(Khudoley和Meyerhoff,1971;Haczewski,1976;Somin和Mill6n,
1981;Pszczolkowski,1986a;Cobiella—Reguera等,1997;Hutson等,1998;图4).Pinardel
Rio省西北的井中钻遇了与其相当的地层(Cobiella—Reguera,1996a;1996b),该地层的
年代为中晚侏罗世(蕨类孢子:
Areces—Mallea,1991)到中牛津期(菊石,Myczinski和
Pszczolkowski,1976;Pszczolkowski,1978;Myczinski等1998).部分地区牛津阶拉斑玄武岩
质辉绿岩岩床及枕状熔岩出现在陆源沉积层之间,且常出现在陆源层与上覆钙质层序下
部牛津阶碳酸盐岩之间的过渡边界附近(Pszczolkowski和Albear—Franquiz,1983;Cobiella
—
Reguera,1992,1996a,1996b,Pszczolkowski,1994).
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图4Guaniguanieo山系中生界地层对比图
图例:
1一三角洲沉积(包括海底扇);2一浅海灰岩;3一页岩和灰岩互层;4一成层性较好的外部浅
海和/或深水灰岩以及钙质浊积岩;5一浊积砂岩;6一页岩;7一燧石;8一主要为厚层灰岩(滩);9一
泥质灰岩;10一钙质大型浊积岩;11一蒸发岩;12一镁铁质矿物;粗虚线代表主要的逆冲面.缩写字
母代表:
SC—SanCayetano组;ES—ElS~lbalo组;J=Jagua组;SV—SanVicent段;A—E1Amerieano段;
Td—Tumbadero段;Ta—Tumbitas段;Ps—Pons组;At—Artemisa组;P—Polier组;ST—SantaTeresa组;
Ct—Carmita组;G—Guajaib6n组;Pn—Pinalilla组;Mr—Moreno组;CC—Caearajfeara组;P?
一Pe?
as
组.数据来自Pszczolkowski,1978,1982,1986e,1994;CobieUa—Reguera,1992,1996a,1996b,Cobie1.
1a—Reguera等,1997
—
61—
陆源地层之上覆盖着以碳酸盐岩为主的中牛津期到森诺曼期层序(Pszczolkowski,
1978;Cobiella—Reguera,1996b),局部为土伦期.可识别出两种不同的上侏罗统一白垩
系地层分布区:
Organos山区和Rosario山区(图3).Organos山区SanCayetano组和厚层
碳酸盐岩滩之间有一套过渡层序(Jagua组,图4),厚达650m,时代为晚牛津期一早提
通期(Pszczolkowski,1981).上覆提通阶一森诺曼阶地层由深水灰岩及一些燧石层组成
(图4).Rosario山区中牛津阶一提通阶为成层性较好的灰岩,含有放射虫和其它浮游生
物化石,以及部分页岩,厚度仅80—200m(Pszczolkowski,1978).下白垩统地层主要为
深水碳酸盐岩,常见碳酸盐岩质及陆源浊积体,最晚可出现于阿普第期.随时问推移沉
积类型具有明显的向深水变化的趋势,高峰出现在阿普第期和森诺曼期,常见放射虫燧
石(图4;Pszczolkowski,1982;Cobiella—Reguera,1996b).Rosario山区阿普第期到坎佩
尼期的沉积岩中有少量薄层凝灰岩(图5).阿尔比阶一森诺曼阶Guajaib6n组碳酸盐岩
滩(Ponce等1985;1)iaz等,1992,1997;图3中Guajaib6n推覆体)是最难以解释的,原
因在于与其同时期的地层均为深水碳酸盐岩含部分碳酸盐岩质浊积体,且碳酸盐岩滩与
其它地层单元之间多呈构造接触关系.
被动大陆边缘L自垩统其它地层的分
布较为局限,而且似乎缺失克尼阿克阶和
桑托阶沉积.但据Pszczolkowski(1994)的
研究,Rosario的某些地区可能存在克尼阿
克阶和桑托阶沉积(图4).极少出露的
Moreno组(Pszczolkowski,1994)和Pe?
aS
组(Hatten,1957)是古巴西部被动大陆边
缘唯一被解释为坎佩尼阶沉积的地层.
Moreno组中与碳酸盐岩同时沉积的凝灰岩
和火山碎屑岩层表明其接近火山活动区
(Pszczolkowski,1994).Guaniguanico山系西
部(Organos山区)的麦斯特里希特阶地层
极少出露,且厚度较小.推测这一时期可
能为浓缩段沉积期或无沉积,但难以证
明,原因在于,除极少的特例以外,不同
的岩性地层单元之间均为构造接触关系.
但Pszczolkowski认为(1994,可能公开发
表于1998)有证据表明Cacarajlcara组底部
发生过强烈的剥蚀作用(麦斯特里希特阶
图5Rosario山脉凝灰岩与阿普第阶沉积岩互层
(据Pszczolkowski和Myczynski,1999)
Polier组和SantaTeresa组边界附近的地层为晚阿
普第期.位于LasTerrazas以西约lkm处,厚度
约25m.燧石用黑色表示
上部或白垩系/第三系(K/T)边界).Rosario地区的麦斯特里希特阶最上部(或K/T边
界?
)地层(图4)以Cacarajlcara组为代表,为巨厚(可达450m)的大型灰质浊积体,
可能与古巴西部白垩纪/第三纪边界附近的突发事件有关(Pszczolkowski,1986c;Cobiella
—
Reguera.1998c).根据Pszczolkowski(1994)的研究,Anc6n组底部(5-新统中部)为
一
不整合面.
一
62—
2.古巴中北部
中生界大陆边缘地层出露的第二个地区是古巴岛北部自Matanzas到Holguin西北之
问的地区(图2).具有独特构造样式的不同层序呈条带状延伸数百公里(图6;Furrazo—
la—Bemmdez等,1964;Meyerhoff和Hatten,1968;Khudoley和Meyerhoff,1971;Pardo,
1975;Draper和Barros,1994;hurralde—Vinent,1997).在此作者根据古巴惯例将这些
"条带(belts)"称为"带(zones)".北部的三个带一CanalViei0,CayoCoco和Remedios
中前阿普第期沉积特征非常接近(图7),均开始于(中?
)侏罗统PuntaAlegre组蒸发岩
(岩盐和硬石膏(Meyerhoff和Hatten,1968;Pardo,1975;hurralde—Vinent,1996a).北部
蒸发岩之上为上侏罗统一阿普第阶厚约1800m的碳酸盐岩和硬石膏沉积序列(CayoCoco
组).向南蒸发岩逐渐消失于白垩系地层中.阿普第阶一土伦阶的沉积差别较为显着
(图7).cav0Coco带为半深海灰岩,而Remedios(厚度>2000m)和CanalViejo带则为厚
层碳酸盐岩台地.Camagtiey省(图2,Iturralde—Vinent,1996a)存在,Gibara地区(Ho1.
guin西北部)可能存在森诺曼期和土伦期的深水碳酸盐岩(浊积物)覆于碳酸盐岩滩之
上并与之呈整合接触关系(Jakus,1983).CayoCoco带没有地层被解释为科尼阿克阶和
桑托阶.有报道表明Remedios带存在坎佩尼期和麦斯特里希特期灰岩滩(hurralde—Vi—
nent,1996a),但CayoCoco带的沉积剖面中仅见到麦斯特里希特阶上部的深水碳酸盐岩
(Meyerhoff和Hatten,1968;Pardo,1975;hurralde—Vinent,1996a).
图6古巴中部侏罗系和白垩系构造及古地理分
布图(据Iturralde—Vinent,1996,略修改)
北美古陆边缘:
1一CayoCoco带;2一Reme~os
带;3一Camahuani带;4一Placetas带.构造岩层
带:
5一蛇绿岩;6一白垩纪火山弧;7一Mabujina
杂岩体;8一南部变质岩层带
Remedios带与Camajuani带之问几乎
总表现为构造接触关系,但也有一些报道
认为其间一些剖面具有过渡类型的特征
(Pardo,1975;Meyerhoff和Hatten,1968).
部分古巴石油地质学家为这些碳酸盐岩台
地(Remedios)与坡麓(Camajuani)之间
的过渡类型提出了一个新的单元,即Col—
orado带(AlvarezCastro等,1998;Sdnehez
Arango等,1998).尽管从盆地分析的角
度来看,由此引入了一个新的值得研究的
带,但仅在一个孤立的井孔中钻遇了Col—
omdo带沉积剖面.因此到目前为止,对
Colorado带的认识应持谨慎的态度.
Camajuani带主要由远洋及浊积碳酸
盐岩构成,厚度近1200m,其问含有启莫
里奇期一土伦期的燧石沉积(图8:
Mey—
erhoff和Hatten,1968;Pardo,1975;Alvarez
Castro等,1998).不整合面将这些地层与
上覆麦斯特里希特阶碎屑碳酸盐岩分隔开.
Camajuani带经受了严重变形,其南部与Placetas带呈构造接触关系(Pszczolkowski,
1996b).
一
63—
Placetas带的薄层沉积构成了占巴中部北美中生界大陆边缘的最南端(图6,7).长
石质沉积物位于现存沉积剖面底部(Pardo,1975;Pszczolkowski,1986b).过去曾认为这
些沉积属提通阶到贝里阿斯阶,但根据部分浮游有孔虫(Diaz—Colell,1996)和孢粉
(AlvarezCastro等,1998;BalancoGonzdlez,1998)最新数据的初步分析结果,至少某些
地区的碎埔岩沉积可追溯至牛津期.这些陆源物质很可能沉积于含有中侏罗花岗侵入
岩的元古界变质基底之上(Somin和Mill6n,1981;Rerlrle等,1989),H前这一基底呈
构造片体状产fPlacetas带(Pszczolkowski,1986b).Cama@ey北部Placetas带的基底单
元由拉斑玄武柑钏玻质碎屑岩组成,但术见长石质石的存侄.这就意味着该地区Pla
cetas带的基底_j;:
陆壳,应为洋壳(hunahle—Vitle/l|,19881),1006a,1996c).另一种
解释认为,该武岩可能代表大陆边缘的岩浆活动作用(G.Draper,可能公开发表于
1999).
Placetas带的挺通阶一森诺曼阶沉积与300公里以西Rosari(,山的同期产物极为相
似,均由深水灰岩.j贝里阿斯阶一阿普第阶燧石,阿普第阶~森诺曼阶页岩和森诺曼阶
一
土伦阶深水灰,燧石以及页岩呈互层关系组成(图4,图7;Pszczolkowski,1982,
1986b).与Cacarajicara组(Pszczolkowski,1986c)属同期沉积的麦斯特希特阶最f部
(或K/T边界?
)大型钙质浊积岩(Amain组),厚约150米,整合于土伦阶地层之卜,
结束了Placetas带的垩系地层(图7;Meyerhoff币l1Hatten,1968;Pardo,1975;Rojas等,
1995:
hurralde—Vinent,1996a)
=¨V
l~
巨
圈口目口j目口囝口[口"口:
口It田
7古巴小部北美占陆边缘q1,li界地刈'比
图例:
l一蒸发岩(PuntaAle~e纰盐,CayoCoco组硬石膏);2一人陆和浅海l质i)c积;3~成层性
较好的外部浅海和/或深水灰;4一浊砂岩;5一燧;6一碳酸盐岩岩堆和碳酸盐浊积体;7一
白云岩;8一碳酸盐岩浊积体;9一丰要为块状浅水厌岩和白z岩(碳酸盐滩);10一巨型浊积体;l】
一
页岩;12一浅水灰岩.缩写字母代表:
PA—PuntaAlegTe纰;Cn—Constancia纰;Cf—Cifuentes组;CC
—
CavoCoco兰fi:
G—Guaney};P1+_}】1一Palenque和Pllrio绢;V1一Vilat6组;R—RemediOS2Fl;Mg—Ma~ar—
ita组;P—Pm'aiso组;Mt—Mata绀;Lt—Lutgarda组;V—Veloz;,一Santarere,sa组;Ct—Camilla组;A
—
Anlar()组(中古巴);CIT1一Camaj6n组(Camag6ey).据Meyerhoff和Ftatten,1968;Pmdo,1975;Pszc—
zolkowski.1982,1986b,l986c,Pushcharovsky,l988;huh'a]de—Vinent,1996a
—-——
64--?
——
图8哈瓦那和Matanzas省中生界北美被动大陆边缘地层露头(点状填充区)
除SanAdrian采石场出露侏罗系(?
)石膏外(Albear—Fr(mquiz和Piotrowski,1984),其它地区的沉积以
深水碳酸盐岩及部分燧石为主,即典型的Placeta和Rosario山脉沉积剖面特征.图中还标注了钻遇古
陆边缘层序的几口井位(圆圈).缩写:
SR—Rosario山脉
Placetas和carnaiu耐的岩石呈推覆体的叠层状向NNE方向运动(Hatten,1967;Mey.
erhoff和Hatten,1968;Pardo,1975;Iturralde—Vinent,1997).白垩系深水碳酸盐岩构造片
体(哈瓦那省西部MartinMesa油田;图8)和哈瓦那省东部侏罗系,白垩系深水灰岩以
及长石质岩石(Bacunayagua组)出露于蛇绿岩和火山锥之间.这些Placetas型岩性在哈
瓦那北部及Matanzas省的钻井中也有报道,但出现于蛇绿岩和火山岩层之下(图8;
Kuznetso等,1985;Iturralde—Vinent,1996a),表明Placetas和Rosario地层沉积于同一盆
地.这一概念对于经济前景而言是非常重要的,原因在于,古巴主要油气产层均为北美
中生界大陆边缘地层(Echevar~a—Rodriguez等,1991).此外,Rosario地区上侏罗统一
土伦阶地层中也含有极为丰富的有机质及油苗显示.
3.古巴东部
除上述地区以外,唯一可能代表中生界大
陆边缘的露头位于古巴东部Maisi地区(图2).
此处深色大理石和变质岩出露于方圆数公里的
范围内(Somin和Mill6n,1981;Cobiella—
Reguera,1983;Mill~m等,1985).构造低部位为
黑色千枚岩和板岩含少量大理石和变质镁铁质
矿物(SierraVerde组).Mill6n等人指出该变质
陆源沉积单元中含晚侏罗世到早白垩世的化石
(1985),但化石发现于一个孤立的露头中
(Mill6n—Trujillo,口可能公开发表),与其它岩
菏年岛~SCAMaRAV
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L铼统雾艟虫幢摊通m瓶糍碱苎:
亳妄
中F
侏缱
蓦…
图9南部变质岩层带地层柱状图
石单元之间缺乏明确的对比关系.大理石和灰质片岩以构造接触关系覆盖在siemvee
组之上(IJaAsunci6n或Chafarina组;Cobiella—Reguera,1983;Jakus,1983).晚侏罗世化
一
65—
石仅见于一块大理石样品(Mill(m等,1985).Ma
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