浙江永康盆地朝川組泥灰?guī)r段沉積特征及其古氣候意義＊

曾劍威，陳 榮，禇平利，廖圣兵，彭 博，朱清波

（南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016）

浙江東部地區(qū)在白堊紀(jì)時發(fā)育眾多受斷裂控制的NNE向展布的盆地，這些盆地規(guī)模較小，但數(shù)量眾多。在早白堊世早期，盆地內(nèi)發(fā)育厚度巨大的陸相火山巖，在早白堊世晚期至晚白堊世早期則以廣泛發(fā)育陸相雜色和紅色碎屑巖為特征。前人曾對該區(qū)域的陸相碎屑盆地做過多方面研究，在盆地成因、地層序列、地層時代劃分及盆地演化序列等方面積累了較多的資料和成果［1－8］。筆者在浙東地區(qū)從事區(qū)調(diào)項目工作過程中，在永康盆地測區(qū)范圍內(nèi)的朝川組紅色碎屑沉積中發(fā)現(xiàn)多處泥灰?guī)r（局部為鈣質(zhì)泥巖）夾層，對其沉積學(xué)特征及其中保存的孢粉和植物化石進行了系統(tǒng)分析，以此為基礎(chǔ)，討論了該區(qū)泥灰?guī)r段的成因及古氣候意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

浙江省地處我國東南沿海，是環(huán)太平洋西岸構(gòu)造－巖漿活動帶的重要組成部分，縱跨揚子陸塊、華南陸塊和南海－印支陸塊三個一級大地構(gòu)造單元。該區(qū)印支運動后開始上升成陸，接受早、中侏羅世陸相沉積；中生代蘭江運動后，該區(qū)發(fā)生了強烈的斷裂活動和大規(guī)模的火山噴發(fā)和巖漿侵入，相繼形成斷陷、斷坳和火山洼地等盆地，沉積了厚度巨大的火山巖、河湖相碎屑巖及泥質(zhì)巖組合［3］。

永康盆地是浙江東部地區(qū)典型的白堊紀(jì)陸相紅盆，盆地呈北東向展布，是早白堊世北北東向—北東向斷裂與近東西向斷裂聯(lián)合作用形成的斷坳型盆地（圖1）。永康盆地地層區(qū)劃屬浙東南地層分區(qū)，為“永康群”的命名地。盆地內(nèi)充填了湖相、河流相及沖積扇相等沉積物，依據(jù)地層發(fā)育特征及構(gòu)造活動方式，可劃分為三個演化階段：沉降階段，形成館頭組暗色、雜色沉積；穩(wěn)定階段，形成朝川組中、下部紅色河湖相碎屑沉積；抬升階段，形成朝川組上部辮狀河流相粗碎屑沉積和方巖組礫巖。沉積地層垂向厚度約1000m，與盆地基底磨石山群火山巖呈不整合或斷裂接觸［8］（圖2）。

圖1 浙江早白堊世晚期盆地形成與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系［7］Fig．1 Relationship between regional tectonic setting and basin formation during the late period of early Cretaceous epoch in Zhejiang Province

圖2 浙江東部永康盆地地層格架圖［8］Fig．2 Stratigraphic framework of Yongkang basin in eastern Zhejiang Province

本文研究區(qū)位于東陽市附近永康盆地北東角，該區(qū)域缺失館頭組地層，朝川組與盆地基底磨石山群火山巖為斷層接觸或直接超覆于火山巖之上。朝川早期，盆地的控盆斷裂活動總體由強變?nèi)?，在斷坳盆地的陡岸堆積了一套厚度較大的沖積扇－扇三角洲碎屑，具退積型充填序列特征，反映盆地具有斷陷不斷加深的特點。該時期在朝川組底部扇三角洲平原亞相中可見中性火山巖堆積，而在斷坳盆地緩坡側(cè)，朝川組下部多為退積型辮狀河三角洲沉積及濱湖相沉積。朝川中期，隨著盆地拉伸，湖盆范圍逐漸擴大并趨于穩(wěn)定。該時期湖泊相沉積占主導(dǎo)，沉積厚度較大、范圍較廣的粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，在盆地邊部局部水體較淺處出現(xiàn)較多的鈣質(zhì)結(jié)核層，代表湖相沉積物短暫暴露地表。在盆地深陷階段，局部洼地出現(xiàn)較深水雜色沉積及黑灰色泥灰?guī)r沉積。朝川晚期，由于前期沉積物的大量輸入，盆地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌a償狀態(tài)，湖域面積不斷萎縮，湖盆中開始出現(xiàn)河流相沉積，代表湖盆的逐漸衰亡。方巖期，由于盆地南東緣斷裂不斷擠壓抬升，盆地外基底巖石遭受劇烈剝蝕，粗碎屑物質(zhì)大量輸入，形成了厚度巨大的礫巖沉積。永康盆地白堊紀(jì)地層序列見圖3。

圖3 永康盆地白堊紀(jì)地層序列Fig．3 Cretaceous stratigraphic sequence of Yongkang basin

2 泥灰?guī)r段地層沉積學(xué)特征

2．1 泥灰?guī)r產(chǎn)出特征

泥灰?guī)r是介于泥巖與碳酸鹽巖之間的過渡型沉積巖，具有微粒狀或泥狀結(jié)構(gòu)，粒徑一般小于0．01 mm。泥灰?guī)r與粘土巖的區(qū)別是滴稀鹽酸后前者產(chǎn)生氣泡，與灰?guī)r的區(qū)別是前者氣泡處有暗色泥質(zhì)物出現(xiàn)?；遥嗷旌蠋r石中碳酸鹽成分占30～70%均可定義為泥灰?guī)r，實際工作中常把露頭特征相近的一系列灰－泥混合巖石統(tǒng)稱為泥灰?guī)r［9－11］。本次工作在朝川組紅層沉積中發(fā)現(xiàn)的暗色湖相碳酸鹽沉積，野外露頭（圖4A）新鮮面均呈灰－灰黑色（圖4B），風(fēng)化后呈土黃－灰黃色（圖4C），巖石露頭特征差異較??；室內(nèi)巖石薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，巖石主要由碳酸鹽、粘土質(zhì)及粉砂碎屑組成，另有少量鐵質(zhì)和有機質(zhì)。除個別層位碳酸鹽含量達(dá)50%以上（圖4D），其他層位巖石中均含較多的陸源粉砂碎屑（5～20%不等），碳酸鹽和粘土含量相當(dāng)且均不足50%，難以按巖石組分單元含量進行準(zhǔn)確定名（圖4E、圖4F）。結(jié)合野外露頭特征及鏡下觀察的特征將其定名為泥灰?guī)r。

圖4 永康盆地朝川組泥灰?guī)r沉積特征Fig．4 Sedimentary characteristics of marl of Chaochuan Formation in Yongkang basin

永康盆地朝川組泥灰?guī)r段集中出露于浙江省東陽市湖溪鎮(zhèn)至橫店影視城一線，產(chǎn)出層位穩(wěn)定，平面上均處于盆地中心位置并沿盆地伸展方向展布；垂向上位于朝川組中上部（圖3）。本次工作在湖溪鎮(zhèn)新屋村測制了泥灰?guī)r段地層剖面（圖5），該剖面泥灰?guī)r呈灰－灰黑色中厚層狀，單層厚10～50cm 不等，水平層理較發(fā)育。剖面下部為灰黑色泥灰?guī)r與中厚層狀紫紅色鈣質(zhì)粉砂巖和含細(xì)砂粉砂巖互層沉積，上部為大套灰色泥灰?guī)r夾中層狀紫紅色含細(xì)砂粉砂巖。該泥灰?guī)r段上下地層均為紅色細(xì)碎屑沉積層。

值得注意的是，本次發(fā)現(xiàn)的泥灰?guī)r段地層產(chǎn)狀均較陡，傾角多在40～50°，湖溪鎮(zhèn)剖面甚至達(dá)70°，總體向南東－南傾，經(jīng)調(diào)查研究認(rèn)為可能與余姚－麗水?dāng)嗔言谂璧匦纬珊笙蚰蠔|逆沖推覆有關(guān)。

朝川組泥灰?guī)r段產(chǎn)于淺湖相紅色細(xì)碎屑巖層中部，顏色呈灰黑色，水平層理較發(fā)育，保存較多植物碎片和孢粉化石，具浪基面之下靜水環(huán)境沉積特征。平面上泥灰?guī)r多呈碟形零散分布于湖盆中心位置，側(cè)向上泥灰?guī)r向陸源細(xì)碎屑巖過渡。這些特征表明泥灰?guī)r雖具半深湖相沉積物的某些特征，但其沉積范圍小、穩(wěn)定性差，實則為湖盆中心局部相對較深水的洼地沉積，其沉積時期的水深正好處于浪基面附近，極易受相對湖平面變化和陸源碎屑物質(zhì)輸入的影響，造成泥灰?guī)r與陸源細(xì)碎屑巖的交替出現(xiàn)。

圖5 東陽市湖溪鎮(zhèn)朝川組泥灰?guī)r段巖性特征Fig．5 Lithologic features of marl section from Chaochuan Formation in Huxi，Dongyang city

2．2 泥灰?guī)r段混合沉積特征及成因分析

“混合沉積物”（mixed sediments）最早由Mount在1984年提出，用以表述陸源碎屑與碳酸鹽混合沉積的產(chǎn)物。碳酸鹽與陸源碎屑混合沉積可分為狹義的混合沉積和廣義的混合沉積，狹義的混合沉積指陸源碎屑與碳酸鹽組分的混合（在同一巖層內(nèi)），即混合沉積的典型產(chǎn)物“混積巖”；廣義的混合沉積則包括了狹義的混積巖和陸源碎屑與碳酸鹽交互沉積，二者可以交替互層、夾層及橫向相變或零星分散于另一類巖石之中［11－14］。廣義的混合沉積作用按成因可分為三類，即漸變式混合沉積、突變式混合沉積和復(fù)合式混合沉積。漸變式混合沉積指由正常沉積事件形成的一類巖石，其與上下巖石在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造方面為漸變過渡關(guān)系，沒有突變標(biāo)志；突變式混合沉積指由突發(fā)性沉積事件形成的一類巖石，其與上下巖石間為突變接觸。此類混合沉積作用形成的混積巖成分復(fù)雜，粒度相差較大，有時發(fā)育塊狀層理及滑動變形構(gòu)造。復(fù)合式混合沉積則兼具前兩者特征［11，15］。

朝川組泥灰?guī)r及鈣質(zhì)泥巖樣品巖石化學(xué)成分及相關(guān)微量元素參數(shù)見表1，結(jié)合化學(xué)分析數(shù)據(jù)及薄片鑒定，朝川組泥灰?guī)r主要由碳酸鹽微粒（方解石、白云石）、粘土及少量的粉砂級石英碎屑組成。其中碳酸鹽組分含量多在40%左右，呈泥晶或微晶狀；粘土含量與碳酸鹽含量相差不大，常與碳酸鹽泥晶均勻混合（圖4E），或形成富碳酸鹽微粒層與富粘土成分層交替出現(xiàn)的紋層構(gòu)造（圖4F）。這些特征表明泥灰?guī)r中的粘土礦物主要來源于物源區(qū)風(fēng)化產(chǎn)物，以懸浮方式搬運至盆地，并以機械方式與自生碳酸鹽顆粒混合沉積，膠體凝聚產(chǎn)生的自生粘土礦物和長石蝕變產(chǎn)生的粘土礦物很少。陸源的粘土、粉砂碎屑與自生碳酸鹽泥晶的機械混合構(gòu)成了典型的混積巖［11－16］。如前所述，朝川組中泥灰?guī)r與陸源紅色細(xì)碎屑巖呈互層、夾層產(chǎn)出，單層多與細(xì)碎屑巖呈漸變過渡關(guān)系（圖4B），其沉積環(huán)境處于正常浪基面附近，為淺湖相向半深湖相過渡的相緣地帶，具相緣漸變式混合沉積特征［11，15－16］。

表1 朝川組泥灰?guī)r段巖石化學(xué)成分及相關(guān)微量元素參數(shù)（%）Table．1 Chemical compositions of marl section from Chaochuan Formation

混合沉積具有類型多、空間跨度廣、控制因素多變，且各因素間相互影響的特點。混合沉積形成的主要控制因素包括構(gòu)造作用、氣候和湖平面變化，其次為物源、水動力條件和湖泊的演化歷史［13－15］。朝川組泥灰?guī)r段同時具狹義的混積巖和廣義的漸變式混合沉積特征，其控制因素分析如下：

（一）構(gòu)造因素：盆地下沉速率和沉積速率的配置明顯影響混合沉積。構(gòu)造沉降小而沉積速率較大時，盆地水體變淺，不斷充填，沉積空間隨之減小，形成的混合沉積巖系地層厚度較??；反之則形成厚度較大的混合沉積巖系。永康盆地泥灰?guī)r段發(fā)育層位處于斷坳盆地穩(wěn)定沉降階段，湖域范圍達(dá)到最大，盆地處于補償沉積階段，有利于碳酸鹽巖穩(wěn)定沉積，因此形成了近150 m 厚且?guī)r性組合相對穩(wěn)定的混合沉積巖系。

（二）氣候變化：湖泊系統(tǒng)對氣候變化較敏感。干旱、潮濕及溫暖期和寒冷期的交替變化均能直接和明顯影響混合沉積。浙東地區(qū)白堊紀(jì)氣候整體較干熱，薄片鑒定表明朝川組中泥灰?guī)r段碳酸鹽組分除方解石外，還含較多的白云石，同時泥灰?guī)rCaO／MgO 比值為1．89～2．48，泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖Sr／Ba比值范圍為0．11～0．71，平均值為0．4（表1）。白云石的形成及相對較高的Sr／Ba比值表明泥灰?guī)r及鈣質(zhì)泥巖形成于高蒸發(fā)的淡水－半咸水陸相湖盆環(huán)境，較高的蒸發(fā)量和咸化的湖水利于方解石化學(xué)沉淀及準(zhǔn)同生白云石的形成［17－19］；從化學(xué)分析結(jié)果（表1）可以看出，盡管不同類型、不同層位的巖石中碳酸鹽組分和陸源組分含量各不相同，但來源于陸源碎屑的SiO2、Al2O3、Fe2O3相互間的含量比例關(guān)系卻是穩(wěn)定的，不同層位和巖性的巖石中ω（SiO2）：ω（Al2O3）：ω（Fe2O3）的值基本穩(wěn)定在23：7：1，不因碳酸鹽含量變化而變化，這說明碳酸鹽物質(zhì)對陸源物質(zhì)只起到稀釋作用，陸源物質(zhì)來源是穩(wěn)定的，巖性變化只與陸源物質(zhì)的輸入量有關(guān)［18］。綜上所述，干旱期與潮濕期的交替應(yīng)是本區(qū)泥灰?guī)r混合沉積的主要控制因素。當(dāng)氣候干旱時，因地表徑流的減弱，陸源供給豐度降低，陸源沉積的抑制作用減弱，同時湖水蒸發(fā)量大，碳酸鹽可隨之大量沉積，潮濕期則相反。干旱和潮濕氣候的交替造成了陸源碎屑巖和泥灰?guī)r的漸變式混合沉積。

（三）湖平面變化：湖平面的升降主要從陸源物質(zhì)的供給和水體深度兩方面影響混合沉積作用的進行及其強度。當(dāng)湖平面相對上升，深水區(qū)域面積增大，陸源碎屑影響較弱，有利于大面積形成碳酸鹽巖；當(dāng)湖平面相對下降，水體逐漸變淺時，陸源碎屑影響增強，抑制形成碳酸鹽巖。相對湖平面的變化控制著朝川組泥灰?guī)r沉積的范圍和厚度。

（四）物源：物源是混合沉積的一個重要影響因素，但其受構(gòu)造、氣候和湖平面的影響。永康盆地朝川期湖盆水深相對較淺，同時物源區(qū)為面積巨大的火山碎屑巖區(qū)，陸源物質(zhì)對碳酸鹽巖沉積的抑制作用持續(xù)存在，造成了朝川組泥灰?guī)r段同時具備組分內(nèi)混合沉積（狹義混合沉積）及漸變式混合沉積（廣義混合沉積）同時存在的現(xiàn)象。

（五）水動力條件：影響湖泊水動力的因素主要有河流和風(fēng)浪。永康盆地面積相對較小、水體淺，水動力條件多變，容易造成多種粒級沉積顆粒的混合沉積。

（六）湖泊的演化歷史：永康盆地經(jīng)歷早期快速充填、中期相對穩(wěn)定沉降和晚期蒸發(fā)收縮的三個發(fā)展階段。泥灰?guī)r僅出現(xiàn)在中期相對穩(wěn)定沉降期，該時期陸源物質(zhì)供給相對穩(wěn)定，水體深度達(dá)到最大，利于在相對靜水環(huán)境的水體中形成碳酸鹽巖沉積。

3 泥灰?guī)r段中發(fā)現(xiàn)孢粉化石及意義

灰黑色泥灰?guī)r段中含豐富的植物化石，這些植物化石多為破碎的葉片及莖干，為異地搬運沉積，且多已炭化，僅個別還保存較完好的形態(tài)（圖4C）。經(jīng)鑒定，這些植物化石的種屬極為單一，幾乎全為掌鱗杉科植物化石Pseudofrenelopsissp．。同時系統(tǒng)采集了泥灰?guī)r段孢粉分析樣品，其孢粉的含量及種屬見表2。由表2可知，剖面中孢粉主要保存在中部灰黑色泥灰?guī)r中，含量較高，但種屬單一，以裸子植物孢粉占主導(dǎo)，其中Classopollis占總數(shù)的44～72%，個別樣品可達(dá)90%；Exesipollenites占總數(shù)的28～51%，另含有極少量的無肋雙囊類花粉。本次樣品中發(fā)現(xiàn)的孢粉組合雖缺少特征性的蕨類植物孢粉，但結(jié)合Classopollis與Exesipollenites相對含量及植物化石單一為Pseudofrenelopsissp．等特征，可確定泥灰?guī)r段的時代為早白堊世晚期［1，6，20］。Classopollis和Exesipollenites孢粉為主而缺少代表濕熱氣候環(huán)境的Cicatricosisporites和Schizaeoisporites分子，這種孢粉組合代表典型的干熱氣候［20，21］。已有資料表明，Pseudofrenelopsis主要生活于有季節(jié)變化、鹽度較高或較干旱的環(huán)境中［22，23］。

表2 永康盆地朝川組泥灰?guī)r段中孢粉組合Table．2 Assemblages and contents of sporopollen fossils in marl section from Chaochuan Formation

4 討論及結(jié)論

4．1 討論

早白堊紀(jì)晚期是中國東南部的重要成盆時期，該時期形成了數(shù)量眾多的紅色碎屑沉積盆地。通常認(rèn)為該時期的古氣候為干熱氣候，這一結(jié)論來源于廣泛分布的紅層沉積及少量的孢粉和植物化石。由于缺乏研究載體，對于精細(xì)的氣候變化特征研究具有一定的困難。近年來不少研究者也試圖在紅層沉積中尋找特殊載體進行精細(xì)的氣候?qū)Ρ妊芯?，已有的成果主要是通過紅層中的粘土礦物、植物化石細(xì)微結(jié)構(gòu)特征及地球化學(xué)指標(biāo)等來反映不同尺度氣候變化特征［22－26］。

氣候變化對沉積物（尤其是陸相沉積地層）產(chǎn)生直接影響。陸相沉積形成于陸圈與水圈、大氣圈和生物圈的交界面上，比海相地層更有效地保存了地球表層環(huán)境的信息［24］。另一方面，由于陸相沉積更易受地形、物源及構(gòu)造背景等影響，宏觀上的陸相沉積特征很難精細(xì)地記錄氣候的變化。因此，如何尋找特殊沉積載體是陸相沉積古氣候研究的難點和重點。筆者在朝川組紅層沉積中發(fā)現(xiàn)的泥灰?guī)r段，發(fā)育于相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景下，且其沉積環(huán)境恰處于湖盆浪基面附近，因此對氣候變化引起的湖平面變化、物源供給及水化學(xué)條件變化極為敏感。綜合分析，筆者認(rèn)為該段陸源碎屑巖與湖相碳酸鹽巖混合沉積巖系的形成與陸源物質(zhì)供給量關(guān)系密切，反映其形成時期存在干旱與潮濕氣候的交替變化，這種變化屬于較短時期內(nèi)的氣候變化。泥灰?guī)r層中保存的植物化石及孢粉，反映該區(qū)具有干熱氣候的特征，而與泥灰?guī)r互層產(chǎn)出的紅色細(xì)碎屑巖中未發(fā)現(xiàn)孢粉化石，這種化石記錄的缺失應(yīng)與紅層沉積時強氧化的動蕩水體環(huán)境有關(guān)，同時也反映了陸相紅盆中化石記錄在古氣候研究中具有局限性。

4．2 結(jié)論

永康盆地朝川組中產(chǎn)出的泥灰?guī)r混合沉積對短期氣候變化有較好的記錄，結(jié)合該段地層孢粉、植物化石記錄及前人研究成果，認(rèn)為浙東地區(qū)早白堊世晚期總體可能處于干熱氣候環(huán)境，但存在短時間內(nèi)干旱與潮濕氣候的交替。

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