龍門山甘溪土橋子組碳酸鹽巖沉積相及其演化

李鳳杰，屈雪林，杜凌春，荊錫貴，成曉雨

（成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059）

龍門山甘溪土橋子組碳酸鹽巖沉積相及其演化

李鳳杰，屈雪林，杜凌春，荊錫貴，成曉雨

（成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059）

依據(jù)野外實測剖面資料，對龍門山甘溪剖面上泥盆統(tǒng)土橋子組沉積相進行了分析，認為土橋子組以碳酸鹽緩坡沉積為背景，該組沉積中期，隨著海平面的短暫下降，碳酸鹽緩坡發(fā)生短暫的臺地化，其最直接的識別標(biāo)志是生物礁前的角礫巖及塌積巖沉積的出現(xiàn)。該剖面土橋子組碳酸鹽緩坡包括淺水緩坡和深水緩坡2種亞相類型；碳酸鹽臺地包括臺地邊緣礁灘和前緣斜坡2種亞相類型。土橋子組碳酸鹽巖發(fā)育2個完整的沉積旋回，這2個旋回隨著海平面的升降變化，表現(xiàn)出不同的沉積特征。龍門山上泥盆統(tǒng)甘溪剖面土橋子組碳酸鹽緩坡沉積以微晶灰?guī)r—泥灰?guī)r組成的韻律層為特征。

碳酸鹽巖沉積相；沉積演化；土橋子組；甘溪剖面

0　引言

龍門山上泥盆統(tǒng)土橋子組北川桂溪—沙窩子剖面（簡稱甘溪剖面），是國際泥盆系標(biāo)準(zhǔn)剖面之一，該剖面地層連續(xù)、露頭良好、構(gòu)造簡單、化石豐富、分帶清楚、沉積類型多樣、相標(biāo)志清楚，是我國泥盆系重要的典型剖面之一［1-3］。土橋子組處于上泥盆統(tǒng)最下部，屬龍門山泥盆紀(jì)最大海泛期，主要接受碳酸鹽緩坡沉積［3-4］。在最大海泛面的兩側(cè)發(fā)育厚達40～50 m的灰?guī)r與泥灰?guī)r韻律層。許多研究均表明，灰?guī)r和泥灰?guī)r韻律層的形成往往受地球軌道氣候旋回的控制［5-9］。該地區(qū)韻律層形成于水體較深的環(huán)境，生物相對較少，受其干擾小，因而成為研究灰?guī)r和泥灰?guī)r韻律層發(fā)育及形成機制的有利部位。筆者以甘溪沙窩子村土橋子組剖面野外實測為基礎(chǔ)，開展土橋子組沉積相研究，進一步分析其韻律層的形成環(huán)境，以及在沉積序列中的發(fā)育部位，為其韻律層的發(fā)育與形成機制研究奠定基礎(chǔ)。

1　地質(zhì)概況

龍門山上泥盆統(tǒng)土橋子組剖面屬于四川龍門山桂溪—沙窩子泥盆系國際標(biāo)準(zhǔn)剖面的重要組成部分［3］，位于四川盆地西北部北川縣桂溪鄉(xiāng)沙窩子村（圖1）。按龍門山泥盆系的分層標(biāo)準(zhǔn)，上泥盆統(tǒng)自下而上可劃分為土橋子組、沙窩子組和茅壩組，其下伏地層為中泥盆統(tǒng)觀霧山組。其中土橋子組相當(dāng)于侯鴻飛等［2］實測北川縣桂溪—沙窩子泥盆系剖面B128-B143層的土橋子組，沉積于Frasnian階早期［5］。土橋子組巖性主要為碳酸鹽巖、泥灰?guī)r和泥巖，其中泥灰?guī)r和泥巖代表了深水盆地相沉積，主要生物包括層孔蟲、珊瑚、腹足以及Leiorhyachus和深水相竹節(jié)石等［3］。自下而上可分為2個沉積旋回組合段，各段底部為角礫灰?guī)r或云巖，向上以灰?guī)r為主，泥質(zhì)含量增加；最大海泛期為黑色泥質(zhì)巖沉積，上部為生物碎屑灰?guī)r和生物礁組成的淺水沉積。

圖1　龍門山甘溪土橋子組剖面位置Fig.1　Location map of profile of Tuqiaozi Formation in Ganxi section of Longmen Mountain

2　碳酸鹽巖沉積環(huán)境分析

針對龍門山甘溪剖面上泥盆統(tǒng)土橋子組碳酸鹽巖沉積相研究，不同學(xué)者開展過相應(yīng)的研究，許多人認為其屬于碳酸鹽臺地沉積環(huán)境［1-3］，也有人認為其屬于碳酸鹽緩坡沉積環(huán)境［4-10］。事實上，嚴(yán)格定義的碳酸鹽臺地和緩坡是一個相互獨立，并且存在成因聯(lián)系的2個沉積環(huán)境。其成因聯(lián)系表現(xiàn)在緩坡具有向臺地轉(zhuǎn)化的趨勢［11-12］，有不少學(xué)者將緩坡納入臺地范疇，但鑒于兩者諸多明顯區(qū)別，應(yīng)對甘溪剖面土橋子組碳酸鹽巖沉積進行詳細區(qū)分。

（1）甘溪剖面土橋子組碳酸鹽巖以發(fā)育微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥巖為特征，并形成韻律層，但具有厚層狀礁灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r和核形石灰?guī)r的存在，是碳酸鹽緩坡沉積的標(biāo)志［10］。王劍［13］認為，碳酸鹽緩坡主要形成于穩(wěn)定的構(gòu)造條件和海平面相對上升期。龍門山晚泥盆世為盆地穩(wěn)定拉張擴展期，形成區(qū)域性穩(wěn)定沉降，造成相對海平面上升［10］。土橋子組沉積時期構(gòu)造活動處于相對平靜期，該時期海平面處于上升階段，海域范圍明顯擴大，因此該時期具備緩坡生長發(fā)育條件。

（2）對碳酸鹽巖沉積的研究表明，一套碳酸鹽巖沉積是臺地還是緩坡，最重要的標(biāo)志是它是否存在明顯的斜坡坡折［11-12］，而角礫巖與塌積巖沉積的出現(xiàn)則是臺地斜坡相識別的重要證據(jù)。在甘溪剖面土橋子組存在大量厚層狀的云質(zhì)角礫灰?guī)r和滑塌變形層理，表明該區(qū)存在臺地前緣斜坡相。

（3）區(qū)分碳酸鹽臺地與碳酸鹽緩坡另一個重要的標(biāo)志是它是否存在橫向上連續(xù)的線狀灘或礁［14］。甘溪剖面土橋子組發(fā)育層孔蟲礁灰?guī)r和珊瑚礁灰?guī)r2種類型，不同時期的生物礁之間多為深水暗色泥灰?guī)r層所分割，該時期的臺地可能為孤立臺地［10］，而且臺地的持續(xù)時間較短，不足以在橫向上形成大規(guī)模的線狀連續(xù)礁體。

綜上所述，甘溪剖面土橋子組以碳酸鹽緩坡沉積為背景，沉積過程中，隨著海平面的短暫下降，碳酸鹽緩坡發(fā)生短暫的臺地化，其最直接的識別標(biāo)志是生物礁前的角礫巖及塌積巖沉積的出現(xiàn)。

3　沉積相類型

根據(jù)野外剖面綜合分析，甘溪剖面土橋子組發(fā)育碳酸鹽臺地、碳酸鹽緩坡和盆地相3種沉積相類型，隨著海平面的變化，其在沉積演化上交替出現(xiàn)。碳酸鹽臺地包括臺地邊緣和前緣斜坡2種亞相類型，碳酸鹽緩坡包括淺水緩坡和深水緩坡2種亞相類型。

3.1碳酸鹽臺地

3.1.1臺地邊緣亞相

甘溪剖面土橋子組臺地邊緣亞相包括丘礁、生物碎屑灘（顆粒灘）和灘間3種沉積微相。

（1）丘礁微相

土橋子組丘礁灰?guī)r發(fā)育2種類型，包括層孔蟲礁灰?guī)r和珊瑚礁灰?guī)r。層孔蟲礁灰?guī)r主要由球狀層孔蟲組成，球狀層孔蟲大小不均（圖版Ⅰ-1），主要為8～15 cm，最大可達30 cm。珊瑚礁灰?guī)r包括群體珊瑚和枝狀珊瑚（圖版Ⅰ-2）。

（2）生物碎屑灘微相

主要為深灰色中—薄層生物碎屑灰?guī)r（圖版Ⅰ-3），含豐富的層孔蟲、腕足、腹足和竹節(jié)石化石。生物碎屑灰?guī)r多以生物碎屑為主，形成于水動力較強、沉積水體較淺、經(jīng)常受波浪作用改造的沉積環(huán)境。

（3）灘間微相

為臺緣淺灘之間相對較深水的受淺灘障蔽作用下形成的潮下低能沉積環(huán)境，因此，沉積物粒度細，巖性以微—粉晶灰?guī)r為主，呈灰—深灰色，含少量有孔蟲和雙殼類化石，局部含泥質(zhì)較重，偶夾少量砂屑和生物碎屑。

3.1.2前緣斜坡亞相

甘溪剖面土橋子組前緣斜坡亞相包括上斜坡和下斜坡2種沉積微相。

（1）上斜坡微相

上斜坡微相主要由角礫巖組成。角礫巖由灰色厚層塊狀、角礫狀灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r和白云巖組成，角礫直徑為1～10 cm，體積分?jǐn)?shù)為60%～80%，雜亂堆積，角礫中含大量的層孔蟲礁塊角礫（圖版Ⅰ-4）和珊瑚礁塊角礫（圖版Ⅰ-5），為生物礁前滑塌角礫巖。微晶灰?guī)r呈薄—中層狀，具滑塌變形構(gòu)造（圖版Ⅰ-6）?；堑[巖滑塌的最終結(jié)果是導(dǎo)致巖石發(fā)生原生錯斷，造成滑塌體的角礫巖化，其與上下層構(gòu)成正常層—角礫巖層—變形層—正常層的層序。

該類型的沉積微相位于前緣斜坡的上斜坡之處，臺地邊緣的生物礁滑塌后落于前緣斜坡上部，并占據(jù)了上斜坡的位置。

（2）下斜坡微相

位于前緣斜坡的下部，主要包括含生物碎屑灰?guī)r、微晶灰?guī)r，生物保存相對完整。

3.2碳酸鹽緩坡

3.2.1淺水緩坡亞相

甘溪剖面土橋子組淺水緩坡亞相包括淺灘和潮下低能2種沉積微相。

（1）淺灘微相

主要為深灰色中—薄層生物碎屑灰?guī)r和核形石灰?guī)r，含豐富的層孔蟲、腕足、腹足和竹節(jié)石等化石。生物碎屑灰?guī)r中生物相對完整，核形石灰?guī)r中核形石大小為5～15 cm（圖版Ⅰ-7），局部夾1～2 cm厚的腕足類介殼層，全部為Leiorhynchus組成，殼體凸面向上（圖版Ⅰ-8），表明受到水動力的改造，為風(fēng)暴沉積作用的結(jié)果。

（2）潮下低能微相

由深灰色薄層微晶灰?guī)r夾泥灰?guī)r組成，二者呈韻律層產(chǎn)出，一般灰?guī)r厚度為5～20 cm，泥灰?guī)r厚度為1～5 cm，含Leiorhynchus腕足化石，向上韻律層厚度變?。▓D版Ⅰ-9）。

3.2.2深水緩坡亞相

根據(jù)Read［11］提出的碳酸鹽緩坡模式，碳酸鹽緩坡可分為等斜緩坡和遠端變陡的緩坡2種類型，二者最主要的區(qū)別是在深水緩坡中是否存在滑塌沉積和變形層理等反映緩坡變陡的沉積構(gòu)造。甘溪剖面土橋子組2種類型的碳酸鹽緩坡都有發(fā)育，沉積微相包括灰泥丘、斜坡泥以及變陡的遠端沉積。

（1）灰泥丘微相

灰泥丘為大量灰?guī)r或泥晶灰?guī)r的堆積體，可能由海百合、苔蘚蟲等叢生枝狀的底棲固著生物捕集及障積作用而成［15］?；夷嗲鸬膫€體有時相當(dāng)大，但它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不是骨架支撐的，而是由很純細的灰泥基質(zhì)組成，或者由含球粒和細小生物碎屑的灰泥組成。生物種類包括：海百合（圖版Ⅰ-10）、腕足、腹足等，此外還有較高等的藻類和鈣質(zhì)微生物及微生物遺骸，多數(shù)為泥質(zhì)支撐，巖性較致密。

（2）斜坡泥微相

形成于比較安靜的水體環(huán)境中，沉積水體能量相對淺水緩坡更安靜，沉積物以細粒懸浮物和化學(xué)沉積物質(zhì)為主［14］?；疑⑸罨疑　袑由镄嘉⒕Щ?guī)r與薄層泥灰?guī)r互層，風(fēng)化后呈薄板狀，因陽光和氧氣相對不足，所以生物含量較少。相對于淺水緩坡，微晶灰?guī)r和泥灰?guī)r韻律層的厚度整體變薄，其中微晶灰?guī)r的單層厚度變薄，而泥灰?guī)r厚度相對變厚（圖版Ⅰ-11）。

（3）變陡的遠端沉積微相

該類型的沉積主要由含白云質(zhì)微—粉晶生物屑灰?guī)r組成，含大量腕足類、介形類、珊瑚、海百合（圖版Ⅰ-10）和竹節(jié)石等化石。最為重要的證據(jù)是該沉積區(qū)具滑塌變形層理。

3.3盆地相

位于大陸坡以下的深海盆地，水體安靜且較深。甘溪剖面土橋子組盆地相巖性主要為黑色泥巖（圖版Ⅰ-12）夾富含竹節(jié)石化石的薄層泥灰?guī)r，具補償—欠補償沉積序列，以來自遠洋懸浮的細粒沉積物為主。

4　沉積環(huán)境演化

依據(jù)上述對甘溪剖面土橋子組沉積相的分析，筆者認為，龍門山上泥盆統(tǒng)土橋子組經(jīng)歷了2期沉積旋回的變化，并在各期沉積旋回中，沉積環(huán)境存在差異。

圖2　龍門山甘溪土橋子組下部旋回沉積相與海平面變化Fig.2　Sedimentary facies and sea level change of lower cycle of Tuqiaozi Formation in Ganxi section of Longmen Mountain

4.1土橋子組早期沉積旋回

該沉積旋回是以海平面升降完整旋回為背景的沉積相組合（圖2）。最下部為前緣斜坡帶的上斜坡沉積，發(fā)育深灰色角礫灰?guī)r與中—薄層微晶灰?guī)r，具滑塌變形構(gòu)造。隨著海平面的上升，水體加深，發(fā)育深水緩坡環(huán)境，沉積了3套巖性組合（微晶灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥巖），其中以微晶灰?guī)r和泥灰?guī)r組成的韻律層為特征。最大海泛期，接受盆地相薄層泥質(zhì)巖沉積，具水平紋層，它既是土橋子組最大海泛期的凝縮層，也是龍門山地區(qū)泥盆紀(jì)海侵期逐漸達到最高點時的最大海泛期的凝縮層［4］。海平面下降初期仍然為水體較深的深水緩坡，以深灰色薄—中層微晶灰?guī)r與泥灰?guī)r呈韻律互層為特征。隨著海平面的進一步下降，水體變淺，接受淺水緩坡沉積，并沉積了以生物碎屑灰?guī)r和核形石灰?guī)r為主的淺灘微相，表明該時期水體能量增強。海平面下降晚期，碳酸鹽巖生產(chǎn)加速，向上加積作用增強，生物碎屑增多，還可發(fā)育層孔蟲，表明水體能量進一步增強，沉積了以生物碎屑為主的淺灘微相。沉積旋回最上部為層孔蟲礁灰?guī)r，與下部的淺灘灰?guī)r組合，構(gòu)成了土橋子組中部碳酸鹽臺地礁灘相沉積。

圖3　龍門山甘溪土橋子組上部旋回沉積相與海平面變化Fig.3　Sedimentary facies and sea level change of upper cycle of Tuqiaozi Formation in Ganxi section of Longmen Mountain

4.2土橋子組晚期沉積旋回

該沉積旋回同樣是一個完整的海平面升降過程（圖3）。旋回初期，接受厚度較大的角礫白云巖、云質(zhì)角礫灰?guī)r沉積，角礫中包含大量的層孔蟲礁塊角礫（圖版Ⅰ-4）和珊瑚礁塊角礫（圖版Ⅰ-5）。該套巖性組合屬于生物礁前滑塌沉積的重要標(biāo)志，也是臺地斜坡相識別的重要證據(jù)［11-12，16-17］。該沉積與下伏的礁、灘相沉積組合進一步證實了土橋子組中部碳酸鹽臺地的存在。土橋子組處于龍門山泥盆紀(jì)最大海泛期［4］，其中部的碳酸鹽臺地發(fā)育時間較短，很快被再次的海平面快速上升所淹沒，接受盆地相的深灰色薄—中層含生物碎屑灰?guī)r與泥灰?guī)r互層沉積，含豐富介形蟲化石。在旋回中部的盆地相中，夾淺灰色中—厚層狀含生物碎屑微晶灰?guī)r，含白云質(zhì)微—粉晶生物碎屑灰?guī)r層，生物類型多樣，含大量腕足類、介形類、珊瑚和竹節(jié)石等化石，并具有滑塌變形構(gòu)造，屬碳酸鹽緩坡在遠端變陡滑塌變形沉積。該旋回發(fā)育的晚期，水體變淺，沉積了以生物碎屑灰?guī)r、礁灰?guī)r和核形石灰?guī)r為主的碳酸鹽淺水緩坡。

5　結(jié)論

（1）龍門山甘溪剖面土橋子組為碳酸鹽巖—盆地相沉積，碳酸鹽巖沉積是以碳酸鹽緩坡為背景，并發(fā)生短暫的碳酸鹽臺地化。其中碳酸鹽緩坡包括淺水緩坡和深水緩坡2種亞相類型，碳酸鹽臺地包括礁灘和前緣斜坡2種亞相類型。

（2）碳酸鹽緩坡沉積以微晶灰?guī)r—泥灰?guī)r組成的韻律層為特征。

（3）龍門山土橋子組可分為2個沉積旋回，這2個旋回隨著海平面的升降變化，表現(xiàn)出不同的沉積特征。早期沉積旋回經(jīng)歷了海侵期的滑塌變形沉積、海泛期的薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r和黑色泥巖沉積及海平面下降期的礁灘相沉積；晚期沉積旋回的海侵期同樣發(fā)育滑塌變形沉積，海泛期接受變陡的遠端滑塌變形沉積，以及海平面下降期的淺水緩坡進積序列。

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圖版Ⅰ

圖版Ⅰ說明：龍門山甘溪土橋子組常見的沉積巖類型。1.層孔蟲礁灰?guī)r，球狀層孔蟲，大小分布不均，131 m；2.珊瑚礁灰?guī)r，枝狀，140 m；3.深灰色生物碎屑灰?guī)r，124 m；4.灰色白云質(zhì)角礫礁灰?guī)r，角礫大小分布不均，為10～20 cm，角礫成分為礁灰?guī)r，148 m；5.灰白色角礫白云巖，角礫大小分布不均，一般為3～10 cm，最大可達30 cm，176 m；6.薄層狀微晶灰?guī)r，具變形構(gòu)造，198 m；7.中層狀核形石灰?guī)r，核形石大小均一，為5～15 cm，227 m；8.灰色腕足介殼層，層厚2 cm，為Leiorhynchus腕足化石，介殼均呈凸面向上的特點，95 m；9.薄層狀灰?guī)r與泥灰?guī)r韻律層，灰?guī)r呈灰色，厚度為5～15 cm，泥灰?guī)r呈灰黑色，厚度為1～5 cm，184 m；10.深灰色海百合灰?guī)r，23 m；11.薄層狀灰?guī)r與泥灰?guī)r韻律層，泥灰?guī)r層增厚，33 m；12.深灰色薄層狀泥巖，具水平層理，50 m

（本文編輯：楊琦）

Carbonate facies and sedimentary evolution of Upper Devonian Tuqiaozi Formation in Ganxi section of Longmen Mountain

Li Fengjie，Qu Xuelin，Du Lingchun，Jing Xigui，Cheng Xiaoyu
（Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Based on the data of cross sections，the Upper Devonian Tuqiaozi Formation in Ganxi section of the Longmen Mountain is considered to be carbonate ramp deposits.With the sea level of a brief fall in the middle sedimentary stage of Tuqiaozi Formation，the carbonate ramp transformed to carbonate platform，of which the most direct identification markistheemergenceof breccia and slump deposit in the front of reef.There are two types of subfacies including shallow ramp and deep water ramp in carbonate ramp and two types of subfacies including platform edge reef and beach and foreslope in carbonate platform.Two whole carbonate sedimentary cycles developed in Tuqiaozi Formation.There are different sedimentary features between the two sedimentary cycles with the changes of sea level rise and fall.The carbonate ramp of Tuqiaozi Formation in Ganxi section is characterized by rhythmite formed by micrite-marl.

sedimentaryfacies ofcarbonate；sedimentaryevolution；Tuqiaozi Formation；Ganxi section

TE121.3

A

1673-8926（2015）05-0006-07

2015-05-10；

2015-07-28

國家自然科學(xué)基金項目“龍門山地區(qū)泥盆紀(jì)土橋子組高頻韻律旋回成因及古氣候意義研究”（編號：41172100）及四川省教育廳自然科學(xué)重點項目“四川盆地北川甘溪鎮(zhèn)泥盆系茅壩組泥-灰?guī)r韻律層成因機制研究”（編號：09ZA007）和“龍門山地區(qū)泥盆紀(jì)風(fēng)暴沉積及其地質(zhì)意義”（編號：12ZA012）聯(lián)合資助

李鳳杰（1972-），男，博士，教授，主要從事沉積學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。地址：（610059）四川省成都市二仙橋東三路1號成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院。E-mail：lifengjie72@163.com。