湖北長陽資丘二疊紀(jì)沉積及演化特征

萬　秋

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥230001)

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湖北長陽資丘二疊紀(jì)沉積及演化特征

萬秋

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥230001)

摘要：湖北長陽資丘二疊系剖面地層出露良好，特征明顯，以碳酸鹽巖沉積為主。野外剖面測量和室內(nèi)微相分析表明，二疊系巖相主要由生物碎屑顆?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)頁巖等組成。根據(jù)巖相、古生物化石及碳酸鹽巖微相分析，研究區(qū)二疊系主要為碳酸鹽斜坡、臺地和盆地沉積。其中，中二疊世發(fā)育碳酸鹽斜坡沉積和盆地沉積，晚二疊世發(fā)育斜坡沉積、碳酸鹽臺地和盆地沉積。沉積演化表明，該區(qū)二疊紀(jì)發(fā)生了2次海進(jìn)—海退旋回:第一次海侵發(fā)生在棲霞期，茅口期末結(jié)束；第二次始于吳家坪初期，持續(xù)到長興末期。在中二疊統(tǒng)棲霞組下部發(fā)現(xiàn)了豐富的遺跡化石Zoophycos，形態(tài)及沉積構(gòu)造研究表明此遺跡化石產(chǎn)生于浪基面以下較深水的碳酸鹽巖斜坡環(huán)境。

關(guān)鍵詞：巖相分析；沉積演化；Zoophycos遺跡相；湖北長陽

0引言

湖北長陽地區(qū)二疊系發(fā)育，生物化石豐富，前人做過深入的研究(牟傳龍等，1997；陳洪德等，1999；周雁等，2005；田望學(xué)等，2007)，認(rèn)為中二疊世為臺地相沉積，晚二疊世由于沉積分異，為臺-盆格局。研究區(qū)構(gòu)造發(fā)展和沉積體系的形成受控于揚(yáng)子地臺的大地構(gòu)造演化，在古地理格局上處于揚(yáng)子地臺與鄂西海槽之間，沉積類型多樣，變化紛繁，對該剖面的研究有助于厘清研究區(qū)二疊紀(jì)沉積演化及古地理重建。通過詳細(xì)的野外剖面觀察和室內(nèi)微相分析，以出露較完整的長陽資丘剖面為主干剖面，以長陽馬鞍山為參照剖面，參考構(gòu)造運(yùn)動和地球化學(xué)分析，對該剖面的沉積相及演化做詳細(xì)分析，并就沉積相的橫向變化進(jìn)行探討。

1地層發(fā)育特征

研究區(qū)在加里東運(yùn)動后抬升為陸，直到晚泥盆世才接受五通組石英砂巖沉積;早石炭世再次抬升為陸，中石炭世開始接受濱岸潮坪相沉積，晚石炭世發(fā)生海侵，沉積了一套開闊臺地相的碳酸鹽巖。早二疊世時期，該區(qū)受云南運(yùn)動影響，抬升為陸遭受剝蝕，二疊系梁山組直接覆于石炭系黃龍組之上，呈假整合接觸，下二疊統(tǒng)船山組缺失(圖1)。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)簡圖及剖面位置圖Fig.1　Geological sketch map and profile location of the study area

1.1梁山組

梁山組厚29.6 m，底部為灰白色中—薄層狀石英砂巖夾頁巖，產(chǎn)植物化石，厚約10 m。上部為灰黃褐色砂巖、頁巖夾煤層，產(chǎn)腕足類、介殼類化石。區(qū)內(nèi)梁山組煤層較厚，厚度為3～8 m，含有豐富的高嶺石，且富含鐵、鈦，局部開采。

1.2棲霞組

棲霞組厚227.4 m，可分為3段。(1) 下段。主要由生物碎屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、硅質(zhì)巖組成：砂屑灰?guī)r呈深灰色，主要呈流動狀充填于礫屑灰?guī)r之間，為礫屑灰?guī)r的雜基，少量與深灰色鈣質(zhì)頁巖組成薄層的互層；礫屑灰?guī)r呈淺灰色，含豐富的生物碎屑，礫石直徑為10～30 cm，礫石之間為雜基充填；硅質(zhì)巖分為薄層硅質(zhì)巖和燧石結(jié)核，薄層硅質(zhì)巖與薄—中層狀灰?guī)r呈互層狀，層面呈流動狀，起伏不平，燧石結(jié)核以礫石的形式充填于灰?guī)r中，為灰?guī)r所包裹，燧石結(jié)核呈壓扁流動狀，大小較均勻，直徑約為10 cm。此段還發(fā)現(xiàn)了豐富的遺跡化石，賦存于黑灰色的灰?guī)r和鈣質(zhì)頁巖中。(2) 中段。主要由碎塊狀灰?guī)r及硅質(zhì)條帶組成：碎塊狀灰?guī)r呈層狀，單層厚10～40 cm，礫石大小不等，直徑7～15 cm，層間均為碎塊灰?guī)r組成；硅質(zhì)條帶呈流動狀，薄層，延伸2～5 m不等。(3) 上段。由中—厚層狀灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和眼球狀灰?guī)r組成：灰?guī)r中生物碎屑化石含量豐富；砂屑灰?guī)r主要為薄層狀，眼球狀灰?guī)r“眼球”之間的充填物亦為砂屑灰?guī)r；眼球狀灰?guī)r呈流動的層狀，淺灰色，有些灰?guī)r礫石為燧石包殼，礫石直徑為10～15 cm，呈橢球狀，頂部為厚層狀生物碎屑灰?guī)r。

1.3茅口組

茅口組厚156.5 m。(1) 下部。由厚層狀眼球狀灰?guī)r組成，灰?guī)r礫石呈淺灰色，含豐富生物碎屑化石，礫石長軸方向與層面方向一致，直徑5～15 cm，礫石間為深灰色鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r充填。(2) 中部。由砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖與生物碎屑灰?guī)r組成：砂屑灰?guī)r呈中層狀，含有硅質(zhì)結(jié)核和硅質(zhì)條帶，偶見灰?guī)r礫石，呈透鏡狀；礫屑灰?guī)r呈淺灰色，主要呈棱角狀，磨圓度及分選性均不好，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為90%，其余為砂屑雜基；鈣質(zhì)頁巖呈黑色厚層狀，厚層的砂屑灰?guī)r組成互層，含有燧石結(jié)核和條帶，偶見灰?guī)r礫石；生物碎屑灰?guī)r呈中—厚層狀，淺灰色，見硅質(zhì)結(jié)核和條帶。(3) 上部。主要由薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖組成：薄層硅質(zhì)巖呈黑色，薄層狀， 層厚3～10 cm不等；硅質(zhì)頁巖呈灰褐色，厚度4～11 cm，硅質(zhì)頁巖與硅質(zhì)巖組成互層；鈣質(zhì)頁巖呈灰色，薄—中層狀，含有硅質(zhì)結(jié)核，見水平紋層。茅口組頂部發(fā)育1套厚約為8 m的生物碎屑灰?guī)r。

1.4吳家坪組

吳家坪組厚163.6 m。(1) 底部。由灰褐色砂巖、頁巖夾煤層組成，煤層較厚，見在生產(chǎn)中的煤礦，風(fēng)化較強(qiáng)烈，含植物化石碎片。(2) 中部。由薄層灰?guī)r、中—厚層灰?guī)r夾硅質(zhì)巖和礫屑灰?guī)r組成：薄層狀灰?guī)r呈淺灰色，含硅質(zhì)結(jié)核較多，灰?guī)r由生物碎屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r組成，生物碎屑化石主要由藻類、雙殼類、有孔蟲、菊石等組成，薄層灰?guī)r與薄層硅質(zhì)巖呈互層狀，層厚3～10 cm，組成8個旋回；礫屑灰?guī)r呈淺灰色，富含孔蟲、藻類等化石，灰?guī)r礫石大小不一，磨圓度不好，礫屑灰?guī)r間為鈣質(zhì)砂屑充填，夾1層厚約13 cm的鈣質(zhì)砂屑層；中—厚層灰?guī)r呈淺灰色，富含化石碎屑，層面起伏，呈流動狀，夾較多的硅質(zhì)結(jié)核和條帶。(3) 上部。為碎塊狀灰?guī)r，顏色為棕灰色-灰色，呈中—厚層狀，灰?guī)r礫石雜亂堆積，呈棱角狀，大小不一，富含生物化石。

1.5長興組

長興組厚28.5 m，由2部分組成。(1) 下部。為淺灰色厚層狀生物碎屑灰?guī)r，生物碎屑主要由藻類、有孔蟲、腹足類等組成，偶見滑塌的灰?guī)r礫石，見厚約20 cm的硅質(zhì)條帶。(2) 上部。由灰褐色-灰黑色薄層含泥硅質(zhì)巖組成，層面呈流動狀?；液稚栀|(zhì)巖約占70%，含泥質(zhì)；灰黑色薄層硅質(zhì)巖一般為灰褐色硅質(zhì)巖所夾，成分較純。

2巖相分析

長陽資丘二疊系剖面巖相總體以灰?guī)r為主，其次為硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)頁巖、砂巖和炭質(zhì)頁巖，灰?guī)r可以分為生物碎屑顆?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、礫屑灰?guī)r(圖2)。

圖2　野外剖面照片(a) 棲霞組中部薄層灰?guī)r夾硅質(zhì)條帶和結(jié)核；(b) 棲霞組下部Zoophycos遺跡化石；(c) 茅口組底部眼球狀灰?guī)r；(d) 棲霞組中部碎塊狀灰?guī)r；(e) 茅口組中部礫屑灰?guī)r；(f) 茅口組上部鈣質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r；(g) 長興組底部生物碎屑灰?guī)r；(h) 長興組上部褐黃色薄層硅質(zhì)巖Fig.2　Field photos of profiles (a) thin limestone with siliceous bands and nodules of the middle Qixia Formation; (b) trace fossil Zoophycos of the lower Qixia Formation; (c) augen limestone of the lower Maokou Formation; (d) chunky limestone of the middle Qixia Formation; (e) calcirudite of the middle Maokou Formation; (f) calcareous shale with thin limestone of the upper Maokou Formation; (g) bioclastic limestone of the lower Changxing Formation; (h) thin brown yellow silica rock of the upper Changxing Formation

2.1生物碎屑灰?guī)r

生物碎屑灰?guī)r是研究區(qū)分布最廣、數(shù)量最多的巖相，生物碎屑豐富，以底棲類為主，如腕足類;基質(zhì)多為泥晶和亮晶方解石，少量含有泥質(zhì)成分。淺灰色、灰色，中—厚層狀，層面起伏(圖2g)，呈流動狀，主要分布于棲霞組上部、茅口組中部和長興組下部，發(fā)育于開闊臺地到斜坡環(huán)境。鈣藻碎屑較多，形狀有橢圓形、長條形，在薄片中見到生物顆粒為泥晶和重結(jié)晶的方解石充填，泥晶膠結(jié)，碎屑大小約為0.1～0.5 mm;有孔蟲碎屑較完整，粒徑約為2～3 mm的完整有孔蟲化石含量較高，鈣藻類主要呈短柱狀、圓環(huán)狀，一般為藻類莖和枝節(jié)的碎片(圖3d)，含有少量的珊瑚、腹足類和少量似球粒，生物碎屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～80%。

2.2砂屑灰?guī)r

砂屑灰?guī)r呈灰色、深灰色，成分以粉晶方解石和亮晶方解石為主，粒度約為0.05～0.1 mm，有微亮晶化作用，在棲霞和茅口組中廣泛分布。鏡下多為灰黑色，似流動狀，方解石定向排列，含有少量泥質(zhì)成分，生物碎屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%，化石碎片主要有腕足類、有孔蟲、珊瑚、腹足類、介形蟲、深水有孔蟲等，粒徑0.2～0.3 mm，顆粒分選明顯，破碎強(qiáng)烈(圖3c)。砂屑灰?guī)r分為2類：一類廣泛發(fā)育于棲霞組的中下部和茅口組中部，為成層的砂屑灰?guī)r，生物碎屑中以淺水藻類、腕足類、菊石為主，主要呈中厚層狀，層面較水平(圖2f)，沉積環(huán)境為淺海臺地或臺地邊緣沉積；另一類發(fā)育于礫屑灰?guī)r中，為灰?guī)r礫石的包裹物，呈流動狀分布于灰?guī)r礫石周圍，主要為泥晶粉屑灰?guī)r、碳酸鹽巖斜坡沉積。

2.3礫屑灰?guī)r

剖面上發(fā)育的礫屑灰?guī)r分為2類。

圖3　巖石微相照片(a) 棲霞組下部遺跡化石微相；(b) 棲霞組上部泥晶灰?guī)r；(c) 茅口組底部砂屑灰?guī)r；(d) 茅口組中部生物碎屑顆?；?guī)r；(e) 茅口組上部鈣質(zhì)頁巖；(f) 長興組海綿骨針硅質(zhì)巖Fig.3　Micro facies photos of rocks(a) trace fossil mircofacies of the lower Qixia Formation; (b) micrite of the upper Qixia Formation; (c) calcarenite of the lower Maokou Formation; (d) bioclastic limestone of the middle Maokou Formation; (e) calcareous shale of the upper Maokou Formation; (f) silica rock with sponge spicules of the Changxing Formation

一類為淺灰色透鏡狀的灰?guī)r(圖2c、e),大多順層排列，粒徑10～30 cm，含有較多的暗色包裹物，主要為鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r或灰泥灰?guī)r;層厚為薄層—中層狀，有的被泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r包裹，層面起伏不平;形狀為次圓狀至次棱角狀，大小不一;含鈣藻類、腹足類、棘皮類等生物化石。礫石主要是灰色生物碎屑灰?guī)r，雜基質(zhì)為鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r，環(huán)繞礫石分布，成流動狀,主要見于斜坡下部沉積。

關(guān)于此類礫屑灰?guī)r的成因爭論頗多，主要有2種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為是先期的沉積差異，后期差異壓實(shí)形成的(馮增昭等，1991)，主要形成于淺海臺地；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為等深流沉積作用在碳酸鹽斜坡下部形成，為深水相沉積(李雙應(yīng)等，2001)。筆者認(rèn)為礫屑灰?guī)r為半深水斜坡沉積，首先從形態(tài)上看，礫屑灰?guī)r具有一定磨圓度，而成巖壓實(shí)作用往往沒有磨圓；其次，灰?guī)r礫石中的生物碎屑化石往往較完整且顆粒較大，未見明顯的壓實(shí)作用，而包裹物中生物化石破碎較強(qiáng)烈且化石個體較小，且來源有多源性，既有淺海相的化石碎片，又有來自半深海保存較完好的小型有孔蟲等化石，形成于半深海環(huán)境。

另一類礫屑灰?guī)r由雜亂的淺灰色礫石灰?guī)r和黑灰色的基質(zhì)組成(圖2d)，基質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，偶夾燧石結(jié)核；化石多且分布廣，生物化石主要有藻類、棘皮類，單層厚50、109 cm；礫石大小為8～30 cm，分選性差，磨圓度差，大多成半棱角狀，膠結(jié)物為灰泥和砂屑灰?guī)r，充填于顆粒之間，以灰?guī)r礫石的雜亂堆積和充填于其中的灰色砂屑灰?guī)r為特征，稱為碎塊狀灰?guī)r，廣泛分布在棲霞組和茅口組中，沉積于臺地邊緣—斜坡上部。

2.4泥晶灰?guī)r

由灰泥(又稱泥晶)組成，僅含少量異化粒(<10%)，在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于陸源黏土巖，形成于低能環(huán)境(圖3b)，常見于2種環(huán)境中，即淺水區(qū)的潟湖、潮上帶及浪基面以下的深水區(qū)。該剖面發(fā)育的泥晶灰?guī)r發(fā)育于淺水環(huán)境中，呈中層狀，含較多的有機(jī)質(zhì)而呈深灰色，無層理構(gòu)造，含少量生物碎屑，主要為腕足類和藻類，見于吳家坪組。

2.5遺跡化石Zoophycos的發(fā)現(xiàn)及沉積環(huán)境意義

遺跡化石是在某種生物成因條件下形成的沉積構(gòu)造，是生物生活期間各種行為習(xí)性的反映，對古生態(tài)、古生物和古環(huán)境有重要意義。Seilacher(1967)根據(jù)遺跡化石在海洋中的分布，建立了遺跡化石的水深分帶模式，楊式溥(1999)對遺跡化石及其古環(huán)境和古地理意義進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

本次研究的剖面中發(fā)現(xiàn)的遺跡化石，根據(jù)形態(tài)定名為Zoophycoscf.caudagalli，產(chǎn)于中二疊統(tǒng)棲霞組下部灰?guī)r中，由一系列蹼紋層及由此構(gòu)成的帶狀、層狀蹼層組成，呈彎曲狀，蹼層寬度為0.3～1.0 cm，深灰色和淺灰色的蹼紋層交替出現(xiàn)，與圍巖產(chǎn)生明顯反差。圍巖為含有砂屑和大量有機(jī)質(zhì)的泥晶灰?guī)r，呈深灰色，偶見生物碎屑顆粒(圖2b、圖3a)。

Seilacher(1967)認(rèn)為Zoophycos遺跡相出現(xiàn)在浪基面以下的半深海，位置大致與大陸斜坡相當(dāng)，在有障壁的海中，由于水動力變?nèi)鹾腿毖?，Zoophycos同樣可以產(chǎn)生，古生代一般產(chǎn)生在含煤地層中(王約，2004)。在浪基面之下，沉積作用變緩，沉積物分選不好及含氧量變少的情況下，由于不斷的生物擾動，在含砂質(zhì)的灰泥中產(chǎn)生Zoophycos遺跡化石(楊式溥，1999)。棲霞組下部的遺跡化石產(chǎn)生在含有機(jī)質(zhì)和砂屑的深灰色泥晶灰?guī)r中，泥晶灰?guī)r一般代表水動力較弱的半深海斜坡環(huán)境。

2.6硅質(zhì)巖

黑色或灰黑色，呈層狀分布，或者為條帶和結(jié)核狀，單層厚度一般小于10 cm，少數(shù)可達(dá)15 cm，可以分為2類：一類為條帶狀和結(jié)核狀，燧石結(jié)核形態(tài)不規(guī)則，一般小于10 cm，燧石團(tuán)塊較大，可達(dá)20 cm，交代作用明顯，產(chǎn)藻類、腕足類等化石(圖3a)，是大規(guī)模海進(jìn)和上升流形成的淺海缺氧環(huán)境的產(chǎn)物(顏佳新等，1998；牛志軍等，2000；雷卞軍等，2002)，在棲霞組、茅口組和吳家坪組均有分布，與灰?guī)r形成互層或夾于灰?guī)r中，形成于開闊臺地和斜坡環(huán)境；另一類為薄層狀硅質(zhì)巖，層厚5～10 cm，硅質(zhì)巖的層面平整，水平層理和水平紋層發(fā)育，主要發(fā)育在茅口組上部及長興組中(圖2h)。顯微鏡下硅質(zhì)巖主要由隱晶質(zhì)玉髓組成，含少量微晶石英，呈膠粒狀結(jié)構(gòu)，見海綿骨針(圖3f)，是生物化學(xué)和化學(xué)沉積，同時受熱水沉積影響，為盆地及盆地邊緣相沉積。

2.7海相陸源碎屑巖

研究區(qū)的碎屑巖發(fā)育較少，主要為泥質(zhì)粉砂巖和炭質(zhì)頁巖夾煤層、鈣質(zhì)頁巖，分布在梁山組和茅口組中。鈣質(zhì)頁巖呈深灰色，表面有砂質(zhì)感，層面連續(xù)，厚度為薄—中層狀，主要發(fā)育在茅口組上部，未見生物化石碎屑(圖3e)，為盆地-盆地邊緣沉積，同時也是礫屑灰?guī)r中基質(zhì)的重要組成部分。薄片下為深褐色、黑褐色，含有大量的泥質(zhì)和鐵質(zhì)成分及少量炭質(zhì)和有機(jī)物，碎屑物質(zhì)主要為硅質(zhì)，見重結(jié)晶方解石，泥質(zhì)成分約占70%～80%。

炭質(zhì)頁巖呈灰黑色或黑色，薄層狀，夾有煤層，生物化石以菊石類為主，煤層可采，泥質(zhì)粉砂巖呈灰黑色，風(fēng)化較強(qiáng)烈，碎屑物質(zhì)主要為石英，還有泥質(zhì)和鐵質(zhì)，產(chǎn)高嶺石。梁山組上與棲霞組灰?guī)r段呈整合接觸，下與黃龍組平行不整合接觸，為濱淺海低能環(huán)境沉積。

3沉積相分析

研究區(qū)除船山組缺失外，二疊系其他地層發(fā)育齊全，連續(xù)性較好，并且在棲霞組下部發(fā)現(xiàn)了遺跡化石Zoophycos，根據(jù)巖相和微相分析，二疊系主要發(fā)育碳酸鹽巖臺地相、斜坡相、盆地相和海相陸源的濱海沼澤相(圖4)。

3.1濱岸沼澤相

分布在梁山組和吳家坪組下部，由含煤的石英細(xì)砂巖、頁巖和黏土巖組成，夾灰?guī)r透鏡體，含植物化石和雙殼類、腕足類化石。地球化學(xué)分析結(jié)果表明， 梁山組石英細(xì)砂巖含有豐富的磷質(zhì)，少量鋁質(zhì)和鐵質(zhì)，Th/U比值為9.02，Sr/Ba比值為0.04，在碎屑巖的地球化學(xué)特征中，表示為濱岸沼澤相沉積。吳家坪組下部的灰褐色砂巖、頁巖夾煤層，含淺海相腕足化石，風(fēng)化強(qiáng)烈，香溪大峽口地區(qū)為厚約0.5 m的黏土巖，利川黃泥塘為含炭質(zhì)、硅質(zhì)的頁巖和含黃鐵礦泥巖，與茅口組成假整合接觸。

3.2臺地相

臺地相主要由開闊臺地和臺地邊緣亞相組成。開闊臺地相水深一般為幾十米，寬度較大，鹽度基本正常、循環(huán)作用中等，巖性主要由淺灰色、灰色中—厚層狀泥晶灰?guī)r、生物碎屑顆粒灰?guī)r和廣海生物群構(gòu)成的生物層組成，古生物化石以有孔蟲、雙殼類和腹足類為主，分布在棲霞組頂部。棲霞組頂部由灰色厚層狀生物碎屑灰?guī)r組成，含有燧石結(jié)核和條帶，層面穩(wěn)定。

3.3臺地邊緣斜坡相

碳酸鹽巖臺地的向海斜坡帶，是臺地進(jìn)入深水盆地的斜坡，沉積構(gòu)造和碎屑流發(fā)育，根據(jù)前人的研究(福里格，2006)，碳酸鹽巖斜坡沉積的識別標(biāo)志為異地和原地流沉積。異地沉積物主要有礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r，主要來自淺水臺地，角礫多呈透鏡狀或次棱角狀，碎屑分選差，發(fā)育重力流沉積。原地流沉積主要為泥晶灰?guī)r及硅質(zhì)巖，野外見硅質(zhì)巖與泥晶灰?guī)r互層，少數(shù)為具韻律層的粉砂屑灰?guī)r，可以分為臺地邊緣斜坡上部沉積和臺地邊緣斜坡下部沉積。

鄂西地區(qū)二疊紀(jì)由于板內(nèi)拉張作用，發(fā)育克拉通裂陷盆地，該剖面位于海盆與臺地之間，斜坡相發(fā)育。臺地邊緣斜坡上部沉積由碎塊狀灰?guī)r和砂屑灰?guī)r及薄層生物碎屑灰?guī)r組成，在重力流的作用下從臺地邊緣滑塌到臺地邊緣斜坡上部，雜亂堆積，主要分布在棲霞組中部和吳家坪組上部。臺地邊緣斜坡下部由一系列定向的、成層的眼球狀灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和少量硅質(zhì)巖組成，形成于碎屑流環(huán)境。眼球狀灰?guī)r的“眼球”由淺灰色生物碎屑灰?guī)r或泥晶灰?guī)r組成，形成于淺海環(huán)境，而充填物多為泥晶粉屑灰?guī)r，少量為泥質(zhì)和鈣質(zhì)頁巖。從臺地滾落的灰?guī)r礫石經(jīng)過不斷磨圓和分選，最終在斜坡下部沉積。由于碎屑流的作用，使得灰?guī)r礫石順層呈排列，并且使得砂屑灰?guī)r中的砂屑呈定向排列，因此，剖面中的眼球狀灰?guī)r應(yīng)該屬于坡度較緩的臺地邊緣斜坡下部沉積。

3.4盆地相

盆地相主要發(fā)育在茅口組上部和長興組上部，由鈣質(zhì)頁巖、薄層硅質(zhì)巖組成，水平紋層發(fā)育，含豐富有機(jī)質(zhì)。茅口組上部主要由鈣質(zhì)頁巖組成，含硅質(zhì)結(jié)核和團(tuán)塊，見少量生物化石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，主要為腕足類，含泥質(zhì)和石英。碳酸鹽巖地球化學(xué)分析表明，Sr/Ba比值為0.178(<1)，Th/U比值為3.34，顯示深海環(huán)境，含有少量的鐵和鋁。長興組上部主要由薄層硅質(zhì)巖組成，呈褐黃色或灰黑色，產(chǎn)腕足類和菊石類化石，含有泥質(zhì)，屬泥巖-硅質(zhì)巖型。硅質(zhì)巖下段為褐黃色含泥硅質(zhì)巖，表示初期的海侵，為盆地邊緣沉積；上段的灰黑色薄層硅質(zhì)巖則表示海侵加大，海水進(jìn)一步加深，為盆地相沉積。

圖4　長陽資丘二疊系沉積綜合柱狀圖Fig.4　Sedimentary and stratigraphic column of the Permian Ziqiu section, Changyang County

4沉積相演化

研究區(qū)在經(jīng)過廣西運(yùn)動后抬升為陸，直到晚泥盆世才接受五通組砂巖沉積，早石炭世抬升為陸，早石炭世晚期接受潟湖—潮坪沉積(王立亭等，1994)，晚石炭世—早二疊世，沉積了臺地相的碳酸鹽巖，爾后的云南運(yùn)動使得沉積大被剝蝕，使得梁山組假整合與石炭系威寧組之上。在經(jīng)歷了云南運(yùn)動的抬升之后，由于海平面的上升和古陸提供的物源，使得研究區(qū)沉積了1套濱岸沼澤相的含煤碎屑巖，且煤層較厚，可采，而在鄂東地區(qū)發(fā)育較薄，此段地層的發(fā)育主要受物源供給和同沉積斷裂控制。

棲霞期開始后，海侵進(jìn)一步加劇，陸地全部消失，形成碳酸鹽巖沉積環(huán)境，研究區(qū)為臺地坳陷，受區(qū)域拉張和海侵的影響，臺內(nèi)坳陷加寬、加深，棲霞期的沉積序列為較深水的斜坡下部沉積—臺地邊緣沉積—斜坡上部沉積—開闊臺地沉積。棲霞組下部灰?guī)r呈深灰色，富含有機(jī)質(zhì)和燧石結(jié)核，U/Th比值大于1.29，V/(V+Ni)比值為0.52～0.90，為缺氧沉積環(huán)境，發(fā)育厭氧的Zoophycos遺跡化石。棲霞期的沉積反映了海平面的變化和區(qū)域上的坳陷-裂谷作用，未發(fā)生明顯的沉積分異，同時厭氧的沉積環(huán)境與較高的生物生產(chǎn)速率有關(guān)。

茅口期開始后，揚(yáng)子北部坳陷開始向斷陷盆地轉(zhuǎn)化，海平面上升，茅口早期為以厚層礫屑灰?guī)r為特征的斜坡下部沉積，中期發(fā)育斜坡上部—斜坡下部—斜坡上部沉積旋回，總體為碳酸鹽巖斜坡上部沉積，晚期發(fā)育盆地沉積，巖相主要為硅質(zhì)巖和鈣質(zhì)頁巖。茅口期中國南方進(jìn)入強(qiáng)烈拉張期，基底活化，同沉積斷層發(fā)育，出現(xiàn)臺-盆格局分異，研究區(qū)以新華斷裂為界，在斷裂以西的建始地區(qū)發(fā)育孤峰組硅質(zhì)巖的盆地沉積，研究區(qū)漸變?yōu)楣栀|(zhì)、泥質(zhì)碎屑巖—碳酸鹽巖沉積—較深水斜坡沉積，自西向東灰?guī)r分布增多，硅質(zhì)巖分布較少。茅口晚期發(fā)生了東吳運(yùn)動，使得研究區(qū)大范圍抬升，進(jìn)入海退階段，茅口組頂部沉積被剝蝕，出現(xiàn)喀斯特古溶蝕，造成茅口組和吳家坪組的區(qū)域不整合。

吳家坪早期由于受東吳運(yùn)動影響，普遍抬升為陸，在經(jīng)歷了短暫的抬升后，沉積了濱岸沼澤相的陸源碎屑，巖性為石英細(xì)砂巖、炭質(zhì)頁巖夾煤層，風(fēng)化強(qiáng)烈。在香溪大峽口地區(qū)為厚約0.5 m的黏土巖，秭歸興灘為厚約1 m的黏土層，建始地區(qū)為灰色薄層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾煤層，含工業(yè)煤層。吳家坪中期為燧石結(jié)核灰?guī)r-厚層礫屑灰?guī)r-灰色中厚層狀灰?guī)r沉積，沉積序列為開闊臺地—臺地邊緣斜坡—開闊臺地，總體為開闊臺地沉積，富含有孔蟲生物碎屑化石，建始—恩施地區(qū)以硅質(zhì)巖-泥灰?guī)r為特征的臺盆沉積，富含腕足類、菊石類化石。吳家坪晚期發(fā)育以碎塊狀灰?guī)r為特征的臺地邊緣沉積。

長興早期繼承了吳家坪晚期的沉積，發(fā)育1套淺灰色生物碎屑灰?guī)r，為開闊臺地相沉積，生物化石主要以底棲群落為主，而在建始—恩施斷裂以西利川地區(qū)發(fā)育生物礁灘，在建始地區(qū)發(fā)育硅質(zhì)巖和泥灰?guī)r為特征的海槽(陳洪德等，2009)。晚期隨著海侵的加劇，海水逐漸加深，海槽范圍擴(kuò)大，沉積了褐黃色和黑灰色的硅質(zhì)巖，生物化石以游泳浮游群落為主，沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榕璧叵?，硅質(zhì)巖類型多變，沉積厚度自西向東逐漸減薄，存在穿時現(xiàn)象。

5結(jié)論

(1) 湖北長陽資丘二疊系巖相主要由生物碎屑顆?；?guī)r、砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、硅質(zhì)巖、鈣質(zhì)頁巖等組成，發(fā)育碳酸鹽巖斜坡沉積，具體可分為斜坡上部和下部沉積，主要發(fā)育在棲霞組和茅口組，其次是吳家坪組，由礫屑灰?guī)r、泥晶粉屑灰?guī)r和夾硅質(zhì)條帶的深灰色泥、粉晶灰?guī)r組成。

(2) 在中二疊統(tǒng)棲霞組下部發(fā)現(xiàn)的遺跡化石Zoophycos，根據(jù)其形態(tài)及巖相分析，確定為半深海的斜坡沉積環(huán)境。中二疊世發(fā)育碳酸鹽斜坡沉積和盆地沉積，晚二疊世發(fā)育斜坡沉積、碳酸鹽臺地和盆地沉積，中二疊世—晚二疊世構(gòu)成了海進(jìn)—海退—海進(jìn)旋回，并且受區(qū)域張裂作用影響，中晚二疊世發(fā)生沉積分異。

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Sedimentary facies and evolution of the Permian Ziqiu section in Changyang County, Hubei Province

WAN Qiu

(Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China)

Abstract：The Permian Ziqiu section in Changyang County of Hubei Province is well outcropped, with notable characteristics, and is mainly composed of carbonate rocks. Field section measurements and indoor microfacies analysis suggest that the lithofacies of this section is dominated by bioclastic grainstone, calcarenite, calcirudite, silica and calcareous shale. A combined analysis of lithofacies, fossils and carbonate microfacies indicates that three kinds of sedimentary environments were identified, i.e., carbonate slope, platform and basin deposition. The Middle Permian has mainly deposited on the carbonate slope and basin, and the Upper Permian has mainly deposited on the carbonate slope, platform and basin. The sedimentary evolution indicates that two sedimentary cycles of transgression and regression occurred in the Permian. The first transgression occurred in the Qixia Stage and ended in the late Maokou Stage, while the second transgression occurred in the early Wujiaping Stage and ended in the late Changxing Stage. Abundant trace fossil Zoophycos has been found at the bottom of the upper Qixia Formation, which is considered to be produced in a deep carbonate slope environment below the wave base.

Keywords：lithofacies analysis; sedimentary evolution; ichnofacies of Zoophycos; Changyang County in Hubei Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.7

收稿日期：2014-09-07；編輯：陸李萍

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972082)

作者簡介：萬秋(1983—)，男，工程師,博士，地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查專業(yè),E-mail: att3955@163.com

中圖分類號：P531

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)01-0007-08