川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)卡尼階古喀斯特的發(fā)現(xiàn)及研究意義

杜怡星, 時(shí)志強(qiáng)

成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院,成都 610059

川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)卡尼階古喀斯特的發(fā)現(xiàn)及研究意義

杜怡星, 時(shí)志強(qiáng)

成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院,成都 610059

在川西北地區(qū)綿竹漢旺、安縣雎水剖面上三疊統(tǒng)卡尼階海綿礁(丘)灰?guī)r頂部發(fā)現(xiàn)古喀斯特；野外露頭可見明顯的花斑狀構(gòu)造以及蜂窩狀溶孔，顯微鏡下可見泥晶化顆粒，喀斯特角礫以及喀斯特溶孔充填物，其中包括泥—亮晶方解石，生物碎屑以及陸源石英顆粒；根據(jù)露頭巖性和顯微薄片特征判斷其屬于早成巖期喀斯特；喀斯特成單層發(fā)育，之上覆蓋化石豐富的黃色或黑色頁巖，其中的菊石化石鑒定表明其為上卡尼階底部沉積。該喀斯特是重要的等時(shí)界面，且可作為該地區(qū)上下卡尼階的界線。喀斯特之上的巖性在漢旺和雎水有差異：在綿竹漢旺青巖溝剖面，喀斯特灰?guī)r之上覆蓋有黑色粉砂質(zhì)頁巖與生屑灰?guī)r(如層狀海綿灰?guī)r、海百合灰?guī)r)，在漢旺觀音崖剖面，喀斯特面之上發(fā)育海綿丘灰?guī)r及頁巖，在安縣雎水剖面，古喀斯特發(fā)育在滾落的海綿巨礫之上。綜合研究表明，喀斯特的形成與早期龍門山的隆升以及卡尼期濕潤氣候事件在發(fā)生時(shí)間上非常相近，推測其成因與龍門山的隆升以及卡尼期濕潤氣候事件有關(guān)。

喀斯特;卡尼期濕潤氣候事件;龍門山;上三疊統(tǒng)

0 引言

晚三疊世是構(gòu)造活動頻繁、古生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變、古氣候變化顯著的一段地質(zhì)歷史時(shí)期[1-2]。這一時(shí)期的溫室效應(yīng)十分顯著，在特提斯地區(qū)，其氣候主要表現(xiàn)為半干旱溫暖的氣候特征，大氣中CO2濃度值超過了4 000 mL/m3，但在中—晚卡尼期期間存在兩個(gè)短暫的高溫期，與高溫天氣相伴隨的是這一時(shí)期全年平均降水量的明顯增多[3-5]。同時(shí)，晚三疊世構(gòu)造活動頻繁，位于特提斯北緣的基莫里微型陸塊與歐亞板塊在這一時(shí)期發(fā)生碰撞[6]，隨著基莫里板塊持續(xù)向北漂移，最終導(dǎo)致了古特提斯洋的關(guān)閉以及新特提斯洋的打開[7]。由于構(gòu)造運(yùn)動活躍，在特提斯地區(qū)貫穿整個(gè)卡尼期的連續(xù)地層并不多見[8]。

川西北地區(qū)在晚三疊世時(shí)期位于特提斯洋東緣。上三疊統(tǒng)卡尼階沉積巖廣泛出露于龍門山前地帶，前人將這套沉積與諾利階下部沉積一起歸為馬鞍塘組[1,9-10]。馬鞍塘組下部主要為一套碳酸鹽巖，該套碳酸鹽巖沉積自下而上分別為一套鮞粒灰?guī)r和海綿礁(丘)灰?guī)r，層內(nèi)可見生物碎屑顆粒和生物化石。碳酸鹽巖之上則發(fā)育卡尼階黑色頁巖沉積。以前的研究認(rèn)為從卡尼階內(nèi)的鮞粒灰?guī)r到海綿礁(丘)灰?guī)r再到黑色頁巖，反映出水體連續(xù)逐漸加深的過程[11]，新的野外考察卻在川西北地區(qū)漢旺青巖溝、觀音崖以及安縣雎水等三個(gè)剖面的卡尼階海綿礁(丘)灰?guī)r頂部均發(fā)現(xiàn)有古喀斯特的存在，這表明該地區(qū)在卡尼期時(shí)曾出現(xiàn)過水深變淺的情況。該喀斯特發(fā)育于川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)卡尼階中，屬于早成巖期喀斯特，其正好位于上下卡尼階的界線附近，同時(shí)又是卡尼階巖性變化的重要標(biāo)志，其地層學(xué)意義顯著?？λ固氐男纬梢环矫媸菢?gòu)造作用所致，另一方面與濕熱的氣候條件之間關(guān)系密切[12]，且該喀斯特的形成與龍門山的初次隆升以及卡尼期濕潤氣候事件的發(fā)生在時(shí)間上都頗為近似，其成因很有可能與二者密切相關(guān)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造背景

晚三疊世的印支運(yùn)動導(dǎo)致了中國大陸主體的合并，同時(shí)也改變了揚(yáng)子板塊的構(gòu)造格局與沉積面貌[13]。受印支運(yùn)動影響，晚三疊世華北板塊與揚(yáng)子板塊發(fā)生碰撞，導(dǎo)致處于古特提斯洋東線分支的秦嶺洋盆關(guān)閉[14]。四川盆地位于揚(yáng)子板塊西北側(cè)，在古生代至中生代早期，揚(yáng)子板塊西部為穩(wěn)定的被動大陸邊緣盆地，地層沉積主要為巨厚的海相碳酸鹽巖[15]。由于受到印支構(gòu)造作用的影響，龍門山在晚三疊世開始由北端至南端逐漸隆升出水面，四川盆地內(nèi)的海水也在此時(shí)自東而西逐漸退去，盆內(nèi)沉積物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁懴喑练e為主[13,15-16]。在中上揚(yáng)子地區(qū)，上三疊統(tǒng)卡尼階呈帶狀局限分布于龍門山前緣地區(qū)，其主要集中在四川省綿竹市九龍場至安縣沸水場之間的川西北地區(qū)，在江油佛爺洞等地也有零星分布。地層出露層位主要為上三疊統(tǒng)馬鞍塘組，幾個(gè)重要剖面均位于龍門山山前斷褶帶邊緣的4個(gè)背斜、向斜兩翼[10]。

1.2 地層背景

上三疊統(tǒng)馬鞍塘組局限分布于龍門山前緣什邡金河到江油馬鞍塘一帶，該地區(qū)在晚三疊世時(shí)位于古特提斯海東緣[17]。馬鞍塘組按巖性大致可分為3段：下段巖性主要為鮞?；?guī)r、海綿礁(丘)灰?guī)r；中段以黑色泥頁巖為主，部分地區(qū)存在碳酸鹽巖的二次發(fā)育，故同時(shí)可見灰?guī)r與頁巖以及粉砂巖沉積；上段則為粉、細(xì)砂巖夾灰?guī)r、泥巖沉積。有關(guān)馬鞍塘組的具體時(shí)代劃分此前一直存在爭議，馬鞍塘組建組剖面位于寶成鐵路江油馬鞍塘車站處，前人一直將馬鞍塘組劃歸為卡尼階，但在對其上部地層中菊石和瓣鰓類化石進(jìn)行年限鑒定后發(fā)現(xiàn)馬鞍塘組上部地層時(shí)代屬于早諾利期，成都地質(zhì)學(xué)院三疊系研究小組[9-10,13]曾把其作為一個(gè)獨(dú)立地層單獨(dú)劃分出來并命名為石元組。本文綜合前人研究結(jié)果，認(rèn)為馬鞍塘組的下段和中段屬于卡尼階，而其上段則屬于諾利階。時(shí)志強(qiáng)等[18]在雎水、青巖溝剖面發(fā)現(xiàn)了代表上卡尼階底部的標(biāo)志性菊石化石，由此基本可以確定出川西北地區(qū)上下卡尼階的界線，但是卡尼階與諾利階之間的界線卻由于缺少相關(guān)證據(jù)而無法確定。

2 剖面簡述

研究涉及漢旺觀音崖、漢旺青巖溝以及安縣雎水等3個(gè)剖面，其均位于川西北地區(qū)龍門山前緣地帶，剖面位置如圖所示(圖1)。

2.1 安縣雎水剖面

雎水剖面位于龍門山中段，距離雎水鎮(zhèn)北約500 m，馬鞍塘組地層沿河出露，發(fā)育良好。地層厚約183.4 m(圖2)。剖面描述如下：

上覆地層：

26層：上三疊統(tǒng)小塘子組(T3x)灰色薄至中層狀粉砂質(zhì)泥巖與薄至中層狀細(xì)砂巖、粉砂巖互層。厚度：8.30 m。

————整合————

馬鞍塘組(T3m)：

21～25層：巖性以灰色、淺灰色鈣質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，夾薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)細(xì)砂巖；含植物碎片。下部產(chǎn)瓣鰓類、腹足類化石。厚度：21.50 m。

16～20層：該段沉積主要為泥頁巖和泥灰?guī)r，內(nèi)夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。產(chǎn)瓣鰓類、腹足類、腕足類及菊石類化石，含植物碎片及植物莖干化石?？λ固刂系?6層巖性為含生物碎屑黑色頁巖，出產(chǎn)菊石(e.g.,Discotropitidn.gen.n.sp.1,Juvavitid? n.gen.)和浮游類雙殼(HalobiacomatoidesYin)。厚度：21.20 m。

喀斯特面：喀斯特發(fā)育于第15層海綿礁(丘)灰?guī)r的頂部，成層發(fā)育。在野外露頭可見巖石表面的花斑狀構(gòu)造，并發(fā)育有針狀或蜂窩狀溶孔。屬于早成巖期喀斯特。

1～15層：下卡尼階灰?guī)r段，該套地層下部為鮞?；?guī)r段，內(nèi)夾部分生屑灰?guī)r，底部可見核形石。層內(nèi)見豐富的珊瑚化石；鮞?；?guī)r之上沉積物主要為生屑灰?guī)r、凝塊石灰?guī)r，喀斯特之下的15層發(fā)育一套海綿礁(丘)灰?guī)r。層內(nèi)生物種類豐富，可見棘皮類、苔蘚蟲類、瓣鰓類、腹足類、腕足類化石以及大量的海綿骨針。厚度：117.30 m。

圖1 漢旺青巖溝、觀音崖以及安縣雎水剖面位置圖Fig.1 Geographical map showing location of Qingyangou section, Guanyinya section in Hanwang and Jushui section in Anxian, northwestern Sichuan province

圖2 漢旺觀音崖、漢旺青巖溝、安縣雎水剖面巖性柱狀圖Fig.2 Lithological column of the Qingyangou section, Guanyinya section and Jushui section

————整合————

下伏地層：

0層：中三疊統(tǒng)天井山組(T2t)白灰至白色厚層塊狀層紋石灰?guī)r。厚度大于15.00 m。

2.2 漢旺觀音崖剖面

觀音崖剖面位于四川盆地西北部的綿竹漢旺鎮(zhèn)。剖面地層從中三疊統(tǒng)天井山組頂部開始，一直到上三疊統(tǒng)小塘子組底部結(jié)束，地層的真厚度約為98 m。根據(jù)野外巖性特征劃分為30層(圖2)。觀音崖剖面自上而下，巖性分層描述如下：

上三疊統(tǒng)小塘子組(T3x)：

30層：為小塘子組灰色薄到中層狀鈣質(zhì)粉砂巖。厚度：7.30 m。

--------平行不整合--------

上三疊統(tǒng)馬鞍塘組(T3m)：

21～29層：該段主要為頁巖夾多套泥質(zhì)粉砂巖沉積，層間可見植物葉片化石。該套沉積頂部為第29層灰色含礫屑鮞?；?guī)r，礫屑大小不一、磨圓度較差，頂界面凹凸不平，為平行不整合面界線，其上為上三疊統(tǒng)小塘子組沉積。厚度：15.31 m。

16～20層：該段沉積巖性以頁巖和粉砂質(zhì)頁巖為主，其間夾多套灰色薄層狀鈣質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖和砂巖，巖層間可見豐富的黃鐵礦顆粒，亦可見植物化石碎片。厚度：18.34 m。

13～15層：為灰?guī)r與頁巖互層沉積，下部為凝塊石灰?guī)r和生屑灰?guī)r，之上發(fā)育深灰色中層狀海綿礁(丘)灰?guī)r，為海綿礁短暫二期次生長?？λ固刂系?3層主要為薄層鈣質(zhì)黑色頁巖，巖層中有黃鐵礦顆粒分布，巖石整體有機(jī)質(zhì)含量較高，局部可見薄層生物碎屑灰?guī)r。厚度：14.30 m。

喀斯特面：喀斯特發(fā)育于第12層第一期海綿礁(丘)灰?guī)r的頂部，在野外露頭可見巖石表面的花斑狀構(gòu)造，并發(fā)育有針狀或蜂窩狀溶孔。屬于典型的早成巖期喀斯特。

2～12層：該段為碳酸鹽巖沉積，其下部為灰白色含生屑鮞?；?guī)r以及鮞粒灰?guī)r，與下部的天井山組頂部呈整合接觸。鮞粒灰?guī)r段中夾有薄層的生屑灰?guī)r。至該段上部12層巖性變?yōu)楹＞d礁灰?guī)r，巖石呈深灰色，內(nèi)含部分其他生物碎屑，巖石中還可見凝塊石和團(tuán)塊。在生屑灰?guī)r和鮞?；?guī)r中出產(chǎn)牙形石Quadralellapolygnathiformis，這些牙形石可以確切地表明該段沉積屬于卡尼階。厚度：35.15 m。

————整合————

中三疊統(tǒng)天井山組(T2t)：

0～1層：灰白色中厚層狀含藻紋層灰質(zhì)白云巖以及白云巖，紋層構(gòu)造發(fā)育。厚度：7.40 m。

2.3 漢旺青巖溝剖面

漢旺青巖溝剖面位于綿竹市漢旺鎮(zhèn)西北約一公里的青巖溝內(nèi)。出露地層總厚度約為25 m，自下而上可分為16層，但是馬鞍塘組的頂?shù)捉缑婢豢梢姟r層中可見大量生物化石，且種類豐富，例如雙殼類、腹足類、頭足類以及植物葉片等(圖2)。剖面特征描述如下：

上三疊統(tǒng)馬鞍塘組(T3m)：

13～16層：該段沉積以泥頁巖以及粉砂質(zhì)頁巖為主，含有大量植物葉片化石以及少量生物碎屑。其間夾灰色中層狀泥質(zhì)粉砂巖，黃鐵礦含量豐富。厚度：12.88 m。

6～12層：該段沉積主要以碳酸鹽巖為主，中間夾多層薄層狀黑色鈣質(zhì)頁巖，巖石中可見植物葉片化石。主要巖性為生屑灰?guī)r，可見大量生物碎屑。第9～10層為海綿礁(丘)灰?guī)r，推測為海綿礁(丘)的第二次發(fā)育。厚度：4.50 m。

4～5層：喀斯特之上的第4層為黑色薄層狀鈣質(zhì)頁巖，可見大量的植物化石碎屑，黃鐵礦顆粒較多且順層分布。第5層為灰色薄到中層狀含生屑粉砂巖，生屑主要為雙殼類、棘皮類、有孔蟲以及海綿碎屑等。厚度：0.90 m。

喀斯特面：喀斯特發(fā)育于第3層第一期海綿礁(丘)灰?guī)r的頂部，該處的喀斯特以野外露頭表面的花斑狀構(gòu)造為特征，原生的喀斯特溶孔較少見，已被后期物質(zhì)所充填。

0～3層：0層主要為灰色中厚層狀含生屑鮞粒灰?guī)r，正常鮞粒占主要地位，放射鮞和復(fù)鮞數(shù)量較少，含少量生物化石。向上逐漸變?yōu)槟龎K石灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r，至第3層則出現(xiàn)海綿礁(丘)灰?guī)r，巖石中可見海綿骨針以及其他生物碎屑。出產(chǎn)牙形石Quadralellapolygnathiformis，表明該段沉積屬于卡尼階。厚度：6.30 m。

3 古喀斯特特征

古喀斯特的形成一般與重大的區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動以及相對海平面下降導(dǎo)致的暴露有關(guān)?？λ固刈饔媚Ｊ娇煞譃閮煞N：一種是“一般模式”，也稱作經(jīng)典模式，其對應(yīng)的是晚成巖期喀斯特，亦稱硬巖喀斯特[19]；另一種是“加勒比模式”，其對應(yīng)的是早成巖期喀斯特，亦稱軟巖喀斯特[19-21]。早成巖期喀斯特多成層發(fā)育，巖石表面?？梢娀ò郀顦?gòu)造以及蜂窩狀或海綿狀溶孔，鏡下常見泥晶化顆粒、生物碎屑、碳酸鹽以及陸源顆粒等充填物[21]。

3.1 宏觀特征

川西北地區(qū)，安縣雎水、漢旺觀音崖和漢旺青巖溝等地上三疊統(tǒng)卡尼階中的古喀斯特顯示出早成巖期喀斯特的明顯特征：成層發(fā)育、花斑構(gòu)造以及海綿狀或蜂窩狀溶孔。

雎水剖面的古喀斯特位于剖面第15層的海綿礁(丘)灰?guī)r頂部(圖3A1)，巖層內(nèi)可見大量古生物化石以及海綿硬塊。在海綿礁(丘)體表面，可見大量呈黃褐色，被泥晶顆粒、砂泥混合物以及生物碎屑顆粒充填形成的花斑構(gòu)造(圖3A2)，同時(shí)巖石表面仍可見一些未被充填的蜂窩狀或海綿狀溶孔(圖3A3，A4)。觀音崖剖面古喀斯特位于剖面第12層第一期海綿礁(丘)灰?guī)r的頂部，其野外露頭特征與青巖溝以及雎水剖面的喀斯特類似(圖3B1)。巖石表面可見喀斯特溶孔被砂泥混合物以及生物碎屑顆粒充填所形成的花斑構(gòu)造(圖3B2)，部分巖石表面仍可見殘余溶孔(圖3B3)。青巖溝的古喀斯特發(fā)育在剖面第3層頂部的第一期海綿礁(丘)灰?guī)r中，在灰色的基巖表面可見明顯的花斑狀構(gòu)造(圖3C1，C2)，這是由于大氣水體在巖石內(nèi)部沖刷淋濾形成的管道被后期物質(zhì)充填形成的結(jié)果，充填物呈黃褐色，多為泥晶顆粒，砂泥混合物以及生物碎屑顆粒等(圖3C3)。

3.2 顯微特征

漢旺觀音崖剖面喀斯特發(fā)育于第一期海綿礁(丘)頂部，鏡下可見大量的生物碎屑以及海綿骨針，同時(shí)可見碳酸鹽砂泥混合物以及零星的陸源石英顆粒充填于喀斯特溶孔中?；|(zhì)內(nèi)可見泥晶化顆粒(4A)，部分生物化石在淡水淋濾作用下也產(chǎn)生泥晶化現(xiàn)象，如圖4B所示為泥晶化有孔蟲。部分生物顆粒因受淡水淋濾溶解而僅剩外形，其產(chǎn)生的孔洞被后期的方解石充填。部分基質(zhì)或充填物中可見磨圓較差，呈次棱角狀的喀斯特角礫(4C)。

青巖溝剖面喀斯特發(fā)育于第一期海綿礁(丘)灰?guī)r中，其薄片中所見現(xiàn)象與觀音崖剖面類似。鏡下可見海綿骨針化石，一些生物化石被淋濾溶解只剩下泥晶化的形態(tài)，溶解產(chǎn)生的孔洞被后期亮晶或微亮晶的方解石充填(圖4D)。這些被充填的孔洞與泥晶的基質(zhì)一起形成了與巖石表面類似的花斑狀構(gòu)造(圖4F)。在部分基質(zhì)或充填物中同樣存在著磨圓較差，呈次棱角狀的喀斯特角礫。

圖3 川西北地區(qū)安縣雎水、漢旺觀音崖和青巖溝剖面古喀斯特宏觀特征A.雎水剖面古喀斯特野外照片：A1，A2在海綿礁(丘)體表面，可見大量呈黃褐色，被泥晶顆粒、砂泥混合物以及生物碎屑顆粒充填形成的花斑構(gòu)造(紅色箭頭所指)，A3，A4為殘留的蜂窩狀或海綿狀溶孔；B.觀音崖剖面古喀斯特野外照片：B1，B2可見巖石表面黃褐色的充填物(紅色箭頭所指)，B3為巖石表面殘留的喀斯特溶孔；C.青巖溝剖面古喀斯特野外照片：C1，C2可見巖石表面黃褐色的充填物，C3為C1照片的局部放大，具明顯的花斑狀構(gòu)造，見大量黃褐色喀斯特充填物(紅色箭頭所指)。Fig.3 Characteristics of the karst in Qingyangou section, Guanyinya section and Jushui section, northwestern Sichuan

雎水剖面的喀斯特面同樣發(fā)育于海綿礁(丘)灰?guī)r之中，但與觀音崖和青巖溝不同的是雎水海綿礁(丘)灰?guī)r的溶蝕孔洞中不僅充填有碳酸鹽砂質(zhì)和泥質(zhì)顆粒，部分孔洞內(nèi)部還充填有陸源石英砂顆粒(圖4G，H)。在顯微鏡下可見大量造礁的海綿以及其他的生物化石，部分生物顆粒溶解后被亮晶方解石充填，喀斯特溶蝕孔中充填陸源石英砂顆粒，同時(shí)在灰?guī)r的基質(zhì)中也沉積有部分的陸源石英顆粒(圖4I)，這可能表明在海綿礁(丘)灰?guī)r沉積的過程中就已經(jīng)開始有部分的陸源碎屑物質(zhì)向盆地內(nèi)輸入。

3.3 喀斯特成因分析

在以往的喀斯特研究對象中，大多數(shù)均屬于晚成巖期喀斯特。由于晚成巖期喀斯特主要基于過去對大陸型喀斯特的研究，故其又被稱為大陸型喀斯特[20]；有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，晚成巖期巖石發(fā)育的喀斯特占喀斯特總數(shù)的98%，而早成巖期喀斯特僅占2%[22]。早成巖期喀斯特的研究實(shí)例報(bào)道早期主要來自島嶼及海岸環(huán)境，巖石類型主要為早成巖期的碳酸鹽巖[21,23-24]，后來隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)區(qū)域性海平面下降導(dǎo)致的臺地大面積暴露也可產(chǎn)生早成巖期喀斯特[25-26]。

早成巖期喀斯特一般具有以下幾個(gè)重要的鑒別特征：花斑狀構(gòu)造、蜂窩狀或海綿狀溶孔、泥晶化顆粒、生物碎屑、碳酸鹽以及陸源充填物[21]。此次研究發(fā)現(xiàn)的古喀斯特就屬于典型的早成巖期喀斯特。就成因機(jī)制來看，早成巖期喀斯特與晚成巖期喀斯特在主控因素上存在重要差別[21,27]，晚成巖期喀斯特由于其巖石本身堅(jiān)硬且致密，一般情況下，水體的流動通道主要依賴于巖石的裂縫、節(jié)理以及層理面[21]。而對于早成巖期的巖石來說，由于其未經(jīng)歷深埋藏及強(qiáng)壓實(shí)作用，所以往往保留有較好的孔滲性，使得水體可以在顆粒之間呈漫流式流動[21]，隨著時(shí)間的累計(jì)便逐漸形成管道。此次研究發(fā)現(xiàn)的喀斯特既是如此(圖5)。但也有研究表明：若在晚成巖期孔滲層得以保存，在大氣淡水的作用下也可能出現(xiàn)類似于早成巖期喀斯特的巖溶特征，如四川盆地龍王廟組，但此類型的喀斯特巖石中常含有易溶的膏鹽以及石鹽[28]。而這種現(xiàn)象在此次的喀斯特研究中并未發(fā)現(xiàn)。

圖5 喀斯特巖石內(nèi)部的漫流式溶孔(箭頭所示)Fig.5 Diffuse dissolution pore in karst(Indicated by the arrows)

川西北地區(qū)卡尼階中的喀斯特發(fā)育于海綿礁(丘)灰?guī)r內(nèi)，巖石內(nèi)部含大量團(tuán)塊以及生物顆粒，可見其巖石在早成巖時(shí)期孔滲性較好，水體得以在碳酸鹽顆粒間呈漫流式流動。之后，巖石在大氣淡水與海水形成的混合水帶中被緩慢溶蝕，使得巖石內(nèi)部形成交織分布的網(wǎng)狀管道(圖5)，而在巖石表面則出現(xiàn)蜂窩狀或海綿狀溶孔。當(dāng)這些蜂窩狀或海綿狀溶孔被后期的亮晶方解石、泥晶顆粒、砂泥混合物以及生物碎屑等充填后，巖石表面就表現(xiàn)出明顯的花斑狀構(gòu)造。

4 研究意義

4.1 地層劃分意義

晚三疊世是四川盆地重要的海陸轉(zhuǎn)換時(shí)期，盆地內(nèi)海水在這一時(shí)期逐漸退去[29-30]，沉積巖性由海相碳酸鹽巖逐漸向海相碎屑巖和陸相碎屑巖轉(zhuǎn)變，因此四川盆地的三疊系沉積表現(xiàn)出明顯的二分性。而馬鞍塘組就處于四川盆地由海相向陸相轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵層位，是盆地內(nèi)最后的海相碳酸鹽巖發(fā)育的地層[10,15]。

馬鞍塘組大致可分為上中下三段。前人依據(jù)古生物化石的分布特征認(rèn)為馬鞍塘組下段與中段屬于卡尼階，而其上段則屬于下諾利階[9,13]。趙玉峰[31]曾將川西地區(qū)中晚三疊世劃分為5個(gè)雙殼類生物組合帶，其中雙殼Halobiapluriradiata-Halobiaconvexa組合帶分布于馬鞍塘組下部(巖性為含生物碎屑泥巖、灰?guī)r)，含豐富的有孔蟲、菊石、鸚鵡螺及雙殼類化石，該組合帶所代表的地質(zhì)年代為早卡尼期。而在馬鞍唐組上部和須家河組下部一段二段(小塘子組)地層之中則分布有雙殼Burmesialirata-Myophoria(Costatria)napengensis組合帶，該組合帶產(chǎn)于粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖中，含豐富的雙殼類化石，其次為少量菊石化石。該組合帶所代表的地質(zhì)年代為晚卡尼期至早諾利期?？v觀前人的研究，雖然部分學(xué)者運(yùn)用生物地層學(xué)等方法標(biāo)定了馬鞍塘組的沉積時(shí)代，但卻都沒能對其進(jìn)行更進(jìn)一步的劃分。

Shietal.[18]在觀音崖剖面和雎水剖面的馬鞍塘組下段生屑灰?guī)r中均發(fā)現(xiàn)有牙形石Quadralellapolygnathiformis，這些牙形石可以確切地表明馬鞍塘組下段沉積屬于卡尼階。但是僅僅通過牙形石的鑒定并不能對馬鞍塘組下段的沉積時(shí)代進(jìn)行更加精確的劃分，同時(shí)也無法更進(jìn)一步地確定上下卡尼階的界線，即julian亞階和tuvalian亞階的界線，因?yàn)檠佬问疩uadralellapolygnathiformis生存的時(shí)代范圍包括了整個(gè)卡尼期。但是在雎水和青巖溝剖面馬鞍塘組下段頂部的喀斯特面之上2～3 m的含生物碎屑黑色頁巖中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了大量其他具有重要地層學(xué)意義的生物化石。比如菊石(Discotropitidn.gen.,n.sp.1，Juvavitid? n.gen.)和浮游類雙殼 (HalobiacomatoidesYin)。粗棱的Discotropitids菊石屬代表的時(shí)代范圍是晚卡尼早期至晚卡尼中期，即Tuvalian 1至Tuvalian 2時(shí)期[32-33]，其中缺少螺旋殼飾的菊石Discotropites來自經(jīng)典的波斯尼亞Glamoc菊石帶[32,34]，其可作為上卡尼階底部(Tuvalian 1)的代表[18]。

由于菊石(Discotropitesn.gen.,n.sp.1)的出現(xiàn)，我們可以確定出該喀斯特的形成時(shí)間在早卡尼晚期(Julian 2)至晚卡尼早期(Tuvalian 1)。其正好位于上下卡尼階的界線附近，在某種程度上來說，該喀斯特面可作為川西北地區(qū)上下卡尼階界線的劃分標(biāo)志。該界面對于今后川西北地區(qū)，乃至整個(gè)四川盆地上三疊統(tǒng)的研究來說，尤其是在進(jìn)行更為精確的地層劃分時(shí)，具有重要的參考價(jià)值。

4.2 古構(gòu)造意義

喀斯特的形成通常與地層的暴露有關(guān)，對于海洋環(huán)境來說，在構(gòu)造活動頻繁的時(shí)期，當(dāng)構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致相對海平面下降時(shí)，巖層就會抬升至淺水地區(qū)，甚至暴露出水面，使得層內(nèi)巖石遭受大氣淡水或混合水的淋濾作用，從而產(chǎn)生巖溶喀斯特。生物化石的鑒定結(jié)果表明，川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)海綿礁(丘)中古喀斯特的發(fā)育時(shí)代為早卡尼晚期(Julian 2)至晚卡尼早期(Tuvalian 1)。然而參考卡尼期的全球海平面變化曲線來看，這一時(shí)期的全球海平面處于上升趨勢[11]，這說明這次暴露并非是由于全球性的海平面下降而產(chǎn)生，而是由區(qū)域性的構(gòu)造抬升引起的地區(qū)相對海平面下降所導(dǎo)致，就地理位置上來看，其很有可能與晚三疊世早期龍門山的構(gòu)造隆升事件有關(guān)。

有學(xué)者認(rèn)為，在馬鞍塘沉積期(主要為卡尼期)，川西北地區(qū)地層發(fā)育仍然以海相為主，此時(shí)西部的龍門山造山帶并未有發(fā)生明顯的隆升作用。而從小塘子沉積期開始，龍門山造山帶北段開始構(gòu)造隆升，并成為此后川西北地區(qū)的主要物源區(qū)[16]。而陳楊等[35]在對早諾利期小塘子組的碎屑鋯石進(jìn)行研究后，認(rèn)為龍門山的隆升在早卡尼期就已經(jīng)開始；但是晚三疊世早期川西地區(qū)的沉積物源主要還是來自北東方向和北部的秦嶺造山帶，這說明龍門山在晚三疊世早期隆升的規(guī)模還比較有限。此次川西北地區(qū)卡尼階中的古喀斯特在其形成時(shí)間上與陳楊等[35]得出的早期龍門山隆升的時(shí)間結(jié)果非常近似，這表明龍門山在這一時(shí)期很可能的確發(fā)生過構(gòu)造隆升。但是從沉積特征上來看，龍門山隆升帶來的陸源物質(zhì)供給增加卻并不太明顯，鏡下僅見部分喀斯特溶孔以及灰?guī)r基質(zhì)中充填有少量的陸源石英顆粒，大部分的喀斯特充填物主要為泥微晶以及亮晶方解石，這也在一定程度上印證了龍門山在這一時(shí)期的隆升規(guī)模還比較有限這一觀點(diǎn)。

4.3 卡尼期濕潤氣候事件的影響

卡尼期濕潤氣候事件是繼二疊紀(jì)末生物大滅絕后最顯著的一次全球范圍內(nèi)小地質(zhì)時(shí)間尺度的氣候變化及生物危機(jī)事件[36-37]，許多物種在卡尼事件之后開始復(fù)蘇[38-39]。有人認(rèn)為三疊紀(jì)時(shí)期的氣候狀況是相對穩(wěn)定的[40-41]。然而，有同樣的證據(jù)表明在晚三疊世卡尼期發(fā)生了一起劇烈的氣候變化事件，氣候在此時(shí)由干燥變得濕潤[42-43]。人們最開始是從北阿爾卑斯碳酸鹽臺地生長的中斷而注意到這起氣候變化事件的[44]。在北英格蘭地區(qū)，砂巖的廣泛分布以及巖石中高嶺石含量的增多被解釋為是氣候向濕熱轉(zhuǎn)變的標(biāo)志[42-43]。這起事件同時(shí)也被稱為卡尼期洪水事件(CPE)[43]。根據(jù)生物地層學(xué)的推斷，其發(fā)生時(shí)間應(yīng)該為卡尼中晚期[45-46]?？崞跐駶櫄夂蚴录诔练e特征上表現(xiàn)為由生物灰?guī)r到黑色頁巖的巖性突變，并伴有大量陸源硅質(zhì)碎屑的輸入[1,10,17,47-48]，其被Pretoetal.[2,48]認(rèn)為是三疊紀(jì)晚期最為顯著的全球性氣候變化事件。

長久以來，碳酸鹽臺地的消亡以及黑色頁巖的突然出現(xiàn)被認(rèn)為是全球卡尼期濕潤氣候事件開始的重要標(biāo)志[48]。但與其他特提斯地區(qū)不同的是，在川西北地區(qū)卡尼階灰?guī)r與黑色頁巖之間發(fā)育著一層古喀斯特面。雖然在對歐洲地區(qū)上三疊統(tǒng)的研究中有過關(guān)于喀斯特以及落水洞的報(bào)道[48-49]，但在有關(guān)卡尼期濕潤氣候事件的研究文獻(xiàn)中，尤其是在涉及卡尼階灰?guī)r到黑色頁巖的關(guān)鍵巖性變化的材料中則未見關(guān)于喀斯特的論述。這表明，卡尼期濕潤氣候事件雖然具有全球性的影響，但由于受到不同地方區(qū)域地質(zhì)作用的影響，其在表現(xiàn)形式上也可能存在著地域性差異。而川西北地區(qū)卡尼期濕潤氣候事件的產(chǎn)生與該地區(qū)卡尼階內(nèi)部古喀斯特，二者在發(fā)生時(shí)間與表現(xiàn)特征上均存在著驚人的同步性與一致性。其依據(jù)有，代表卡尼期濕潤氣候事件開端的黑色頁巖直接覆蓋于喀斯特面之上，二者形成的時(shí)間非常相近；再者，卡尼期濕潤氣候事件以幕次降雨量的增多為特征；而喀斯特的形成與濕潤氣候條件之間則存在明顯的關(guān)聯(lián)，喀斯特主要發(fā)育于氣候濕熱的地區(qū)(如熱帶和亞熱帶)，氣候干旱的地區(qū)很難發(fā)育喀斯特，在高寒帶則基本不發(fā)育喀斯特[12]。由于這些氣候濕熱的地區(qū)降雨量較大，所以巖層更易被沖刷淋濾形成喀斯特溶孔。同時(shí)降雨量的增加會導(dǎo)致大量陸源碎屑物質(zhì)輸入海洋，部分陸源物質(zhì)則會充填進(jìn)入喀斯特溶孔?？犭A海綿礁(丘)灰?guī)r頂部喀斯特的出現(xiàn)在某種程度上反映出在早卡尼晚期(Julian 2)川西北地區(qū)的氣候狀況已經(jīng)由干旱開始向濕潤轉(zhuǎn)變。該喀斯特的形成與卡尼期濕潤氣候事件之間關(guān)系密切，可作為川西北地區(qū)卡尼期濕潤氣候事件開始的一個(gè)重要標(biāo)志，其古氣候意義十分顯著。

5 結(jié)論

通過野外露頭剖面觀察，鏡下薄片鑒定，并綜合前人的研究成果，此次研究得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1) 首次在川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)卡尼階海綿礁(丘)灰?guī)r的頂部發(fā)現(xiàn)了古喀斯特，露頭可見明顯的花斑狀構(gòu)造以及蜂窩狀溶孔；鏡下可見交織分布的網(wǎng)狀管道以及充填于管道及孔洞中的碳酸鹽顆粒和陸源碎屑物質(zhì)。根據(jù)其野外露頭特征以及鏡下顯微特征判斷該喀斯特屬于早成巖期喀斯特。

(2) 該喀斯特的形成時(shí)間為早卡尼晚期(Julian 2)至晚卡尼早期(Tuvalian 1)。

(3) 早成巖期喀斯特的出現(xiàn)暗示了相對濕潤的氣候條件，其可作為川西北地區(qū)卡尼期濕潤氣候事件開始的重要標(biāo)志。同時(shí)喀斯特的形成表明川西北地區(qū)在卡尼期存發(fā)生過構(gòu)造抬升，并且很有可能是早期龍門山構(gòu)造隆升的結(jié)果。

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Discovery of the Upper Triassic Karst in Northwest Sichuan Basin, China: Implications for Carnian Tectonic and Paleoclimatic Evolution

DU YiXing, SHI ZhiQiang

Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

A karst surface is first found at the top of the Upper Triassic Carnian sponge limestone at Hanwang sections in Mianzhu and Jushui section in Anxian, northwestern Sichuan Province, China. Piebald structures and honeycomb dissolved pores are obvious in the karst outcrops, and karst breccia, filling material (e.g., micritic-sparry calcite and terrigenous quartz grains) in the dissolved pores and micritization granules are discovered with microscope. According to the microscopic characteristics and the lithology, the eogenetic karst is determined to be a single layer, overlied yellow and black shale containing abundant marine fossils. The identification of ammonoids in the shales shows that the karst is an important isochronous surface regarded as the boundary of the upper and lower Carnian. The strata above the karst are different between the Hanwang sections and Jushui section, i.e., the overlying rocks above the karst in the Qingyangou section, Hanwang are black silty shale and bioclastic limestone (e.g. lamellated sponge limestone and crinoidal limestone) while in Guanyinya section, Hanwang, the overlying rocks above the karst are shale and moundy sponge limestone. However, karst caves are developed at the top of sponge boulders in the Jushui section. Comprehensive research implies that the formation time of this karst is close to the occurrence of the Longmen Mountain uplift and the Carnian Pluvial Event, it is thus inferred that the karst was caused by the joint effect of uplift of Longmen Mountain and Carnian paleoclimatic event.

Karst; Carnian Pluvial Event; Longmen Mountain; Upper Triassic

1000-0550(2017)03-0460-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.03.004

2016-08-10； 收修改稿日期： 2016-09-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41572085,41272131)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41572085,41272131]

杜怡星，男，1991年出生，碩士研究生，沉積學(xué)，E-mail: 280418258@qq.com

時(shí)志強(qiáng)，男，教授，E-mail: szqcdut@163.com

P588.24+5

A