不規(guī)則狀灰?guī)r的成因及其巖相古地理意義

劉道彬，陳 浩，徐錦龍，汪雅菲

(1. 安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001； 2. 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

不規(guī)則狀灰?guī)r的成因及其巖相古地理意義

劉道彬1，陳 浩2，徐錦龍1，汪雅菲1

(1. 安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001； 2. 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

碳酸鹽巖作為海相沉積的重要組成部分，其產(chǎn)出常與一定的沉積相、事件沉積、成巖作用、古地理和構(gòu)造作用相關(guān)聯(lián)。以皖南石臺(tái)—黟縣一帶寒武—奧陶系為例，共識(shí)別出瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、干裂紋灰?guī)r、竹葉狀礫屑灰?guī)r、條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r、透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖等7種不規(guī)則狀灰?guī)r，并分析其巖石學(xué)特征和成因差異，判斷其對沉積相判斷、古地理恢復(fù)和構(gòu)造演化具有重要意義。

不規(guī)則灰?guī)r；巖相古地理；寒武—奧陶系

0 前 言

碳酸鹽巖作為海相沉積的重要組成部分，其不同類型碳酸鹽巖的產(chǎn)出常與一定的沉積環(huán)境及構(gòu)造背景有關(guān)。近年來，地質(zhì)學(xué)者對不規(guī)則狀灰?guī)r的研究存在濃厚的興趣，將不規(guī)則灰?guī)r與事件沉積、成巖作用和構(gòu)造作用關(guān)聯(lián)起來，在解決其巖石學(xué)特征，沉積相演化，特別對巖相古地理具有重要意義[1]。

本項(xiàng)目以皖南石臺(tái)—黟縣一帶寒武—奧陶系碳酸鹽巖為研究對象，對各類碳酸鹽巖進(jìn)行較為詳細(xì)的研究，分析各類不規(guī)則碳酸鹽巖的巖石學(xué)特征，進(jìn)而分析其成因和形成機(jī)制，擬初步嘗試不規(guī)則狀灰?guī)r在解決巖相古地理中的作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊東部，江南隆起帶北側(cè)，自北向南分別跨越了江南過渡帶、太平坳褶帶和江南基底隆起區(qū)3個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。地層隸屬于下?lián)P子地層分區(qū)蕪湖—石臺(tái)地層小區(qū)和江南地層分區(qū)廣德—休寧地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)下?lián)P子和江南兩個(gè)地層分區(qū)寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)地層發(fā)育齊全，出露完好，界線清晰，不規(guī)則狀灰?guī)r極其發(fā)育，主要分布于寒武紀(jì)楊柳崗組、團(tuán)山組、青坑組、華嚴(yán)寺組、西陽山組和奧陶紀(jì)大塢仟組、里山仟組、印者埠組、硯瓦山組、東至組、牯牛譚組、寶塔組，其表現(xiàn)形式主要有：瘤狀灰?guī)r、干裂紋灰?guī)r、竹葉狀礫屑灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r、透鏡(豆莢)狀灰?guī)r、含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖等。

2 不規(guī)則狀灰?guī)r的特征

皖南石臺(tái)—黟縣一帶寒武—奧陶系出露較好，沉積厚度較大，巖石類型多樣，具體如下。

2.1瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r

研究區(qū)瘤狀灰?guī)r(圖1a)主要分布于楊柳崗組、團(tuán)山組、青坑組、紅花園組(少量)、東至組、牯牛譚組、寶塔組、湯頭組和硯瓦山組。瘤狀灰?guī)r多呈灰、深灰、紫紅色，薄到中層狀，由瘤體和基質(zhì)兩部分組成。

瘤體多為灰色，大小不一，粒徑0.3～6 cm，占巖石體積的35%～70%，常呈不規(guī)則條帶狀、似橢球狀和疙瘩狀，長軸方向大致平行層面排列，瘤體間無明顯位移、無搬運(yùn)、磨圓和分選的跡象。成分主要為微晶灰?guī)r、含泥質(zhì)微晶灰?guī)r，偶見少量生物碎屑，主要為三葉蟲(為主)、棘皮動(dòng)物和介形蟲。瘤體內(nèi)部縫合線和黏土膜較為發(fā)育，大致呈鋸齒狀和束狀，將瘤體分割成不規(guī)則小塊體?；|(zhì)顏色較深，呈黃褐、深灰色，較瘤體泥質(zhì)成分明顯增高，成分主要為鈣質(zhì)泥巖和含鈣泥巖，組成礦物主要為粘土礦物，泥晶方解石，偶見生物碎屑?？p合線發(fā)育，大體順層排列，內(nèi)部見較多的有機(jī)質(zhì)。瘤體和基質(zhì)的成分差異明顯，造成巖石表面凹凸不平，部分瘤體遭受風(fēng)化淋濾，形成孔洞或蜂窩狀，表現(xiàn)形式主要有條帶狀、斷續(xù)狀和雜亂狀。

a東至組瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r；b牯牛潭組干裂紋灰?guī)r；c團(tuán)山組礫屑灰?guī)r；d團(tuán)山組窄條帶泥質(zhì)灰?guī)r；e青坑組窄條帶泥質(zhì)灰?guī)r；

2.2干裂紋灰?guī)r

干裂紋灰?guī)r(圖1b)僅分布于寶塔組，為晚奧陶世的標(biāo)志層。

巖石常為紫紅色，層面上凹凸不平，隆起形似寶塔，塔周緣泥質(zhì)含量高、易風(fēng)化而呈凹槽，塔高0.2～3 cm，底徑2～5 cm，邊緣相連，形成似網(wǎng)格狀。網(wǎng)格狀可能與縫合線有密切的關(guān)系，水平和垂直兩組縫合線組成整體輪廓。水平縫合線延伸較遠(yuǎn)，且截切垂直縫合線，線幅0.3～2.5 cm，寬1～4 cm；垂直的縫合線延伸較短，線幅0.1～1.2 cm，密度2～4條/10 cm。水平縫合線和垂直縫合線與塔形關(guān)系密切，水平縫合線的間距控制了塔高，垂直縫合線限制塔的平面發(fā)展。塔與基質(zhì)成分差異較大，塔內(nèi)鈣質(zhì)成分較高，生物含量較高，主要為棘皮動(dòng)物、腕足類、腹足類和介形蟲等。基質(zhì)內(nèi)粘土礦物含量較高，縫合線位置特別高，同時(shí)見少量陸源碎屑。

2.3竹葉狀礫屑灰?guī)r

竹葉狀礫屑灰?guī)r(圖1c)主要分布于團(tuán)山組、大塢圲組、西陽山組和楊柳崗組局部。礫屑灰?guī)r的厚度不等，從20 cm～3 m，往往呈正粒序或由逆粒序到正粒序。

礫屑呈不規(guī)則狀、條帶狀，大小不一，礫徑1～8 cm，多呈板條狀、小字型、倒小字型等。礫屑成分往往與所處部位有關(guān)，主要為泥質(zhì)灰?guī)r，條帶泥質(zhì)灰?guī)r等?；|(zhì)為泥晶方解石，成分和礫屑差距不大，但是泥質(zhì)含量明顯增高。

2.4條帶狀灰?guī)r

條帶狀灰?guī)r主要位于團(tuán)山組、青坑組、華嚴(yán)寺組和西陽山組，各組巖性差異不大。根據(jù)條帶的表現(xiàn)形式可分為兩類。

1)窄條帶泥質(zhì)灰?guī)r

窄條帶泥質(zhì)灰?guī)r(圖1d)主要發(fā)育于團(tuán)山組，由泥質(zhì)泥晶灰?guī)r與泥晶灰?guī)r相間而構(gòu)成條帶狀，前者條帶較規(guī)則，寬度多在0.5～3 cm間，常為深灰色，毫米級(jí)紋層較發(fā)育；后者條帶則多不連續(xù)，常呈扁豆?fàn)罨蜷L透鏡狀。

2)寬條帶泥質(zhì)灰?guī)r

寬條帶泥質(zhì)灰?guī)r(圖1e)主要發(fā)育于青坑組，由泥質(zhì)泥晶灰?guī)r與泥微晶灰?guī)r相間而構(gòu)成條帶狀，前者常不規(guī)則，易形成疙瘩狀，寬度多在3～5 cm間，紋層常不發(fā)育；后者作為填隙物，不規(guī)則的分布于條帶之間。

2.5紋層狀灰?guī)r

紋層狀灰?guī)r(圖1f)主要位于楊柳崗組和華嚴(yán)寺組。毫米級(jí)紋層極其發(fā)育，偶見微波狀紋層，不具條帶狀構(gòu)造。層面極其平整，層厚較為穩(wěn)定，單層厚10～20 cm左右，泥質(zhì)和炭質(zhì)成分較高，易風(fēng)化淋漓而成葉片狀，偶見黃鐵礦。

2.6透鏡(豆莢)狀灰?guī)r

透鏡(豆莢)狀灰?guī)r(圖1g)主要位于大陳嶺組、西陽山組、印渚埠組、里山圲組和硯瓦山組，與瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r類似，但灰?guī)r透鏡體含量較瘤體明顯較少，透鏡體較大，長軸方向順層排列，呈扁豆?fàn)睿煞趾突|(zhì)差異不大，主要為泥晶方解石，占巖石體積的15%～30%，大小(4～15)cm×(1～5)cm，透鏡體邊緣可見泥質(zhì)含量明顯增多，舉辦透鏡體消失，形成孔洞。

2.7含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖

含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖(圖1h)主要發(fā)育于西陽山組、印渚埠組、里山圲組、硯瓦山組和黃泥崗組。透鏡體與基質(zhì)成分差異較大，透鏡體主要為泥質(zhì)泥晶灰?guī)r，大小(3～5)cm×(2～3)cm?；|(zhì)主要為粘土礦物和鈣質(zhì)?；?guī)r透鏡體易丟失形成串珠狀和不規(guī)則狀孔洞。

3 不規(guī)則狀灰?guī)r的成因

3.1瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r

目前關(guān)于瘤狀灰?guī)r成因仍存在較大的爭議，爭論的焦點(diǎn)主要集中于為“瘤體”是原生的，還是后生的？是在淺水中形成的，還是在深水中形成的？關(guān)于瘤狀灰?guī)r的成因的研究較多，前人提出各異的解釋，主要有：海底溶解說、成巖分異說、差異壓實(shí)說、壓溶說、沉積期滑塌作用說、海底原地膠結(jié)作用說、暴露成因說[2]。

研究區(qū)根據(jù)其巖性、巖相和沉積構(gòu)造差異，研究區(qū)瘤狀灰?guī)r大體可分為兩種成因。

1)楊柳崗組、團(tuán)山組、青坑組和硯瓦山組瘤狀灰?guī)r應(yīng)為原生和較深水平靜環(huán)境中受周期性底流溶解和差異性壓實(shí)和壓溶共同作用的產(chǎn)物。

碳酸鹽在沉積過程中，由于水體相對較深，溫度、組分和底流的共同作用，使得不同時(shí)期CaCO3含量的差異，造成了海底沉積的碳酸鹽的差異，進(jìn)而安靜水體中沉積了微晶灰?guī)r瘤體和底流溶解作用沉積了鈣質(zhì)泥巖基質(zhì)，隨著周期性底流的反復(fù)影響，造成了碳酸鹽巖和鈣質(zhì)泥巖的互層沉積，形成了早期瘤狀灰?guī)r的原巖。在上覆沉積物(巖)的壓力作用下，碳酸鹽巖層易被拉斷形成串珠狀，隨著壓實(shí)和壓溶作用的增強(qiáng)，串珠狀分隔成大小不一、形狀多樣的瘤體，并伴隨有縫合線構(gòu)造?；|(zhì)鈣質(zhì)泥巖被擠壓，在其兩個(gè)界線處形成不規(guī)則的縫合線和黏土膜，導(dǎo)致了瘤狀灰?guī)r不同的表現(xiàn)形式。隨著壓實(shí)和壓溶強(qiáng)度的增大，形成了條帶狀、斷續(xù)狀、雜亂狀。

2)紅花園組、東至組、牯牛譚組、寶塔組、湯頭組瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r與暴露成因作用有關(guān)。

灰泥沉積層間歇性地暴露干裂，移位磨蝕，并被后期沉積物充填膠結(jié)。如區(qū)內(nèi)紅花園組生物化石豐富，巖石具亮晶砂屑、球粒和鮞粒，顯示其為潮下高能臺(tái)地邊緣淺灘環(huán)境，經(jīng)常暴露于地表，巖石層面常呈現(xiàn)波狀，層面間隙內(nèi)砂質(zhì)和泥質(zhì)成分特別高(地表水或地下水帶來的黏土物質(zhì)充填于瘤體之間的裂隙)，有利的證明了間歇性地暴露，再充填膠結(jié)而形成。

3.2干裂紋灰?guī)r

干裂紋灰?guī)r的成因一般眾說紛紜，如“干縮說”、“水下收縮說”、“同生物變形說”和“疊層石成因說”等，大部分人認(rèn)為是沉積蒸發(fā)成因[3]。

總之，干裂紋灰?guī)r的成因與其所處的特殊的古環(huán)境古氣候有密切的關(guān)系，紫紅色可能與富鐵有關(guān)，可能形成于潮下局限臺(tái)地環(huán)境，具有正常溫度和含鹽度的低能水體環(huán)境。

3.3竹葉狀礫屑灰?guī)r

竹葉狀礫屑灰?guī)r的成因一直存在著較大的爭議，大體可歸納有沉積成因、成巖成因和沉積成巖成因[4]。

測區(qū)內(nèi)竹葉狀礫屑灰?guī)r，大體可分為兩類。

沉積成因：團(tuán)山組，可作為斜坡環(huán)境的良好標(biāo)志，在開闊—半局限海環(huán)境，水體相對比較安靜，沉積的各類灰?guī)r在風(fēng)暴的作用力下破裂形成灰?guī)r礫屑，經(jīng)過風(fēng)暴作用的搬運(yùn)磨蝕再沉積形成。礫屑之間的充填物主要為灰質(zhì)。

成巖成因：大塢圲組、西陽山組和楊柳崗組，其形成可能與透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖類似，特點(diǎn)為基質(zhì)主要以泥質(zhì)為主，礫屑與層面角度較小。

3.4條帶狀灰?guī)r

條帶狀灰?guī)r較為發(fā)育，看似非常簡單的灰?guī)r，其形成機(jī)制較為復(fù)雜。條帶狀灰?guī)r中，條帶成層性穩(wěn)定，一般為較純的薄層灰?guī)r條帶，有時(shí)呈扁豆?fàn)睢㈤L透鏡狀或石香腸狀，條帶發(fā)生橫向變化的原因可能主要與底流作用有關(guān)系，可能為等深流或顆粒流作用的結(jié)果。根據(jù)其巖性和沉積構(gòu)造特征，初步判斷窄條帶泥質(zhì)灰?guī)r可能形成于斜坡環(huán)境；寬條帶泥質(zhì)灰?guī)r形成于斜坡和開闊臺(tái)地環(huán)境。

3.5紋層狀灰?guī)r

紋層狀灰?guī)r沉積反映了沉積水體較為安靜，一層泥晶灰?guī)r，一層鈣質(zhì)泥巖/泥質(zhì)灰?guī)r沉積，可能預(yù)示了超高頻的海平面變化，可能與日月變化相關(guān)聯(lián)，形成于較為安靜局限的陸棚—陸棚內(nèi)緣環(huán)境。

3.6透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖

透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖主要發(fā)生于碳酸鹽飽和面附近，在方解石補(bǔ)償面以上，碳酸鹽的供給大于溶解，沉積透鏡(豆莢)狀灰?guī)r，在補(bǔ)償面以下方解石的供給小于溶解，因方解石的不足而以泥質(zhì)的粘土礦物沉積占主導(dǎo)地位，故而沉積含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖，形成于陸棚—大陸斜坡位置，受洋流的周期作用和方解石補(bǔ)償面的影響。

透鏡(豆莢)狀灰?guī)r：碳酸鹽飽和面以上，在某一凝核的作用下就會(huì)發(fā)生凝結(jié)沉淀，圍繞凝核碳酸鹽逐漸膠結(jié)變大，主要成為泥微晶方解石，基質(zhì)將其包裹，外貌上形似透鏡狀、豆莢狀，基質(zhì)較透鏡泥質(zhì)含量高的多。

含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖：碳酸鹽飽和面附近偏下，碳酸鹽灰泥和泥質(zhì)層交互沉積，剛沉積的碳酸鹽灰泥由于上覆水體和沉積物的壓力作用，發(fā)生變形，粘土礦物顆粒細(xì)小，具有吸附性和充水性，成巖同生期和早期由于碳酸鹽膠結(jié)的速度比粘土礦物固結(jié)的速度快，抗壓強(qiáng)度較粘土大，使得碳酸鹽灰泥有的地方變薄，有的地方尖滅，形成透鏡、豆莢狀、鏈條狀，透鏡體較基質(zhì)灰質(zhì)明顯高，泥質(zhì)明顯低，進(jìn)而形成了含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖。

4 不規(guī)則灰?guī)r的古地理意義

巖相古地理研究注重基礎(chǔ)地質(zhì)工作研究，通過重建地質(zhì)歷史時(shí)期的海陸分布、構(gòu)造背景、盆地配置和沉積演化過程來恢復(fù)原始沉積環(huán)境，進(jìn)而達(dá)到了解地質(zhì)演變歷史，并總結(jié)出演變過程中海陸變遷、古氣候、沉積區(qū)與剝蝕區(qū)交替的古地理特征，從而了解沉積物在不同沉積環(huán)境下的沉積特征及其分布規(guī)律。

碳酸鹽巖中不規(guī)則灰?guī)r在古地理恢復(fù)中具有重要的指導(dǎo)作用，如：瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r是成巖作用或者暴露的良好標(biāo)志；礫屑灰?guī)r是斜坡相的良好標(biāo)志；干裂紋灰?guī)r是暴露的良好標(biāo)志；透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖是相對深水的陸棚環(huán)境的良好標(biāo)志；紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r是安靜水體沉積的良好標(biāo)志；華北寒武紀(jì)軟沉積物滑塌構(gòu)造應(yīng)解釋為地震觸發(fā)，而非風(fēng)暴或其他因素，對解釋華北的沉積相和構(gòu)造演化具有重要意義。

總之，我們在野外工作過程中，應(yīng)更注重不規(guī)則狀灰?guī)r資料的收集，其在解決沉積相演化和巖相古地理恢復(fù)中具有意想不到的作用。

5 結(jié) 論

皖南石臺(tái)—黟縣一帶寒武—奧陶系巖石類型多樣，具體可細(xì)分為瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、干裂紋灰?guī)r、竹葉狀礫屑灰?guī)r、條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r、透鏡(豆莢)狀灰?guī)r和含灰?guī)r透鏡體鈣質(zhì)泥巖等。不同類型的不規(guī)則灰?guī)r其成因上存在較大的差異，其不僅能反映其水動(dòng)力條件，沉積水體的深淺，沉積相特征、事件沉積，還能反映其受到的成巖作用過程。在解決沉積相分析和巖相古地理構(gòu)造過程中，往往能起到指導(dǎo)性作用，對古地理恢復(fù)和構(gòu)造演化具有重要意義。

[1] 馮增昭，吳勝和. 下?lián)P子地區(qū)中下三疊統(tǒng)青龍群巖相古地理研究[M]. 昆明: 云南科技出版社，1988.

[2] 韓樹棻. 安徽沿長江地區(qū)下三疊統(tǒng)瘤狀灰?guī)r成因研究[J]. 地質(zhì)科學(xué), 1983, 18(3): 232-238.

[3] 許效松，萬方，尹福光，等. 奧陶系寶塔組灰?guī)r的環(huán)境相、生態(tài)相與成巖相[J]. 礦物巖石，2001, 21(3): 64-68.

[4] 孟祥化，喬秀夫，葛銘. 華北古淺海碳酸鹽風(fēng)暴沉積和丁家灘相序模式[J]. 沉積學(xué)報(bào)，1986, 4(2): 133-136.

ABriefDiscussiononGenesisofIrregularLimestoneandItsLithofaciesPalaeogeographicSignificance

LIU Daobin1，CHEN Hao2，XU Jinlong1，WANG Yafei1

(1.GeologicalSurveyofAnhuiProvince,Hefei,Anhui230001,China; 2.LunanGeo-EngineeringExplorationInstituteofShandongProvince,Yanzhou,Shandong272100,China)

Carbonates, as an important component of marine sediments, has its output always associated with certain sedimentary facies in deposition event, including diagenesis, palaeogeography and Geological structure. Taking the Cambrian-Ordovician in the Shitai-Yixian area of southern Anhui as an example, we have identified 7 types of Irregular limestone, including nodular argillaceous limestone, dry cracked limestone, bamboo-like gravel limestone, banded argillaceous limestone, stratified limestone, lenticular(pods) limestone and calcareous mudstone with limestone lens. Also, we have analyzed its petrological characteristics and genetic differences to determine the sedimentary facies, including restoration the paleogeography and structure evolution.

Irregular limestone; Lithofacies palaeogeography; Cambrian-Ordovician

2017-08-22

中國地調(diào)局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011120851)；安徽省國土廳公益性項(xiàng)目( 2013-g-27)聯(lián)合資助。

劉道彬(1981-)，安徽霍邱縣人，工程師，研究方向：基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查，手機(jī)：18656008900，E-mail：445373016@qq.com.

P588.2

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.006