重慶城口震旦系下統(tǒng)陡山沱組沉積體系研究

冉瑞清，張自賢，高彩霞，黃朝陽(yáng)，李北平，李 建，顧文帥

(1.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局205地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147；2.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

重慶城口縣位于長(zhǎng)江上游地區(qū)、重慶東北部，地處渝川陜?nèi)?市)交界處，城口錳礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，陡山沱組較薄，厚度不穩(wěn)定，區(qū)域錳礦資源分布不均衡，開采技術(shù)條件復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害比較重。前人對(duì)重慶城口地區(qū)已經(jīng)做了大量的研究，例如錳礦資源[1-3]、地質(zhì)構(gòu)造特征[4-8]、成礦規(guī)律[9-11]、地球化學(xué)特征[12-14]、沉積環(huán)境[15-16]、層序地層[17-22]等。但是就研究區(qū)陡山沱組的沉積微相以及層序格架的演化，進(jìn)而影響錳礦的賦集規(guī)律等研究還比較少。本文在露頭、巖心等沉積學(xué)研究基礎(chǔ)上，建立了研究區(qū)震旦系下統(tǒng)陡山沱組的沉積模式，研究了錳礦在沉積環(huán)境下的賦集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴山錳礦成礦帶位于揚(yáng)子地臺(tái)北緣大巴山加里東褶皺帶內(nèi)，東以大巴山斷裂與南秦嶺加里東褶皺帶為鄰，西以鎮(zhèn)巴大斷裂和揚(yáng)子地臺(tái)的漢南米倉(cāng)山地臺(tái)隆起區(qū)相接。由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，形成城巴凹褶斷束。城口地區(qū)錳礦床由北西往南東分布有明月、高燕、大渡溪和修齊錳礦床，并組成城口錳礦帶。在錳礦帶北側(cè)，發(fā)育城巴大斷裂帶，南側(cè)發(fā)育烏坪斷裂帶，兩個(gè)斷裂帶不僅控制城口錳礦帶分布，同時(shí)受二者影響，成礦帶中次級(jí)別斷層及褶皺極其發(fā)育，地層傾角變大，部分地層傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，構(gòu)造十分復(fù)雜(圖1)。研究區(qū)陡山沱組分兩段：第一段巖性為黑色砂質(zhì)頁(yè)巖與粉砂巖互層，下部砂質(zhì)成分增多；第二段頂部為錳礦層，錳礦層之下為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖及黑色泥質(zhì)頁(yè)巖(圖2)。

圖1 重慶城口區(qū)域地質(zhì)圖Figure 1 Regional geological map of Chengkou area, Chongqing

圖2 重慶城口震旦系下統(tǒng)陡山沱組沉積相與層序地層綜合柱狀圖Figure 2 Lower Sinian Doushantuo Formation sedimentary facies and sequence stratigraphic comprehensive column in Chengkou area, Chongqing

2 城口震旦系下統(tǒng)陡山沱組沉積環(huán)境

2.1 陡山沱組巖相類型及其特征

2.1.1 陡山沱組巖相類型

巖石相是綜合巖石結(jié)構(gòu)特征和沉積構(gòu)造特征來反映各微相沉積物形成過程中古水動(dòng)力能量大小和變化的術(shù)語(yǔ)。重慶城口陡山沱組主要由碎屑巖、泥質(zhì)巖、白云巖和錳質(zhì)巖組成(圖2、圖3、圖4)，基于鉆孔巖心、實(shí)測(cè)剖面等資料，研究區(qū)巖石類型多樣，沉積構(gòu)造、顏色豐富，本研究將所有巖性歸納到7個(gè)巖相類型之中，如表1所示。

圖3 高燕ZK133-19巖心圖版(菱錳礦)Figure 3 Plates of rhodochrosite core from Gaoyan borehole ZK133-19

圖4 巖心圖版(灰?guī)r、白云巖、頁(yè)巖)Figure 4 Limestone, dolomite and shale core plates

2.1.2 研究區(qū)主要巖相組合

巖相組合是沉積環(huán)境變化的主要指示，也是含礦地層預(yù)測(cè)礦床發(fā)育狀況變化情況的主要依據(jù)，根據(jù)該地區(qū)鉆孔資料分析可將該地區(qū)的巖相組合分為以下幾種，見表2。

2.2 陡山沱期沉積微相及其特征

重慶城口震旦系下統(tǒng)陡山沱組沉積相，根據(jù)研究區(qū)巖石類型、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、古生物組合、指相礦物、地層剖面的縱向序列、地化特征等，并結(jié)合單剖面分析以及沉積斷面圖的研究，按地理位置，結(jié)合研究區(qū)陡山沱期的沉積特點(diǎn)對(duì)該區(qū)進(jìn)行了沉積相劃分。根據(jù)各種巖相類型及不同沉積類型的沉積特征，在城口陡山沱組中可識(shí)別出淺海陸棚沉積相，包括過渡相和濱外陸棚兩個(gè)微相(圖2、圖5)。

2.2.1 過渡相

過渡帶是指臨濱與濱外陸棚之間的過渡地帶，位于浪基面一下。其深度變化較大，具體取決于海岸帶的能量。過渡帶沉積比濱岸相沉積物細(xì)，比濱外陸棚沉積物粗，一般為粉砂質(zhì)砂及泥質(zhì)粉砂巖沉積；有時(shí)因風(fēng)暴而形成暴砂層，與濱外陸棚相比，砂層厚而數(shù)量多。

研究區(qū)淺海陸棚過渡相主要為陡山沱組第一段下部(圖2)，巖性為黃灰色、深灰色薄至中厚層狀粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層粉砂巖，無菱錳礦賦集。

表2 研究區(qū)主要巖相組合及其含錳礦性

圖5 研究區(qū)陡山沱組沉積環(huán)境示意圖Figure 5 A schematic diagram of Doushantuo Formation sedimentary environment in study area

2.2.2 濱外陸棚

濱外陸棚位于過渡帶外側(cè)至大陸破內(nèi)邊緣的淺海區(qū)，也常稱為“陸架”或“陸棚”。古代濱外陸棚沉積主要為黏土巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，礫巖較少，并有大量化學(xué)巖及生物化學(xué)巖，如碳酸鹽巖，部分鐵、錳、磷沉積巖等。碎屑礦物成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度高，不穩(wěn)定成分少，磨圓度及分選較好，但比濱岸相稍差，填隙物多為化學(xué)膠結(jié)物。海綠石、鮞綠泥石、膠磷礦是常見的自生礦物。黏土巖可含有砂質(zhì)、鋁質(zhì)、海綠石質(zhì)、硅質(zhì)、灰質(zhì)、瀝青質(zhì)、黃鐵礦等。

研究區(qū)濱外陸棚相主要位于陡山沱組第二段(圖2)，巖性主要為深灰色隱晶質(zhì)菱錳礦夾炭質(zhì)頁(yè)巖與黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰色薄層狀含錳白云巖，且鮞狀、球狀、條帶狀菱錳礦賦集。

3 陡山沱組沉積環(huán)境演化

中元古代在結(jié)晶基底上，發(fā)育廣泛強(qiáng)烈的擴(kuò)張裂谷與小洋盆并存，同時(shí)伴有大量幔源物質(zhì)加入本區(qū)地殼。南華紀(jì)，受澄江運(yùn)動(dòng)的影響，整個(gè)揚(yáng)子地臺(tái)整體抬升，揚(yáng)子地臺(tái)北緣的南秦嶺海受城口—房縣同沉積斷裂控制，形成北深南淺的海盆，同時(shí)，大量海底火山噴發(fā)物質(zhì)，為早震旦世陡山沱期含錳建造奠定基礎(chǔ)。由于全球氣候變冷，區(qū)域冰雪覆蓋嚴(yán)重，近海地帶以冰川泥石流形成于城巴斷裂南北兩側(cè)分別形成了南華系上統(tǒng)明月組冰磧層及南沱組冰水冰筏沉積。

至南華紀(jì)末期，繼續(xù)受澄江運(yùn)動(dòng)影響，揚(yáng)子地臺(tái)大面積上升，結(jié)束了區(qū)域沉積歷史而遭受廣泛剝蝕，重慶城口地區(qū)形成了南華系上統(tǒng)明月組與震旦系下統(tǒng)觀音崖組之間的平行不整合接觸。

早震旦世，氣候變暖，冰川融化，全球海平面上升，首次發(fā)生了大規(guī)模的海侵，沉積了一套觀音崖組，巖性主要為紫紅色薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r。之后陡山沱期發(fā)生了四次大規(guī)模的海侵，沉積了陡山沱組淺海陸棚過渡相以及濱外陸棚兩個(gè)微相。過渡相巖性主要為黃灰色、深灰色薄至中厚層狀粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層粉砂巖，無菱錳礦賦集。濱外陸棚相巖性主要為深灰色隱晶質(zhì)菱錳礦夾炭質(zhì)頁(yè)巖與黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰色薄層狀含錳白云巖，且鮞狀、球狀、條帶狀菱錳礦賦集(圖6)。

圖6 城口地區(qū)陡山沱組沉積模式圖Figure 6 Chengkou area Doushantuo Formation sedimentary ideograph

伴隨著陡山沱期第四次大規(guī)模海侵、海退之后，海平面逐漸回落，形成了燈影組底部深灰色、灰黑色泥質(zhì)含錳白云巖，因此陡山沱組與燈影組之間為整合接觸。

4 小結(jié)

1)重慶城口陡山沱組主要由碎屑巖、泥質(zhì)巖、白云巖和錳質(zhì)巖組成，基于鉆孔巖心、實(shí)測(cè)剖面等資料，本研究將所有巖性歸納為7個(gè)巖相類型，分別為頁(yè)巖相、白云巖相、石灰?guī)r相、硅質(zhì)巖相、粉砂巖相、礫巖相以及菱錳礦。

2)在野外剖面、鉆孔巖心宏觀沉積相分析、巖相類型總結(jié)的基礎(chǔ)上，歸納出研究區(qū)震旦系下統(tǒng)陡山沱組發(fā)育淺海陸棚沉積相，包括過渡相和濱外陸棚兩個(gè)微相。

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