吉林白山地區(qū)新元古界碳酸鹽巖沉積演化規(guī)律及沉積事件探討:以青溝子剖面為例

劉奇，王金娜，傅錨，賈雨華，王新宇，王德海

吉林大學地球科學學院，長春130061

0 引言

新元古代是地史中隱生宙向顯生宙過渡的重要階段，也是地球構(gòu)造變動最深刻的階段，受Rodinia超大陸匯聚旋回的影響，發(fā)育有一系列特征明顯的沉積事件[1]—臼齒碳酸鹽巖事件、疊層石衰減事件等，具有區(qū)域性乃至全球性對比意義。

吉林南部地區(qū)新元古界發(fā)育完整、出露連續(xù)、沉積類型多樣、相帶劃分清晰。近年來，相關(guān)學者對區(qū)內(nèi)新元古界碳酸鹽巖開展了大量研究工作[2,3]，涉及沉積事件的成因、存在時限和區(qū)域?qū)Ρ鹊?。但是針對本地區(qū)碳酸鹽巖沉積演化的研究相對匱乏，因此開展吉南地區(qū)碳酸鹽巖沉積模式的研究尤為迫切。

本次研究對象為吉林南部地區(qū)青溝子剖面，在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合實測剖面資料，進行吉南地區(qū)新元古界碳酸鹽巖沉積演化過程的研究，總結(jié)碳酸鹽巖沉積相模式，為進一步分析沉積事件的成因和演化規(guī)律提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

吉林白山地區(qū)位于長白山西側(cè)，龍崗山脈和老嶺山脈斜貫全境，屬于吉林渾江地層分區(qū)。大地構(gòu)造位置處于華北地臺東北緣的中朝準地臺區(qū)，北部為龍崗古陸南緣，南部為NNE向展布的遼吉古元古代造山帶(圖1)[4,5]。

研究區(qū)在地質(zhì)歷史時期，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)作用和強烈的構(gòu)造運動，在晚太古代時期，地殼經(jīng)受強烈的構(gòu)造運動，伴隨海底火山噴發(fā)和基性巖漿的侵入以及區(qū)域變質(zhì)作用等，經(jīng)歷太古代末期的阜平運動，形成中朝準地臺的基底雛形，進入地槽發(fā)育階段。再經(jīng)過中元古代末期的中條運動，中朝準地臺的基底固結(jié)，結(jié)束地槽階段，轉(zhuǎn)入地臺發(fā)育時期[6]。在新元古代時期，中朝準地臺進入穩(wěn)定克拉通階段[7]，表現(xiàn)為平穩(wěn)的垂直升降運動，本時期海侵--海退事件頻發(fā)，罕有火山活動和區(qū)域變質(zhì)作用；在這種背景下，沉積了一套陸表海環(huán)境的沉積，底部表現(xiàn)為濱淺海碎屑巖沉積，上部既發(fā)育碳酸鹽巖臺地緩坡沉積，又發(fā)育臺地邊緣礁灘沉積[8]。

2 碳酸鹽巖分布

吉林南部地區(qū)新元古界地層分布在通化、白山和柳河等地區(qū)(圖1)；新元古界劃分為青白口系和震旦系，研究區(qū)碳酸鹽巖沉積主要分布于震旦系中，自下而上為萬隆組、八道江組和青溝子組。

2.1 萬隆組

萬隆組是長春地質(zhì)學院區(qū)測隊于1965年所建[6]，本次在青溝子剖面測得厚度597 m，下段為中厚層砂屑灰?guī)r、中薄層泥巖和泥灰?guī)r互層，底部發(fā)育薄層泥晶灰?guī)r和泥巖，砂屑灰?guī)r單層厚度0.5～2.5 m，泥巖單層厚度1～2.5 m，泥灰?guī)r單層厚度1～3 m，泥晶灰?guī)r單層厚度0.5～1 m；中段為深灰色中薄層泥灰?guī)r和砂屑灰?guī)r互層，夾黃色泥巖和泥晶灰?guī)r，泥灰?guī)r單層厚度1～2 m，砂屑灰?guī)r單層厚度0.5～1 m，黃色泥巖層厚8 m，泥晶灰?guī)r層厚3 m，泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r中大量發(fā)育條帶狀臼齒構(gòu)造，砂屑灰?guī)r中可見碎屑狀臼齒構(gòu)造；上段為灰色中厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，灰?guī)r單層厚度3～5 m，泥灰?guī)r單層厚度1～3 m，泥晶灰?guī)r單層厚度1～1.5 m，本段臼齒構(gòu)造發(fā)育較少，波痕、干裂及交錯層理大量發(fā)育，頂部可見紋層泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r和黃色泥巖組成的風化殼，厚度1.5 m；與上覆八道江組呈風化殼不整合接觸[9]。

2.2 八道江組

八道江組由長春地質(zhì)學院吉南區(qū)測隊在1960年建立[6]，本次在青溝子剖面測得厚度288 m，巖性以疊層石灰?guī)r為主。下段為淺灰色薄層夾紋層狀泥晶灰?guī)r與中厚層疊層石灰?guī)r互層，疊層石規(guī)模向上變小且密集，泥晶灰?guī)r單層厚度0.5～2 m，灰?guī)r單層厚度0.8～1.5 m；中段主要為灰白色疊層石灰?guī)r，形態(tài)上表現(xiàn)為柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀交替出現(xiàn)，柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.8～2.5 m，分叉柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.5～1.8 m，緩波狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.3～0.9 m，穹狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.2～0.5 m；上段為淺灰色分叉柱狀疊層石灰?guī)r夾中薄層緩波狀、柱狀疊層石灰?guī)r，向上變?yōu)榉植嬷鶢畀B層石灰?guī)r，頂部為薄層柱狀疊層石灰?guī)r，分叉柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度1.2～3 m，緩波狀疊層石灰?guī)r單層厚度2～3 m，柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.5～1.8 m；與上覆青溝子組呈整合接觸(圖2)。

2.3 青溝子組

青溝子組由長春地質(zhì)學院吉南區(qū)測隊在1965年建立[6]，本次在青溝子剖面測得厚度80 m。下段為深灰色厚層角礫狀灰?guī)r和灰黑色厚層灰?guī)r，角礫灰?guī)r層厚16 m，灰黑色灰?guī)r層厚9 m；中段為灰黃色中薄層菱鐵礦化白云巖與黑色頁巖互層，白云巖單層厚0.5～1.8 m，頁巖單層厚0.3～1.6 m；上段為黑色中厚層頁巖與中薄層菱鐵礦化白云質(zhì)灰?guī)r互層，白云質(zhì)灰?guī)r單層厚0.5～3.6 m，頁巖單層厚0.5～2.7 m，偶見灰?guī)r透鏡體，發(fā)育大量微古生物化石，與上下相鄰地層均為整合接觸。

3 碳酸鹽巖沉積相類型

自20世紀以來，國內(nèi)外學者對碳酸鹽巖沉積環(huán)境的劃分標準存在爭議，Wilson結(jié)合古代和現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積模式的研究成果，提出9個標準相帶的劃分方案，建立了碳酸鹽巖綜合沉積模式[10]。中國地質(zhì)學家關(guān)士聰在Wilson相模式基礎(chǔ)上，將碎屑巖和碳酸鹽巖沉積作用聯(lián)系起來，提出了適用于中國古代海域沉積環(huán)境的模式圖[11]。之后，Tucker在Wilson的沉積相模式基礎(chǔ)上，將碳酸鹽巖沉積作用和沉積環(huán)境相結(jié)合提出適用于陸表海碳酸鹽巖的相模式[12]。

筆者結(jié)合Wilson、Tucker和關(guān)士聰?shù)鹊某练e模式，在野外實測剖面和薄片觀察基礎(chǔ)上，綜合分析研究區(qū)碳酸鹽巖沉積特征，發(fā)現(xiàn)本區(qū)的沉積環(huán)境具有由緩斜坡向臺地轉(zhuǎn)化的趨勢，因此將研究區(qū)劃分為碳酸鹽巖臺地、臺地邊緣、臺地緩坡和盆地4個相區(qū)，并進一步識別出局限臺地、臺地邊緣生物礁灘、淺緩坡、中緩坡、深緩坡和深水盆地6種沉積亞相類型。

3.1 碳酸鹽巖臺地

在研究區(qū)內(nèi)主要識別出局限臺地相，該沉積相帶是指臺緣礁向內(nèi)陸一側(cè)閉塞、低能的海岸地帶，水體經(jīng)臺地邊緣高地勢的消能作用之后，能量較低，水體循環(huán)受限，鹽度較高。局限臺地主要發(fā)育潮坪、瀉湖亞相。

當海平面相對下降，臺地邊緣生物礁體暴露出水面，發(fā)育潮坪沉積，其中潮上帶發(fā)育泥晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，即在礁后局限環(huán)境下，氣候干熱，由毛細管濃縮作用形成的高鎂鹵水交代灰泥巖引起準同生白云巖化，可看做臺地暴露的標志；潮下帶部分即為瀉湖亞相，環(huán)境閉塞，能量極低，巖石類型主要為薄層黑色頁巖。

3.2 臺地邊緣

該相帶位于臺地緩坡與局限臺地之間，臺地邊緣相是深水沉積和淺水沉積的轉(zhuǎn)換帶，通常沉積界限面在浪基面之上，水動力條件較強屬于潮下高能相帶[13]，研究區(qū)發(fā)育生物礁和淺灘2種亞相，巖性以疊層石灰?guī)r和顆粒灰?guī)r為主。筆者認為礁、灘相存在共生關(guān)系，在強烈的波浪作用下，礁體被擊碎成小塊，經(jīng)水流搬運到礁體內(nèi)側(cè)或外側(cè)，形成淺灘。由于這種淺灘的沉積物來源于礁體，兩者構(gòu)成一個相互轉(zhuǎn)化的沉積體系[14]；因此本文建立礁灘復(fù)合體沉積模式，對研究區(qū)臺緣礁、灘相進行沉積微相的分析。

根據(jù)沉積物的特征和古地形分析，將臺地邊緣礁灘復(fù)合體劃分為礁前斜坡、礁核、礁間和礁后灘。

礁前斜坡位于生物礁靠臺地斜坡一側(cè)，主要為重力流滑塌沉積，當礁體垂向生長過大，受風浪和潮汐作用破碎成礁體碎塊，這些塊體受重力作用下滑落到礁前斜坡處，巖性以角礫狀灰?guī)r、柱狀疊層石灰?guī)r為主，可見含硅質(zhì)灰?guī)r(圖3a)。由于礁前斜坡地形平緩，與臺地斜坡的地形特征難以區(qū)分，只能依靠巖性組合進行區(qū)分。

a.含硅質(zhì)灰?guī)r，八道江組；b.柱狀疊層石灰?guī)r，可見檐，八道江組；c.柱狀疊層石灰?guī)r，頂面同心圓狀，八道江組；d.分叉柱狀疊層石灰?guī)r，八道江組；e.波狀層理，萬隆組；f.臼齒構(gòu)造，萬隆組；g.砂屑灰?guī)r，萬隆組；h.深灰色致密灰?guī)r，夾薄層粉砂質(zhì)泥灰?guī)r，萬隆組；i.泥晶灰?guī)r與泥灰?guī)r互層，萬隆組圖3 白山地區(qū)青溝子剖面典型野外沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of typical Qinggouzi outcrop section in Baishan area

礁核是生物礁對抗波浪和潮汐作用的主體部分，主要由原地生長的疊層石灰?guī)r組成。礁體在(波浪作用間歇期)正常浪基面之上的部分成層性較差，以柱狀疊層石為主(圖3b,c)，含少量緩波狀和分叉柱狀，在正常浪基面之下的部位以緩波狀和穹隆狀為主。

礁間指生物礁之間水體較深的沉積環(huán)境，由于受到礁體的障蔽作用，沉積物的粒度細，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為主，屬于低能潮下環(huán)境。

礁后淺灘位于生物礁體靠近臺地一側(cè)，呈席狀分布，向臺地內(nèi)側(cè)過渡為局限臺地相，由于受礁體遮擋作用，水體深度較淺，波浪作用削弱嚴重，間歇暴露期變長，屬于淺水低能環(huán)境，巖性主要以分叉柱狀疊層石灰?guī)r為主(圖3d)，柱間以顆粒灰?guī)r充填。

3.3 臺地緩坡

臺地斜坡位于臺地邊緣和盆地之間，是臺地周圍地形上具有坡度的深水沉積環(huán)境，一般來說，臺地邊緣生物礁代表高能臺緣，與其相連的斜坡類型通常為陡坡或陡崖。但是經(jīng)過野外實測剖面發(fā)現(xiàn)，整個斜坡環(huán)境缺乏重力流滑塌沉積、生物擾動作用較弱，在灰?guī)r中發(fā)育形態(tài)多樣的臼齒構(gòu)造，水平紋層及波狀層理發(fā)育(圖3e，f)，具有典型的緩坡沉積特征。

結(jié)合前人對吉遼徐淮地區(qū)沉積環(huán)境的研究成果及事件沉積的特征，分析本地區(qū)碳酸鹽巖臺地具有前緣發(fā)育深水陸棚性質(zhì)的非常寬緩的斜坡特征，進而識別出淺緩坡、中緩坡和深緩坡3種亞相[2,7]。主要巖石類型為泥頁巖、砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r等(圖3g-i)。

3.4 盆地

研究區(qū)盆地類型為深水盆地，水體深、能量低，發(fā)育富含有機質(zhì)、水平層狀的暗色泥巖、泥晶灰?guī)r夾薄層砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r等，水平層理發(fā)育，生物擾動作用較弱。

4 碳酸鹽巖沉積相模式

由于臺地邊緣生物礁、灘的演化對碳酸鹽巖臺地的類型起主導作用，結(jié)合研究區(qū)碳酸鹽巖分布特征和剖面實測資料，以及Tucker的相模式分類方案，提出以發(fā)育局限臺地--臺緣礁灘--臺地緩坡沉積相帶組合為特征的“封閉型鑲邊緩坡臺地”沉積模式(圖4)。

模式中由淺到深的相帶展布格局為局限臺地--臺地邊緣生物礁、灘--臺地緩坡--盆地。該沉積模式的特點是在正常浪基面和平均海平面之間存在高能的臺地邊緣--大型的疊層石礁灰?guī)r，而且疊層石礁灰?guī)r分布連續(xù)密集，導致臺地內(nèi)水循環(huán)受阻，加之地形的平緩，形成閉塞的局限臺地環(huán)境，發(fā)育瀉湖和潮坪亞相，主要巖性為泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖等；在臺緣向盆地一側(cè)，以發(fā)育深水陸棚性質(zhì)的緩斜坡為特征，主要沉積砂屑灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r等；在盆地內(nèi)部主要沉積紋層狀泥晶灰?guī)r和黑色頁巖。

圖4 萬隆組—青溝子組緩坡臺地沉積相模式Fig.4 Sedimentary facies model of gentle slope platform of Wanlong Formation--Qinggouzi Formation

圖5 青溝子剖面新元古代碳酸鹽巖沉積演化模式Fig.5 Sedimentary evolution model of Neoproterozoic carbonate rocks in Qinggouzi section

5 碳酸鹽巖沉積演化

隨著燕遼裂谷盆地的消亡和隆升，中朝板塊在新元古代進入穩(wěn)定克拉通階段，古構(gòu)造演化表現(xiàn)為波狀隆升與拗陷呈周期性變化，沉積盆地的沉降與隆起呈近南北向的展布[1]。隨著沉積盆地中心向東南方向遷移，中朝板塊的青白口系—震旦系地層以吉遼皖南一帶發(fā)育。盆地內(nèi)的碳酸鹽巖沉積以克拉通碳酸鹽巖臺地及臺緣緩坡沉積為主，此時期盆地的沉積充填序列與特征受控于海平面的升降變化[15]并表現(xiàn)為由緩坡型臺地向鑲邊型臺地演化的過程。按地質(zhì)時期可劃分為4個沉積演化階段(圖5)。

5.1 萬隆組時期

研究區(qū)位于吉南渾江坳陷，在萬隆組時期地殼開始沉降，而且相對海平面快速上升，早期的坳陷很快被海水淹沒，形成了半深水斜坡環(huán)境，具有開闊臺地--臺地緩坡--深水盆地沉積相組合特征的緩坡型臺盆體系(圖5a)，在水體較淺的開闊臺地內(nèi)發(fā)育小型臺內(nèi)灘；至萬隆組高水位時期，隨著相對海平面下降，臺地向陸棚一側(cè)水體快速變淺，開始發(fā)育開闊臺地--臺緣礁、灘過渡相帶，向盆地一側(cè)仍然為緩坡臺地和深水海盆沉積環(huán)境；此時臺地類型由前期的緩坡型臺地向鑲邊型臺地轉(zhuǎn)化(圖5b)。

5.2 八道江組時期

隨著萬隆組時期海侵結(jié)束，受區(qū)域性海平面下降影響，研究區(qū)進入緩慢而穩(wěn)定的海退期，有利于淺水碳酸鹽巖沉積，在臺地邊緣區(qū)造礁速度最快，臺地邊緣礁、灘建隆程度達到頂峰，導致開闊臺地轉(zhuǎn)變?yōu)樗h(huán)受限的局限臺地，形成了局限臺地--臺地邊緣礁灘--臺地斜坡--深水盆地沉積相組合特征的鑲邊臺盆體系，臺地邊緣相區(qū)向盆地相區(qū)進積(圖5c)。

5.3 青溝子組時期

本時期地殼緩慢上升，海平面繼續(xù)下降，隨著海水的退出，臺地間的淺灘間歇性露出水面，伴隨著氣候的干旱炎熱，發(fā)育以白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主的潮坪沉積和黑色泥巖為主的閉塞瀉湖沉積，臺緣相區(qū)向盆地相進積(圖5d)。

綜上，吉林南部震旦系萬隆組—青溝子組時期整體上經(jīng)歷一次完整的海侵--海退沉積旋回，同時經(jīng)歷了碳酸鹽巖緩坡型臺地--鑲邊型臺地的動態(tài)演化過程。

6 沉積事件分析

6.1 臼齒碳酸鹽巖事件

臼齒碳酸鹽巖事件泛指在碳酸鹽巖中發(fā)育形似大象牙齒狀的沉積構(gòu)造，因而定名為臼齒構(gòu)造(Molar--Tooth Structure，簡稱MT)，首次發(fā)現(xiàn)于北美碳酸鹽巖群中[16]，迄今為止在全球范圍均有發(fā)現(xiàn)，在中國的天津薊縣、吉遼徐淮等地區(qū)呈現(xiàn)一定規(guī)模[17]。

目前，臼齒構(gòu)造的形成機制包括無機成因、有機成因和生物--地球化學成因3種[18--26]，但是上述成因模式均存在局限性，不適用于解釋全球范圍內(nèi)的臼齒碳酸鹽巖。普遍認為臼齒構(gòu)造是中、新元古代淺水碳酸鹽巖斜坡環(huán)境的產(chǎn)物，成巖作用具有獨特性，形成于早期成巖作用階段的軟泥中[2]；受Rodinia超大陸裂解的影響，在新元古代末期地球進入冰川期，臼齒碳酸鹽巖因成巖環(huán)境被破壞而消亡[27]。

6.1.1 臼齒構(gòu)造宏觀特征

研究區(qū)的萬隆組臼齒構(gòu)造十分發(fā)育，形態(tài)多樣，按形態(tài)--成因命名法可劃分為原地型和異地型2類[28,29]。

原地型臼齒構(gòu)造可分為：絲狀、條帶狀、瘤狀。絲狀臼齒構(gòu)造常發(fā)育在泥晶灰?guī)r中，少見于砂屑灰?guī)r，長2～8 cm，寬1～2 mm，與層面呈垂直或斜交(圖6a)；條帶狀臼齒構(gòu)造賦存巖石類型復(fù)雜，有泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖和風暴礫屑灰?guī)r等；因而形態(tài)多樣，具有平直帶狀、彎曲褶皺狀和短柱狀等，是臼齒構(gòu)造的主要形態(tài)(圖6b)；長度介于2～15 cm，寬2～6 mm，呈平行、垂直和斜交分布于地層中。瘤狀臼齒構(gòu)造主要發(fā)育在泥晶灰?guī)r中，直徑1～2 cm，常與絲狀臼齒構(gòu)造出現(xiàn)在同一層位中(圖6c)。

a.臼齒構(gòu)造與地層的接觸關(guān)系，以垂直和斜交層面為主；b.彎曲褶皺狀臼齒構(gòu)造，發(fā)育在砂屑灰?guī)r中；c.絲狀和瘤狀臼齒構(gòu)造，發(fā)育在泥晶灰?guī)r中；d.異地碎屑塊狀臼齒構(gòu)造，經(jīng)搬運后再沉積；e.微亮晶條帶與基質(zhì)的界線清晰，呈突變接觸，單偏光，×40；f.微亮晶中的黃鐵礦晶體，單偏光，×40.圖6 研究區(qū)臼齒構(gòu)造宏觀特征和微觀特征Fig.6 Macroscopic and microscopic characteristics of molar-tooth structure in study area

異地型臼齒構(gòu)造主要為臼齒構(gòu)造被破壞成碎屑塊狀(圖6d)，經(jīng)過搬運再堆積，磨圓度較高，賦存于風暴礫屑灰?guī)r中。

6.1.2 臼齒構(gòu)造微觀特征

通過對萬隆組薄片觀察發(fā)現(xiàn)，臼齒構(gòu)造碳酸鹽巖由微亮晶方解石條帶與基質(zhì)組成；兩者的成分和結(jié)構(gòu)有明顯的不同，臼齒條帶充填于裂縫及孔隙中，微亮晶方解石顆粒表現(xiàn)為純凈半透明，粒度均勻的橢球形，直徑范圍5～15 μm；基質(zhì)多為不純的泥晶方解石、粉晶方解石組成，表現(xiàn)為暗色中粗粒的不規(guī)則多邊形碳酸鹽巖顆粒，通常含有少量黏土物質(zhì)、有機質(zhì)及陸源碎屑組分[30]。微亮晶方解石條帶與基質(zhì)之間具有清晰分明的界線(圖6e)，呈突變接觸。

研究表明微亮晶方解石的87Sr/86Sr比值明顯低于圍巖方解石，表明微亮晶方解石比圍巖固結(jié)早，當微亮晶方解石快速結(jié)晶時，基質(zhì)尚未固結(jié)；部分微亮晶條帶中包含基質(zhì)組分和黃鐵礦晶體(圖6f)，基質(zhì)中可觀察到微亮晶方解石特征；并且臼齒構(gòu)造通常使紋層發(fā)生錯段，牽引變形[31]，經(jīng)受壓實作用形成褶皺腸狀，揭示了微亮晶條帶與基質(zhì)為準同生階段。

6.1.3 沉積環(huán)境與沉積模式

在吉林白山青溝子剖面，萬隆組發(fā)育臼齒構(gòu)造。已有研究表明，臼齒構(gòu)造形成并發(fā)育于穩(wěn)定克拉通臺地邊緣緩坡沉積環(huán)境，受控于海平面的升降和陸源物質(zhì)的供給條件及氣候的周期性變化，并進一步劃分為淺緩坡相、中緩坡相和深緩坡相。

深緩坡相包含鈣質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r與風暴礫屑灰?guī)r，發(fā)育水平層理、塊狀層理；臼齒構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為小型條帶狀和絲狀，以及異地碎屑狀的組合。

中緩坡相包含中厚層泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和泥灰?guī)r等，也可見風暴礫屑灰?guī)r，發(fā)育丘狀交錯層理、水平層理、塊狀層理；臼齒構(gòu)造在該相帶中十分發(fā)育，形態(tài)多樣，有絲狀、條帶狀、彎曲褶皺狀以及異地碎屑狀的組合。

淺緩坡相包含砂屑灰?guī)r、塊狀灰?guī)r、泥灰?guī)r、柱狀疊層石灰?guī)r以及陸源碎屑組分等，可見沖刷--充填構(gòu)造、灰?guī)r透鏡體、水平層理、塊狀層理等；臼齒構(gòu)造發(fā)育在砂屑灰?guī)r和泥灰?guī)r中，呈彎曲褶皺狀、條帶狀。

依據(jù)臼齒構(gòu)造沉積模式(圖7)，萬隆組中臼齒構(gòu)造的沉積環(huán)境為碳酸鹽巖臺地緩坡，由深緩坡、中緩坡和淺緩坡3個單元組成。隨著水體由深變淺，臼齒形態(tài)呈瘤狀--碎屑狀--絲狀--條帶狀--褶皺狀的演化過程；臼齒構(gòu)造主要發(fā)育于中緩坡相。

6.2 疊層石衰減事件

疊層石是由藍細菌等底棲微生物群，通過微生物活動和沉積作用結(jié)合形成的明暗相間紋層狀碳酸鹽巖。最早發(fā)現(xiàn)的疊層石化石距今35億a，繁盛于中、新元古代，在前寒武系末期發(fā)生衰減，是前寒武系時期地球上重要的微生物生態(tài)系統(tǒng)，疊層石常作為古環(huán)境和古氣候的指示器[32]和地層對比的標準化石。

疊層石的發(fā)育是一個長期的過程，可劃分為5個階段[33]:太古宙—元古宙增長期(2 000 Ma)、中--新元古代繁盛期(1 250～1 000 Ma)、新元古代衰減期(675 Ma)、寒武紀—早奧陶世復(fù)蘇期(450 Ma)和后顯生宙的衰退期。此外，梅冥相依據(jù)天津薊縣高于莊組三段的非疊層石碳酸鹽巖序列[34]，提出在1 450 Ma發(fā)生過一次疊層石衰減事件，并與北美中元古代地層沉積序列相互印證。

6.2.1 疊層石類型

研究區(qū)八道江組地層處于新元古代衰減期，疊層石含量十分豐富，個體形態(tài)清晰，類型多樣，表現(xiàn)為緩波狀、穹狀、柱狀和分叉柱狀等。

緩波狀疊層石是八道江組疊層石的主要形態(tài)，相比于層狀疊層石，兩者在水平延伸方向上很廣，但是緩波狀疊層石紋層波狀起伏，呈現(xiàn)出較好的波形曲線．其波長多在15～20 cm，波高在5～10 cm(圖8a); 其單層厚度一般<2 mm，層厚從20～40 cm。波狀疊層石在研究區(qū)常出露于柱狀疊層石的上下層位中；屬于層狀疊層石和柱狀疊層石之間的過渡類型。

穹狀疊層石八道江組穹狀疊層石出露較少，以向上凸起的穹隆狀為特征，區(qū)別于緩波狀疊層石。隆起高度差異較大，穹狀寬度在5～10 cm之間(圖8b)。丘狀疊層石的紋層厚度明顯大于緩波狀疊層石，且暗層厚度大于明層。

柱狀疊層石在八道江組的多個分層中均有發(fā)育，頂面呈同心橢圓形，為不分叉的圓柱體，部分柱體可見檐，單個柱體直徑介于2～5 cm，高10 cm±，紋層細密，暗層厚度大于亮層(圖8c)；柱體間可見砂屑灰?guī)r，圍巖中含泥晶灰?guī)r、少量生物碎屑及陸源碎屑等。

分叉柱狀疊層石研究區(qū)分叉柱狀疊層石根部為單一柱狀，與柱狀疊層石類似；上部呈分枝狀，每個枝體的形態(tài)大小及紋層特征亦與柱狀疊層石類似(圖8d)。

a.緩波狀疊層石；b.穹狀疊層石；c.柱狀疊層石；d.分叉柱狀疊層石圖8 研究區(qū)疊層石宏觀形態(tài)特征Fig.8 Macroscopic morphological characteristics of stromatolites in study area

6.2.2 沉積環(huán)境與沉積模式

研究區(qū)八道江組厚度約248 m，按疊層石的發(fā)育形態(tài)分為14個層(圖2)，根據(jù)疊層石的類型結(jié)合各層巖性特征，對各種疊層石的沉積環(huán)境進行分析。

緩波狀疊層石常與柱狀疊層石呈互層出現(xiàn)，圍巖中含泥質(zhì)條帶，反映了水動力較弱的礁核環(huán)境，根據(jù)緩波狀的規(guī)?？蛇M一步區(qū)分水體環(huán)境為礁核上部或礁核下部環(huán)境[35,36]。

穹狀疊層石相比緩波狀疊層石所處的水動力條件要更強一些，所處沉積環(huán)境為礁核下部。

柱狀疊層石柱狀疊層石圍巖變化大，常伴生磨圓程度好的碎屑狀灰?guī)r，反映了水動力條件較強的礁核和礁后灘環(huán)境。

分叉柱狀疊層石由于根部柱狀疊層石在礁后灘無水期發(fā)生干裂，再發(fā)育逐漸形成頂部分枝，其圍巖變化類似于柱狀疊層石，處于礁后灘或礁核上部環(huán)境。

由八道江組疊層石的沉積模式(圖9)可以看出，疊層石是臺緣生物礁環(huán)境的產(chǎn)物，集中發(fā)育在礁核和礁后灘中，其形態(tài)從下到上表現(xiàn)為：柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀、分叉柱狀、穹狀、緩波狀和分叉柱狀，水體深淺呈頻繁變化的旋回過程，反映了該時期屢次經(jīng)歷海進--海退，發(fā)生至少4次水體升降過程。

圖9 研究區(qū)疊層石沉積模式圖Fig.9 Stromatolites sedimentary model sketch in study area

7 結(jié)論

(1)以研究區(qū)萬隆組—青溝子組碳酸鹽巖沉積相特征為依據(jù)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和沉積背景，確定該地層單元屬于碳酸鹽巖臺地沉積體系，識別出局限臺地、臺地邊緣生物礁灘、淺緩坡、中緩坡、深緩坡和盆地等6種沉積亞相類型，其中在臺地邊緣礁、灘復(fù)合體系，可進一步劃分出礁前斜坡、礁核、礁間和礁后灘4種沉積微相類型。揭示了研究區(qū)經(jīng)歷多期次海進--海退旋回過程和“封閉式鑲邊緩斜坡臺地”沉積模式。

(2)臺地沉積體系的演化和臺緣相區(qū)的遷移受海平面升降變化影響。在萬隆組時期海平面上升，研究區(qū)發(fā)育開闊臺地—臺地緩坡—盆地相為組合特征的緩坡型臺盆體系；八道江組時期進入海退期，研究區(qū)發(fā)育局限臺地--臺地邊緣礁灘--臺地緩坡--盆地相為組合特征的封閉型鑲邊臺盆體系，盆地水體變淺，臺緣相區(qū)向盆地進積；青溝子組時期海平面持續(xù)下降，研究區(qū)局限臺地間歇性暴露水面，臺緣相區(qū)進一步向盆地相區(qū)進積，盆地范圍隨之縮小。

(3)研究區(qū)萬隆組臼齒構(gòu)造屬于納米級微亮晶碳酸鹽巖，廣泛發(fā)育于碳酸鹽巖緩坡環(huán)境，集中發(fā)育在中緩坡，按形態(tài)--成因劃分為原地型絲狀、條帶狀和瘤狀以及異地型碎屑狀。臼齒構(gòu)造形態(tài)隨著水體由深到淺，呈現(xiàn)瘤狀--碎屑狀--絲狀--條帶狀--褶皺狀的演化過程。八道江組疊層石主要發(fā)育于屬于臺緣礁灘環(huán)境的產(chǎn)物，集中發(fā)育在礁核和礁后灘，本時期海平面變化頻繁，疊層石形態(tài)自下而上呈柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀、分叉柱狀、穹狀、緩波狀和分叉柱狀演化，水體呈現(xiàn)深--淺--深--淺的旋回過程。