雙陽(yáng)地區(qū)磨盤(pán)山組灰?guī)r中角礫巖的成因探討

朱書(shū)宏，孔凡乾，李 東，苑 強(qiáng)

吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，吉林 長(zhǎng)春 130022

0 引言

吉林省中部地區(qū)廣泛發(fā)育晚古生代地層，其中石炭二疊系尤為發(fā)育，主要為一套陸緣碎屑巖-碳酸鹽巖建造，夾少量火山巖。最早日本人河田學(xué)夫(1932)將其命名為吉林層(1)河田學(xué)夫.吉林圖幅地質(zhì)說(shuō)明書(shū)(1/40萬(wàn))[R].偽滿洲國(guó)地質(zhì)調(diào)查所,1932.。隨著1/20萬(wàn)吉林市、磐石縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的開(kāi)展，長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院吉中區(qū)測(cè)大隊(duì)(1961)對(duì)該套地層詳細(xì)的年代-巖石地層綜合劃分(2)長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院吉中區(qū)測(cè)大隊(duì). 1/20萬(wàn)吉林市、磐石縣幅區(qū)測(cè)報(bào)告(手稿)[R].1961.，自下而上劃分為鹿圈屯組、磨盤(pán)山組、石嘴子組、范家屯組和一拉溪組，并被長(zhǎng)期引用[1-3]。需要指出的是，其中的一套碳酸鹽巖依據(jù)生物(年代)地層學(xué)資料，劃分出磨盤(pán)山組和石嘴子組兩個(gè)地層單位，時(shí)代分別為中石炭世和晚石炭世(石炭紀(jì)三分)。由于兩組主要巖石均為一套厚層灰?guī)r、燧石條帶狀灰?guī)r，為臺(tái)地碳酸鹽巖建造，兩組劃分主要依據(jù)古生物化石資料，明顯不符合巖石地層學(xué)定義，李東津等(1998)將磐石圈嶺剖面的石嘴子組上部碎屑巖厘定為石嘴子組后，其它地區(qū)的石嘴子組一并歸入磨盤(pán)山組，時(shí)代厘定為晚石炭世[4]。嗣后，周曉東等(2009；2019)進(jìn)一步厘定其時(shí)代為晚石炭世—早二疊世早期[5，6]。筆者近期在雙陽(yáng)地區(qū)開(kāi)展1/5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中，于丁家村一帶磨盤(pán)山組灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)一套角礫巖，其巖石組構(gòu)與常見(jiàn)的構(gòu)造角礫巖、隱爆角礫巖及滑塌角礫巖明顯不同。因此，筆者對(duì)其成因進(jìn)行初步探討，以期對(duì)該套地層構(gòu)造背景研究達(dá)到拋磚引玉的作用。

1 角礫巖的分布

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of the study area1.第四系；2.白堊系火山巖；3.侏羅系地層；4.中侏羅世花崗巖；5.中二疊世花崗巖；6.磨盤(pán)山組；7.鹿圈屯組；8.斷層；9.研究區(qū)

2 角礫巖巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)丁家水庫(kù)采石場(chǎng)內(nèi)角礫狀巖石(圖2a、2b)的詳細(xì)觀察，根據(jù)角礫的成分、大小、形狀、位移情況和膠結(jié)物含量以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，可將該角礫巖分為震裂角礫巖、流化角礫巖。

2.1 震裂角礫巖

震裂角礫巖主要發(fā)育在采石場(chǎng)底部，巖石主要由巨型角礫組成，角礫成分均為石灰?guī)r，含硅質(zhì)結(jié)核灰?guī)r，角礫大小一般10 cm以上，最大可達(dá)120 cm，角礫無(wú)明顯位移，局部具有可拼接性，邊部略帶渾圓狀形態(tài)或呈次棱角狀，個(gè)別大角礫發(fā)育有不同方向裂隙。角礫之間的膠結(jié)物(基質(zhì)或填隙物)為微粒碳酸鹽巖，其中含有大量小角礫，小角礫成分為灰?guī)r及少量硅質(zhì)巖，大小一般2～5 mm，呈明顯棱角狀。反映了物質(zhì)組分具有均一性，推測(cè)為原始巖石(或半固結(jié)巖石)原地碎裂的結(jié)果。

2.2 流化角礫巖

流化角礫巖發(fā)育在采石場(chǎng)上部，巖石主要由相對(duì)較小的角礫組成，角礫成分主要為灰?guī)r；少量為硅質(zhì)巖，大小一般為3～10 cm，具有一定的分選性，多數(shù)角礫有近渾圓狀(圖2c)。鏡下特征為(圖2d)：巖石主要由(角)礫屑及填隙物等組成，(角)礫屑：約占70%～75%，主要由粒度>2 mm的碎屑物組成，其成分主要由灰?guī)r及硅質(zhì)巖等組成，呈不規(guī)則狀、次棱角狀及次圓狀；填隙物：約占25%～30%，主要由粒度<2 mm的碎屑物組成，其成分主要由同于(角)礫屑的灰?guī)r、硅質(zhì)巖及碳酸鹽成分等組成。

圖2 角礫巖特征Fig.2 Characteristics of breccia

3 成因探討

角礫巖的成因極為復(fù)雜，斷裂構(gòu)造角礫巖系列、沉積角礫巖系列(包括滑塌角礫巖、快速堆積的底礫巖等)的研究是傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)重要方向，并建立了較為成熟的理論體系。20世紀(jì)后期，隨著與巖漿流體相關(guān)的隱爆角礫巖發(fā)現(xiàn)，并在其中發(fā)現(xiàn)大量金屬礦床后，引起眾多學(xué)者注意，提出了與巖漿流體相關(guān)的隱爆角礫巖及其成礦作用機(jī)制[7-9]，進(jìn)而擴(kuò)展到不同類(lèi)型流體動(dòng)力角礫巖[10]。作者在雙陽(yáng)區(qū)丁家水庫(kù)一帶新發(fā)現(xiàn)一套角礫巖，與斷層角礫巖、沉積角礫巖和隱爆角礫巖明顯不同。其中與斷層角礫巖相比缺少相應(yīng)的變形組構(gòu)和構(gòu)造選擇；與沉積角礫巖相比缺少伴生的特殊巖石；與隱爆角礫巖相比沒(méi)有發(fā)生氣液變質(zhì)作用。因此，作者試圖從低溫流體動(dòng)力學(xué)角度探討成因如下。

眾所周知，海相碳酸鹽巖是重要的烴源巖層和油氣儲(chǔ)層，本地區(qū)磨盤(pán)山組為一套巨厚的淺海碳酸鹽巖，產(chǎn)豐富腕足、珊瑚及有孔蟲(chóng)化石，具有良好的生烴條件。在成巖過(guò)程中，富含烴類(lèi)氣體及水的沉積物受可能的異常地?zé)?、地層欠壓?shí)、礦物相變脫水 、烴類(lèi)及非烴類(lèi)氣體的生成與滲透壓力等影響，產(chǎn)生所謂異常高壓，即儲(chǔ)集空間中的流體壓力高于靜水壓力條件下[11]。流體會(huì)在地下瞬時(shí)發(fā)生迅猛的爆發(fā)作用，圍巖在極短時(shí)間內(nèi)被震碎，由于流體主要為氣體可以稱為氣爆角礫巖。根據(jù)流體動(dòng)力作用過(guò)程為線索，又可將其劃分為震裂角礫巖、流化角礫巖兩種類(lèi)型。在遠(yuǎn)離爆發(fā)中心區(qū)域的半固結(jié)巖石只是被原地震碎，或角礫僅有有限的位移，最外的角礫呈棱角狀至次棱角狀，基質(zhì)與角礫成分及種類(lèi)相同，為震裂角礫巖。在爆發(fā)中心，有流體( 主要是氣體) 爆發(fā)猛烈，富含流體顆粒物的浮力大于自由碎屑顆粒的重力時(shí), 流體與碎屑的混合物發(fā)生流化作用，這種流體與碎屑的混合物裹挾破碎半固結(jié)巖石，以一種類(lèi)似于泥石流的高密度流形式，隨著流動(dòng)速度的增加，流體中的碎屑分布發(fā)生變化，形成了角礫具磨圓和分選的組構(gòu)，當(dāng)殘余能量耗盡，流動(dòng)速度逐漸停止，碎屑停積下來(lái)不再發(fā)生任何流體動(dòng)力作用，形成流化角礫巖。

4 結(jié)論

(1)本次發(fā)現(xiàn)的角礫巖與常見(jiàn)的構(gòu)造角礫巖、一般的沉積角礫巖及與巖漿流體相關(guān)的爆發(fā)角礫巖有明顯不同，推斷其成因?yàn)樵诔蓭r過(guò)程中富含烴類(lèi)流體爆發(fā)所形成，將其稱為氣爆角礫巖。

(2)鑒于該角礫巖出露在磨盤(pán)山組中，為一套巨厚的灰?guī)r，成巖期富含大量烴類(lèi)氣體，反映了相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，可以推斷為被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景。

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院李景軼教授提出的相關(guān)意見(jiàn)，同時(shí)對(duì)吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所周曉東教授及項(xiàng)目部各成員在成文及修改過(guò)程中給予的幫助表示誠(chéng)摯的謝意！