遼寧省本溪期—山西期沉積巖相古地理分析

張永，曲洪祥，譚文剛，王志軍

（遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧 大連 116100）

遼寧省本溪期—山西期沉積巖相古地理分析

張永，曲洪祥，譚文剛，王志軍

（遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧 大連 116100）

遼寧省本溪期—山西期沉積地層主要分布于太子河地層小區(qū)，少量見于大連地層小區(qū)，零星出露于遼西錦州、朝陽、凌源和葫蘆島一帶.根據(jù)其巖性組合、沉積構(gòu)造、指相化石及沉積礦產(chǎn)等特征,對該期沉積環(huán)境進(jìn)行較深入的研究，劃分為三角洲相、障壁海岸相和海灣陸棚相3個沉積相，進(jìn)而對本期巖相古地理特征進(jìn)行分析研究.

本溪期；山西期；巖相古地理；三角洲相；障壁海岸相；海灣陸棚相；遼寧省

0 引言

沉積相、巖相的概念由瑞士A·格雷斯利（1883）首先提出.國內(nèi)巖相古地理研究始于上世紀(jì)50年代中葉，劉鴻允等以古生物地層學(xué)理論為指導(dǎo)，編制了我國第一部《中國古地理圖》專著，意在分析沉積盆地及其成礦環(huán)境與區(qū)域構(gòu)造演化之間的關(guān)系.80年代以來，相繼有聶振聲［1］、丁杰［2-3］、王洪戰(zhàn)［4］、范國清［5］等對遼寧省典型沉積盆地進(jìn)行了巖相古地理研究，較系統(tǒng)的巖相古地理研究當(dāng)屬楊新德等編著的《遼寧省區(qū)域地質(zhì)志》中的沉積巖及沉積作用部分［6］，為遼寧省巖相古地理研究奠定了堅實的基礎(chǔ).本文根據(jù)巖性組合、沉積構(gòu)造、指相化石及沉積礦產(chǎn)等特征，對遼寧省本溪期—山西期沉積環(huán)境進(jìn)行研究，并進(jìn)行沉積相劃分，進(jìn)而對區(qū)內(nèi)該期巖相古地理特征進(jìn)行分析和研究.

1 地質(zhì)背景

遼寧省本溪期—山西期沉積地層隸屬華北地層區(qū)，橫跨燕遼地層分區(qū)和遼東地層分區(qū).前者在遼寧省內(nèi)部分稱遼西地層小區(qū)，后者細(xì)分為大連地層小區(qū)和太子河地層小區(qū).太子河地層小區(qū)地層發(fā)育最全，自下而上發(fā)育本溪組、太原組和山西組［7］.大連地層小區(qū)地層發(fā)育次之，遼西地層小區(qū)以地層分布零星.

1.1 大連地層小區(qū)和太子河地層小區(qū)

本區(qū)地層發(fā)育較全，地層由下至上有石炭系本溪組、太原組和石炭系—二疊系山西組.本溪組主要巖性為砂巖、頁巖，夾煤層、鋁土礦（黏土礦），底部產(chǎn)“山西式鐵礦”；太原組以分布海相灰?guī)r為特征，主要巖性為頁巖、砂巖夾灰?guī)r，頂部偶夾煤層；山西組以產(chǎn)煤礦、鋁土礦為特征，主要巖性為長石石英砂巖、粉砂巖、頁巖.本溪組與下伏中奧陶統(tǒng)馬家溝組為平行不整合接觸關(guān)系.太子河地層小區(qū)內(nèi)，山西組整合于二疊系下石盒組之下；大連地層小區(qū)內(nèi)山西組未見頂.

1.2 遼西地層小區(qū)

本區(qū)石炭紀(jì)本溪期—二疊紀(jì)山西期沉積地層不甚發(fā)育，尤其是海相地層出露甚少.本溪組巖性為頁巖夾細(xì)砂巖和鋁土質(zhì)頁巖、砂巖；相當(dāng)于太原期沉積的一套地層，主要為頁巖夾泥灰?guī)r、細(xì)砂巖及煤線（煤層）；山西組為含礫石英砂巖，上部為灰綠色頁巖夾炭質(zhì)頁巖及煤線，偶夾菱鐵礦結(jié)核.

2 主要沉積相類型

遼寧省本溪期—山西期地層為一套陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖的混合沉積.沉積相主要由三角洲相、障壁海岸相和海灣陸棚相組成，本溪期—山西期沉積地層沉積相特征如圖1.

2.1 障壁海岸相

隔壁海岸相可以進(jìn)一步劃分潮坪亞相、濱海沼澤亞相、潟湖亞相.

（1）潮坪亞相：古地貌是海岸相對平緩地帶.發(fā)育于太原組上部，由泥巖和細(xì)陸源碎屑巖組成的一套渾水潮坪沉積.發(fā)育水平、波狀和潮汐層理，潮渠處尚見上疊沙紋和小型槽狀層理.

（2）濱海沼澤亞相：為海岸沼澤發(fā)育區(qū).發(fā)育于太原組上部，由泥巖、黏土巖、碳質(zhì)（局部含煤）巖石組成.以發(fā)育水平層理為主，植物化石（特別是植物根）發(fā)育.具有低能弱還原半咸水沉積物特征.在垂向剖面上，隨海侵?jǐn)U大可演化為潟湖亞相或海灣陸棚相.

（3）潟湖亞相：位于海岸低洼地帶.發(fā)育于太原組上部，由泥質(zhì)、黏土質(zhì)組成，顯水平層理，其水體具低能弱動蕩沉積環(huán)境.垂向相序有兩類，一類由濱海沼澤演化而來，不利于鋁土礦形成；另一類為由氧化條件發(fā)展而成，為本區(qū)G層鋁土礦的主要成礦環(huán)境.

圖1 太子河地層小區(qū)本溪期—山西期沉積綜合柱狀圖Fig.1Sedimentary column of Benxi Age-Shanxi Age in the Taizihe stratigraphic sub-region

2.2 海灣陸棚相

海灣陸棚相僅見緩坡亞相，由陸源碎屑巖和碳酸鹽巖沉積組成.發(fā)育于太原組上部，分布于大連地層小區(qū)和太子河地層小區(qū)，沉積厚度77～138 m.太原期海侵是本區(qū)最大的海泛事件，形成一套陸源碎屑巖和內(nèi)源碳酸鹽巖混合沉積.

（1）陸源碎屑巖沉積：由暗色泥巖、頁巖、粉砂巖和砂巖組成.前者形成于深緩坡，具水平層理，少見動物化石，水介質(zhì)顯強(qiáng)還原環(huán)境；后者砂巖形成于淺緩坡，巖石中含海綠石礦物，結(jié)構(gòu)、成分成熟度較高，波痕和沿岸流作用明顯，發(fā)育大型板狀、槽狀、沖洗和波狀層理.

（2）碳酸鹽巖沉積：主要由泥晶灰?guī)r、含燧石結(jié)核（條帶）泥晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和含生物屑灰?guī)r組成.可以識別出淺緩坡和深緩坡微相沉積.前者以薄層灰?guī)r為主，發(fā)育水平層理和塊狀層理，海相化石較豐富，但種類單調(diào)，個體較小，反映水體能量較低且閉塞的沉積環(huán)境；后者以產(chǎn)生物屑灰?guī)r為特征，具沖刷充填構(gòu)造、微波狀層理，化石豐富，種類齊全，個體較大，特別是狹鹽度生物繁盛，如類、珊瑚類、腕足類以及有孔蟲化石，反映正常淺海沉積環(huán)境.

2.3 三角洲相

三角洲相進(jìn)一步細(xì)分三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相、前三角洲亞相.

（1）三角洲平原亞相：主要見于山西組.可劃分為分支河道微相和分流間沼澤微相.

分支河道微相平面上呈帶狀分布，剖面上為透鏡狀并具正粒序結(jié)構(gòu)層理.主要由砂體構(gòu)成，發(fā)育板狀、楔狀和槽狀層理，局部見波痕.

分流間沼澤微相主要巖性為泥巖、黏土巖和碳質(zhì)泥巖（頁巖）及煤層組成，植物化石豐富.在區(qū)域上形成可對比的煤系，但由于分流河道的穿插和決口扇的影響，煤層呈透鏡狀且多夾矸石.

（2）三角洲前緣亞相：主要分布于太原組下部和山西組上部層位.可劃分為前緣席狀砂壩微相、分流間灣微相.

前緣席狀砂壩微相含河口砂壩和遠(yuǎn)端砂壩沉積，砂體中普遍含海綠石礦物，發(fā)育小型板狀、槽狀、波狀和水平層理.

分流間灣微相位于分流河道間的低能洼地處，由暗色泥巖、黏土質(zhì)巖和碳質(zhì)巖石構(gòu)成.其向陸一側(cè)可形成沼澤聚煤環(huán)境，向海方向與海灣連通，并見動物化石.發(fā)育水平層理和透鏡狀層理等沉積構(gòu)造.

（3）前三角洲亞相：相當(dāng)于本溪組下部層位，主要由暗色泥巖、粉砂質(zhì)巖石構(gòu)成，含有黃鐵礦和菱鐵質(zhì)鮞粒，含少量的海相化石.發(fā)育水平層理.產(chǎn)山西式鐵礦.

3 巖相古地理特征

遼寧省于晚奧陶世—早石炭世時期，加里東構(gòu)造運動致使地殼上升，地貌經(jīng)過長期風(fēng)化夷平，地形總體上起伏不大，較為平坦.中石炭世發(fā)生海侵事件，沉積盆地范圍較奧陶紀(jì)時期萎縮，多為海相殘留盆地.本期為一套巨厚的灰?guī)r、頁巖、泥巖、粉砂巖及砂巖，砂巖中巖屑成分含量較高，顯示了該期快速堆積的特點.該期海侵方向由南西向北東，地貌中心和沉積中心位于本溪地區(qū)，也是水下拗陷區(qū)，沉積厚度大于600 m.遼寧省分為太子河沉積區(qū)、復(fù)州沉積區(qū)、遼西沉積區(qū)，遼寧北部和遼東岫巖-丹東地區(qū)為陸源剝蝕區(qū).巖相古地理特征如圖2.

3.1 遼西沉積區(qū)

本區(qū)主要為三角洲平原沉積，以山西組最為發(fā)育，少量為本溪組、太原組.建昌、葫蘆島一帶是分流間沼澤沉積，前者沉積厚度較大，主要巖性為頁巖、碳質(zhì)頁巖、砂巖，下部夾少量泥灰?guī)r及鈣質(zhì)膠結(jié)的粗砂巖，向上全為細(xì)碎屑巖沉積，并常夾薄煤層；后者沉積厚度較薄，基本為細(xì)碎屑巖沉積.在建平、朝陽、錦州一帶，距陸源剝蝕區(qū)較近，為一套分支河道沉積，具曲流河沉積特征，由頁巖、長石砂巖組成，無煤層出現(xiàn)，沉積較薄.

3.2 太子河沉積區(qū)

本區(qū)沉積環(huán)境發(fā)育較全，相當(dāng)于半閉塞的海灣，可識別三角洲相、障壁海岸相、海灣陸棚相.古地理輪廓呈東西向帶狀展布，北部為鐵嶺-新賓剝蝕區(qū)，南為大石橋-岫巖剝蝕區(qū).本溪、桓仁一帶為海灣陸棚相和障壁海岸相，前者為斜坡沉積，巖石為頁巖-砂巖組合，夾多層灰?guī)r，其灰?guī)r層總厚度居全省之首，灰?guī)r中含豐富的珊瑚類類及腕足類化石；后者為濱岸沼澤沉積，巖石為砂巖-頁巖組合，夾煤層較厚.靠近古剝蝕區(qū)遼陽紅陽-桓仁五里甸子一帶，為三角洲相平原頁巖-砂巖組合沉積，可識別分支河道沉積和分流間沼澤沉積，前者碎屑巖中粗粒級含量較高.本區(qū)零星見及三角洲前緣沉積和前三角洲沉積.

3.3 復(fù)州沉積區(qū)

本區(qū)為一套三角洲相、海灣陸棚和障壁海岸相沉積.海灣陸棚相中內(nèi)源巖石組分比例較大，灰?guī)r夾層最大者慣稱三菱山灰?guī)r，灰?guī)r中產(chǎn)豐富的海百合類、腕足類類及珊瑚類化石，可見珊瑚礁體，灰?guī)r內(nèi)偶見燧石結(jié)核或燧石條帶，燧石含量多時達(dá)燧石巖.三角洲平原沉積為一套泥巖、粉砂巖、黏土巖及煤層.

圖2 遼寧省本溪期—山西期巖相古地理圖Fig.2Lithofacies and paleogeographic map of Liaoning region in Benxi Age-Shanxi Age

4 結(jié)論

（1）本溪期—山西期沉積期由障壁海岸相、海灣陸棚相、三角洲相組成.

（2）本溪期和山西期，全區(qū)為三角洲相沉積；太原期，大連地層小區(qū)、太子河地層小區(qū)為海灣陸棚沉積環(huán)境.

（3）山西式鐵礦產(chǎn)于前三角洲亞相底部；煤礦主要產(chǎn)于三角洲前緣亞相河道間灣沉積；鋁土礦產(chǎn)于湖亞相.

致謝：本文在撰寫過程中，承蒙李典致、陳樹良兩位教授級高工的悉心指導(dǎo)和幫助，在此深表謝意！

［1］聶振聲.本溪太子河流域早寒武世饅頭期巖相古地理特征與石膏普查［J］.遼寧地質(zhì)學(xué)報,1984（1）:69—80.

［2］丁杰.遼西早寒武世老莊戶期巖相古地理及其地球化學(xué)特征［J］.遼寧地質(zhì),1986（1）:23—34.

［3］丁杰，王洪戰(zhàn)，范國清，等.太子河流域本溪期沉積相特征［J］.遼寧地質(zhì),1988（2）:136—146.

［4］王洪戰(zhàn)，范國清，丁杰，等.遼東太子河流域石炭—二疊紀(jì)巖相古地理及鋁土礦成礦地質(zhì)條件［J］.遼寧地質(zhì),1991（1）:1—42.

［5］范國清.遼寧石炭紀(jì)海侵［J］.遼寧地質(zhì),1987（2）:132—145.

［6］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社,1989.

［7］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.遼寧省巖石地層［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1997.

ANALYSIS ON THE LITHOFACIES AND PALEOGEOGRAPHY OF LIAONING PROVINCE IN BENXI AGE-SHANXI AGE

ZHANG Yong,QU Hong-xiang,TAN Wen-gang,WANG Zhi-jun
（Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China）

The sediments of Benxi Age-Shanxi Age of Liaoning Province are distributed mainly in the Taizihe stratigraphic sub-area,with a few in Dalian stratigraphic sub-area and sporadically exposed in Jinzhou,Chaoyang,Lingyuan and Huludao areas of Western Liaoning.Based on the characteristics of lithological association,sedimentary structure,facies fossils and sedimentary minerals,the sedimentary environment of this period is subdivided into three sedimentary facies,i.e.delta, barriercoastandgulfshelf.Afurtheranalysisonthelithofaciesandpaleogeographyofthisperiodisthenconducted.

Benxi Age;Shanxi Age;lithofacies and paleogeography;delta facies;barrier coast facies;gulf shelf facies; LiaoningProvince

1671-1947（2014）03-0242-04

P531

A

2013－08－20；

2014-04-18.編輯：張哲．

張永（1971—），男，地質(zhì)礦產(chǎn)高級工程師，從事地質(zhì)勘查工作，通信地址遼寧省大連市金州區(qū)五一路10號，E-mail//zy1155@125.com