米倉山地層小區(qū)(西段)層序地層及沉積相分析

吳新斌, 李巖，毛友亮

(陜西地礦局漢中地質(zhì)大隊 陜西 漢中 723000)

1 區(qū)域地質(zhì)背景及研究區(qū)巖石地層單位劃分

研究區(qū)位于揚子陸塊北緣，米倉山南華紀—晚三疊世邊緣海。地層區(qū)劃隸屬米倉山地層小區(qū)(圖1)。本區(qū)新元古代—三疊紀地層出露較全，以新元古代—古生代地層為主體，缺失中上志留統(tǒng)、泥盆系、石炭系，少量第四系多呈帶狀沿河谷覆于不同的地質(zhì)體之上。

圖1 綜合地層分區(qū)圖

巖石地層單位是依據(jù)巖性宏觀特征和相對地層位置劃分的巖石地層體，可以是一種或數(shù)種巖石類型的組合，整體巖性一致，野外易于識別(魏家庸等，1991)。

研究區(qū)巖石地層總體發(fā)育較全。新元古界南華系在研究區(qū)分布局限，僅見上南華統(tǒng)南沱組；震旦系分布于研究區(qū)東北角和西北角，為陡山沱組、燈影組；下古生界為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、石牌組、仙女洞組、滄浪鋪組，中寒武統(tǒng)西王廟組(朱濤等，2015)，下奧陶統(tǒng)趙家壩組、西涼寺組，中上奧陶統(tǒng)寶塔組，下志留統(tǒng)龍馬溪組、新灘組和羅惹坪組；上古生界僅出露二疊系，有下二疊統(tǒng)梁山組、中二疊統(tǒng)陽新組、上二疊統(tǒng)吳家坪組、大隆組；中生界僅見三疊系大冶組。

2 層序地層

層序地層是通過海平面升降周期變化所產(chǎn)生的沉積特征來劃分對比地層、確定地層和解釋地層記錄的新方法(楊小萍等，2001)。研究區(qū)依照地層沉積建造、沉積構(gòu)造、沉積界面建立層序地層。

2.1 沉積相

研究區(qū)地層的沉積相多樣，可概括為11種主要相類型。

2.1.1 潮坪相

根據(jù)沉積環(huán)境和巖性特點可以細分為3類。

(1)碳酸鹽潮坪相：代表性層位為燈影組一段，沉積環(huán)境為陸表海臺地，主要由潮間帶砂屑白云巖和潮間帶上部-潮上帶的藻紋層白云巖組成，成巖溶濾膠結(jié)組構(gòu)(葡萄狀構(gòu)造、皮殼狀構(gòu)造)，小溶蝕孔洞發(fā)育。

(2)混合潮坪相：代表層位為西涼寺組，屬潮緣沉積環(huán)境，表現(xiàn)為生物巖屑灰?guī)r或砂質(zhì)灰?guī)r與粉砂巖或砂巖、頁巖交替沉積，具脈狀層理，化石豐富。

(3)陸屑潮坪相：代表性層位為滄浪鋪組三段，屬潮緣沉積環(huán)境，主要由中粒砂巖和細粉砂巖形成條帶狀韻律層，代表潮下和潮間帶的相互交替沉積，具波痕和楔狀交錯層理，蟲跡十分發(fā)育。

2.1.2 潮坪-瀉湖相

代表性層位為燈影組三段和西王廟組。前者屬臺地潮坪-瀉湖相，藻紋層白云巖和砂屑白云巖為潮坪沉積，而富硅質(zhì)條帶白云巖和粉晶白云巖為瀉湖沉積；后者為海岸潮坪-瀉湖相，褐紅色薄層狀泥質(zhì)粉砂質(zhì)、薄層狀細粒石英砂巖、薄層狀含砂質(zhì)微晶白云巖，為干旱炎熱氣候條件下具間歇性洪泛的混合沉積。

2.1.3 臺地邊緣淺灘相

代表性層位為寒武系仙女洞組，由鮞粒灰?guī)r和砂屑灰?guī)r組成，具大型楔狀交錯層理和人字型交錯層理；楔狀交錯層中，細層的傾角較陡，表明當時碳酸鹽的生長速率快，水動力強。

2.1.4 開闊臺地相

2.1.5 半局限臺地相

代表性層位為陽新組下部，巖性特征表現(xiàn)為灰黑色生物碎屑粉晶灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁巖，與開闊臺地相比較，灰泥成分增多。

2.1.6 濱海平原相

代表性層位有梁山組和吳家坪組王坡段。梁山組主要由碳質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)頁巖組成，為濱岸沼澤沉積；吳家坪組王坡段主要由黑色硅質(zhì)巖、含碳粉砂質(zhì)頁巖和煤系組成，具瀉湖-沼澤沉積特征。

2.1.7 濱海陸屑海灘相

代表性層位有陡山沱組，由褐紅色中厚層狀細礫巖、黃灰色淺褐色厚中層狀中粗粒長石石英砂巖、細粒長石石英砂巖組成下粗上細的沉積旋回，沉積序列屬退積型，具楔狀交錯層理、平行層理，粒度分布具典型的海灘特點(董瀚等，2001)。

2.1.8 扇三角洲相

典型層位為滄浪鋪組二段，具進積型沉積序列。由二段下部含礫砂巖組成扇三角洲前緣亞相，二段礫巖組成水下三角洲平原亞相，相應(yīng)出現(xiàn)單斜交錯層理和沖洗交錯層理及底沖刷構(gòu)造。

2.1.9 淺海陸棚相

為區(qū)內(nèi)最為發(fā)育的一種沉積相。以陸屑沉積為主的主要層位有寒武系石牌組、志留系新灘組和羅惹坪組。深陸棚沉積以粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)或碳質(zhì)粉砂巖為主，具水平層理，微波狀層理和沙紋層理；淺陸棚沉積則以粉砂巖和微粒砂巖為主，可見海綠石，黃鐵礦小結(jié)核和泥質(zhì)灰?guī)r結(jié)核或透鏡體，局部可見風暴層理。往往在淺陸棚沉積的上部層位夾有薄層狀生物礫屑灰?guī)r，局部發(fā)育有小型生物丘，生物以珊瑚、腕足為主。

以碳酸鹽巖為主的陸棚沉積主要有寶塔組、大冶組。寶塔組主要巖石組成為薄層網(wǎng)紋狀含生物微晶灰?guī)r、薄層收縮紋狀含生物微晶灰?guī)r、中厚層收縮紋狀含生物微晶灰?guī)r和厚中層狀含生物粗晶灰?guī)r；大冶組主要巖石組成為灰色褐灰色薄層狀微晶灰?guī)r、含生物碎屑細晶灰?guī)r、角礫巖屑灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖和砂粉質(zhì)頁巖，灰?guī)r中平行層理發(fā)育，局部可見風暴沉積。

2.1.10 陸棚邊緣滯留盆地相

主要層位有牛蹄塘組和龍馬溪組。牛蹄塘組巖性為黑-灰黑色含碳粉砂質(zhì)頁巖夾薄層粉砂巖，含星散狀黃鐵礦，偶見黃鐵礦結(jié)核，具水平層理；龍馬溪組巖性為深灰色粉砂質(zhì)頁巖、黑色含碳薄層粉砂巖、黑色薄層鈣質(zhì)硅質(zhì)巖和灰色薄層鈣質(zhì)硅質(zhì)巖，產(chǎn)筆石等化石。

2.1.11 臺盆相

主要層位為二疊系大隆組。在陸表?；A(chǔ)上，引張作用造成部分地段強烈下拗而形成臺盆相，巖性組合特征為薄層狀硅質(zhì)灰?guī)r夾黑色頁巖，具水平層理，菊石、腕足和角石豐富，與臺地相吳家坪組沉積為過渡關(guān)系。

2.2 層序地層分析

研究區(qū)位于揚子陸塊北緣，古生代總體上處于克拉通盆地邊部淺水沉積環(huán)境，對海平面升降變化特別敏感。當海平面下降稍大時，便造成整體暴露，剝蝕夷平。因此，往往見不到典型低水位體系域(陸棚邊緣楔和海底扇等)；當海平面稍稍上升時，則可產(chǎn)生大面積海侵上超，在不整合面上形成廣泛的海岸平原相等沉積。由于總體上處于淺水沉積環(huán)境，大多看不到真正含義上的凝縮層。另一方面，地臺邊緣構(gòu)造活動有一定強度，常常造成局部隆起和凹陷。主要由構(gòu)造活動引起的相對海平面變化，也可產(chǎn)生相應(yīng)的沉積體系域。例如，由構(gòu)造隆起造成相對海平面下降時，可產(chǎn)生扇三角洲沉積；當構(gòu)造沉積引起相對海平面上升，在達到最大海泛面時，也發(fā)育有相對深水的沉積層。但是，其沉積位置和沉積特征，與原有的概念相比，均存在一定的差異。再者，地臺區(qū)的海平面變化往往具有累進式和漸進式上升的特點，即由相對上升和相對靜止的準周期組成，許多層序僅由海侵體系域和高水位體系域組成，由兩者多次交替形成的高頻旋回復(fù)合層序的廣泛發(fā)育尤為特征。同時，在缺乏低水位體系域和存在大量缺乏不整合面超覆沉積的情況下，如何來劃分和鑒別層序界面的類型也存在一定難度。

2.2.1 新元古代—早古生代層序地層

新元古代—早古生代，各相鄰組級巖石地層單位基本連續(xù)出露，原生沉積構(gòu)造不同程度均有保存，沉積相標志不同程度均可見及。依據(jù)建造與構(gòu)造特征，可劃分為7個相當于Ⅱ～Ⅲ級沉積旋回的層序地層(圖2)。

圖2 震旦紀—早志留世地層格架圖

(1)層序1：巖石地層單位為陡山陀組和燈影組下段，時限為早—中早震旦世。底界面性質(zhì)：陡山沱組底部砂巖夾礫巖與下伏南沱組頂部細砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖之間的平行不整合面，在四川桃園一帶陡山沱組(沉積)不整合覆于漢南雜巖(細粒二長花崗巖)之上，應(yīng)屬Ⅰ型層序界面。體系域特征：陡山沱組底部褐紅色-黃褐色礫巖、含礫砂巖、砂巖中可見層理，成分復(fù)雜，具低水位沉積特征，應(yīng)屬低水位體系域(LST)。向上主體為中粗粒長石石英砂巖、細粒長石石英砂巖，具有向上碎屑物粒度變細、層理變薄且發(fā)育的現(xiàn)象，反映水體漸深退積型沉積序列的特征，應(yīng)屬海侵體系域(TST)。燈影組下段為中厚層白云巖、中厚層藻紋層白云巖夾櫛殼狀白云巖，發(fā)育水平層理、薄紋層理及櫛殼狀、葡萄狀等暴露標志的構(gòu)造，總體具水體變淺的進積型序列特征,為高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為燈影組下段頂部灰白色厚層-塊狀微晶白云巖與燈影組中段底部薄層狀長石石英細砂巖之間的整合界面，兩側(cè)巖性截然，界面平直，未見任何沖刷及充填現(xiàn)象，屬Ⅱ型層序界面。

(2)層序2：巖石地層單位為燈影組中上段，時限為晚震旦世。底界面性質(zhì)：底界面為層序1的頂界面。體系域特征：燈影組中段底部薄層狀長石石英細砂巖間互粉砂巖，可見層理構(gòu)造，具有加積-退積型序列特征，為濱岸潮坪相低水位沉積，應(yīng)屬陸棚邊緣體系域(SMST)。其上的砂質(zhì)白云巖夾長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖水平層理發(fā)育，具有向上碎屑物粒度變細、層理變薄的現(xiàn)象，反映了水體變深加積-退積型序列的特征，應(yīng)屬海侵體系域(TST)。燈影組上段中厚層白云巖中夾硅質(zhì)條帶，部分地段含瀝青，發(fā)育藻紋層，總體反映水體變淺的加積-進積型序列特征，為高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為燈影組中厚層白云巖與上覆牛蹄塘組灰黑色含碳粉砂質(zhì)頁巖之間的平行不整合面，兩側(cè)巖性截然，界面較為平直，未見有明顯的沖刷及充填現(xiàn)象，屬Ⅱ型層序界面。

(3)層序3：巖石地層單位為牛蹄塘組、石牌組、仙女洞組，時限為早寒武世早期。底界面性質(zhì)：底界面為層序2的頂界面。體系域特征：不發(fā)育陸棚邊緣體系域(或在研究區(qū)外)。牛蹄塘組為黑灰色含碳粉砂質(zhì)頁巖，發(fā)育水平層理、薄紋層理，組成退積-加積型層序結(jié)構(gòu)；石碑組為灰綠-黃綠色粉砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖，具韻律結(jié)構(gòu)，發(fā)育水平層理、少量斜層理，組成加積-退積型層序，屬陸棚相沉積，總體應(yīng)為海侵體系域(TST)。仙女洞組巖性為灰色厚層微晶灰?guī)r，鮞狀灰?guī)r、礫屑灰?guī)r；鮞狀灰?guī)r中的大型交錯層理反映了海浪和潮汐作用，較大疊層石化石及本組巖性特征反映其屬于臺緣淺灘相沉積，為高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為仙女洞組微晶灰?guī)r與上覆滄浪鋪組鈣質(zhì)砂巖間的整合面，兩側(cè)巖性截然，界面平直，未見有明顯的沖刷及充填現(xiàn)象，為Ⅱ型層序界面。

(4)層序4：巖石地層單位為滄浪鋪組，時限為早寒武世晚期。底界面性質(zhì)：底界面為層序3的頂界面。體系域特征：滄浪鋪組下段鈣質(zhì)砂巖夾褐紅色粉砂巖；中段砂巖夾含礫砂巖、礫巖，成分復(fù)雜，發(fā)育水平層理、波狀層理、斜層理，具潮坪相、扇三角洲相進積型層序結(jié)構(gòu)，為陸棚邊緣體系域(SMST)；滄浪鋪組上段為灰綠色含礫中粗粒巖屑石英砂巖、細粒長石石英砂巖、粉砂巖組成韻律式沉積，為潮坪相碎屑巖基本層序，具水體變深的退積型層序結(jié)構(gòu)，總體屬海侵體系域(TST)；頂部為灰色薄層白云質(zhì)粉砂巖夾脈狀、條帶狀細砂巖，巖層中發(fā)育水平層理、斜層理，頂部發(fā)育水平蟲跡等暴露標志的特征，呈向上變淺的進積序列，為高水體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為滄浪鋪組頂部灰色薄層白云質(zhì)粉砂巖夾脈狀、條帶狀細砂巖與上覆西王廟組底部泥質(zhì)粉砂質(zhì)間的平行不整合界面，上下地層巖性截然，未見河流回春及切蝕谷充填，屬Ⅱ型層序界面。

(5)層序5：巖石地層單位為西王廟組，時限為中寒武世。底界面性質(zhì)：底界面為層序4的頂界面。體系域特征：西王廟組下部為褐紅色厚層粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，組成潮坪-瀉湖相沉積基本層序，具進積-加積型地層剖面結(jié)構(gòu)，為陸棚邊緣體系域(SMST)；中部薄層狀細砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，總體呈向上沉積物粒度變細的退積序列，屬海侵體系域(TST)；上部中-薄層砂質(zhì)白云巖，單層厚度由下向上變厚，應(yīng)屬高水體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為西王廟組頂部中層白云巖、泥質(zhì)白云巖與上覆趙家壩組砂礫巖或粉砂質(zhì)頁巖之間的平行不整合界面，該層序頂界面清楚，兩側(cè)巖性截然，有河流回春現(xiàn)象，且有地層缺失，屬Ⅰ型層序界面。

(6)層序6:巖石地層單位為趙家壩組、西梁寺組和寶塔組，時限為奧陶紀。底界面性質(zhì)：底界面為層序5的頂界面。體系域特征：趙家壩組底部為厚度僅數(shù)厘米至數(shù)米不連續(xù)分布的砂礫巖、含礫砂巖，具粒序?qū)永?，礫石磨圓度較好，成熟度中等，為河口灣河流回春切谷充填沉積，屬低水位體系域(LST)。趙家壩組砂礫巖之上的粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖韻律層和西梁寺組薄中層泥灰?guī)r夾脈狀、條帶狀細砂巖，發(fā)育水平層理、脈狀層理，具向上變深潮坪相退積型基本層序的特征，屬海侵體系域(TST)。寶塔組下部為中薄層泥質(zhì)含生物碎屑-泥晶微晶灰?guī)r、中-厚層狀生屑微晶灰?guī)r；上部為薄層狀泥質(zhì)含生物碎屑微晶灰?guī)r，以發(fā)育龜裂紋狀構(gòu)造為特征；具向上變淺的進積型序列，屬碳酸鹽淺海陸棚相沉積，為高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為寶塔組頂部龜裂紋灰?guī)r、薄層泥質(zhì)灰?guī)r與上覆龍馬溪組含碳粉砂質(zhì)頁巖之間的區(qū)域平行不整合界面，層序頂界清楚，兩側(cè)地層巖性截然，底界面上未見河流回春及切蝕谷充填，為Ⅱ型層序界面。

(7)層序7：巖石地層單位有龍馬溪組、新灘組、羅惹坪組，時限為早中志留世。底界面性質(zhì)：底界面為層序6的頂界面。沉積體系域特征：不發(fā)育陸棚邊緣體系域。龍馬溪組以灰色薄層泥硅質(zhì)巖、黑色薄層硅質(zhì)巖、灰黑色薄層粉砂巖和黑色粉砂質(zhì)頁巖為主，局部夾煤線，具加積-退積型韻律結(jié)構(gòu)，發(fā)育沙紋層理、水平層理，屬海侵體系域(TST)。新灘組、羅惹坪組主要為黃綠色薄層狀粉砂質(zhì)夾泥質(zhì)粉砂巖、石英粉砂巖及少量生物碎屑灰?guī)r，其下部以黃綠色-灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)為主，發(fā)育水平層理、沙紋層理，夾少量風暴成因的含礫粉砂巖；中上部以粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖為主，夾少量生物碎屑灰?guī)r，粉砂巖中見斜層理和水平層理，具淺海陸棚相泥質(zhì)細碎屑巖韻律性基本層序，屬進積-加積型地層剖面結(jié)構(gòu)，為高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為羅惹坪組頂部粉砂質(zhì)頁巖夾薄層生物碎屑灰?guī)r與梁山組薄層細砂巖、碳質(zhì)頁巖之間的區(qū)域性平行不整合界面，層序頂界清楚，兩側(cè)地層巖性截然，界面上見有河流回春，且有相當一段地層缺失，為Ⅰ型層序界面。

2.2.2 晚古生代—中生代層序地層

晚古生代—中生代地層，原生沉積構(gòu)造均有不同程度保存，沉積相標志不同程度均可見及。依據(jù)建造與構(gòu)造特征，可劃分為3個相當于Ⅱ～Ⅲ級沉積旋回的層序地層(圖3)。

圖3 二疊紀—早三疊世地層格架圖

(1)層序1：包括巖石地層單位有梁山組、陽新組，時限為中早二疊世。底界面性質(zhì)：底界面為羅惹坪組頂部粉砂質(zhì)頁巖夾薄層生物碎屑灰?guī)r與梁山組薄層細砂巖、碳質(zhì)頁巖之間的區(qū)域性平行不整合界面，層序底界清楚，兩側(cè)地層巖性截然，界面上見有河流回春，且有相當一段地層的缺失，為Ⅰ型層序界面。體系域特征：不發(fā)育低水位體系域(LST)。梁山組下部為砂巖、粉砂巖夾灰黑色碳質(zhì)頁巖及煤線，總體具向上變細的特征，發(fā)育水平層理，呈向上水體漸次變深的濱岸沼澤相海進退積型地層序列結(jié)構(gòu)，屬海侵體系域(TST)。陽新組下部為灰-淺灰色中厚層含生物碎屑微晶灰?guī)r，上部為灰色中-厚層微晶灰?guī)r夾含燧石團塊或條帶灰?guī)r。基本層序顯示具臺地邊緣潮坪相海退進積型地層剖面結(jié)構(gòu)，屬高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為陽新組微晶灰?guī)r與上覆吳家坪組王坡段黑色薄層硅質(zhì)巖夾粉砂質(zhì)頁巖之間的截然巖性界面，為整合接觸關(guān)系，應(yīng)屬Ⅱ型層序界面。

(2)層序2：巖石地層單位有吳家坪組，時限為晚二疊世。底界面性質(zhì)：底界面為層序1的頂界面。體系域特征：不發(fā)育陸棚邊緣體系域(SMST)。吳家坪組王坡段為薄層粉砂巖、黑色粉砂質(zhì)頁巖、薄層硅質(zhì)巖，局部夾煤線，剖面結(jié)構(gòu)顯示向上變細，具濱岸沼澤相加積-退積型序列特征，屬海侵體系域(TST)。吳家坪組上段下部為中薄層燧石團塊微晶灰?guī)r，上部為厚層微晶灰?guī)r，剖面結(jié)構(gòu)顯示向上變淺的臺地邊緣潮坪相進積型序列特征，屬高水位體系域(HST)。頂界面性質(zhì)：頂界面為吳家坪組頂部灰?guī)r與大隆組硅質(zhì)灰?guī)r整合界面，界面平直清楚，兩側(cè)巖性截然，屬Ⅱ型層序界面。

(3)層序3：包括大隆組、大冶組，時限為晚二疊世、早三疊世。底界面性質(zhì)：底界面為層序2的頂界面。體系域特征：不發(fā)育陸棚邊緣體系域(SMST)。大隆組為硅質(zhì)灰?guī)r、灰黑色薄層粉砂巖和黑色薄層硅質(zhì)巖，局部夾煤線，剖面結(jié)構(gòu)顯示向上變細，具臺盆相加積-退積型序列的特征，屬海侵體系域(TST)。大冶組為薄層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r夾薄層狀粉砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r，水平層理發(fā)育，局部蟲跡發(fā)育，剖面結(jié)構(gòu)具混合潮坪相加積-進積型序列特征，屬高水位體系域(HST)。

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)巖石地層總體發(fā)育較全，出露地層有南華系南沱組，震旦系陡山沱組、燈影組，寒武系牛蹄塘組、石牌組、仙女洞組、滄浪鋪組、西王廟組，奧陶系趙家壩組、西涼寺組、寶塔組，志留系龍馬溪組、新灘組、羅惹坪組，二疊系梁山組、陽新組、吳家坪組、大隆組，三疊系大冶組。

(2)研究區(qū)可劃分為11種沉積相類型：潮坪相、潮坪湖相、臺地邊緣淺灘相、開闊臺地相、半局限臺地相、濱海平原相、濱海陸屑海灘相、扇三角洲相、淺海陸棚相、陸棚邊緣滯留盆地相和臺盆相。

(3)研究區(qū)新元古界—下古生界共劃分7個層序，晚古生界劃分出3個層序。

(4)克拉通盆地邊緣沉積受構(gòu)造相對活動期和平靜期交替控制，在巖相上表現(xiàn)出由滯流盆地的黑色頁巖相發(fā)展為淺海陸棚的陸源硅質(zhì)碎屑沉積及混合沉積相，最后發(fā)展為較穩(wěn)定的碳酸鹽臺地沉積的交替出現(xiàn)。