云陽地區(qū)中侏羅統(tǒng)新田溝組（J2x）沉積環(huán)境特征研究

陳星，古明潔*，熊璨，陳琛，吳明飛，葉錦程，何丹

[1.重慶交通大學(xué)巖土與地質(zhì)工程系，重慶 400074；2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208 水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)（重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院）/川渝共建古生物與古環(huán)境協(xié)同演化重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400700；3.云陽縣普安恐龍化石管理委員會(huì)，重慶 404500]

2016年以來，云陽中侏羅統(tǒng)新田溝組（J2x）地層中發(fā)現(xiàn)大面積分布恐龍化石群，被確定為世界級恐龍化石群。目前，已有學(xué)者對該地區(qū)進(jìn)行了古生物學(xué)[1]、埋藏學(xué)[2]和古氣候[3]等相關(guān)研究，針對沉積學(xué)研究較少，且主要是針對沙溪廟組一段化石的埋藏成因[4]研究。中侏羅世新田溝組（J2x）沉積環(huán)境特征研究對認(rèn)識早期恐龍化石的形成具有重要意義。

目前，四川盆地中侏羅世的構(gòu)造沉積已有大量研究。如劉凌云[5]認(rèn)為中侏羅世盆地周邊米倉山—大巴山山系的活動(dòng)和區(qū)域抬升導(dǎo)致了從早侏羅世以湖相沉積為主到中侏羅世以辮狀河三角洲沉積為主的古地理格局的轉(zhuǎn)變；錢濤[6]認(rèn)為中侏羅世早期千佛崖組主要發(fā)育濱淺湖沉積體系。然而，專門針對川東北云陽中侏羅世新田溝組沉積特征的研究極少，目前主要以周羽漩等人[7]對云陽新田溝組的研究為主，并初步判定研究區(qū)新田溝組為濱—淺湖亞相沉積，但關(guān)于古環(huán)境沉積特征等研究仍然存在很多推測。該地區(qū)具有怎樣的沉積環(huán)境特征仍需進(jìn)一步深入探討。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，本文通過對云陽中侏羅統(tǒng)新田溝組地層巖性和沉積環(huán)境的分析，探討早期沉積古地理特征。該研究對中侏羅世恐龍化石的形成演化具有重要意義。

一、研究區(qū)地質(zhì)背景

（一）地質(zhì)構(gòu)造特征

華南板塊是中國大陸重要組成部分，自中生代以來經(jīng)歷了多期次、多旋回的陸內(nèi)擠壓構(gòu)造變形過程，發(fā)育了復(fù)雜的擠壓構(gòu)造變形樣式。華南板塊包括揚(yáng)子板塊和華夏板塊。四川盆地是揚(yáng)子板塊主體部分，受內(nèi)陸構(gòu)造變形影響，其東部發(fā)育一系列走向近NNE-SSW向復(fù)式褶皺束，其西部邊界為東北走向的華鎣山斷裂帶，東部邊界為齊岳山斷裂帶[8]。云陽位于川東復(fù)式褶皺束北部的萬州—云陽寬緩向斜，東西夾持于高陽鎮(zhèn)—后山鎮(zhèn)背斜與安坪鎮(zhèn)—長灘鎮(zhèn)背斜之間。

不同構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加使地區(qū)構(gòu)造變形變得十分復(fù)雜。中三疊世—晚三疊世受印支運(yùn)動(dòng)的影響，揚(yáng)子板塊與華北板塊發(fā)生SE-NW向碰撞擠壓，揚(yáng)子板塊俯沖使川東地區(qū)發(fā)生大面積隆升，同時(shí)，龍門山造山帶隆升并向四川盆地內(nèi)部擠壓推進(jìn)，導(dǎo)致盆地東高西低，海水向西退出，海相沉積轉(zhuǎn)為前陸盆地演化[9-11]。晚三疊世末期，松潘—甘孜地塊逆沖于上揚(yáng)子板塊，形成龍門山前陸沖斷帶，結(jié)束了前陸盆地的演化。早侏羅世—中侏羅世，龍門山構(gòu)造帶活動(dòng)減弱，盆地沉降，開始轉(zhuǎn)為大型內(nèi)陸坳陷湖盆，沉積中心由川西向川東北轉(zhuǎn)移。同時(shí)，除盆地邊緣粗碎屑堆積外，盆地內(nèi)部主要充填細(xì)粒，本區(qū)中侏羅統(tǒng)新田溝組發(fā)育一套三角洲—湖相碎屑巖，巖性以深灰色—灰色泥巖為主，局部呈灰色、淺褐色中—厚層中粗砂巖[12]。

（二）地層發(fā)育特征

研究區(qū)出露地層主要包括二疊系、三疊系、侏羅系。二疊系主要出露長興組地層。侏羅紀(jì)地層主要包括白珍珠沖組、新田溝組、沙溪廟組地層，為巨厚紅色陸相碎屑巖構(gòu)成，以砂泥巖為主，組成韻律互層。

本文研究的新田溝組（J2x）系四川航調(diào)隊(duì)1977年命名于重慶市北碚區(qū)炭壩南200m的新田溝村[13-15]。該組中侏羅統(tǒng)地層出露于區(qū)內(nèi)各背斜兩翼，與上覆沙溪廟組、下伏自流井組呈整合接觸關(guān)系。巖性主要以黃綠、紫紅色夾深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾細(xì)砂巖、粉砂巖及生物碎屑灰?guī)r凸鏡體，上、下部以雜色泥巖為主，中部以黑色泥（頁）巖為主，且該組富含淡水雙殼類化石、植物化石及孢粉等化石[15]。

（三）云陽地區(qū)新田溝組（J2x）實(shí)測結(jié)果

研究剖面位于重慶市云陽桑坪鎮(zhèn)咸池水庫侏羅系中統(tǒng)自流井組馬鞍山段（J2zlm）-侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組上段（J2s2）地層，經(jīng)過野外初步踏勘，基巖出露較完整，基巖風(fēng)化層薄、便于觀察，結(jié)合前人的研究成果對該剖面分層巖性描述如下。

上覆地層：侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組下段（J2s1）

24層：底部青灰色巨厚層塊體狀含泥質(zhì)粉砂巖，頂部青灰色巨厚層塊體狀細(xì)粒砂巖。

23層：底部黑色薄層泥質(zhì)粉砂巖，上部灰黃色巨厚細(xì)粒石英砂巖，見平行層理，表面有條帶狀鐵質(zhì)暈染。底部到頂部粒度變粗，見球形風(fēng)化。

2.6m

22層：底部深黑色頁巖，層厚約1.8m，巖層底部見雙殼類化石，化石保存良好，介殼形態(tài)完整，中部青灰色泥質(zhì)粉砂巖，見平行層理、交錯(cuò)層理、波狀層理，層厚約2～3m，頂部青灰色巨厚細(xì)粒砂巖，三套巖層形成韻律層。該層見恐龍化石及其他水生動(dòng)物，化石出露不完整，泥頁巖層理發(fā)育。

20.4m

21層：底部青灰色泥質(zhì)粉砂巖，單層厚約1m，頂部青灰色巨厚塊體狀細(xì)粒砂巖。

1.4m

20層：底部深黑色頁巖，層厚約1.8m，中部青灰色泥質(zhì)粉砂巖，見平行層理，層厚約2.3m，頂部青灰色巨厚細(xì)粒砂巖，三套巖層形成韻律層。

4.2m

19層：青灰色厚—巨厚細(xì)砂巖，見平行層理，單層厚約1m，節(jié)理發(fā)育，裂隙充填方解石脈。

5.1m

18層：青灰色巨厚層細(xì)粒砂巖，見平行層理，單層厚約1m，頂部夾青灰色粉砂巖，單層厚約60cm。（5～7m）

3.1m

17層：底部表面灰黃色，新鮮面青灰色厚層含介殼化石粉砂質(zhì)泥巖，單層厚度約51cm，頂部灰黃色、青灰色厚層泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖見弱平行層理，砂球發(fā)育，單層厚度約80cm，表面鐵質(zhì)富集。

10.6m

16層：底部表面青灰色、灰黃色，新鮮面灰黃色中厚—巨厚長石巖屑砂巖，見平行層理、球狀風(fēng)化，頂部灰、黃灰色薄—中厚層粉砂巖，節(jié)理發(fā)育，表面鐵質(zhì)富集。

9.8m

15層：灰黑色粉砂質(zhì)頁巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化后碎片狀，碎屑大小約2～10cm，夾黃灰色厚層砂巖，砂巖見平行層理，砂紋層理，砂巖層厚20～40cm。頁巖見炭屑軟弱層，推測為層間滑動(dòng)，局部見斜層理和重荷模結(jié)構(gòu)，可見砂巖與頁巖的韻律層。

8.7m

14層：青灰色、灰白色巨厚砂巖，偶見平行層理、球狀風(fēng)化。

8.4m

13層：底部灰色、青灰色厚層砂巖，單層厚0.8～1.2m，節(jié)理發(fā)育，局部鐵質(zhì)富集、球狀風(fēng)化，頂部深灰色介殼灰?guī)r為界，主要為灰黑色薄層粉砂質(zhì)泥巖，厚度約20cm，青灰色、灰色中厚砂巖與灰色薄層泥質(zhì)粉砂巖，厚度約40cm的互層。

4.6m

12層：灰黃色薄層泥質(zhì)粉砂巖，單層厚約3～10cm，層面風(fēng)化嚴(yán)重。較多介殼、雙殼等淺水化石出露，為恐龍化石出露層。

1.8m

11層：灰、青灰色巨厚砂巖，發(fā)育斜層理、平行層理，粗砂結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部見球狀風(fēng)化。

2.7m

10層：表面青灰色，新鮮面灰、灰黃色厚—中厚層長石碎屑砂巖夾灰、黃灰色粉砂巖。

0.3m

9層：青灰色巨厚細(xì)粒巖屑石英砂巖。

9.0m

8層：表層灰黑色，新鮮面青灰色中厚層夾薄層巖屑石英細(xì)粒砂巖。

7.0m

7層：青灰色巨厚中粒巖屑石英砂巖，見介殼層。

10.8m

6層：黃灰色厚層中粒巖屑石英砂巖，青灰色中厚細(xì)粒砂巖，層面見波痕。

2.1m

5層：青灰色中厚-厚層粉砂巖，單層厚20～45cm，層理發(fā)育，細(xì)層厚1～2cm。

1.1m

4層：青灰色、灰黑色薄—中厚細(xì)粒砂巖，單層厚20～60cm，層理發(fā)育，層面平整。

3.2m

3層：表層灰黑色，新鮮面青灰色中厚層夾薄層細(xì)粒砂巖，偶見球狀風(fēng)化，受節(jié)理切割，內(nèi)部鐵質(zhì)富集。

2.2m

2層：表面灰黑色，新鮮面青灰色中厚中粒砂巖，單層厚度為20～30cm，底有礫狀灰?guī)r凸鏡體。

二、云陽地區(qū)新田溝組（J2x）巖性組合特征及沉積相分析

（一）沉積相標(biāo)志

1.顏色

沉積物顏色是分析沉積相的重要特征。通常沉積物顏色的暗度與深度，與其有機(jī)質(zhì)含量成正比。中侏羅統(tǒng)新田溝組地層顏色以青灰色、黑色為主，還有灰黃色、灰色、灰黑色巖層，說明該區(qū)新田溝組地層主要發(fā)育在還原環(huán)境中，所含有機(jī)質(zhì)豐富。8、11、15層粉砂巖、砂巖為灰黃色，是陸源碎屑物沉積，推測為四川盆地海陸過渡時(shí)期物源變動(dòng)所致。

2.構(gòu)造

沉積構(gòu)造是沉積時(shí)期沉積物成分、結(jié)構(gòu)、顏色的不均一性而形成的特征，分為原生沉積構(gòu)造和次生沉積構(gòu)造，沉積構(gòu)造分析是沉積相分析中最常見的方法之一[16]。我們通過原生沉積構(gòu)造可判別沉積環(huán)境、劃分沉積相，通過次生沉積構(gòu)造可復(fù)原成巖環(huán)境，本文主要分析原生沉積構(gòu)造。

（1）層理

21、19層是兩套韻律層。21層底部頁巖、中部粉砂巖、頂部細(xì)砂巖。粒度具反韻律特征，總體為湖泊退縮標(biāo)志。1.8m深黑色頁巖在底部沉積，為有機(jī)質(zhì)豐富的湖底環(huán)境。中部發(fā)育水平層理、交錯(cuò)層理、波狀層理的粉砂巖，形成于水動(dòng)力較強(qiáng)、較弱和強(qiáng)弱交替時(shí)，是當(dāng)時(shí)湖進(jìn)湖退振蕩的標(biāo)志。湖泊退縮后，陸源碎屑物大量沉積，形成了巨厚層細(xì)砂巖。

（2）層面構(gòu)造

層面構(gòu)造可分為兩種，巖層表層為波痕，巖層底部為交錯(cuò)層理。交錯(cuò)層理出現(xiàn)在弱水環(huán)境，如河口沙壩等。本剖面3、21層發(fā)育交錯(cuò)層理，5層見波痕，為水環(huán)境所成的小水流波痕與浪成波痕，為湖濱、三角洲環(huán)境。

（3）生物化石

生物化石是測定地層年代與恢復(fù)沉積環(huán)境的重要標(biāo)志。不同的沉積環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不同的生物化石組合。本剖面6、11、12、16、21層有雙殼類化石出露，總體保存良好、形態(tài)完整。21層還見恐龍化石及其他水生動(dòng)物化石，出露不完整，分布雜亂，結(jié)合層理與沉積旋回分析，新田溝組在旋回Ⅳ中處于沉積的最后階段，隨著川東湖泊退縮，大量化石被搬運(yùn)至三角洲前緣。

（4）包體類型

鐵元素沉積具有明顯規(guī)律性，從高價(jià)鐵離子到低價(jià)鐵離子，分別指示氧化與還原環(huán)境，鐵元素富集可反映靜水環(huán)境。16、15、12、2層的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖有鐵質(zhì)富集，說明是還原相和高有機(jī)質(zhì)含量。

（二）巖性組合及沉積相劃分

結(jié)合前人研究成果與野外剖面調(diào)查，本研究完成沉積相劃分和分析（圖1）。研究區(qū)中侏羅統(tǒng)新田溝組是燕山構(gòu)造階段四川盆地湖陸過渡時(shí)期的一段三角洲沉積。新田溝組時(shí)期，川東地區(qū)處于三角洲前緣的沉積環(huán)境。沉積結(jié)束后，湖泊基本退縮，形成了今日云陽陸相模式的雛形。

1.辮狀河三角洲平原亞相

在沉積階段，河道會(huì)頻繁振蕩，分流河道被沉積的砂巖堵塞時(shí)會(huì)出現(xiàn)分流間灣。14層的重荷模結(jié)構(gòu)說明砂巖沉積于頁巖之上產(chǎn)生粒徑沉降驟變。14層發(fā)育的砂紋層理是潮汐帶砂坪環(huán)境的特征。本研究推測13、14、15發(fā)育分流間灣。

21層粒徑由上到下變細(xì)，發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理和波狀層理，判斷水動(dòng)力越來越強(qiáng)。而底部的雙殼類化石保存良好，推測為辮狀河道。22層的薄層灰黃色沉積物說明陸源沉積已初具規(guī)模。本研究推知21、22層處在辮狀河道的消退階段。

2.辮狀河三角洲前緣亞相

當(dāng)進(jìn)入旋回Ⅱ后，湖泊快速退縮。9層以粉砂質(zhì)沉積為主。12層上部為分流河道，沉積泥質(zhì)粉砂巖。12層動(dòng)力條件較為復(fù)雜，可見介殼化石。本研究推知9、12為水下分流河道。

15、16層有鐵質(zhì)富集，為滯水環(huán)境。底部灰黃色、中上部青灰色說明有機(jī)質(zhì)富集。與分流河道相連，判斷為分流間灣。

10層發(fā)育粗砂結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，為搬運(yùn)作用較高時(shí)發(fā)育的河口壩。11層有較多介殼、雙殼化石和恐龍化石，為河流搬運(yùn)到湖口沉積。這些均體現(xiàn)了旋回Ⅱ時(shí)期較強(qiáng)的湖泊運(yùn)動(dòng)情況。10層的斜層理與平行層理可反映強(qiáng)水環(huán)境下的動(dòng)力波動(dòng)。在強(qiáng)水動(dòng)力下，10～12層粒徑卻較前期沉積地層小，說明該時(shí)期河口沙壩隨三角洲向陸地推進(jìn)。10、11層為河口壩。

1～3、5～8層為厚層砂巖沉積，構(gòu)造相對簡單。結(jié)合湖泊消退過程與上層化石搬運(yùn)情況，本研究推測為穩(wěn)定沉積時(shí)在三角洲前緣形成的大型河口壩。

17、18層沉積水動(dòng)力較強(qiáng)，發(fā)育有平行層理，沉積厚層細(xì)砂巖。本研究判斷為河口沙壩。

12層中下部為薄層粉砂質(zhì)泥巖，上下均為河口壩沉積，且該層粒徑較河口壩沉積小并處于水動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)期，又有粉砂巖、砂質(zhì)泥巖平行互層，符合遠(yuǎn)砂壩沉積特征。

3.湖泊亞相—淺湖微相

剖面第4層夾中厚—厚層粉砂巖，粉砂質(zhì)沉積為主，與砂巖呈互層沉積，層理發(fā)育，推測為淺湖相。19層的韻律層體現(xiàn)了水動(dòng)力由強(qiáng)到弱的波動(dòng)變化，為淺湖暫時(shí)存在的標(biāo)志。

（三）沉積旋回分析

通過桑坪鎮(zhèn)剖面測量，新田溝組可劃分為四個(gè)復(fù)合旋回（如圖1），表示川東地區(qū)成陸過程中湖進(jìn)湖退的振蕩。這也可看作一個(gè)完整湖退的沉積旋回。其中，旋回Ⅰ的1～8層沉積厚層河道砂巖體，約占整個(gè)新田溝組厚度的35%，是堆積作用強(qiáng)烈，搬運(yùn)物質(zhì)大量沉積的泛濫平原時(shí)期。旋回Ⅱ是本區(qū)最大一次湖進(jìn)，多處剖面可見一套黑色厚層頁巖、含介殼化石淺湖相粉砂質(zhì)泥巖。短時(shí)期內(nèi)巖層頻繁交替，砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r等間替出現(xiàn)，有大量生物化石，構(gòu)造復(fù)雜，推測當(dāng)時(shí)產(chǎn)生了明顯的氣候變化或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，加快了湖陸轉(zhuǎn)化頻率。旋回Ⅲ、Ⅳ的沉積厚度較大，砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥頁巖大量沉積，物源豐富，遠(yuǎn)砂壩、水下天然堤等交替出現(xiàn)，逐漸轉(zhuǎn)為陸相沉積。21層出現(xiàn)了一套湖相頁巖，是小規(guī)模湖進(jìn)標(biāo)志。進(jìn)入沙溪廟組后湖盆消亡。

（四）沉積模式及演化分析

綜上表明，本文研究區(qū)中侏羅世普遍為濱岸平原→湖成三角洲相→湖泊相沉積。

受陸內(nèi)構(gòu)造變形影響，云陽新田溝組沉積相在時(shí)間演化序列上呈現(xiàn)一定規(guī)律。云陽新田溝組自中三疊世起因揚(yáng)子板塊俯沖而大面積隆升并轉(zhuǎn)入剝蝕階段，中侏羅世起因龍門山構(gòu)造帶活動(dòng)減弱而轉(zhuǎn)入沉降階段，結(jié)合前人的研究[7，9-12]，本文總結(jié)出本區(qū)中侏羅世的沉積模式：中侏羅世前期，盆地東部以湖泊、河流、三角洲沉積為主，無明顯前淵沉積區(qū)；中期，秦嶺南北向構(gòu)造擠壓增強(qiáng)，前陸盆地前淵帶在川東北形成，湖泊向北快速擴(kuò)張，河流攜帶的陸源碎屑沉積物在河流、海洋、湖泊交匯的入?？诖罅慷逊e，發(fā)育三角洲；晚期，湖盆抬升收縮，海退加劇，造成湖盆遷移，有利于三角洲、濱淺湖灘壩形成。

研究區(qū)新田溝組主要為三角洲沉積相，濱湖淺湖交替出現(xiàn)，在三角洲前緣局部發(fā)現(xiàn)動(dòng)物化石，表明該時(shí)期處于半咸水環(huán)境，為濱海環(huán)境。結(jié)合研究區(qū)新田溝組沉積相綜合柱狀圖，巖性為砂巖—粉砂巖—泥巖—青灰色砂巖，沉積物整體顆粒偏細(xì)，分選較好，旋回Ⅲ、Ⅳ沉積厚度較大，發(fā)育平行層理、交錯(cuò)層理、波狀層理，局部見深黑色頁巖、青灰色粉砂巖和青灰色砂巖形成的韻律層，說明研究區(qū)處于單向水流強(qiáng)水動(dòng)力沉積環(huán)境，且沉積物源供給充足，河流攜帶砂泥沉積物在河口與海洋交匯處迅速堆積，經(jīng)水流沖刷、簸揚(yáng)和再分布，形成分選較好、質(zhì)地較純的三角洲前緣河口砂壩。本研究推測處于海陸過渡時(shí)期，其氣候變化或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)加快了湖陸轉(zhuǎn)化的頻率。

三、結(jié)束語

1.通過詳細(xì)研究分析云陽地層實(shí)測剖面，研究區(qū)在中侏羅世新田溝組時(shí)期主要為三角洲沉積，經(jīng)歷了辮狀河三角洲平原亞相→辮狀河三角洲前緣亞相→湖泊亞相—淺湖微相的轉(zhuǎn)換過程，在沉積穩(wěn)定期主要形成三角洲前緣的大型河口壩。研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的恐龍化石應(yīng)是這一時(shí)期經(jīng)河流搬運(yùn)沉積于此。

2.云陽新田溝組沉積環(huán)境及演化的重建說明中侏羅世前期川東以湖泊、河流、三角洲沉積為主；中期構(gòu)造擠壓增強(qiáng)，前陸盆地前淵帶在川東北形成，湖泊向北快速擴(kuò)張，河流攜帶的陸源碎屑沉積物在入?？诖罅慷逊e，發(fā)育三角洲；晚期湖盆抬升收縮，海退加劇，造成湖盆遷移，利于三角洲、濱淺湖灘壩形成。