南华北地区晚古生代海侵特征及控制因素

南华北地区晚古生代海侵特征及控制因素

许俊

淮南矿业集团张集煤矿，安徽 淮南 232000

本文主要通过淮南、禹县、焦作地区三个典型剖面的太原组发育情况，来分析晚古生代的海侵特征及灰岩层数的变化，主要是受盆地内古构造变动及盆地周缘构造作用的控制，提出淮南地区12层灰岩就是这种变化的体现。

海侵特征；控制因素；晚古生代；南华北地区

1 南华北地区晚古生代地层特征

南华北地区晚古生代的海侵主要是集中在太原组沉积时期，到山西组沉积时期，整个华北地区海水向东南方向退去，整个华北地区由海相沉积过渡到三角洲沉积和陆相沉积。本文主要通过淮南、禹县、焦作地区三个典型剖面的太原组发育情况来分析晚古生代的海侵特征。

1.1 淮南地区太原组发育特征

本区太原组含灰岩10～13层，地层厚度约110m，其中灰岩平均厚度累计约为50m，占全层厚度的45.5%。淮南地区孔集井田钻孔资料揭示含灰岩12层，其中以第二层灰岩和第十一层灰岩相对较厚，达10m以上，主要为灰白、浅灰色、灰黑色隐晶—细晶质灰岩，局部含泥质，富含腕足类、海百合茎、珊瑚等化石和生物碎屑。部分层位含燧石结核和硅质岩层。

1.2 禹州地区太原组发育特征

禹州地区太原组剖面组合上具有明显的三分性，下部灰岩段，以生物碎屑泥晶灰岩为主，次为含生物碎屑灰岩和泥晶灰岩夹薄煤4～5层；中部碎屑岩段，以粉砂岩、泥岩为主，夹不稳定灰岩层和煤线；上部灰岩段，含稳定的灰岩2～3层，其中L6（第六层灰岩）是全组厚度最大的一层灰岩，含似层状燧石结核，在顶部夹有硅质岩，全段夹有薄煤层泥岩和砂岩以及薄煤2～3层；底部为铝土岩、铝土质泥岩。灰岩中含有丰富的蜓化石和一些有孔虫、双壳类、苔藓虫、腕足类、珊瑚、三叶虫碎片、海百合茎、海绵骨针、藻类和植物等实体化石以及大量的Zoophycus遗迹化石。发育良好的风暴沉积。太原组总厚度多在70～80m之间，薄者40m左右。

1.3 焦作地区太原组发育特征

豫西焦作地区上石炭统浅海碳酸盐岩，通称太原组灰岩，在焦作西北部山麓出露良好，岩性以灰—深灰色中厚层状生物灰岩为主，计8～11层，层间夹厚度不等的灰色中—细粒砂岩、粗砂岩或灰白色石英砂岩、深灰色粉砂岩、泥岩以及黑色泥岩和煤层。灰岩中含大量动物化石及碎片，如蜓、珊瑚、腕足类、海百合茎等实体化石以及大量的Zoophycus遗迹化石，且多数层都有零星或似层状分布的燧石结核、扁饼状团块或燧石层。发育良好的风暴沉积。总厚度一般为70～90m，最大可达110m。与上覆山西组和下伏本溪组均为整合接触。

2 不同区域太原组灰岩对比

由上例三个典型剖面资料可知，太原组灰岩在淮南地区孔集井田的灰岩层数有12层，其累积厚度有50.30m，占全层厚度的46.1%；在禹县龙华山剖面的灰岩层数达8层，其累积厚度有25.2m，占全层厚度的38.9%；在焦作刘庄灰岩层数有9层，累积厚度为16.55m，占全层厚度的46.6%。其详细对比情况见表1。（注：由于淮南灰岩是井田自上而下编号，这里为了统一进行了调整）

表1 焦作、禹州、淮南太原组灰岩层数、厚度对比

由以上三个地区太原组地层对比可知，太原组在以上三个地区都是灰岩与碎屑岩互层，且灰岩的厚度相对较小，一般单层厚度不超过10m，这充分的反映在上古生界太原组是一套海体水位不深的海陆交互相的沉积，且当时整个南华北地区灰岩空间分布广，层位稳定，为陆表海缓坡型碳酸盐沉积。太原组灰岩的层数和厚度均向本区西部边缘地区迅速减少和变薄，至宜洛一带出现障壁后泻湖环境下形成的泥灰岩和硅质泥岩，在渑池一带灰岩层面上还保存了很好的浅水波痕，表明滨浅海环境的存在。

3 海侵规律与海侵方向

在经历了自晚奥陶世的全面抬升和剥蚀夷平后，至早石炭世晚期，位于阴山古陆和秦淮古陆之间的华北沉积区为北东部低，南西部高，微向南西倾斜的准平原化地貌。晚石炭世早期，在继承了华北早石炭世早期和早石炭世晚期海侵之后，陆表海迅速到达华北腹地及其边缘，整个南华北地区遭受了第一次大规模的海侵，并一直持续到晚石炭世早期，近年来对河南渑池本溪组灰岩发现Fusulina cyindrica，表明晚石炭世海侵到达豫西最晚。

晚石炭世早期，南华北地区在继承了早石炭世早期海侵和早石炭世晚期海侵的基础上，随着郯庐断裂以西的广大地区比其东部下沉幅度大，海侵向西推进，迅速到达了华北腹地及其边缘。海侵为来自苏皖北部的陆表海向华北全境作辐射状侵入，总体方向为由东南向西北。

晚石炭世是南华北地区石炭纪海侵的高峰，这是由于晚石炭世早期始，华北北部的持续抬升和南部的相对下降，致使海侵中心由早石炭世早期的辽东一辽南地区显著南移至豫东、徐淮地区。这一时期的海侵可分为早、晚两期，分别以含Triticites蜓带和Pseudoschwagerina蜓带的灰岩海侵为代表。在晚石炭世晚期，携带Triticites蜓群的海体西侵到达河南禹县等地区；到了早二叠世早期，是整个南华北晚古生代石炭二叠纪海侵中最大时期，当携带Pseudoschwagerina蜓群的海体再度由苏皖地区向西北侵进时，便迅速到达了南华北腹地及其边缘。

4 海侵控制因素

华北晚古生代的海侵作用主要受盆地内古构造变动及盆地周缘构造作用的控制。主要表现在以下两个三面：

4.1 早古生代末期，因南部洋壳的俯冲而使华北板块整体抬升，缺少志留、泥盆纪沉积。此期华北地区古地势可能呈南高北低，并一直持续到中石炭世。在盆地北缘，中石炭世初期由于西伯利亚与华北板块拼合及其向南的挤压力，使海水南进，在拼接带以南形成一些浅水残余海盆。在西伯利亚板块向南的“推土机”机制的作用下，加之华北板块南缘的沉降作用加剧，自晚石炭世晚期开始，华北地台的古斜坡由北倾变为南倾。此后，盆地北缘挤压隆升与南缘沉降作用的相对强度一直控制了华北盆地海陆分布及其充填演化。

4.2 华北盆地东部的郯庐断裂对于石炭纪的沉积和海侵也起控制作用。早石炭世晚期以前，郯庐断裂以东表现为沉降，海侵作用较强。海侵仅对断裂以西的局部地区有影响。中石炭世晚期开始，断裂以西沉降作用加强，表现为海侵作用范围和规模逐渐增大。石炭纪时的郯庐断裂活动，沉积相、海侵及古地磁资料等，都显示了断裂两侧存在着明显的左行和右行的平移，且辽东和徐淮两区的石炭系存在着明显的差异，说明辽东并不是由徐淮推来的。沉积物成分及结构成熟度，华北腹地在晚古生代呈逐渐降低趋势，而辽东却不同，从本溪期至太原期呈现了与华北腹地大体相反的趋势。

4.3 晚古生代的冰川作用被认为不少于50次，其中石炭、二叠纪的冰期极为重要，石炭一二叠纪冰期的冰川，大多分布于南极区以内的冈瓦纳古陆上。冈瓦纳古陆发生广泛冰川作用的时期大致从石炭纪纳谬尔期（始于325Ma）到二叠纪卡赞期（240～230Ma），但冰川活动最主要的时期是石炭纪最晚期至二叠纪最早期。笔者认为，造成石炭二叠纪海侵特征的另一个因素可能也与当时的全球大规模的冰期有关，在冰期大量水体以冰的形式存储在陆地上，海水量减少海平面降低；而在间冰期冰川融化补给海洋海平面上升。石炭二叠纪冰川的反复进退，引起全球海平面反复升降，造成海侵海退。

5 结语

5.1 本文通过对不同区域地层的岩性特征，太原组灰岩层厚、层数等进行对比，认为南华北地区晚古生代是一个由陆表海沉积和陆相沉积相互交替的过程，造成这种层数的变化主要是由于海侵方向导致。而灰岩厚度的变化，笔者认为是由于当时的盆地内的古构造以及海侵规模的大小造成；

5.2 南华北地区频繁海侵以及灰岩层数的变化主要是受盆地内古构造变动及盆地周缘构造作用的控制。当时西伯利亚板块与华北板块构造相关，板块碰撞致使海水的频繁运动；另外东部郯庐断裂的沉降控制着海侵规模和方向，导致沉积中心在不停地变化。正是由于这种沉降才可能导致海侵最后从苏皖地区退去，淮南地区12层灰岩就是这种变化的体现。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.001

许俊（1985.08—），男，助理工程师，在淮南矿业集团张集煤矿从事矿井地质工作。