辽宁省本溪期—山西期沉积岩相古地理分析

张永，曲洪祥，谭文刚，王志军

（辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

辽宁省本溪期—山西期沉积岩相古地理分析

张永，曲洪祥，谭文刚，王志军

（辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

辽宁省本溪期—山西期沉积地层主要分布于太子河地层小区，少量见于大连地层小区，零星出露于辽西锦州、朝阳、凌源和葫芦岛一带.根据其岩性组合、沉积构造、指相化石及沉积矿产等特征,对该期沉积环境进行较深入的研究，划分为三角洲相、障壁海岸相和海湾陆棚相3个沉积相，进而对本期岩相古地理特征进行分析研究.

本溪期；山西期；岩相古地理；三角洲相；障壁海岸相；海湾陆棚相；辽宁省

0 引言

沉积相、岩相的概念由瑞士A·格雷斯利（1883）首先提出.国内岩相古地理研究始于上世纪50年代中叶，刘鸿允等以古生物地层学理论为指导，编制了我国第一部《中国古地理图》专著，意在分析沉积盆地及其成矿环境与区域构造演化之间的关系.80年代以来，相继有聂振声［1］、丁杰［2-3］、王洪战［4］、范国清［5］等对辽宁省典型沉积盆地进行了岩相古地理研究，较系统的岩相古地理研究当属杨新德等编著的《辽宁省区域地质志》中的沉积岩及沉积作用部分［6］，为辽宁省岩相古地理研究奠定了坚实的基础.本文根据岩性组合、沉积构造、指相化石及沉积矿产等特征，对辽宁省本溪期—山西期沉积环境进行研究，并进行沉积相划分，进而对区内该期岩相古地理特征进行分析和研究.

1 地质背景

辽宁省本溪期—山西期沉积地层隶属华北地层区，横跨燕辽地层分区和辽东地层分区.前者在辽宁省内部分称辽西地层小区，后者细分为大连地层小区和太子河地层小区.太子河地层小区地层发育最全，自下而上发育本溪组、太原组和山西组［7］.大连地层小区地层发育次之，辽西地层小区以地层分布零星.

1.1 大连地层小区和太子河地层小区

本区地层发育较全，地层由下至上有石炭系本溪组、太原组和石炭系—二叠系山西组.本溪组主要岩性为砂岩、页岩，夹煤层、铝土矿（黏土矿），底部产“山西式铁矿”；太原组以分布海相灰岩为特征，主要岩性为页岩、砂岩夹灰岩，顶部偶夹煤层；山西组以产煤矿、铝土矿为特征，主要岩性为长石石英砂岩、粉砂岩、页岩.本溪组与下伏中奥陶统马家沟组为平行不整合接触关系.太子河地层小区内，山西组整合于二叠系下石盒组之下；大连地层小区内山西组未见顶.

1.2 辽西地层小区

本区石炭纪本溪期—二叠纪山西期沉积地层不甚发育，尤其是海相地层出露甚少.本溪组岩性为页岩夹细砂岩和铝土质页岩、砂岩；相当于太原期沉积的一套地层，主要为页岩夹泥灰岩、细砂岩及煤线（煤层）；山西组为含砾石英砂岩，上部为灰绿色页岩夹炭质页岩及煤线，偶夹菱铁矿结核.

2 主要沉积相类型

辽宁省本溪期—山西期地层为一套陆源碎屑岩夹碳酸盐岩的混合沉积.沉积相主要由三角洲相、障壁海岸相和海湾陆棚相组成，本溪期—山西期沉积地层沉积相特征如图1.

2.1 障壁海岸相

隔壁海岸相可以进一步划分潮坪亚相、滨海沼泽亚相、潟湖亚相.

（1）潮坪亚相：古地貌是海岸相对平缓地带.发育于太原组上部，由泥岩和细陆源碎屑岩组成的一套浑水潮坪沉积.发育水平、波状和潮汐层理，潮渠处尚见上叠沙纹和小型槽状层理.

（2）滨海沼泽亚相：为海岸沼泽发育区.发育于太原组上部，由泥岩、黏土岩、碳质（局部含煤）岩石组成.以发育水平层理为主，植物化石（特别是植物根）发育.具有低能弱还原半咸水沉积物特征.在垂向剖面上，随海侵扩大可演化为潟湖亚相或海湾陆棚相.

（3）潟湖亚相：位于海岸低洼地带.发育于太原组上部，由泥质、黏土质组成，显水平层理，其水体具低能弱动荡沉积环境.垂向相序有两类，一类由滨海沼泽演化而来，不利于铝土矿形成；另一类为由氧化条件发展而成，为本区G层铝土矿的主要成矿环境.

图1 太子河地层小区本溪期—山西期沉积综合柱状图Fig.1Sedimentary column of Benxi Age-Shanxi Age in the Taizihe stratigraphic sub-region

2.2 海湾陆棚相

海湾陆棚相仅见缓坡亚相，由陆源碎屑岩和碳酸盐岩沉积组成.发育于太原组上部，分布于大连地层小区和太子河地层小区，沉积厚度77～138 m.太原期海侵是本区最大的海泛事件，形成一套陆源碎屑岩和内源碳酸盐岩混合沉积.

（1）陆源碎屑岩沉积：由暗色泥岩、页岩、粉砂岩和砂岩组成.前者形成于深缓坡，具水平层理，少见动物化石，水介质显强还原环境；后者砂岩形成于浅缓坡，岩石中含海绿石矿物，结构、成分成熟度较高，波痕和沿岸流作用明显，发育大型板状、槽状、冲洗和波状层理.

（2）碳酸盐岩沉积：主要由泥晶灰岩、含燧石结核（条带）泥晶灰岩、白云质灰岩和含生物屑灰岩组成.可以识别出浅缓坡和深缓坡微相沉积.前者以薄层灰岩为主，发育水平层理和块状层理，海相化石较丰富，但种类单调，个体较小，反映水体能量较低且闭塞的沉积环境；后者以产生物屑灰岩为特征，具冲刷充填构造、微波状层理，化石丰富，种类齐全，个体较大，特别是狭盐度生物繁盛，如类、珊瑚类、腕足类以及有孔虫化石，反映正常浅海沉积环境.

2.3 三角洲相

三角洲相进一步细分三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相、前三角洲亚相.

（1）三角洲平原亚相：主要见于山西组.可划分为分支河道微相和分流间沼泽微相.

分支河道微相平面上呈带状分布，剖面上为透镜状并具正粒序结构层理.主要由砂体构成，发育板状、楔状和槽状层理，局部见波痕.

分流间沼泽微相主要岩性为泥岩、黏土岩和碳质泥岩（页岩）及煤层组成，植物化石丰富.在区域上形成可对比的煤系，但由于分流河道的穿插和决口扇的影响，煤层呈透镜状且多夹矸石.

（2）三角洲前缘亚相：主要分布于太原组下部和山西组上部层位.可划分为前缘席状砂坝微相、分流间湾微相.

前缘席状砂坝微相含河口砂坝和远端砂坝沉积，砂体中普遍含海绿石矿物，发育小型板状、槽状、波状和水平层理.

分流间湾微相位于分流河道间的低能洼地处，由暗色泥岩、黏土质岩和碳质岩石构成.其向陆一侧可形成沼泽聚煤环境，向海方向与海湾连通，并见动物化石.发育水平层理和透镜状层理等沉积构造.

（3）前三角洲亚相：相当于本溪组下部层位，主要由暗色泥岩、粉砂质岩石构成，含有黄铁矿和菱铁质鲕粒，含少量的海相化石.发育水平层理.产山西式铁矿.

3 岩相古地理特征

辽宁省于晚奥陶世—早石炭世时期，加里东构造运动致使地壳上升，地貌经过长期风化夷平，地形总体上起伏不大，较为平坦.中石炭世发生海侵事件，沉积盆地范围较奥陶纪时期萎缩，多为海相残留盆地.本期为一套巨厚的灰岩、页岩、泥岩、粉砂岩及砂岩，砂岩中岩屑成分含量较高，显示了该期快速堆积的特点.该期海侵方向由南西向北东，地貌中心和沉积中心位于本溪地区，也是水下拗陷区，沉积厚度大于600 m.辽宁省分为太子河沉积区、复州沉积区、辽西沉积区，辽宁北部和辽东岫岩-丹东地区为陆源剥蚀区.岩相古地理特征如图2.

3.1 辽西沉积区

本区主要为三角洲平原沉积，以山西组最为发育，少量为本溪组、太原组.建昌、葫芦岛一带是分流间沼泽沉积，前者沉积厚度较大，主要岩性为页岩、碳质页岩、砂岩，下部夹少量泥灰岩及钙质胶结的粗砂岩，向上全为细碎屑岩沉积，并常夹薄煤层；后者沉积厚度较薄，基本为细碎屑岩沉积.在建平、朝阳、锦州一带，距陆源剥蚀区较近，为一套分支河道沉积，具曲流河沉积特征，由页岩、长石砂岩组成，无煤层出现，沉积较薄.

3.2 太子河沉积区

本区沉积环境发育较全，相当于半闭塞的海湾，可识别三角洲相、障壁海岸相、海湾陆棚相.古地理轮廓呈东西向带状展布，北部为铁岭-新宾剥蚀区，南为大石桥-岫岩剥蚀区.本溪、桓仁一带为海湾陆棚相和障壁海岸相，前者为斜坡沉积，岩石为页岩-砂岩组合，夹多层灰岩，其灰岩层总厚度居全省之首，灰岩中含丰富的珊瑚类类及腕足类化石；后者为滨岸沼泽沉积，岩石为砂岩-页岩组合，夹煤层较厚.靠近古剥蚀区辽阳红阳-桓仁五里甸子一带，为三角洲相平原页岩-砂岩组合沉积，可识别分支河道沉积和分流间沼泽沉积，前者碎屑岩中粗粒级含量较高.本区零星见及三角洲前缘沉积和前三角洲沉积.

3.3 复州沉积区

本区为一套三角洲相、海湾陆棚和障壁海岸相沉积.海湾陆棚相中内源岩石组分比例较大，灰岩夹层最大者惯称三菱山灰岩，灰岩中产丰富的海百合类、腕足类类及珊瑚类化石，可见珊瑚礁体，灰岩内偶见燧石结核或燧石条带，燧石含量多时达燧石岩.三角洲平原沉积为一套泥岩、粉砂岩、黏土岩及煤层.

图2 辽宁省本溪期—山西期岩相古地理图Fig.2Lithofacies and paleogeographic map of Liaoning region in Benxi Age-Shanxi Age

4 结论

（1）本溪期—山西期沉积期由障壁海岸相、海湾陆棚相、三角洲相组成.

（2）本溪期和山西期，全区为三角洲相沉积；太原期，大连地层小区、太子河地层小区为海湾陆棚沉积环境.

（3）山西式铁矿产于前三角洲亚相底部；煤矿主要产于三角洲前缘亚相河道间湾沉积；铝土矿产于湖亚相.

致谢：本文在撰写过程中，承蒙李典致、陈树良两位教授级高工的悉心指导和帮助，在此深表谢意！

［1］聂振声.本溪太子河流域早寒武世馒头期岩相古地理特征与石膏普查［J］.辽宁地质学报,1984（1）:69—80.

［2］丁杰.辽西早寒武世老庄户期岩相古地理及其地球化学特征［J］.辽宁地质,1986（1）:23—34.

［3］丁杰，王洪战，范国清，等.太子河流域本溪期沉积相特征［J］.辽宁地质,1988（2）:136—146.

［4］王洪战，范国清，丁杰，等.辽东太子河流域石炭—二叠纪岩相古地理及铝土矿成矿地质条件［J］.辽宁地质,1991（1）:1—42.

［5］范国清.辽宁石炭纪海侵［J］.辽宁地质,1987（2）:132—145.

［6］辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志［M］.北京：地质出版社,1989.

［7］辽宁省地质矿产勘查开发局.辽宁省岩石地层［M］.武汉：中国地质大学出版社,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.编辑：张哲．

张永（1971—），男，地质矿产高级工程师，从事地质勘查工作，通信地址辽宁省大连市金州区五一路10号，E-mail//zy1155@125.com