辽东本溪-桓仁地区古生界事件地层划分及特征

王，潘玉，吴子杰，包洪伟

辽宁省地质勘查院，辽宁大连 116100

辽东本溪-桓仁地区古生界事件地层划分及特征

辽宁省地质勘查院，辽宁大连 116100

辽东本溪-桓仁地区古生界发育，是研究地层学、沉积学的典型地区.在简述事件地层学原理和地层事件概念，并对主要地质事件进行初步划分基础上，通过对本溪-桓仁地区1∶5万区域地质调查、地层剖面测制研究，对该区古生界，根据地质事件的岩石记录，划分了构造上升和下降、海侵、缺氧、风暴、干燥炎热等6种事件地层单位，8个事件集群，并对各事件地层单位逐一描述，提出事件个体和事件集群、事件沉积层和事件集群沉积段的概念，并探讨了与沉积环境、层序地层的相关性.

古生界；事件个体；事件集群；事件地层；事件地层单位；本溪-桓仁；辽宁省

0 引言

辽东本溪-桓仁地区古生界发育，是研究地层学、沉积学的典型地区，吸引了众多地质学者从事区域地质调查、研究等工作，地质研究程度较高，但对于事件地层划分与研究尚属首次.本文通过对本溪-桓仁地区1∶5万区域地质调查和地层剖面测制研究，根据地质事件的岩石记录，对该区古生界划分事件地层单位，对各事件地层单位逐一简述，并提出事件个体和事件集群、事件沉积层和事件集群沉积段的概念，试图填补区域研究的空白，并为区域地层研究、对比提供参考.

1 事件地层学原理及地质事件的划分

1.1 事件地层学概念及理论基础

由于地球演化进程中某种突发的作用力或异常因素导致自然界剧烈变化，这种现象被称作事件，而事件地层学是研究岩石体中突发事件的标志、规模、性质及成因，进而对地球上的相关层状岩石进行划分对比和环境演变分析.事件地层学的理论基础是突变论和对立统一论.

（1）突变论：突出地质作用突变特点，急速突变和灾变使有机界和无机界的发展呈明显的阶段性.

（2）对立统一论：自然界各种作用都处于互相联系的对立统一体系.岩石圈、生物圈、水圈、大气圈以至更高层次的宇宙空间的事件相互联系，互相影响.

事件地层学的基本思想是既有渐变，也有突变，更有灾变.

1.2 研究现状及事件分类

事件地层学是地层学的一个分支科学，由于受某些自然条件、研究程度及技术方法等限制，事件地层学还处于起步和探索阶段，尚无一套完整、系统的理论体系.目前，国内外对事件地层的研究主要着眼于黏土层、黏土层的铱元素等异常、玻陨石、小球粒、生物的绝灭与新生、陨击坑以及风暴岩、火山沉积物、某些冰川沉积物和黑色页岩，以便建立一些洲际性或全球性的事件地层界线.例如震旦-寒武系界线，奥陶-志留系界线，上泥盆统弗拉斯-法门阶界线，二叠-三叠系界线，以及白垩系-古近系界线.在这些研究中，已经取得一些重要的成果［1］.

地质事件可分为宇宙（地外）事件和地内事件（表1）.

什么样的事件才算稀有事件？以什么标准衡量事件的稀有性？至今尚无公认的标准，Ager（1982）曾转述过Gretener的看法（表2）.但是，该表所作的事件地层学分类及罕见性标准，不太适合事件地层学的要求.

事件是否呈周期性重复出现？周期的大小如何？这对研究事件地层是十分重要的.但目前对这个问题正在探索，而且意见分歧，众说纷纭（Fischer and Arthur，1977；Raup and Sepkoski，1986；Hoffman，1986）［2］.

1.3 事件地层单位及划分

由于事件地层的研究还处于探索阶段，其划分体系并不完善，笔者在此将事件地层单位暂分为两级，即事件沉积层和事件集群沉积段.

表2 事件稀罕性与发生的周期Table 2 The rareness of events and cycle

（1）事件沉积层：笔者认为，研究事件地层的最基本单位为地质事件个体，即在一次地质事件所形成沉积物质的总和，叫做地质事件沉积层.因此，地质事件个体是具有固有的岩石、沉积环境、层序等特征，如一次风暴事件和一次缺氧事件等，这是对于地层划分对比具有一定意义的地质标志.

（2）事件集群沉积段：是指某一事件在一定时间段内有规律地重复出现，并对地层产生重复性影响的事件集群或事件群落，其对应的一套沉积物组合则称作地质事件集群沉积段.比如，研究区寒武系炒米店组的风暴事件集群，二叠系山西组的缺氧事件集群，二叠系石盒子组的炎热干燥事件集群等.

下面对一些地质事件个体进行简述.

1.3.1 风暴事件沉积层

风暴是一类具有较高频度的突发性事件，形成的沉积物称风暴岩，可作为等时的区域性标志层用于高分辨率事件地层对比.

与风暴岩类似的突发事件沉积物还有浊积岩、洪积岩、地震岩及海啸岩等等，它们都具备区域性高分辨率事件地层对比的潜力.

表1 主要地质事件及性能Table 1 M ain geological events and their properties

1.3.2 炎热蒸发事件沉积层

炎热蒸发事件也叫红层事件，作为地层记录普遍存在的一种特殊沉积物，属干旱、炎热环境的沉积产物.

1.3.3 构造升降事件沉积层

（1）构造上升事件：区域性上升事件主要标志是间断时间长，间断标志及沉积物响应清晰，间断面上下岩层物理特征突变，并具区域延展的暴露面——沉积间断面.

（2）构造下降事件：在长期构造上升之后，经过风化剥蚀，此后转为构造下降区段，产生了巨厚沉积.

1.3.4 海平面升降事件沉积层

在地史时期，水圈和大气圈的许多事件都不同程度地表现在海平面变化上.大规模的高海平面期与气候温暖期及构造活跃期大体同步.海平面升降可导致侵蚀基准面升降，使河流性质改变，进而影响各种沉积作用.例如，全球海平面上升，陆地面积缩小，气候变暖利于碳酸盐岩形成，反之则利于陆源碎屑岩发育.

1.3.5 地震事件沉积层

虽然历时短暂，但能量大，其沉积物厚度常常占地层剖面的大部分，有独特的岩性特征（震积岩），对于区域地层划分对比、盆地分析等研究都有重要意义.

1.3.6 缺氧事件沉积层

黑色页岩所代表的缺氧事件在地史上多次出现，可作为地层对比的重要标志.例如，晚白垩世早中期富含有机碳的沉积在世界上许多地区出现.

1.3.7 火山事件沉积层

可以形成区域性等时的高分辨率事件地层对比的标志层.单层火山灰的覆盖面积可达数千平方千米.每次喷发的产物往往含有指征性的特有成分，可称为“地球化学指纹”.

1.4 事件地层界线

事件地层界线即为连续的单个事件个体之间的划分，它是事件地层学的核心.吴瑞堂等（1989）概括了划分事件地层界线的特点［3］：（1）有显著的自然界面，容易识别（同一事件在不同地区不同条件下可有不同的反映）.事件地层的界线可以无沉积间断，通过生物突然绝灭或沉积特征突变显示出来，构造升降、大规模的海侵等造成的界线可具这种特征.（2）有独特的物质记录，常形成独特的“事件沉积层”，如煤层、黑色页岩及风暴岩等，这些沉积层代表某种或伴生的几种地质事件.

2 本溪-桓仁地区古生界

2.1 古生界区域分布

研究区古生界主要分布在辽阳市东部、本溪市的东部至桓仁一带，受太子河沉积盆地控制，呈近东西向分布，出露良好（图1）.

图1 古生界区域分布简图Fig.1 Regional distribution of the Paleozoic Erathem

2.2 古生界地层划分及岩性特征

该区古生界地层出露较齐全，自下而上有寒武系碱厂组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组，寒武-奥陶系冶里组，奥陶系亮甲山组、马家沟组，石炭系本溪组，石炭-二叠系太原组，二叠系山西组、石盒子组.其划分及各组综合岩性特征见图2.

3 古生界事件地层单位划分

根据地质事件的种类、岩石记录及事件地层界线，本区该套地层共划分了构造上升和下降、海侵、缺氧、风暴、干燥炎热等事件地层单位.此外，还划分归并了1个构造下降事件集群沉积段、2个风暴事件集群沉积段、1个海侵事件集群沉积段、1个缺氧事件集群沉积段、3个炎热事件集群沉积段.

3.1 构造事件

3.1.1 构造上升事件

在该地质时期内，区内大规模构造上升事件有2次，分别在中奥陶世末期、中二叠世末期.两次并非连续，故属于构造上升事件个体.抬升使该时期地表遭受剥蚀，与上覆地层间为平行不整合接触.

（1）中奥陶世末期构造上升事件：该次构造上升使华北地台总体抬升，遭受剥蚀，大部地区缺失了晚奥陶世—早石炭世之间的沉积.该次构造上升所经历的时间较长.

图2 本溪-桓仁地区古生界综合地层柱状图Fig.2 Paleozoic stratigraphic column in Benxi-Huanren region

（2）中二叠世末期构造上升事件：由于该次构造上升，本区总体抬升，遭受剥蚀，缺失晚二叠世及以后的沉积.

3.1.2 构造下降事件

该区内有2次大规模的下降事件，分别是寒武纪初期和早石炭纪晚期.

（1）寒武纪初期构造下降事件：经过新元古代末期的长期抬升后，在寒武纪初期，构造下降，发生了海侵，形成本区寒武系最早海相陆源碎屑和碳酸盐沉积，与下伏新元古界不同层位间呈平行不整合接触.

（2）早石炭世晚期构造下降事件：在长期抬升，遭受剥蚀之后，在早石炭世晚期构造下降，发生了海侵，形成了石炭系最早的沉积.石炭系本溪组湖田段岩性为紫色、黄绿色粉砂质页岩，上部夹灰绿色薄—中厚层铝土质泥岩，局部地段下部发育含铁粉砂岩、长石石英杂砂岩，以黄绿色、紫色局部含铁质粉砂质页岩出现与下伏马家沟组平行不整合分界.

3.2 风暴事件

风暴沉积在地质历史中是一种常见事件.区内寒武系主要风暴事件发生在寒武系崮山组上部、炒米店组和冶里组下部，这在整个华北地层的风暴岩中是可以对比的.

（1）寒武系崮山组上部发生了若干次风暴事件，连续且有规律重复，属于风暴事件集群.风暴期主要沉积产物为风暴砾屑灰岩，为浅海陆棚沉积相，宁静期主要沉积产物为薄层泥质灰岩或泥页岩.

（2）寒武系炒米店组经历了多次风暴事件，属于一次风暴事件集群（图3）.形成的风暴砾屑灰岩呈倒“小”字及云朵状排列，底部有冲刷面，为浅海沉积相（图4、5）.

图3 炒米店组竹叶状砾屑灰岩Fig.3 Edgewise calcirudite of Chaomidian Formation

图4 崮山组一次风暴事件沉积层Fig.4 A windstorm event sediment in Gushan Formation

图5 炒米店组风暴事件集群沉积段Fig.5 Windstorm event cluster sediment section in Chaomidian Formation

（3）寒武系冶里组下部发生若干次风暴事件，连续且有规律重复，属于风暴事件集群，其特点同炒米店组.

3.3 海侵淹没事件

地质历史上发生过一系列不同级别的海平面升降事件，在地层剖面中留下了明显易认的沉积记录.区内古生界3次较大规模的海侵淹没事件，分别是碱厂组下部、张夏组下部、本溪组和太原组.造成了海相地层大面积超覆于下伏不同时代地层上.

（1）寒武系碱厂组的海侵事件属于事件个体，使海平面上升，其岩性底部为砾岩（图6）、砂岩，向上为碳酸盐类，其沉积环境为滩－潮坪，造成碱厂组区域性超覆关系.海侵由东西两个方向进入.

（2）寒武系张夏组的海侵事件也属于事件个体，其下部岩石为海侵体系域，为台地边缘鲕粒滩相，为寒武纪中期的一个大规模海侵事件.在此之后沉积了大量碳酸盐，进入碳酸盐台地发展阶段.

图6 碱厂组底部砾岩Fig.6 Basal conglomerate of Jianchang Formation

（3）第三次海侵事件在中石炭世.本溪组为近岸的海陆交互相沉积，而真正的海相是从太原组开始，以灰岩出现为标志.太原组岩性为黄绿色粉砂质页岩，夹4层浅灰色中厚层含燧石结核生物碎屑泥晶灰岩.本次属于海侵事件集群沉积段.图7为太原组一次海侵事件沉积层序类型.该期海侵由南东方向进入.

图7 太原组一次海侵事件沉积层序类型Fig.7 A transgression event depositional sequence type of Taiyuan Formation

3.4 缺氧事件

缺氧事件表现在还原条件下、水体封闭、缺氧环境的沉积，以出现黄铁矿、富含有机质等还原产物为标志.研究区缺氧事件主要发生在碱厂组、张夏组、本溪组新洞沟段、山西组.

（1）碱厂组在海侵事件之后沉积环境发生改变，下部沉积富含有机质的沥青质灰岩（图8），是缺氧事件的代表产物.根据沥青质灰岩的层厚看，本次缺氧事件规模不大，形成于台沟环境，属缺氧事件个体，厚度一般为5～10 m.

（2）张夏组中部缺氧事件，主要以灰黑色页岩为标志，形成于较封闭的滩间湖缺氧环境，属缺氧事件个体.

图8 碱厂组下部沥青质灰岩Fig.8 Limmer in lower Jianchang Formation

（3）石炭系本溪组新洞沟段发育一层煤线，富含有机质和黄铁矿，厚度0.2～1 m，为典型的缺氧事件沉积物，形成于沼泽环境.

（4）石炭系山西组发生了5次缺氧事件，是研究区内缺氧事件最密集的区段，其中前4次为连续发生，故可归并为一个缺氧事件集群沉积段.其煤线厚度分别为0.5～4 m.煤线间夹杂石英砂岩.沉积相在沼泽相与滩相之间交互.最后一次发生在山西组顶部，属于缺氧事件个体，沉积煤层厚度0.2～2 m.为沼泽还原环境（图9）.

图9 山西组缺氧事件与缺氧事件集群Fig.9 Anoxic event and anoxic event cluster of Shanxi Formation

3.5 炎热蒸发事件

测区古生界出现多次红层事件，自下至上依次为寒武系馒头组大后海段、石桥段中部和二叠系石盒子组.由于这些区段炎热事件频发，且连续有规律，故3次均为炎热事件集群.

（1）寒武系馒头组大后海段炎热事件集群.主要岩性为紫红色粉砂质页岩、浅灰色薄—中厚层泥晶灰岩，以紫红色粉砂质页岩与下伏碱厂组分界，呈整合接触.岩石中发育水平纹理、泥裂等沉积构造（图10），形成于混合滨岸的障壁型滨海潮坪、干燥湖氧化环境.

图10 馒头组大后海段紫色粉砂岩中的泥裂构造Fig.10 Mud crack of purple siltstone in the Dahouhai member of Mantou Formation

（2）寒武系馒头组石桥段炎热事件集群（图11），岩石中发育水平纹理，泥裂等沉积构造，形成于障壁型滨海潮坪、干燥湖氧化环境.基本层序反映了下部薄—中厚层泥晶灰岩、薄层灰岩或生物碎屑灰岩透镜体，向上为暗紫色粉砂云母质页岩，组成向上氧化蒸发的变化旋回（图12）.

（3）二叠系石盒子组炎热事件集群，岩性为紫红色、灰白色中厚—厚层石英砂岩、粉砂岩，以紫红色石英砂岩为主要特征.岩石中发育单向斜层理、泥裂构造，偶具波痕等沉积构造.沉积环境由湖泊相转为河流相.

图11 馒头组石桥段发育紫色云母质粉砂质页岩与灰色灰岩互层Fig.11 Purple micaceous silty shale interbeded with grey limestone in the Shiqiao member of Mantou Formation

图12 馒头组石桥段一次炎热事件沉积类型Fig.12 A hot arid event sedimentary type of the Shiqiao member of Mantou Formation

4 几种地质事件与沉积环境、层序地层的相关性

4.1 地质事件与沉积环境相关性

4.1.1 风暴事件与浅海陆棚环境

当受到风暴巨浪时，开阔的浅海陆棚地段遭到强劲风暴潮流的袭击、搅动和破碎，形成各式各样的风暴砾屑灰岩.其形成过程主要为风暴潮就地冲击海底已半固结碳酸盐沉积物，使之发生破碎，并为不同方向的风暴浪挤压，就地掀起和就地堆积而成.当沉积物由风暴流成因的重力流再搬运进入浅海盆地深部而堆积时，也会形成异地型风暴砾屑灰岩.浅海陆棚是海洋风暴的多发地带，所以，炒米店组富含风暴岩.

4.1.2 缺氧事件与沼泽、还原环境

缺氧事件与沼泽、还原环境有着密切的联系，两者沉积物相似，如黑色泥页岩、暗色粉砂岩，并富含有机质和煤层、黄铁矿结核等.研究区石炭系各组岩性属于沼泽相沉积且均有煤层发育.这一侧面表明，沼泽、还原环境会引起或诱发缺氧事件.

在干燥气候区，随着湖水的浓缩会沉积具有湖泊相的碳酸盐、硫酸盐、钠盐、镁盐加一些陆源碎屑物质，如寒武系的馒头组.沉积物中可出现泥裂、石盐假晶等干燥气候条件下的标志，干旱湖环境是形成炎热干燥事件的必要条件.

4.2 地质事件与层序地层相关性

4.2.1 构造上升事件与层序界面关系

构造上升导致沉积间断，与层序界面吻合，长时间的沉积间断一般形成Ⅰ型界面，比如该区中奥陶世以后整体抬升，暴露地表，遭受风化剥蚀.到早石炭世末，地壳下降，发生海侵，故缺失志留系、泥盆系等地层.

4.2.2 构造下降事件、海侵事件与海侵体系域关系

当全球海平面稳定时，构造下降阶段造成了相对海平面升高，形成了海侵体系域沉积，形成区域上的上超或超覆，比如该区寒武系碱厂组、张夏组下部均为海侵体系域.

5 结论

（1）本溪-桓仁地区古生界发育,自下而上为寒武系、奥陶系、石炭系及二叠系.

（2）地质事件可分为地内事件和地外事件，地内事件包括风暴事件、炎热蒸发事件、构造升降事件、海平面升降事件、地震事件、缺氧事件、火山事件等，地外事件主要为宇宙事件.各事件单位之间的划分依据可以是其特有的沉积物，也可以是其特有的沉积相.

（3）基本事件单位为事件个体.当单一事件有规律地重复出现，被称作事件集群，对应的沉积物分别为事件个体沉积层与事件集群沉积段.事件地层界线是事件地层学的核心.

（4）研究区划分出5种明显的事件地层单位，分别为构造事件、风暴事件、海侵事件、炎热干燥事件、缺氧事件.此外，还有8个事件集群.

（5）地质事件不是凭空产生，各个地质事件与沉积环境、层序地层有着密切的联系，在讨论研究事件地层时，不可忽略沉积环境及其他地层划分方案对其的影响，应各个方面综合分析.

致谢：此文利用了本溪和桓仁地区1∶5万区调资料，属于集体成果.在成文过程中得到了辽宁省地质勘查院张国仁、李显东、江淑娥3位教授级高级工程师及王海鹏、程培起、雷广新高级工程师的指导，在此深表谢意！

［1］潘传楚.事件地层学及其研究现状与发展趋势［J］.地球科学进展, 1989（4）:32—35.

［2］吴瑞棠，张守信，等.现代地层学［M］.武汉：中国地质大学出版社, 1989:130—146.

［3］曲淑琴，王雅春，等.地层学概论［M］.北京：石油工业出版社,2009: 124.

EVENT STRATIGRAPHY OF THE PALEOZOIC ERATHEM IN BENXI-HUANREN REGION,EASTERN LIAONING PROVINCE:Division and Characteristics

WANG Xuan,PAN Yu-qi,WU Zi-jie,BAO Hong-wei
Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China

Benxi-Huanren in eastern Liaoning Province,where the Paleozoic strata are well developed,is a typical area for stratigraphic and sedimentological study.Based on the theory and concept of event stratigraphy and division of main geological events,with the 1∶50000 regional geological survey and stratigraphic section measurement,the Paleozoic strata in the region is divided into 6 event stratigraphic units,i.e.tectonic uplift,depresion,transgression,hypoxia,windstorm and hot arid,and 8 event clusters.The authors describe each event stratigraphic unit individually,present the concepts of event individual,event cluster,event sediment and event cluster depositional segment,and discuss its correlation with sedimentary environment and sequence stratigraphy.

Paleozoic Erathem;event individual;event cluster;event strata;event stratigraphic unit;Benxi-Huanren region;Liaoning Province

1671-1947（2015）04-0317-08

P539.6

A

2014－12－15；

2015-04-13.编辑：张哲．

王（1989—），男，从事区域地质和矿产勘查工作，通信地址辽宁省大连市金州新区五一路10号，E-mail//372836765@163.com