下扬子鄂东南地区寒武纪岩相古地理基本格局与沉积作用研究

张汉金, 叶 琴, 何仁亮, 邓乾忠, 夏奖利, 孔令耀, 雷 霖

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034; 3.湖北省富硒产业研究院 ,湖北 武汉 430034)

下扬子鄂东南地区寒武纪岩相古地理基本格局与沉积作用研究

张汉金1, 叶 琴1, 何仁亮1, 邓乾忠1, 夏奖利2, 孔令耀1, 雷 霖3

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034; 3.湖北省富硒产业研究院 ,湖北 武汉 430034)

下扬子鄂东南地区寒武纪于通山—崇阳一带南北两侧,存在两种明显不同的沉积地层体,通过对它们沉积特征、古生态面貌和沉积作用的系统研究,可分为三个不同的沉积相区,以北的下扬子地层区为台地相碳酸盐岩沉积,以南的江南地层区为盆地相泥质岩沉积,沿此界线为斜坡带沉积,可划分二种斜坡类型,早期主要为缓斜坡型碳酸盐岩软泥滑动流动,晚期为陡斜坡型碳酸盐岩重力滑塌之角砾岩楔,这种陡坡沉积特征一直延至早奥陶世。这种台、盆、斜坡沉积格局由早至晚受海平面升降作用影响,明显具南北摆动迁移特点。

古地理基本格局；沉积作用；寒武纪；鄂东南；下扬子

20世纪60年代以来,不少地质工作者认为,下扬子鄂东南通山—崇阳一带于早古生代存在一条近东西走向深大断裂,并控制和形成着南北两种不同沉积类型的地层体。这条断裂被称为崇阳—通山断裂或江南断裂[1],以北属下扬子地层区,以南属江南地层区。近十多年来,通过开展鄂东南地区1∶5万区域地质矿产调查,发现分布于通山—崇阳一带大量中晚寒武世碳酸盐岩角砾岩,为台地前缘斜坡相垮塌之角砾岩楔[2]。为此,笔者通过修编湖北省地质志,对该斜坡带两侧岩石地层沉积特征、古生态面貌和沉积作用进行系统研究,确认该区寒武纪沉积阶段自北向南,由碳酸盐岩台地[3]、斜坡和盆地边缘三个相区组成一幅十分完整的岩相古地理格局(图1)。

1 鄂东南寒武纪岩石地层与岩相古地理基本特征

自早寒武世始,鄂东南地区已明显分异出下扬子和江南地层区[4]两种不同环境的沉积地质体。整个寒武纪时期,于阳新富水水库—通山板桥—崇阳县一线,可分为三种类型的沉积区(图2),其北部为下扬子台地碳酸盐岩沉积区,南部为江南盆地边缘泥质岩沉积区,沿此界线便是斜坡带。该带早期主要表现为缓斜坡,沉积物为碳酸盐岩软泥,这种碳酸盐岩软泥具有沿缓斜坡向盆地边缘滑移流动特点;晚期则形成陡斜坡,主要表现为台地碳酸盐岩的垮塌、崩塌和滑动,形成角砾岩岩楔。受寒武纪全球海平面上升作用影响,斜坡带及其两侧沉积地层常发生南北向摆动和迁移。当海平面下降,则向盆地进积;当海平面上升,则向台地方向退积。这种台、坡、盆沉积格局一直延至早奥陶世早期。

1.1 下扬子台地碳酸盐岩沉积特征

该地依据《湖北省岩石地层》从下至上划分为牛蹄塘组、石牌组、天河板组、石龙洞组、高台组和跨纪的娄山关组。

牛蹄塘组(∈1n) 由刘之远1942年命名的“牛蹄塘页岩”演变而来,创名地点在贵州省遵义牛蹄塘。本组下部为深灰色含粉砂质页岩,向上粘土质成分增高,局部含1～2 cm锰质结核,含海绵和海绵骨针,底部见石煤层；上部为深灰色薄—中层微晶灰岩夹炭质页岩,发育水平层理,含三叶虫Hebediscusorientalis,Bergeroniellus,Ichamgia等、腕足类及海绵、海绵骨针等化石,通山珍珠口厚264.18 m,与下伏老堡组整合接触。

图1 鄂东南寒武纪岩相古地理基本格局图Fig.1 The graph of lithofacies paleogeography in Cambrian,southeast Hubei1.灰岩类;2.白云岩类;3.碳酸盐岩角砾岩;4.泥质岩类;5.碳酸盐岩台地;6.斜坡;7.盆地边缘。

图2 鄂东南寒武纪相关沉积相区岩石地层单位沉积特征及其对比图Fig.2 The graph of characteristics and comparison of sedimentary rock stratigraphic unit in related deposition zone in Cambrian,southeast Hubei1.灰岩;2.砾屑灰岩;3.灰岩角砾岩;4.白云岩;5.鲕粒白云岩;6.白云岩角砾岩;7.页岩;8.粉砂质页岩;9.灰质扁豆体页岩;10.细砂岩;11.硅质岩;12.平行不整合;13.古杯;14.海绵;15.海绵骨针;16.腕足;17.三叶虫;18.牙形石;19.二型界面;20.海侵体系域;21.饥饿段;22.高水位体系域。

横向延伸较稳定,由下而上泥质含量增高,粉砂质成分减少,下部显示弱退积型、中—上部具加积—进积型基本层序特点。属陆棚盆地边缘环境沉积。

石牌组(∈1s) 由李四光等1924年创建的“石牌页岩”演变而来,创名地点在宜昌市西北20 km长江南岸石牌村。其下部主要为黄绿色、深灰色含粉砂质水云母页岩、水云母页岩；上部为灰黄色粉砂质页岩夹薄层粉砂岩及灰泥岩透镜体,通山珍珠口厚167.74 m。生物化石主要为三叶虫,时见腕足类,与下伏牛蹄塘组整合接触。该组下部具加积型基本层序,上部表现为进积型基本层序,属浅海陆棚环境沉积。

天河板组(∈1t) 由张文堂等1957年创建的“天河板石灰岩”演变而来,创名地点在宜昌市西北20 km长江南岸石牌村—石龙洞之间的天河板。其岩性主要为灰、深灰色薄层粘土质条带状灰泥灰岩、薄—中层状含白云质灰泥灰岩,具水平层理、条带状构造,由下至上表现为退积—弱进积特点。厚44.86 m,与下伏石牌组整合接触。为开阔台地环境沉积。

石龙洞组(∈1sl) 由王钰1938年创建的“石龙洞石灰岩”演变而来,创名地点在宜昌市西北18 km长江南岸石龙洞。浅灰色厚层细晶白云岩与砂砾屑白云岩互层。砂砾屑白云岩中砾屑含量较高,分选性和磨圆度多呈次圆和次棱角状。厚54.87 m。与下伏天河板组整合接触。基本层序显示进积型结构,为局限台地之潮坪—潮道环境沉积。

高台组(∈1-2g) 由尹赞勋等1945年创建的“高台石灰岩”演变而来。创名地点在贵州湄潭县高台镇。浅灰色中—厚层状细晶白云岩、藻纹层白云岩、鲕粒白云岩、白云岩角砾岩,中上部夹粘土质粉砂岩,细粒石英砂岩,块状层理,具鸟眼构造,方解石晶洞较发育,厚513.85 m,总体反映进积型层序特征,与下伏石龙洞组呈整合接触。属台地相潮间—潮上带环境沉积。

娄山关组(∈2O1l) 由丁文江1930年创建、1942年发表的“娄山关石灰岩”演变而来,创名地点在贵州省遵义与桐梓之间的娄山关。浅灰色厚—巨厚层状颗粒白云岩、中—细晶白云岩,夹白云岩角砾岩,岩石风化面刀砍纹发育,块状层理和少量斜层理及水平纹层等,顶部晶洞及鸟眼构造发育,常形成暴露溶蚀界面,厚169.27 m,与下伏高台组呈整合接触。为进积型基本层序,属局限台地潮坪相之潮间—潮上带环境沉积。其顶部呈波状面,并见有少量粘土质、泥质风化产物,形成一暴露溶蚀面而与上伏奥陶纪南津关组呈平行不整合接触。

1.2 江南盆地边缘区沉积特征

依据《湖北省岩石地层》和《江西省岩石地层》该区由下向上划分为王音铺组和观音堂组[5]、杨柳岗组、华严寺组及西阳山组。

王音铺组(∈1w) 原称王音铺系,为李毓尧1933年创立,创名地点在江西省武宁县横路乡王音铺(黄鹰铺)。主要为深灰、灰黑色炭质、硅质页岩,向上为水云母页岩,产海绵骨针Protospngiasp.,底部见稳定石煤层,为一次缺氧环境之沉积。向上炭质含量减少,总体岩性较稳定,厚135.78 m。表现为退积—加积型基本层序特点,体现水体较深、沉积速率较低的盆地边缘环境沉积。与下伏地层呈整合接触。

观音堂组(∈1g) 原称观音堂层,为李四光1931年创名于庐山(星子县)隘口乡观音堂。主要为深灰、灰黄色水云母页岩,上部页岩中含粉砂质成分,岩石中普遍见有铁质斑点,产三叶虫Redlichiacf.chinensis,厚146.50 m。主要表现为加积型—弱进积型层序特点。总体为水体较深、沉积速率较低的半深海盆地相沉积。

杨柳岗组(∈1-2y) 原称杨柳岗石灰岩,由卢衍豪、穆恩之等1955年创建。创名地点在浙江省江山市大陈东北约3.5 km杨柳岗。下部以灰、深灰色薄—中层状灰泥灰岩、粒泥灰岩为主,以水平层理为主,反映其为进积型基本层序；中、上部为灰—深灰色薄层条带状灰泥岩夹灰泥岩透镜体,具水平层理或水平纹层,中部主要由薄层灰泥岩与泥质条带组成韵律沉积,且含深海放射虫,反映为水体较深的加积型层序特点；上部由薄层微晶灰岩,夹炭质页岩组成加积—弱进积层序,局部见棘皮类及放射虫生物碎屑,常见碳酸盐岩软泥流动变形构造。厚177.84 m,与下伏地层呈整合接触。总体属台地下方的碳酸盐岩软泥沉积。

华严寺组(∈2h) 原称华严寺石灰岩,由卢衍豪、穆恩之等1955年创名。创名地点在浙江省常山县华严寺。下部为灰、深灰色薄—中层含砂粉屑灰岩夹薄层泥质条带状灰泥灰岩；上部为灰色薄—极薄层灰岩与含生物屑粉屑灰岩组成韵律层,其间夹杂少量粘土矿物及炭质、铁锰质集合体。水平层理、水平细纹层发育。岩石中生物屑以三叶为主,少量为棘皮类,含量可达10%。厚89.47 m,与下伏杨柳岗组整合接触。具加积—弱退积型层序特点。属台地下方的碳酸盐岩软泥沉积。

西阳山组(∈3x) 原称西阳山页岩,由卢衍豪、穆恩之等1955年创名。创名地点在浙江省常山县城南1.5 km西阳山。为灰、深灰色薄层泥质条带含粉屑灰岩,向上为薄层含砂屑粉屑灰岩,顶部夹一巨厚层砾屑砾岩。岩层普遍含灰泥灰岩透镜体,水平层理为主,透镜状层理发育。厚152.42 m。与下伏华严寺组呈整合接触。总体反映加积—弱进积层序特点,为台地下方的碳酸盐岩软泥—陆棚环境沉积。

值得提及的是该盆地具较好储气条件,特别是王音铺组和观音堂组的岩性、厚度及所含古生物特点,皆是页岩气生成的良好地层体,是开展页岩气勘探的重要地层层位。同时,两个组还是湖北省钒矿的重要产出层位,有很好的钒矿勘查前景。

1.3 斜坡带类型及沉积特征

该斜坡带[6]沿阳新富水—通山板桥—崇阳县一带分布,宽数千米,可分为陡坡型和缓坡型二种类型。

缓坡型 发生于早寒武世,主要为北部台地区之牛蹄塘组、石牌组、天河板组和石龙洞组,与此同时盆缘区则与之对应沉积王音铺组、观音堂组和杨柳岗组之沉积。

陡坡型 发生于晚寒武世,由台地相区高台组和娄山关组之碳酸盐岩因重力作用向盆内坍塌堆积而成的灰岩角砾岩(图3)组成,呈岩楔或岩舌[7]产出,宽度一般几十米—上百米,角砾成分由颗粒灰岩、生物灰岩和灰泥岩等组成,这些混杂的角砾岩基本可恢复其原始岩石地层单位,角砾多呈棱角状,大小不等、大者50 cm×80 cm或更大,胶结物由细小角砾组成。调查中发现最为壮观的为通山板桥岩楔,这种滑塌角砾岩在区域上呈线状分布,长期被误认为是“江南断裂”的重要证据,因此,应特别注意识别这类垮塌作用之灰岩角砾岩。

图3 鄂东南寒武纪岩相古地理及其沉积演化模式图Fig.3 The graph of sedimentary facies and sedimentary evolution model in Cambrian,southeast Hubei1.页岩;2.灰泥灰岩;3.粒泥灰岩;4.砾屑灰泥灰岩;5.含细砾灰泥灰岩;6.白云岩;7.鲕粒白云岩;8.含白云质生物灰岩;9.垮塌碳酸盐角砾岩;10.相变界线。

2 鄂东南寒武纪岩石地层充填样式与沉积作用

通过对鄂东南1∶5万区调图幅工作成果总结(图1),从根本上揭示出该区寒武纪自北向南由台地、斜坡、盆地[8]组成岩相古地理基本格局(图2),由三个三级层序地层反映出不同相区沉积物因海平面迁移摆动而发生沉积作用变化,而如图3所展现寒武纪由早期—中晚期岩石地层格架的沉积演化模式。

鄂东南寒武纪具有较复杂的充填样式和沉积作用过程。早寒武世之初,通山—崇阳以南继承晚震旦世向南倾斜的古地貌特征,并逐步形成斜坡带。早寒武世早期,因海平面快速上升作用影响,使该区长时期处于海平面升降幅度较小的盆地边缘环境,因此,大量泥质岩沉积,该斜坡带总体呈现缓斜坡,形成二个三级层序[9]:北侧沉积牛蹄塘组、石牌组碳泥质岩；南侧沉积王音铺组、观音堂组和杨柳岗组硅泥、碳泥和钙泥岩之沉积实体；缓斜坡带内,因大量钙质软泥堆积,加之缓斜坡逐渐变陡,所以带内钙质软泥常发生滑移流动。早寒武世晚期,海平面达到高位,海水稳定,北部下扬子区碳酸盐岩台地逐渐形成,其中天河板组形成海侵体系域(TST)和饥饿段(SS),石龙洞组—高台组之初形成稳定的高水位体系域(HST),该阶段碳酸钙饱和,海绵、苔藓、三叶虫等海生生物繁盛；与此同时,斜坡带以南广大盆缘地区则相应沉积杨柳岗组上部之细粒碳酸盐岩,继续保持盆地边缘较深水沉积环境。

寒武世中晚期具如下充填样式和沉积作用:中寒武世阶段,海平面仍处于高位,北部下扬子区碳酸钙过饱和,海绵、苔藓、三叶虫及藻类生物大量繁盛,生物礁体出现[10],形成高水位体系域之堡堤式镶边碳酸盐岩台地；斜坡带南部盆缘地区,海平面也略有上升,相应沉积华严寺组灰泥质碳酸盐岩,继续保持盆地边缘较深水沉积环境。寒武世晚期,海平面下降,全面海退到来,沉积物由台地向盆地内发生侧向进积,斜坡带北侧由于台地碳酸盐岩不断堆积,这种堆积超过有效载荷后,台缘地带再也不能承受,便产生了重力作用,上部固结和半固结之碳酸盐岩则发生大量坍塌、滑移、崩裂,并堆积于下方斜坡带之上,形成高水位角砾岩楔和岩舌。同时,斜坡带南部盆缘地区海平面也发生下降,相应沉积西阳山组含颗粒灰泥质碳酸盐岩,并夹钙泥质岩及分选不完全的灰泥岩透镜体,形成逐渐变浅的盆地边缘环境。晚寒武世晚期,海平面进一步上升,盆地向南逐渐迁移,但台地、斜坡、盆地格局依然没有改变。这种格局于寒武纪进入奥陶纪留下短期转折证据后,仍保持它们原有状态开始新的海平面变化和沉积作用。

综上所述,作者通过实地调查和总结研究认为,鄂东南寒武纪地层的差异并非深大断裂所致,更不是“江南断裂”造成,而是古海洋地理地貌和海水进退的沉积作用所造就的自然岩石地层格架。

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(责任编辑：于继红)

Research of Lithofacies Paleogeography and Sedimentation in Cambrian ofLower Yangtze in Southeast Hubei

ZHANG Hanjin1, YE Qin1, HE Renliang1, DENG Qianzhong1, XIA Jiangli2, KONG Lingyao1, LEI Lin3

(1.HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.HubeiGeologicalEnvironmentalStation,Wuhan,Hubei430034; 3.HubeiSeleniumIndustrialResearchInstitute,Wuhan,Hubei430034)

There are two different sedimentary formation bodies on both sides of Tongshan-Chongyang region in Cambrian,in southeast Hubei.Through systematic research for sedimentary characteristics,paleoecology visage and sedimentation of the two sedimentary formation bodies,the authors think there are three different sedimentary facies in southeast Hubei:the sedimentary facies in the northern of Tongshan-Chongyang where belongs to lower Yangtze is carbonate platform,in the southern belongs to Jiangnan stratigraphic zone is basin facies,the sedimentary facies along Tongshan-Chongyang region is slope.And the slope belt can be divided into two types:the belt in the early stage the sedimentary facies is flat gradient carbonate platform,and develop slip-type or flow-type sedimentary structures,and in the late stage is sharp gradient carbonate platform,and develop breccia which is a kind of gravity sliding structure,and the sharp gradient carbonate platform continued to Ordovician.The pattern of carbonate platform,basin and slope is influenced by the sea level fluctuation from early to late,and the Tongshan-Chongyang region has a north-south swing characteristic.

paleogeographic pattern; sedimentation; Cambrian; southeast Hubei; lower Yangtze

2015-06-01;改回日期:2015-06-23

本文为中国地质调查局项目(编号:121201088162,1212013012800)资助。

张汉金(1955-),男,教授级高级工程师,地质矿产专业,从事地质矿产调查、地层学和沉积盆地环境分析研究。E-mail:490195541@qq.com

P534.41

A

1671-1211(2015)04-0365-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504001

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150619.1501.022.html 数字出版日期:2015-06-19 15:01