鄂西恩施地区三叠纪嘉陵江组三段与二段局部沉积间断的识别及岩相古地理研究

李 朋, 张翔阳, 祝安安, 袁永红, 毛启曦, 吴 龙, 李忠林

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000)

鄂西恩施地区三叠纪嘉陵江组三段与二段局部沉积间断的识别及岩相古地理研究

李 朋1, 张翔阳1, 祝安安1, 袁永红2, 毛启曦1, 吴 龙1, 李忠林1

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质局 第六地质大队,湖北 孝感 432000)

一般认为晚二叠世—早三叠世的地层均为连续沉积。本次调查过程中,通过地层剖面、露头刻画等资料的研究对比分析,识别出局部区域嘉陵江组三段与二段(T1j3/T1j2)之间的沉积间断特征。在恩施地区,总体上表现为开阔台地—局限台地—蒸发台地的变化特征,对于恢复嘉陵江组沉积时期的古地理具有重要的意义。

沉积间断;岩相古地理;嘉陵江组三段与二段

沉积间断是由于沉积物沉积过程中的无沉积作用,沉积物沉积后固结成岩前的准同生期侵蚀作用,以及沉积物成岩后因构造作用、海平面升降、古地理、古气候变化等造成的某一地质时期内沉积记录中断的现象。沉积间断是指在沉积过程中出现的一个小的或比较短的沉积中断现象,一般在恢复沉积之前很少或没有发生过侵蚀作用[1]。沉积间断的“普遍性”经历了一个漫长的探索和认识过程,已为地质学者们认识和接受[2-10]。

研究区位于湖北省西部恩施州及宜昌地区(图1)。地理坐标为东经109°30′～110°30′,北纬30°00′～30°40′。主要发育寒武纪—三叠纪地层。本文通过野外地质调查及区域地质的综合分析,识别出嘉陵江组三段与二段之间的沉积间断特征。

1 研究区嘉陵江组地层特征

嘉陵江组一段：与下伏大冶组地层为连续沉积。主要发育浅灰色厚层灰质白云岩、微晶白云岩、岩溶角砾岩,岩溶角砾岩一般发育于该段中下部。在恩施—利川一带,该段岩层总体以薄—中层为主,时见厚层状微晶白云岩。该段厚度变化范围46～131.5 m。

嘉陵江组二段:为浅灰色夹浅紫红色厚—中层白云质灰岩、薄层灰泥岩,局部夹中层状砂屑灰岩。渔峡口、高坪、建始等地,总体以薄层状为主,该段中上部发育数米厚毫米—厘米级灰泥岩。恩施—利川一带则以中—薄层状灰泥岩为主,局部中层状,中上部夹一层至数层中—厚层状微晶白云岩。该段厚度变化范围207～571 m。

嘉陵江组三段:下部以厚层—块状微晶白云岩、岩溶角砾岩为主；中部总体以白云岩为主；恩施—宣恩一带上部夹白云质灰岩、炭质页岩夹层。该段岩溶角砾岩发育厚度相对较大，表明其具备短期暴露特征。厚度变化范围112～185 m。在恩施—利川一带,嘉陵江组三段上部发育炭质泥岩(图2),岩溶角砾岩不甚发育,表明嘉陵江组三段沉积时期为潮坪相沼泽亚相沉积。与建始—长阳一带以厚层白云岩、岩溶角砾岩为特征的蒸发台地相沉积组合明显不同,反映不同的沉积环境。巴东野三关一带呈连续沉积,浅紫红色白云质灰岩不发育;西部地区嘉陵江组三段与二段主要以一套浅紫红色白云质灰岩连续过渡,代表短期暴露沉积,基本无剥蚀;研究区东南部则可识别出沉积间断界面,代表其盆地展布形态总体为南高北低,东高西低。

2 嘉陵江组三段与二段接触关系变化特征

通过对1∶20万恩施幅[11]、1∶25万建始幅[12]、1∶5万恩施等五幅、1∶5万高店子等四幅区调资料综合分析,结合路线调查过程中嘉陵江组三段与二段接触关系变化进行野外露头识别和素材收集,总体上具有如下表现特征:

图1 研究区地质图Fig.1 The geologic map of study area

2.1 恩施—宣恩、巴东野三关一带连续沉积特征

该带嘉陵江组三段与二段连续沉积,但在岩性组合上存在一定的差异。恩施—宣恩一带(图2、图3),二段岩性变化特征为:灰色薄层灰泥岩—灰色中层状灰泥岩、砂屑灰岩—浅灰色中层状白云质灰岩;嘉陵江组三段下部岩性变化特征为:浅灰色中—厚层状灰质白云岩,向上发育厚层状微晶白云岩、岩溶角砾岩,中上部发育多套灰岩与炭质泥页岩互层或夹层沉积。显示由开阔台地过渡为局限台地,向上由于岩性组合的变化可识别为沼泽亚相。

图2 不同位置接触界面变化图Fig.2 The contact interface in different area1.微晶灰岩;2.砂屑灰岩;3.白云质灰岩;4.灰质白云岩;5.微晶白云岩;6.角砾白云岩。

巴东野三关一带嘉陵江组二段以中—薄层状微晶灰岩向上过渡为白云质灰岩;三段底部为厚层状微晶白云岩,局部砂屑白云岩,向上可见岩溶角砾岩。为连续沉积特征。

2.2 建始高坪—巴东清太坪一带连续沉积并有间歇短时暴露的沉积特征

该带可细分为两种样式:一种发育于建始高坪—清太坪(清江北岸)一带,嘉陵江组二段以中—薄层状微晶灰岩为主,顶部过渡为中层状砂屑灰岩、白云质灰岩,表现为水体持续变浅的特征,与嘉陵江组三段的接触界线在横向上为一波曲面,波曲面上部为具溶蚀孔洞的浅紫红色白云岩,向上孔洞逐渐减少至消失(图4-B,图5-A、B、D)。其上一般发育一套岩溶角砾岩,代表水体动荡并伴有间歇暴露的特征。

另一种见于清太坪南部一带,嘉陵江组二段上部岩性与建始高坪一带类似。但三段以岩溶角砾岩或渣状破碎的灰质白云岩、白云岩与嘉陵江组二段接触,接触面呈波曲状,反映短期暴露剥蚀,并有岩溶崩塌的特征(图4-A,图5-C)。

3 区域对比

通过对调查区剖面资料[11-13]对比(图6),认为三叠纪嘉陵江组沉积时期,沉积古地理在横向上存在较明显变化。

嘉陵江组沉积特征在区域上具有明显变化(图6)。嘉陵江组一段在区域内厚度不大,总体以厚层—块状微晶白云岩、岩溶角砾岩为主。巴东响水洞剖面角砾岩不发育,沉积水体相对较深;大龙坪剖面以颗粒白云岩、岩溶角砾岩为主,代表沉积水体最浅的位置。因此,在嘉陵江组一段沉积时期,由北向南沉积水体逐渐变浅。

图3 恩施—宣恩一带T1j3/T1j2连续过渡接触特征Fig.3 T1j3/T1j2 contact characteristics in Enshi-XuanenA.恩施西;B.宣恩椒园;C.恩施天桥;D.宣恩椒园嘉陵江组三段中上部的炭质页岩层。

图4 沉积间断特征图Fig.4 The sketch showing the characteristics of depositional break1.微晶灰岩;2.白云质灰岩;3.微晶白云岩;4.具溶蚀孔洞白云岩;5.角砾岩;6.白云质泥岩。

嘉陵江组二段以灰岩为主。厚度较大。五峰大龙坪剖面以颗粒灰岩、砂屑灰岩、生物扰动灰岩为主,代表沉积时期水动力较大,水体较浅;巴东响洞坪剖面以薄层微晶灰岩为主,局部夹白云岩;巴东龙潭坪剖面则以薄层—微薄层灰岩为主。因此,从岩性变化规律分析可知,在嘉陵江组二段沉积时期,巴东龙潭坪剖面位置水体最深,且水体较为安静,向南至大龙坪、向北响洞坪剖面则表现为水体逐渐变浅。在嘉陵江组三段与二段的接触关系上,调查区南部、西北部则表现为强烈发育的溶蚀空洞及岩石的氧化色,反映沉积水体极浅,接近暴露面。

4 研究区岩相古地理特征

通过上述研究,认为嘉陵江组三段沉积早期,调查区存在明显的相变特征(图7),古地理表现为中东部呈近东西向的凸起,当海平面下降时出现短时暴露,恩施及其南部沉积水体相对较深,嘉陵江组三段中上部发育一至两套炭质泥页岩层为台地相沼泽亚相沉积特征。向北至建始及野三关一带主要为厚层微晶白云岩,间夹岩溶角砾岩,三段则主体以微晶白云岩为主,间夹岩溶角砾岩,表现为局限台地相沉积特征。高坪—清太坪及其南部一线,则以浅紫红色碳酸盐岩的发育为特征,嘉陵江组三段与二段的接触面呈现波曲特征,为蒸发台地相沉积特征,并于泗井乡发生短时暴露而剥蚀。

图5 典型露头照片Fig.5 The typical outcrop photograph A.高店子嘉陵江组二段顶部暴露特征;B.清太坪中北部嘉陵江组二段浅肉红色微晶灰岩;C、D.清太坪南部嘉陵江组二段与三段沉积间断;E.枝柘坪嘉陵江组二段顶部厚层白云质灰岩;F.清太坪嘉陵江组二段顶部岩溶构造。

图6 嘉陵江组区域对比图Fig.6 The regional correlation chart of the Jialingjiang formation plane section in the workplace1.砂屑灰岩;2.微晶灰岩;3.蠕虫状灰岩;4.白云质灰岩;5.微晶白云岩;6.岩溶角砾岩。

5 结语

本次研究认为,嘉陵江组三段—二段沉积时期,相对海平面发生多次动荡,导致岩性变化频繁,形成沉积间断和短时暴露特征。通过对上述沉积间断等标志的识别,确定了该区在沉积时期为蒸发台地—局限台地—开阔台地的沉积规律,也是全球海平面变化的结果。

图7 调查区嘉陵江组三段沉积期岩相古地理图Fig.7 The sketch showing the depositional model of the upper Jialingjiang formation1.灰岩;2.白云岩;3.岩溶角砾岩;4.具溶蚀孔洞白云岩;5.灰质白云岩;6.炭质泥页岩。

嘉陵江组三段与二段沉积时期发生的沉积变化,是对区域构造作用的沉积响应,至少代表了沉积期间调查区发生过一次构造变化作用,对于这次构造的强度及影响范围,需要今后收集更广泛的资料进行印证。

[1] Barrell J.Rhythms and the measurement of geologic time[J].Geol Soc America Bull,1917,28(1):745-904.

[2] Sadler P M.Sediment accumulation rates and the completeness of stratigraphic sections[J].Journal of Geology,1981,89(5):569-584.

[3] Tipper J C.Rates of sedimentation and stratigraphic completeness[J].Nature,1983,302:696-698.

[4] Crowley K D.Filtering of depositional events and the completeness of sedimentary sequence[J].Jour Sed Petrology,1984,54(1):127-136.

[5] Friend P F,Johnson N M,McRae L E.Time-level plots and accumulation rates of sediment sequence[J].Geol Mag,1989,126(5):491-498.

[6] Beer J A.Steadiness and lithologic completeness,Bermejo basin[J].Journal of Geology,1990,98(4):501-517.

[7] McRae L E.Paleomagnetic isochrons,unsteadiness,and non-uniformity of sedimentation in Miocene fluvial strata of the Siwalik group,northern Pakistan[J].Journal of Geology,1990,98(4):433-456.

[8] McRae L E.Paleomagnetic isochrons,unsteadiness,and non-uniformity of sedimentation in Miocene intermontane basin sediments at Salla,eastern Andean cordillera,Bolivia[J].Journal of Geology,1990,98(4):479-500.

[9] Sadler P M,Strauss D J.Estimation of completeness of stratigraphical sections using empirical data and theoretical models[J].Journal of the Geological Society,London,1990,147(5):471-485.

[10] 吴智勇,郭建华,吴东胜.沉积间断与地层完整性估测[J].石油与天然气地质,1997,18(3):183-188.

[11] 湖北省地质局区域地质测量队.1∶20万恩施幅、五峰幅区域地质调查报告[R].武汉:湖北省地质局区域地质测量队,1984:15-85.

[12] 湖北省地质调查院.1∶25万建始幅、宜昌幅区域地质调查报告[R].武汉:湖北省地质调查院,2006:102-117.

[13] 武汉地质调查中心.1∶5万火烧坪幅、贺家坪幅、资丘幅、都镇湾幅区域地质调查报告[R].武汉：武汉地质调查中心,2010:231-269.

(责任编辑：于继红)

Identification of Depositional Break between the Middle and the Upper JialingjiangFormation of Lithofacies Paleogeography,Enshi Area of Western Hubei

LI Peng1, ZHANG Xiangyang1, ZHU An’an1, YUAN Yonghong2, MAO Qixi1, WU Long1, LI Zhonglin1

(1.HubeiInstituteofGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034; 2.SixthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xiaogan,Hubei432000)

Former profiling data considers that it is successive sedimentation during Late Permian epoch to Early Triassic epoch in Enshi of western Hubei. Nevertheless,under this research,it also has depositional break in local area between the middle and upper Jialingjiang Formation (T1j3/T1j2) through the method of comparative analysis of stratigraphic section. In this area,it generally shows variation characters from open-platform to local-platform and to evaporate-platform,having great influences on recovering paleogeograghy in Early Triassic period.

depositional break; lithofacies paleogeography; the middle and the upper Jialingjiang Formation

2015-04-16;改回日期:2015-12-23

中国地质调查局地质调查项目(12120114066101)。

李朋(1984-),男,工程师,矿产普查与勘探专业,从事区域地质、构造—地层方面的研究工作。E-mail:pengli198666@163.com

P534.51; P586

A

1671-1211(2016)01-0006-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201601002

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160108.1345.002.html 数字出版日期:2016-01-08 13:45