不规则状灰岩的成因及其岩相古地理意义

刘道彬，陈 浩，徐锦龙，汪雅菲

(1. 安徽省地质调查院，安徽 合肥 230001； 2. 山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)

不规则状灰岩的成因及其岩相古地理意义

刘道彬1，陈 浩2，徐锦龙1，汪雅菲1

(1. 安徽省地质调查院，安徽 合肥 230001； 2. 山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)

碳酸盐岩作为海相沉积的重要组成部分，其产出常与一定的沉积相、事件沉积、成岩作用、古地理和构造作用相关联。以皖南石台—黟县一带寒武—奥陶系为例，共识别出瘤状泥质灰岩、干裂纹灰岩、竹叶状砾屑灰岩、条带状泥质灰岩、纹层状灰岩、透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩等7种不规则状灰岩，并分析其岩石学特征和成因差异，判断其对沉积相判断、古地理恢复和构造演化具有重要意义。

不规则灰岩；岩相古地理；寒武—奥陶系

0 前 言

碳酸盐岩作为海相沉积的重要组成部分，其不同类型碳酸盐岩的产出常与一定的沉积环境及构造背景有关。近年来，地质学者对不规则状灰岩的研究存在浓厚的兴趣，将不规则灰岩与事件沉积、成岩作用和构造作用关联起来，在解决其岩石学特征，沉积相演化，特别对岩相古地理具有重要意义[1]。

本项目以皖南石台—黟县一带寒武—奥陶系碳酸盐岩为研究对象，对各类碳酸盐岩进行较为详细的研究，分析各类不规则碳酸盐岩的岩石学特征，进而分析其成因和形成机制，拟初步尝试不规则状灰岩在解决岩相古地理中的作用。

1 区域地质概况

研究区位于扬子板块东部，江南隆起带北侧，自北向南分别跨越了江南过渡带、太平坳褶带和江南基底隆起区3个次级构造单元。地层隶属于下扬子地层分区芜湖—石台地层小区和江南地层分区广德—休宁地层小区。区内下扬子和江南两个地层分区寒武纪—奥陶纪地层发育齐全，出露完好，界线清晰，不规则状灰岩极其发育，主要分布于寒武纪杨柳岗组、团山组、青坑组、华严寺组、西阳山组和奥陶纪大坞仟组、里山仟组、印者埠组、砚瓦山组、东至组、牯牛谭组、宝塔组，其表现形式主要有：瘤状灰岩、干裂纹灰岩、竹叶状砾屑灰岩、条带状灰岩、纹层状灰岩、透镜(豆荚)状灰岩、含灰岩透镜体钙质泥岩等。

2 不规则状灰岩的特征

皖南石台—黟县一带寒武—奥陶系出露较好，沉积厚度较大，岩石类型多样，具体如下。

2.1瘤状泥质灰岩

研究区瘤状灰岩(图1a)主要分布于杨柳岗组、团山组、青坑组、红花园组(少量)、东至组、牯牛谭组、宝塔组、汤头组和砚瓦山组。瘤状灰岩多呈灰、深灰、紫红色，薄到中层状，由瘤体和基质两部分组成。

瘤体多为灰色，大小不一，粒径0.3～6 cm，占岩石体积的35%～70%，常呈不规则条带状、似椭球状和疙瘩状，长轴方向大致平行层面排列，瘤体间无明显位移、无搬运、磨圆和分选的迹象。成分主要为微晶灰岩、含泥质微晶灰岩，偶见少量生物碎屑，主要为三叶虫(为主)、棘皮动物和介形虫。瘤体内部缝合线和黏土膜较为发育，大致呈锯齿状和束状，将瘤体分割成不规则小块体。基质颜色较深，呈黄褐、深灰色，较瘤体泥质成分明显增高，成分主要为钙质泥岩和含钙泥岩，组成矿物主要为粘土矿物，泥晶方解石，偶见生物碎屑。缝合线发育，大体顺层排列，内部见较多的有机质。瘤体和基质的成分差异明显，造成岩石表面凹凸不平，部分瘤体遭受风化淋滤，形成孔洞或蜂窝状，表现形式主要有条带状、断续状和杂乱状。

a东至组瘤状泥质灰岩；b牯牛潭组干裂纹灰岩；c团山组砾屑灰岩；d团山组窄条带泥质灰岩；e青坑组窄条带泥质灰岩；

2.2干裂纹灰岩

干裂纹灰岩(图1b)仅分布于宝塔组，为晚奥陶世的标志层。

岩石常为紫红色，层面上凹凸不平，隆起形似宝塔，塔周缘泥质含量高、易风化而呈凹槽，塔高0.2～3 cm，底径2～5 cm，边缘相连，形成似网格状。网格状可能与缝合线有密切的关系，水平和垂直两组缝合线组成整体轮廓。水平缝合线延伸较远，且截切垂直缝合线，线幅0.3～2.5 cm，宽1～4 cm；垂直的缝合线延伸较短，线幅0.1～1.2 cm，密度2～4条/10 cm。水平缝合线和垂直缝合线与塔形关系密切，水平缝合线的间距控制了塔高，垂直缝合线限制塔的平面发展。塔与基质成分差异较大，塔内钙质成分较高，生物含量较高，主要为棘皮动物、腕足类、腹足类和介形虫等。基质内粘土矿物含量较高，缝合线位置特别高，同时见少量陆源碎屑。

2.3竹叶状砾屑灰岩

竹叶状砾屑灰岩(图1c)主要分布于团山组、大坞圲组、西阳山组和杨柳岗组局部。砾屑灰岩的厚度不等，从20 cm～3 m，往往呈正粒序或由逆粒序到正粒序。

砾屑呈不规则状、条带状，大小不一，砾径1～8 cm，多呈板条状、小字型、倒小字型等。砾屑成分往往与所处部位有关，主要为泥质灰岩，条带泥质灰岩等。基质为泥晶方解石，成分和砾屑差距不大，但是泥质含量明显增高。

2.4条带状灰岩

条带状灰岩主要位于团山组、青坑组、华严寺组和西阳山组，各组岩性差异不大。根据条带的表现形式可分为两类。

1)窄条带泥质灰岩

窄条带泥质灰岩(图1d)主要发育于团山组，由泥质泥晶灰岩与泥晶灰岩相间而构成条带状，前者条带较规则，宽度多在0.5～3 cm间，常为深灰色，毫米级纹层较发育；后者条带则多不连续，常呈扁豆状或长透镜状。

2)宽条带泥质灰岩

宽条带泥质灰岩(图1e)主要发育于青坑组，由泥质泥晶灰岩与泥微晶灰岩相间而构成条带状，前者常不规则，易形成疙瘩状，宽度多在3～5 cm间，纹层常不发育；后者作为填隙物，不规则的分布于条带之间。

2.5纹层状灰岩

纹层状灰岩(图1f)主要位于杨柳岗组和华严寺组。毫米级纹层极其发育，偶见微波状纹层，不具条带状构造。层面极其平整，层厚较为稳定，单层厚10～20 cm左右，泥质和炭质成分较高，易风化淋漓而成叶片状，偶见黄铁矿。

2.6透镜(豆荚)状灰岩

透镜(豆荚)状灰岩(图1g)主要位于大陈岭组、西阳山组、印渚埠组、里山圲组和砚瓦山组，与瘤状泥质灰岩类似，但灰岩透镜体含量较瘤体明显较少，透镜体较大，长轴方向顺层排列，呈扁豆状，成分和基质差异不大，主要为泥晶方解石，占岩石体积的15%～30%，大小(4～15)cm×(1～5)cm，透镜体边缘可见泥质含量明显增多，举办透镜体消失，形成孔洞。

2.7含灰岩透镜体钙质泥岩

含灰岩透镜体钙质泥岩(图1h)主要发育于西阳山组、印渚埠组、里山圲组、砚瓦山组和黄泥岗组。透镜体与基质成分差异较大，透镜体主要为泥质泥晶灰岩，大小(3～5)cm×(2～3)cm。基质主要为粘土矿物和钙质。灰岩透镜体易丢失形成串珠状和不规则状孔洞。

3 不规则状灰岩的成因

3.1瘤状泥质灰岩

目前关于瘤状灰岩成因仍存在较大的争议，争论的焦点主要集中于为“瘤体”是原生的，还是后生的？是在浅水中形成的，还是在深水中形成的？关于瘤状灰岩的成因的研究较多，前人提出各异的解释，主要有：海底溶解说、成岩分异说、差异压实说、压溶说、沉积期滑塌作用说、海底原地胶结作用说、暴露成因说[2]。

研究区根据其岩性、岩相和沉积构造差异，研究区瘤状灰岩大体可分为两种成因。

1)杨柳岗组、团山组、青坑组和砚瓦山组瘤状灰岩应为原生和较深水平静环境中受周期性底流溶解和差异性压实和压溶共同作用的产物。

碳酸盐在沉积过程中，由于水体相对较深，温度、组分和底流的共同作用，使得不同时期CaCO3含量的差异，造成了海底沉积的碳酸盐的差异，进而安静水体中沉积了微晶灰岩瘤体和底流溶解作用沉积了钙质泥岩基质，随着周期性底流的反复影响，造成了碳酸盐岩和钙质泥岩的互层沉积，形成了早期瘤状灰岩的原岩。在上覆沉积物(岩)的压力作用下，碳酸盐岩层易被拉断形成串珠状，随着压实和压溶作用的增强，串珠状分隔成大小不一、形状多样的瘤体，并伴随有缝合线构造。基质钙质泥岩被挤压，在其两个界线处形成不规则的缝合线和黏土膜，导致了瘤状灰岩不同的表现形式。随着压实和压溶强度的增大，形成了条带状、断续状、杂乱状。

2)红花园组、东至组、牯牛谭组、宝塔组、汤头组瘤状泥质灰岩与暴露成因作用有关。

灰泥沉积层间歇性地暴露干裂，移位磨蚀，并被后期沉积物充填胶结。如区内红花园组生物化石丰富，岩石具亮晶砂屑、球粒和鲕粒，显示其为潮下高能台地边缘浅滩环境，经常暴露于地表，岩石层面常呈现波状，层面间隙内砂质和泥质成分特别高(地表水或地下水带来的黏土物质充填于瘤体之间的裂隙)，有利的证明了间歇性地暴露，再充填胶结而形成。

3.2干裂纹灰岩

干裂纹灰岩的成因一般众说纷纭，如“干缩说”、“水下收缩说”、“同生物变形说”和“叠层石成因说”等，大部分人认为是沉积蒸发成因[3]。

总之，干裂纹灰岩的成因与其所处的特殊的古环境古气候有密切的关系，紫红色可能与富铁有关，可能形成于潮下局限台地环境，具有正常温度和含盐度的低能水体环境。

3.3竹叶状砾屑灰岩

竹叶状砾屑灰岩的成因一直存在着较大的争议，大体可归纳有沉积成因、成岩成因和沉积成岩成因[4]。

测区内竹叶状砾屑灰岩，大体可分为两类。

沉积成因：团山组，可作为斜坡环境的良好标志，在开阔—半局限海环境，水体相对比较安静，沉积的各类灰岩在风暴的作用力下破裂形成灰岩砾屑，经过风暴作用的搬运磨蚀再沉积形成。砾屑之间的充填物主要为灰质。

成岩成因：大坞圲组、西阳山组和杨柳岗组，其形成可能与透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩类似，特点为基质主要以泥质为主，砾屑与层面角度较小。

3.4条带状灰岩

条带状灰岩较为发育，看似非常简单的灰岩，其形成机制较为复杂。条带状灰岩中，条带成层性稳定，一般为较纯的薄层灰岩条带，有时呈扁豆状、长透镜状或石香肠状，条带发生横向变化的原因可能主要与底流作用有关系，可能为等深流或颗粒流作用的结果。根据其岩性和沉积构造特征，初步判断窄条带泥质灰岩可能形成于斜坡环境；宽条带泥质灰岩形成于斜坡和开阔台地环境。

3.5纹层状灰岩

纹层状灰岩沉积反映了沉积水体较为安静，一层泥晶灰岩，一层钙质泥岩/泥质灰岩沉积，可能预示了超高频的海平面变化，可能与日月变化相关联，形成于较为安静局限的陆棚—陆棚内缘环境。

3.6透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩

透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩主要发生于碳酸盐饱和面附近，在方解石补偿面以上，碳酸盐的供给大于溶解，沉积透镜(豆荚)状灰岩，在补偿面以下方解石的供给小于溶解，因方解石的不足而以泥质的粘土矿物沉积占主导地位，故而沉积含灰岩透镜体钙质泥岩，形成于陆棚—大陆斜坡位置，受洋流的周期作用和方解石补偿面的影响。

透镜(豆荚)状灰岩：碳酸盐饱和面以上，在某一凝核的作用下就会发生凝结沉淀，围绕凝核碳酸盐逐渐胶结变大，主要成为泥微晶方解石，基质将其包裹，外貌上形似透镜状、豆荚状，基质较透镜泥质含量高的多。

含灰岩透镜体钙质泥岩：碳酸盐饱和面附近偏下，碳酸盐灰泥和泥质层交互沉积，刚沉积的碳酸盐灰泥由于上覆水体和沉积物的压力作用，发生变形，粘土矿物颗粒细小，具有吸附性和充水性，成岩同生期和早期由于碳酸盐胶结的速度比粘土矿物固结的速度快，抗压强度较粘土大，使得碳酸盐灰泥有的地方变薄，有的地方尖灭，形成透镜、豆荚状、链条状，透镜体较基质灰质明显高，泥质明显低，进而形成了含灰岩透镜体钙质泥岩。

4 不规则灰岩的古地理意义

岩相古地理研究注重基础地质工作研究，通过重建地质历史时期的海陆分布、构造背景、盆地配置和沉积演化过程来恢复原始沉积环境，进而达到了解地质演变历史，并总结出演变过程中海陆变迁、古气候、沉积区与剥蚀区交替的古地理特征，从而了解沉积物在不同沉积环境下的沉积特征及其分布规律。

碳酸盐岩中不规则灰岩在古地理恢复中具有重要的指导作用，如：瘤状泥质灰岩是成岩作用或者暴露的良好标志；砾屑灰岩是斜坡相的良好标志；干裂纹灰岩是暴露的良好标志；透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩是相对深水的陆棚环境的良好标志；纹层状泥质灰岩是安静水体沉积的良好标志；华北寒武纪软沉积物滑塌构造应解释为地震触发，而非风暴或其他因素，对解释华北的沉积相和构造演化具有重要意义。

总之，我们在野外工作过程中，应更注重不规则状灰岩资料的收集，其在解决沉积相演化和岩相古地理恢复中具有意想不到的作用。

5 结 论

皖南石台—黟县一带寒武—奥陶系岩石类型多样，具体可细分为瘤状泥质灰岩、干裂纹灰岩、竹叶状砾屑灰岩、条带状泥质灰岩、纹层状灰岩、透镜(豆荚)状灰岩和含灰岩透镜体钙质泥岩等。不同类型的不规则灰岩其成因上存在较大的差异，其不仅能反映其水动力条件，沉积水体的深浅，沉积相特征、事件沉积，还能反映其受到的成岩作用过程。在解决沉积相分析和岩相古地理构造过程中，往往能起到指导性作用，对古地理恢复和构造演化具有重要意义。

[1] 冯增昭，吴胜和. 下扬子地区中下三叠统青龙群岩相古地理研究[M]. 昆明: 云南科技出版社，1988.

[2] 韩树棻. 安徽沿长江地区下三叠统瘤状灰岩成因研究[J]. 地质科学, 1983, 18(3): 232-238.

[3] 许效松，万方，尹福光，等. 奥陶系宝塔组灰岩的环境相、生态相与成岩相[J]. 矿物岩石，2001, 21(3): 64-68.

[4] 孟祥化，乔秀夫，葛铭. 华北古浅海碳酸盐风暴沉积和丁家滩相序模式[J]. 沉积学报，1986, 4(2): 133-136.

ABriefDiscussiononGenesisofIrregularLimestoneandItsLithofaciesPalaeogeographicSignificance

LIU Daobin1，CHEN Hao2，XU Jinlong1，WANG Yafei1

(1.GeologicalSurveyofAnhuiProvince,Hefei,Anhui230001,China; 2.LunanGeo-EngineeringExplorationInstituteofShandongProvince,Yanzhou,Shandong272100,China)

Carbonates, as an important component of marine sediments, has its output always associated with certain sedimentary facies in deposition event, including diagenesis, palaeogeography and Geological structure. Taking the Cambrian-Ordovician in the Shitai-Yixian area of southern Anhui as an example, we have identified 7 types of Irregular limestone, including nodular argillaceous limestone, dry cracked limestone, bamboo-like gravel limestone, banded argillaceous limestone, stratified limestone, lenticular(pods) limestone and calcareous mudstone with limestone lens. Also, we have analyzed its petrological characteristics and genetic differences to determine the sedimentary facies, including restoration the paleogeography and structure evolution.

Irregular limestone; Lithofacies palaeogeography; Cambrian-Ordovician

2017-08-22

中国地调局地质调查项目(1212011120851)；安徽省国土厅公益性项目( 2013-g-27)联合资助。

刘道彬(1981-)，安徽霍邱县人，工程师，研究方向：基础地质调查，手机：18656008900，E-mail：445373016@qq.com.

P588.2

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.006