下扬子鄂东南南华系莲沱组—南沱组岩性特征及岩相古地理

许露露, 龚志愚, 徐 聪, 赵雪松, 翁茂芝, 罗 红

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

1 区域地质背景

华南地区南华纪具有全球对比意义的冰期沉积记录分布广泛,是华南前寒武纪基础地质问题研究的一大热点[1-3]。近年来,不同学者从岩石地层特征、高精度测年分析及冰期事件的分析等对南华系地层做了大量研究工作[4-9],依据出现冰期或寒冷事件将南华系地层划分为下、中、上三统的地层格架基本确立,南华系地层从下至上被划分为莲沱组、古城组、大塘坡组和南沱组[10]。研究区位于鄂东南下扬子地层区,南部与江南地层区交界。与鄂西地区相比[11-15],鄂东南南华系研究程度相对较低[16]。因此对鄂东南南华系莲沱组—南沱组岩石地层特征进行分析,可以丰富鄂东南地区南华系的地质资料,同时可将不同地区南华系地层进行对比,进一步分析该区岩相古地理特征。

2 剖面介绍

2.1 湖北省通山县郭源村南华系莲沱组—南沱组实测地层剖面

郭源村莲沱组—南沱组地层剖面位于湖北省通山县沙洲店乡郭源村(图1),交通便利,地层露头良好,顶底界线清晰。通过对通山县沙洲店幅南华系地层进行地层剖面测量,一方面对调查区岩性组合特征、砾石发育特征、各地层接触关系及沉积环境进行分析;另一方面,可以与邻区进行对比,更加详实反映南华系区域横向变化,查明南华系地层空间变化,提高其研究程度(图2)。

图1 研究区郭源村南华系实测剖面位置图Fig.1 Location map of actual measured section of South China System in Guoyuan Village1.Nh1l+Nh1n;2.Z1d—S1x;3.花岗岩;4.变质岩;5.逆断层;6.剖面位置;7.地名。

上覆地层:陡山沱组(Z1d)深灰色含碳页岩。页片状构造,风化后呈灰白色。

图2 通山县郭源村南华系莲沱组—南沱组实测地层剖面图Fig.2 Actual stratigraphic profile of Liantuo-Nantuo Formation of South China System in Guoyuan Village, Tongshan County

南沱组(Nh3n)

13.97 m

13. 灰色中—厚层状冰碛含砾细砂岩。砾石成分主要为石英,灰白色,直径2～15 mm,含量2%～5%。

11.82 m

12. 灰色厚层状冰碛含砾粉砂岩。砾石为灰、灰白色,成分为石英、细砂岩,椭圆状,直径2～5 mm,含量约2%。

2.15 m

莲沱组(Nh1l)

65.20 m

11. 灰色块状变质不等粒长石石英砂岩。

2.50 m

10. 灰绿色厚层状变质中—细粒长石石英砂岩。

23.90 m

9. 灰色厚层—块状变质含砾中粗粒长石石英砂岩,夹少量灰色中层状变质粉砂岩。砾石成分为石英,灰色、灰白色,椭圆状、次棱角状,直径2～4mm,含量约5%。

23.95 m

8. 灰色厚层—块状变质含砾中粒长石石英砂岩。砾石成分为石英,灰色、灰白色,椭圆状、次棱角状,直径2～8 mm,含量5%～8%。

1.93 m

7. 灰色厚层状变质含砾不等粒长石石英砂岩,夹一层30 cm厚灰色中层状含铁含砂粉砂质水云母粘土岩。

2.41 m

6. 灰绿色中—厚层状变质细粒长石石英杂砂岩。局部石英团块发育,团块不规则状,直径10～70 cm。

4.82 m

5. 灰色厚层状含砂粉砂质黑云绢云母板岩与厚层状含砾细砂岩互层。

3.76 m

4. 灰色厚层状变质砂质复成分砾岩。砾石成分主要为石英,灰白色为主,少量深灰色,次圆状、椭圆状,磨圆度较好,分选性一般,砾径一般3～15 mm。砾石含量40%～50%,基底式胶结,填隙物为细砂、硅质。上部砾石砾径变小,含量减少。

1.93 m

下伏地层:大药姑组(Qbd)灰绿色中—厚层变质含砾不等粒长石石英砂岩与灰绿色中层状变质含铁粉砂质绢云母板岩互层。

2.2 湖北省通山县四斗朱水库南华系莲沱组—南沱组地层剖面

剖面位于通山县城以北5km处,郭源村剖面西北方向约60 km处。剖面位于水库公路旁,交通便利,地层出露良好,顶底界线清晰。

上覆地层:陡山沱组(Z1d)灰褐色粘土层,向上为灰黑色薄层硅质岩。

南沱组(Nh3n)

94.31 m

7. 灰色块状含巨砾冰泥岩,砾石含量约20%;见较多石英质及砂质、花岗质砾石,砾径可达30～40 cm,主 要 集 中 在3～6 cm,次棱角状—次圆状,基质为深灰色泥岩。

16.35 m

6. 下部灰绿色含砾泥岩,砾石含量10%～15%,砾径3～10 cm。次棱角—次圆状;成分为石英质、硅质。

77.96 m

大塘坡组(Nh2d)

1.95 m

5. 黑色薄层状炭质锰质条带状含黄铁矿泥岩,见水平层理。

古城组(Nh2g)

7.66 m

4. 顶部为80 cm厚灰白色条带状粉砂岩,水平层理发育。主要岩性为青灰色块状含砾不等粒花岗质砂岩,砾含量约20%,砾径以2～4 mm 为主,最大可达3 cm,次棱角—次圆状。

莲沱组(Nhll)

363.55 m

3. 灰色—灰紫色中厚层状岩屑细砂岩与中层状粉砂岩互层。水平层理发育。

252.97 m

2. 紫红色厚层状细砾岩与粗砂岩不等厚互层,砾砂比为7∶3,向上砂岩增多、单层增厚。砂岩层内可见冲刷面,冲刷面中偶见砾石,大型楔状层理板状、斜层发育。

107.97 m

1. 青灰色块状变质含砾中粗粒石英砂岩,底部有10 cm底砾层,砾径2～5 cm,主要为次圆状,砾石成分主要为石英质。

2.61 m

下伏地层:大药姑组(Qbd)灰绿色厚层状变余纹层状含细砂绿泥绢云板岩。

3 地质特征

3.1 岩石地层特征

3.1.1莲沱组

郭源村一带,莲沱组与下伏冷家溪群大药姑组地层呈角度不整合接触关系(图3-a)。以灰色厚层状石英砾岩的出现为地层划分标志,底部为变质砂质复成分砾岩(图3-b),以灰白色石英砾岩为主,少量深灰色砾石,次圆状、椭圆状,磨圆度较好,分选性一般,砾径一般3～15 mm。中部以变质含砾不等粒长石石英砂岩为主,夹少量变质粉砂岩或绢云母板岩,中部砾石含量变少,砾径变小,几乎全部为石英砾石(图3-c)。上部为灰—灰绿色厚层状变质不等粒长石石英砂岩,砾石基本消失(图3-d)。莲沱组总厚度65.2 m,砾石成分比较单一,几乎都为石英砾石,含量5%～8%,砾石直径3～15 mm,磨圆较好,分选较差,由下往上砾石呈现由多变少的分布特点。

图3 通山县郭源村莲沱组岩性特征Fig.3 Lithological characteristics of Liantuo Formation in Guoyuan Village, Tongshan County

四斗朱水库一带,莲沱组与下伏冷家溪群大药姑组地层呈平行不整合接触关系。以青灰色块状变质含砾中粗粒石英砂岩底部10 cm底砾层作为莲沱组与下伏冷家溪群大药姑组地层的分界标志。厚度363.55 m。下部主要发育砾岩与含砾砂岩,砾径2～50 mm,岩石多呈紫红色,平行层理、大型板状斜层理发育。上部灰绿色厚层—块状岩屑细砂岩夹薄层粉砂岩,水平层理发育。总体厚度363.55 m。与郭源村莲沱组相比,横向上厚度变化较大。

3.1.2古城组

古城组仅在通山县四斗朱水库一带见及,以青灰色块状含砾冰碛砂岩为主,顶部灰白色条带状粉砂岩,总体厚度7.66 m。古城组与莲沱组接触界面平直,岩层产状一致,未见明显剥蚀现象等沉积间断标志。

3.1.3大塘坡组

大塘坡组仅出露于通山县四斗朱一带,岩性为黑色薄层状炭质锰质条带状含黄铁矿泥岩,见水平层理,总厚度1.95 m。与南沱组之间无明显的剥蚀现象,为整合接触关系。

鄂西长阳地区古城组与大塘坡组厚度26.72 m,鄂东南古城组与大塘坡组沉积厚度较薄,厚度29.61 m。

3.1.4南沱组

郭源村一带,南沱组直接平行不整合于下伏莲沱组之上,缺失古城组和大塘坡组。南沱组地层以莲沱组石英砂岩的消失,灰色厚层状冰碛含砾粉—细砂岩的出现为分界标志,界线平直,界线两侧产状基本一致(图4-a)。南沱组地层下部岩性为灰色厚层状冰碛含砾粉砂岩,砾石为灰白色,成分为石英、细砂岩,椭圆状,直径2～5 mm,含量约2%。中上部岩性为灰色中—厚层状冰碛含砾细砂岩,砾石成分主要为石英,灰白色,直径2～15 mm,含量2%～5%。总体上,南沱组砾石成分单一,含量稀少,砾径相比莲沱组小,砾石多呈次棱角状—次圆状,分选磨圆较好(图4-b)。本组由下往上具砂岩颗粒变粗、砾石含量增多的变化特征;四斗朱水库一带,南沱组冰碛砾岩沉积厚度较大,砾岩呈棱角状—次棱角状,砾石成分复杂,有花岗岩砾石、石英砾石(图5-a)、砂岩砾石及泥岩砾石(图5-b),砾径多分布在5～50 mm。

图4 通山县郭源村南沱组岩性特征Fig.4 Lithological characteristics of Nantuo Formation in Guoyuan Village,Tongshan County

图5 通山县四斗朱水库南沱组砾石特征Fig.5 Gravel characteristics of Nantuo Formation in Sidouzhu Reservoir,Tongshan County

3.2 地层对比

将通山县郭源村南华系地层剖面与通山县四斗朱水库南华系地层剖面及鄂西扬子地层区部分剖面进行地层对比(图6),研究表明,除通山县四斗朱南华系地层剖面以外,南华系与下伏岩层多呈角度不整合接触关系。各剖面莲沱组沉积岩性具有共性特征,莲沱组底部均发育含砾砂岩或者底砾岩,砾石含量较多,往上砾石含量变少,细砂岩和粉砂岩发育较多,由下至上,岩石粒度具有由粗变细的趋势。底砾岩明显发育,下粗上细的二元结构清晰,多发育斜层理,显示出明显的河流相—滨岸相沉积特征。但不同剖面也表现出不同地质特征。莲沱组在鄂西长阳古城和佑溪剖面,砾石砾径大,直径可达10 cm以上。在鄂东南砾径较小,直径在3～15 mm。表明莲沱组沉积时间,长阳地区离物源区更近。在鄂东南四斗朱和郭源村,莲沱组也呈现不同的地质特征。四斗朱水库剖面沉积厚度较大,为363.55 m,砾石砾径2～50 mm。郭源村剖面厚度小,仅65.2 m,砾石砾径2～15 mm。地层对比表明,沉积厚度和砾石特征的不同是由于距离物源远近和沉积环境的差异所致。

图6 下扬子鄂东南地区与上扬子鄂西地区南华系地层对比图Fig.6 Stratigraphic correlation maps of the South China System between the southeastern part of Lower Yangtze and the western part of Upper Yangtze1.砾岩;2.粗砂岩;3.石英砂岩;4.细砂岩;5.粉砂岩;6.泥岩;7.硅质岩;8.板岩;9.粉砂质板岩;10.平行不整合;11.角度不整合。

图7 研究区南华纪莲沱组沉积期岩相古地理及沉积模式图Fig.7 Lithofacies palaeogeography and sedimentary model map of Liantuo sedimentary Period in South China Period1.古陆;2.粉砂岩—泥岩组合;3.砾岩—泥岩组合;4.砂岩—泥岩组合;5.砂岩—粉砂岩—泥岩组合;6.炭质泥岩组合;7.地层剖面;8.地名;9.断裂;10.推测相区界线;11.研究区范围。

鄂东南通山县莲沱组沉积时期物源来自西北方向鄂中古陆。四斗朱水库剖面距离物源较近,沉积水体较浅,岩石局部呈紫红色,楔状层理板状、斜层理发育。砾石发育,砾径较大,分布范围3～50 mm,为典型的河流相—三角洲平原沉积环境。由于物源充沛,沉积速率较快,因此沉积厚度大。郭源村剖面距离物源较远,沉积水体较深,岩石为灰色—灰绿色,斜层理不发育,砾石砾径较小,成分简单,磨圆分选较好,为海陆过渡相中三角洲前缘亚相—临滨亚相沉积环境,由于物源相对贫瘠,因此沉积厚度小(图7)。

通山郭源村剖面缺失古城组和大塘坡组,通过地层对比发现,无论是鄂西扬子地层区还是鄂东南通山地区,古城组和大塘坡组仅在局部地区发育,而大部分地区表现为沉积间断,这种现象可能是特殊的古地理和古气候变化造成的,在莲沱组晚期沉积,由于古气候变冷冰期将近,海平面下降,使大部分地区暴露地表,导致沉积间断,而缺失古城组和大塘坡组[16]。

各剖面南沱组岩性均由灰色厚层—块状冰碛砾岩、冰碛含砾泥岩和冰碛砂岩组成,且由下至上存在砾石砾径变大的趋势。相对于四斗朱水库剖面,郭源村剖面南沱组厚度较薄,砾石含量少,砾径较小,砾石成分也比较单一,多为石英,分选磨圆较好。两条剖面南沱组沉积厚度的不同及砾石特征的不同,进一步证实郭源村剖面南沱组物源方向为西北方向,距离物源相对较远。

4 结论

(1) 通山县郭源村南华系地层与下伏大药姑组地层呈角度不整合接触,地层往上沉积不连续,缺失古城组和大塘坡组地层。四斗朱水库剖面南华系地层与下伏大药姑组地层呈平行不整合接触关系,发育古城组和大塘坡组;

(2) 郭源村莲沱组岩石颜色多为灰—灰绿色,底部为变质砂质复成分砾岩,砾径3～15 mm,含量5%～8%,磨圆较好,分选较差,由下往上砾岩变少,砂岩增多。南沱组冰碛砾岩南沱组砾石直径2～15 mm,含量2%～5%,砾石成分以石英为主,由下往上砾石增多,砾径变大;

(3) 莲沱组沉积时期,鄂东南地区较鄂西地区距离物源远,砾石含量少,砾径小。四斗朱水库剖面离物源较近,沉积厚度大,岩石局部呈紫红色,斜层理发育,砾石砾径大,为河流相—三角洲平原沉积环境。郭源村剖面离物源较远,沉积厚度小,岩石呈灰—灰绿色,砾石砾径小。为三角洲前缘亚相—临滨亚相沉积环境;

(4) 南沱组沉积时期,四斗朱水库剖面厚度大,砾石成分复杂,砾径大;郭源村沉积厚度较小,砾石成分单一,含量稀少。两条剖面莲沱组和南沱组厚度和砾石成分的不同,确定研究区物源来自西北方向。