双阳地区磨盘山组灰岩中角砾岩的成因探讨

朱书宏，孔凡乾，李 东，苑 强

吉林省区域地质矿产调查所，吉林 长春 130022

0 引言

吉林省中部地区广泛发育晚古生代地层，其中石炭二叠系尤为发育，主要为一套陆缘碎屑岩-碳酸盐岩建造，夹少量火山岩。最早日本人河田学夫(1932)将其命名为吉林层(1)河田学夫.吉林图幅地质说明书(1/40万)[R].伪满洲国地质调查所,1932.。随着1/20万吉林市、磐石县幅区域地质调查工作的开展，长春地质学院吉中区测大队(1961)对该套地层详细的年代-岩石地层综合划分(2)长春地质学院吉中区测大队. 1/20万吉林市、磐石县幅区测报告(手稿)[R].1961.，自下而上划分为鹿圈屯组、磨盘山组、石嘴子组、范家屯组和一拉溪组，并被长期引用[1-3]。需要指出的是，其中的一套碳酸盐岩依据生物(年代)地层学资料，划分出磨盘山组和石嘴子组两个地层单位，时代分别为中石炭世和晚石炭世(石炭纪三分)。由于两组主要岩石均为一套厚层灰岩、燧石条带状灰岩，为台地碳酸盐岩建造，两组划分主要依据古生物化石资料，明显不符合岩石地层学定义，李东津等(1998)将磐石圈岭剖面的石嘴子组上部碎屑岩厘定为石嘴子组后，其它地区的石嘴子组一并归入磨盘山组，时代厘定为晚石炭世[4]。嗣后，周晓东等(2009；2019)进一步厘定其时代为晚石炭世—早二叠世早期[5，6]。笔者近期在双阳地区开展1/5万区域地质调查工作中，于丁家村一带磨盘山组灰岩中发现一套角砾岩，其岩石组构与常见的构造角砾岩、隐爆角砾岩及滑塌角砾岩明显不同。因此，笔者对其成因进行初步探讨，以期对该套地层构造背景研究达到抛砖引玉的作用。

1 角砾岩的分布

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological sketch of the study area1.第四系；2.白垩系火山岩；3.侏罗系地层；4.中侏罗世花岗岩；5.中二叠世花岗岩；6.磨盘山组；7.鹿圈屯组；8.断层；9.研究区

2 角砾岩岩石学特征

通过对丁家水库采石场内角砾状岩石(图2a、2b)的详细观察，根据角砾的成分、大小、形状、位移情况和胶结物含量以及结构构造等特征，可将该角砾岩分为震裂角砾岩、流化角砾岩。

2.1 震裂角砾岩

震裂角砾岩主要发育在采石场底部，岩石主要由巨型角砾组成，角砾成分均为石灰岩，含硅质结核灰岩，角砾大小一般10 cm以上，最大可达120 cm，角砾无明显位移，局部具有可拼接性，边部略带浑圆状形态或呈次棱角状，个别大角砾发育有不同方向裂隙。角砾之间的胶结物(基质或填隙物)为微粒碳酸盐岩，其中含有大量小角砾，小角砾成分为灰岩及少量硅质岩，大小一般2～5 mm，呈明显棱角状。反映了物质组分具有均一性，推测为原始岩石(或半固结岩石)原地碎裂的结果。

2.2 流化角砾岩

流化角砾岩发育在采石场上部，岩石主要由相对较小的角砾组成，角砾成分主要为灰岩；少量为硅质岩，大小一般为3～10 cm，具有一定的分选性，多数角砾有近浑圆状(图2c)。镜下特征为(图2d)：岩石主要由(角)砾屑及填隙物等组成，(角)砾屑：约占70%～75%，主要由粒度>2 mm的碎屑物组成，其成分主要由灰岩及硅质岩等组成，呈不规则状、次棱角状及次圆状；填隙物：约占25%～30%，主要由粒度<2 mm的碎屑物组成，其成分主要由同于(角)砾屑的灰岩、硅质岩及碳酸盐成分等组成。

图2 角砾岩特征Fig.2 Characteristics of breccia

3 成因探讨

角砾岩的成因极为复杂，断裂构造角砾岩系列、沉积角砾岩系列(包括滑塌角砾岩、快速堆积的底砾岩等)的研究是传统地质学重要方向，并建立了较为成熟的理论体系。20世纪后期，随着与岩浆流体相关的隐爆角砾岩发现，并在其中发现大量金属矿床后，引起众多学者注意，提出了与岩浆流体相关的隐爆角砾岩及其成矿作用机制[7-9]，进而扩展到不同类型流体动力角砾岩[10]。作者在双阳区丁家水库一带新发现一套角砾岩，与断层角砾岩、沉积角砾岩和隐爆角砾岩明显不同。其中与断层角砾岩相比缺少相应的变形组构和构造选择；与沉积角砾岩相比缺少伴生的特殊岩石；与隐爆角砾岩相比没有发生气液变质作用。因此，作者试图从低温流体动力学角度探讨成因如下。

众所周知，海相碳酸盐岩是重要的烃源岩层和油气储层，本地区磨盘山组为一套巨厚的浅海碳酸盐岩，产丰富腕足、珊瑚及有孔虫化石，具有良好的生烃条件。在成岩过程中，富含烃类气体及水的沉积物受可能的异常地热、地层欠压实、矿物相变脱水 、烃类及非烃类气体的生成与渗透压力等影响，产生所谓异常高压，即储集空间中的流体压力高于静水压力条件下[11]。流体会在地下瞬时发生迅猛的爆发作用，围岩在极短时间内被震碎，由于流体主要为气体可以称为气爆角砾岩。根据流体动力作用过程为线索，又可将其划分为震裂角砾岩、流化角砾岩两种类型。在远离爆发中心区域的半固结岩石只是被原地震碎，或角砾仅有有限的位移，最外的角砾呈棱角状至次棱角状，基质与角砾成分及种类相同，为震裂角砾岩。在爆发中心，有流体( 主要是气体) 爆发猛烈，富含流体颗粒物的浮力大于自由碎屑颗粒的重力时, 流体与碎屑的混合物发生流化作用，这种流体与碎屑的混合物裹挟破碎半固结岩石，以一种类似于泥石流的高密度流形式，随着流动速度的增加，流体中的碎屑分布发生变化，形成了角砾具磨圆和分选的组构，当残余能量耗尽，流动速度逐渐停止，碎屑停积下来不再发生任何流体动力作用，形成流化角砾岩。

4 结论

(1)本次发现的角砾岩与常见的构造角砾岩、一般的沉积角砾岩及与岩浆流体相关的爆发角砾岩有明显不同，推断其成因为在成岩过程中富含烃类流体爆发所形成，将其称为气爆角砾岩。

(2)鉴于该角砾岩出露在磨盘山组中，为一套巨厚的灰岩，成岩期富含大量烃类气体，反映了相对稳定的构造环境，可以推断为被动大陆边缘的构造背景。

致谢：感谢中国地质科学院李景轶教授提出的相关意见，同时对吉林省区域地质矿产调查所周晓东教授及项目部各成员在成文及修改过程中给予的帮助表示诚挚的谢意！