洛南地区中元古界高山河群二道河组叠层石特征及沉积环境分析

李鹏坤

摘  要：叠层石记录早期环境、蓝细菌、微生物群落的生命活动，其生长形态受到沉积环境的影响，对古环境恢复具有重要意义。该文选取二道河组叠层石发育剖面为研究对象，对叠层石开展野外宏观形态和室内微观特征分析，据此反演沉积环境演化过程和建立沉积模式。结果显示，二道河组宏观特征可分为水平纹层状、波纹状、丘状，显微表现出明暗纹层，局部含少量鲕粒、球粒、碎屑物质等。可见，洛南地区二道河组岩性主要为一套碎屑岩向碳酸盐岩过渡的岩石类型；二道河组沉积时期洛南地区存在水体较浅的槽状负地形；叠层石可反映二道河组形成于潮坪环境，经历从潮上带—潮间带—潮上带的旋回序列。

关键词：叠层石；中元古界；二道河组；洛南地区；沉积环境

中图分类号：P534      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）18-0100-04

Abstract： Stromatolites record the life activities of early environment， cyanobacteria and microbial communities， and their growth morphology is affected by sedimentary environment， which is of great significance to the restoration of paleoenvironment. In this paper， the development profile of stromatolites in Erdaohe formation is selected as the research object， and the macroscopic morphology and indoor microscopic characteristics of stromatolites are analyzed， based on which the evolution process of sedimentary environment is inversed and the sedimentary model is established. The results show that the macroscopic characteristics of Erdaohe formation can be divided into horizontal laminated， corrugated and mound-shaped， microscopically showing light-dark laminated layers and locally containing a small amount of oolitic， spherical and clastic materials. It can be seen that the lithology of Erdaohe formation in Luonan area is mainly a set of rock types from clastic rocks to carbonate rocks; during the sedimentary period of Erdaohe formation， there is a shallow trough-like negative topography in Luonan area; stromatolites reflect the formation of Erdaohe formation in tidal flat environment. It has experienced a cycle sequence from supratidal zone to intertidal zone to supratidal zone.

Keywords： stromatolite; Mesoproterozoic; Erdaohe formation; Luonan area; sedimentary environment

叠层石是以蓝细菌、藻类等为主的微生物在一定周期内，通过黏结捕获大气或者海水中钙质沉积物，形成的一种特殊生物沉积构造[1]。叠层石生长受到沉积环境和微生物作用等多重因素影响，记录地球气候、环境及早期生命演化等大量信息，对沉积环境有重要的指示作用[2－4]。中元古代叠层石发育繁盛，叠层石沉积层由蓝细菌通过光合作用产生胞外聚合物，因蓝细菌等光合产氧微生物具有生存优越性，大气和海洋氧含量由于产氧蓝细菌增多而呈脉冲式增氧[5－8]，因此，叠层石与这一阶段全球环境变化和重大事件息息相关，对理解中元古代古生物演化和全球重大事件有着重要意义。

本文通过对洛南地区高山河群二道河组二段叠层石进行宏观产出形态和微观结构特征分析，讨论不同形态叠层石的生长过程和形成环境，划分沉积相类型并建立沉积模式。这不仅对古气候、古海洋及古环境的研究与恢复具有重要意义，而且对微生物藻类的早期起源与发展研究也具有重要意义[8-10]。

1  研究区概况

研究区位于华北陆块南缘构造带南缘陕西洛南地区（图1），南界以洛南-栾川断裂与北秦岭构造带相邻。中元古界长城系高山河群发育一套海滩-潮坪亚相巨厚的陆源碎屑沉积，其与下伏中元古界熊耳群呈平行不整合或不整合接触，与上覆中元古界蓟县系洛南群龙家园组呈平行不整合接触，主要分布于甘肃华亭、陕西洛南、陕西陇县、河南洛宁、河南灵宝和河南卢氏一带。

综合前人研究成果[11-12]，高山河群沉积碎屑岩中最年轻的谐和锆石年龄集中于1 760～1 770 Ma，限定了其最早沉积时限。结合上覆地层洛南群（官道口群）底界年龄1 600～1 610 Ma，可以确定高山河群是华北南缘“长城系”的重要组成部分。自下而上依次为鳖盖子组、二道河组、陈家涧组，本文研究剖面如图2所示。

剖面所见到的地质体为华北地块南部稳定大陆边缘陆架沉积体系的碎屑岩沉积。出露地层为长城系鳖盖子组、二道河组、陈家涧组。

鳖盖子组为一套碎屑岩沉积组合，岩性组合为砂质板岩、石英砂岩、长石石英砂岩、砾岩和含砾粗砂岩。总厚度大于1 042.63 m。与上覆长城系二道河组整合接触，与下伏蓟县系龙家园组断层接触。

二道河组为一套碎屑岩沉积-碳酸盐岩组合，岩性组合为石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、白云质砂岩、白云岩和粉砂质板岩。发育斜层理、水平层理、波痕构造。总厚度大于2 388.00 m。与上覆长城系陈家涧组整合接触，与下伏长城系鳖盖子组整合接触。

陈家涧组为一套碎屑岩沉积组合，岩性组合为长石石英砂岩、石英粗砂岩、灰绿色薄层粉砂岩、细砂岩和长石石英砂岩。总厚度大于505.06 m。与上覆蓟县系龙家园组灰白色厚层白云岩平行不整合接触，与下伏长城系二道河组整合接触。

2  二道河组岩石学特征

二道河组在洛南地区较为广泛分布，以灰白色白云质砂岩出现为标志，与下伏鳖盖子组灰色中薄层长石石英砂岩夹灰色砂质板岩整合接触；与上覆陈家涧组灰色中厚层状长石石英砂岩整合接触。洛南地区二道河组主要岩性为白云岩、白云质砂岩、泥岩和粉砂质泥岩，白云岩中局部沉积丰富的叠层石。结合前人研究成果，将二道河组实测剖面分为上、下2段。下段岩层主要为灰白色中厚层状石英砂岩与薄层泥岩互层，厚度为1 223.65 m。上段岩层岩性以浅肉红色中层状石英细砂岩夹白云岩为主，底部可见底砾岩（图3（a）），厚度为1 164.35 m。在二道河组上段白云岩中，叠层石厚度可达1.5～2 m，局部层位较薄，仅有50 cm。但是叠层石形态多种多样，层状、波状、丘状叠层石均有发现。

该研究区的剖面发育一套碎屑岩向碳酸盐岩过渡岩石类型，岩性以石英砂岩、长石石英砂岩、砂质白云岩和白云岩为主，并发育典型的沉积构造，如泥裂、波痕，交错层理、水平层理等。自下而上表现为砂岩—砂质白云岩—白云岩—砂质白云岩—砂岩的过渡关系。采用以岩性组合为主，沉积构造协助验证的方式，将岩石划分为不同的沉积演化序列，对沉积环境的演化过程作出直观的定性分析。

3  高山河群叠层石特征

不同的叠层石宏观形态特征与微观结构特征与其所代表的沉积环境之间存在着密不可分的关系[13-14]。本文通过对洛南地区中元古界二道河组叠层石的空间分布、上下层位岩性、赋存叠层石的岩性、宏微观形态特征及伴生的沉积构造进行系统详实的研究后，可将该地区叠层石分为3类，分别为层状叠层石、波状叠层石、丘状叠层石。

3.1  叠层石的宏观特征

丘状叠层石主要分布于西峪河剖面，叠层石主要存在于二道河组上段白云岩中，叠层石整体呈现为不连续丘状，丘状长度为5～8 cm，叠层石纹层呈清晰的明暗纹层相间排列，明纹层呈透镜状弯曲，厚度3～7 mm不等，由下而上的透镜体曲率逐渐增大，透镜体由下而上逐渐变厚，形成丘状或半球形的突起，暗纹层厚度变化不大，主要沿明纹层顶面分布（图3（b）、（c）），单层厚度2～3 mm，纹层发育连续，形态向顶部凸起，拱度中等。

波状叠层石主要存在于西峪河剖面，叠层石主要存在于二道河组上段白云岩中。叠层石整体厚约1～1.5 m，横向展布较为广泛，延伸较长。叠层石纹层整体呈连续波浪状，波长为2～4 cm，具有较大的波状起伏，具有波峰和波谷，呈圆滑状，波高为2～3 mm，纹层横向延伸范围较广。明暗纹层厚度比列约为1∶1，均在 1～2 mm左右（图3（d））。

层状叠层石主要富存于黄龙铺潘沟剖面，叠层石主要出现于二道河组上段白云岩中。叠层石纹层呈近水平的层状或微起伏宽缓波状（图3（e）），岩石具水平状纹层结构，层厚较为均一，且纹层横向较为稳定，局部可见有台阶状起伏。整体上分布较为平缓。叠层石明暗纹层间隔出现，明层厚度大于暗层。明层厚度为3～5 mm，暗层含量较少，被明层所夹，厚度大在1～2 mm左右（图3（f））。

3.2  叠层石的微观特征

叠层石微观特征包括叠层石的形态、叠层石与沉积物颗粒的关系、叠层石的垂向规律，换句话说，就是指叠层石明暗层的形态学、厚度、特征和亮暗层之间的关系，以及其在横纵方向上的变化趋势。

叠层石微观上整体表现为带状（图4（a）），微构造微观上表现为圆状藻类集合体，藻类多为0.15～0.2 mm，最大者可达0.25 mm，分为空心状表皮藻类和实心状藻类（图4（b））等，其中，空心状表皮藻类中的表皮被石英填充，实心状藻类则完全被石英填充，其余藻类则被细晶方解石所充填。叠层石明暗纹层比例约为3∶1（图4（c）），暗层主要以藻类为主，宽0.4～0.5 mm，明层主要为石英碎屑颗粒，层厚约为0.1～0.2 mm，使其在薄片中表现为线状（图4（d））。明暗层之间的界限整体上较为平直，细观为波状，局部可见有明显弯曲，而暗层有断续状分布，不连续情况也有发生。在叠层石上部岩层中可见有钙质残留，呈线状定向分布，依稀可以辨别弧状边部残留，以及钙质重结晶形成的白云石（图4（e）、（f））。

4  讨论

根据野外实测剖面和前人文献资料分析，高山河群二道河组为局限碳酸盐台地潮坪亚相，从区域地质背景、二道河组岩性特征、叠层石出露情况和叠层石形态特征方面综合分析，可将叠层石分为3种环境，分别为潮上带、潮间上带、潮间下带。

4.1  叠层石分布对沉积相的指示

本研究区域的构造主要呈现为一向斜构造，高山河群出露形态中部为一较厚沉积岩组合，西侧为相连的缓倾斜斜坡，向东两侧逐渐尖灭，向斜盆地内沉积了早中-新元古代及寒武纪以来的广大沉积岩。叠层石出露于总体厚度最宽的沉积区域，在向斜南北两翼的沉积厚度巨大的剖面才有出露，相邻地层的岩石为代表浅水环境的砂岩，叠层石白云岩的出现表明了该地区出现了线状的局部深水。而且经过向斜改造之后，岩石出露的形态为一中间厚、两边薄的空间形态，与实际相符。

4.2  沉积环境分析

4.2.1  潮上带

本剖面潮上带岩性为薄层泥岩、砂质白云岩及粉晶白云岩。层内常见泥裂和次棱角状白云岩砾，白云石晶粒较小，常为泥晶、粉晶级。岩石发育明显的刀砍纹，但岩层发育大量层状叠层石，叠层石波状纹层起伏较小，呈近水平产出，横向延伸稳定。层状叠层石沉积环境主要为水动力很弱的潮上带。

4.2.2  潮间上带

本剖面潮间上带岩性主要为浅灰白色状、波状叠层石泥-粉晶白云岩、浅色层纹石泥-粉晶白云岩。纹层大致呈水平状，由于经常暴露，局部呈断续状。白色及黑色的硅质纹层发育，常见砂屑发育于亮纹层中，波状叠层石沉积环境主要为水动力很弱的潮间上带。

4.2.3  潮间下带

本剖面潮间下带岩性主要为浅红色丘状叠层石泥-粉晶白云岩，但是常与浅-深色波状穹状叠层石粉-中晶白云岩及浅色丘状叠层石泥-粉晶白云岩呈组合发育。纹层主要呈大致水平状，由于经常暴露，局部呈断续状，白色及黑色的硅质纹层发育，常见砂屑发育于亮纹层中。丘状叠层石沉积环境主要为水动力很强的潮间下带。

5  结论

1）洛南地区西峪河剖面、黄龙铺潘沟剖面二道河组主要发育一套碳酸盐岩-碎屑岩沉积，岩性石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩夹白云质砂岩、白云岩和粉砂质板岩等，自下而上白云质含量呈现由少变多，再变少的趋势，至中已全部变为白云岩。

2）根据叠层石宏微观形态特征，可将洛南地区二道河组中的叠层石分为层状、波状、丘状叠层石3种类型，这些叠层石及其组合依次出现于潮上带、潮间上带、潮间上带沉积环境。潮下带的缺失是由于水体较浅还是叠层石还未深入潮下带还有待商榷。

3）根据高山河群的整体形态和区域地质背景考虑，高山河群呈现两边薄、中间厚的整体形态，叠层石出现于中间整体厚度较大的地层，两边的地层缺失，由此推断二道河组整体沉积于黄龙铺-西峪河一线的狭长地堑（槽状地形）之中。

4）二道河组的岩性组合、沉积构造、叠层石宏观微观特征反映了其整体上处于动荡的潮坪环境，可将其沉积环境自下而上划分为由沙坝-潮坪潮上微相-潮坪潮间上带-潮坪潮间下带向潮坪潮间下带-潮坪上带-沙坝-浅滩相的演变过程。

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