湘北九溪下奥陶统盘家咀组岩石类型及沉积环境

湘北九溪下奥陶统盘家咀组岩石类型及沉积环境
罗顺社;向吉;吕奇奇;何幼斌;席明利;肖彬
【摘要】在野外剖面详细描述及测量的基础之上,湘北九溪下奥陶统盘家咀组主要发育有灰色-深灰色泥屑(晶)灰岩、粉屑灰岩、生物屑灰岩,以及少量的砾屑灰岩、砂屑灰岩、灰质云岩、含灰云岩.通过对岩性特征、沉积构造、生物遗迹、垂向组合等综合分析,认为盘家咀组沉积环境主要为大陆斜坡—深水盆地.大陆斜坡相可以进一步划分为上斜坡和下斜坡两个亚相,包含等深流沉积、重力流沉积、原地深水沉积3个微相;深水盆地相以盆地边缘亚相为主,包含等深流沉积和原地深水沉积两个微相.其中等深流沉积发育砂屑等深岩、粉屑等深岩、泥屑等深岩、生物屑等深岩4种等深岩,在垂向上发育单一岩性的、不完整的、完整的3种等深岩层序.剖面相分析表明,盘家咀组为一个低海平面-海平面上升-高海平面的海进过程.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2015(015)005
【总页数】7页(P216-221,229)
【关键词】等深流沉积;重力流沉积;深水沉积;盘家咀组;湘北九溪
【作者】罗顺社;向吉;吕奇奇;何幼斌;席明利;肖彬
【作者单位】油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学),武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100;长江大学地球科学学院,武汉430100
【正文语种】中文
【中图分类】TE121.34
1 地质背景
研究区桃源九溪所处的华南古大陆共经历了三个大的构造演化阶段:①南华裂谷阶
段(820～635 Ma)，②被动大陆边缘演化阶段(635～488 Ma)，③前陆盆地演化
与造山阶段(488～420 Ma)。

早奥陶世，该区位于扬子碳酸盐岩台地与江南深水
盆地过渡的斜坡带，属华南被动大陆边缘成熟阶段晚期环境的一部分(图 1)［1—5］。

“盘家咀组”1973年由刘义仁命名，上覆地层为马刀堉组、下伏地层为寒武系沈家湾组。

在年代上与浙西地区印渚埠组上部，江西武宁西阳山组上部，华中南津关组，华北冶里组相对应，属于下奥陶统地层［6］。

从20世纪70年代起，前人就开始对该套地层进行研究，特别是1990年段太忠等人在九溪地区的该套地层中发现了深水环境下的古代碳酸盐岩等深岩丘［7］，促使更多学者开展了对该地区深水沉积的研究［8—10］，李发科等人讨论了该区的下寒武统等深岩的沉积环境［8］，罗顺社等人预测了该区等深岩丘具有良好的含油气潜能［9］，裴羽等人
认为该区的大型交错层理为内波、内潮汐和等深流共同作用形成等［5］。

为了深入的研究该区盘家咀沉积环境的演化过程，在野外剖面详细描述及测量的基础之上，根据岩性特征及组合特征，将研究区盘家咀组从下至上划分为四段，并从垂向上对其进行了系统的分析。

图1 研究区下奥陶统岩相古地理图Fig.1 The lithofacies palaeogeography maps of the study area in Ordovician
2 岩石类型及特征
桃源九溪盘家咀组岩性以石灰岩为主，有极少量后期成岩作用形成的白云岩。

按照成岩组构、颗粒大小以及研究的需要将主要的岩石分为七大类:砾屑灰岩、砂屑灰岩、粉屑灰岩、泥晶(屑)灰岩、生物屑灰岩、粉晶灰岩、结核状灰质云岩、角砾状含灰云岩。

2.1 砾屑灰岩
图2 桃源九溪潘家咀组野外照片Fig.2 Field photographs of Panjiazui Formation in Taoyuan Jiuxi area
砾屑灰岩颜色以灰色为主，呈块状沉积，主要分布在盘家咀组第一段底部。

砾屑含量约75%左右，砾屑成分主要为含石英粉砂灰岩和含生物屑泥晶灰岩［图2(a)］。

砾径大小常见2～7 cm，最大砾径可达45 cm，呈棱角状、次圆状、浑圆状。

砾
屑灰岩仅在第一层发育，厚9 m，呈透镜状展布，可见滑塌构造，表明砾屑灰岩
属重力流沉积。

2.2 砂屑灰岩
在本地区砂屑灰岩按其成因主要分为三类:第一类为深灰色厚层砂屑灰岩，砂屑含
量为50% ～55%，分选差，该类灰岩仅在第二层发育，下伏为一套异地搬运沉积的砾屑灰岩，应同属重力流沉积;第二类为深灰色中层砂屑灰岩，砂屑含量为
25% ～40%，常与灰色厚层纹层状含云含泥灰岩互层，单层厚约1 cm左右，应
为较安静水体下深水原地沉积，分布在第二段顶部;第三类为浅灰色－灰色薄－中
层砂屑灰岩，砂屑含量为40% ～60%，整体上分选较差至较好，局部分选很好，部分虫孔发育，可见生物扰动，生物遗迹丰富，分布在等深岩层序第3段［图
2(b)、图3(A)］。

2.3 粉屑灰岩
该类灰岩是本地区常见的岩性，按其成因主要分为两类:第一类主要为灰色厚层含
泥云质条带粉屑灰岩，常与灰色厚层含云含泥灰岩、泥晶粉屑灰岩、条带状粉屑灰
岩、中层状生物屑砂屑灰岩呈韵律互层，含泥云质条带单层厚1～2.5 cm，发育虫孔和缝合线构造，应为深水原地沉积的产物，主要分布在第三段中、上部;第二类
主要为灰色－深灰色粉屑灰岩，粉屑占40% ～60%，常与含云含泥粉屑灰岩互层，泥质条带发育，单层厚数厘米，泥纹厚度有厚变薄再变厚，也代表了等深流一个由弱—强—弱的变化周期［13，14］，部分可见虫孔，主要分布第二、三段
［3(A)］。

2.4 泥晶(屑)灰岩
该类灰岩在本地区尤为发育，按其成因可分为两类:第一类为灰－深灰色泥晶灰岩，常与含云泥灰岩互层，泥质条带较为发育，单层厚度0.5～3 cm，为深水原地沉积的产物，主要分布在第二段、第四段下部［图2(c)］;第二类为浅灰色－灰色泥晶
灰岩，部分可见泥质条带，单层厚0.5～1.5 cm，灰质条带单层厚约1 cm，虫孔、生物钻孔较为发育，为等深岩沉积的产物［3(A)］，主要分布在第二、三段。

2.5 粉晶灰岩
该类灰岩在本地区含量较大，颜色以黄灰—深灰色为主，常与泥－粉晶灰岩、泥
晶灰岩等厚或不等厚互层产出［图2(d)］，单层厚0.3～2 cm，有时还会呈现出
韵律变化，体现了沉积环境周期性的改变，属深水原地沉积。

主要分布在第一段中、上，第二段中，第三段下部。

2.6 生物屑灰岩
该类灰岩在本区发育较少，生物屑含量占70%以上，可见缝合线构造，为等深流
沉积的产物。

该类生物屑灰岩在剖面上组成了单一岩性的等深岩层序［3(E)］。

垂向上，下部为含泥质条带生物屑灰岩，厚22 cm;中部为灰色中层含砂屑生物屑灰岩，砂屑和生物屑含量较高，厚40 cm，上部为灰色薄层含生屑砂屑灰岩，泥纹
单层厚3 mm，条带灰岩单层厚1.3 cm，生物屑及其发育，厚7 cm。

该类层序总厚约70 cm，只存在于第三段顶部［图2(e)］。

图3 桃源九溪盘家咀组等深岩层序Fig.3 Contourite rock sequence of Panjiazui Formation，in Taoyuan Jiuxi areaA为标准层序，B为本区立段完整的层序，C为不完整的层序，D为由砂屑等深岩叠置组成的层序，E为由生物屑等深岩叠置构成的层序
2.7 结核状灰质云岩
该类岩性在本区较少发育，为深灰色中厚层含泥结核状灰质云岩，结核成分为较纯净的泥晶灰岩，呈扁豆状、透镜状，属深水原地沉积，主要分布在第四段顶部。

2.8 角砾状含灰云岩
该类岩性在本区发育很薄，仅为2.7 m，为灰色—深灰色块状、角砾状含灰云岩，角砾化程度从下到上逐渐变弱。

与上下原地深水沉积岩层具有明显的差异，为异地搬运沉积的产物，属重力流沉积。

主要分布在第一段中部［图2(f)］。

3 沉积环境分析
3.1 沉积相类型划分
图4 九溪地区潘家咀组野外照片Fig.2 Field photographs of Panjiazui Formation in Taoyuan Jiuxi area
研究区盘家咀组主要发育灰色－深灰色石灰岩，粒度较细，多集中在泥晶－粉晶之间，局部可见斜层理和小型交错层理，虫孔、生物扰动较发育［图4(a)］，指示沉积速度慢，水体较深，水动力条件较弱的还原环境［11—13］。

在研究区盘家咀组底部的粉晶灰岩顶部可见侵蚀面及滑塌构造［图4(b)、(c)］、是重力流沉积与深水原地沉积交替发育的产物，中上部则是深水原地沉积与等深流沉积的交替发育，因此，整体上可以确定为大陆斜坡相－深水盆地相，大陆斜坡相可以进一步划分为上斜坡和下斜坡两个亚相，包含等深流沉积、重力流沉积、深水原地沉积3个微相;深水盆地相以盆地边缘亚相为主，包含等深流沉积和深水原地沉积两个微相。

3.2 沉积相剖面特征
根据岩性及组合特征，将研究区盘家咀组划分为43层，共4段，厚约272.4 m，各段沉积相特征分述如下(图5)。

第一段(1～6层):厚45.77 m，下部以深灰色厚－块状砾屑、砂屑灰岩为主，粒度
相对较粗，其底部可见小型的滑塌褶皱，沉积环境为重力流沉积。

第3层为深灰
色纹层状含泥含云粉晶灰岩与黄灰色薄层泥－粉晶灰岩互层，属等深流沉积;在其
顶部可见大型的黏性交错层理，在该层的横向展布上均可见，厚3.5 m，应为第4层异地搬运的角砾状含灰云岩滑塌形成。

第6层为含云含泥粉晶灰岩与粉晶灰岩
的互层，单层厚约1 cm，横向上展布连续，属深水原地沉积。

整体上，该段重力流频发，无等深流发育，垂向上由下到上表现为重力流沉积—深水原地沉积交替。

水位相对较低，离物源较近，应为上斜坡沉积，发育重力流沉积和深水原地沉积两个微相。

第二段(7～23层):厚 92.08 m，颗粒相对较细，以泥晶灰岩为主。

下部主要为深
灰色结核状纹层泥质灰岩与深灰色中层粉晶灰岩互层，灰色纹层状含云含泥泥晶灰岩与灰色薄层泥晶灰岩互层;中部主要为深灰色中－厚层纹层状含泥含云泥晶灰岩
与灰色薄层含泥粉晶灰岩互层，灰色含粉屑泥晶灰岩与灰色含云含泥粉晶灰岩薄互层;上部为黄灰色含泥纹含云泥晶灰岩与灰色泥晶灰岩薄互层;顶部为灰色厚层纹层
状含云含泥泥晶灰岩与灰色砂屑灰岩等厚互层;这种频繁互层是周期性的海平面升
降与水动力变化的结果。

本段广泛发育等深岩层序，分布在第 7、9、11、13、15、16、18、20、22 层中，主要类型有单一岩性层序:主要是砂屑灰岩;不完整层序［图4(d)］:由于每个细－粗－细的层序都代表一个等深流活动的弱－强－弱周期，故当等深流活动由强到弱变化时，则不易侵蚀下伏已形成的等深流沉积，通常所见到的细－粗－细层序中正粒序较逆粒序更为发育，另外一方面，重力流沉积产物也会对等深岩层序造成侵蚀破坏，所以往往缺失等深流层序的第1、5段，部分缺失
2、4段［16］;完整层序局部可见［图2(b)］。

整体上等深流沉积与深水原地沉积交替发育，体现了更大一级的水动力周期性变化。

由于沉积作用比较缓慢，生物扰动现象明显。

等深岩层序的厚度大小不一，主要在 0.4～1.35 m，总厚 9.24 m，
约占第二段总厚度的10%，比例相对较小，以原地沉积为主。

因此，应为盆地边
缘沉积亚相，发育等深流沉积和原地深水原地沉积两个微相。

第三段(24～41层):厚94.7 m，该段下部主要为灰色厚层含砂屑含泥粉晶灰岩、灰色中厚层状含云粉晶灰岩;中部主要为厚层含泥云质条带—粉屑灰岩;上部主要为灰色厚层含云含泥粉屑灰岩与粉屑灰岩、条带状粉屑灰岩以及中层状生物屑砂屑灰岩呈韵律互层。

该段粒度较第二段粗，深水原地沉积互层现象少见，说明水动力强度较第二段大，变化周期较第二段长。

等深岩层序大段发育，分布在第24、25、26、27、29、31、33、39、41 层中，主要类型有单一岩性等深岩层序:砂屑灰岩、生物屑灰岩;不完整层序［图4(e)］:较多缺失第1、5泥屑灰岩段，部分缺失2、4段;完整的等深岩层序少见。

整体上还是表现出等深流沉积与深水原地沉积交替，等深岩可见多套层序叠加现象［图4(f)］，该段等深岩沉积总厚为24.68 m，占第三段总厚度的26%，较第二段更为发育，应更靠近有利于等深岩发育的陆隆环境属下
斜坡沉积环境，包含等深流沉积和深水原地沉积两个微相。

第四段(42～43层):本段厚39.8 m，下部为深灰色纹层状含云含泥灰岩与较纯的泥晶灰岩互层，前者纹层发育，单层厚4 cm，夹毫米级粉屑灰岩纹层，后者单层厚0.5～3 cm，上部为大段深灰色中厚层含泥结核状灰质云岩。

结核成分为较纯净的泥晶灰岩，呈扁豆状、透镜状。

不发育等深岩，同时考虑到CCD界面的存在［15］，因此不会存在于深水盆地，综上，可定为盆地边缘沉积，微相为深水原
地沉积。

等深流主要发育在海平面上升时期，在低海平面时期，重力流沉积占据主导地位，等深流不易发育和保存，在高海平面，沉积物供给减少，等深流也不甚发育，唯有
在海平面上升时期，底层环流活动强烈，重力流活动减弱，等深流沉积得以发育［16］。

因此，可以确定第一段沉积处于低海平面时期，第二、三段沉积处于海
平面持续上升时期，而且第三段比第二段的等深流活动更强烈，水动力变化的周期更长，第四段沉积则处于较高海平面时期。

4 结论
(1)研究区盘家咀组实测剖面厚约272.4 m，主要发育灰色－深灰色粉屑灰岩、粉
晶灰岩、泥屑(晶)灰岩，其次是砾屑灰岩、砂屑灰岩、生物屑灰岩，泥质条带发育，常含云含泥，还有少量结核状灰质云岩、角砾状含灰云岩等。

可见虫孔、生物扰动、侵蚀构造、滑塌褶皱等沉积标志。

图5 桃源九溪下奥陶统盘家咀组岩石特征及沉积相分析柱状图Fig.5 Column of petrological characteristics and sedimentary facies analysis of the Lower Ordovician Panjiazui Formation in Taoyuan Jiuxi area
(2)研究区盘家咀组发育砂屑等深岩、粉屑等深岩、泥屑等深岩、生物屑等深岩4
种等深岩，在垂向上发育单一岩性的、不完整的、完整的3种等深岩层序。

(3)根据岩石特征、沉积构造、生物遗迹、垂向组合分析，研究区盘家咀组沉积环
境为大陆斜坡—深水盆地，大陆斜坡相可以进一步划分为上斜坡和下斜坡两个亚相，包含等深流沉积、重力流沉积、原地深水沉积3个微相，深水盆地相以盆地
边缘亚相为主，包含等深流沉积和原地深水沉积两个微相。

整体上，盘家咀组显示的是一个低海平面－海平面上升－高海平面的海进过程。

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