豫西焦作中奥陶统马家沟组沉积构造及其环境解释

豫西焦作中奥陶统马家沟组沉积构造及其环境解释Ξ

刘顺喜,王　娟

(河南理工大学资源与环境学院,河南焦作　454000)

摘　要:豫西焦作缝山针公园中奥陶统马家沟组灰岩中沉积构造尤为发育,究其成因而言,可分为物理、生物、化学三种。不同的沉积构造发育在不同的沉积环境中,特殊的沉积构造更能代表特定的沉积环境。如丘状交错层理出现在正常浪基面以下的风暴沉积中,代表了动荡的高能环境;Chondrites生物遗迹扰动构造常出现在缺氧的极端环境中等。

关键词:中奥陶统;马家沟组;沉积构造;丘状交错层理

1　引言

沉积构造是一个地质实体。它是指沉积物内部的宏观特征,从沉积期或沉积后通过物理的、化学的、生物等的作用,在沉积物内部或沉积物与流体的界面间所形成的构造〔1〕～〔3〕。近年来,通过各种模拟实验〔4〕和现代沉积环境的研究,对沉积岩构造形成机理的解释有较大进展〔5〕,有助于利用原生沉积构造恢复古沉积环境,如古水流的水深、流速、流动方向等〔6〕～〔8〕。

2　地质背景

图1　焦作缝山公园大地构造位置图

缝山针公园位于豫西焦作市区北山中部,西至群英河,东至瓮涧河,南临影视大道,北与巍巍太行山融为一体,占地面积40公顷。焦作北山地处华北陆块的中南部,位于河南省西北部,太行山南段东麓,主要是一套由古生代地层所组成的、大致向南南东方向倾斜的单斜构造(图1)。缝山针公园为山前冲积平原,地质构造较复杂,以断层为主,辅以轻微褶曲,褶曲构造主要表现为走向方向上的挤压现象,有单斜地垒构造,中部有一正断层,地势由西北向东南倾斜;主要发育中奥陶统马家沟组地层,局部发育上石炭统本溪组和太原组地层。

3　实测地层

该地区的奥陶系石灰岩共含有八层,每层的厚度、性质特征不同,由于怀远运动和加里东运动地壳抬升引起的古侵蚀作用,使整个华北地区奥陶系没有完整的沉积剖面,又由于地形及植被覆盖所限,此次实测了马家沟组的一小段岩层,岩性主要为灰白、青灰、灰黑色石灰岩;灰黄、土黄、紫红色泥灰岩。以下将该段地层的剖面描述如下:

上覆地层:早石炭世本溪组

平行不整合接触

7.灰色、灰白色厚层状石灰岩,节理裂隙中见次生方解石脉,滴加盐酸剧烈起泡,发育水行层理。

6.15m

6.灰黄色薄层状泥质灰岩。具水平层理、藻类生长构造。1.85m

5.灰黑色厚层状泥晶石灰岩,泥晶方解石。

1.85m

4.土黄、紫红色薄层状泥质灰岩,局部发育藻灰岩,具丘状交错层理,水平层理。3.9m

3.青灰色厚层状石灰岩,岩层中可见缝合线构造,发育波状层理。3.65m

2.薄层状泥岩。0.2m

1.灰色、灰白色厚层状石灰岩。下部具水平层

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　2009年第16期 内蒙古石油化工

Ξ收稿日期:2009-05-21

基金项目:河南理工大学博士基金资助项目(B2009-93)

理,上部发育遗迹化石,块状层理。8.45m 未见底

4　沉积构造类型及解释

焦作缝山针公园中奥陶统马家沟组岩性主要为一套厚层灰岩夹薄层状泥灰岩,发育的沉积构造根据其生成的因素可分为:物理成因的水平层理(图版I-A)、丘状交错层理(图版I-D)、块状层理(图版I -G)、波状层理(图版I-B);生物成因的叠层构造(图版I-C)和生物扰动构造(图版I-F);化学成因的缝合线构造(图版I-E)。

4.1　水平层理(ho rizon tal bedding)

纹层呈直线状相互平行,并且平行于层面。一般认为这种层理是在比较稳定的水动力条件下,物质从悬浮物或溶液中沉淀而成。层理的显现是由于进入沉积物中的物质发生变更所致,如粒度变化、不透明矿物的分布、云母片和碳质碎片的顺层排列等。水平层理分布广泛,多在细粒的粉砂和泥质物中出现,常见于海湖的深水地带、闭塞海湾、泻湖、沼泽以及牛轭湖等环境中。该地的水平层理说明焦作北山当时沉积环境为浅海中较深的环境。

4.2　丘状交错层理(humm ocky cro ss-bedding)

是由一些宽缓波状层系组成的,顶面外形呈圆丘状,纹层向四周倾斜,层系上部被侵蚀,纹层与层系底界近乎平行,而中部呈发散——收敛状,纹层倾角小而变化大。与之对应的是下洼状纹层,具有相似特征。区别在于前者以上凸丘状层系为特征,后者以下洼波状层系为特征。这些层理的产出,是风暴沉积的主要标志,主要出现在近滨带和正常浪基面以下风暴浪振荡作用环境中。

4.3　块状层理(m assive bedding)

又称均匀层理或无层理,层内物质均匀,无组分和结构的差异,甚至用仪器也辨认不出纹理或内部物质排列的一种沉积构造。它的形成大致有3种成因:A.由未经分选的沉积颗粒杂乱分布沉积而成,没有任何明显的沉积构造,B.由沉积物非常迅速沉积或者高密度悬移物质快速沉积形成,C.原来的层理被强烈的生物扰动,成岩压实作用、泄水作用或重结晶交代作用所破坏而成。块状层理常见于泥岩或厚层的粗碎屑岩中,见于浊积及洪水沉积环境。4.4　波状层理(w avy bedding)

纹层呈对称或不对称的波状,但其总的方向平行于层面。这种层理主要是由沉积介质的波浪振荡运动造成的,其次是单向水流的前进运动造成的。前者主要形成对称形态的波状层理,后者形成不对称波状层理,同时叠覆层的相位错开。波状层理形成于水介质稍浅的沉积环境,如在海、湖的浅水粉砂和泥质交互沉积地带及河漫滩等沉积地区较常见,在海湾、泻湖等地区也可见。在这些地区有大量沉积物供给,并且当沉积速率大于侵蚀速率时,在波浪和水流作用下,砂波迁移并显著向上生长,可保存连续的波状层理。

4.5　缝合线构造(stylo litic structu re)

是碳酸盐岩中常见的一种裂缝构造,也见于石英砂岩、硅质岩及蒸发岩。在岩层的切面上,它呈现为锯齿状的曲线,样子很象头盖骨的接缝,此即称为缝合线;在平面上,即在沿此裂缝破裂面上,它呈现为参差不平凹凸起伏的面,此即缝合面;从立体上看,这些凹下或凸起的大小不等的柱体,称为缝合柱。在这三种表现形式中,以缝合线最常见。缝合线构造的大小差别甚大。构造的形态差别也很大,有的参差起伏十分明显尖锐,有的则较平坦,以至逐渐与层面一致而消失。缝合线构造,有的与层面平行,甚至和层面一致,有的则与层面交叉,也可以几组相交成网状。

关于缝合线的成因有原生论及次生论两大观点。原生论者认为缝合线是在沉积作用过程中生成的,其证据有:缝合线被构造裂缝或方解石脉切割;缝合面平行层面,或者缝合面就是层面或沉积间断面等。次生论者用缝合线的形成受构造裂缝控制、缝合线切割构造裂缝或方解石脉、缝合线切割化石及鲕粒等观点,认为缝合线构造在成岩作用或后生作用阶段生成的,是次生的。目前,大多数人认为缝合线构造是由于压力—溶解作用(主要是溶解作用)而形成的。缝山公园的缝合线构造,其缝合面平行于岩层面发育,是在在沉积作用过程中形成的。

4.6　生物成因构造(b i ogen ic structu re)

主要由蓝绿藻形成的叠层构造和生物扰动构造。叠层构造是由席状生长的蓝绿藻丝及其粘液质粘附、捕获细粒沉积物组成近平行微波状起伏的或与重力方向相反的穹状隆起的暗、亮层相间的构造。生物扰动构造是生物在生活和觅食过程中,对沉积物产生扰动,破坏或改变了原生的沉积构造,而留下的扰动痕迹。缝山针公园马家沟组藻类叠层构造发育在土黄色泥质灰岩中,平面上多呈连接的半球形或球形穹状隆起,多形成与潮间带环境;生物扰动构造主要是由Chondrites遗迹化石造迹生物形成的,该化石发育于深灰色的灰岩中,个体细小,分枝级别一般为2级,分枝角度30°～40°,直径大多在1mm左右,指示一种缺氧环境〔10〕。

5　沉积环境及演化

沉积环境是一个具有独特的物理、化学和生物特征的自然地理单元。通过对焦作缝山针公园的地

83内蒙古石油化工 2009年第16期