神農(nóng)架螞蝗溝地區(qū)南華系巖石地層序列與沉積特征

鄧乾忠, 石先濱, 杜小峰

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

神農(nóng)架螞蝗溝地區(qū)南華系巖石地層序列與沉積特征

鄧乾忠, 石先濱, 杜小峰

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

通過(guò)對(duì)神農(nóng)架螞蝗溝地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的南華系實(shí)測(cè)剖面綜合研究,結(jié)合全國(guó)地層委員會(huì)提出的南華系建系的地層劃分原則及中國(guó)地層表(2013),首次于神農(nóng)架腹地新建了神農(nóng)架地區(qū)南華系地層序列，并認(rèn)為該地區(qū)剖面完整、頂?shù)R全,具有一定代表性。通過(guò)對(duì)其地層序列與沉積相及環(huán)境分析,自下而上劃分出下統(tǒng)蓮沱組，中統(tǒng)古城組、大塘坡組，上統(tǒng)南沱組4個(gè)組級(jí)巖石地層單位。結(jié)合巖石地球化學(xué)特征,明確指出蓮沱組時(shí)期海水變淺、氣候開(kāi)始轉(zhuǎn)冷,出現(xiàn)冷暖交互氣候條件下的灰黑色碳泥質(zhì)沉積;古城冰期為海洋成冰作用的產(chǎn)物;大塘坡間冰期為濱淺海碎屑沉積間碳酸鹽巖沉積;南沱期為大陸成冰期冰磧巖。

神農(nóng)架;南華系;成冰期;地層序列

南華系是中國(guó)第三屆全國(guó)地層學(xué)會(huì)議(北京,2003)新定義的新建系。系名源自于劉鴻允命名的“南華大冰期”[1]。 新建南華系相當(dāng)于中國(guó)南方原“震旦系”的下統(tǒng)部分[2],即將原蓮沱組、古城組、大塘坡組和南沱組劃歸南華系?，F(xiàn)分上、中、下三統(tǒng)，即：下統(tǒng)蓮沱組;中統(tǒng)古城組和大塘坡組;上統(tǒng)南沱組。屬新元古代中世。按照彭學(xué)軍、劉耀榮等(2004)及張啟銳、儲(chǔ)雪蕾(2006)[3-4]劃分方案,本區(qū)代表?yè)P(yáng)子地區(qū)“長(zhǎng)安冰期”之上地層。下伏與青白口紀(jì)相接,按照全國(guó)地層委員會(huì)[5]給出的時(shí)限為:下界年齡推定為7.8億年,上為震旦系所覆蓋,上界年齡推定為6.35億年。

本文南華系巖石地層是指分布于神農(nóng)架螞蝗溝地區(qū)的一套濱淺海碎屑沉積—冰冷期冰磧巖系組合,位于神農(nóng)架穹隆的北部(圖1)。其巖石地層蓮沱組底界與中元古界神農(nóng)架群呈角度不整合接觸,頂界南沱組與震旦系陡山沱組平行不整合接觸。本區(qū)巖石地層序列與中國(guó)建系定義具可比性[6],自下而上可分為下統(tǒng)蓮沱組，中統(tǒng)古城組、大塘坡組，上統(tǒng)南沱組4個(gè)巖石地層單位。但由于所處古地理環(huán)境的不同,巖性組合及沉積相等與長(zhǎng)江三峽地區(qū)具顯著差異性[7],對(duì)研究揚(yáng)子前陸地區(qū)南華紀(jì)地質(zhì)發(fā)展演化具有重要意義。

1 剖面介紹

本文剖面(圖2)位于湖北省神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)—宋洛鄉(xiāng)公路螞蝗溝一帶,地理坐標(biāo)為:X462929.42；Y3507290.44。

上覆地層:早震旦世陡山沱組一段(Z1d1)

30層、淺灰白色厚層—塊狀條帶狀微晶白云巖(未見(jiàn)頂)。

厚>13.6 m

- - - - - - - - 平行不整合- - - - - - - -

晚南華世南沱組(Nh3n)

總厚298.4 m

29層、淺灰綠色極薄層狀粉砂質(zhì)泥巖。

厚21.3 m

28層、淺灰綠色中層狀粉砂巖夾淺灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖。

厚5.3 m

27層、灰色含礫泥巖夾粉砂質(zhì)不等粒長(zhǎng)石巖屑砂巖。

厚23.9 m

26層、灰色冰磧礫巖。

厚70.5 m

25層、灰綠色薄層狀含礫含砂粉砂質(zhì)粘土巖夾薄層鈣質(zhì)泥巖。

厚27.2 m

24層、灰色含礫泥巖夾砂質(zhì)復(fù)成分礫巖。

厚9.4 m

23層、灰綠色冰磧礫巖。

厚140.8 m

- - - - - - - - 平行不整合- - - - - - - -

中南華世大塘坡組(Nh2d)

總厚69.2 m

22層、灰白色細(xì)砂巖與灰色泥質(zhì)頁(yè)巖互層。

厚1.8 m

21層、灰綠色中薄層狀泥質(zhì)含砂石英粉砂巖。

厚36.6 m

20層、深灰色中層狀粉砂質(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖與泥質(zhì)頁(yè)巖互層。

厚18.8 m

19層、灰白色紋層狀微—粉晶白云巖。

厚6.1 m

18層、灰白色中薄層狀細(xì)晶白云巖夾泥質(zhì)頁(yè)巖。

厚5.9 m

中南華世古城組(Nh2g)

總厚105.1 m

17層、灰綠色含礫含粉砂水云母粘土巖。

厚50.5 m

16層、灰色塊狀紋層狀含礫含砂粉砂質(zhì)泥—微晶白云巖。

厚9.5 m

15層、冰磧礫巖夾白云質(zhì)含礫不等粒巖屑砂巖。

厚14.4 m

14層、黃綠色薄層狀含鐵粉砂質(zhì)粘土巖。

厚0.2 m

13層、冰磧礫巖夾白云質(zhì)含礫不等粒巖屑砂巖。

厚30.5 m

- - - - - - - - 平行不整合- - - - - - - -

早南華世蓮沱組(Nh1l)

總厚31.0 m

12層、灰色中厚層狀含鐵泥質(zhì)石英粉砂巖。

厚 7.6 m

11層、深灰色中層狀含碳粉砂質(zhì)水云母粘土巖夾凝灰質(zhì)粉砂巖。

厚11.9 m

10層、灰黑色中厚層狀粉砂巖。

厚7.0 m

9層、灰色含鐵含粉砂水云母粘土巖。

厚0.1 m

8層、黑色含碳泥質(zhì)石英粉砂巖。

厚0.9 m

7-3層、深灰色—灰黑色含粉砂泥質(zhì)微晶白云巖,以微晶白云石為主,次為粘土礦物,含8%的粉砂碎屑物和5%的黃鐵礦,顯示含黃鐵礦含粉砂泥質(zhì)微晶結(jié)構(gòu)。

厚0.25 m

7-2層、灰黑色粉砂巖夾角礫巖,粉砂巖具薄層狀構(gòu)造,冰磧礫巖為夾層,厚約5～8 cm,礫石成分主要為白云巖或硅質(zhì)巖,礫徑1～5 cm。

厚0.1 m

7-1層、灰黑色含礫粉砂巖,主要由粘土和細(xì)砂混雜堆積形成,含中—細(xì)礫石,礫石含量約30%,膠結(jié)疏松,發(fā)育空洞,向上礫石含量減少,局部夾紋層狀泥質(zhì)粉砂巖層。

厚0.15 m

6-3層、灰黑色含礫雜砂巖,主要由礫石、砂和泥混雜堆積而成,膠結(jié)疏松,常見(jiàn)小空洞,底部礫石較大,礫徑達(dá)到15 cm,礫石成分主要為白云質(zhì)巖、硅質(zhì)巖,局部見(jiàn)花崗巖,呈次圓狀或尖棱角狀,向上礫石含量減少,礫徑變小,泥質(zhì)粉砂巖含量增加。

厚0.2 m

6-2層、深灰色—灰黑色含礫泥質(zhì)粉砂巖,主要為粘土和粉砂質(zhì)組成,含少量的細(xì)礫,礫石含量約2%,呈次圓狀,泥質(zhì)粉砂巖具薄層狀構(gòu)造,層厚2～3 cm。

厚0.1 m

6-1層、灰黑色塊狀角礫巖,主要由細(xì)礫、細(xì)砂和粘土混雜堆積,膠結(jié)疏松,常見(jiàn)小空洞,所含礫石直徑1～6 cm,呈次圓狀,礫石成分多為白云巖,少量為粘土質(zhì)巖或玄武巖,由下向上礫石含量逐漸減少,砂質(zhì)增多。

厚0.1 m

5-2層、灰黑色含礫砂質(zhì)粉—微晶白云巖,具含礫砂質(zhì)粉—微晶結(jié)構(gòu),薄層狀構(gòu)造,層厚約0.5～2 cm,礫石含量較上層減少,約8%,紋層狀或?qū)永硖卣黠@著。

厚1.2 m

5-1層、灰黑色含礫、巖屑雜砂巖,巖石主要由微晶和粉晶白云石和一定量的碎屑物組成,紋層狀或?qū)永硖卣髅黠@,含中—細(xì)粒礫石,含量約15%,礫徑大者15～20 cm,礫石表面見(jiàn)壓坑、凹槽和少量刻痕,礫石長(zhǎng)軸方向基本沿巖層層理或紋層方向平行展布。

厚0.8 m

4-2層、灰黑色塊狀含巨礫角礫巖,礫石大小懸殊,最大者為40 cm,最小者2.1 mm,巨礫石由礫石和砂質(zhì)組成,礫石外形多呈次圓狀或圓狀,少呈次棱角,大小不等,成分較復(fù)雜,多見(jiàn)白云巖,個(gè)別玄武巖、石英巖。砂質(zhì)碎屑物外形呈次棱角或次圓狀,成分主要是巖屑,含少量的石英單晶,巖屑成分多見(jiàn)白云巖、少見(jiàn)硅質(zhì)巖,偶見(jiàn)玄武巖。膠結(jié)物成分主要是泥—微晶白云石和微粒狀集合體的石英硅質(zhì),含微量粉末狀集合體的鐵質(zhì)物。礫石表面具壓坑、凹槽等。

厚0.9 m

4-1層、灰黑色塊狀含細(xì)—中礫石角礫巖,巖石主要由大小不一的礫石組成,最大者可達(dá)6 mm,最小者3 mm,外形多呈次圓狀,少呈次棱角狀,其成分較復(fù)雜,多見(jiàn)白云巖,少見(jiàn)硅質(zhì)巖和灰?guī)r。內(nèi)夾雜6%的砂質(zhì)碎屑物,砂質(zhì)碎屑物外形呈次棱角或次圓狀,成分主要是巖屑,含少量的石英單晶,巖屑成分有白云巖和硅質(zhì)巖兩種。

厚0.1 m

3層、雜色白云質(zhì)硅質(zhì)礫巖夾灰黃色含礫粉砂巖,巖石主要由礫石組成,顯示砂質(zhì)礫石狀結(jié)構(gòu),礫石成分以硅質(zhì)巖為主,次為白云巖,多數(shù)呈次圓狀,少數(shù)次棱角狀。砂質(zhì)碎屑物成分幾乎為巖屑,含微量的石英。膠結(jié)物成分僅見(jiàn)次生脈,局部可見(jiàn)礫石受后期構(gòu)造影響,顯示碎裂結(jié)構(gòu)的特征,沿礫石和砂質(zhì)碎屑物之間分布并起膠結(jié)作用。

厚0.2 m

2層、紫紅色含礫細(xì)砂巖,粒度由下部的粗砂級(jí)向上漸變?yōu)橹屑?xì)砂級(jí),有時(shí)夾粉砂巖。礫石成分主要為白云巖,少量為硅質(zhì)巖,最大者5 cm,最小者2 mm,基質(zhì)成分中陸源碎屑石英30%左右,長(zhǎng)石達(dá)15%。

厚0.1 m

1層、雜色礫巖夾紫紅色砂礫巖,礫石組分以白色、灰色和褐紅色白云質(zhì)或硅質(zhì)為主,礫石磨圓度中等,局部見(jiàn)明顯的定向排列,夾層為褐紅色的砂礫巖層,位于該層的底部,褐紅色砂礫巖層較薄。

厚0.7 m

下伏地層:中元古代神農(nóng)架群石槽河組(Pt2s)

0層、紫紅色薄層—中厚層含紋層粉砂、粉屑微晶白云巖與紋層狀藻粉屑粉—微晶白云巖互層(未見(jiàn)底)。

2 巖石地層及其變化特征

在2010年前,對(duì)研究區(qū)南華紀(jì)地層系統(tǒng)僅劃分出上統(tǒng)南沱組,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)和報(bào)道下統(tǒng)蓮沱組—中統(tǒng)古城組、大塘坡組地層。通過(guò)本次調(diào)查研究,首次發(fā)現(xiàn)該地層單位并實(shí)測(cè)了地質(zhì)剖面,采集了必要的測(cè)試樣品,開(kāi)展了該地層系統(tǒng)劃分與建序工作。將該區(qū)南華系自下而上劃分為下統(tǒng)蓮沱組，中統(tǒng)古城組、大塘坡組，上統(tǒng)南沱組四個(gè)正式組級(jí)巖石地層單位。其中,蓮沱組、古城組、大塘坡組為首次在神農(nóng)架地區(qū)新發(fā)現(xiàn)或新劃分出的巖石地層單位。

2.1 蓮沱組(Nh1l)

本組巖石組合下部與《湖北省巖石地層》(1996)定義基本一致,與建系剖面定義基本相同[8]。只是上部出現(xiàn)淺海陸棚相碳泥質(zhì)巖,有別于其他地區(qū)。在神農(nóng)架地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的巖石地層單位,僅分布于神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)南部關(guān)門河—后河與宋洛河交匯的螞蝗溝一帶,分布于河谷兩岸半坡上,呈近東西向產(chǎn)出,并向兩側(cè)尖滅。與下伏神農(nóng)架白云巖接觸界面具明顯角度相交,角度不整合覆蓋于中元古代神農(nóng)架石槽河組白云巖之上。以一套濱淺海—陸棚碎屑沉積夾火山凝灰質(zhì)建造為特征,地層厚度31 m。

圖1 神農(nóng)架地區(qū)地質(zhì)略圖及剖面位置圖Fig.1 Schematic geological map and profile location map of Shennongjia region1.寒武紀(jì)—三疊紀(jì);2.震旦紀(jì);3.南華紀(jì);4.元古代;5.輝綠巖體;6.實(shí)測(cè)地質(zhì)界線;7.角度不整合地質(zhì)界線；8.實(shí)測(cè)正斷層;9.實(shí)測(cè)逆斷層;10.實(shí)測(cè)平推斷層;11.實(shí)測(cè)性質(zhì)不明斷層;12.剖面位置。

圖2 湖北省神農(nóng)架林區(qū)螞蝗溝南華系實(shí)測(cè)剖面圖Fig.2 Measured section of Nanhua system in Mahuanggou,Shennongjia region

本區(qū)蓮沱組主要巖性為:底部紫紅色礫巖、砂礫巖、含礫粉砂巖,礫石組分以白色、灰色和褐紅色白云巖、硅質(zhì)巖為主,磨圓度中等,多數(shù)呈次圓狀,少數(shù)次棱角狀,局部見(jiàn)明顯定向排列;中部深灰—灰黑色礫巖、含礫、巖屑雜砂巖、含礫泥質(zhì)粉砂巖、含礫雜砂巖、含礫粉砂巖等不等厚互層,在近底部礫巖中含海綠石;上部灰—灰黑色含碳泥質(zhì)石英粉砂巖、含鐵含碳粉砂質(zhì)水云母粘土巖、中厚層狀含鐵泥質(zhì)石英粉砂巖夾凝灰質(zhì)粉砂巖。

巖性組合特征表明蓮沱組從底部到上部物質(zhì)組成明顯呈現(xiàn)從粗到細(xì)的變化特點(diǎn),巖石的顏色由紫紅色—淺灰色—灰黑色逐漸變化,這表明該時(shí)期氣候由溫暖炎熱向寒冷轉(zhuǎn)換條件下的沉積特點(diǎn)。

2.2 古城組(Nh2g)

本研究區(qū)內(nèi)古城組巖性組合特征與長(zhǎng)江三峽地區(qū)存在一定差異,與湖北省巖石地層定義基本一致。區(qū)內(nèi)伴隨蓮沱組呈窄條帶或透鏡狀產(chǎn)出,僅分布于神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)南部關(guān)門河—后河與宋洛河交匯的螞蝗溝一帶,與蓮沱組相伴產(chǎn)出,呈近東西向分布,并向兩側(cè)尖滅,地層厚度105.1 m。以冰磧礫巖的出現(xiàn)與下伏蓮沱組淺灰色中厚層狀含鐵泥質(zhì)石英粉砂巖呈平行不整合接觸。

總體上古城組巖性組合比較簡(jiǎn)單,主要由冰磧礫巖、含礫不等粒巖屑砂巖、含鐵粉砂質(zhì)粘土巖、含礫粉砂質(zhì)水云母粘土巖組成,構(gòu)成兩次冰伐旋回的特點(diǎn)明顯,即下部冰磧礫巖夾白云質(zhì)含礫不等粒巖屑砂巖—黃綠色薄層狀含鐵粉砂質(zhì)粘土巖;上部淺灰綠色冰磧礫巖夾白云質(zhì)含礫不等粒巖屑砂巖—灰綠色含礫含粉砂水云母粘土巖夾紋泥巖。在灰綠色含礫含粉砂水云母粘土巖中水平紋層發(fā)育,巖石風(fēng)化脫落呈蘿卜絲狀特征。

冰磧礫巖的礫石礫徑大小懸殊,最大的達(dá)50 cm,大多為10～15 cm,成分較復(fù)雜,局部可見(jiàn)礫中礫或砂巖透鏡體,砂巖透鏡體長(zhǎng)軸方向大多平行于層理方向,少量與層理方向斜交,礫石成分主要為白云巖、白云質(zhì)細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖及硅質(zhì)巖,磨圓度及分選性差,呈棱角狀—次棱角狀。薄層狀含鐵粉砂質(zhì)粘土巖、含礫含粉砂水云母粘土巖中水平紋層、紋帶的發(fā)育特征表明,該套沉積巖系可能代表了海洋冰磧環(huán)境特征。

2.3 大塘坡組(Nh2d)

本研究區(qū)內(nèi)大塘坡組僅分布于神農(nóng)架林區(qū)松柏鎮(zhèn)南部螞蝗溝一帶,呈近東西向與古城組相伴產(chǎn)出,向兩側(cè)尖滅。該區(qū)大塘坡組巖性特征與湖北省巖石地層定義及與三峽地區(qū)大塘坡組巖性特征具明顯差異。該區(qū)大塘坡組底部發(fā)育灰—灰白色中—中厚層白云巖夾泥質(zhì)頁(yè)巖,向上白云巖減少,逐步變?yōu)樯罨疑袑訝罘凵百|(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖與泥質(zhì)頁(yè)巖不等厚互層,發(fā)育水平層理,地層厚度69.2 m。以灰白色中厚層白云巖的出現(xiàn)與下伏古城組灰綠色冰磧礫巖為整合接觸。

大塘坡組代表南華紀(jì)間冰期淺海局限臺(tái)地碳酸鹽、泥質(zhì)沉積,未見(jiàn)碳泥質(zhì)或含錳建造。因此,該區(qū)大塘坡組巖性組合特征及所反映的成巖古構(gòu)造環(huán)境與含礦性是與其他地區(qū)大塘坡組相區(qū)別的重要標(biāo)志[9]。

2.4 南沱組(Nh3n)

南沱組冰磧礫巖在區(qū)內(nèi)分布廣泛,凡是有南華系分布的地區(qū)均有南沱組冰磧礫巖出露。巖性大致可分為上下二部分:下部以灰色冰磧礫巖為主,夾灰綠色薄層狀含礫含砂粉砂質(zhì)粘土巖、薄層鈣質(zhì)泥巖。礫石成分復(fù)雜,主要為白云巖、粉砂巖、礫巖,見(jiàn)少量花崗巖、硅質(zhì)巖礫石,角礫大小混雜,應(yīng)為近源礫石。礫徑一般3～35 cm居多,多為棱角—次棱角狀。膠結(jié)物成分為微晶白云石、硅質(zhì)和粉末狀集合體的泥鐵質(zhì),沿礫石和砂質(zhì)碎屑物之間分布并起膠結(jié)作用,巖石呈塊狀產(chǎn)出。上部為灰—灰綠色塊狀泥砂質(zhì)冰磧巖、含礫砂質(zhì)泥巖,夾含礫巖屑雜砂巖、淺灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖等。礫石成分為白云巖、硅質(zhì)巖、變質(zhì)砂巖、花崗巖等。礫石大小混雜,礫徑2～25 cm居多,呈次棱角—次渾圓狀,雜基支撐,含量5%～30%,礫石可見(jiàn)錯(cuò)斷石構(gòu)造、擦痕碎屑以及滴石(漂礫)等冰成特征;頂部為淺灰綠色極薄層狀粉砂質(zhì)泥巖,巖層中紋層狀構(gòu)造發(fā)育,并有條帶狀構(gòu)造。地層厚度10～298.4 m。在螞蝗溝一帶與下伏大塘坡組呈平行不整合接觸,其他地區(qū)與神農(nóng)架群各組呈角度不整合接觸關(guān)系[10]。與上覆震旦紀(jì)陡山沱組厚層塊狀微晶白云巖呈平行不整合接觸。

南沱組發(fā)育的冰磧礫巖與古城組冰磧礫巖存在明顯差異,前者具一定成層性,冰磧礫巖—黃綠色含礫粉砂巖,旋回性明顯,巖石呈蘿卜絲狀風(fēng)化剝落;而南沱組冰磧礫巖整體較為松散,膠結(jié)較差,塊狀產(chǎn)出,不顯層理,整體巖石顏色較淺,多呈灰色—灰黃色,巖層中漂礫更為發(fā)育多見(jiàn),礫石表面可見(jiàn)擦痕、壓坑等構(gòu)造。充分顯現(xiàn)了大陸型冰磧巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3 巖石地球化學(xué)特征

研究區(qū)南華系主要巖石類型氧化物含量及CIA值變化特征明顯(表1)。關(guān)于冰磧與非冰磧的判別，根據(jù)Nesbitt等(1982)提出以化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)值來(lái)判別[11],化學(xué)蝕變指數(shù)是反映碎屑巖化學(xué)風(fēng)化程度的指標(biāo)[12-13],化學(xué)蝕變指數(shù)表達(dá)式CIA=[Al2O3/(Al2O3+ CaO*+ Na2O + K2O )]×100,其中n(CaO*)=n(CaO)-n(CO2,方解石)-0.5n(CO2,白云石)-10/3n(P2O5)。

當(dāng)CIA值50～65時(shí),反映寒冷、干燥氣候條件下的低等化學(xué)風(fēng)化程度(即冰期產(chǎn)物);當(dāng)CIA值>65時(shí),反映溫暖、濕潤(rùn)氣候條件下強(qiáng)風(fēng)化—中等風(fēng)化程度(即間冰期產(chǎn)物)。

經(jīng)對(duì)研究區(qū)南華系巖石地層單位進(jìn)行連續(xù)采樣和對(duì)氧化物含量的計(jì)算,獲得研究區(qū)蓮沱組地層中CIA值為下部50.08～63.84、上部(8-12層)68.32～72.66,變化區(qū)間明顯,顯示為早期氣候寒冷、干燥的低等化學(xué)風(fēng)化程度;晚期溫暖、濕潤(rùn)強(qiáng)風(fēng)化—中等風(fēng)化程度特征。與趙小明、劉圣德等(2011)[14]對(duì)長(zhǎng)江三峽地區(qū)蓮沱組的研究形成鮮明對(duì)比;而與王自強(qiáng)、尹崇玉、高林志(2006)[15]對(duì)三斗坪地區(qū)南華系化學(xué)蝕變指數(shù)特征較吻合。古城組地層中CIA值為50.08～73.39,變化區(qū)間較大,顯示多次氣候變化特征,巖性組合與古氣候變化及冰磧巖產(chǎn)出吻合較好,顯示出古城組具二次亞冰期作用;而大塘坡組CIA值為70.48～74.73,整體均>65,代表溫暖氣候條件,并且其CIA值具逐漸增大趨勢(shì),表明該時(shí)期氣候逐漸轉(zhuǎn)暖,顯示出其間冰期沉積氣候特點(diǎn);南沱組CIA值為55.04,代表寒冷氣候條件。南沱時(shí)期為全球新元古代的成冰期,該時(shí)期冰期地層出露厚度較大,且廣泛。

表1 南華紀(jì)氧化物含量變化特征一覽表Table 1 The list of the oxide changes in content of Nanhua

注:CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100，CIA為交替變化的化學(xué)指標(biāo);CaO*為全巖中的CaO扣除化學(xué)沉積CaO的摩爾分?jǐn)?shù)。

總體來(lái)說(shuō),研究區(qū)南華紀(jì)古氣候表現(xiàn)為由寒冷向溫暖氣候遞變過(guò)程,變化規(guī)律與冰磧事件的突發(fā)性是一致的。南華紀(jì)各時(shí)期稀土元素配分曲線均呈向右傾斜的V形,具Eu負(fù)異常特征,輕重稀土分異明顯,其中輕稀土部分呈陡傾斜,重稀土部分呈緩傾斜,表明輕稀土分餾更顯著。蓮沱組稀土元素總量較低(圖3),輕稀土分餾顯著,具弱負(fù)Eu異常;古城組(1亞冰期)和古城組(2亞冰期)的稀土元素曲線具相似的特征(圖4、圖5),粉砂質(zhì)泥巖負(fù)Eu異常特征更為顯著;大塘坡組稀土元素總量較高,輕重稀土分異明顯,具弱負(fù)Eu異常(圖6)。

圖3 蓮沱組稀土元素配分曲線圖Fig.3 The rare earth partition diagram of Liantuo formation

從南華紀(jì)各巖石地層單位微量元素含量變化顯示，除了早南華世蓮沱時(shí)期略有差別外,上覆各組各微量元素走勢(shì)基本一致,反映了從中南華世古城組時(shí)期到晚南華世南沱組時(shí)期處于相似的沉積環(huán)境,其中Cu、Rb、Ba、Th等元素明顯偏高,而Cr、Ni、V等元素含量偏低,這些微量元素特征可反映原始沉積條件。

圖4 古城組(1亞冰期)稀土元素配分曲線圖Fig.4 The rare earth partition diagram of Gucheng formation(first glacial substage)

圖5 古城組(2亞冰期)稀土元素配分曲線圖Fig.5 The rare earth partition diagram of Gucheng formation(second glacial substage)

圖6 大塘坡組稀土元素配分曲線圖Fig.6 The rare earth partition diagram of Datangpo formation

4 沉積環(huán)境分析

研究區(qū)早南華紀(jì)時(shí)期整體物質(zhì)組合構(gòu)成的巖石地層序列所反映的沉積環(huán)境與沉積相特征顯示出地區(qū)個(gè)性特點(diǎn),尤其是蓮沱組和大塘坡組沉積組合與長(zhǎng)江三峽地區(qū)及其他地區(qū)有顯著區(qū)別(表2)。

研究區(qū)早南華紀(jì)蓮沱組時(shí)期,接受了由濱岸—陸棚相沉積的一套灰色碎裂砂質(zhì)白云巖硅質(zhì)巖礫巖、灰紅色褐鐵礦化硅化白云巖角礫巖、褐紅色砂質(zhì)硅質(zhì)白云巖礫巖與黑色薄層狀含碳粉砂巖、白云巖角礫巖、粉砂質(zhì)粘土巖、灰黑色含礫砂質(zhì)粉—微晶白云巖等不等厚互層組合,總體地層結(jié)構(gòu)顯示了由粗變細(xì)退積型結(jié)構(gòu)特點(diǎn),沉積物顏色由淺變深,以出現(xiàn)碳泥質(zhì)巖結(jié)束。代表近斜坡相沉積向局限盆地發(fā)展過(guò)程。

表2 研究區(qū)蓮沱組、大塘坡組沉積特征區(qū)域?qū)Ρ群?jiǎn)表Table 2 Compared diagram of sedimentary characteristics of Liantuo formation and Datangpo formation in study area

據(jù)朱士興等人研究資料顯示,在本研究區(qū)古廟埡一帶冰磧巖層中發(fā)現(xiàn)一層碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖,層面上保存有帶藻化石碎片,經(jīng)鑒定為Tyrasotaenia cf.Podolica Gnil.屬文德帶藻群基拉索帶藻屬[16],一般認(rèn)為屬海產(chǎn)植物,且多數(shù)生活于較冷的水體中,一般生存深度不超過(guò)25 m。由此可表明蓮沱組上部賦存該化石的含碳巖系已進(jìn)入氣候變冷期—海洋冰冷沉積環(huán)境。

中世古城組—大塘坡組時(shí)期則進(jìn)入由冰湖相沉積向間冰期沉積,逐漸向大陸冰川堆積轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。自下而上,古城組巖性組合反映了具二次冰伐作用:第一期以灰色冰磧礫巖—灰綠色粉砂質(zhì)泥巖組合為特征,其沉積環(huán)境應(yīng)為冰川消融相沉積;而第二期以灰色冰磧礫巖—灰色中厚層狀含礫粉砂巖—灰綠色含礫粉砂質(zhì)泥巖組合為特征,其沉積環(huán)境與第一期具顯著可比性。在第二期冰磧礫巖上部發(fā)育灰綠色紋層狀含礫粉砂巖和冰磧紋泥層,夾冰磧巖層,厚度一般10～50 m,礫石含量較少,且粒度較小,基質(zhì)細(xì),分選程度較好,中厚層狀或紋層—紋帶狀,其含礫石成分與冰磧礫巖相同,由此可判斷該套冰磧(含礫)砂—泥巖屬于冰前盆地的產(chǎn)物,其沉積相應(yīng)屬于冰前湖泊或冰前瀉湖環(huán)境。

大塘坡組時(shí)期為一套間冰期沉積,與區(qū)域上大塘坡組巖性組合及沉積特征不同,大塘坡組底部為薄層狀細(xì)晶白云巖與粉砂質(zhì)泥巖互層,白云巖在宏觀展布上呈透鏡體狀產(chǎn)出,橫向上逐漸尖滅。往上為厚層狀細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)頁(yè)巖,條紋條帶狀構(gòu)造發(fā)育,顯示水平層理或平緩的波狀層理,具加積結(jié)構(gòu)特征,其沉積環(huán)境為局限臺(tái)地相—瀉湖相。

晚世南沱組時(shí)期沉積結(jié)構(gòu)主要為冰磧礫巖夾粉砂巖。巖層呈巨厚塊狀、不顯層理,隨處可見(jiàn)許多的大漂礫,發(fā)育兩層塊狀冰磧礫巖,具冰磧礫巖—含礫砂泥巖—不含礫砂泥巖或粉砂巖組合,反映為兩次冰進(jìn)和冰退的冰磧作用特點(diǎn),顯示為較典型大陸冰川沉積的冰川底磧相性質(zhì)。

5 結(jié)論

本文經(jīng)對(duì)神農(nóng)架螞蝗溝地區(qū)南華系巖石地層序列與沉積特征的研究,無(wú)論從巖石地層、沉積環(huán)境、氣候變化等特征均顯示出本地區(qū)巖相古地理環(huán)境特點(diǎn)。

(1) 神農(nóng)架地區(qū)具揚(yáng)子前陸北緣頂?shù)R全的南華紀(jì)地層序列,自下而上可劃分出下統(tǒng)蓮沱組,中統(tǒng)古城組、大塘坡組及上統(tǒng)南沱組四個(gè)巖石地層單位。其中,下統(tǒng)蓮沱組,中統(tǒng)古城組、大塘坡組是本地區(qū)新發(fā)現(xiàn)巖石地層單位,指示這一地區(qū)具有研究中國(guó)揚(yáng)子前陸地區(qū)南華紀(jì)良好完整的地層剖面。對(duì)研究中國(guó)南方南華紀(jì)沉積建造結(jié)構(gòu)及發(fā)展演化歷史具有重要地學(xué)意義。

(2) 神農(nóng)架地區(qū)南華紀(jì)沉積組合與巖石地球化學(xué)特征及所反映的氣候環(huán)境揭示本區(qū)地質(zhì)發(fā)展演化與其他地區(qū)不同的特點(diǎn)。在早期蓮沱組時(shí)期接受濱岸—陸棚碎屑泥質(zhì)沉積過(guò)程中,氣候開(kāi)始由寒冷干燥轉(zhuǎn)換為溫暖潮濕環(huán)境;中期的古城組時(shí)期則轉(zhuǎn)化為寒冷與溫暖交替,進(jìn)入大塘坡組時(shí)期又轉(zhuǎn)化為溫暖氣候條件下的局限臺(tái)地相—瀉湖相沉積;晚期的南沱組時(shí)期進(jìn)入統(tǒng)一大陸冰川作用,接受了數(shù)百米厚陸相冰磧巖堆積,系統(tǒng)展現(xiàn)了這一地區(qū)南華紀(jì)巖相古地理特征與氣候變化規(guī)律。

致謝：項(xiàng)目野外工作中得到了湖北省地質(zhì)調(diào)查院教授級(jí)高級(jí)工程師胡正祥、吳傳榮的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)；審稿專家對(duì)本文進(jìn)行了認(rèn)真審閱,提出了寶貴的修改意見(jiàn)；同時(shí)對(duì)參加本項(xiàng)目工作的同仁一并表示感謝。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

DENG Qianzhong, SHI Xianbin, DU Xiaofeng
(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Stratigraphic Sequence and Sedimentary Characteristics of Nanhua System in Mahuanggou,Shennongjia Area

According to the outcomes of regional geological survey in Shennongjia,then on the basis of a comprehensive study for a complete sequence of measured section which newly discovered in Nanhua system,and combined with the principle of Stratigraphic division of establishing Nanhua system which is proposed by National Commission on Stratigraphy and Chinese stratigraphic table(2013),they firstly establish the stratigraphic sequence of Nanhua system in Shennongjia hinterland.And they think the stratigraphic sequence and the top to the bottom of the sections are complete,and it is a good representative of Nanhua system in Shennongjia region.Tney analyse the stratigraphic sequence,sedimentary facies and environment of Nanhua system,then divide the Nanhua system into Liantuo formation,Gucheng formation,Datangpo formation and Nantuo formation from the top to the bottom.Combined with the geochemistry,the authors clearly stated that the seawater shallowing and the climate cooling during the period of Liantuo formation,and this region deposit gray-black carbon argillaceous rocks that formed in the cold-warm alternating climate.Gucheng ice age is the results of ocean icing period.Nantuo formation is moraine rock formed in the the mainland icing period.

Shennongjia region; Nanhua system; ice age; stratigraphic sequence

2014-11-04;改回日期:2015-01-22

本文成果依托于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目(1212011120782)。

鄧乾忠(1955-),男,正高職高級(jí)工程師,地質(zhì)力學(xué)專業(yè)，從事基礎(chǔ)地質(zhì)工作。E-mail:shanchuan0928@163.com

P539.2

A

1671-1211(2015)02-0124-08

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150204.1046.016.html 數(shù)字出版日期:2015-02-04 10:46