遼東本溪地區(qū)新元古界青白口系巖石地層格架及模型

吳子杰，王　烜，潘玉啟，程培起，包洪偉，雷廣新

(遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧 大連 116100)

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遼東本溪地區(qū)新元古界青白口系巖石地層格架及模型

吳子杰，王烜，潘玉啟，程培起，包洪偉，雷廣新

(遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧 大連 116100)

摘要：遼東本溪地區(qū)新元古界青白口系非常發(fā)育，出露齊全。文章運(yùn)用沉積學(xué)、地層學(xué)、層序地層學(xué)等理論，依據(jù)遼東本溪地區(qū)新元古界青白口系巖相巖石組合特征及空間展布規(guī)律的地質(zhì)調(diào)查和研究成果，參考前人層序地層劃分意見，將該區(qū)青白口系劃分為2個(gè)三級(jí)層序；對(duì)層序內(nèi)部的體系域進(jìn)行研究，建立了本溪地區(qū)巖石地層格架和地層模型，認(rèn)為該區(qū)青白口系在不同階段的盆地演化過程繼承了前期的古地理格局。

關(guān)鍵詞：青白口系；層序地層；地層格架；巖石地層模型；本溪；遼東

0引言

遼東本溪地區(qū)新元古代地層發(fā)育良好，是我國(guó)研究新元古界的理想之地。其新元古界集中分布在研究區(qū)的太子河流域，一般呈EW向展布(圖1)，有青白口系和南華系，自下而上為青白口系釣魚臺(tái)組、南芬組和南華系的橋頭組、康家組，其中釣魚臺(tái)組、南芬組、橋頭組的層型剖面均位于研究區(qū)內(nèi)。青地乙治1928年在本溪橋頭鎮(zhèn)至南芬區(qū)間的細(xì)河流域創(chuàng)名細(xì)河群，并創(chuàng)建了釣魚臺(tái)石英巖、南芬頁巖及泥灰?guī)r，之后遠(yuǎn)藤隆次(1937)、姜春潮(1957)、馬子驥(1964)、遼寧區(qū)調(diào)隊(duì)(1964)、遼寧省地質(zhì)勘查院(2013)等地質(zhì)學(xué)者及單位在此研究[1]，在巖石地層、震積巖、構(gòu)造及古地理等方面成果頗豐。本文利用沉積學(xué)和地層學(xué)理論，對(duì)青白口系的地層格架及地層模型進(jìn)行研究。

1巖石地層與層序地層特征

遼東本溪地區(qū)青白口系巖石地層及層序地層劃分見表1。

1.1青白口系釣魚臺(tái)組

釣魚臺(tái)組為陸源碎屑濱岸的沉積地層，為區(qū)內(nèi)青白口紀(jì)期最早的海相沉積，厚250～600m[2-3]，根據(jù)沉積環(huán)境及巖石組合特征，本文將其分為2個(gè)正式段。一段由灰白色中厚層硅質(zhì)膠結(jié)含礫細(xì)中粒石英砂巖、灰白色厚-巨厚層硅質(zhì)膠結(jié)細(xì)中粒石英砂巖、白色中-厚層硅質(zhì)膠結(jié)含礫細(xì)中粒石英砂巖韻律性構(gòu)成基本層序，由下向上先變薄再變厚，粒度先變細(xì)再變粗，巖石中發(fā)育雙向斜層理及波痕、沖刷面等沉積構(gòu)造，為主灘-灘前-主灘的相序變化；二段為海灘沉積環(huán)境，正粒序?qū)永戆l(fā)育，向上變細(xì)變薄，由灰白色厚層硅質(zhì)膠結(jié)細(xì)粒石英砂巖、灰褐色中厚層鐵質(zhì)細(xì)中粒含海綠石石英砂巖、灰白色厚-微薄層硅質(zhì)膠結(jié)細(xì)中粒含海綠石石英砂巖構(gòu)成多個(gè)厚-薄的旋回性基本層序[2]。

表1　本溪地區(qū)青白口系巖石地層及層序劃分

圖1　遼寧東部新元古界地層分布及研究區(qū)位置(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)Fig.1　Map showing Neoproterozoic strata distribution in the Eastern Liaoning province and position of the study area

該組對(duì)應(yīng)一個(gè)三級(jí)海平面變化周期，劃分為一個(gè)三級(jí)層序(QbS3)，由海侵體系域和高水位體系域組成，凝縮段不發(fā)育，相對(duì)海平面變化曲線為近對(duì)稱型，早期緩慢上升，晚期緩慢下降。海侵體系域由釣魚臺(tái)組一段下部的硅質(zhì)膠結(jié)復(fù)成分礫巖與硅質(zhì)膠結(jié)含礫石英砂巖構(gòu)成旋回，向上發(fā)育斜層理、平行層理及波痕，反映海侵事件，自下而上粒度由粗變細(xì)，為海侵退積型地層結(jié)構(gòu)。高水位體系域?qū)?yīng)巖性為灰褐色薄-中厚層鐵質(zhì)膠結(jié)含礫中粗粒石英砂巖、灰白色厚-中厚層硅質(zhì)膠結(jié)含礫中粗粒石英砂巖和灰白色厚-中厚層硅質(zhì)膠結(jié)含細(xì)礫粗中粒石英砂巖，發(fā)育斜層理和平行層理，此時(shí)海水緩慢變淺，顯示為進(jìn)積型地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該層序底界面為SB1，該界面代表了長(zhǎng)期遭受風(fēng)化剝蝕時(shí)期，為明顯的沉積相轉(zhuǎn)換面。該界面之下為陸相辮狀河環(huán)境沉積，而界面之上為濱海環(huán)境，底部發(fā)育海侵滯留礫石，在鄰區(qū)發(fā)育風(fēng)化沉積的鐵礦，該層序與下伏地層呈平行不整合接觸，故為Ⅰ型層序。

1.2青白口系南芬組

南芬組為臺(tái)地-淺海陸棚相沉積，厚650m[2]。根據(jù)沉積環(huán)境及巖石組合特征，將該組劃為4個(gè)非正式段。一段為潟湖環(huán)境下沉積的地層，發(fā)育水平紋理及小型雙向斜層理，由紫色薄-微薄層砂質(zhì)泥晶灰?guī)r、黃綠色薄-微薄粉砂巖(頁巖)韻律性構(gòu)成向上灰?guī)r增多的氧化-還原環(huán)境變化基本層序；二段為開闊臺(tái)地相沉積，由蛋青色泥灰?guī)r(上部為灰紫色薄-中層含銅粉晶灰?guī)r)-紫色鈣質(zhì)頁巖韻律性互層構(gòu)成基本層序；三段以紫色含粉砂質(zhì)頁巖、灰?guī)r、蛋青色薄層含銅泥晶灰?guī)r旋回性互層構(gòu)成基本旋回，并由相似旋回構(gòu)成基本層序，發(fā)育水平層理，沉積于陸棚盆地；四段發(fā)育水平層理、脈狀及透鏡狀層理，為遠(yuǎn)濱盆地相沉積地層，由黃綠色薄-微薄層泥質(zhì)粉砂巖與黃綠色鈣質(zhì)頁巖韻律性互層構(gòu)成旋回性基本層序。

該組對(duì)應(yīng)一個(gè)完整三級(jí)海平面變化周期，可劃分出一個(gè)三級(jí)層序(QbS4)。由海侵體系域和高水位體系域組成，相對(duì)海平面變化曲線為對(duì)稱型，早期緩慢上升，晚期緩慢下降。海侵體系域?yàn)闈暫喑练e的紫色薄-微薄層鈣質(zhì)膠結(jié)中細(xì)粒石英砂巖夾黃綠色薄-微薄層泥晶灰?guī)r，兩者呈旋回性互層，向上泥晶灰?guī)r比例增大，發(fā)育水平紋理及小型雙向斜層理。向上為碳酸鹽臺(tái)地相的蛋青色薄層泥晶粉晶灰?guī)r、紫色薄層粉晶灰?guī)r，其中紫色薄層粉晶灰?guī)r夾蛋青色薄層粉晶灰?guī)r，兩者呈旋回性互層，反映更高一級(jí)的海平面變化，由下向上反映為海侵退積型地層結(jié)構(gòu)。高水位體系域相序變化為碳酸鹽臺(tái)地-局限臺(tái)地-陸棚盆地，灰紫色薄-中層含銅粉晶灰?guī)r夾紫色鈣質(zhì)頁巖組成向上粉晶灰?guī)r減少的旋回，沿層面多見孔雀石，發(fā)育小型沖刷面、波痕及斜層理，反映出海退進(jìn)積型地層結(jié)構(gòu)。釣魚臺(tái)組層序形成后，海平面經(jīng)短暫停滯后又迅速上升，并快速加深為淺海陸棚環(huán)境。層序底界面是一個(gè)沉積相的轉(zhuǎn)換面，界面之下為陸源碎屑濱岸，發(fā)育斜層理及波痕，而界面之上為潟湖-淺海相，故為SB2面，屬Ⅱ型層序。

圖2　本溪地區(qū)新元古界青白口系巖石地層格架Fig.2　Stratigraphic framework of Neoproterozoic Qingbaikou System in Benxi area1.魚骨狀交錯(cuò)層理；2.斜層理；3.沖刷面；4.最大海泛面；5.巖石單位相變線；6.Ⅰ型界面；7.水平層理；8.波痕；9.震積巖；10.層序界面；11.退積；12.進(jìn)積；13.丘狀層理；14.海綠石；15.礫石；16.上超；17.含銅；18.最大海泛期；19.高水位體系域；20.海侵體系域；21.Ⅰ型界面；22.Ⅱ型界面

2巖石地層格架及模型

2.1巖石地層格架及模型的概念與研究方法

地層格架是指區(qū)域巖石地層序列的時(shí)空存在狀況圖像和區(qū)域巖石單位的堆積順序與型式。它是沉積巖區(qū)地質(zhì)調(diào)查中的主要內(nèi)容。研究時(shí)，要查明地層序列內(nèi)每個(gè)巖石(地層)單位的空間分布情況(包括各單位的組成、形態(tài)、地層結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系)、時(shí)間歸屬及各類主要間斷面(不整合)、海侵面和最大海侵面等的地層位置、劃分層序地層單位(或不整合界限單位)，同時(shí)收集生物地層、年代地層、沉積巖相等方面的研究成果，進(jìn)行綜合分析與對(duì)比。研究成果一般以二維空間(厚度與長(zhǎng)度)剖面和時(shí)空(時(shí)間與長(zhǎng)度)剖面的形式來表達(dá)[4]。

地層模型是地層實(shí)體的形態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、時(shí)空存在狀況的簡(jiǎn)化表達(dá)和綜合解釋，建立地層模型是進(jìn)行盆地地層分析的基本方法。地層模型分為巖石地層模型和剖面地層模型，本文建立了青白口系的巖石地層模型，其內(nèi)容主要包括巖石地層單位的形態(tài)、時(shí)空分布、組成與結(jié)構(gòu)變化以及同其他地層單位的相互關(guān)系[5]。

2.2巖石地層格架

為表述本溪地區(qū)青白口紀(jì)盆地演化特征，以及QbS3，QbS4兩個(gè)層序的劃分與內(nèi)部不同體系域的縱橫變化規(guī)律，客觀地反映本溪地區(qū)青白口紀(jì)地史間隔內(nèi)巖石地層序列的結(jié)構(gòu)和空間排列型式、幾何形態(tài)及其相互關(guān)系特征，依據(jù)遼寧橋頭等四幅1∶5萬區(qū)調(diào)項(xiàng)目中4條主干剖面(方家堡子村、嶺下村、南芬和古家子)，建立了本區(qū)青白口系巖石地層格架(圖2)。

圖3　本溪地區(qū)新元古界青白口系巖石地層模型Fig.3　Model of Neoproterozoic Qingbaikou System in Benxi area1.魚骨狀交錯(cuò)層理；2.斜層理；3.沖刷面；4.最大海泛面；5.巖石單位相變線；6.Ⅰ型界面；7.水平層理；8.波痕；9.震積巖；10.層序界面；11.退積；12.進(jìn)積；13.丘狀層理；14.海綠石；15.礫石；16.上超；17.含銅；18.最大海泛期；19.高水位體系域；20.海侵體系域；21.Ⅰ型界面；22.Ⅱ型界面(圖中基本層序柱狀圖左側(cè)數(shù)字為厚度(m))

由圖2可見，該套地層共劃分出2個(gè)三級(jí)層序，不同地區(qū)層序數(shù)量及層序界面吻合較好，界面性質(zhì)及類型基本相同，內(nèi)部特征也完全一致(如在海侵體系域均見斜層理、沖刷面等沉積構(gòu)造)。高水位體系域見有逆粒序?qū)永?、斜層理等沉積構(gòu)造。最大海泛期沉積巖層較薄。QbS3層序?yàn)殛懺椿旌蠟I岸的濱岸礫石灘和濱岸沙灘沉積環(huán)境，QbS4層序?yàn)闇\海的遠(yuǎn)濱盆地、陸棚盆地及碳酸鹽臺(tái)地沉積環(huán)境。各層序底形繼承其早期的底部特征，總體上北東高南西低，水體北東淺南西深，沉積厚度北東薄南西厚，這一差異至晚期逐漸減小，該段地層沉積厚度在古家子地區(qū)約為1 200m，中部南芬地區(qū)約為800m，中西部嶺下村為700m，北東部方家堡子地區(qū)最薄，僅為600m。古流向測(cè)定海侵方向主要由南西向北東。從地層分布特征看，QbS3層序?yàn)殛懺此樾紴I岸沉積，QbS4為淺海沉積。古家子至南芬地區(qū)地形較陡，坡度差為15m/km左右。向北東坡度逐漸變小，約3.5m/km。巖相穩(wěn)定，厚度總體向北變薄。

2.3巖石地層模型

本溪地區(qū)新元古界青白口系巖石地層模型包括巖石地層格架的全部?jī)?nèi)容，補(bǔ)充了大量的剖面結(jié)構(gòu)內(nèi)容(如巖性、巖相的綜合變化規(guī)律，層序界面特征等)(圖3)，概括了區(qū)域地質(zhì)的實(shí)際情況，展示出不同巖石地層單位和層序單位在三維空間的變化和屬性[5]。

受海平面和區(qū)域性結(jié)構(gòu)沉降的雙重控制，本溪地區(qū)在青白口系釣魚組沉積前已發(fā)生明顯分異，盆地自北東向南西海水逐漸加深，海水自南西向北東流動(dòng)。釣魚臺(tái)組與南芬組2次海侵中基本上繼承了這一特征，使其沉積地層的巖性、巖相和地層結(jié)構(gòu)序列的表現(xiàn)形式在縱橫向上發(fā)生規(guī)律性變化。

北東部為淺水高能沉積環(huán)境，以粒度較大的石英砂巖和高速率沉積的碳酸鹽巖為主，而南西部中-深水地區(qū)則更多反映低能環(huán)境的泥灰質(zhì)沉積。釣魚臺(tái)組時(shí)期為陸源碎屑濱岸相沉積，至南芬組時(shí)期則變?yōu)闇\海相沉積。

從圖3可見，2個(gè)層序單位內(nèi)部地層結(jié)構(gòu)特征以最大海泛期(mfs)為界，其下部為海侵時(shí)期形成的海侵退積型地層結(jié)構(gòu)，其上為海退時(shí)期形成的海退進(jìn)積型地層結(jié)構(gòu)特征。這種規(guī)律性特征代表在相對(duì)海平面變化周期內(nèi)，環(huán)境演化或沉積速率變化與沉積物容納空間的函數(shù)關(guān)系。

3結(jié)語

將本溪地區(qū)新元古界青白口紀(jì)劃分出2個(gè)三級(jí)層序，對(duì)青白口系巖石地層格架及模型進(jìn)行研究，客觀地反映了本溪地區(qū)巖石地層單位的縱橫向變化規(guī)律及青白口紀(jì)古地理格局與盆地演化的特征。確定青白口紀(jì)時(shí)期地形底部特征，總體上北東高南西低，水體北東淺南西深，沉積厚度北東薄南西厚，這一差異至晚期逐漸減小。確定了海侵方向主要由南西向北東方向。

致謝：本文在選題及完成過程中得到遼寧省地質(zhì)勘查院張國(guó)仁教授級(jí)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)，論文所用資料主要來源于1∶5萬橋頭等四幅區(qū)調(diào)工作，為集體成果，在此一并表達(dá)謝意。

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StratigraphicframeworkandmodelforNeoproterozoicQingbaikouPeriodrocksinBenxiareaoftheeasternLiaoningprovince

WUZijie，WANGXuan，PANYuqi，CHENGPeiqi，BAOHongwei，LEIGuangxin

(Liaoning Provincial Institute of Geological Exploration, Dalian 116100, Liaoning, China)

Abstract：Neoproterozoic Qingbaikou System is widely developed and completely outcropped in eastern Liaoning province. The paper uses sedimentology, stratigraphy, sequence stratigraphy and other theory of geosciences to investigate characteristics of petrographic and rock association and spatial distribution pattern of the System then summarizes the previous researches and divide Qingbaikou System into two sequences III. The internal system tracts of the sequences are studied to establish model, stratigraphic framework of the system in Benxi area showing that evolution of Qingbaikou System at different stages inherited palaeogeographic pattern of the previous stage.

Key Words：Qingbaikou System; sequence stratigraphy; stratigraphic framework; section model; Benxi; the eastern Liaoning province

收稿日期：2015-01-23；責(zé)任編輯：趙慶

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基礎(chǔ)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：1212011120734)資助。

作者簡(jiǎn)介：吳子杰(1987—)，男，助理工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)及地層古生物研究。

通信地址：遼寧省大連市金州新區(qū)五一路10號(hào)，遼寧省地質(zhì)勘查院；郵政編碼：116100；E-mail:midnight29@163.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 011

中圖分類號(hào)：P534.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A