貴州六盤水地區(qū)二疊紀(jì)茅口組中晚期碳酸鹽巖微相特征和沉積環(huán)境分析

王文明，彭成龍，盧定彪，陳建書，向坤鵬，龔桂源，張德明，安亞運(yùn)，陳 興

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 引言

茅口組創(chuàng)名于貴州郎岱鎮(zhèn)西南茅口河岸至打鐵關(guān)一帶，由“茅口希瓦格石灰?guī)r”演繹而來(lái)，由樂(lè)森璕1929年命名。因其直觀顯著的石灰?guī)r組合、垂向地層序列中清晰的位置、富含新希瓦格等特征而在華南地層大區(qū)各地層分區(qū)廣泛引用(中國(guó)地層典編委會(huì)，1996)。隨著研究的不斷深入，證實(shí)茅口組并非一套純石灰?guī)r，其巖石組合由灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r、白云巖等構(gòu)成，局部夾硅質(zhì)巖和錳礦層，整體白云巖化明顯。而且不同剖面茅口組巖性組合、巖相特征差異顯著，頂部甚至可能存在剝蝕(楊繩武 等，1981；龍家榮，1985；肖偉民 等，1986；陳文一 等，1984，2003；陳洪德，1999；馮曾昭 等1994，1996，1997；王立亭 等，1983，1994；劉寶珺，1994；施貴軍，1999；王尚彥，2005；周喆，2015；劉柯，2017；孫劍，2018)。對(duì)茅口組巖石組合認(rèn)識(shí)的不同，導(dǎo)致各研究者對(duì)該組的劃分對(duì)比存在分歧，致使該組區(qū)域?qū)Ρ壤щy(貴州省區(qū)域地質(zhì)志，1987；貴州省巖石地層，1995；貴州省地質(zhì)調(diào)查院，2017)。

六盤水地區(qū)是茅口組層型剖面所在地，巖相類型齊全、分異明顯，是研究茅口組沉積期巖相古地理特征的理想?yún)^(qū)域。作者等在1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)填圖基礎(chǔ)上，通過(guò)剖面測(cè)制、巖相薄片分析，對(duì)茅口組進(jìn)行系統(tǒng)研究，共識(shí)別出5種微相類型，并根據(jù)其組合劃分為4種亞相。綜合研究認(rèn)為，二疊紀(jì)茅口中晚期六盤水地區(qū)古地理分布格局由南西側(cè)的“臺(tái)溝”和北東部“臺(tái)地”組成，其間呈相變關(guān)系。該認(rèn)識(shí)為進(jìn)行茅口中晚期巖相古地理重建具有重要意義，并可能為該區(qū)錳礦找礦提供新的方向。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)六盤水一帶在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子陸塊東南緣，六盤水NW向構(gòu)造變形區(qū)與威寧穹盆構(gòu)造變形區(qū)結(jié)合部位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向主要有兩組，分別呈NW走向和近SN走向，主要表現(xiàn)為一系列緊閉的褶皺構(gòu)造(圖1)。出露地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系。其中中二疊世茅口組整合于棲霞組之上，其上被峨眉山玄武巖假整合覆蓋。該組分為兩個(gè)巖性段，第一巖性段為灰、深灰色厚層至塊狀泥晶(含)生物屑灰?guī)r、泥晶-微晶生物屑灰?guī)r、含砂屑生物屑灰?guī)r，下部局部夾少量豹皮狀白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖。以Yabeinagubler的出現(xiàn)、Canccellinasp.的消失作為劃分該段頂界的生物依據(jù)。第二巖性段為深灰色薄-中厚層含錳質(zhì)燧石灰?guī)r與淺灰色厚層塊狀生物屑灰?guī)r組成，同期巖相分異明顯，出現(xiàn)較深水臺(tái)溝相(硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r建造)與開(kāi)闊臺(tái)地相(淺色厚層塊狀生物屑灰?guī)r建造)相間的沉積格局。

圖1 六盤水地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)1∶5萬(wàn)普立片區(qū)地質(zhì)圖修改)

3 巖性組合及微相特征

通過(guò)1∶5萬(wàn)地質(zhì)填圖、大比例尺剖面測(cè)制以及系統(tǒng)巖相薄片研究，控制了茅口組巖石組合、沉積構(gòu)造、生物組合及變化規(guī)律，為詳細(xì)研究茅口中晚期巖相古地理奠定了基礎(chǔ)。

3.1 巖性組合特征

研究顯示六盤水地區(qū)茅口中晚期沉積主要存在含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段與生物屑灰?guī)r段兩種巖性組合(圖2)，特征如下：

圖3 含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段(P2m2)與生物屑灰?guī)r段(P2sh)基本層序Fig.3 Basic sequence of manganese-bearing flint limestone section(P2m2)and bioclastic limestone section(P2sh)

茅口中晚期，大致以坪寨-楊梅-野鐘一線為界，南西側(cè)含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段均含氧化錳質(zhì)灰?guī)r，并含泥質(zhì)、炭質(zhì)，風(fēng)化后多呈黑褐色粘土，夾少量淺色生物屑灰?guī)r透鏡體。分布少量錳礦點(diǎn)，在格學(xué)一帶有中型錳礦床產(chǎn)出；北東側(cè)生物屑灰?guī)r段主要為生物屑微-泥晶灰?guī)r、亮-泥晶顆?；?guī)r、含燧石生物屑灰?guī)r建造，偶見(jiàn)或無(wú)含錳灰?guī)r產(chǎn)出。

含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段與生物屑灰?guī)r段分布不穩(wěn)定(圖1、圖2)。在普立、雞場(chǎng)、四格、野鐘、果布嘎、米蘿、陡箐、箐口一帶，含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段整合覆于茅口早期沉積之上，在格學(xué)、玉舍、俄腳、蘇都、都戛、化樂(lè)等地，被上覆生物屑灰?guī)r段整合覆蓋；在三家寨、苦李沖、猴場(chǎng)、蟠龍、鹽井等地，茅口早期沉積之上未見(jiàn)含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段沉積，生物屑灰?guī)r段與茅口早期沉積整合接觸。由此可見(jiàn)，含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段與生物屑灰?guī)r段并非絕對(duì)上、下疊覆關(guān)系，在部分地區(qū)接觸關(guān)系指示二者為同時(shí)異相的產(chǎn)物，其上均被峨眉山玄武巖組假整合覆蓋。

3.2 微相特征

通過(guò)對(duì)12條剖面進(jìn)行巖相薄片系統(tǒng)研究，以顆粒類型、含量以及膠結(jié)物類型作為劃分微相類型的主要依據(jù)。通過(guò)與鑲邊碳酸鹽巖臺(tái)地的標(biāo)準(zhǔn)微相類型對(duì)比(馬永生譯，2016)，總結(jié)出六盤水一帶茅口中晚期碳酸鹽巖5種微相類型：

3.2.1 均質(zhì)無(wú)化石微—泥晶灰?guī)r微相(SMF23)

巖性為微-泥晶灰?guī)r(圖4a)、硅質(zhì)不等晶灰?guī)r，主要分布在含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段中，見(jiàn)于格學(xué)、岔河、俄腳、化樂(lè)一帶，具微-泥晶結(jié)構(gòu)，基本不含生物屑，發(fā)育水平層理。巖石成分為微-泥晶級(jí)方解石，結(jié)晶粒度<0.03 mm，半自形-它形。見(jiàn)少量粉砂級(jí)陸源碎屑零散分布。巖性特征反映出水體較深、生物不發(fā)育、水動(dòng)力能量微弱、滯留還原閉塞的沉積環(huán)境，一般緩慢沉積在深水臺(tái)溝中。

3.2.2 有豐富骨針類泥?；?guī)r或粒泥灰?guī)r微相(SMF1)

3.2.3 含豐富底棲有孔蟲(chóng)或藻類的生屑顆粒灰?guī)r微相(SMF18)

巖性為泥晶生物屑灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶(重結(jié)晶)含藻砂屑生物屑灰?guī)r、含藻砂屑含生物屑泥晶灰?guī)r、泥晶屑灰?guī)r、泥晶生物屑藻跡灰?guī)r(圖4c-f)，主要分布在生物屑灰?guī)r段中，少量分布在含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段中，見(jiàn)于俄腳、大山腳、雞中頂、發(fā)貢、小苗寨、化樂(lè)一帶，顆粒類型以生物屑為主，藻屑次見(jiàn)或少見(jiàn)。生物屑以有孔蟲(chóng)屑、綠藻屑為主，含量40%80%，其中屑大小14 mm，呈渾圓狀、紡錘狀，含量30%60%，次為腕足屑、紅藻屑、苔蘚蟲(chóng)屑、介形蟲(chóng)屑、介殼屑、珊瑚屑及棘皮屑，多保存不完整，較破碎，含量20%30%；藻屑總量10%20%，不均勻分布，粒度<2.000.06 mm；為方解石質(zhì)灰泥在塑—半塑性條件下在沉積盆內(nèi)破碎、沉積而成；填隙物含量10%50%，對(duì)顆粒起膠結(jié)作用。局部視域見(jiàn)泥晶方解石具重結(jié)晶現(xiàn)象。根據(jù)上述巖性、生物組合特征：當(dāng)生物屑總體含量小于30%時(shí)，反映出海水循環(huán)不暢，水動(dòng)力能量較弱，相對(duì)閉塞的沉積環(huán)境；生物屑總體含量30%80%時(shí)，反映出水體較為開(kāi)闊，循環(huán)較為流暢，水動(dòng)力能量弱至中等，為潮下低能的沉積環(huán)境。

3.2.4 含亮晶膠結(jié)物的包殼生物屑顆?；?guī)r微相(SMF11)

3.2.5 富含棘皮屑的灰?guī)r微相(SMF12)

圖4 六盤水地區(qū)茅口組中上部巖石顯微特征

4 沉積相分析

綜合生物組合類型、沉積環(huán)境水動(dòng)力條件、磨蝕程度、顆粒定向性、水體循環(huán)及剖面地層特征等因素綜合分析，將六盤水地區(qū)茅口中晚期沉積相劃分為半局限臺(tái)地相、臺(tái)溝相、開(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相等4個(gè)亞相。其中微相類型SMF23(均質(zhì)無(wú)化石微—泥晶灰?guī)r相)代表臺(tái)溝相、半局限臺(tái)地相；SMF1(有豐富骨針類泥?；?guī)r或粒泥灰?guī)r)代表臺(tái)溝相；SMF18(含豐富底棲有孔蟲(chóng)或藻類的生屑顆?；?guī)r)代表開(kāi)闊臺(tái)地相、半局限臺(tái)地相；SMF11(含亮晶膠結(jié)物的包殼生物屑顆?；?guī)r)代表臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相；SMF12(富含棘皮屑的灰?guī)r)代表開(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相。

4.1 半局限臺(tái)地相

半局限臺(tái)地相通常指海水流通局限、循環(huán)不暢、水動(dòng)力較弱、水體能量較低、生物含量較少，相對(duì)閉塞的碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境產(chǎn)物，與開(kāi)闊海之間通常有灘、礁或島嶼形成的障壁(方朝剛，2018)。在研究區(qū)內(nèi)主要分布于大寨—雞場(chǎng)—四格一帶，微相類型主要為SMF1、SMF18。其代表巖性為含生物屑微—泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)生物屑微—泥晶灰?guī)r、含硅質(zhì)微—泥晶生物屑灰?guī)r、泥晶屑灰?guī)r、泥晶生物屑藻跡灰?guī)r、泥晶含藻砂屑生物屑灰?guī)r、含藻砂屑含生物屑泥晶灰?guī)r等。其中生物屑含量20%70%，種類以骨針屑為主，次為薄殼介屑，其它門類有腕足屑、有孔蟲(chóng)屑、介形蟲(chóng)屑、雙殼屑、棘皮屑等極其少見(jiàn)，保存不甚完整，不均勻雜亂分布，暗示當(dāng)時(shí)的海平面受潮流作用頻繁震蕩，代表局限臺(tái)地中較深水的沉積環(huán)境。

4.2 臺(tái)溝相

臺(tái)溝相為發(fā)育于碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部的較深水，光照微弱，水動(dòng)力能量低，還原環(huán)境的產(chǎn)物。在研究區(qū)內(nèi)主要分布于普立-都格-楊梅--野鐘一帶，少部分布于陡箐-馬場(chǎng)-化樂(lè)-俄腳一帶，微相類型為SMF1、SMF23，巖性為黑、深灰色薄-中厚層硅質(zhì)不等晶灰?guī)r、微-泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)生物屑微-泥晶灰?guī)r、(含泥質(zhì))生物屑微-泥晶灰?guī)r、(含硅質(zhì))微-泥晶生物屑灰?guī)r，夾透鏡狀、似層狀硅質(zhì)巖、含鈣質(zhì)微-隱晶生物屑硅質(zhì)巖，偶夾少量的鈣質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)粘土巖，及薄層狀微-粉晶含氧化錳質(zhì)灰?guī)r或錳礦層。巖石發(fā)育水平紋層，生物屑有骨針屑、有孔蟲(chóng)屑、薄殼介屑和棘皮屑等，含量少于30%。巖石中生物含量相對(duì)較少，硅質(zhì)含量較高，表明當(dāng)時(shí)在次深水環(huán)境中，海水出現(xiàn)過(guò)短暫動(dòng)蕩。

4.3 開(kāi)闊臺(tái)地相

開(kāi)闊臺(tái)地相為海水流暢、清潔環(huán)境條件下的產(chǎn)物。位于潮下淺水低能帶浪基面之下，水深幾米到幾十米不等，鹽度和溫度同臨近海洋相近，水體循環(huán)狀況良好，有利于各種生物的生長(zhǎng)。在研究區(qū)內(nèi)主要分布于平寨-俄腳-阿嘎-蟠龍-猴場(chǎng)一帶，少部分分布于格學(xué)、都戛、化樂(lè)，零星分布于下寨、蘇都、苦李沖、，微相類型主要為SMF12、SMF18，巖石類型為微-泥晶生物屑灰?guī)r、亮-泥晶含藻砂屑生物屑灰?guī)r、生物屑砂屑微-泥晶灰?guī)r。生物化石種類豐富，有骨針、有孔蟲(chóng)、、綠藻屑、棘皮、苔蘚蟲(chóng)、紅藻等，含量40%80%，其中、有孔蟲(chóng)、綠藻保存相對(duì)完整，反映了潮下帶浪基面以下相對(duì)低能的沉積環(huán)境。

4.4 臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相

5 古地理格局

巖石微相特征變化直接反映了沉積環(huán)境的不同。茅口中晚期碳酸鹽巖巖性組合、厚度在橫向上、垂向上變化較大，在營(yíng)盤一帶厚度最薄，厚55.6 m，在發(fā)貢一帶厚度最大，達(dá)467 m。普立、都格、大寨、雞場(chǎng)、營(yíng)盤、野鐘一帶，茅口中晚期碳酸鹽巖巖性組合主要為硅質(zhì)不等晶灰?guī)r、(含泥質(zhì))微-泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)生物屑微-泥晶灰?guī)r、生物屑微-泥晶灰?guī)r、(含硅質(zhì))微-泥晶生物屑灰?guī)r，夾透鏡狀、似層狀硅質(zhì)巖、含鈣質(zhì)微-隱晶生物屑硅質(zhì)巖，偶夾少量的鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖。普立、下寨、都戛、苦李沖等局部區(qū)域夾少量由泥晶生物屑灰?guī)r、亮-泥晶含藻砂屑生物屑灰?guī)r、亮-泥晶生物屑灰?guī)r等巖性組成的透鏡體。所含生物屑有骨針、薄殼介屑及少量有孔蟲(chóng)屑(含屑)、綠藻屑，微相類型主要為SMF1、SMF18、SMF23，沉積亞相為半局限臺(tái)地相、臺(tái)溝相；平寨、玉舍、鹽井、阿嘎、蟠龍、猴場(chǎng)一帶，茅口中晚期碳酸鹽巖巖性組合主要為(含燧石)泥晶生物屑灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、燧石泥晶含藻砂屑生物屑灰?guī)r、亮—泥晶生物屑硅質(zhì)灰?guī)r、亮-泥晶生物屑灰?guī)r，夾硅質(zhì)生物屑微—泥晶灰?guī)r及透鏡狀、似層狀硅質(zhì)巖、含鈣質(zhì)微-隱晶生物屑硅質(zhì)巖。巖石中所含生物化石豐富，有綠藻、棘皮、有孔蟲(chóng)、、骨針、苔蘚蟲(chóng)、腕足、介形蟲(chóng)、珊瑚等，含量40%80%。微相類型為SMF11、SMF12、SMF18、SMF23，沉積亞相為臺(tái)溝相、開(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相；北東側(cè)陡箐-馬場(chǎng)-箐口一帶，微相類型為SMF1、SMF23，到化樂(lè)一帶又出現(xiàn)微相類型SMF12、SMF18組合。對(duì)比微相類型特征可知南西側(cè)一帶水體較深，往北東側(cè)相對(duì)變淺，從南西向北東由深水臺(tái)溝相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘相交替演化出現(xiàn)的沉積環(huán)境(圖5)。

圖5 貴州六盤水地區(qū)中二疊世茅口組中晚期巖相古地理圖

6 結(jié)論

(1)茅口中晚期碳酸鹽巖可劃分為5種沉積微相，分別是均質(zhì)無(wú)化石微—泥晶灰?guī)r(SMF23)、有豐富骨針類的生物屑微—泥晶灰?guī)r(SMF1)、含豐富有孔蟲(chóng)或藻類的顆?；?guī)r(SMF18)、包殼生屑顆粒灰?guī)r(SMF11)、富含棘皮屑的灰?guī)r(SMF11)。屬于半局限臺(tái)地相、臺(tái)溝相、開(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣砂質(zhì)淺灘亞相。

(2)茅口中晚期，在格學(xué)、玉舍、俄腳、蘇都、都戛、化樂(lè)等地，含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段與生物屑灰?guī)r段呈整合接觸；在三家寨、苦李沖、猴場(chǎng)、蟠龍、鹽井等地，含錳質(zhì)燧石灰?guī)r段與生物屑灰?guī)r段為同時(shí)異相的產(chǎn)物。

(3)通過(guò)對(duì)貴州省六盤水地區(qū)茅口中晚期碳酸鹽巖進(jìn)行地質(zhì)填圖、剖面測(cè)制、薄片鑒定、碳酸鹽巖微相分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，綜合分析認(rèn)為茅口中晚期古地理分布格局由南西側(cè)的“臺(tái)溝”與北東側(cè)“臺(tái)地”組成。