03第三章沉積巖及其成因分析

#二部分以雜砂巖為主，沖刷面之上分布疊瓦狀排布的礫石薄層和小透鏡體，雜砂巖中常含礫。砂巖具大型板狀交錯層現和平行層理，板狀交錯層層系厚 20-30cm，細層中可見粒序性。前積層細層傾角200-30°，細層上下都不見收斂現象，表明推移形式的搬運作用很強，這些具有板狀交錯層的含礫砂巖代表著下部邊灘沉積環(huán)境。 板狀交錯層之上發(fā)育的薄層砂質泥巖或泥質鐵質砂巖可見有泥裂、沖刷痕和沙紋波痕，說明它們是 圖3-6常洲溝組底部河流沉積序列上部邊灘沉積環(huán)境的產物。2、 淺灘相本段的中上部以鐵質石英凈砂巖為主，夾有數層硅質石英砂巖。砂巖粒度主要是中 -細粒結構。砂巖分選性較好，有些層具有石英雜砂巖礫石。礫石呈圓形和橢圓形，粒度為 2-6mm。它們常分布在具板狀單斜層理的中厚層鐵質石英砂巖中， 沿紋層定向排列。自下而上由前濱帶形成的低角度斜層理， 砂壩相的楔狀斜層理，近濱帶的板狀斜層理及前濱帶下部的波紋層理。并與浪成對稱波痕共生。層理類型主要是板狀單斜層理、平行層理和楔形斜層理。與下部相比較，中上部的板狀斜層理的層系厚度增大， 最大者可厚達60cm。曲線型的前積交錯層理較常見， 紋層長度可達2m之多，它們以極低角度收斂于層系的底面。頂面普遍具有波痕，主要是沙紋流水波浪，但也偶見出現大型波痕（波長1.2m，波高10cm）。流水沙紋波痕除出現直脊型波浪外遷出現分叉型、新月型和彎曲型波痕及干涉波痕。 在整個序列上表現了向上巖層變厚大型層理發(fā)育的特征， 為三角洲河口壩及分流水道沉積3、 潮坪相圖3-7中示出了常州溝組二、三段各微相在垂向上典型的組合關系，組合的最底部是中一厚層狀石英砂巖，具有大型板狀交錯層理。粒度偏細，分選極好，雜基無或極少。這是在潮下較高能量的潮汐通道或潮渠環(huán)境中，潮汐水流速度較高，主要是床沙載荷形式搬運，細粒的懸移載荷被簸揚，顆粒分選好，形成了顆粒支撐、化學膠結的石英砂巖。在低潮線附近，由于經常受到波浪的篩選作用，主要是砂粒沉積，故形成了砂坪。中薄層海綠石石英砂巖具有小型流水沙紋層理，浪成層理，及沖洗層理。當流水速度較高時，可以出現平行層理。多次漲潮和退潮的作用在潮道形成了人字形交錯層理。 在此環(huán)境形成了垂向組合的中部層序。剖面微相沉積構造解釋C泥裂，交錯層理。脈狀層理，波狀層理中潮坪■4X-K-X-VN.-V-N.-V.BB^B3—中薄層，平行層理，楔狀層理，槽狀交錯層理，人字形層理低潮階地A大型板狀交錯層理。塊狀層理淺潮下帶圖3-7 常洲溝組二段潮坪沉積序列在中潮坪，是砂質沉積物與泥質沉積物的混合沉積。特征的層理類型是由泥質和砂質韻律沉積組成的脈狀層和波狀層理。在漲潮 -退潮期，流水速度較高，形成了沙質沙紋，而泥保持懸浮狀態(tài)；在憩水期，懸浮泥質沉降覆蓋在沙紋上，當下一個潮汐流的活動期開始時，波脊上的泥被剝去，而波谷中的泥被新的沙紋覆蓋得以保存，形成脈狀層理。隨環(huán)境水能量降低，水體混濁度增高，床沙載荷的砂供應不足，懸移載荷泥質增高，形成了波狀復合層理。這是垂向組合頂部微相的沉積環(huán)境特征。

三種亞環(huán)境可以因海平面的相對升降或亞環(huán)境側向遷移,在地層垂向剖面中反復出現。因此,三種亞環(huán)境可以因海平面的相對升降或亞環(huán)境側向遷移,在地層垂向剖面中反復出現。因此,常州溝組中、上段是潮坪環(huán)境的產物。三、寒武系沉積環(huán)境及巖相組合本區(qū)寒武系沉積環(huán)境隸屬于華北陸塊的陸表海盆地， 但其古地理特征和沉積相組合又獨具特色。寒武系初期，在井陘北部南坡莊及南西焦等地形成了河流沉積。隨著海平面的周期性上超，首先發(fā)育了潮坪， 蒸發(fā)潮坪的陸源細碎屑沉積及碳酸鹽沉積， 而后海平面上升發(fā)育了碳酸鹽臺地的沉積組合。海平面的周期性變化形成了不同的沉積環(huán)境類型。一）下寒武統(tǒng)低能潮坪環(huán)境位于寒武紀初期的龍王廟階與毛莊階，主要沉積以細碎屑巖及白云巖，泥云巖等巖相組合，圖3-8表示了下寒武統(tǒng)低能潮坪沉積序列，按其巖相組合可解釋為潮上帶，潮間帶、潮下帶。潮上帶：主要由肉紅色薄層白云質頁巖紫灰色薄層白云質粉砂巖，薄層白云質泥巖夾硅化泥云巖組成，以水平層理為主。圖3弋賽武系下軌沉積序列圖3弋賽武系下軌沉積序列潮間帶：主要由灰色礫屑微晶白云巖，褐色薄層白云巖化泥質粉砂巖，含粉砂微晶白云巖、灰色砂屑粉屑白云巖，硅化砂屑白云巖、鐵質粉砂質泥巖組成，之中可見有石鹽假晶，本相帶含較高的白云巖及粉砂巖，可見有小型斜層理，浪成層理，波狀層理等，即為白云巖形成的有利環(huán)境。潮間帶上部以白云巖為主，主要由淺灰色厚層狀細晶白云巖，條帶狀細晶白云巖，暗灰色薄層粉晶白云巖，泥質白云巖及白云質頁巖。三個基本層序表現了向上變淺的沉積序列。潮下帶：巖石以灰色，褐色為主，含較多的微粒鐵質結核。主要由鐵質頁巖與粉砂質頁巖組成的韻律層，在上羅峪及井陘地區(qū)見灰綠色鈣質頁巖。可解釋為潮下低能瀉湖環(huán)境。以上三個相帶組成了向上變深的沉積序列。下寒武統(tǒng)組成了向上變深到變淺的完整旋回。海侵初期，由于沉積物供應量較低，海水動力條件弱以干燥炎熱的古氣候條件，形成了磚紅色白云質頁巖，白云質粉砂巖。泥巖等細碎屑巖組合，隨著海平面升高，由于低的碳酸鹽生產率，發(fā)育了由礫屑白云巖砂屑白云巖及粉砂巖等混合沉積，并出現了潮間雛灘環(huán)境。同時發(fā)生了準同生及準同生后白云巖化作用及蒸發(fā)作用形成了鹽類礦物。毛莊階早期，由于海平面迅速上升，從陸地帶來了豐富的陸源物質，從而抑制了碳酸鹽的沉積。形成了粉砂質頁巖與含鐵質結核的頁巖組成的韻律層沉積。由于海平面迅速上升，海水基本上已淹沒本區(qū)，由于陸源物質供應量減少，發(fā)育了碳酸鹽沉積組合，早期主要為潮下準同生后細晶白云巖與潮間帶準同生粉晶白云巖及含泥白云巖、頁巖等巖相組合。隨著潮下、潮間及潮上帶暴露形成了溶解角礫巖沉積組合，之后為潮間帶的粉晶白云巖。頂上缺失，這三個基本層序向東進積疊置，組成了進積型沉積序列。二）中寒武統(tǒng)發(fā)育淺灘的斜坡環(huán)境該環(huán)境出現于中寒武統(tǒng)徐莊階和張夏階，從徐莊階開始，隨著海平面升高，發(fā)育了陸源細碎屑巖等潮坪沉積，泥質條帶灰?guī)r夾鮞?；?guī)r，礫屑灰?guī)r等斜坡沉積。直至形成碳酸鹽臺地的淺灘及灘間海沉積，圖3-9。潮坪：按其巖相組合特征可進一步劃分為潮上泥坪，潮間混合坪等沉積單元。主要表現為潮下成因的淺灰色薄層石英砂巖，潮間帶紫紅色，灰綠色頁巖及灰綠色含云母粉砂質頁巖或由具斜層理的顆?；?guī)r與潮間帶灰紫色極薄層鈣質頁巖組成。局限海：可劃分為潮下瀉湖及水下砂壩等沉積單元。潮下瀉湖環(huán)境主要由灰色極薄層、葉片狀泥質條帶泥晶灰?guī)r組成，表現為由泥灰?guī)r與泥晶球?；?guī)r組成的L-M旋回，由10-13個層對組成一個小旋回。常與近源礫屑灰?guī)r或鮞粒生物碎屑灰?guī)r組成小層序。砂壩主要由鮞粒灰?guī)r與鈣質頁巖 （薄膜?）組成向上變薄的小層序。斜坡環(huán)境：可進一步劃分為中斜坡與深斜坡等沉積單元。中斜坡主要由青灰色中層含礫屑鮞?；?guī)r，灰綠色頁巖，極薄層泥晶灰?guī)r組成。其中可見有藻灰泥丘相沉積。深斜坡：主要由灰色中層鮞粒礫屑灰?guī)r，灰綠色頁巖夾薄層泥晶灰?guī)r。其中可見有發(fā)育極完整的風暴沉積序列。淺灘環(huán)境：主要由鮞粒灘，砂屑灘及淡水楔和疊層石藻礁等組成。鮞粒淺灘，主要由亮晶鮞?；?guī)r組成，斜層理極發(fā)育，其類型有大型板狀斜層理，楔狀斜層理，小型板狀斜層理，人字型層理，及浪成斜層理。之中可夾有礫屑灰?guī)r透鏡體。形成于淺灘的后部，與鮞?；?guī)r相變接觸，淡水白云巖楔是淺灘暴露于水上，在淡水作用下，沿著層理向下滲透，而發(fā)生準同后白云巖化作用形成的楔狀體，自下口開始，向東西兩個方向層位偏下。逐漸過渡為白云巖化鮞?；?guī)r。疊層石礁體形成于灘后。綜上所述，上部四個相帶，組成了向上變深再變淺沉積旋回。海侵初期，古氣候由毛莊階的干燥炎熱條件變化為溫熱條件，同時母巖以變質巖為主，提供了豐富的實含白云母的細碎屑沉積物，隨著海平面升高，沉積物供應量減少，陸源碎屑物質降低，發(fā)育了局限海瀉湖的泥質條帶泥晶球?；?guī)r，同時具弱游泳能力的底部爬型三葉蟲、如褶頰蟲亞目的種屬大量繁殖。隨著海平面的升高及生物的繁盛，為清水碳酸鹽沉積提供了生物物理及生物化學條件。形成了碳酸鹽臺地的雛型，發(fā)育了鮞粒砂壩及斜坡沉積。之后，陸源物質的供應量幾乎為零而相對高的碳酸鹽生產率沉積了厚層亮晶鮞粒灰?guī)r，疊層石灰?guī)r。早期為灘前斜坡沉積，隨后發(fā)展為鮞粒淺灘。砂屑灘等沉積組合，由于海平面降低，在局部地區(qū)，主灘暴露于水面，在天水作用下發(fā)生混合白云巖化作用。淡水沿進積層理滲入，形成了淡水楔狀體。隨著構造沉降速度的增大 （大于海平面降低速度）,發(fā)育了進積的鮞?；?guī)r及疊層石礁，伴隨著海平面降低礁體向東進積，最后暴露地表，完成了徐莊階及張夏階的沉積旋回。由此碳酸鹽臺地更廣泛而平坦，為晚寒武世沉積創(chuàng)造了條件。

三）上寒武統(tǒng)——風暴作用發(fā)育的緩坡環(huán)境這一環(huán)境主要見于上寒武統(tǒng)，它的主要特征是：風暴作用極為發(fā)育，地勢平緩、早期淺灘發(fā)育不完善，晚寒武世末期淺灘主要由砂屑白云巖組成。按沉積界面，生物地層等 特點可劃分為三個旋回，每個旋回可劃分為：環(huán)潮坪、瀉湖、淺斜坡、中斜坡、深斜坡等環(huán)境見圖 3-10。環(huán)潮坪：分布于三個旋回的底部，主要由紫紅色頁巖夾似層狀、透鏡狀白云巖，極薄層泥晶灰?guī)r夾頁巖及潮道沉積的生物碎屑灰?guī)r透鏡體， 或由正常礫屑灰?guī)r夾極薄層白云巖、 泥云巖等組成。局曜海訊護同舉酸H壊澤齢域中斛坡局曜海訊護同舉酸H壊澤齢域中斛坡圖410上塞武統(tǒng)沉積環(huán)境分析瀉湖：發(fā)育在底部旋回的下部。主要由薄層微晶灰?guī)r，正常礫屑灰?guī)r，泥晶灰?guī)r與泥云巖組成的韻律層，其準層序呈現了潮坪瀉湖的序列特征。淺斜坡：發(fā)育于底部與上部旋回，其中底部旋回中為低能條件下形成的青灰色粉屑灰?guī)r。上部旋回由中層狀泥晶鮞粒礫屑灰?guī)r，白云質條帶泥晶鮞?；?guī)r。中斜坡：是本區(qū)最常見的沉積環(huán)境。見于三個旋回，主要由泥質條帶泥晶灰?guī)r組成 L-M旋回，風暴成因的未分選的近源異地礫屑灰?guī)r。原地礫屑灰?guī)r及薄層生物碎屑泥晶灰?guī)r?？删咦冃蛯永?。準層序多為向上變粗的序列特征。深斜坡：剖面上主要見于二、三旋回，底部旋回中發(fā)育有分異較好的正粒序層理。主要由含海綠石礫屑生物碎屑灰?guī)r。 遠源異地礫屑灰?guī)r， 薄層泥晶灰?guī)r及灰綠色頁巖。 發(fā)育于最大海侵期。淺灘：發(fā)育于鳳山階末期，主要由薄層細晶白云巖，具低角度斜層理的含礫屑砂屑白云巖，具中型板狀斜層理巨厚層、厚層中晶粗晶白云巖，表明了向上變粗變厚的準層序特征。綜上所述，晚寒武世，本區(qū)主要為潮坪斜坡等沉積體系的周期性演變（圖 3-11），從巖性組合上看，崮山期本區(qū)仍為陸表海清水碳酸鹽沉積， 和張夏期的差異表現為鮞粒及藻類疊層石減少。而大量泥質條帶泥晶灰?guī)r夾礫屑巖為主，表明了溫暖潮濕的氣候條件。生物的大量繁殖，以底棲爬行類為主。在長山期大量的風暴作用在本區(qū)發(fā)生，在中斜坡形成了異地礫屑灰?guī)r、原地礫屑灰?guī)r。伴隨著最大海侵形成了含海綠石生物碎屑灰?guī)r。鳳山初期基本上繼承了長 山期的特點，沉積了豐富的泥質條帶灰?guī)r夾青灰色原地、 異地礫屑灰?guī)r。 由此表明風山期的環(huán)境已由長山期的氧化條件，變?yōu)槿踹€源條件。 鳳山晚期海平面降低， 在淺灘上發(fā)生了混合白云巖化， 隨著海平面降低，最后形成了潮間瀉湖的準同生及準同生后白云巖。圖3-11井陘縣寒武系沉積模式Ln-陸地；Sa-薩勃哈；T-潮坪；B-砂壩；Re-局限海；Sh-淺灘；L-瀉湖；Ba-盆地；SL-海平面；WL浪基面總之，寒武系經歷了五次海平面的周期性升降，根據區(qū)域資料 （馮增昭1990）對比，這五次海進表現了逐漸增大的超覆現象。由此可根據巖性巖相，沉積物組成，生物生態(tài)等建立寒武系的沉積模式。從巖相上來看，隨著寒武沉積盆地可容空間的增大，陸源沉積物逐漸減少，發(fā)育了以碳酸鹽為主的臺地沉積。和局限海，淺灘及灘間海，斜坡等沉積環(huán)境。從生物生態(tài)來看，寒武紀主要為具弱游泳能力的底棲三葉蟲為主，可見有少量的無鉸腕足生物。這些武紀沉積層序的超覆現象。生物在強烈蒸發(fā)條件下無法生存，故它主要發(fā)育在中、晚寒武世的碳酸鹽臺地上。寒武系的地球化學特征表現了與巖性及沉積環(huán)境的關系， 在以潮坪環(huán)境的下寒武統(tǒng)及中寒武統(tǒng)下部， 由于以陸源物質為主，因而Sr表現了低的含量,介于