中揚(yáng)子地區(qū)中二疊世沉積微相分析

中揚(yáng)子地區(qū)中二疊世沉積微相分析

中揚(yáng)子區(qū)北面為毛竹、南漳、樊、黃梅，南界為綏寧、安化、長沙、長沙、齊岳山斷裂以東、雞陸斷裂以西、湖北大部分和湖南西北部。張文榮（1986）詳細(xì)論述了中揚(yáng)子地區(qū)的地層形成和構(gòu)造發(fā)展。戴少武（2002）將中揚(yáng)子地區(qū)的原型盆地分為九個(gè)層次，并對每層的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究區(qū)域被劃分為四個(gè)層，由周燕等人（2002；2005年）、吳健輝等人（2008）和王林生（1996）討論了中揚(yáng)子區(qū)構(gòu)造與油氣的關(guān)系。楊萬榮等（2002）、吳亞生等（2003）詳細(xì)分析了研究區(qū)域內(nèi)重疊巖和白云石成因的二疊紀(jì)生物礁的性質(zhì)。劉仲恒等（1991）、范德江等（1993）用數(shù)學(xué)方法對研究區(qū)域內(nèi)的二疊系巖石相進(jìn)行了定量分析。對于二疊紀(jì)研究區(qū)沉積的研究,前人做了大量工作(馮增昭等,1991;王立亭等,1994;陳洪德等,1999;牟傳龍等,1999;胡書毅等,1999;楊玉卿等,2000;張克信等,2002;田望學(xué)等,2007),多認(rèn)為研究區(qū)二疊紀(jì)為淺海臺地沉積,對廣泛發(fā)育在其中的礫屑灰?guī)r或稱為眼球狀灰?guī)r的成因認(rèn)識存在爭議,同時(shí)研究區(qū)中二疊統(tǒng)南北之間的地層、巖相的差異對古地理究竟有怎樣的影響,這些都是值得我們深究及探討的問題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,利用9條實(shí)測剖面及9條參考剖面進(jìn)行野外觀察、室內(nèi)微相及沉積相研究(圖1),認(rèn)為在中二疊世中揚(yáng)子北緣為盆地及盆地邊緣沉積,中揚(yáng)子地臺主體為碳酸鹽緩坡沉積,局部發(fā)育碳酸鹽臺地沉積。研究區(qū)中二疊統(tǒng)的緩坡沉積對油氣勘探有一定的實(shí)際意義,碳酸鹽緩坡下部常常發(fā)育較好的烴源巖,而在緩坡上的生物屑灰?guī)r及白云巖可以作為較好的儲集層,四川盆地的普光氣田就在長興組的碳酸鹽緩坡體系中發(fā)育(馬永生等,2006)。1中二疊世生物多樣性研究區(qū)所在的揚(yáng)子地臺基底形成于晉寧運(yùn)動后固結(jié)形成的崆嶺群,南華紀(jì)至早古生代沉積了以臺地相碳酸鹽巖為主的蓋層巖系。早二疊世末的云南運(yùn)動使得本區(qū)的下二疊統(tǒng)部分缺失,中二疊世接受大范圍的海侵,為廣海沉積(馮增昭,1991;王立亭等,1994;陳洪德等,1999),沉積了大套碳酸鹽巖,其次為硅質(zhì)巖和碎屑巖。生物群以底棲類珊瑚、腕足類等較為發(fā)育,以廣海浮游類的有孔蟲和頭足類等為主,植物化石含量較少。中揚(yáng)子區(qū)主體屬于揚(yáng)子地層區(qū),地層厚度一般較穩(wěn)定,按照金玉軒等(1999)地層的劃分方案,中二疊統(tǒng)由梁山組、棲霞組、茅口組和孤峰組組成(表1)。1.1菊子組1.1.1土坡—梁山段由位于棲霞組底部的一套含煤碎屑巖組成,厚度不大,幾米到幾十米。在湖北地區(qū),過去也被稱為馬鞍段,本段主要發(fā)育于鄂西地區(qū)的松滋、宜都、長陽縣的馬鞍山、巴東、建始、宜昌、?？悼h馬良—北峰及鄂東南地區(qū)的蒲圻麻土坡—隨陽、崇陽、通山、陽新縣龍港等煤礦區(qū),湘西北稱為黔陽段。多數(shù)地區(qū)將其放在中二疊世的早期,含豐富植物化石以及腕足類和介形蟲等。巖性一般可分為:下部以砂巖(或石英砂巖)為主,夾粉砂巖、泥巖及煤層,產(chǎn)植物化石;中部以粉砂巖、泥巖(碳質(zhì)泥巖)為主,夾砂巖,上部普遍為含腕足、介形蟲化石的黑色鈣質(zhì)泥巖,常含灰?guī)r透鏡體,局部地方于底部見礫巖,下部一般含煤表1中揚(yáng)子及鄰區(qū)二疊紀(jì)地層劃分及對比Table1PermianstratigraphicdivisionandcorrelationofthemiddleYangtzeandadjacentarea1～3層,個(gè)別地段可達(dá)4層。1.1.2與東南角、規(guī)定地層、巖相的對比灰?guī)r段是棲霞組的主要組成部分,分布廣泛,產(chǎn)狀穩(wěn)定,總的特征是以含瀝青質(zhì)較高、顏色較深的燧石結(jié)核灰?guī)r為主,上、下部含碳質(zhì)鈣質(zhì)巖及礫屑灰?guī)r,厚度從幾十米至300余米,與上、下地層均為整合接觸關(guān)系?；?guī)r段在研究區(qū)厚度變化較大,富含各類底棲生物化石,包括珊瑚、腕足類等,非有孔蟲、介形蟲等在全區(qū)普遍很豐富,均屬華南廣大地區(qū)棲霞組常見的化石,因此可以和華南地區(qū)的同時(shí)期地層做很好的對比。在中揚(yáng)子區(qū),該段以深灰色—灰黑色薄層—厚層石灰?guī)r為主,含泥質(zhì)條帶及薄層,礫屑灰?guī)r以及砂屑泥質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖。地層厚度從幾十米到300余米,南厚北薄,與上、下地層均為整合接觸關(guān)系。在湘西北地區(qū),為灰黑色厚層狀含硅質(zhì)團(tuán)塊和條帶的致密灰?guī)r和泥灰?guī)r序列,夾多層鈣質(zhì)頁巖;在鄂東南地區(qū)為深灰色礫屑灰?guī)r及含燧石結(jié)核灰?guī)r序列;在鄂西長陽、建始等地及鄂東南北部地區(qū)為礫屑灰?guī)r和含硅質(zhì)的深色泥質(zhì)生物碎屑微晶灰?guī)r序列?？傮w看來,棲霞組在沉積厚度上南厚北薄,在巖相展布上,從南到北的序列為致密灰?guī)r、泥灰?guī)r-礫屑灰?guī)r、燧石灰?guī)r-礫屑灰?guī)r、泥質(zhì)生物碎屑微晶灰?guī)r。在鄂西建始、利川地區(qū)、鄂東南北部地區(qū)梁山段為灰?guī)r沉積,表明在棲霞期海水從鄂西及鄂東南地區(qū)首先發(fā)生海侵。1.2巖透鏡體巖石學(xué)特征厚6～146m,在茅口亞統(tǒng)的厚度比例約為三分之一,巖性主要為深灰、灰褐色薄層硅質(zhì)巖,沉積序列為中下部為硅質(zhì)巖夾灰?guī)r透鏡體,上部為薄—中層狀硅質(zhì)泥巖及硅質(zhì)巖,夾鈣質(zhì)頁巖,產(chǎn)腕足類及菊石類,見放射蟲化石。該組和茅口組為同期異相,主要發(fā)育在研究區(qū)北緣的黃石—武漢—建始一線及恩施部分地區(qū),呈緩“S”型分布橫貫東西,向西延伸到重慶、四川的米倉山—大巴山一線。在北帶黃石—武漢,和茅口組呈穿插關(guān)系,向南到長陽—建始一帶,向北到宜昌東北—興山北-?？狄粠?均為孤峰組。1.3下伏碳巖的組成屬于茅口亞統(tǒng),在研究區(qū)廣泛發(fā)育,主要為灰白色致密塊狀含燧石結(jié)核泥晶灰?guī)r,局部地區(qū)下部有厚40～60m黑色碳質(zhì)頁巖夾扁豆?fàn)罨規(guī)r,與棲霞組連續(xù)沉積。茅口組的巖性比較復(fù)雜,大致可歸為3種巖石組合特征:第一種,全部為碳酸鹽巖型;第二種,下、中部為碳酸鹽巖,上部為硅質(zhì)巖;第三種,下或中下部為硅質(zhì)巖,中、上部為碳酸鹽巖。在雪峰山地區(qū),茅口組下部為深色的白云巖段,上部為淺色的灰?guī)r段,厚度300m至700m不等。在咸豐—來鳳一帶、興山—秭歸新灘一帶及蒲圻、通山和陽新南部等地區(qū)的茅口組,全由碳酸鹽巖組成,其巖性大致為3部分:下部為礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r,有時(shí)含少量碳質(zhì)灰?guī)r;中部由中到厚層狀生物碎屑灰?guī)r夾層面起伏的礫屑灰?guī)r組成,灰?guī)r層面上有厚約1～5cm的砂屑灰?guī)r,灰?guī)r單層厚17～53cm,富含燧石結(jié)核或條帶灰?guī)r;上部為淺灰、灰色厚層狀灰?guī)r、含燧石條帶灰?guī)r及團(tuán)塊狀灰?guī)r。生物化石為腕足類:Neoplicatiferahuangi、Tyoplectanankingensisi、Spirigerella,類:Verbeekinagrabaui、Schwagerinahenbesti,珊瑚:P.microstoma、Paracaniniaminor。在巴東—秭歸—周坪—宜都一線以南的廣大鄂西南地區(qū)及區(qū)內(nèi)東部的黃石—大冶一帶,茅口組的下、中部由燧石結(jié)核灰?guī)r、礫屑灰?guī)r組成,上部為硅巖質(zhì)。下部的灰黑色厚層狀灰?guī)r,有瀝青氣味,夾少量硅質(zhì)巖,見淺灰色灰?guī)r礫石,礫石長軸方向與層面方向一致,直徑5～15cm,礫石間為深灰色鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r充填。含腕足類:Neoplicatiferahuangi、Tyoplectanankingensisi、Spirigerella,類:Verbeekinagrabaui、Schwagerinahenbesti,珊瑚:P.microstoma、Paracaniniaminor等。上部主要由薄層硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖組成,薄層硅質(zhì)巖呈黑色,薄層狀,層厚3～10cm不等。硅質(zhì)頁巖呈灰褐色,厚度4～11cm,硅質(zhì)頁巖與硅質(zhì)巖組成互層,見水平紋層。在區(qū)內(nèi)中北部的京山以西的荊門、宜城、南漳、宜昌及區(qū)內(nèi)東部的廣濟(jì)、大冶等地區(qū),茅口組之下部或中下部為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖,有時(shí)含錳質(zhì)、磷質(zhì)硅質(zhì)巖,中、上部為含燧石結(jié)核灰?guī)r、礫屑灰?guī)r及褐灰色砂屑灰?guī)r。上部的灰?guī)r礫石呈團(tuán)塊狀,主要由淺灰色生物碎屑灰?guī)r組成,包裹的基質(zhì)是鈣質(zhì)砂屑、砂屑灰?guī)r,顏色為深灰色,生物化石主要有類:Verbeekina、Schwagerinapactiruga等,鈣藻:Eogeniolinasp,珊瑚類:Polythecalissp及腕足類:Uncinunellinasp。本組厚度一般150～250m,與下伏棲霞組為整合關(guān)系。在湘西、中地區(qū)茅口組下部含泥質(zhì),中部含硅質(zhì)灰?guī)r,上部為灰?guī)r。含泥質(zhì)段最為穩(wěn)定,主要由深灰色、灰黑色鈣質(zhì)頁巖、頁巖夾薄層泥灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r等含泥質(zhì)較高的巖石組成;含硅質(zhì)段為深灰色、灰色隱晶—晶?；?guī)r夾大量硅質(zhì)條帶及團(tuán)塊,往北硅質(zhì)巖逐漸增多?？傮w來說,茅口組多分布于中揚(yáng)子中-南部地區(qū),且從南向北硅質(zhì)巖成分逐漸增加,厚度逐漸減薄。在江南隆起地區(qū)均為碳酸鹽巖,向北鄂西利川地區(qū)、長陽資丘地區(qū)及鄂東南大冶地區(qū)為硅質(zhì)巖及碳酸鹽巖共同組成,而到黃石—京山—建始一線則多為孤峰組分布區(qū),孤峰組與茅口組這種漸變的關(guān)系表明研究區(qū)水深從南向北逐漸變深(圖2)。2巖相分析2.1泥質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)頁巖成巖模式本區(qū)的碎屑巖發(fā)育較少,主要為泥質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)頁巖及鈣質(zhì)頁巖、夾煤層,主要分布在梁山組中,少數(shù)分布在棲霞組、孤峰組及茅口組中。薄層狀泥質(zhì)粉砂巖呈灰黑色,風(fēng)化較強(qiáng)烈,碎屑物質(zhì)主要為石英,還有泥質(zhì)和鐵質(zhì),產(chǎn)高嶺石及植物化石,成層較好,風(fēng)化強(qiáng)烈。碳質(zhì)頁巖呈灰黑色或黑色,薄層狀,夾有煤層,生物化石以菊石類為主,煤層局部可采。鈣質(zhì)頁巖呈深灰色,表面有砂質(zhì)感,層面連續(xù),未見生物化石碎屑,在薄片下為深褐色、黑褐色,含有大量的泥鐵質(zhì)成分和少量炭質(zhì)和有機(jī)物,見重結(jié)晶方解石。2.2生物碎屑及生物擾動生物碎屑顆?；?guī)r是研究區(qū)分布最廣,也是最多的巖相,生物碎屑含量豐富,發(fā)育底棲類和腕足類,基質(zhì)多為泥晶或亮晶方解石,少量含有泥質(zhì)成分,顏色為灰色、淺灰色,有豐富的不同種類的生物化石顆粒,經(jīng)過詳細(xì)的微相分析,研究區(qū)發(fā)育6種不同類型的生物碎屑灰?guī)r,化石多為淺海相化石,發(fā)育在碳酸鹽臺地及內(nèi)—中緩坡環(huán)境。生物碎屑亮晶灰?guī)r:灰白—淺灰色,厚層狀,顆粒常以、有孔蟲、棘皮等一種或數(shù)種生屑為主,含少量砂屑,破碎一般,磨圓中等,含量30%～50%,基質(zhì)為亮晶方解石,見二世代膠結(jié)及白云巖化作用(圖3A)。泥晶生物碎屑巖:灰白—淺灰色,厚至巨厚層狀,顆粒以生屑為主,含量50%～80%。生屑破碎發(fā)育,泥晶化作用較強(qiáng)烈,含少量內(nèi)碎屑,粒徑0.1～0.5mm,少數(shù)大于1mm,常以腕足類、棘皮、、有孔蟲、藻類等一種或數(shù)種碎屑為主構(gòu)成,代表水深在正常浪基面以上的中低能帶沉積(圖3B)。含完整化石的生物碎屑灰?guī)r:灰色,中—厚層狀,顆粒含量多在70%,生屑較破碎,泥晶化作用較弱,見水平層理及生物擾動構(gòu)造,代表水深在正常浪基面以上的中低能沉積(圖3C)。一般呈淺灰色、灰色,鈣藻碎屑較多,形狀有橢圓形、長條形,大多為亮晶方解石膠結(jié),泥晶充填于顆粒之間。在薄片中見到生物顆粒為泥晶充填,亮晶方解石膠結(jié),碎屑大小0.1～0.4mm不等,有孔蟲碎屑較完整,可以看到粒徑約為2mm的完整有孔蟲化石,且含量豐富,含有少量的珊瑚、腹足類和少量似球粒。藻灰?guī)r:灰—深灰色,中厚層狀,顆粒含量40%～70%,生物碎屑以紅藻為主,其次為綠藻、雙殼類、腹足類等化石。粒徑0.1～0.5mm,無定向排列,破碎中等,化石保存多較完整,富有機(jī)質(zhì)及粘土質(zhì),發(fā)育在局限臺地及開闊環(huán)境(圖3D)。被包殼的生物碎屑灰?guī)r:灰白—淺灰色巨厚層狀,在薄片中見生屑及內(nèi)碎屑被強(qiáng)烈泥晶化而無法鑒別,破碎較發(fā)育,多被泥晶化,見泥晶包殼,粒徑0.05～0.5mm,分選中等,發(fā)育在高能的碳酸鹽巖淺灘環(huán)境(圖3E)。破碎較發(fā)育的生物碎屑灰?guī)r:灰—深灰色,厚層—巨厚層狀,一般不具層理,顆粒含量多在60%～85%,粒徑0.05～0.4mm之間,堆積雜亂,多為異地成因的生物碎屑,多見于碳酸鹽緩坡環(huán)境(圖3F)。2.3生物碎屑砂屑灰色、深灰色,成分以微晶方解石、砂級的內(nèi)碎屑和生物碎屑為主,粒度約為0.05～0.2mm,為粉砂級—細(xì)砂級,顆粒為混合顆粒,有微亮晶化作用,在棲霞組和茅口組中廣泛分布。在鏡下多為灰黑色,似流動狀,方解石定向排列,含有少量泥質(zhì)成分,生物碎屑含量20%～40%(圖4D),化石碎片主要有腕足類、有孔蟲、珊瑚、腹足類、介形蟲、深水有孔蟲等,粒徑0.2～0.3mm,顆粒分選明顯,破碎強(qiáng)烈。砂屑灰?guī)r分為兩類:一類廣泛發(fā)育于棲霞組的中下部和茅口組中部,為成層的顆粒質(zhì)灰?guī)r,層面較水平;另外一類發(fā)育于礫屑灰?guī)r中,為灰?guī)r礫石的包裹物,呈流動狀分布于灰?guī)r礫石周圍,主要為粉砂級的顆粒泥晶灰?guī)r。2.4顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r分為兩種類型,一種由雜亂的淺灰色礫石灰?guī)r和黑灰色的基質(zhì)組成,基質(zhì)<5%,偶夾燧石結(jié)核,化石多且分布廣泛,主要有藻類、棘皮類,單層厚50～109cm,礫石大小8～30cm。礫石分選不好,磨圓不好,大多成半棱角狀,包裹物為顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r,充填于顆粒之間,以灰?guī)r礫石的雜亂堆積和充填于其中的灰色顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r為特征,或稱為碎塊狀灰?guī)r(圖4A),廣泛分布在棲霞組和茅口組中。另外一種由磨圓較好的灰?guī)r礫石及砂屑灰?guī)r組成(圖4B),含有燧石結(jié)核和條帶?；?guī)r礫石由生物碎屑泥晶灰?guī)r組成,呈淺灰色,含有豐富的生物碎屑化石,形成于淺海環(huán)境,在重力的作用下沉積在緩坡。礫石具有一定磨圓,分選不好,直徑7～30cm不等,灰色顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r充填礫石之間,含量約為30%～60%。鑒于顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r與礫屑灰?guī)r的重要關(guān)系,本文將二者的成因一并討論。本區(qū)發(fā)育的礫屑灰?guī)r又稱為眼球狀灰?guī)r,多認(rèn)為是差異壓實(shí)成因的,本文從微相分析的角度認(rèn)為該區(qū)的礫屑灰?guī)r是沉積成因,而非差異壓實(shí)成因。礫屑灰?guī)r或眼球狀灰?guī)r的研究多集中在野外描述及地球化學(xué)分析,野外描述的特征自不必說,地球化學(xué)分析只能證明眼球及眼皮部分存在差異,眼皮部分為缺氧沉積,眼球?yàn)橛醒醭练e(馮增昭等,1991;羅進(jìn)雄等,2010),而不能鑒別沉積環(huán)境。對于此巖相的微相分析少見,我們以長陽資丘為例說明。首先關(guān)于壓實(shí)作用,我們?nèi)≡撈拭婷┛诮M下部灰?guī)r礫石的微相(圖4C)與棲霞組頂部層狀明顯壓實(shí)的生物碎屑顆?；?guī)r(4E)對比。通過對比發(fā)現(xiàn)圖4C礫屑灰?guī)r中的生物碎屑顆?；?guī)r棱角分明,未有拉長壓實(shí)變形,并未見壓實(shí)作用,為正常淺海沉積的產(chǎn)物,在重力的作用下沿坡滑下,沉積在碳酸鹽緩坡中。礫屑灰?guī)r包裹物部分,為顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r,發(fā)育大量的化石碎片和內(nèi)碎屑,這種破碎的顆粒是搬運(yùn)破碎形成的還是壓實(shí)作用形成的存在爭議。在圖4F中我們明顯可以看到完整的小型有孔蟲,經(jīng)過鑒定為厚壁蟲、栗孔蟲,多產(chǎn)于半深海環(huán)境,另外見大量的破碎的生物碎片,并有一定的定向排列,可以看出完整的小型有孔蟲并未明顯壓實(shí)變形,沒有壓碎的現(xiàn)象,為半深海環(huán)境沉積形成的。其次,從古生物的角度分析,灰?guī)r礫石中的化石多為生物碎屑化石,化石與淺海臺地相的化石基本相同(圖4C),破碎和磨圓均不發(fā)育,為淺海相標(biāo)志性化石。包裹物中的化石破碎強(qiáng)烈,多已經(jīng)分辨不出化石的種類,另外在包裹物中發(fā)育的完整的化石多為小型有孔蟲(圖4F),根據(jù)其生態(tài)判斷為半深海浮游生物,這說明包裹物的化石來源有多源性。一部分為淺海的化石碎片,多已破碎而無法分辨,為異地搬運(yùn)成因,另一部分為沉積形成的小型有孔蟲等半深海相的化石。由此我們可以看出顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r形成于半深海環(huán)境中,非產(chǎn)生于淺海潛流環(huán)境(羅進(jìn)雄等,2009)。2.5孤峰組巖相特征及形成環(huán)境黑色或灰黑色,呈層狀分布,或者為條帶和結(jié)核狀,單層厚度一般小于10cm,少數(shù)可達(dá)15cm,可以分為兩類。一類為條帶狀和結(jié)核狀,燧石結(jié)核形態(tài)不規(guī)則,一般大于10cm,燧石團(tuán)塊較大,可達(dá)20cm,交代作用明顯,產(chǎn)藻類、腕足類等化石,在中二疊統(tǒng)中分布廣泛,與灰?guī)r形成互層或夾于灰?guī)r之中(圖5B);另一類為薄層狀硅質(zhì)巖(圖5A),層厚5～10cm,硅質(zhì)巖的層面平整,水平層理和水平紋層發(fā)育,主要發(fā)育在孤峰組及茅口組中。關(guān)于本區(qū)中二疊統(tǒng)硅質(zhì)巖的研究,馮慶來等(1994,2009)研究認(rèn)為湖北武昌地區(qū)的孤峰組的上部放射蟲巖,為深海至半深海盆地相,下部的海綿骨針巖和含海綿骨針硅質(zhì)巖,為半深海斜坡相沉積。杜小弟等(1998)認(rèn)為下?lián)P子地區(qū)的原生層狀硅質(zhì)巖形成于200m水深以下的沉積環(huán)境。雷卞軍等(2002)認(rèn)為鄂西地區(qū)的硅質(zhì)巖形成于臺盆相。Kametaka等(2005)根據(jù)硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征以及有機(jī)質(zhì)組成,對安徽巢湖地區(qū)孤峰組進(jìn)行研究,認(rèn)為巢湖地區(qū)的孤峰組的硅質(zhì)巖主要形成環(huán)境為還原條件下的陸棚沉積。林良彪等(2010)通過對川東地區(qū)茅口組硅質(zhì)巖的巖相及主量元素、稀土元素和同位素分析,認(rèn)為該硅質(zhì)巖是沉積于臺盆相中的熱水硅質(zhì)巖,其形成與火山活動和斷裂有關(guān)。孤峰組主要巖石組合是硅質(zhì)巖-硅質(zhì)泥巖、頁巖,呈灰黑色到棕色,薄層狀,水平微細(xì)層理發(fā)育(圖5C),富含有機(jī)質(zhì)。生物群主要為豐富的浮游生物,如放射蟲(圖5D)、菊石及硅質(zhì)海綿骨針,菊石殼薄,表面光滑,保存完好。因此,一致認(rèn)為孤峰組屬水體較深、沉積速率緩慢、沉積界面位于氧化界面之下的強(qiáng)烈缺氧環(huán)境。棲霞組中的硅質(zhì)條帶及結(jié)核,由隱晶—微晶玉髓、泥質(zhì)、碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)組成,其中常見生物碎片和淺水硅化生物化石,如珊瑚、棘皮、藻類、瓣鰓及介形蟲等,生物結(jié)構(gòu)保存較完整。與孤峰組的最大區(qū)別是,硅質(zhì)巖顏色淺,單層厚度大,一般均在10cm以上,少見放射蟲和海綿骨針。因此,此硅質(zhì)巖是形成于淺海的含氧環(huán)境。3環(huán)境積累3.1雙殼類、腕足類分布范圍與梁山組分布范圍基本相當(dāng),由含煤的石英細(xì)砂巖、頁巖和粘土巖組成,夾灰?guī)r透鏡體,含植物化石和雙殼類、腕足類化石。地球化學(xué)分析表明,梁山組石英細(xì)砂巖含有豐富的磷質(zhì),少量鋁質(zhì)和鐵質(zhì),Th/U為9.02,Sr/Ba為0.04,表示為濱岸沼澤相沉積。3.2地面相碳酸鹽巖主要分布在江南隆起及鄂西建始-恩施斷裂以西的部分地區(qū)(圖6),主要由生物碎屑灰?guī)r、含硅質(zhì)結(jié)核和團(tuán)塊的生物碎屑灰?guī)r組成,厚度一般為幾十米到上百米。棲霞組的臺地相碳酸鹽巖主要發(fā)育于其中部的灰?guī)r中,厚度幾十米到上百米,由厚層到塊狀的生物碎屑灰?guī)r組成,含燧石結(jié)核,珊瑚等淺水底棲生物發(fā)育。茅口期的碳酸鹽臺地面積縮小,沉積特征與棲霞組比較相似,但泥質(zhì)含量明顯減少,巖石主要為灰白色,燧石結(jié)核含量高,層厚較大,在臺地上較淺的部位,常常發(fā)育一些淺灘。3.3中緩坡相及緩坡亞相分布范圍較廣,占據(jù)中揚(yáng)子的大部分地區(qū)(圖6)。碳酸鹽緩坡是一個(gè)發(fā)育在小角度傾緩海底上的沉積作用面,其發(fā)育由水動力條件(晴天浪基面和風(fēng)暴浪基面)、緩坡地形的變化類型以及由風(fēng)暴、波浪、潮水所搬運(yùn)的沉積物所決定。緩坡最初由Ahr(1973)提出,其原定義為“淺水的、平緩的坡地(通常<1°)上缺乏顯著的緩坡坡折,顆粒巖常分布于沿傾緩向上的部位,沿傾緩向下的部分可局部建隆,缺乏生物礁,建隆也常常是斷續(xù)的”。與斜坡相反,“陸架的外部邊緣帶具有一個(gè)坡度顯著增加的緩坡,進(jìn)入深水區(qū),陸架邊緣上以碳酸鹽砂為主,緩坡帶有豐富的重力流沉積”(Flugel,2006)。碳酸鹽緩坡沉積是近來碳酸鹽巖沉積研究的熱點(diǎn)之一,緩坡上再沉積的粗粒沉積物是孔隙流體潛在的運(yùn)輸管道,對碳?xì)浠衔飶募?xì)粒盆地源巖遷移到碳酸鹽臺地儲集巖中有重要意義。自Ahr提出第一個(gè)碳酸鹽緩坡模式以來,沉積學(xué)家通過對現(xiàn)代或古代地層沉積相分析,相繼發(fā)現(xiàn)了一系列各種類型的現(xiàn)代或古代的碳酸鹽緩坡(Kevinetal.,2002;Pawellek,2003;Pugaetal.,2007;Moissetteaetal.,2010)。研究區(qū)緩坡相主要由礫屑灰?guī)r、顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r、薄層硅質(zhì)巖,其次是硅質(zhì)泥巖、泥晶生物碎屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r以及鈣質(zhì)頁巖組成,主要分布于研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組以及茅口組中下部,厚度一般從幾米到數(shù)十米。根據(jù)Burchette等(1992)、Flugel(2006)的標(biāo)準(zhǔn)緩坡模式,從水體深度、巖相及沉積特征可分為內(nèi)緩坡、中緩坡和外緩坡3個(gè)亞相。內(nèi)緩坡:內(nèi)緩坡包括臨濱和好天氣浪基面的透光層,受波浪影響較大,主要為潮坪及開闊海環(huán)境,以淺灰色生物碎屑灰?guī)r和灰泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r為主,其次為碎塊狀灰?guī)r及白云巖?；饕杏锌紫x、珊瑚、棘皮、藻類,其中以有孔蟲和鈣藻類為主,碎塊狀灰?guī)r大小不一,為顆粒支撐。在實(shí)際的應(yīng)用中,我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)緩坡的開闊海環(huán)境與中緩坡的巖相并不容易區(qū)分,因此我們將內(nèi)緩坡的開闊海環(huán)境與中緩坡結(jié)合,統(tǒng)稱為中緩坡。中緩坡:中緩坡是介于好天氣浪基面和風(fēng)暴浪基面之間的區(qū)域,水深達(dá)到幾十米,主要由顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r、礫屑灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r與顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r互層組成,夾硅質(zhì)結(jié)核、團(tuán)塊和條帶,層厚較穩(wěn)定。有許多搬運(yùn)來的內(nèi)碎屑沉積和礫石層,礫石大小不規(guī)則,定向不明顯,多磨圓較好,單層厚超過50cm,礫石間為基質(zhì)充填,生物碎屑有藻、棘皮、珊瑚、腕足、苔蘚蟲、有孔蟲、等,薄片中可見完整的化石,此帶古生物較為發(fā)育并且為原地生長、堆積。發(fā)育在其中的眼球狀灰?guī)r呈透鏡狀,有混雜的生物組合,具有風(fēng)暴巖的特征。外緩坡:外緩坡處于正常風(fēng)暴浪基面以下的區(qū)域,水深介于幾十到幾百米之間,以低能量異地和原地碳酸鹽巖沉積及半深海沉積為特征。由顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r、顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r夾灰?guī)r透鏡體、薄層硅質(zhì)巖組成,層面常見流動狀,礫石直徑4～10cm,深灰色生物碎屑灰泥灰?guī)r及與薄層硅質(zhì)巖的互層形成多個(gè)沉積旋回,厚度逐漸變小,生物碎屑主要為小型有孔蟲、骨針、棘皮類。灰?guī)r和硅質(zhì)巖團(tuán)塊主要來自中緩坡以及淺海臺地,由于崩落或者碎屑流的搬運(yùn)作用而形成,為異地成因碳酸鹽巖沉積成因。外緩坡以薄層硅質(zhì)巖及夾灰?guī)r透鏡體的顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r與中緩坡相區(qū)別。3.4中二疊統(tǒng)孤峰組巖石學(xué)特征分布在中揚(yáng)子北緣及鄂西海槽(圖6)。盆地邊緣和盆地沉積主要由薄層硅質(zhì)巖、頁(泥)巖、含生物碎屑泥晶灰?guī)r以及少許含泥晶顆?；?guī)r組成,水平紋層發(fā)育,有機(jī)質(zhì)含量高,并見黃鐵礦結(jié)核,主要產(chǎn)放射蟲,其次是菊石和小腕足,主要發(fā)育于中二疊統(tǒng)孤峰組。湖北大冶—京山一帶的孤峰組硅質(zhì)巖和硅質(zhì)泥巖屬于層狀滯流的缺氧環(huán)境沉積,孤峰組底部常含結(jié)核狀磷質(zhì)巖。該巖性段與下伏棲霞組地層相比,在沉積、生物和地球化學(xué)三方面表現(xiàn)的相突變,反映出含磷含錳沉積環(huán)境是由于較強(qiáng)烈構(gòu)造活動引起下陷所造成的,磷質(zhì)主要來自上升洋流,錳質(zhì)可能來自裂陷活動產(chǎn)生的熱水沉積(李雙應(yīng)等,2008)。4中二疊紀(jì)巖石相的古代地理特征4.1生物碎屑及沉積相棲霞早期沉積盆地范圍僅限于竹山—襄樊一帶,為深水鈣屑及硅質(zhì)巖沉積,中揚(yáng)子主體為濱岸相—臺地相沉積。海侵初期區(qū)內(nèi)為濱岸環(huán)境,形成梁山段含煤巖系,超覆在下伏的不同地層上。此時(shí),江南隆起區(qū)南段的武陵地區(qū)及黃陵隆起區(qū)尚未完全夷平,成為重要物源區(qū),梁山煤系的發(fā)育地段,均沿隆起邊緣地帶展布。棲霞中期隨著海侵?jǐn)U大,海水逐漸加深,形成碳酸鹽臺地和緩坡的沉積序列,中揚(yáng)子區(qū)為緩坡環(huán)境,水體北深南淺,海水主要由西南沿鄂西裂陷槽侵入,北緣有來自秦嶺海槽的海侵作用。碳酸鹽臺地區(qū)主要分布在鄂西利川及湘西地區(qū),主要由生物碎屑灰?guī)r組成,深水沉積分布在揚(yáng)子北緣地區(qū),由顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r及硅質(zhì)巖組成。棲霞晚期,海平面仍然處于整體上升時(shí)期,開始出現(xiàn)沉積分異,研究區(qū)除鄂西的黃陵地區(qū)及江南隆起的武陵地區(qū)為臺地相沉積外,其余地區(qū)均為緩坡沉積,由礫屑灰?guī)r、顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r組成。棲霞期整個(gè)中揚(yáng)子區(qū)總體為緩坡相,在鄂西裂陷槽及其周緣地區(qū)、鄂東武漢—黃石一帶海水較深,揚(yáng)子北緣的萬源—襄樊一帶為盆地相(圖7)。4.2地質(zhì)背景及沉積特征茅口早期,沉積盆地面積擴(kuò)大,為二疊紀(jì)海平面上升幅度最大的時(shí)期,京山—黃石一帶斷陷下沉,形成深水盆地沉積相,巖相為鈣質(zhì)頁巖、薄到中層狀硅質(zhì)巖、薄到中層狀灰?guī)r,中揚(yáng)子區(qū)水深北深南淺。隨著海侵?jǐn)U大,水體變深,除黃陵、武陵地區(qū)為淺水臺地外,大部分地區(qū)為半深水—深水的緩坡礫屑灰?guī)r、顆粒質(zhì)灰泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖及生物碎屑灰?guī)r沉積。茅口中期北緣為欠補(bǔ)償深水盆地環(huán)境,京山—武漢—黃石一帶為外緩坡相的鈣質(zhì)砂屑灰?guī)r、盆地薄層硅質(zhì)巖占據(jù),中揚(yáng)子區(qū)主體為碳酸鹽緩坡環(huán)境,見眼球狀灰?guī)r,部分地區(qū)為開闊臺地相,巖相為生物碎屑泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)巖及礫屑灰?guī)r。晚期隨著區(qū)域性地殼上升,并伴有張裂作用,造成研究區(qū)北緣繼續(xù)斷陷,為欠補(bǔ)償深水盆地,半深海盆地向南推移,鄂西裂陷槽加速擴(kuò)張沉陷形成臺盆環(huán)境,其他地區(qū)水體變淺,湘西地區(qū)見局限臺地沉積。茅口末期,受東吳運(yùn)動影響,大部分地區(qū)露出海平面,形成平原及古陸,在鄂西海槽區(qū)沉積了貧生物而富黃鐵礦的“孤峰組”硅質(zhì)巖,揚(yáng)子地塊北緣由于碳酸鹽巖隨區(qū)域性海退向前加積,形成開闊臺地—緩坡環(huán)境的沉積。茅口期研究區(qū)以緩坡沉積為主,研究區(qū)北緣萬源—宜城—京山—黃石一帶為深水盆地相,鄂西建始—松滋至慈利一帶為臺盆相(圖8)。5南秦子北緣早三疊世盆地沉積期巖相古地理從以上地層、巖相的研究我們可以得出:研究區(qū)中二疊統(tǒng)總體厚度南厚北薄,研究區(qū)南部棲霞組多為淺灰色厚層灰?guī)r,北部多為深灰色硅質(zhì)泥灰?guī)r,呈漸變關(guān)系;茅口組與孤峰組由南到北同樣也呈漸變關(guān)系,南部多為茅口組,主要由碳酸鹽巖組成,北部多為孤峰組,主要由硅質(zhì)巖組成;中二疊統(tǒng)普遍發(fā)育礫屑灰?guī)r,為異地成因而非差異壓實(shí)成因。從沉積及古地理分析來看,中二疊世研究區(qū)從江南水下隆起到南秦嶺海水深由十幾米到大于500m,甚至到1000m(劉寶珺等,1994),總體地勢南高北低,碳酸鹽緩坡相較發(fā)育,水深南淺北深。早二疊世,研究區(qū)南部的雪峰隆起在早二疊世大部分仍為隆起(王立亭等,1994),體現(xiàn)為研究區(qū)船山組大量缺失。中二疊世的海侵使得此隆起變?yōu)樗侣∑?發(fā)育淺海開闊臺地—局限臺地相沉積,分布在石門—大庸一線以南;在研究區(qū)北緣臨南秦嶺海,為勉略洋盆的一部分(Mengetal.,2000),分布在京山—竹山一線以北地區(qū);鄂西海槽為南秦嶺海盆地相的延伸,同樣為深水沉積,除此廣大地區(qū)為碳酸鹽緩坡沉積,構(gòu)成一個(gè)由南向北海水逐漸加深的碳酸鹽巖斜坡沉積體系(圖9)。勉略洋盆從石