龍碼頭盆地中侏羅統(tǒng)海房溝組沉積環(huán)境及海房溝組的地層序列

龍碼頭盆地中侏羅統(tǒng)海房溝組沉積環(huán)境及海房溝組的地層序列

0地質(zhì)特征及沉積相龍頭盆地位于遼寧省葫蘆島市和興城市交界處的龍頭海濱風(fēng)景區(qū)附近（圖1）。它西與嘉昌相連，東與渤海相連。盆地所處大地構(gòu)造位置位于華北地臺(tái)(華北板塊)北部燕山臺(tái)褶帶東段(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989)。盆地距吉林大學(xué)興城地學(xué)教學(xué)實(shí)習(xí)基地僅6km,海房溝組沿岸線出露極好,因此成為吉林大學(xué)興城野外教學(xué)實(shí)習(xí)的重要地質(zhì)路線。筆者在實(shí)測(cè)3條地層剖面工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了礫巖成分統(tǒng)計(jì)、砂巖粒度分析等工作,對(duì)盆地內(nèi)地層序列及其沉積相進(jìn)行研究。本項(xiàng)研究屬于《遼寧1∶25萬(wàn)錦西市(K51C004001)(1/2)幅區(qū)調(diào)修測(cè)》項(xiàng)目成果的一部分,并將直接應(yīng)用于吉林大學(xué)興城教學(xué)實(shí)習(xí)。海房溝組始稱海房溝礫巖層,由室井渡1942年在北票盆地海房溝附近創(chuàng)名,原始定義指發(fā)育于北票海房溝一帶的礫巖層。之后諸多學(xué)者(西田彰一,1942;趙宗溥等,1959;米家榕等,1964,1980;潘廣等,1983)對(duì)遼西侏羅系的研究中都涉及到此礫巖層(現(xiàn)稱海房溝組),其主要?jiǎng)澐忠庖?jiàn)見(jiàn)表1(高振家等,2000;徐剛等,2005)。興城地區(qū)的海房溝組在二十世紀(jì)八十年代由1∶20萬(wàn)地質(zhì)圖[K-51-(25)(錦西幅)和K-51-(31)(興城幅)]區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(下文稱20萬(wàn)報(bào)告)1提出,指分布在錦西幅北部房身窯、雙塔子溝、艾家溝等地,角度不整合在北票組之上的河流相粗碎屑巖建造。報(bào)告中提到在測(cè)區(qū)東部的紀(jì)家屯北山(即夾山),海房溝組角度不整合在長(zhǎng)城系大紅峪組之上,但是缺乏詳細(xì)測(cè)制剖面及深入研究。1海溝群地層序列1.1粗粒巖屑砂巖龍回頭盆地基底由太古宙綏中花崗巖和中元古界長(zhǎng)城系大紅峪組灰白色粗—巨礫石英砂巖質(zhì)礫巖組成,盆地充填地層為中侏羅統(tǒng)海房溝組黃綠色中—粗礫、分選較差、次棱角至次圓狀的復(fù)成分礫巖,亦發(fā)育有數(shù)層紫紅色細(xì)粒雜砂巖及黃綠色頁(yè)巖,在盆地北部,海房溝組被下白堊統(tǒng)義縣組灰色熔結(jié)角礫巖不整合覆蓋。根據(jù)海房溝組出露情況,筆者在盆地南部夾山東側(cè)選擇了3條剖面(PⅠ興城龍回頭南四道溝海濱中侏羅統(tǒng)海房溝組剖面、PⅡ興城龍回頭濱海公路西側(cè)路塹中侏羅統(tǒng)海房溝組剖面、PⅢ興城龍回頭北海濱中侏羅統(tǒng)海房溝組剖面)進(jìn)行測(cè)量(圖1),可以控制海房溝組在盆地內(nèi)出露較好的中下部層位。在此僅敘述出露層序最完整的龍回頭北海濱海房溝組剖面(圖2)。剖面地層序列如下:海房溝組厚度大于552.4m(未見(jiàn)頂)41.黃褐色復(fù)成分粗礫巖,礫徑5～20cm,分選一般,次圓狀4.2m40.黃色中粒巖屑砂巖,向上部漸變?yōu)榛液谏抠|(zhì)泥巖夾煤線,產(chǎn)植物化石碎片1.1m38～39.黃綠色復(fù)成分粗礫、中礫巖,礫徑5～70cm,分選一般,次圓狀35.1m37.黃褐色厚層粗粒巖屑砂巖,發(fā)育平行層理10.5m31～36.黃褐色、灰綠色復(fù)成分粗礫、中礫巖,礫徑5～50cm,分選一般,次圓狀123.2m30.由下至上:細(xì)礫巖;灰白色厚層粗粒巖屑砂巖;灰白色薄層細(xì)粒巖屑砂巖,巖性重復(fù)呈2個(gè)旋回0.8m22～29.黃褐色、紫紅色復(fù)成分粗礫巖,礫徑5～100cm,分選不好,次圓狀127.6m21.由下至上為:土黃色細(xì)粒巖屑砂巖;土黃色/灰黑色炭質(zhì)泥巖夾煤線,產(chǎn)植物化石碎片3m19～20.土黃色、紫紅色復(fù)成分粗礫巖,礫徑5～30cm,分選一般,次圓狀,夾紫色粗粒巖屑砂巖(斜層理)19m18.由下至上為:灰白色復(fù)成分中礫巖;灰綠色粗粒巖屑砂巖,巖性重復(fù)呈2個(gè)旋回,礫巖礫徑較小,2～5cm7.7m15～17.黃褐色粗礫、中礫巖,粒徑5～50cm,分選一般,次圓狀,夾紫紅色粗粒巖屑砂巖(平行層理)68.3m14.灰綠色粗粒巖屑砂巖,上部漸變?yōu)橥哥R體,風(fēng)化色為紫紅色2.4m9～13.黃褐色、灰綠色復(fù)成分粗礫巖,礫徑3～60cm,分選不好,次圓狀,夾有粗粒巖屑砂巖42.4m8.由下至上為:黃褐色細(xì)礫—粗砂巖;灰綠色粗粒巖屑砂巖(風(fēng)化為紫紅色);灰綠色細(xì)粒巖屑砂巖(平行層理)/粉砂巖,巖性重復(fù)呈3個(gè)旋回。第三個(gè)旋回時(shí),礫巖層增厚,礫徑增大,部分可達(dá)30cm,砂巖層在旋回頂部變?yōu)橥哥R體11.1m6～7.灰綠色復(fù)成分粗礫、中礫巖,礫徑3～100cm,分選不好,次圓狀,礫巖中夾有細(xì)礫—砂巖透鏡體40.3m5.上部和下部為黃褐色復(fù)成分中礫巖,小于5cm者占大部分,分選一般,次圓狀,中部為紫紅色巖屑粗砂巖,發(fā)育平行層理3m1～4.褐色、紫紅色復(fù)成分粗礫巖,礫徑0.5～90cm,分選不好,次圓狀52.7m～～～～～～角度不整合～～～～～～下伏:長(zhǎng)城系大紅峪組灰白色石英砂巖質(zhì)粗礫巖,礫徑5～100cm,分選不好,磨圓較好龍回頭北海濱剖面海房溝組由黃綠色中—粗礫、分選較差、次棱角至次圓狀的復(fù)成分礫巖,數(shù)層紫紅色細(xì)粒雜砂巖及黃綠色頁(yè)巖組成,共41層。其中含有9層砂巖(粉砂巖、頁(yè)巖),且在第21層與第40層中各夾有一層煤線(圖3)。該剖面海房溝組不整合于長(zhǎng)城系大紅峪組之上,上部未見(jiàn)頂,厚度大于552m,并產(chǎn)植物化石碎片(圖4),初步鑒定屬于Coniferopsida(松柏綱),Podozamitaceae(蘇鐵杉科),由于標(biāo)本保存不好,未能鑒定種屬,但可以確定其時(shí)代晚于三疊紀(jì)(王五力等,1990)。1.2北票海房溝組海房溝組正層型剖面位于北票五間房鄉(xiāng)海房溝村(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局,1997)。剖面上由灰白色、黃灰色復(fù)成分礫巖夾黃灰色長(zhǎng)石石英砂巖及灰色、灰綠色流紋質(zhì)凝灰熔巖、凝灰?guī)r組成,頂部夾頁(yè)巖,含煤層,呈現(xiàn)韻律結(jié)構(gòu)特點(diǎn),不整合于北票組之上,其上被髫髻山組整合覆蓋,厚269m。該組除了在北票、凌源等地區(qū)分布之外,在錦西南票地區(qū)也有出露,遼寧省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)于1982年在南票盤(pán)道溝測(cè)得海房溝組剖面,由黃褐色、灰綠色厚層中礫—粗礫泥沙質(zhì)膠結(jié)火成巖質(zhì)礫巖及中?！至Ｕ惩临|(zhì)膠結(jié)巖屑砂巖及雜砂巖組成,夾頁(yè)巖及粉砂巖,以粗礫巖發(fā)育為主要特征,不整合于北票組之上,其上被藍(lán)旗組(即髫髻山組)不整合覆蓋,厚171m,其巖性特征與正層型基本一致,唯不見(jiàn)酸性火山物質(zhì)夾層。研究表明:海房溝組火山巖形成于板內(nèi)環(huán)境,與太平洋板塊俯沖沒(méi)有直接關(guān)系;遼西地區(qū)中生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的重大轉(zhuǎn)換、廣泛的巖漿活動(dòng)和大規(guī)模斷陷盆地群的形成與巖石圈拆沉作用密切相關(guān)(武廣等,2004)。北票位于遼西斷陷盆地區(qū)中心地帶,受巖石圈拆沉作用影響必然強(qiáng)烈,而南票位于斷陷盆地區(qū)東南緣,受影響相對(duì)較弱,兩者在構(gòu)造位置上的差異決定了北票海房溝組中發(fā)育酸性火山物質(zhì)夾層而南票海房溝組中沒(méi)有發(fā)育。南票盤(pán)道溝海房溝組是距本文研究區(qū)最近的同期巖石地層,在區(qū)域上應(yīng)為龍回頭盆地海房溝組最好的參照剖面。龍回頭海房溝組與其相比,地層厚度較大,達(dá)552m,發(fā)育厚層復(fù)成分粗礫巖及雜砂巖,夾粉砂巖及煤線,剖面上呈兩套沉積旋回,與盤(pán)道溝海房溝組黃褐色灰綠色厚層中礫—粗礫泥沙質(zhì)膠結(jié)火成巖質(zhì)礫巖及中粒—粗粒粘土質(zhì)膠結(jié)巖屑砂巖及雜砂巖組成,夾頁(yè)巖及粉砂巖的巖石組合與巖性特征基本一致(圖5)。北票五間房鄉(xiāng)海房溝村海房溝組正層型剖面中,灰白色、黃灰色復(fù)成分礫巖夾黃灰色長(zhǎng)石石英砂巖,頂部夾頁(yè)巖,含煤層等巖石組合與巖性特征與龍回頭海房溝組基本一致,僅有的區(qū)別在于龍回頭海房溝組中沒(méi)有出現(xiàn)酸性火山物質(zhì),這點(diǎn)與錦西南票盤(pán)道溝海房溝組的巖性特征一致,其原因也是龍回頭盆地距離遼西斷陷盆地區(qū)中心地帶較遠(yuǎn),火山活動(dòng)不劇烈。北票五間房鄉(xiāng)海房溝村海房溝組正層型、錦西南票盤(pán)道溝海房溝組,這兩者都不整合于北票組之上,被髫髻山組(藍(lán)旗組)覆蓋,分別位于兩個(gè)侏羅紀(jì)旋回盆地(北票盆地和金嶺寺—羊山盆地)的東南緣,都屬于較大盆地的一部分。而興城市龍回頭海濱海房溝組則處于龍回頭地區(qū)這一小型的侏羅紀(jì)盆地中,具有獨(dú)立的發(fā)育體系,其地層發(fā)育厚度及旋回特征有自身的特殊性。盡管如此,由西向東3條海房溝組剖面的總體巖性、巖石組合和古生物特征及與上、下地層層位關(guān)系等均可以判斷應(yīng)屬中侏羅統(tǒng)海房溝組。2德物質(zhì)礫巖組巖相特征如前文所述,龍回頭盆地海房溝組主要由黃綠色中礫—粗礫、分選較差、次棱角至次圓狀的復(fù)成分礫巖,夾數(shù)層紫紅色細(xì)粒雜砂巖及黃綠色頁(yè)巖組成,不整合覆蓋在太古宙花崗巖和大紅峪組之上。龍回頭北海濱剖面中,海房溝組整體產(chǎn)狀約為50°∠45°,與下伏的大紅峪組石英砂巖質(zhì)礫巖(產(chǎn)狀9°∠55°)呈角度不整合關(guān)系,不整合面產(chǎn)狀63°∠56°。巖層至少由23個(gè)小旋回組成,礫巖為顆粒支撐,礫石含量一般大于80%,填隙物為中粗粒砂,粘土質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)物含量小于20%。礫石分選較差,粗礫在礫石總量中含量小于10%(礫徑10～90cm);中礫占礫石的大部分(礫徑以1～5cm的居多);細(xì)礫約占礫石總量的20%左右(礫徑小于1cm)。2.1第3、11、20層粒徑統(tǒng)計(jì)在剖面的下、中、上部層位礫石的粒徑分布有所不同,筆者分別對(duì)第3、11、20層進(jìn)行了粒徑統(tǒng)計(jì)(圖6)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,向上部層位礫石中細(xì)礫和中礫含量增加,粗礫減少,表現(xiàn)出水動(dòng)力漸小的趨勢(shì)(W.V.恩格爾哈特,1982)。2.2礫石成分分布由于岸線經(jīng)過(guò)海水淘洗,礫石中的不穩(wěn)定組分會(huì)丟失,因此筆者選擇濱海公路在建路塹上的新鮮露頭(PⅡ興城龍回頭濱海公路西側(cè)路塹中侏羅統(tǒng)海房溝組剖面)進(jìn)行礫石成分統(tǒng)計(jì)(圖7)。海房溝組礫巖成分復(fù)雜,礫石以石英砂巖(含量約為41%)、長(zhǎng)石石英砂巖(含量約為25%)為主,其次有安山巖(9%)、燧石(7%)、凝灰?guī)r(6%)、花崗巖(3%)、巖屑砂巖(2%),并含有少量頁(yè)巖(2%)、鋁土質(zhì)巖(1%)、紅色雜砂巖(1%)等,表明海房溝組礫巖的礫石大部分來(lái)源于沉積巖分布區(qū)。2.3巖石地層及巖石組分析礫巖的沉積特征是對(duì)盆地構(gòu)造巖漿活化作用的沉積響應(yīng),是源區(qū)巖石組成及構(gòu)造演化的綜合反映(閆義等,2001),同樣,礫巖中的源區(qū)巖石組合也反映了礫巖的形成時(shí)代。龍回頭盆地中大量的石英砂巖礫石來(lái)自盆地西側(cè)的大紅峪組,由于其搬運(yùn)距離近且是極穩(wěn)定組分,所以在盆地中石英砂巖礫石的含量最大;花崗巖礫石來(lái)自綏中花崗巖基底,但由于花崗巖風(fēng)化后主要呈砂狀,故盆地中保留的花崗巖礫石僅存在于海房溝組底部與花崗巖基底貼近的部位(謝又予,2000);長(zhǎng)石石英砂巖礫石可能來(lái)自附近的常州溝組和大紅峪組(區(qū)域上常州溝組和大紅峪組可以分別覆蓋在太古宙花崗巖之上,因此這兩個(gè)組巖石中廣泛分布長(zhǎng)石石英砂巖)(趙紅格等,2003);頁(yè)巖礫石中有串嶺溝組的暗色頁(yè)巖和大紅峪組的凝灰質(zhì)頁(yè)巖,其中暗色頁(yè)巖含量較多;鋁土質(zhì)巖礫石來(lái)自晚古生代地層,在鄰近地區(qū)就有石炭—二疊系的鋁土質(zhì)巖出露;紅色雜砂巖礫石來(lái)自三疊系的紅砬組,紅砬組礫石的出現(xiàn)指示龍回頭盆地內(nèi)礫巖的形成晚于三疊紀(jì),此外在盆地北部有下白堊統(tǒng)義縣組覆蓋于這套礫巖之上,從而將這套礫巖的時(shí)代限定在侏羅紀(jì)。結(jié)合前文所做的巖石地層對(duì)比,能夠更充分證明這套以復(fù)成分粗礫巖為主的地層屬于中侏羅統(tǒng)海房溝組(B.п.巴圖林,1963;和政軍等,1990,2007)。2.4截點(diǎn)大小對(duì)顆粒的影響從概率累積圖(圖8)可以看出:沉積物缺少推移組分,跳躍次總體與懸浮次總體的截點(diǎn)小于2.5φ,指示當(dāng)時(shí)水動(dòng)力很大,顆粒整體較粗;曲線斜率較大,指示顆粒分選較好;整體形態(tài)與河流主河道概率累積圖相似,但是懸浮組分含量高且粒度粗,也具有洪積物的特征(成都地質(zhì)學(xué)院陜北隊(duì),1976)。3海房溝組礫巖沖積扇相根據(jù)剖面巖石特征研究,海房溝組礫巖礫石磨圓較好,多為次圓狀,但不能由此得出此礫石是沉積前經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離流水搬運(yùn)的結(jié)論,因?yàn)榈[石中大部分為就地取材的大紅峪組礫巖等,系多次旋回的礫石,磨圓作用并不主要發(fā)生在侏羅紀(jì);盆地內(nèi)海房溝組礫巖整體分選一般至差,在某些層位會(huì)出現(xiàn)巨礫,均是水動(dòng)力迅速減弱的結(jié)果;礫石成分復(fù)雜,但均來(lái)自周邊地區(qū),并且其中有40%以上直接來(lái)自盆地基底。綜上所述,海房溝組礫巖具有短距離搬運(yùn),快速堆積的特點(diǎn),屬山前盆地沖積扇相(任明達(dá)等,1981;姜在興,2008)(圖9)。砂巖粒度分析結(jié)果也指示與沖積扇相相符的河道相。山前沖積扇在形成過(guò)程中,受當(dāng)時(shí)環(huán)境影響,水流大小的變化以及河流改道時(shí)常發(fā)生,造成沉積地層在縱向上厚度雖然不變,但橫向上巖性會(huì)發(fā)生變化,各亞相及微相的界線隨水動(dòng)力變化而形成穿插關(guān)系(王成善等,2003)。3.1主河道沉積體系扇根或扇頂分布在鄰近沖積扇頂部的斷崖處,其特點(diǎn)是沉積坡度角最大,并發(fā)育有單一的或2～3個(gè)直而深的主河道。其沉積物主要為泥石流沉積和河道充填沉積。龍回頭盆地內(nèi)海房溝組礫巖的扇根亞相由部分復(fù)成分粗礫巖構(gòu)成,例如第1～5、9～14、22～30層,礫徑較大,分選差,塊狀層理,至多可見(jiàn)遞變層理,礫石略有定向,偶爾可見(jiàn)疊瓦狀的礫石,屬河道充填沉積。3.2礫石碎屑排列特征扇中位于沖積扇的中部,以具有中到較低的沉積坡角和發(fā)育辮狀河道為特征。沉積物中砂和礫的比率增加,礫石碎屑多呈疊瓦狀排列,沉積物分選性仍然較差。龍回頭盆地內(nèi)海房溝組礫巖的扇中亞相由復(fù)成分中礫巖及巖屑砂巖構(gòu)成,例如第6～8、15～18、31～37層等,礫徑較小,分選及磨圓較扇根亞相好,多成疊瓦狀排列,夾砂巖透鏡體,遞變層理明顯;也有砂巖成層分布的,可見(jiàn)到平行層理和交錯(cuò)層理。3.3粉砂巖和粘土巖扇端出現(xiàn)在沖積扇的趾部,具有最低的沉積坡角和較平緩的地形,沉積物通常由砂巖和含礫砂巖組成,夾有粉砂巖和粘土巖。龍回頭盆地內(nèi)海房溝組中的扇端亞相由巖屑砂巖和粉砂巖及泥巖構(gòu)成,例如第19～21、38～41層,呈數(shù)個(gè)黃褐色細(xì)礫—粗砂巖—灰綠色粗粒巖屑砂巖—灰綠色細(xì)粒巖屑砂巖—粉砂巖—泥巖構(gòu)成的旋回,多呈水平層理和塊狀層理。其中第21、40層泥巖