巢湖中下志留統(tǒng)等深積巖的沉積特征

巢湖中下志留統(tǒng)等深積巖的沉積特征

安徽省潮北市六集柳條組（s1g）的黑色粘土巖通常發(fā)育細(xì)條紋狀粘土層。對(duì)于這些薄層粉細(xì)砂巖,一些學(xué)者的早期研究認(rèn)為屬于半深海環(huán)境下的等深流沉積,該觀點(diǎn)也常被各種文獻(xiàn)引用?。通過(guò)多年野外觀察和分析,尤其是近年來(lái)隨著公路拓寬,新的現(xiàn)象不斷出現(xiàn),筆者認(rèn)為該套地層中的薄層粉細(xì)砂巖應(yīng)該屬于與潮汐作用有關(guān)的陸棚沉積,而不是半深海等深流沉積。1不整合接觸地層巢北地區(qū)的志留紀(jì)地層總厚度在600m以上,發(fā)育有下統(tǒng)高家邊組(S1g)和中統(tǒng)墳頭組(S2f)。中下志留統(tǒng)下部直接與上奧陶統(tǒng)五峰組平行不整合接觸(圖1),上部與上泥盆統(tǒng)五通組(D3w)平行不整合接觸。高家邊組(S1g)底部為厚約1cm的早期風(fēng)化殼沉積;下段主要為厚約21m的灰白、灰紫、紫紅色薄層含硅質(zhì)條帶泥頁(yè)巖,富含筆石;向上為灰黃、土黃色薄層泥巖夾砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、頁(yè)巖,厚約83m(圖1)。中段為黃綠、青灰、灰黑色頁(yè)巖、含粉砂質(zhì)泥巖夾薄層粉細(xì)砂巖,厚度大于138m,含中華棘魚(yú)、鋸筆石及三葉蟲(chóng)、腕足、腹足、雙殼類(lèi)等化石。上段以黃綠、棕黃色泥頁(yè)巖、石英砂巖為主,厚約100m,化石較少。墳頭組(S2f)下段為黃綠色中厚層石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。上段為黃綠色薄至中厚層泥質(zhì)細(xì)砂巖,具蟲(chóng)跡,含王冠蟲(chóng)及腕足類(lèi)、魚(yú)類(lèi)化石,總厚約250m。2高家邊組細(xì)屑巖和生腐石灰?guī)r的沉積特征2.1德國(guó)法上的泥質(zhì)巖屑和德國(guó)土目前,在高家邊組中下部所發(fā)現(xiàn)的薄夾層碎屑巖主要為綠灰色粉砂巖、灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖,此外還有薄層或透鏡狀硅質(zhì)海百合生屑灰?guī)r等。高家邊組中的薄層粉細(xì)砂巖分選一般不好,成分成熟度也明顯偏低,幾乎都是雜基填隙。在細(xì)砂巖中存在大量的泥質(zhì)巖屑,其含量甚至可占顆粒的30%,由于顆粒偏細(xì),這些泥質(zhì)巖屑大多保持有較好的顆粒形態(tài),只有極少數(shù)表現(xiàn)為假雜基,甚至在一些粉砂巖的底部明顯發(fā)育一些毫米級(jí)的泥礫。這都代表細(xì)粉砂沉積于水流強(qiáng)度變化頻繁、水體不穩(wěn)定的狀態(tài)下。與之相反,正常的等深流沉積的分選一般中等到好,局部分選極好,屬于長(zhǎng)期穩(wěn)定水流條件下的沉積,與研究區(qū)粉細(xì)砂巖的結(jié)構(gòu)明顯不同。在硅質(zhì)海百合生屑灰?guī)r中,顆粒主要以各種形態(tài)的海百合碎片為主,另含少量泥質(zhì)巖屑。其中多數(shù)海百合碎片表現(xiàn)為長(zhǎng)短不一的柱狀,最長(zhǎng)可達(dá)3.0mm左右,形態(tài)普遍完好,邊緣沒(méi)有明顯的磨蝕。海百合顆粒間主要為白云質(zhì)膠結(jié),并被后期的硅質(zhì)膠結(jié)物所交代。此外,與海百合灰?guī)r層上下相鄰的暗色泥頁(yè)巖中也常發(fā)現(xiàn)一些大小和形態(tài)類(lèi)似的零星海百合碎屑。上述特征表明,這些海百合生屑應(yīng)屬原地或短距離搬運(yùn)并沉積的產(chǎn)物,不符合長(zhǎng)距離搬運(yùn)、顆粒成分混雜的等深流沉積特點(diǎn)。2.2層狀層理和生物擾動(dòng)構(gòu)造在高家邊組粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖表面,常有大量小型不對(duì)稱(chēng)波痕出現(xiàn),其波長(zhǎng)5～5.5cm,波高0.1～0.5cm,大多峰谷皆圓,波脊平直或略彎曲、彼此相互平行。此外,尚可見(jiàn)少數(shù)波峰圓滑或相對(duì)尖銳、波脊平直、具音叉狀分叉、對(duì)稱(chēng)或近于對(duì)稱(chēng)的浪成波痕(圖2),這表明沉積流體應(yīng)為流速緩慢的底部水流,有時(shí)水動(dòng)力則表現(xiàn)為小規(guī)模的往復(fù)震蕩。等深流沉積條件下盡管可以出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)波痕,但很難發(fā)育浪成波痕。這種浪成波痕可與甘肅夏河以東上二疊統(tǒng)內(nèi)波、內(nèi)潮汐成因的波浪波痕細(xì)砂巖相對(duì)比。薄層細(xì)砂巖和粉砂巖底部常發(fā)育有弱的沖刷面,內(nèi)部常見(jiàn)平行層理。此外還可見(jiàn)脈狀層理(圖3)、波狀層理和透鏡狀層理,層系厚度一般為0.5～3cm。剝離面上,層系之間含有泥質(zhì)薄層(圖3),表明沉積時(shí)水動(dòng)力條件的強(qiáng)弱變化非常頻繁,而非穩(wěn)定水動(dòng)力條件下的沉積。這并不符合等深流的水動(dòng)力條件,更類(lèi)似于潮汐沉積作用的特點(diǎn)。更典型的是:薄層粉砂巖中有時(shí)能見(jiàn)到雙向交錯(cuò)層理(圖4)。盡管在露頭上不很常見(jiàn),但雙向交錯(cuò)層理的發(fā)育是代表潮汐這種往復(fù)水流沉積的最直接的證據(jù)。生物擾動(dòng)構(gòu)造在薄層粉砂巖中很少出現(xiàn),一般只在粉砂巖層的上表面有少量發(fā)育,這與等深流豐富的生物擾動(dòng)構(gòu)造有著很大的不同。在高家邊組上部灰綠色泥巖中,還發(fā)育溝道充填的砂巖透鏡體,內(nèi)部具平行層理(圖5)。有時(shí)還可見(jiàn)廢棄的侵蝕溝道中被發(fā)育前積紋層的粉砂質(zhì)泥巖所充填。這表明沉積時(shí)的底流不僅流速變化很快,而且橫向上范圍局限,遷移迅速,這更符合潮汐水流的水動(dòng)力特點(diǎn)。2.3古新發(fā)現(xiàn)的沉積環(huán)境前已述及,高家邊組中下部的硅質(zhì)海百合生屑灰?guī)r中的海百合應(yīng)為原地或短距離搬運(yùn)和沉積的產(chǎn)物。古生代的海百合都是有莖海百合,主要生活在濱淺海環(huán)境下。因此,基本可以判定當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境應(yīng)為陸棚以上的較淺海。此外據(jù)報(bào)道,在高家邊組中下部的青灰色石英粉細(xì)砂巖層面上,有三葉蟲(chóng)的爬跡——克魯茲跡。實(shí)際上,三葉蟲(chóng)屬于近淺海海底的游泳生物,它們常和淺海生活的腕足、棘皮、頭足和苔蘚蟲(chóng)類(lèi)等化石共同保存在一起?？唆斊澺E的發(fā)現(xiàn)也佐證了高家邊組中下部的沉積背景應(yīng)為淺海環(huán)境。另外,高家邊組中下部的頁(yè)巖中富含筆石化石?。筆石盡管可以出現(xiàn)在半深海環(huán)境,但同樣也能發(fā)育在近岸海灣、潟湖環(huán)境,況且與筆石共生的生物化石還有三葉蟲(chóng)、腕足類(lèi)、腹足類(lèi)、雙殼類(lèi)等?,屬于典型的淺海生物組合。2.4頂?shù)捉缑嫱蛔兊碾p遞變序列典型的等深積巖垂向序列是由一個(gè)向上變粗的逆遞變段和一個(gè)向上變細(xì)的正遞變段構(gòu)成的雙遞變序列,反映了等深流活動(dòng)由弱到強(qiáng)再到弱的一個(gè)活動(dòng)周期。但在巢北地區(qū)中下志留統(tǒng)中,盡管也發(fā)育有類(lèi)似的垂向序列,但最常見(jiàn)的是頂?shù)捉缑嫱蛔兊恼f變旋回(圖5)和均一旋回,尤其是在細(xì)砂巖和海百合生屑灰?guī)r中,旋回的厚度2cm至幾十厘米。而上述雙遞變序列則一般僅出現(xiàn)在部分粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖旋回中。旋回界面的頂?shù)淄蛔兇淼氖撬鞣较蚝臀恢玫念l繁、急劇改變,這種水動(dòng)力在潮汐環(huán)境下最容易出現(xiàn),主要發(fā)育的正旋回也常出現(xiàn)在與潮汐作用有關(guān)的環(huán)境下。2.5基層海槽區(qū)的沉積演化巢北地區(qū)的中下志留統(tǒng)與下伏奧陶系五峰組白云巖地層為平行不整合接觸,不整合面在整個(gè)揚(yáng)子地區(qū)廣泛發(fā)育(在川南、黔北、湘西以及中、下?lián)P子長(zhǎng)江沿線廣大地區(qū)均有分布),表明中下志留統(tǒng)是直接發(fā)育在早期暴露剝蝕的碳酸鹽淺?；蚺_(tái)地上的,屬于志留紀(jì)在大范圍剝蝕平原上逐步海侵和海退條件下的產(chǎn)物。巢北地區(qū)高家邊組中的暗色泥頁(yè)巖夾在大套黃色、黃綠色泥巖之中,暗色泥頁(yè)巖的厚度不足百米。在高家邊組上部的墳頭組厚層砂巖中,發(fā)育羽狀交錯(cuò)層理、楔狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造,具明顯的潮控近岸沉積特征,對(duì)此前人早有論述?。在此情況下,與墳頭組連續(xù)沉積的下伏高家邊組也應(yīng)該與潮汐作用有著密切聯(lián)系。這樣,該地區(qū)中下志留統(tǒng)完整的垂向序列應(yīng)該是:不整合面-濱岸相-淺海陸棚相-潮控濱岸相-不整合面的完整海進(jìn)海退旋回,其中難以出現(xiàn)在半深海環(huán)境下才發(fā)育的等深積巖沉積條件。況且如果高家邊組屬于半深海相沉積,那么巢北地區(qū)勢(shì)必處在華北板塊和揚(yáng)子板塊之間的海槽區(qū),板塊運(yùn)動(dòng)會(huì)在此形成廣泛的造山帶和板塊縫合帶。但實(shí)際上,結(jié)合前人的研究成果,巢北地區(qū)中下志留統(tǒng)并沒(méi)有板塊縫合帶及蛇綠巖帶的存在,也不發(fā)育強(qiáng)烈的巖漿作用和大量的逆沖推覆構(gòu)造。2.6海底陸棚沉積相綜上所述,高家邊組的薄層細(xì)砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖無(wú)論從成分、結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)造都反映了水動(dòng)力變化十分頻繁環(huán)境下的沉積。結(jié)合生物組合、沉積序列和大地構(gòu)造特征,高家邊組中下部的薄層砂巖和粉砂巖應(yīng)該沉積于水動(dòng)力條件強(qiáng)弱不定的淺海條件下,顆粒一般為原地或短距離搬運(yùn)沉積的。這些特點(diǎn)與等深流沉積明顯不同。一般來(lái)講,淺海陸棚包括浪控陸棚、流控陸棚和潮控陸棚3種類(lèi)型。高家邊組的砂巖、粉砂巖和海百合生屑灰?guī)r不具有風(fēng)暴和穩(wěn)定海流沉積的特征,其流速、水道位置變化頻繁、沉積物搬運(yùn)距離短、透鏡狀砂體、雙向交錯(cuò)層理、潮汐層理等特點(diǎn),明顯與潮汐作用密切相關(guān),尤其是與許多學(xué)者提出的內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積作用十分相似。但目前的所揭示出來(lái)的內(nèi)潮汐沉積主要發(fā)育在大陸斜坡、海底峽谷和海臺(tái)環(huán)境下,在淺海陸棚環(huán)境下能否發(fā)育內(nèi)波和內(nèi)潮汐沉積,目前尚難下結(jié)論,有待于內(nèi)潮汐研究的進(jìn)一步深入。3巢北中下志留統(tǒng)早中志留統(tǒng)地層認(rèn)識(shí)的意義潮汐作用下的陸棚沉積和等深流沉積的差異不僅僅體現(xiàn)了沉積環(huán)境的不同,更為重要的是與不同的大地構(gòu)造背景息息相關(guān)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外前人研究成果,對(duì)巢北中下志留統(tǒng)“等深積巖”進(jìn)行的再