遼西義縣盆地英窩山磚城層沉積組合特征

遼西義縣盆地英窩山磚城層沉積組合特征

它是從西到東，有一個(gè)北票盆地、建昌盆地、金羊盆地、阜城縣盆地等。其中阜新—義縣盆地為發(fā)育于中生代的斷陷型盆地。義縣盆地是阜新—義縣盆地中大凌河以南的次級(jí)凹陷區(qū),盆地內(nèi)的義縣組可與大凌河以北的相應(yīng)地層對比。義縣縣城西南部近東西走向的馬神廟—刀把地—三百壟—金剛山一帶為義縣組標(biāo)準(zhǔn)地層剖面出露地區(qū),該剖面研究表明義縣組為一套巨厚層基性—中基性—中性—中酸性陸相噴發(fā)的火山巖系,在其火山噴發(fā)活動(dòng)間歇期,形成了7個(gè)河湖相的沉積夾層,自下而上分別為馬神廟層、老公溝層、業(yè)南溝層、磚城子層、大康堡層、朱家溝層、金剛山層。義縣組旋回中的沉積地層多數(shù)為火山噴發(fā)間歇期的河流相、湖相沉積,沉積厚度一般僅十幾米、幾十米和近百米,并具有較多的與火山噴發(fā)物有關(guān)的火山沉積層(如凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)礫巖)以及薄的湖相沉積的碳酸鹽巖沉積層。義縣盆地磚城子層從刀把地東北向北到小閻家屯東呈弧形延伸到甘家屯河谷,在河谷東的英窩山南北、二道河子、腰馬山溝、金家溝直至大凌河楊家屯鐵路路塹有出露,且尤以英窩山出露較好。磚城子層富產(chǎn)昆蟲、葉肢介和植物以及木化石、介形類和保存不完好的鳥化石。對英窩山沉積層研究將會(huì)對義縣火山旋回中晚期義縣盆地重建陸相沉積環(huán)境、古地理和古氣候提供一定的科學(xué)依據(jù)。1湖相中基性火山英窩山剖面的磚城子層沉積巖厚度約為60m,下伏黑褐色的氣孔—杏仁狀橄欖玄武巖。下部為與中基性火山噴發(fā)作用有關(guān)的膨潤土、膨潤土質(zhì)礫巖以及膨潤土質(zhì)粉砂巖,向上過渡為湖相碳酸鹽巖沉積層;中部為膨潤土質(zhì)礫巖、灰黑色泥巖、頁巖夾層以及碳酸鹽巖沉積組合,向上過渡為深湖—半深湖相的碳酸鹽巖、紋層狀頁巖沉積;上部為與中基性火山噴發(fā)有關(guān)的膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖—灰褐色頁巖的粗—細(xì)沉積韻律。磚城子層上覆黑色粗玄武玢巖。本文將分別對下部、中部和上部三部分闡述其巖石組合特征(圖1)。1.1濁流沉積相特征英窩山磚城子層下部沉積層包括第①至(32)沉積亞層,共厚約30m(圖2,3)。該部分與下伏的灰黑色氣孔—杏仁狀橄欖玄武巖呈沉積侵蝕接觸關(guān)系。第①至⑨為與中基性火山噴發(fā)物有關(guān)的膨潤土化凝灰質(zhì)礫巖、膨潤土沉積層夾薄層膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖沉積層;⑩至(32)沉積亞層為膨潤土化凝灰質(zhì)礫巖、薄層粉砂巖以及薄層碳酸鹽巖沉積層組合。磚城子層T濁積巖段為黃褐色膨潤土化凝灰質(zhì)粗砂巖和灰綠色砂質(zhì)膨潤土沉積層,其中含有大量的凝灰?guī)r質(zhì)礫巖,具弱沉積層理,沉積厚度約2.5m,指示該沉積層形成時(shí)大量的中基性火山灰質(zhì)噴發(fā)作用的存在以及火山噴發(fā)的灰質(zhì)成分經(jīng)較長距離的空運(yùn)作用。該濁積巖段具明顯反粒序的沉積特征。第③至⑨亞層組成兩個(gè)濁積巖段(T1,T2)。底部的粗粒雜色、灰綠色含礫凝灰?guī)r和礫巖、雜色泥礫巖構(gòu)成濁流沉積的濁積巖粗粒巖段(Ta1,Ta2)。頂部灰綠色膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖、沉凝灰?guī)r、土黃色泥巖構(gòu)成濁流沉積細(xì)粒巖段(Tb1,Tb2),其中水平層理發(fā)育,順層面含大量炭屑和少量的東方葉肢介化石,炭屑粒徑約2~5mm(圖4)。粗粒濁積巖段Ta1中礫石主要以下伏玄武巖和凝灰?guī)r質(zhì)礫石為主,礫石呈次圓狀、次棱角狀,礫石大小為2~10cm,且以2~5cm為主。粗粒濁積巖段Ta2底部60cm內(nèi)具正粒序遞變的層內(nèi)粒序遞變層理,向上粒度變得無序。第⑩至(33)亞層組合出4個(gè)濁積巖段,每一濁積巖段基部均為灰綠色(雜色)玄武巖質(zhì)礫巖、凝灰質(zhì)礫巖、含礫泥質(zhì)砂巖以及含礫粗砂巖構(gòu)成的粗粒濁積巖段(Ta),頂部由含炭屑膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖構(gòu)成細(xì)粒濁積巖段(Tb)以及上覆硅化白云巖沉積層構(gòu)成。與上述的第1、2濁積巖段相比較第3、4的粗粒巖段(Ta3、Ta4)的厚度有明顯增大的趨勢,且呈現(xiàn)反粒序?qū)觾?nèi)遞變層理。標(biāo)準(zhǔn)鮑瑪序列的濁積巖的Ta段只是出現(xiàn)礫巖沉積,向上出現(xiàn)正粒序遞變規(guī)律。對鮑瑪序列持否定、疑問的Shanmugam和Kenneth綜述性研究深入揭示了濁流沉積相的組合特征及其地質(zhì)意義,他們認(rèn)為當(dāng)分析對象的研究尺度小時(shí),底部的粗碎屑巖段往往會(huì)出現(xiàn)“異?！钡姆戳Ｐ虺练e。第5沉積旋回中的粗粒沉積巖段為凝灰質(zhì)含礫泥巖、含礫粗砂巖、含礫泥巖、礫巖等沉積亞層組成,礫石含量較其下的粗粒濁積巖段有大幅度減少,且發(fā)育弱平行沉積層理(圖4),其中的粉砂巖、泥巖沉積層中含大量的炭屑。該沉積旋回的細(xì)粒濁積巖段(Tb5)由灰綠色的含炭屑膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖與含云母的泥質(zhì)砂巖沉積層構(gòu)成,水平層理發(fā)育,其中含大量片狀的炭屑、云母指示它們是濁流沉積的上部或尾部沉積產(chǎn)物。濁積巖段T6由含膨潤土礫巖、含礫粗砂巖組成粗粒巖段(Ta6),礫石呈次圓狀、圓狀,少量為棱角狀,向上的細(xì)粒濁積巖段Tb6為含炭屑膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖,順層面產(chǎn)出大量的炭屑,且發(fā)育水平沉積層理。1.2含大量沉積的白云巖磚城子層中部由碳酸鹽巖沉積為主的第(34)至(45)沉積亞層構(gòu)成,厚約6m(圖5)。第(34)至(36)沉積亞層為硅化白云巖、灰色粉砂巖、含燧石團(tuán)塊砂屑灰?guī)r沉積層,薄層狀的粉砂巖沉積層在橫向上厚度有所變化,變化范圍為1~5cm。第(36)至(39)沉積層為含大量燧石團(tuán)塊白云質(zhì)灰?guī)r(圖4)、紋層狀白云巖,碳酸鹽巖沉積紋層發(fā)育,第(39)沉積亞層中夾薄層含黑云母長石砂巖。第(40)沉積亞層為滑塌沉積灰?guī)r,巖石風(fēng)化面呈土黃色,內(nèi)部的碎屑為下伏第(39)沉積亞層的紋層狀白云巖、礫屑無磨蝕,呈棱角狀,占全巖的80%左右,膠結(jié)物為白云質(zhì),表現(xiàn)明顯的滑塌堆積特征。第(40)~(45)沉積亞層為長石砂屑礫巖、含長石砂屑膨潤土質(zhì)礫巖、含礫長石砂巖、含云母長石砂巖的沉積巖組合,巖石中均含大量的長石砂屑,砂屑粒級(jí)達(dá)粗砂—小礫級(jí)。礫巖沉積層中含大量的質(zhì)純膨潤土礫屑,粒徑達(dá)1~2cm,最大粒徑達(dá)5~6cm,大小懸殊,其中偶含下伏紋層狀白云巖質(zhì)礫屑,礫石經(jīng)強(qiáng)烈磨蝕作用而呈圓狀、次圓狀。長石砂巖中含礫極少,礫石主要以膨潤土質(zhì)為主,其含量占全巖的1%,少見1mm的片狀黑云母,該沉積層為一套經(jīng)短距離搬運(yùn)的大量陸源沿湖盆邊緣斜坡堆積的產(chǎn)物。1.3充填質(zhì)粉砂巖沉積相英窩山磚城子層上部巖石主要由砂屑灰?guī)r、硅化白云巖、泥灰?guī)r、紋層狀白云巖、膨潤土巖、膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖、頁巖組成?？傮w上講,巖石組合呈現(xiàn)基部為碳酸鹽巖沉積組合以及向上變?yōu)?個(gè)膨潤土巖(膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖)—紙片狀頁巖沉積韻律巖石組合(圖6)。第(46)沉積亞層為鐵銹色含凝灰質(zhì)礫泥質(zhì)膠結(jié)砂屑灰?guī)r沉積層,本層厚約1.7m,沉積層內(nèi)礫石大小0.2~5cm,1cm左右常見,礫石呈圓狀、次圓狀,頂部含礫石約20%。第(47)沉積層為下伏砂屑灰?guī)r向粉砂巖過渡的沉積相,呈現(xiàn)正粒序遞變的沉積層理。向上的第(49)沉積亞層為含膨潤土礫白云質(zhì)泥灰?guī)r,厚約3.4m,本沉積層的中上部含礫40%左右,主要以<5cm為主,層內(nèi)的礫屑呈弱的正粒序遞變規(guī)律,沉積層底部具弱平行層理,層內(nèi)礫屑較好的磨圓度指示隨水體有一定距離的運(yùn)移。第(50)~(54)為一套砂巖—頁巖—白云巖沉積組合,厚達(dá)1.2m,(50)沉積亞層為灰白色—深黑色頁巖,水平沉積紋理發(fā)育,紋理厚約1mm,其中夾2~5mm土黃色泥巖沉積薄層,第(53)沉積亞層與其相似,厚約0.1m。(51)、(52)沉積亞層分別為含白云質(zhì)團(tuán)塊的膨潤土、膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖,且后者含2~5cm厚的碳酸鹽巖夾層,粉砂巖沉積層發(fā)育水平沉積紋理。上覆為紋層狀白云巖,頂部產(chǎn)狀97°∠24°。該部分湖泊相的砂巖—頁巖—白云巖沉積組合中廣泛、大量發(fā)育平行層理及水平沉積紋理,且碳酸鹽巖夾層沉積厚度在橫向上相對穩(wěn)定等沉積特征指示其為靜水態(tài)的半深—深湖相沉積的產(chǎn)物。本文將上部的(55)沉積亞層細(xì)劃分出5個(gè)膨潤土巖或膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖和頁巖的沉積組合的正粒序遞變沉積韻律。第1個(gè)沉積韻律下部的膨潤土巖沉積層厚約4.5m,上覆的黑色紙片狀頁巖厚度僅為0.12m。第2至第5韻律粗粒序膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖沉積層的厚度明顯變薄,變化范圍0.25~1.70m,細(xì)粒的黑色、灰褐色頁巖沉積層的厚度有較大的變化,為0.19~1.89m。沉積巖性的頻繁變化的膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖—頁巖沉積組合指示強(qiáng)烈的中基性火山噴發(fā)作用,凝灰質(zhì)成分含量較高,火山碎屑快速充填古湖泊,懸浮質(zhì)陸源泥質(zhì)成分在相對靜止水體中沉積,直至古湖泊萎縮的地質(zhì)演化過程。2古湖盆邊緣的碳酸鹽巖組合英窩山的磚城子層下部為一套膨潤土化凝灰質(zhì)粗砂巖、雜色泥礫巖、灰綠色凝灰質(zhì)礫巖、焦土黃色細(xì)礫巖組成的粗粒濁積巖段(T,Ta1,Ta2)與灰綠色膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖、含炭屑沉凝灰?guī)r、泥巖組成的細(xì)粒濁積巖段(Tb1,Tb2)沉積巖組合。粗粒濁積巖段發(fā)育弱(無)沉積層理,沉積層內(nèi)礫屑具正粒序遞變層理,礫屑的粒徑變化較大,磨圓度較差。細(xì)粒濁積巖厚度明顯較前者變小,且出現(xiàn)了明顯的水平沉積層理,片狀的炭屑以及大量的東方葉肢介順層面發(fā)育,為濁流的上部滯后的細(xì)粒懸浮沉積的結(jié)果。古湖盆由于大量的濁流沉積之后水體相對變淺,受區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用湖盆水體再次變深,從而遭受至少4期的濁流沉積作用,形成與下部具有相似性的粗—細(xì)濁積巖段(Ta3—Ta6,Tb3—Tb6),在細(xì)粒的濁積巖(Tb)之上沉積了薄層硅化白云巖沉積層,這一沉積現(xiàn)象指示受多期的濁流充填作用,沿古湖盆邊緣形成了湖坪,加上當(dāng)時(shí)季節(jié)性的干旱、半干旱古氣候的作用,從而在時(shí)有出露水面淺水環(huán)境的湖坪上形成薄層的碳酸鹽巖。與前期濁流沉積相粗粒巖段(Ta1,Ta2)相比,隨后的粗粒巖段(Ta3,Ta4,Ta5,Ta6)沉積層的沉積層理發(fā)育,且出現(xiàn)了異常的反粒序遞變的沉積特征。特別是Ta5,Ta6中的粗粒巖段的碎屑平均粒徑明顯變小,在其中常含有大量的片狀炭屑、黑云母,這從另一側(cè)面指示湖盆水體在沉積細(xì)粒濁積巖段時(shí),水體相對靜止、變淺的沉積規(guī)律。磚城子層中部的沉積巖石以硅化白云巖、含燧石團(tuán)塊白云質(zhì)灰?guī)r、紋層狀白云巖、白云質(zhì)膠結(jié)滑塌沉積灰?guī)r組成的古湖泊相碳酸鹽巖組合,合計(jì)厚度約6m。該碳酸鹽巖沉積組合底部沉積層中常含大量的燧石團(tuán)塊,指示半深湖相的沉積環(huán)境,向上過渡至紋層理發(fā)育的白云質(zhì)灰?guī)r,說明古沉積水體相對靜止、深度增加的趨勢。沿古湖盆邊緣相—半深湖形成的大量的碳酸鹽巖、濁積巖,由于某一突發(fā)因素(地震、突然物源大量的輸入等)使得其失去穩(wěn)態(tài),從而形成第(40)沉積亞層的白云質(zhì)膠結(jié)的滑塌沉積灰?guī)r,沉積層內(nèi)的碎屑(礫級(jí))幾乎無磨蝕和弱磨蝕的特征,指示短距離滑塌遷移至半深湖快速膠結(jié)的沉積演化結(jié)果。第(41)~(45)的長石砂屑礫巖—長石砂屑膨潤土質(zhì)礫巖—含礫長石砂巖—含云母砂巖由底向上均含有長石砂屑,且向上呈增多的趨勢,指示大量陸源碎屑輸入古湖盆,沿湖盆邊緣的斜坡快速沉積的地質(zhì)特征。磚城子層上部的沉積巖以第(46)~(55)沉積亞層組成,具有半深湖—深湖相至半深湖—淺湖相的巖石組合特征。底部的(46)~(49)沉積亞層為與中部相似的含凝灰質(zhì)砂屑灰?guī)r、含膨潤土泥灰?guī)r、硅化白云巖的半深湖相碳酸鹽巖組合特征,指示大量的中基性火山噴發(fā)物隨水體懸浮遷移至半深湖相的沉積過程。(50)~(55)是一套厚約2.5m的紋層狀白云巖、膨潤土巖、膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖、灰白—深黑色頁巖組合,該組合為典型的深湖相的靜水沉積組合,沉積層在橫向上的厚度相對穩(wěn)定、紋層構(gòu)造發(fā)育。早白堊世遼西地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的多期次的火山活動(dòng),當(dāng)頻繁的中基性火山噴發(fā)時(shí),大量的火山灰質(zhì)通過空運(yùn)或經(jīng)過水體的懸移等方式遷移至古湖盆內(nèi)快速沉積形成(55)沉積亞層中的粗粒巖段,在其間歇期大量的陸源物質(zhì)通過懸浮方式沉積于古湖盆中心,形成磚城子層頂部的第(55)沉積亞層的紙片狀頁巖沉積層。在大量的物源供給以及季節(jié)性干旱、半干旱氣候的綜合作用下,使得相對封閉的古湖盆快速萎縮。3磚城層和湖盆邊緣相早白堊世義縣組中的英窩山磚城子層詳細(xì)的沉積層研究分析,認(rèn)為義縣期的磚城子沉積層經(jīng)歷了沿古湖盆的濁流沉積作用,隨后在古湖盆邊緣形成季節(jié)性出露水面的湖坪,邊緣相變陡形成半深湖相的白云質(zhì)膠結(jié)滑塌沉積灰?guī)r、砂屑灰?guī)r,之后水體加深形成半深湖相砂屑灰?guī)r、含燧石團(tuán)塊砂屑灰?guī)r、硅化白云巖,古湖盆晚期受大量的火山噴發(fā)作用的物源供給以及干旱、半干旱氣候作用而萎縮。(1)磚城子層下部為濁流作用形成的膨潤土質(zhì)礫巖、細(xì)礫巖構(gòu)成的粗粒巖段和膨潤土化凝灰質(zhì)粉砂巖構(gòu)成的細(xì)粒巖段。伴隨多期次的濁流沉積作用之后,沿古湖泊邊緣形成了較淺水湖坪沉積作用,從而形成了下部的粗粒巖段和細(xì)粒巖段以及湖坪相的薄層白云巖沉積組合。磚城子中部為含膨潤土白云