2019, Vol. 28
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2. 河南省地质科学研究所, 河南 郑州 450001;
3. 河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室, 河南 郑州 450001
2. Henan Institute of Geosciences, Zhengzhou 450001, China;
3. Key Laboratory for Ore-forming Process and Resources Utilization of Metal Minerals in Henan Province, Zhengzhou 450001, China
马家沟组原名"马家沟灰岩", 属中奥陶世, 广泛分布于华北及东北地区南部, 为亮甲山组或三山子组之上, 本溪组之下的灰色厚层-巨厚层灰岩夹白云岩、角砾状灰岩、角砾状白云岩的岩石组合, 与上覆和下伏地层均为平行不整合关系[1].研究区亮甲山组白云岩之上、本溪组碎屑岩之下的灰岩及白云岩为主的地层, 岩石特征与上述基本相似, 故沿用马家沟组原名.
层序地层学是研究以不整合面或与之相应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的、旋回岩性序列间相互关联的地层学分支学科[2].开展层序地层学研究, 有助于分析成岩环境和解释地层的沉积演化过程.华北地台在早古生代相对稳定, 有关层序地层特征方面的研究较广泛[3-10], 奥陶系马家沟组层序地层的研究也取得了一些成果[11-16].豫北东姚一带位于华北南部, 马家沟组出露较完整.笔者等在该地区进行1: 5万区域地质矿产调查的同时, 重点研究了区内马家沟组层序地层的划分及沉积演化.本文以东姚一带马家沟组实测剖面为例, 通过野外系统观测和室内沉积环境分析, 对该沉积地层的层序地层特征进行探讨, 旨在为豫北地区古生代沉积地层的研究提供新的思路.
1 地质概况豫北东姚一带位于华北板块(Ⅰ级构造单元)中南部的华北陆块区(Ⅱ级构造单元) [17](图 1).太行山东侧青羊口山前断裂带将研究区分割为两大不同的三级构造单元, 西侧区属太行山隆起的东段部分, 东侧为华北拗陷, 是广阔的华北平原的一部分.
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图 1 豫北东姚一带地质略图 Fig.1 Geological sketch map of Dongyao area, northern Henan Province 1-第四系(Quaternary); 2-新近系庞村组(Neogene Pangcun fm.); 3-新近系鹤壁组(Neogene Hebi fm.); 4-石炭系-二叠系(Carboniferous-Permian); 5-中奥陶统马家沟组(Middle Ordovician Majiagou fm.); 6-寒武系-奥陶系(Cambrian-Ordovician); 7-中元古界云梦山组(Mesoproterozoic Yunmengshan fm.); 8-太古宇赞皇群(Archaean Zanhuang gr.); 9-上新世苦橄玢岩(Pliocene picrite porphyrite); 10-古新世金伯利岩(Paleocene kinberlite); 11-早白垩世花岗岩(Early Cretaceous granite); 12-早白垩世闪长岩(Early Cretaceous diorite); 13-晚侏罗世镁铁质岩(Late Jurassic mafic rock); 14-地质界线(geological boundary); 15-断层界线(fault); 16-隐伏断层(hidden fault) |
区内地层属华北地层大区的晋冀鲁豫地层区.以青羊口大断裂为界, 西部属山西地层分区的太行山地层小区, 东部属华北平原地层分区[18].太行山地层小区出露地层主要为太古宇、中元古界、古生界、中生界和新生界(图 1).太古宇主要以残留体的形式产于新太古代变质侵入体中, 原岩为一套基性-酸性火山岩沉积建造, 称赞皇群; 中元古界呈角度不整合覆盖于早前寒武纪结晶基底(蓟县系汝阳群滨海相碎屑岩建造)之上; 寒武系、奥陶系主要为一套碳酸盐岩; 石炭-二叠系为含煤碎屑岩、泥质岩建造; 新生界为巨厚的冲洪积松散堆积物.华北平原地层分区广为第四系覆盖.
区内侵入岩、火山岩均不太发育, 岩浆岩出露面积约7 km2, 其中侵入岩出露面积约4 km2, 火山岩出露面积约3 km2.岩石类型以中、酸性岩类为主, 其次为碱性岩、基性岩和超基性岩.岩浆活动时期主要为新太古代、中元古代、中生代及新生代.岩浆的时空分布和岩相组合有明显的不均衡性, 岩浆侵入活动主要集中在中生代, 以岩床产出为主, 分布在研究区北部.岩浆喷出活动则集中在新生代, 以基性岩的喷出为主, 分布在该区东部.各时代岩浆岩多呈北东向带状分布.
2 区域地层对比以往工作对豫北东姚一带的中奥陶统马家沟组进行了一定程度的研究, 划分沿革情况见表 1.研究区马家沟组分布广泛, 底部与下奥陶统亮甲山组、顶部与上石炭统本溪组均为平行不整合接触关系.根据具体岩性及组合特征, 区内马家沟组自下而上分为8个岩性段:(1)一段下部即"贾汪页岩", 主要为浅黄色薄层状白云岩、浅黄色粉砂质页岩, 上部为姜黄色疙瘩状泥质白云岩或泥灰岩, 底部局部为浅褐色中层含砾含钙质细中粒石英砂岩; (2)二段底部为深灰色角砾状灰岩, 下部为灰白色薄层状纹层状微晶灰岩、虫迹灰岩, 上部为灰白色中厚层微晶灰岩夹生物碎屑灰岩、中薄层白云质灰岩; (3)三段底部为灰红色、灰褐色角砾状白云质灰岩, 下部为深灰色中厚层白云质灰岩, 中上部为灰色、灰褐色中厚-厚层白云质灰岩、白云岩, 顶部为灰褐色豹皮状生物扰动灰岩、中薄层状微晶灰岩; (4)四段岩性总体为一套土黄色岩系, 中下部为土黄色薄板状灰质白云岩与角砾状白云岩组成的韵律, 上部夹泥灰岩、灰质白云岩、生物碎屑灰岩; (5)五段下部为浅灰白色厚层-巨厚层状含角石生物碎屑灰岩, 上部为灰白色花斑状(虫迹)生物碎屑灰岩, 顶部为灰白色中厚层微晶灰岩夹白云质灰岩, 该段富含头足类、腹足类化石; (6)六段下部为灰色薄中层白云质灰岩、灰褐色花斑状(虫迹)白云质灰岩、灰色中薄层灰质白云岩, 中部为灰白色厚层生物扰动灰岩、生物碎屑灰岩, 上部为灰色薄层状白云质灰岩夹藻球粒白云质微晶灰岩, 含头足、腹足类化石; (7)七段下部为土黄色疙瘩状白云岩与灰黄色泥晶白云岩互层夹灰白色灰岩, 上部为土黄色灰质白云质角砾岩夹微晶灰岩; (8)八段岩性主要为灰白色厚层含生屑泥晶灰岩与灰白色厚层纹层状白云质灰岩互层夹角砾状白云岩, 上部为生物碎屑灰岩.
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表 1 中奥陶统马家沟组划分沿革表 Table 1 Division evolution of Middle-Lower Ordovician Majiagou Formation |
东姚一带马家沟组岩性以灰岩和白云岩互层夹角砾状岩层为特点, 控制厚度为456.68~490.88 m; 向南博爱电厂附近马家沟组岩性以灰岩和白云岩互层为特点, 厚度379.8 m; 向西山西陵川六泉地区的"下马家沟组"及"上马家沟组"为灰岩、白云质灰岩夹角砾岩, 厚度为407.7 m; 向北河北峰峰地区的"下马家沟组、上马家沟组"为灰岩和角砾岩互层夹白云岩, 厚度为411.86 m.上述地区各地层单位岩石组合特征基本一致, 底部的"贾旺页岩"在区域上层位稳定、分布广泛, 为良好的对比标志层, 研究区马家沟组基本岩性与之相似, 可以进行对比. 1: 20万鹤壁幅区调工作在研究区鹤壁市南荒一带马家沟组地层中采得牙形石化石Scolopodus flexilis(弯曲尖牙形石)、Acontiodus uiriosus(强大矢牙形石), 为马家沟组常见分子❶.本次工作在马家沟组生物碎屑灰岩中采得腹足类化石(Lesueurilla sp.、Lesueurilla defilippii var. appanata Cortani、Lesueurilla-cf. pentagonum Yang), 头足类化石(Armenoceras sp.、Armenoceras annectans Endo、Armenoceras teicherti Endo)和少量三叶虫化石, 经南京古生物研究所袁金良、潘华璋、陈挺恩等鉴定, 均为中奥陶世的物种. Scolopodus flexilis在峰峰、博山、莱芜等地下马家沟组中富集成带, 上部Armenoceras sp.的大量出现与唐山剖面上马家沟组特征相似, 据此认为本区马家沟组相当于上述地区中奥陶统上、下马家沟组及峰峰组.
❶河南省地质局区域地质测量队.区域地质测量报告书(1:20万鹤壁幅).1979.
3 层序划分及其特征层序是层序地层学研究的基本单元, 是由成因上有联系的多种沉积相在纵向和横向上的有序组合, 顶底以不整合面或与之相对应的整合面为界.层序内部相对整合的地层形成于同一个海平面升降旋回中[2].大多数研究者认为, 不同级次的海平面升降变化周期形成了不同级次的层序, 一般将海平面升降变化周期分成一级(>100 Ma)、二级(10~100 Ma)、三级(1~10 Ma)、四级(0.1~1 Ma或0.2~0.5 Ma)和五级(0.01~0.1 Ma或0.01~0.2 Ma) [2].
层序地层界面是指在时间上地层间断的界面, 地层记录中有Ⅰ型层序界面、Ⅱ型层序界面两种类型. Ⅰ型层序界面是一个区域性不整合面, 是全球海平面下降速度大于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时产生的, 该界面以河流回春作用、沉积向盆地方向迁移、海岸上超点向下迁移以及与上覆地层相伴生的陆上暴露和同时发生的陆上侵蚀作用为特征. Ⅱ型层序界面是一个区域性界面, 是由于全球海平面下降速度小于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时形成的, 该界面具有自沉积滨线坡折带向陆方向的陆上暴露、上覆地层的上超以及海岸上超的向下迁移等特征[2].对沉积岩地层层序界面的识别旨在寻找地层间断面的成因, 有效地反映沉积物纵向变化的特点, 划分不同层序, 分析沉积环境及演化规律, 从而为正确建立地层格架奠定基础[19-20].
经过详细的剖面研究及区域追索, 综合以往的研究成果, 在测制马家沟组层型剖面(石门剖面、青美山剖面、姬家山剖面)的基础上(图 2~4), 依据不同级别沉积层序及其叠加形式, 结合层序界面的研究, 对东姚一带中奥陶统马家沟组进行了剖面层序地层划分.共识别出2个Ⅰ型层序界面(SB1)和5个Ⅱ型层序界面(SB2), 将研究区马家沟组划分为1个二级层序(Ⅱ1)和6个三级层序(Ⅲ1~Ⅲ6), 与马家沟组各段的对应关系见图 5.
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图 2 鹤壁市石门村马家沟组一段-三段实测地质剖面图 Fig.2 Surveyed profile of the 1st-3rd members of Majiagou Formation in Shimen village, Hebi City 1-角砾状灰岩(brecciated limestone); 2-白云质灰岩(dolomitic limestone); 3-泥晶灰岩(micrite); 4-纹层状灰岩(laminated limestone); 5-砾屑灰岩(calcirudite); 6-豹皮状灰岩(leopard skin-like limestone); 7-斑点状灰岩(spotted limestone); 8-页岩(shale); 9-灰质白云岩(limy dolomite); 10-角砾状白云岩(brecciated dolomite); 11-下奥陶统亮甲山组(Lower Ordovician Liangjiashan fm.); 12-中奥陶统马家沟组一段(1st mem. of Majiagou fm., Middle Ordovician); 13-平行不整合界线(disconformity) |
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图 3 鹤壁市青美山马家沟组四段-六段实测地层剖面图 Fig.3 Surveyed profile of the 4th-6th Member of Majiagou Formation in Qingmeishan village, Hebi City 1-页岩(shale); 2-砂屑白云岩(dolarenite); 3-角砾状白云岩(brecciated dolomite); 4-砾屑白云岩(dolorudite); 5-灰质白云岩(limy dolomite); 6-泥质白云岩(argillaceous dolomite); 7-白云质灰岩(dolomitic limestone); 8-纹层状灰岩(laminated limestone); 9-豹皮状灰岩(leopard skin-like limestone); 10-硅质灰岩(siliceous limestone); 11-叠层石灰岩(laminated limestone); 12-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone); 13-中奥陶统马家沟组四段(4th mem. of Majiagou fm., Middle Ordovician) |
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图 4 鹤壁市姬家山村马家沟组七段-八段实测地层剖面 Fig.4 Surveyed profile of the 7th-8th Member of Majiagou Formation in Jijiashan, Hebi City 1-角砾状白云岩(brecciated dolomite); 2-灰质白云岩(limy dolomite); 3-白云质灰岩(dolomitic limestone); 4-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone); 5-纹层状灰岩(laminated limestone); 6-铁质石英砂岩(ferruginous quartz sandstone); 7-中奥陶统马家沟组八段(8th mem. of Majiagou fm., Middle Ordovician); 8-上石炭统本溪组(Upper Carboniferous Benxi fm.); 9-平行不整合界线(disconformity) |
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图 5 豫北东姚一带中奥陶统马家沟组层序地层划分 Fig.5 Sequence stratigraphic division of Middle Ordovician Majiagou Formation in Dongyao area 1-纹层状灰岩(laminated limestone); 2-白云质灰岩(dolomitic limestone); 3-硅质灰岩(siliceous limestone); 4-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone); 5-生物扰动灰岩(bioturbated limestone); 6-砾屑灰岩(calcirudite); 7-泥质灰岩(argillaceous limestone); 8-条带状灰岩(banded limestone); 9-竹叶状灰岩(edgewise limestone); 10-核形石灰岩(oncolite limestone); 11-豹皮状灰岩(leopard skin-like limestone); 12-斑点状灰岩(spotted limestone); 13-角砾状灰岩(brecciated limestone); 14-灰质白云岩(limy dolomite); 15-泥质白云岩(argillaceous dolomite); 16-角砾状岩石(brecciated rock); 17-砂岩(sandstone); 18-页岩(shale); 19-水平层理(horizontal bedding); 20-平行层理(parallel bedding); 21-叠层石(stromatolite); 22-生物扰动构造(bioturbation structure); 23-潜穴(burrow); 24-鸟眼构造(bird’s eye structure) |
根据区内地层的接触关系及岩石组合特征, 将本区马家沟组划分为1个二级层序(Ⅱ1层序), 包括马家沟组的全部层位, 经历了1个二级海平面升降旋回.该层序底界为怀远运动形成的Ⅰ型不整合层序界面(SB1), 区域上为一大型平行不整合界面.该界面的野外宏观特征见图 6, 下伏地层为下奥陶统亮甲山组(O1l).层序顶界为加里东运动形成的Ⅰ型不整合层序界面(SB1), 上覆地层为上石炭统本溪组(C2b). Ⅱ1层序由6个三级层序组成, 分别对应海侵体系域的退积型地层结构和高位体系域的进积型地层结构, 反映了马家沟组沉积时期海水由深变浅、再由浅变深的6次变化.
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图 6 Ⅰ型层序界面(平行不整合) Fig.6 Sequence stratigraphic boundary (disconformity) of Type Ⅰ |
共包含6个三级层序(Ⅲ1~Ⅲ6).
(1) 三级层序Ⅲ1
Ⅲ1层序相当于马家沟组一段(O2m1), 在区内层位稳定、分布广泛, 对应石门剖面的1~6层(图 2).层序底界与亮甲山组(O1l)顶界一致, 为Ⅰ型不整合层序界面(SB1); 层序顶界与马家沟组一、二段分界界面一致, 界面凹凸不平, 界面之下具较厚的膏溶角砾岩层, 局部见石膏假晶, 为暴露改造所致, 为Ⅱ型层序界面(SB2). Ⅲ1层序由下部的海侵体系域和上部的高位体系域构成.
海侵体系域(TST):对应石门剖面的1~2层.岩石组合为灰黄色薄层-薄板状细晶白云岩与灰黄色(白云质)页岩组成的韵律层重复出现(图 7a, A层), 由下到上岩石粒度由粗到细, 页岩中水平层理发育, 显示海水逐渐加深, 为退积型地层结构.最大海泛面(mfs)位于2层顶部, 岩性为页岩, 水平层理发育, 不含陆源砂, 为潮下带沉积环境, 与上下层位相比水体较深, 为层序的最大海泛期沉积, 与上部角砾状白云岩呈突变接触.
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图 7 豫北东姚一带马家沟组一段-三段基本层序 Fig.7 Basic sequence of the 1st-3rd members of Majiagou Formation in Dongyao area 1-页岩(shale); 2-白云岩(dolomite); 3-角砾状岩石(brecciated rock); 4-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone); 5-纹层状灰岩(laminated limestone); 6-白云质灰岩(dolomitic limestone); 7-水平层理(horizontal bedding); 8-对称波痕(para-ripple) |
高位体系域(HST):对应石门剖面的3~6层.岩性为土黄色、斑杂色角砾状白云岩(图 7a, B层), 为加积型地层结构, 顶部为暴露面, 为干旱潮上-潮间带沉积环境.
(2)三级层序Ⅲ2
Ⅲ2层序由马家沟组二段(O2m2)和三段(O2m3)组成, 在区内分布较广泛, 相当于石门剖面的7~47层(图 2).层序底界与Ⅲ1层序顶界一致, 为Ⅱ型层序界面(SB2), 顶界位于马家沟组三段顶部, 界面起伏不平, 局部可见到马家沟组四段对三段的顶超接触关系, 为Ⅱ型层序界面(SB2).该三级层序自下而上由海侵体系域和高位体系域组成.
海侵体系域(TST):对应石门剖面的7~22层.典型基本层序为灰白色厚层状微晶灰岩(A)→灰白色中厚层状含生物碎屑条带微晶灰岩(B)→灰白色纹层状微晶灰岩(C)(图 7b). A层中水平层理发育, 局部含石膏假晶, 为潮下带沉积, B层常缺失, C层发育纹层状构造, 可能为浅海沉积环境.由下到上粒度逐渐变细, 单层厚度变薄, 显示海水变深, 为退积型地层结构.最大海泛面位于第22层, 该层与上下层位相比厚度最大, 粒度较细, 水平层理发育, 为潮下带沉积环境. 22层以下层位灰岩逐步增加, 以上层位灰岩逐渐减少, 显示22层为海泛面沉积, 其间含最大海泛面.
高位体系域(HST):与石门剖面的23~47层对应.典型基本层序为灰白色中厚层状微晶灰岩、含生屑微晶灰岩(A)→灰红色中厚层状泥晶白云质灰岩(B)→角砾状灰岩、角砾状白云岩(C)(图 7c), 自下而上白云质成分逐渐增加, 微晶灰岩中的石膏假晶逐渐变小到消失.随着上述变化, A层逐渐变薄到消失, C层从无到有, 由薄变厚, 水体由较深向浅部变化, 为进积型结构.
(3) 三级层序Ⅲ3
Ⅲ3层序相当于马家沟组四段(O2m4), 对应于青美山剖面的1~39层(图 3).层序底界呈波状起伏, 局部可见到马家沟组四段对三段的顶超接触关系, 为Ⅱ型层序界面(SB2).顶界与马家沟组四、五段分界界面一致, 界面凹凸不平, 界面之下具较厚的膏溶角砾岩层, 局部见石膏假晶, 为暴露改造所致, 为Ⅱ型层序界面(SB2).该三级层序由海侵体系域和高位体系域组成.
海侵体系域(TST):与青美山剖面的1~3层对应.岩性为土黄色、灰褐色页片状白云岩、灰黑色中厚层状砂屑白云岩、灰白色纹层状灰质白云岩, 退积型地层结构的特征比较明显, 水平层理发育, 为潮下带沉积环境.最大海泛面位于3层顶面, 该层与上下层位相比水体较深, 为层序的最大海泛期沉积, 与上部角砾状白云岩呈突变接触.
高位体系域(HST):与青美山剖面的4~39层对应.岩性为土黄色、斑杂色角砾状白云岩夹薄层砂屑白云岩、灰质白云岩, 具有胶结疏松、呈渣土状、杂乱堆积、局部略显示层状构造的特征, 顶部为暴露面, 为加积型地层结构, 潮上-潮间带沉积环境.
(4) 三级层序Ⅲ4
Ⅲ4层序由马家沟组五段(O2m5)及六段(O2m6)组成, 相当于青美山剖面的40~90层(图 3).层序底界与Ⅲ3层序顶界一致, 为Ⅱ型层序界面(SB2).顶界位于马家沟组六段顶部, 界面起伏不平, 为Ⅱ型层序界面(SB2). Ⅲ4层序由海侵体系域、高位体系域组成.
海侵体系域(TST):对应于青美山剖面的40~80层.典型的岩石基本层序为浅灰白色中厚层状生物碎屑灰岩(A)→浅灰白色藻叠层石生物碎屑灰岩(B)→灰白色花斑状(豹皮状)生物碎屑灰岩(C)→灰红色厚层状泥晶白云岩、纹层状灰岩(D)(图 8a). A层含大量生物碎屑和较多角石化石, 富含硅质条带, 为潮下带环境; B层含波状藻纹层叠层石, 多不完整, 显示为高能动荡环境; C层生物扰动构造发育, 显示水体较深; D层泥晶白云岩、纹层状灰岩发育水平层理, 应为浅海环境.由下到上岩层厚度逐渐变薄, 粒度逐渐变细, 为退积型地层结构. 80层为发育水平层理的微晶灰岩, 颜色较暗, 代表了最大海泛期沉积.
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图 8 豫北东姚一带马家沟组五段-六段基本层序 Fig.8 Basic sequence of the 5th-6th members of Majiagou Formation in Dongyao area 1-纹层状灰岩(laminated limestone); 2-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone); 3-角砾状灰岩(brecciated limestone); 4-生物扰动灰岩(bioturbated limestone); 5-白云质灰岩(dolomitic limestone); 6-叠层石(stromatolite); 7-水平层理(horizontal bedding); 8-潜穴(burrow); 9-对称波痕(para-ripple) |
高位体系域(HST):对应于青美山剖面的81~90层.岩石基本层序类型为浅灰色薄-中厚层微晶灰岩、生物碎屑灰岩(A)→浅灰色中厚层状微晶白云质灰岩(B)→灰白色厚层角砾状灰岩(C)(图 8b). A层含生物碎屑及角石化石, 微晶灰岩发育水平层理, 显示水体较深, 应为高能潮下、潮坪环境; B层具水平层理, 可能为潮坪环境; C层呈角砾状结构, 反映动荡的潮间、潮上环境.由下到上, 岩石单层厚度有变厚的趋势, 反映水体逐渐变浅, 为进积型地层结构.
(5) 三级层序Ⅲ5
Ⅲ5层序相当于马家沟组七段(O2m7), 在研究区东北部较发育, 与姬家山剖面的9~29层相对应(图 4).层序底界与Ⅲ4层序顶界一致, 为Ⅱ型层序界面(SB2), 局部可见到下伏马家沟组六段因暴露剥蚀造成层位缺失, 界面凹凸不平, 被马家沟组七段白云质页岩、角砾状白云岩覆盖, 底部局部见有白云质细砂岩透镜体.顶界与七、八段分界界面一致, 界面之下具较厚的膏溶角砾岩层, 局部见石膏假晶, 为暴露改造所致, 为Ⅱ型层序界面(SB2).该三级层序由下部的海侵体系域及上部的高位体系域组成.
海侵体系域(TST):对应姬家山剖面的9层下部岩层.底部含厚5 mm的白云质细砂岩透镜体, 为滨岸环境产物, 其上为灰黑色薄层细晶白云岩, 可能为潮下带沉积环境.由下到上含砂量由粗到细、由多到少至上部消失, 环境由滨岸至潮下带逐渐变深, 为退积型结构(图 9a中的A层).最大海泛面位于9层中, 9层下部细晶白云岩与中上部角砾状白云岩呈突变接触.
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图 9 豫北东姚一带马家沟组七段-八段基本层序 Fig.9 Basic sequence of the 7th-8th members of Majiagou formation in Dongyao area 1-灰质白云岩(limy dolomite); 2-砂岩(sandstone); 3-角砾状岩石(brecciated rock); 4-白云质灰岩(dolomitic limestone); 5-纹层状灰岩(laminated limestone); 6-角砾状灰岩(brecciated limestone); 7-生物碎屑灰岩(bioclastic limestone) |
高位体系域(HST):相当于姬家山剖面的9层中上部-29层.岩性为土黄色、灰褐色角砾状白云岩为主夹灰质白云岩、泥晶白云岩薄层或透镜体(图 9a中的B层), 层状构造不明显, 为加积型地层结构, 顶部为暴露面, 属潮上-潮间带沉积环境.
(6) 三级层序Ⅲ6
Ⅲ6层序位于马家沟八段(O2m8), 主要分布在研究区东北部, 相当于姬家山剖面的30~37层(图 4).层序底界与Ⅲ5层序顶界一致, 界面起伏不平, 为Ⅱ型层序界面(SB2).顶界位于马家沟组八段顶部, 与Ⅱ1层序顶界面一致, 为Ⅰ型不整合层序界面(SB1).
Ⅲ6层序包括1个海侵体系域(TST), 特征如下:典型的岩石基本层序为灰黄色中厚层角砾状灰岩(A)→灰白色厚层含生屑泥晶质粒屑白云质灰岩(B)→中厚层白云质灰岩(C)→厚层纹层状白云质灰岩(D)(图 9b). A层发育角砾状构造, 角砾为同成分, 形成于动荡的潮间带-潮上带环境; B层含大量细小生物碎屑; C层沉积构不发育, 为局限潮下带环境; D层由下到上厚度逐渐增加, 37层厚度超过6 m, 细纹层发育, 显示水体较深的浅海环境.由下到上, 岩石粒度逐渐变细, 沉积中心也逐渐向盆地中心移动, 属退积型地层结构.最大海泛面位于37层, 岩性为厚度巨大的纹层状白云质灰岩, 水平层理发育, 表明水体较深, 环境稳定, 为Ⅲ6层序的最大海泛期沉积.向上由于长期的暴露侵蚀, 缺失高位体系域.
4 沉积演化通过东姚一带中奥陶统马家沟组的层序地层特征分析, 认为区内的马家沟组在中奥陶世经历了如下的沉积演化过程.中奥陶世之初, 大规模的海侵开始, 海水从北、东两个方向进入研究区, 海侵初期在潮上和潮间环境中沉积的马家沟组一段准同生白云岩及砂页岩广泛超覆在下伏不同时期的地层之上, 经历了1次海进、1次海退的过程, 对应Ⅲ1层序.随着海水的加深, 典型的碳酸盐台地大面积发育, 台地内水体清洁、安静, 水循环不太通畅, 沉积了马家沟组二段比较纯的中厚层状微晶灰岩、纹层状灰岩, 对应Ⅲ2层序的海侵体系域; 后期海水有所退缩, 沉积了马家沟组三段潮坪相的白云岩、灰岩, 对应Ⅲ2层序的高位体系域.中奥陶世马家沟组沉积中期, 海水加深, 潮下带环境沉积了马家沟组四段的纹层状白云岩, 对应Ⅲ3层序的海侵体系域.之后再次发生海水退缩, 该区属潮上坪环境, 形成的马家沟组四段盐溶角砾岩为潮上潟湖的产物, 对应Ⅲ3层序的高位体系域.中奥陶世马家沟组沉积中期, 海水再次加深, 沉积了马家沟组五段较纯的厚层状生物碎屑灰岩、生物扰动灰岩.然后海水变浅, 沉积了马家沟组六段以白云岩为主的潮坪相地层, 区内又经历海进→海退过程, 对应Ⅲ4层序.中奥陶世马家沟组沉积晚期, 最初区内为滨岸至潮下带, 发育马家沟组七段同生白云岩.随着海水继续变浅退缩, 形成潮上坪至潮上潟湖, 发育石膏角砾岩、盐溶角砾岩, 对应Ⅲ5层序.后期海水加深, 形成台地半局限海, 沉积了马家沟组八段较纯的中厚层状灰岩、纹层状灰岩, 与Ⅲ6层序相对应.
5 结论(1)根据豫北东姚一带中奥陶统马家沟组的岩石组合及岩层垂向变化规律等分析, 在区内马家沟组识别出2个Ⅰ型层序界面(SB1)和5个Ⅱ型层序界面(SB2), 将马家沟组划分为1个二级层序(Ⅱ1)、6个三级层序(Ⅲ1~Ⅲ6), 划分出6个海侵体系域、5个高位体系域.其中Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4、Ⅲ5层序分别划分出海侵体系域、高位体系域, Ⅲ6层序划分出1个海侵体系域. Ⅱ1层序对应整个马家沟组; Ⅲ1层序对应马家沟组一段, Ⅲ2层序对应马家沟组二段、三段, Ⅲ3层序对应马家沟组四段, Ⅲ4层序对应马家沟组五段、六段地层, Ⅲ5层序对应马家沟组七段地层, Ⅲ6层序对应马家沟组八段.
(2)研究区马家沟组各段的沉积环境分别为:一段为潮上和潮间环境, 沉积了准同生白云岩及砂页岩; 二段为典型的碳酸盐台地, 沉积了马家沟组二段的中厚层状微晶灰岩、纹层状灰岩; 三段为潮坪环境, 沉积了白云岩、灰岩; 四段为潮下带至潮上坪环境, 潮下带沉积了纹层状白云岩, 潮上坪形成盐溶角砾岩; 五段为潮下带至浅海环境, 沉积了生物碎屑灰岩、生物扰动灰岩; 六段为潮坪环境, 沉积了以白云岩为主的地层; 七段早期为滨岸至潮下带环境, 发育同生白云岩, 晚期为潮上坪环境, 发育石膏角砾岩、盐溶角砾岩; 八段为台地半局限海环境, 沉积了中厚层状灰岩、纹层状灰岩.上述沉积环境的演化与中奥陶世华北地壳升降运动引起的海进、海退事件密切相关[17].
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