巢湖二疊系棲霞組巖石學特征與沉積環境分析

張 彬

(中國礦業大學)

1 概況

下揚子地區二疊系棲霞組以其富含有機質、分布穩定、產特殊礦物(天青石、海泡石)及異常的地球化學特征而聞名于世。長期以來,巢湖地區一直是人們研究下揚子區棲霞組地層、沉積相和沉積環境的首選地區之一。近些年來，人們對棲霞組進行了較為深入的研究，對下揚子地區二疊系棲霞組的沉積相和沉積環境的結論幾乎一致。研究者大都認為棲霞組為正常淺海的碳酸鹽巖臺地沉積(劉寶珺等，1990；馮增昭等，1991；王子玉，1992；江納言，1994；何海青，1997；馮增昭等，1997；杜小弟等，1998)，然而，無論是宏觀沉積特征還是顯微巖石學特征，棲霞組多數層段與典型碳酸鹽巖臺地沉積有顯著不同。

圖1 研究區剖面位置示意圖

筆者研究認為，棲霞組是全球大規模海侵背景下的碳酸鹽巖斜坡—臺地沉積，這一觀點不同于對下揚子地區棲霞組沉積環境的傳統認識，對認識該時期下揚子區古地理特征、盆地演化及資源的勘探提供了新的啟迪(見圖1)。

2 區域地質背景及地層

巢湖地區屬揚子地層區、下揚子地層分區，構造上區位于下揚子板塊的東北部、郯廬斷裂之東側，具有自身獨特的演化歷史。

區內棲霞組自下而上可分為6個巖性段，底部碎屑巖段為黑色炭質頁巖或劣煤層，風化后為土黃色黏土，厚約0.65 m。含腕足類等海相化石。臭灰巖段主要為深灰、灰黑色薄至中厚層生物碎屑灰巖、頂部常含少量燧石結核，整層富有機質，厚約50 m?；娪序眩篗isellina sp，M. claudiae sp，Sphaerulina sp，Nankinella sp；珊瑚：Cystomichelinia sp，Wentzellophyllum volzi，Polythecalis sp以及腕足：Chonetes nantanensis Giabau，Linoproductus sp，Orthotichoa sp等。下硅質層段為黑色薄層隧石層、黑-灰黑色夾燧石結核或團塊灰巖，厚約9 m。產化石Hayasakaia sp，Cystomichelinia sp，Yatsengia sp，Bellerophon sp等。本部灰巖段又稱燧石結核灰巖層，以深灰、灰黑色中厚-厚層狀含燧石結核灰巖為主，夾黑色薄層含瀝青質泥(頁)巖，燧石結核向上減少，厚約78 m。本段化石豐富，產蜓：Nankinella sp，Schwagerina chihsiaensis(Lee)，Sphaerulina sp，Pisolina sp；珊瑚：Hayasakaia sp，Polythecalis sp，Tetraporinus sp，Chusenophyllum sp；以及Martinia sp，Plicatifera sp等。上硅質層段主要為黑色薄-中厚硅質巖，夾深灰色含隧石結核白云質灰巖，約厚8 m，產化石Parafusulina sp，Schwagerina sp，Chusenophyllum sp，Polythecalis sp等。頂部灰巖段由灰、深灰色含燧石結核灰巖、白云質灰巖組成，厚約15 m。產化石Parafusulina sp，Allotropiophyllum sp，Amplexocarinia sp等。

本組底部凹凸不平，與下伏船山組為平行不整合接觸。

3 主要巖石特征及其成因分析

通過野外剖面實測，結合室內鏡下巖石薄片鑒定分析，研究區內棲霞組巖石類型主要是碳酸鹽巖，其次為硅質巖，少量碎屑巖。碳酸鹽巖中又以石灰巖為主，少數為白云質灰巖，分布于棲霞組各段；硅質巖則主要出現于下硅質層與上硅質層中；碎屑巖主要分布于梁山段中，為黑色炭質泥(頁)巖。

3.1 石灰巖

以結構成因分類為主，結合野外特殊構造，綜合鏡下與宏觀特征，將研究層段石灰巖分為含生屑石灰巖、生屑質石灰巖、生屑石灰巖、泥晶石灰巖、礫狀石灰巖、內碎屑石灰巖及白云質石灰巖等。

1) 含生屑石灰巖與生屑質石灰巖。這兩類巖石分布于棲霞組除梁山段外的其它層段，特別是臭灰巖段、本部灰巖段和頂部灰巖段中。兩者區別在于生屑含量不同，前者生屑含量10%～25%，后者為25%～50%。巖石中生物碎屑類型多樣，主要見有鈣藻類、棘皮類、介形蟲、有孔蟲、海綿類、腕足類、蜓類、瓣鰓類、腹足類、苔蘚蟲及頭足類等。其中紅藻以裸松藻為主，并見有管孔藻、翁格達藻、擬刺毛藻等；綠藻主要為米齊藻和蠕孔藻，以及少量鈣球、假蠕孔藻、始角藻、海松藻及中華孔藻等。填隙物主要為泥晶方解石。含生屑石灰巖與生屑質石灰巖在剖面中約占48%，這兩類巖石的沉積環境略有不同，但總體上都反映水體略深、水動力條件較弱，是能量較低環境下的產物。

2) 生屑石灰巖。這類石灰巖以富含生物碎屑為特征，生屑含量一般為50%～80%。生屑石灰巖主要分布于臭灰巖段、本部灰巖段和頂部灰巖段中，剖面中約占32%。巖石中生物化石及其碎屑類型較多，種類主要有紅藻、綠藻、有孔蟲、介形蟲、海百合莖、腕足類、腹足類、瓣鰓類等，還可見蜓類、海綿類、苔蘚蟲、珊瑚等。其中紅藻以裸松藻占絕對優勢，少量翁格達藻、管孔藻等；綠藻則主要為米齊藻和蠕孔藻，少量假蠕孔藻、始角藻、海松藻及中華孔藻等。所見有孔蟲有節房蟲、巴東蟲、格涅次蟲、球瓣蟲、厚壁蟲、篩串蟲、四排蟲等。蜓類以臭灰巖段下部的米斯蜓為特征。填隙物主要為泥晶方解石，少量亮晶膠結的生屑石灰巖，其中亮晶生屑石灰巖主要分布在本部灰巖段與頂部灰巖段。該類石灰巖反映其沉積水體較淺，能量較高，特別是亮晶生屑石灰巖，常形成于高能灘相。總體而言，該類石灰巖形成于開闊臺地環境，水體較淺，局部甚至為淺灘。

3) 泥晶石灰巖。該類巖石中生物碎屑含量小于10%，生屑以有孔蟲、介形蟲為主，偶見腕足介屑、苔蘚蟲等。泥晶石灰巖多發育于厚層石灰巖之間，水平層理發育，泥質含量較高。泥晶石灰巖在剖面的比例較小，約占6%，棲霞組各段均有分布，以臭灰巖段上部及本部灰巖段下部較為集中。該巖石類型反映水體相對較深、能量較低、為安靜的潮下低能沉積環境。

4) 礫狀石灰巖。主要分布于臭灰巖段和本部灰巖段中，約占剖面總厚度的30%。其特征表現為：

a) 分布于中、厚層灰巖層面之上，具明顯的成層性。b) 礫塊大小不一，形態多樣，但圓度較高。c) 層間泥(頁)巖含量較少，具典型的飄帶狀，其中生物碎屑豐富，定向性強。d) 層厚變化較大，在波狀層理的下凹處礫塊大、層厚，上凸處則相反。巖石中生屑含量一般為30%～70%，生屑種類主要有鈣藻類、海綿類、海百合莖、腕足類、有孔蟲、介形蟲、腹足類等。填隙物主要為泥晶方解石。該類巖石多形成于水體較深的開闊臺地或碳酸鹽巖斜坡，其成因受原生沉積與后期差異壓實共同作用。

5) 內碎屑石灰巖。內碎屑石灰巖在剖面上較為常用見，其主要特征有：

a) 礫屑大小不一，形態各異，圓度較好而球度較差。b) 礫塊多為生屑灰巖，礫間為薄層鈣質泥(頁)巖。c) 局部聚集，緊密堆積，成層性不好。黃操明等(1993)認為，這種石灰巖的成因與風暴事件有關。當發生大的風暴浪時，就有可能把淺水復蓋下部分脫水固結似尚未完全固結的灰泥沉積掀翻沖刷起來，破碎成礫塊。在風暴平靜之后，礫間被細粒物質充填。一方面,細粒物質來源于因風暴攪動形成于水體中的懸浮顆粒;另一方面，由于水體較深，原地沉積的灰泥也可充填于礫塊之間。由于上述原因，形成了性質完全不同的沉積物同空間組合。該類巖石主要分布于臭灰巖段及本部灰巖段。

6) 白云質石灰巖。剖面中白云質灰巖僅見于頂部灰巖段中，所占比例小。白云石主要為細晶，粒度多為0.1～0.3 mm，半自形、他形晶為主，少數自形、晶面較臟，見霧心亮邊結構。從鏡下看，殘余結構清晰，多為生屑石灰巖交代而來，其原始沉積環境可能為開闊臺地。

3.2 硅質巖

硅質巖在剖面中較為普遍，但集中分布于下硅質層與上硅質層中，多為薄層硅質巖與硅質結核，約占剖面總厚的14%。此處硅質巖多為黑色，風化后呈土黃色，其礦物成分主要為玉髓。硅質巖中具明顯的(硅化)交代殘余結構，特別是許多鈣質生物殼體被二氧化硅交代，如腹足類、鈣藻類化石。由此可見，此處硅質巖為次生交代形成，其沉積環境應依據原巖分析。根據上下巖性及巖石中殘余結構可知，原巖多為含生屑泥晶石灰巖，形成于臺地中水體較深的臺凹環境。

3.3 泥(頁)巖

主要分于梁山段中，所占比例極小。該處泥巖為黑色，風化后為土黃色、灰綠色等，水平層理，層厚0.5～2 mm為主，偶見海相化石。泥(頁)巖形成于低能水體，且水深不大，可能為瀉湖、海灣環境。

4 沉積環境分析

研究層段在下揚子具有穩定的空間分布，但在縱向上巖性變化較為明顯，這反映了棲霞組沉積環境的演化(圖2)。

梁山段與下伏船山組為平行不整合，沉積于棲霞海侵初期，受陸源物質影響較大，形成一層黑色碳質泥(頁)巖，見有海相化石，同時含陸相植物化石碎片，可能形成于水體能量較低的瀉湖、海灣環境。

隨著進一步海侵，研究層中出現石灰巖沉積。在臭灰巖段中，灰巖中有機質含量較高，生物碎屑類型多樣、團塊狀富集，發育丘狀交錯層理與粒序層理，同時見內碎屑灰巖，所有這些都說明該時期水深中等，但受風暴作用影響強烈，沉積速率較快。其沉積環境為受風暴作用影響的碳酸鹽巖斜坡。同時，依據泥晶石灰巖含量及生物類型的變化，由下而上，臭灰巖段水體逐漸加深。

下硅質層形成于水體較深的環境中，這與下伏臭灰巖段海侵是一致的。巖石中生屑較少，原巖多為泥晶石灰巖，形成于水體較深的臺凹環境。

經過下硅質層沉積，水體有所變淺，形成本部灰巖段。表現為生物碎屑含量增高，生物類型更加豐富，特別是又一次出現大量鈣藻，局部形成亮晶生屑石灰巖，同時該段中出現如發育丘狀交錯層理等風暴沉積特征。反映該時期水體較深、但局部能量較強。本部灰巖段總體形成水體較深的開闊臺地。

與下硅質層相同，上硅質層形成于臺凹中，但剖面中上硅質層中單層厚度大于下硅質層，可能形成時其水體略淺于下硅質層。

頂部灰巖段形成時水體深度不大，是棲霞期水深最小時期，所以形成了一套含白云質石灰巖的碳酸鹽巖沉積。其白云化機理可能為混合水白云化和準同生白云化。綜合各種特征明，該段沉積環境應為開闊臺地。

5 結 論

綜上所述，研究區棲霞組沉積環境可分為瀉湖、海灣環境，斜坡環境、臺凹環境及開闊臺地環境，總體經歷了兩次海侵海退旋回。第一次海侵始于棲霞期初期，發育瀉湖、海灣等環境，沉積梁山段，隨著海侵，沉積了水體較深的臭灰巖段，至下硅質層段，水體達到這一旋回的最深，本部灰巖段水體變淺，為開闊臺地相。從上硅質層至頂部灰段為第二旋回，同樣經歷了由深至淺變化。

盡管這一時期水體深度幾經變化，但整個棲霞期水體深度都不可能太大，這主要表現在生物化石及其碎屑的類型和組合特征上，由臭灰巖段至頂部灰巖段生物組合未發生重大變化。

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