河南省鞏義市二疊系巖石粒度分析及沉積環(huán)境探討

向傳華　孫成永　魏杰　王志強(qiáng)

摘 要： 選取鞏義市馬嶺實測剖面的42個樣品進(jìn)行分析，采用薄片粒度法結(jié)合剖面及概率累積曲線圖來分析反映該測區(qū)地層巖石特征。同時揭露了石盒子組云蓋山段（P1-2sy）、平頂山段（P1-2sp）、孫家溝組一段（P3s1）、孫家溝組二段（P3s2）、孫家溝組三段（T1s3）、劉家溝組（T1l）的地層沉積環(huán)境特征。結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了從海相到陸相的環(huán)境變化，從早二疊世早期的陸表海過渡到早二疊世晚期的濱海沼澤，中二疊世以后形成三角洲沉積環(huán)境，在晚二疊世早期形成濱海海灘環(huán)境，晚二疊世晚期為近海湖泊沉積環(huán)境。

關(guān)鍵詞： 地質(zhì)特征;粒度分析;沉積環(huán)境;鞏義

中圖分類號：P534.46? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1007-1903（2019）04-0110-07

bstract： The characteristics of the fluid mechanics properties can be reflected by sediment size changes， at the same time， it is a kind of important basis for analysis of the sedimentary environment. The total 42 samples for grain size analysis from the Maling measured section in Gongyi are selected to reflect the hydrodynamic condition and stratum lithology， which are composed of sediment grains from such strata as Yungaishan Member of Shihezi Formation （P1-2sy）， Pingdingshan Member of Shihezi Formation （P1-2sp）， Member 1 of Sunjiagou Formation （P3s1）， Members 2 of Sunjiagou Formation （P3s2）， Member 2 of Sunjiagou Formation （T1s3）， Liujiagou Formation （ T1l ）. The results show that the study area has undergone environmental changes from sea to land， i.e.， from the early Early Permian epicontinental sea to the late Early Permian coastal marshes; delta sedimentary environment after Middle Permian; the early Late Permian coastal beach environment; the late Late Permian coastal lake sedimentary environment.

Keywords： Geological characteristics; Grain size analysis; Sedimentary environment; Gongyi City

0 前言

河南鞏義市二疊系地層巖性復(fù)雜，零星出露于中部的大峪溝一帶，少量出露于西南部的涉村一帶，整合于石炭系之上，包括下二疊統(tǒng)山西組，下-中二疊統(tǒng)石盒子組。為了更好揭露其沉積環(huán)境，本次采用粒度分析法，結(jié)合實測剖面，通過樣品粒度參數(shù)的變化，揭露地層的遞變層理。

1 測區(qū)概況

測區(qū)屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩箕地層小區(qū)（圖1），山脈連綿，地形切割強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂均比較發(fā)育，基底以褶皺為主，斷層次之。第四系在北部分布，具有南老北新的特點。

2 研究方法

2.1 薄片粒度法

為了研究沉積物的結(jié)構(gòu)特征，對本次樣品采用薄片粒度法，在顯微鏡下，測量薄片中顆粒的直徑，每片統(tǒng)計300顆粒，并對其進(jìn)行分組，計算各組內(nèi)顆粒百分?jǐn)?shù)。選取具有代表性的42個樣品進(jìn)行粒度分析，主要巖性有粉砂巖、泥巖、灰?guī)r、細(xì)砂巖、長石石英砂巖、砂礫巖。該套地層整體分布相對較穩(wěn)定，橫向變化不明顯。粉砂巖以0.01～0.06mm的粉砂為主，少量為0.04～0.1mm的微細(xì)砂，主呈次棱角狀，少部分呈次圓狀，雜亂分布;泥巖：灰色，薄層或透鏡體，具水平層理、局部夾礫巖、粉砂質(zhì)泥巖，常見有鈣質(zhì)結(jié)核;灰?guī)r：由晶屑、巖屑、玻屑組成，粒度一般0.5～2mm，雜亂分布，斜長石零星分布，具輕微絹云母化;砂礫巖：砂質(zhì)礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。其中礫石主為巖屑，多顯次棱角狀、次圓狀，雜亂分布。砂粒多顯次棱角狀、棱角狀等，填隙于礫石之間。碎屑大小以2～25mm的礫石為主，0.1～2.0mm的砂粒較少。

2.2 實測剖面分析

（1）鞏義市老井溝山西組（P1s）-石盒子組云蓋山段（P1-2sy）實測地質(zhì)剖面

該剖面位于鞏義市老井溝采石場土路邊，人工露頭較完整，該剖面測于涉村同斜向斜的北東翼，故地層倒轉(zhuǎn)。起點坐標(biāo)Y19 685937.00、X 3839115.00、H431m，終點坐標(biāo)Y19 685375.00、X 3839005.00、H351m，全長654m。山西組與下伏太原組為整合接觸，與上覆石盒子組為整合接觸（圖2）。

石盒子組云蓋山段（P1-2sy） 厚167.58m

41. 黃綠色泥巖夾薄層細(xì)砂巖 21.22m

40. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 4.92m

39. 黃綠色中厚層粗粒長石石英砂巖 1.97m

38. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖夾薄層泥巖（煤線） 10.83m

37. 黃綠色泥巖夾煤線 6.00m

36. 黃綠色泥巖 16.89m

35. 黃綠色中厚層細(xì)粒砂巖 1.37m

34. 黃綠色泥巖 7.30m

33. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 5.48m

32. 綠色薄層狀泥質(zhì)細(xì)粒長石砂巖 1.98m

31. 黃綠色中厚厚層細(xì)粒長石砂巖 17.86m

30. 黃綠色泥巖 10.26m

29. 肉紅色厚層狀粗粒長石石英砂巖 7.16m

28. 黃綠色泥巖 5.05m

27. 黃綠色中厚厚層細(xì)粒長石砂巖 4.75m

26. 黃綠色泥巖 15.35m

25. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 6.06m

24. 黃綠色泥巖 1.21m

23. 黃綠色中粗粒長石砂巖 2.42m

22. 黃綠色泥巖 1.62m

21. 黃綠色中薄層泥質(zhì)細(xì)砂巖 3.58m

20. 黃綠色泥巖 10.01m

19. 黃綠色厚層狀中粗粒長石砂巖 4.29m

——————整合接觸——————

石盒子組小風(fēng)口段（P1-2sx） 厚105.47m

18. 黃綠色、雜色泥巖（煤線） 3.85m

17. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 4.55m

16. 黃綠色中厚層中粗粒長石砂巖夾泥頁巖（煤線） 0.45m

15. 黃綠色厚層砂質(zhì)泥巖 4.97m

14. 黃綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 0.68m

13. 土黃色厚層狀泥巖 1.61m

12. 灰黃色泥質(zhì)細(xì)粒長石砂巖 1.43m

11. 灰黃色中厚層細(xì)粒長石砂巖 20.68m

10. 土黃色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層細(xì)粒長石砂巖 48.77m

9. 黃綠色中厚層長石砂巖夾薄層泥巖 18.48m

——————整合接觸——————

早二疊統(tǒng)山西組（P1s） 厚59.11m

8. 灰黃色泥巖 1.88m

7. 黃綠色中厚層長石砂巖 2.51m

6. 黃綠色薄層狀砂質(zhì)泥巖 4.57m

5. 灰綠色中厚層細(xì)粒長石砂巖 4.39m

4. 黃綠色泥巖夾中薄層細(xì)粒長石砂巖 3.14m

3. 灰綠色巨厚層細(xì)粒長石石英砂巖 11.23m

2. 暗紅色長石細(xì)粒砂巖 21.14m

1. 雜色鋁土泥巖 10.25m

——————整合接觸——————

下伏地層：石炭系—二疊系太原組（C2-P1t）

（2）鞏義市天臺溝石盒子組云蓋山段（P1-2sy）、平頂山段（P1-2sp）實測地質(zhì)剖面

該剖面位于涉村鎮(zhèn)北山天臺溝，起點坐標(biāo)Y19686907.00、X3835747.00、H466m，終點坐標(biāo)Y19686894.00、X3835195.00、H396m，全長616m。石盒子組平頂山段與下伏云蓋山段為整合接觸，與上覆石千峰群孫家溝組為整合接觸（圖3）。

上覆地層：石千峰群孫家溝組一段（P3s1）黃褐色薄層中粗粒長石石英砂巖

——————整合接觸——————

石盒子組平頂山段（P1-2sp） 厚59.18m

27. 灰白色厚層細(xì)粒長石石英砂巖 3.89m

26. 灰白色細(xì)粒長石石英砂巖灰白色薄層狀中粗粒長石石英砂巖 10.08m

25. 灰白色細(xì)粒長石石英砂巖 1.37m

24. 灰白色細(xì)中粒長石石英砂巖 3.42m

23. 灰白色巨厚層粗粒長石石英砂巖 1.03m

22. 灰白色巨厚層中細(xì)粒長石石英砂巖 2.74m

20. 弱破碎長石石英砂巖 1.03m

19. 灰白色厚層中粗粒長石石英砂巖 2.74m

18. 灰白色厚層中細(xì)粒長石石英砂巖 4.79m

17. 灰白色厚層中粗粒長石石英砂巖 1.37m

16. 灰白色厚層中細(xì)粒長石石英砂巖 12.68m

15. 灰白色厚層中細(xì)粒巖屑石英砂巖 14.04m

——————整合接觸——————

石盒子組云蓋山段（P1-2sy） 厚127.11m

14. 紫紅色中厚層狀中粗粒長石石英砂巖與紫紅色薄層狀雜砂巖 0.46m

13. 紫紅色中厚層狀中粗粒長石石英砂巖與灰黃色薄層狀雜砂巖 0.46m

12. 紫紅色薄層狀中粗粒長石石英砂巖與灰黃色泥質(zhì)粉砂巖 1.38m

11. 黃褐色中細(xì)粒巖屑石英砂巖 2.79m

10. 黃褐色薄層狀中細(xì)粒長石石英砂巖夾黃褐色微層狀粉砂巖 21.96m

9. 黃褐色薄層細(xì)粒石英砂巖 29.32m

8. 黃褐色薄層粉砂巖 46.23m

7. 黃褐色薄層粉砂質(zhì)巖屑石英砂巖 2.43m

6. 黃褐色薄層巖屑石英砂質(zhì)粉砂巖 3.45m

5. 黃褐色薄層狀中細(xì)粒長石石英砂巖與青灰色砂質(zhì)頁巖互層 1.02m

4. 黃褐色薄層粉砂巖 2.04m

3. 黃褐色薄層巖屑石英砂質(zhì)粉砂巖 1.78m

2. 黃褐色薄層細(xì)粒巖屑石英砂巖，含大量植物化石 2.54m

1. 黃褐色薄層細(xì)粒長石石英砂巖 11.25m

未見底

上覆地層：石千峰群孫家溝組一段（P3s1）黃褐色薄層中粗粒長石石英砂巖

2.3 概率累積曲線分析

為了更好的揭露沉積物形成的環(huán)境（蔣明麗，2009;肖晨曦等，2006），本次選取具有代表性粉砂巖、泥巖、灰?guī)r、長石石英砂巖進(jìn)行繪制概率累積曲線，從沉積物概率累積曲線可得它們分別代表著樣品中的滾動搬運組分、跳躍搬運組分和懸浮搬運組分特征，如圖4所示，并對42個樣品繪制C-M圖進(jìn)行分析（王亞東等，2005;張漢成等，2006;李忠惠，1994），如圖5所示。

粒度變化反映了沉積時的水動力狀況，反映了一定粒級顆粒的主要搬運機(jī)制（劉治帥，2012;徐強(qiáng)，2002;曲政，2001）。 實測剖面PM5-3出露地層巖性及巖石組合特征，將本區(qū)出露的地層擬定為6個巖性段，從西—東依次為石盒子組云蓋山段（P1-2sy）、平頂山段（P1-2sp）、孫家溝組一段（P3s1）、孫家溝組二段（P3s2）、孫家溝組三段（T1s3）、劉家溝組（T1l）。云蓋山段主要巖性為土黃色、灰白色中粗粒石英雜砂巖、砂質(zhì)泥巖夾少量礫巖層;平頂山段為土黃色粘土巖、灰綠色含膏粘土巖夾土黃色中細(xì)粒長石石英砂巖、中粗粒長石石英砂巖及極少量含礫砂巖層;孫家溝組巖石組合特征為雜色礫巖與土黃色泥巖互層產(chǎn)出，夾雜砂巖、粉砂巖;劉家溝組巖性為一套紫紅色石英砂巖。地層出露巖性粒度范圍如表1所示。

3 沉積環(huán)境分析

一次洪水期，洪水泛濫，經(jīng)過長期沖刷沉積形成泛濫平原，當(dāng)水動力較強(qiáng)時，大顆粒物質(zhì)首先沉積下來，隨著水動力減弱，小顆粒物質(zhì)沉積下來，此時形成石盒子組云蓋山段石英雜砂巖和砂質(zhì)泥巖，粒度由粗到細(xì)呈遞減趨勢。某次洪水期，峰洪較高，流量大，來勢兇猛，退潮時間快，水動力強(qiáng)，此時形成石盒子組平頂山段長石石英砂巖，巖性單一，粒度粗，分選較好，磨圓度較差。又某次洪水期，此時水動力開始較強(qiáng)，來勢兇猛，大顆粒物質(zhì)快速沉積，隨后水動力逐漸減弱，小顆粒懸浮物質(zhì)逐漸沉積下來，水流反復(fù)如此，形成石盒子組孫家溝一段、二段、三段的砂巖、泥巖交錯出現(xiàn)。顆粒粒度上呈粗-細(xì)循環(huán)出現(xiàn)規(guī)律。某次洪水?dāng)y帶物質(zhì)成分單一，水體較干凈，洪水流量大，水動力強(qiáng)，退潮快，沉積物快速沉積，沉積物再經(jīng)過長期氧化還原反應(yīng)，此時形成石盒子組劉家溝紫紅色石英砂巖。顆粒分選性較好，磨圓度差。結(jié)合實測剖面與粒度分析可以推測該區(qū)層沉積順序示意圖如6所示。

該組地層下部主要為土黃色、灰白色中粗粒長石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖夾少量礫巖層組成，巖性組合較為復(fù)雜，具有曲流河平原沉積相模式（孫有斌等，2001;周秉根等，2000;于秋蓮等，2010）;中部主要由土黃色泥巖、灰?guī)r組成，局部夾薄層礫巖組成，主要由曲流河“二元結(jié)構(gòu)”上部細(xì)粒端元組分組成，礫巖、中粗粒砂巖等粗粒端元成分不發(fā)育，具有沖積平原沉積相模式特點;上部巖石組合以粉砂巖及雜色礫巖為主，橫向上不連續(xù)。根據(jù)粒度分析，反應(yīng)了該區(qū)的成礦規(guī)律。該成礦規(guī)律是以地層中分散的元素為基礎(chǔ)，早期深層次的韌性剪切，氧化作用，使含礦元素遷移，在遷移過程中由于大氣降水及其它水源的加入進(jìn)行萃取，改變了介質(zhì)的物理、化學(xué)條件，因而在有利的空間聚積成礦。

4 討論

（1）沉積地層順序

從C-M圖可以判斷巖石沉積環(huán)境為濁流沉積，懸浮顆粒大部分聚集在底部，使得底部密度增加，此時沉積物分選性較差，表現(xiàn)為遞變層理。在一次洪水泛濫期，海平面上升，形成自上而下的陸相—海陸過渡相—海相疊覆現(xiàn)象。水動力強(qiáng)時大顆粒物質(zhì)沉積富積，隨后水動力漸弱小顆粒物質(zhì)沉積。經(jīng)過水流的反復(fù)作用，形成石盒子組云蓋山段、平頂山段、成孫家溝一段、二段、三段的地層交錯出現(xiàn)現(xiàn)象，結(jié)合實際資料及古沉積環(huán)境資料，繪制該區(qū)域古沉積環(huán)境圖如7所示。

（2）沉積地層對比討論

區(qū)域上孫家溝組厚度為126～227m。在新安縣吳家坡厚約200m，中下部為紫紅、磚紅色泥巖夾巖屑砂巖、粉砂巖，上部為紫紅色泥巖夾砂質(zhì)灰?guī)r。澠池仁村下部紫紅色長石石英砂巖，中上部為紫紅色粉砂巖夾長石砂巖，厚227.3m。在宜陽縣廟溝厚約126m，底部暗紫色泥巖，下部黃綠色砂巖夾紫色泥巖，上部為暗紫色泥巖夾鈣質(zhì)石英砂巖、泥晶灰?guī)r。在登封東金店厚約157m，底部為紫紅色泥巖，中下部為黃色長石砂巖、粉砂巖、紫紅色泥巖互層，上部為黃色長石石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r透鏡體（含有孔蟲）。在禹州市鳩山鄉(xiāng)犁轅山厚205.2m，下部紫紅色、灰黃色泥巖、含長石鐵質(zhì)石英砂巖夾灰紅色、灰黃色薄層狀、塊狀含長石細(xì)粒石英砂巖、長石粉砂巖;上部灰黃色、灰紅色薄-厚層狀、長石粉砂巖、含鈣質(zhì)巖屑石英砂巖夾薄-厚層狀礫屑砂質(zhì)灰?guī)r、頁片狀泥質(zhì)粉砂巖。在夾津口紅石咀厚167.07m，下部為紫紅、磚紅色泥巖夾巖屑砂巖、粉砂巖，上部為黃綠色長石石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r透鏡體。

孫家溝組在區(qū)內(nèi)無化石，在宜陽南天門含古植物Ullmannia bronnii， Pseudovoltzia cf libeana， P. sp.， Pityospermun junduense， Quadrocladus cf. orobiformis， Sphenobaiera sp.等，時代為晚二疊世晚期。在登封市大金店鎮(zhèn)安廟附近下三疊統(tǒng)劉家溝組中，含豐富的孢粉化石（歐陽舒，1982），孢粉組合中裸子植物占64.1%，主要有∶Alisporites cf. australis A. fusiformis A. cf. grauvogeli， Klausipollenites decipiens， platysaccus conexus， pteruchiplollenites reticorpus， podocarpieites cf. prolongatus， pinuspollenites latilus， Triangulisaccus henanensis， Taeniaesporites dengfengensis， Scuatsporites unicus， Labiisporites songshanensis， Nuskoisporites sp.， Fuldaesporites concavus等，蕨類孢子占35.1%，以Aratrisporites coryliseminis（占10.8%）為主，其次為Calamospora tener， punctatisporites cf. minutus， Osmundacites cf. Wellmanii ， Lycopodiacidites cf. rugulatus， polycingulatisporites sp.， lundbladispora sp.等（王軍等，1996;歐陽舒等，1982;薛良偉等，2004;閻國順等，2008）。孢粉組合中有二疊系成分，說明所在層位靠近二疊系和三疊系的界線，組合中相當(dāng)多的成分是以往常見于國外早三疊世地層中。與孢粉組合同層曾發(fā)現(xiàn)哺乳動物化石Di cynodon sp，該屬絕大多數(shù)生活于晚二疊世，極少數(shù)可能生存到三疊世初期。

5 結(jié)論

（1）以沉積巖填圖的新理論、新方法為指導(dǎo)，通過薄片粒度法結(jié)合剖面，經(jīng)綜合分析研究，初步建立了測區(qū)地層系統(tǒng)。

（2）通過粒度分析，對上二疊統(tǒng)—下三疊統(tǒng)孫家溝組的沉積環(huán)境進(jìn)行了研究。

（3）進(jìn)行了層序地層和生物地層劃分，并進(jìn)行沉積地層對比討論，與前人結(jié)果基本吻合。

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