貴州南部都勻剖面奧陶系紅花園組地層沉積微相與層序特征

傅良同,徐 翰,楊曉光,潘網(wǎng)生,許玉鳳

1.黔南民族師范學(xué)院 旅游與資源環(huán)境學(xué)院,貴州 都勻 558000

2.原武警黃金第十支隊,云南 昆明 650100

上揚子板塊古生界奧陶系的沉積相和古地理分布研究對重建揚子板塊構(gòu)造-沉積演化格局具有重要意義，奧陶系豐富的碳酸鹽巖-碎屑巖沉積相為探索特定地質(zhì)歷史時期的沉積演化序列和海洋成巖作用等提供了重要的依據(jù)[1,2]。張鳴韶、梅冥相、馮增昭等眾多學(xué)者從構(gòu)造、巖石、沉積和層序等多方面對上揚子板塊奧陶系地層進行了系統(tǒng)的研究，取得了許多重要成果與認識[3-5]。張鳴韶和盛莘夫于1958年在貴州北部發(fā)現(xiàn)并命名了奧陶系紅花園組[3]。根據(jù)化石和巖相的分布特征，梅冥相等認為紅花園組基本延續(xù)了下伏桐梓組的沉積特征，但水體的持續(xù)擴張導(dǎo)致更加動蕩和高能的沉積環(huán)境[4]。馮增昭等認為紅花園組屬于揚子碳酸鹽巖臺地的一部分[5]。孫挪亞等利用地球化學(xué)分析方法確認了紅花園組夾雜的層狀硅質(zhì)巖是硅質(zhì)熱液流體與原地生物碎屑灰?guī)r發(fā)生熱液交代作用的產(chǎn)物[6]。淡永等證實了紅花園組存在古巖溶，識別了埋藏的古巖溶地貌和風(fēng)化殼巖溶復(fù)合體[7]。何犇等認為紅花園組可劃分為三個相對連續(xù)、完整的次級海侵退積過程[8]。

本文的研究區(qū)位于貴州都勻地區(qū)，黔南凹陷中部（圖1）。通過對都勻剖面的紅花園組的野外地質(zhì)調(diào)查和巖石薄片的鏡下觀察，作者進行了紅花園組小層和沉積微相劃分，結(jié)合層序地層和沉積體系域的識別，分析紅花園組早期白云巖潮坪與中-后期強烈水動力淺灘沉積的演化過程，并闡述了紅花園組地層在巖相分布上的時空差異特征。

1 紅花園組剖面概況

研究剖面位于貴州省都勻市西南22 km，剖面起點26°4'16"N、107°50'06"E，終點26°4'8"N、107°50'39"E，海拔970～1020 m。剖面紅花園組總厚度59.3 m，劃分為7個小層（圖2）：

圖2 都勻紅花園組地層剖面Fig.2 Stratigraphic section of Honghuayuan formation in Yundu

①小層1：灰質(zhì)薄層白云質(zhì)灰?guī)r，泥巖夾層，層厚1.5 m。采集樣品號DJ1-1。

②小層2：中-厚層白云巖、夾互層微晶灰?guī)r、灰質(zhì)頁巖與泥巖互層，層厚11.6 m。采集樣品號DJ2-1。

③小層3：淺灰色泥質(zhì)顆?；?guī)r與黃綠色頁巖互層，層厚2.4 m。采集樣品號DJ3-1。

④小層4：薄層喀斯特角礫巖，薄層生物碎屑灰?guī)r和黃綠色頁巖，偶有瘤狀灰?guī)r夾層，層厚2.8 m。采集樣品號DJ4-1。

⑤小層5：灰色厚層生物碎屑灰?guī)r與薄白云巖、黃泥巖互層，層底為巖溶角礫巖，層厚31.8 m。采集樣品號DJ5-1。

⑥小層6：灰黑色厚層頁巖和粉砂巖、微晶灰?guī)r、礁灰?guī)r互層，含少量腕足類、貝類化石碎片，層厚7.9 m。采集樣品號DJ6-1。

⑦小層7：淺灰色薄層生物碎屑灰?guī)r，夾黑色頁巖薄層，含三葉蟲、腕足類和其他貝類化石，層厚1.3 m。采集樣品號:DJ7-1。

2 碳酸鹽巖微相與沉積環(huán)境

對都勻剖面的紅花園組碳酸鹽巖地層由下至上進行了取樣，標記了巖性驟變部位并制作了變化處巖樣的巖石薄片。參考Dunham以及金振奎等的溶解碳酸鹽巖分類方案，識別出下列13個微相，揭示紅花園組在沉積環(huán)境變化時伴隨的巖相變化[10,11](圖3)。

微相1(圖4a):生屑巖屑顆?；?guī)r。巖石骨架主要為生物碎屑顆粒，巖屑充填其間。生物碎屑含量占灰?guī)r體積的70%左右，主要由腕足類、三葉蟲類等組成，分選、磨圓度低，無定向排列。亮晶方解石膠結(jié)，偶見灰泥質(zhì)膠結(jié)。沉積環(huán)境:高能量淺灘。

微相2(圖4b):生屑鮞?；?guī)r。灰?guī)r骨架由生物碎屑和鮞粒組成，基質(zhì)為磨圓度較高的泥灰?guī)r和灰?guī)r碎屑，膠結(jié)物為亮晶方解石。沉積環(huán)境:高能量淺灘。

微相3:巖屑灰?guī)r。巖石骨架為泥灰?guī)r和白云巖碎屑等，腕足類、棘皮類、三葉類等化石填充于巖屑骨架的空間中?；|(zhì)還包括細粒級灰?guī)r碎屑混合物，顆粒分布紊亂，無層理特征，屬于巖溶角礫巖沉積。亮晶方解石膠結(jié)，偶有渾濁的泥質(zhì)膠結(jié)物。沉積環(huán)境:高能量淺灘。

微相4(圖4c):鮞粒灰?guī)r。該層為含厘米級高磨圓度鮞粒的鮞?；?guī)r。鮞粒間填充軟體動物碎屑和顆粒狀灰?guī)r巖屑。沉積環(huán)境:中高能淺灘。

微相5(圖4d):巖屑顆粒灰?guī)r。鏡下觀察到大量隨機分布的粗-細?；?guī)r巖屑、生物碎屑和泥灰?guī)r碎屑顆粒，偶見若干毫米級化石顆粒，表現(xiàn)出微晶化和層理定向排列。基質(zhì)為少量泥質(zhì)和石英質(zhì)。沉積環(huán)境:中能量淺灘。

圖3 都勻剖面紅花園組巖性柱狀圖Fig.3 the lithological Column map of Honghuayuan profile in Yundu

圖4 都勻剖面紅花園組碳酸鹽巖薄片微相Fig.4 Carbonate slice microfacies of Honghuayuan formation on Duyun section

微相6：巖屑生屑灰?guī)r。泥質(zhì)灰?guī)r碎屑磨圓度較高，生物碎屑以三葉蟲、腕足類和棘皮類化石為主，部分碎屑顆粒邊緣存在泥晶包裹。顆粒骨架被亮晶方解石膠結(jié)，部分為泥質(zhì)膠結(jié)。沉積環(huán)境:中-高能量淺灘。

微相7(圖4e):生屑巖屑顆?；?guī)r。該層含毫米級的泥灰?guī)r巖屑，巖屑呈橢圓形至圓形，磨圓度高。巖屑和少量泥質(zhì)動物化石填充了次毫米級泥灰?guī)r巖屑的骨架空間。亮晶方解石膠結(jié)。沉積環(huán)境:高能量淺灘。

微相8(圖4d):硅質(zhì)巖。該薄層硅質(zhì)巖夾于厚層碳酸鹽巖中，主要為含鐵雜質(zhì)的硅質(zhì)巖，由二氧化硅、碳酸鹽、氧化鐵等組成。生物碎屑化石極少見。

微相9(圖4g):生屑灰?guī)r。大量的腕足類、棘皮類和三葉蟲化石碎屑密集堆積，未見分選和分層，偶見氧化層。粗三葉蟲顆粒可達次厘米級。含少量石英碎屑和灰泥質(zhì)基質(zhì)。沉積環(huán)境:快速堆積高能淺灘。

微相10(圖4h):灰質(zhì)白云巖。該層由結(jié)晶良好的白云巖構(gòu)成，含少量石灰質(zhì)。生物碎屑在結(jié)晶過程中被集中破碎和溶解。沉積環(huán)境:白云巖潮坪-中能淺灘。

微相11:瘤狀灰?guī)r?；液谏鰻罨?guī)r主要由瘤狀結(jié)核和基質(zhì)組成。結(jié)核呈不規(guī)則的透鏡狀、條狀和扁圓形特征，由方解石結(jié)晶而成?；|(zhì)呈條形包繞瘤體。除方解石外，基質(zhì)物質(zhì)還包含少量泥質(zhì)和石英巖屑。沉積環(huán)境：低能開闊臺地。

微相12(圖4i)：燧石灰?guī)r。毫米級的燧石隨機分布于泥灰質(zhì)基質(zhì)，指示了廣闊碳酸鹽巖臺地的靜止深水沉積環(huán)境。沉積環(huán)境:低能局限臺地。

微相13:泥質(zhì)條帶白云質(zhì)灰?guī)r。泥質(zhì)條帶位于鏡下中部，其間分布有自形良好的白云石微晶。條帶下部壓融縫合線內(nèi)包裹大量白云石晶粒和少量粉砂巖巖屑。條帶上部為粉砂質(zhì)-泥質(zhì)灰?guī)r。沉積環(huán)境:白云巖潮坪。

3 紅花園組層序地層與體系域

都勻剖面的紅花園組屬于三級Ⅱ型層序體系，主要包括海侵體系域和高位體系域，代表陸棚邊緣相的低位體系域不發(fā)育[4,12]。該層序頂界為紅花園組頂，層序底界可追溯至下伏桐梓組二段頂部的白云巖，界面處古生物種類、豐度，元素地球化學(xué)特征等存在明顯突變，反映了沉積環(huán)境的改變[4,13,14]。

3.1 海侵體系域

由于低水位體系域的缺失，海侵體系域地層直接與下伏地層整合接觸。層序底部主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、薄層頁巖和燧石灰?guī)r等，包括微相9～13。露頭上沖刷-充填構(gòu)造較為常見，偶見腕足類、頭足類、三葉蟲等化石在，指示了海侵侵蝕面。副層序由下至上，依次為厚層生物碎屑顆?；?guī)r、泥狀條痕生物碎屑灰?guī)r和球狀灰?guī)r，薄層灰?guī)r與頁巖透鏡體互層；同時生物碎屑石灰?guī)r厚度向上逐漸遞減，巖屑顆粒由粗變細，反映次級副層序的海侵特征。

3.2 高位體系域

紅花園組發(fā)育的高位體系域主要由密集的生屑-巖屑灰?guī)r、巖溶角礫巖、鮞?；?guī)r等組成，包括微相1～7。副層序的粒度向上細化，總體上呈退積特征。體系域地層中甲殼類生物化石非常豐富，包括雙殼類、腕足類、三葉類、囊類等，局部發(fā)育礁灰?guī)r。紅花園組內(nèi)的化石普遍分布在高位體系域，保存較差，指示沉積環(huán)境相對動蕩。鏡下和露頭可見的灰?guī)r白云巖化和等軸亮晶方解石，說明該體系域是受大氣降水影響的潛流環(huán)境，沉積水體極淺，礁體被部分侵蝕和溶解。上述現(xiàn)象表明了一個碳酸鹽巖臺地旋回的結(jié)束，即紅花園組頂為該三級層序的頂界。

4 紅花園組的沉積環(huán)境

上揚子板塊的奧陶系沉積相帶的分布表明，古地理格局控制水體的深度，進而控制古生物群落的形成[2,13,15]。盡管研究區(qū)所處的上揚子板塊在奧陶紀時期總體處于被動大陸邊緣沉積體系之下，局部的沉積建造和化石組合仍受特定沉積環(huán)境控制[14]。分析上揚子板塊紅花園組濱淺?；M合與沉積特征，能夠厘定生物群落和沉積環(huán)境的差異性。

上揚子板塊紅花園組上段的沉積環(huán)境基本處于潮間帶和潮下帶，中-下段的鮞?；?guī)r和破碎的礁建造則指示了極淺且動蕩的沉積水體[2,14-16]。都勻剖面中僅局部可見的鈣質(zhì)礁體建造主要由疊層石、生物碎屑碎片和藻類等化石、碎屑形成，是濱岸潮坪沉積相的顯著特征。自北至南，根據(jù)貴州的紅花園剖面、烏當剖面、水壩塘剖面和都勻剖面沉積相識別的古水深變化規(guī)律表明，高能淺灘的鈣質(zhì)微生物群落更常見，造礁生物群落發(fā)育程度低且破碎[2,17,18]。下?lián)P子皖南地區(qū)奧陶系地層的生物多樣性和疊層石群落特征也相對單一，附礁生物也缺乏多樣性[19]。中揚子板塊的生物群落發(fā)育，主要是苔蘚蟲、海綿、瓶筐石等，形成一系列礁丘。灘相沉積建造主要由腕足類、棘綱、三葉蟲等動物的碎片組成，常與礁相巖互層[20]。因此，上揚子板塊的生物多樣性與礁建造發(fā)育明顯弱于中揚子板塊而與下?lián)P子板塊相當[17-19]。

都勻剖面紅花園組下段的沉積環(huán)境是白云巖臺地相向白云質(zhì)潮坪相過渡的階段，甲殼類生物群發(fā)育較弱且缺乏后生化石；薄層白云巖的出現(xiàn)表明該段部分繼承了桐梓組和婁山關(guān)組強烈蒸發(fā)和高鹽度的沉積環(huán)境。紅花園組中段，良好的水動力環(huán)境沉積了厚層的灰?guī)r；該段的高巖屑磨圓度、亮晶方解石膠結(jié)物和氧化層的出現(xiàn)指示了波動海平面狀況下的近岸潮間-潮下帶沉積相，動蕩的水動力環(huán)境促使沉積水體的鹽度逐漸降低，逐漸繁盛的生物群落導(dǎo)致了生屑灰?guī)r的形成；而極淺的水深和海平面波動使造礁作用受到影響。紅花園組上段常見鮞?；?guī)r露頭；湍流的水動力環(huán)境、高水溫和過飽和CaCO3供給是鮞粒發(fā)育的必要條件，也是高能量淺灘的重要指示。因此，紅花園組由底至頂?shù)纳锶郝浜统练e相變化：白云巖臺地-潮坪到高能生屑巖屑淺灘的變化，代表著一個次級海侵過程。

5 結(jié)論

通過野外露頭觀察和鏡下薄片分析，本文初步厘定了貴州都勻剖面紅花園組的沉積微相和層序地層格架；可具體劃分出13個沉積微相和一個具有海侵體系域和高位體系域的三級Ⅱ型層序。紅花園組下段以白云巖臺地-白云質(zhì)潮坪相為主，繼承了寒武紀-早奧陶世的高鹽、強蒸發(fā)環(huán)境；中-上段沉積期，強烈的水動力淺灘沉積控制了研究區(qū)，形成典型的鮞粒灰?guī)r、生屑巖屑灰?guī)r等指示高能淺灘的沉積巖。紅花園組沉積巖性-生物群落的垂向差異，表明該時期可能存在由于海平面深度變化而導(dǎo)致的次級海侵過程。