李聰，陳世悅，張鵬飛，馮建松，王倩，李旭，史英，左虎

1) 中國石油冀東油田分公司，河北唐山，063004; 2) 中國石油大學(xué)(華東)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 山東青島， 266555; 3) 中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院， 山東東營， 257015

內(nèi)容提要: 通過對研究區(qū)加里東期沉積物的野外地質(zhì)調(diào)查、剖面橫向?qū)Ρ群蛶r相古地理編圖，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)加里東期主要發(fā)育五種沉積相類型，分別為碳酸鹽巖陸棚相、碎屑巖—碳酸鹽巖混積陸棚相、冰海相、欠補(bǔ)償型硅質(zhì)巖—頁巖盆地相和補(bǔ)償型濁積巖盆地相。剖面橫向?qū)Ρ蕊@示，研究區(qū)加里東期沉積物由西向東為連續(xù)相變沉積，橫向上各種沉積相指狀交叉、相互過渡；巖相古地理研究表明，加里東期湘東南—贛西地區(qū)主要發(fā)育硅質(zhì)巖—頁巖盆地相和濁積巖盆地相兩大相帶，從南華紀(jì)—奧陶紀(jì)時期兩大相帶的發(fā)育規(guī)模略有差異，在兩大相帶的結(jié)合部往往發(fā)育兩種沉積相的交叉過渡帶。筆者認(rèn)為該區(qū)沉積相的過渡性質(zhì)對探討華南洋加里東期屬性的問題有重要意義。

湘東南—贛西地區(qū)位于華夏板塊與揚子板塊的過渡區(qū)域(圖1)，是揚子陸塊與華夏陸塊拼接的關(guān)鍵部位。迄今為止前人對研究區(qū)加里東期的巖相古地理格局及其演化歷程的認(rèn)識仍然存在較大分歧。王鴻禎等(1982,1986)，劉寶珺等(1993，1994)，尹福光等(2001)、陳懋弘等(2006)、劉樹根等(2001)、陳洪德等(2006)在研究中國南方加里東期(即南華紀(jì)—志留紀(jì))巖相古地理時，認(rèn)為中國南方加里東期存在揚子(或康滇)和華夏兩個截然不同的古地理體系：揚子沉積域主要為碳酸鹽巖—硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖沉積，并且古生物種屬豐富，化石數(shù)量巨大，而華夏及華南盆地沉積域則主要發(fā)育厚度巨大的陸屑濁積巖沉積，生物化石稀少，與揚子沉積域差異較大；郭福祥(1994)、肖傳桃等(2006)、殷繼成等(1994)等從古生物方面研究得出加里東期揚子與華南屬于同一生物區(qū)，生態(tài)環(huán)境相仿；任紀(jì)舜(1989，1990)等對中國南方寒武紀(jì)的巖相古地理研究中指出來自東南方向的強(qiáng)大濁流可達(dá)揚子陸塊東南邊緣的低洼處，在沉積相上湘東南—贛西一帶無截然跳相現(xiàn)象；黃汲清等(1977、1980)在南方震旦紀(jì)巖相古地理研究中指出揚子與華夏兩個板塊在晉寧期拼接在一起，在震旦紀(jì)時揚子海與華南海是相通的同一沉積域。此外，還有很多學(xué)者如萬天豐(2004)、馬文璞(1992)、郭令智等(1980，1984)、汪新等(1989)、陳旭等(1995)、楊森楠(1989)、李日俊等(1994)、李聰?shù)?2010、2011)從大地構(gòu)造學(xué)角度入手對加里東期華南盆地的屬性進(jìn)行了深入研究，在華夏與揚子陸塊之間是否存在分割兩大巖相古地理體系的華南洋也有不同認(rèn)識。為了進(jìn)一步分析研究區(qū)的沉積特征，筆者從野外實地考察出發(fā)，通過對研究區(qū)加里東期19條野外露頭剖面的觀測(圖1)，分析了加里東期主要發(fā)育的沉積相類型、沉積相的橫向相變規(guī)律及巖相古地理格局，為華南盆地加里東期的大地構(gòu)造屬性提供了較為系統(tǒng)的沉積方面的證據(jù)。

1 沉積相類型

1.1 碎屑巖—碳酸鹽巖混積陸棚相

混積陸棚是指同時發(fā)育碎屑巖與碳酸鹽巖兩種沉積的陸棚。其巖性為灰一灰綠色泥巖、生物泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾深灰色瘤狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、生物屑灰?guī)r、砂質(zhì)砂屑灰?guī)r及少量細(xì)粒鈣質(zhì)石英砂巖等。在研究區(qū)主要發(fā)育于湘東南地區(qū)的城步、新寧一帶的上寒武統(tǒng)地層中，主要為厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)呈條帶狀或團(tuán)塊狀產(chǎn)出于厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r中，有時泥質(zhì)條帶或團(tuán)塊中含有粉砂級陸源碎屑顆粒。垂向上與碳酸鹽巖陸棚相的中薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和濁積巖盆地相的砂泥巖沉積交互產(chǎn)出(圖2a)。垂向上與碳酸鹽巖陸棚相及濁積巖盆地相沉積物交替出現(xiàn)的特征也反映了該種沉積相類型為上述兩種沉積相的過渡相特征。

圖1 湘東南—贛西地區(qū)南華系—奧陶系野外露頭剖面位置圖Fig. 1 Outcrop section location of Nanhuan(Upper Neoproterozoic)—Ordovician System in southeastern Hunan and western Jiangxi area

1.2 碳酸鹽巖陸棚相

該種沉積相類型主要發(fā)育于湘東南城步、新寧一帶的上寒武統(tǒng)、衡東小汾源一帶的震旦系地層中，此外在江西崇義古亭地區(qū)的上奧陶統(tǒng)地層中也有發(fā)育，其巖石組合特征主要為深灰色薄層狀—頁片狀泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r及灰黑色含有機(jī)質(zhì)泥灰?guī)r，局部夾薄層灰色、黃綠色泥頁巖，有時夾有具水平泥質(zhì)紋層的厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r(圖3a)。該種沉積相類型的深灰色、灰黑色薄層泥灰?guī)r、含有機(jī)質(zhì)泥灰?guī)r中局部富集條帶狀、星散狀黃鐵礦。

1.3 冰海相

該種沉積相類型在中上揚子地區(qū)的南華系地層中廣泛發(fā)育。以桂陽泗州山南華系發(fā)育的冰磧礫巖為例(圖2b)。從巖石結(jié)構(gòu)來看，主要為兩大部分，即基質(zhì)和礫石?；|(zhì)成分主要為微變質(zhì)的泥巖。礫石含量不等，通常在30%～40%左右，礫石分選較差，個體粒徑相差較大，礫徑一般為1～5cm，個別達(dá)50～60cm。礫石磨圓度較差，個別礫石磨圓度達(dá)到了次圓狀，但多數(shù)礫石為次棱角狀—棱角狀，礫石成分主要為砂巖和泥巖，此外還有少量火成巖礫石，礫石排列雜亂，具落石特征(圖3b)。

1.4 欠補(bǔ)償型硅質(zhì)巖—頁巖盆地相

盆地相是指水體深度在200m以下的半深?！詈－h(huán)境下形成的沉積物所對應(yīng)的沉積相區(qū)。主要為頁巖、硅質(zhì)巖，有時以一種為主，有時二者互層產(chǎn)出(圖2c)，與補(bǔ)償型盆地相比總體厚度較小。湘東南新寧、雙峰、永興一帶的震旦系，城步、靖州、綏寧、邵東等地區(qū)的下寒武統(tǒng)及個別地區(qū)的中寒武統(tǒng)，此外寧遠(yuǎn)、祁東、桂東地區(qū)的下奧陶統(tǒng)以及江西永新一帶的中下奧陶統(tǒng)都為欠補(bǔ)償型硅質(zhì)巖—頁巖盆地相沉積。

圖3 湘東南—贛西地區(qū)加里東期沉積相標(biāo)志Fig. 3 Caledonian sedimentary facies symbols in southeastern Hunan and western Jiangxi area (a) 湖南城步白毛坪西側(cè)上寒武統(tǒng)深灰色中薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r；(b) 桂陽泗州山南華系上部含冰磧礫千枚巖；(c) 永新石口北側(cè)石口組砂巖底面的槽模構(gòu)造; (d) 江西永新石口奧陶系石口組砂巖與下伏具水平層理的粉砂巖沖刷接觸；(e) 江西崇義寒武系中統(tǒng)砂巖發(fā)育正遞變層理；(f) 湖南永興鯉魚塘南華系粉砂質(zhì)泥巖中的滑動變形構(gòu)造 (a) Dark grey medium—thin lamellar marlstone of the Upper Cambrian in the west of Baomaoping, Chengbu county, Hunan; (b) moraine phyllite of Nanhuan System in Sizhou mountain, Guiyang ciounty; (c) flute cast structure under the sandstone rock of Shikou Formation of Ordovician on the west of Shikou, Yongxing county; (d) scouring-contact of the sandstone with the underlying horizontal siltstone of Shikou Formation of Ordovician in Shikou; (e) the graded bedding sandstone in the Middle Cambrian in Chongyi county, Jiangxi; (f) the sliding deformation structure in the siltstone of Nanhuan System in Liyutang, Yongxing county, Hunan

圖2 湘東南—贛西地區(qū)南華系—奧陶系 三類沉積序列示意圖Fig. 2 Schematics diagrams of the three sedimentary sequences of Nanhuan(Upper Neoproterozoic)—Ordovician System in southeastern Hunan and western Jiangxi area (a) 新寧上寒武統(tǒng)砂泥互層中夾中薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r沉積序列；(b) 桂陽泗州山南華系含冰磧礫巖與泥巖互層沉積序列；(c) 桂陽華泉下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖—頁巖與濁積砂巖互層沉積序列 (a) Sedimentary sequence of medium—thin lamellar marlstone within sand—mud alternating layers of the Upper Cambrian in Xinning; (b) sedimentary sequence of moraine conglomerate and limestone alternating layers of Nanhuan System in Sizhou mountain of Guiyang；(c) sedimentary sequence of siliceous rock—shale and turbidity sandstone alternating layers of the Lower Cambrian in Huaquan, Guiyang county

圖4 江西永新濁積巖盆地中發(fā)育的鮑瑪序列模式圖Fig. 4 Patterns of Bouma sequence in the turbidite basin in Yongxin county, Jiangxi A段—底部遞變層段；B段—下平行紋層段；C段—流水 波紋層段；D段—上平行紋層段；E段—泥巖段 Part A—Gradient layers at the bottom; Part B—the lower parallel layers; Part C—water ripple layers; Part D—the upper parallel layers; Part E—Mudstone layers.

1.5 補(bǔ)償型濁積巖盆地相

圖5 新寧—桂陽—崇義加里東期地層沉積相橫向?qū)Ρ绕拭鍲ig. 5 Horizontal stratigraphic correlation diagram of Caledonian in Xinning, Guiyang and Chongyi area

濁積巖盆地相是研究區(qū)加里東期一種最主要的沉積相類型。與以往認(rèn)為該種沉積相類型只出現(xiàn)于贛西地區(qū)的觀點有所不同。本次野外工作期間發(fā)現(xiàn)濁積巖盆地相在垂向和橫向上與其它四種沉積相類型逐漸過渡。濁積巖相發(fā)育的地層厚度巨大，一般均在千米以上。巖性主要為灰色、深灰色中厚層狀—塊狀巖屑石英砂巖、巖屑石英雜砂巖、巖屑砂巖與粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖組成韻律互層，砂巖粒度相對較細(xì)，以細(xì)砂巖為主，在序列底部有時發(fā)育少量中砂巖。發(fā)育各種豐富的濁積巖沉積中常見的沉積構(gòu)造，如砂巖底面的溝模和槽模、泥巖頂面沖蝕坑、砂巖底部波狀沖刷面、重荷模構(gòu)造、火焰狀構(gòu)造、砂巖中的泥巖撕裂屑、砂巖中的遞變層理和平行層理、泥質(zhì)粉砂巖中的滑塌變形構(gòu)造、包卷層理、沙紋交錯層理及泥巖、粉砂質(zhì)泥巖中的水平層理等(圖3c～3f)。在垂向序列上主要以AE段、ABE段、ADE段、DE段沉積序列為主，具遠(yuǎn)源濁積巖沉積特征(圖4)。

2 沉積相橫向相變特征

通過對研究區(qū)加里東期主要發(fā)育的沉積相類型研究，為了探討研究區(qū)各地質(zhì)時期沉積相類型的分布和橫向演替規(guī)律，理清沉積相變與沉積物源區(qū)位置、物源供給能力等，筆者選取了兩條跨越揚子陸塊與華夏陸塊的剖面，開展了沉積特征對比。

2.1 新寧—桂陽—崇義加里東期地層沉積相橫向

對比剖面

南華紀(jì)時，剖面自西向東主要由含冰磧礫巖的砂質(zhì)千枚巖、砂質(zhì)板巖的冰海相沉積向東過渡到以淺變質(zhì)的中細(xì)粒石英砂巖夾灰綠色砂質(zhì)板巖、泥板巖為主的濁積巖相沉積；震旦紀(jì)時期，西邊的新寧剖面主要以灰黑色厚層硅質(zhì)巖、炭質(zhì)板巖為主的頁巖硅質(zhì)巖盆地相沉積為主，向東的桂陽及崇義剖面則主要發(fā)育了灰、深灰色泥質(zhì)、鈣泥質(zhì)石英細(xì)砂質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾灰綠、黃綠色泥板巖或呈互層的濁積巖相沉積；寒武紀(jì)時期，剖面自西向東均為一套巨厚層濁積巖盆地相的砂巖夾板巖、砂質(zhì)板巖或互層沉積；早奧陶世時期，西邊的新寧剖面主要以濁積巖盆地相為主，向東過渡為頁巖—硅質(zhì)巖盆地相的炭質(zhì)頁巖和硅質(zhì)巖沉積(圖5)。

2.2 綏寧—東安—邵東—永興加里東期地層沉積

相橫向?qū)Ρ绕拭?/p>

綏寧—永興剖面與新寧—崇義剖面的沉積格局大體相同。南華紀(jì)時期，剖面西邊主要以含冰磧礫巖的板巖、微變質(zhì)砂質(zhì)板巖的冰海相沉積向東過渡到砂泥巖互層的濁積巖盆地沉積；震旦紀(jì)時期該剖面地層發(fā)育較薄，自西向東主要以頁巖—硅質(zhì)巖盆地相為主；寒武紀(jì)時期，西邊的綏寧剖面下部和上部發(fā)育了一套中薄層狀灰?guī)r、含粉砂泥質(zhì)灰?guī)r為主的碳酸鹽陸棚相即局部的混積陸棚相沉積為主，綏寧剖面中部及以東剖面則主要為濁積巖相與頁巖硅質(zhì)巖盆地相互層為主；早奧陶世時期，該剖面呈現(xiàn)為明顯的上下兩段，下段地層都為巨厚層濁積巖盆地相的砂泥巖沉積，上段則為一套頁巖—硅質(zhì)巖盆地相的炭質(zhì)頁巖和硅質(zhì)巖沉積(圖6)。

圖6 綏寧—東安—邵東—永興加里東期地層沉積相橫向?qū)Ρ绕拭鍲ig. 6 Horizontal stratigraphic correlation diagram of Caledonian in Suining,Dong’an and Yongxing

3 巖相古地理平面展布

通過對研究區(qū)加里東期地層進(jìn)行相關(guān)的野外調(diào)查和室內(nèi)總結(jié)，結(jié)合能反映典型沉積環(huán)境的巖性巖層的展布來對分析研究區(qū)的巖相古地理平面分布特征。

3.1 南華紀(jì)晚期巖相古地理

由于研究區(qū)南華系研究程度普遍較低，多數(shù)地區(qū)南華系地層沒有細(xì)分，但該套地層厚度巨大，沉積物復(fù)雜多變，若以整個南華系為編圖單位，難以反映橫向相變規(guī)律，因此本次研究僅以南華系上部地層(相當(dāng)于南沱組)為單元進(jìn)行研究。南華紀(jì)晚期研究區(qū)大致可分為三個沉積相帶，衡東—新田一線以西基本都為冰海相沉積，以南沱組含冰磧礫巖系為典型標(biāo)志；茶陵—資興一線以東則都為濁積巖盆地沉積，以巨厚層的砂泥互層為典型標(biāo)志；而位于這兩個相帶中間的過渡區(qū)域，即衡東—耒陽—桂陽—汝城—崇義一帶，則具有明顯的過渡色彩，該相帶南華系上部的巖石組合中既發(fā)育西側(cè)相帶的冰磧礫巖系，同時也具有與東側(cè)濁積巖盆地相帶類似的巨厚層砂泥巖沉積，在此為了突出其過渡特征將其稱之為冰海—濁積巖盆地過渡相(圖7a)。如崇義關(guān)田南華系上部的含冰磧礫泥質(zhì)粉細(xì)砂巖和桂陽泗洲山南華系上部含冰磧礫的砂泥巖互層。

3.2 震旦紀(jì)巖相古地理

研究區(qū)震旦系地層到目前為止主要有兩種劃分方案，湖南桂陽以西地區(qū)劃分為陡山沱組和燈影組，基本都為硅質(zhì)巖—頁巖盆地相的硅質(zhì)巖—板巖沉積，局部地區(qū)如洞口、祁東和衡東一帶夾有少量灰?guī)r透鏡體。而桂陽以東江西一帶沒有細(xì)分，統(tǒng)稱為天子地組，巖性主要為一套濁積巖盆地相的砂泥互層。由于湘南一帶的陡山沱組和燈影組巖石特征基本一致，因此筆者以震旦系為研究單元。從巖相古地理圖中可以看出自茶陵—新田一線以西震旦紀(jì)基本都為頁巖—硅質(zhì)巖盆地相沉積，而自蓮花、永新一線以東基本都為濁積巖盆地相的砂泥巖沉積，而位于兩個相帶中間的井岡山、桂東、桂陽、汝城和崇義一帶，則為頁巖—硅質(zhì)巖盆地與濁積巖盆地的交互沉積，巖石組合為巨厚層濁積巖砂泥巖互層夾硅質(zhì)巖、板巖(圖7b)。

圖7 湘東南—贛西地區(qū)加里東期巖相古地理Fig. 7 Lithofacies paleographic of Caledonian in southeastern Hunan and western Jiangxi area

3.3 早寒武世巖相古地理

早寒武世湘東南—贛西地區(qū)衡山、衡陽、新田和桂陽一線以西基本都為頁巖—硅質(zhì)巖盆地相的硅質(zhì)巖—板巖巖石組合；茶陵、桂東和崇義一線以東則基本都為巨厚層、濁積巖盆地相的砂泥巖互層。而位于兩大體系中間的衡東、耒陽、郴州和汝城一帶(圖7c)，下寒武統(tǒng)則為兩種沉積體系的過渡區(qū)域，發(fā)育了頁巖—硅質(zhì)巖盆地相與濁積巖盆地相的交互沉積，巖石組合主要為砂泥巖互層夾硅質(zhì)巖、板巖。

3.4 中寒武世巖相古地理

中寒武世研究區(qū)沉積相平面展布和相變規(guī)律與早寒武世有一定相似性，不同的是沉積相變方向由原來的由西向東轉(zhuǎn)化為由北西向南東。該時期在衡東、衡陽和城步一線的西北側(cè)，主要發(fā)育了頁巖盆地相的板巖沉積，硅質(zhì)巖發(fā)育較少；而位于資源、零陵、耒陽和茶陵一線的東南側(cè)則發(fā)育了巨厚層的濁積巖盆地相的砂泥巖沉積，并且該套地層中可見各種濁積巖相的典型相標(biāo)志，包括槽模、泥巖撕裂屑、遞變層理、變形構(gòu)造等。而位于兩大沉積體系的中間過渡區(qū)域，即新寧、永州、祁東一帶，發(fā)育了一條總體呈北東—南西走向、呈帶狀展布的過渡型沉積區(qū)域。該區(qū)域發(fā)育了濁積巖盆地相與頁巖盆地相的混合沉積，巖石組合為巨厚層濁積巖序列夾板巖、硅質(zhì)板巖，并且由西向東板巖夾層數(shù)量逐漸減少(圖7d)。

3.5 晚寒武世巖相古地理

晚寒武世湘中南衡東、衡陽、城步一線西北側(cè)演化為碳酸鹽巖陸棚沉積，此時位于衡東、永州和東安一線的東南側(cè)廣大地區(qū)仍然發(fā)育了巨厚層、濁積巖盆地相的砂泥巖沉積。而位于二者交接部位的城步、新寧一帶上寒武統(tǒng)較為特殊，該地區(qū)上寒武統(tǒng)主要為一套混積陸棚相的泥質(zhì)條帶灰?guī)r，該套碳酸鹽巖沉積中，局部可見砂質(zhì)條帶，雖然粒度較細(xì)，主要為粉砂級，但仍然與泥質(zhì)條帶有顯著區(qū)別。城步、新寧一帶遠(yuǎn)離揚子陸源剝蝕區(qū)，并且緊鄰其西側(cè)為范圍廣闊的碳酸鹽巖臺地、陸棚沉積，因此該地區(qū)灰?guī)r中的砂質(zhì)沉積物應(yīng)該不是來自揚子陸源區(qū)，而是東側(cè)的濁積巖砂泥巖沉積區(qū)(圖7e)。

3.6 早奧陶世巖相古地理

研究區(qū)下奧陶統(tǒng)沉積相平面展布基本趨于一致，地層基本都由巨厚層砂泥巖、板巖、硅質(zhì)板巖、暗色含有機(jī)質(zhì)板巖組成，只是各地區(qū)各種巖石所占的比率有所差異。由零陵向東經(jīng)資興、桂東至江西井岡山、遂川這一呈東西向展布的帶狀區(qū)域，下奧陶世統(tǒng)以濁積巖盆地相的巨厚層砂泥巖互層為主，夾有少量暗色板巖；而除此地區(qū)以外的其它地區(qū)則主要以頁巖盆地相的深灰色、灰黑色板巖為主，夾少量砂巖沉積(圖7f)。

4 結(jié)論

通過對研究區(qū)南華系—奧陶系的野外觀測，筆者認(rèn)為湘東南—贛西地區(qū)主要發(fā)育有碳酸鹽巖陸棚相、碎屑巖—碳酸鹽巖混積陸棚相、冰海相、欠補(bǔ)償型硅質(zhì)巖—頁巖盆地相和補(bǔ)償型濁積巖盆地相五種沉積相類型。通過剖析處于揚子板塊和華夏板塊之間的研究區(qū)沉積相演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在加里東期研究區(qū)沉積相呈指狀交叉過渡，從沉積角度證實了揚子和華夏兩大板塊在早古生代已經(jīng)完成拼接，華夏和揚子兩大沉積域在加里東期是相互連通的。

致謝：衷心感謝張國偉院士對本文的研究工作給予的大力指導(dǎo)與幫助！