胡方杰 張殿偉 田海芹

(1.中國石油大學(北京)北京 102249;2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083)

0 引言

前人有關四川盆地北部(簡稱“川北”)或北緣及秦嶺地區(qū)巖相古地理研究中，多數(shù)專家學者［1～7］認為該地區(qū)震旦紀—寒武紀的古地理面貌為深海盆地、斜坡或臺地邊緣斜坡，均把碳質(zhì)泥巖和硅質(zhì)沉積(實為成巖燧石［8］)作為判識此古地理的重要依據(jù)。而近期研究發(fā)現(xiàn)，本區(qū)碳質(zhì)泥巖實為震旦紀—寒武紀的石煤，為沼澤環(huán)境的產(chǎn)物，而硅質(zhì)沉積則可能是泥巖、頁巖成巖變化的產(chǎn)物，且夾在潮坪—澙湖相的白云巖地層之中，并非深海斜坡或臺緣斜坡沉積物。為此，在編制巖相古地理圖時，本文則把碳質(zhì)泥(頁)巖置于沼澤或沼澤—澙湖相之中。如此看來，川北秦嶺地區(qū)震旦—寒武紀的深海斜坡或臺地邊緣斜坡便不存在了。但限于篇幅，本文僅論述有關沼澤濱岸澙湖的幾點證據(jù)，以供商榷。

1 地質(zhì)背景

晉寧運動以后，揚子地區(qū)特別是四川盆地地殼發(fā)展由活躍期逐漸進入相對穩(wěn)定期。晚震旦世陡山沱期正是地殼由不穩(wěn)定向穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化階段，此時華北地區(qū)海水已經(jīng)全部退出，演變成陸地，秦嶺與華北古陸連成一體，整體地勢北高南低。漢南古陸較早震旦世有所縮小，海水沿漢南古陸西南和東南兩個方向侵入南秦嶺地區(qū)。從晚震旦世開始，上揚子北緣進入相對穩(wěn)定的臺地發(fā)展階段，沉積物以碳酸鹽巖為主，發(fā)育了早古生代初始碳酸鹽臺地，總體為局限臺地環(huán)境［9］。晚震旦世燈影期，秦嶺地區(qū)基本繼承了陡山沱期古地貌，但揚子海侵范圍有所擴大，漢南古陸進一步縮小。到寒武紀，秦嶺地區(qū)在燈影期古地貌的基礎上開始了更為廣泛的自南而北的海侵［10］。如此，從晚震旦世到寒武紀，秦嶺地塊是在一個相對穩(wěn)定的階段，遭受了廣泛海侵而接受沉積，其沉積格局和古地理面貌演化具有一定的繼承性，震旦紀—寒武紀不利于海槽、盆地或深水斜坡環(huán)境發(fā)育。

2 石煤的發(fā)現(xiàn)及其意義

根據(jù)《陜西省區(qū)域地質(zhì)志》(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1989)描述，川北秦嶺地區(qū)震旦—寒武系地層中普遍含碳，并夾碳質(zhì)泥巖、頁巖和石煤礦。上震旦統(tǒng)陡山沱組和燈影組均可見，而尤以寒武系最多，其下統(tǒng)、中統(tǒng)、上統(tǒng)均有產(chǎn)出。地層中所夾碳質(zhì)泥巖、頁巖中的碳質(zhì)組分多為菌藻類物質(zhì)。石煤的發(fā)現(xiàn)對本區(qū)地史時期的沉積環(huán)境具有重要的指相意義。

2.1 石煤的原始物質(zhì)

震旦—寒武紀發(fā)現(xiàn)的石煤原始物質(zhì)主要為菌藻類植物(大多生長在淺水環(huán)境)。理由如下:在地史的早期(即遠古宙到早泥盆世)，低等植物如藻類和菌類構成了當時植物的主體，多生活在水體中，成為植物發(fā)展演化的菌藻類植物時期。早泥盆世以前為低等植物發(fā)育時代，還沒有高等植物出現(xiàn)，在由低等植物經(jīng)過一系列成煤作用形成的煤，其灰分很高，有一定的發(fā)熱量，這類煤稱為“石煤”，如我國南方寒武紀的“石煤”［11］。

2.2 石煤的堆積環(huán)境

對于植物殘體的堆積方式存在著原地生成與異地生成的不同觀點。原地生成說認為，造煤植物的殘骸堆積于植物繁衍生存的泥炭沼澤內(nèi)，沒經(jīng)過搬運，在原地堆積轉(zhuǎn)變成泥炭;異地生成說認為，植物殘骸經(jīng)過長距離搬運后，在淺水盆地、澙湖、三角洲地帶堆積而成。事實證明，這兩種泥炭的堆積方式均存在，且以泥炭沼澤堆積比較常見。一般來說，地殼沉降速率與植物的堆積速率相對平衡時，在地面平坦的低洼地段造成地區(qū)泄水條件不暢，有利于泥炭沼澤的發(fā)育，如發(fā)生海陸交替作用的濱海平原、澙湖、海灣、潮坪等地帶及與河流作用、冰川作用有關的河湖地帶［11］。

石煤儲量以早寒武世最多，其次為早志留世，聚煤期始于震旦紀，早古生代聚煤作用逐漸活躍并達到高潮，形成中國地史上第一個聚煤期和最早的海相聚煤模式形成期［12］。因此，在川北秦嶺地區(qū)震旦系到寒武系地層中普遍見到碳和石煤礦就很正常了。如此，本區(qū)碳質(zhì)泥巖并非大多數(shù)專家學者認為的發(fā)育在深水或深海環(huán)境［13～18］，而是指示濱岸沼澤、澙湖等近地表或淺水滯留環(huán)境。

3 沉積相單元劃分及古地理編圖

在大量野外地質(zhì)考察的基礎上，結合地震、鉆井等資料的解釋，同時參考前人有關該區(qū)的構造層序古地理、定量古地理、生產(chǎn)古地理編圖資料，綜合優(yōu)化編制了震旦紀—寒武紀以世或期為單元的古地理圖。根據(jù)其沉積特征，川北秦嶺地區(qū)震旦紀—寒武紀主要發(fā)育潮坪、濱岸、沼澤、澙湖、局限臺地等5種沉積相單元。

3.1 單剖面相分析

以川北南江縣楊壩—橋亭鄉(xiāng)震旦—寒武系實測剖面為例(圖1)。晚震旦世燈影期早中期沉積了幾百米厚的藻云巖;上部以粉晶白云巖為主，可見紋理和鳥眼構造;中上部夾約42 m厚的灰色粉砂巖夾黑色碳質(zhì)泥巖，粉砂巖中可見交錯層理。根據(jù)其沉積特征，上震旦統(tǒng)燈影組自下而上可劃分為云坪(包括藻云坪)、濱岸—沼澤等2個沉積相單元。

圖1 南江縣楊壩—橋亭地區(qū)震旦系實測剖面Fig.1 Measured profile of Sinian in Yangba-Qiaoting area，Nanjiang county

上寒武統(tǒng)普遍缺失，中統(tǒng)—下統(tǒng)發(fā)育較完整，其沉積特征見圖2。值得一提的是，筇竹寺組中下部沉積了一套深灰色—黑色的碳質(zhì)泥巖、碳質(zhì)粉砂巖，厚度達兩百多米，水平層理或頁理發(fā)育。為此，本文將此段劃分為泥炭沼澤—澙湖沉積，而非深水沉積。整套寒武系自下而上可劃分為沼澤澙湖、濱岸、淺灘和潮坪等4個沉積單元。

3.2 剖面對比相分析及編圖

川北秦嶺地區(qū)震旦紀—寒武紀古地貌具繼承性。剖面對比相分析表明，燈影期總體處于淺水潮坪沼澤澙湖環(huán)境，中上部粉砂巖、碳質(zhì)泥巖發(fā)育;燈影晚期以(藻)云坪為主(圖3)。因此，本區(qū)燈影期從南到北主要發(fā)育白云巖潮坪，局部發(fā)育碳質(zhì)泥巖、含碳粉砂巖等濱岸沼澤—澙湖環(huán)境。

圖2 南江縣楊壩—橋亭地區(qū)寒武系實測剖面Fig.2 Measured profile of Cambrian in Yangba-Qiaoting area，Nanjiang county

本區(qū)寒武紀的古地理面貌是在燈影期沉積的基礎上發(fā)展起來的。從剖面對比相分析來看(圖4)，早寒武世—中寒武世本區(qū)經(jīng)歷3次海侵海退旋回。其中早寒武世(紐芬蘭期)發(fā)生了第一次海侵，沉積了幾百米厚的粉砂質(zhì)泥巖夾碳質(zhì)泥巖和含碳泥質(zhì)粉砂巖，主要分布在下寒武統(tǒng)郭嘉壩組或筇竹寺組。

因此，根據(jù)相分析資料，在平面上投點，然后結合區(qū)域地質(zhì)資料，以沉積學、層序地層學理論為指導，編制了相關的古地理圖(圖6a，b，c)。與以前的(多數(shù))古地理圖比較，差別就是深海、深海斜坡、深水盆地“消失”了，潮坪沼澤澙湖占據(jù)了主體;進而將引申或隱含川北秦嶺地區(qū)古構造及古地理格局的重大變化。為了進一步證實這一新的重大轉(zhuǎn)變，筆者又對秦嶺地區(qū)震旦紀—寒武紀古地理進行了復合研究，并又重新編制了一套新的巖相古地理圖(圖6a，b，c，d，e)。

4 川北秦嶺巖相古地理

4.1 晚震旦世陡山沱期巖相古地理

本區(qū)陡山沱期沉積相在縱向上演化較為迅速，相的特征均具有過渡性質(zhì)，生物和其他相標志很少，主要有3個相帶(圖6a):(1)濱岸相帶，沿秦嶺古陸和漢南古陸分布，以碎屑巖沉積為主好，含少量碳酸鹽巖，主要受古陸的控制。(2)澙湖—潮坪相帶，主要發(fā)育在漢南古陸西側(cè)勉縣—略陽寧強一帶，以灰質(zhì)白云巖為主。下部含碳質(zhì)泥巖，上部含硅質(zhì)灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。沉積中心可能在陽平關、胡家壩一帶。(3)澙湖—泥炭沼澤相帶，主要分布在紫陽—平利一帶，可能受漢南古陸和武當古陸的影響，海水流通不暢，形成局限滯留環(huán)境，沉積物普遍以含碳為特征，巖性主要為碳質(zhì)泥夾頁巖為主，含硅質(zhì)巖，可見石煤礦。

4.2 晚震旦世燈影期巖相古地理

燈影期承襲了陡山沱期的古地理面貌。揚子海侵范圍有所擴大，漢南古陸僅限于西鄉(xiāng)—城固一帶，形成近南北向狹窄的海島。本期以藻類碳酸鹽巖發(fā)育為特征，巖性比較單一，大致分為3個相帶(圖6b):(1)(藻)云坪相帶，包括兩個沉積區(qū)，即山陽—商南一帶和南鄭—廣元一帶。巖性主要為泥晶、粉晶白云巖，紋理發(fā)育，以疊層石和藻礁普遍發(fā)育為特征。(2)濱岸相帶，僅分布在漢南古陸的邊緣，巖性以石英砂巖為主，夾顆粒結構的藻灰?guī)r;表明由漢南古陸邊緣向東西兩側(cè)延伸逐漸過渡至潮坪環(huán)境。(3)沼澤—云坪，分布在紫陽—鎮(zhèn)坪一帶，巖性以白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖為主，夾碳泥質(zhì)巖，是在陡山沱期泥炭沼澤的基礎上海水稍有變淺而形成的。

4.3 早寒武世巖相古地理

圖3 川北秦嶺地區(qū)震旦系剖面對比相分析Fig.3 Analysis of cross section facies of Sinian in the northern Sichuan Basin and Qinling area

圖4 川北秦嶺地區(qū)寒武系剖面對比相分析Fig.4 Analysis of cross section facies of Cambrian in the northern Sichuan Basin and Qinling area

圖5 川北秦嶺地區(qū)震旦紀—寒武紀巖相古地理Fig.5 Lithofacies palaeogeography of northern Sichuan Basin and Qinling Region during Sinian-Cambrian

早寒武世仍以較為局限的濱岸澙湖環(huán)境為主，西邊由于海水退出而露出摩天嶺古陸，根據(jù)其沉積特征，大致劃分為4個相帶(圖6c):(1)泥炭沼澤相帶，指紫陽、平利和鎮(zhèn)平一帶發(fā)育的一套黑色巖系。巖性以碳質(zhì)頁巖為主夾粉砂巖和灰?guī)r。(2)泥沼—澙湖相帶，指寧強、鎮(zhèn)巴、陽平關一帶。梅樹村期和筇竹寺期以頁巖和粉砂巖為主，含碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)層，滄浪鋪期仙女洞組發(fā)育一套穩(wěn)定的灰?guī)r，閻王碥期則以碎屑巖沉積為主，龍王廟期沉積白云巖、泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r。反映了早寒武世由沼澤(澙湖)演化為云坪的過程。(3)潮坪相帶，指安康—石泉以北，白河—鎮(zhèn)安青銅關以南地帶。該地區(qū)資料少，研究程度差，僅牛山地區(qū)有未分的寒武系，巖性主要為石英片巖夾硅質(zhì)巖、碳質(zhì)板巖和火山碎屑巖，恢復原巖特征也應為粉砂巖和碳質(zhì)泥巖(與火山碎屑巖)。東部鄖西太陽山及其以南地區(qū)則為硅質(zhì)巖和石英片巖(恢復原巖特征應為泥巖和粉砂巖)，沉積厚度較薄，暫劃為潮坪環(huán)境。(4)澙湖—泥炭沼澤相帶，指秦嶺古陸南側(cè)商南、山陽一帶，主要沉積含碳的泥質(zhì)巖、粉砂巖，剖面上部往往為灰?guī)r或含生屑灰?guī)r(推測乃受漢南古陸的影響而形成的局限環(huán)境)。

4.4 中、晚寒武世巖相古地理

圖6 四川盆地及周緣震旦紀—寒武紀典型巖相古地理Fig.6 Typical lithofacies palaeogeography in Sichuan Basin and its periphery during Sinian-Cambrian

中、晚寒武世基本繼承了早寒武世的古地理面貌，仍以濱岸云坪澙湖環(huán)境為主，但海侵范圍有所擴大。摩天嶺古陸與漢南古陸連成一體。沿秦嶺古陸南北一帶演變成灰云巖局限臺地(潮坪)相;川北廣元、南江、寧強等地區(qū)地勢有所上升，演變成含膏云巖的云坪相;紫陽平利一帶以及漢南古陸以南地區(qū)以含碳頁巖和灰云巖為主(圖5-d，e)。

5 結論

(1)碳質(zhì)泥頁巖和石煤是典型的相標志，是淺水滯留環(huán)境泥沼、澙湖的產(chǎn)物。川北秦嶺地區(qū)碳質(zhì)泥頁巖和石煤發(fā)育，指示了潮坪、沼澤、澙湖環(huán)境。

(2)川北秦嶺地區(qū)震旦紀—寒武紀主要發(fā)育潮坪、沼澤、澙湖、濱岸等沉積體系，而非深海盆地、斜坡或臺地邊緣斜坡。

References)

1 劉鴻允.中國古地理圖［M］.北京:科學出版社，1955:1-50［Liu Hongyun.Atlas of Palaeogeography of China［M］.Beijing:Science Press，1955:1-50］

2 盧衍豪.中國寒武紀巖相古地理輪廓初探［J］.地質(zhì)學報，1965，45(4):349-357［Lu Yanhao.Cambrian palaeogeography and lithofacies of China［J］.Acta Geological Sinica，1965，45(4):349-357］

3 王鴻禎.中國古地理圖集［M］.北京:地質(zhì)出版社，1985:17-33［Wang Hongzhen.Atlas of Palaeogeography of China［M］.Beijing:Geological Publishing House，1985:17-33］

4 劉寶珺，許效松.中國南方巖相古地理圖集［M］.北京:科學出版社，1994［Liu Baojun，Xu Xiaosong.Atlas of Lithofacies and Palaeogeography in South of China［M］.Beijing:Science Press，1994］

5 馬永生，陳洪德，王國力，等.中國南方構造—層序巖相古地理圖集［M］.北京:科學出版社，2009［Ma Yongsheng，Chen Hongde，Wang Guoli，et al.Atlas of Construction-Sequence and Lithofacies Palaeogeography in South China［M］.Beijing:Science Press，2009］

6 鄭和榮，胡宗全，等.中國前中生代構造—巖相古地理圖集［M］.北京:地質(zhì)出版社，2010:58-74［Zheng Herong，Hu Zongquan，et al.Atlas of Early Mesozoic Tectonic Lithofacies Palaeogeography in China［M］.Beijing:Geological Publishing House，2010:58-74］

7 Yu Kuanhong，Jin Zhenkui，Su Kui，et al.The Cambrian sedimentary characteristics and their implications for oil and gas exploration in north margin of Middle-Upper Yangtze Plate［J］.Science China(Earth Sciences)，2013，56(6):1014-1028

8 田海芹.試論嵩山地區(qū)亮甲山組白云巖和隧石的成因［J］.石油大學學報:自然科學版，1989，13(3):21-30［Tian Haiqin.On the origin of dolostones and cherts in Liangjiashan Formation of Songshan Mountain region［J］.Journal of the University of Petroleum，China，1989，13(3):21-30］

9 余謙，牟傳龍，張海全，等.上揚子北緣震旦紀—早古生代沉積演化與儲層分布特征［J］.巖石學報，2011，27(3):673-680［Yu Qian，Mou Chuanlong，Zhang Haiquan，et al.Sedimentary evolution and reservoir distribution of northern Upper Yangtze plate in Sinian-Early Paleozoic［J］.Acta Petrologica Sinica，2011，27(3):673-680］

10 陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.陜西省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社，1989［Bureau of Geology and Mineral Resources of Shanxi Province.Regional Geology of Shanxi Province［M］.Beijing:Geological Publishing House，1989］

11 李增學，魏久傳，徐繼峰，等.煤地質(zhì)學［M］.北京:地質(zhì)出版社，2009:1-26［Li Zengxue，Wei Jiuchuan，Xu Jifeng，et al.Coal Geology［M］.Beijing:Geological Publishing House，2009:1-26］

12 韓德馨，等.中國煤巖學［M］.北京:中國礦業(yè)大學出版社，1996［Han Dexin，et al.Chinese Coal Petrology［M］.Beijing:China University of Mining Press，1996］

13 馮增昭.我國古地理學的形成、發(fā)展、問題和共識［J］.古地理學報，2003，5(2):129-141［Feng Zengzhao.Origin，development，problems and common viewpoint of palaeogeography of China［J］.Journal of Palaeogeography，2003，5(2):129-141］

14 馮增昭，彭勇民，金振奎，等.中國南方寒武紀巖相古地理［J］.古地理學報，2001，3(1):1-14［Feng Zengzhao，Peng Yongmin，Jin Zhenkui，et al.Lithofacies palaeogeography of the Cambrian in south China［J］.Journal of Palaeogeography，2001，3(1):1-14.］

15 馮增昭.從定量巖相古地理學談華南地區(qū)海相地層油氣勘探［J］.古地理學報，2005，7(1):1-11［Feng Zengzhao.Discussion on petroleum exploration of marine strata in South China from quantitative lithofacies palaeogeography［J］.Journal of Palaeogeography，2005，7(1):1-11］

16 牟傳龍，梁薇，周懇懇，等.中上揚子地區(qū)早寒武世(紐芬蘭世—第二世)巖相古地理［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2012，32(3):42-53［Mou Chuanlong，Liang Wei，Zhou Kenken，et al.Sedimentary facies and palaeogeography of the middle-upper Yangtze area during the Early Cambrian(Terreneuvian-Series 2)［J］.Sedimentary Geology and Tethyan Geology，2012，32(3):42-53］

17 牟傳龍，王瑞華，譚欽銀，等.揚子地塊北緣晚二疊世長興期巖相古地理［J］.地學前緣，2011，18(4):1-8［Mou Chuanlong，Wang Ruihua，Tan Qinyin，et al.The lithofacies paleography of the northern margin of Yangtze Block in Changxing Phase of Late Permian［J］.Earth Science Frontiers，2011，18(4):1-8］

18 張滿郎，謝增業(yè)，李熙喆，等.四川盆地寒武紀巖相古地理特征［J］.沉積學報，2010，28(1):128-139［Zhang Manlang，Xie Zengye，Li Xizhe，et al.Characteristics of lithofacis palaeogeography of Cambrian in Sichuan Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2010，28(1):128-139］