劉奇，王金娜，傅錨，賈雨華，王新宇，王德海

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春130061

0 引言

新元古代是地史中隱生宙向顯生宙過渡的重要階段，也是地球構(gòu)造變動(dòng)最深刻的階段，受Rodinia超大陸匯聚旋回的影響，發(fā)育有一系列特征明顯的沉積事件[1]—臼齒碳酸鹽巖事件、疊層石衰減事件等，具有區(qū)域性乃至全球性對(duì)比意義。

吉林南部地區(qū)新元古界發(fā)育完整、出露連續(xù)、沉積類型多樣、相帶劃分清晰。近年來，相關(guān)學(xué)者對(duì)區(qū)內(nèi)新元古界碳酸鹽巖開展了大量研究工作[2,3]，涉及沉積事件的成因、存在時(shí)限和區(qū)域?qū)Ρ鹊?。但是針?duì)本地區(qū)碳酸鹽巖沉積演化的研究相對(duì)匱乏，因此開展吉南地區(qū)碳酸鹽巖沉積模式的研究尤為迫切。

本次研究對(duì)象為吉林南部地區(qū)青溝子剖面，在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)測剖面資料，進(jìn)行吉南地區(qū)新元古界碳酸鹽巖沉積演化過程的研究，總結(jié)碳酸鹽巖沉積相模式，為進(jìn)一步分析沉積事件的成因和演化規(guī)律提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

吉林白山地區(qū)位于長白山西側(cè)，龍崗山脈和老嶺山脈斜貫全境，屬于吉林渾江地層分區(qū)。大地構(gòu)造位置處于華北地臺(tái)東北緣的中朝準(zhǔn)地臺(tái)區(qū)，北部為龍崗古陸南緣，南部為NNE向展布的遼吉古元古代造山帶(圖1)[4,5]。

研究區(qū)在地質(zhì)歷史時(shí)期，經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)作用和強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在晚太古代時(shí)期，地殼經(jīng)受強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，伴隨海底火山噴發(fā)和基性巖漿的侵入以及區(qū)域變質(zhì)作用等，經(jīng)歷太古代末期的阜平運(yùn)動(dòng)，形成中朝準(zhǔn)地臺(tái)的基底雛形，進(jìn)入地槽發(fā)育階段。再經(jīng)過中元古代末期的中條運(yùn)動(dòng)，中朝準(zhǔn)地臺(tái)的基底固結(jié)，結(jié)束地槽階段，轉(zhuǎn)入地臺(tái)發(fā)育時(shí)期[6]。在新元古代時(shí)期，中朝準(zhǔn)地臺(tái)進(jìn)入穩(wěn)定克拉通階段[7]，表現(xiàn)為平穩(wěn)的垂直升降運(yùn)動(dòng)，本時(shí)期海侵--海退事件頻發(fā)，罕有火山活動(dòng)和區(qū)域變質(zhì)作用；在這種背景下，沉積了一套陸表海環(huán)境的沉積，底部表現(xiàn)為濱淺海碎屑巖沉積，上部既發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地緩坡沉積，又發(fā)育臺(tái)地邊緣礁灘沉積[8]。

2 碳酸鹽巖分布

吉林南部地區(qū)新元古界地層分布在通化、白山和柳河等地區(qū)(圖1)；新元古界劃分為青白口系和震旦系，研究區(qū)碳酸鹽巖沉積主要分布于震旦系中，自下而上為萬隆組、八道江組和青溝子組。

2.1 萬隆組

萬隆組是長春地質(zhì)學(xué)院區(qū)測隊(duì)于1965年所建[6]，本次在青溝子剖面測得厚度597 m，下段為中厚層砂屑灰?guī)r、中薄層泥巖和泥灰?guī)r互層，底部發(fā)育薄層泥晶灰?guī)r和泥巖，砂屑灰?guī)r單層厚度0.5～2.5 m，泥巖單層厚度1～2.5 m，泥灰?guī)r單層厚度1～3 m，泥晶灰?guī)r單層厚度0.5～1 m；中段為深灰色中薄層泥灰?guī)r和砂屑灰?guī)r互層，夾黃色泥巖和泥晶灰?guī)r，泥灰?guī)r單層厚度1～2 m，砂屑灰?guī)r單層厚度0.5～1 m，黃色泥巖層厚8 m，泥晶灰?guī)r層厚3 m，泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r中大量發(fā)育條帶狀臼齒構(gòu)造，砂屑灰?guī)r中可見碎屑狀臼齒構(gòu)造；上段為灰色中厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，灰?guī)r單層厚度3～5 m，泥灰?guī)r單層厚度1～3 m，泥晶灰?guī)r單層厚度1～1.5 m，本段臼齒構(gòu)造發(fā)育較少，波痕、干裂及交錯(cuò)層理大量發(fā)育，頂部可見紋層泥晶灰?guī)r、泥灰?guī)r和黃色泥巖組成的風(fēng)化殼，厚度1.5 m；與上覆八道江組呈風(fēng)化殼不整合接觸[9]。

2.2 八道江組

八道江組由長春地質(zhì)學(xué)院吉南區(qū)測隊(duì)在1960年建立[6]，本次在青溝子剖面測得厚度288 m，巖性以疊層石灰?guī)r為主。下段為淺灰色薄層夾紋層狀泥晶灰?guī)r與中厚層疊層石灰?guī)r互層，疊層石規(guī)模向上變小且密集，泥晶灰?guī)r單層厚度0.5～2 m，灰?guī)r單層厚度0.8～1.5 m；中段主要為灰白色疊層石灰?guī)r，形態(tài)上表現(xiàn)為柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀交替出現(xiàn)，柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.8～2.5 m，分叉柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.5～1.8 m，緩波狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.3～0.9 m，穹狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.2～0.5 m；上段為淺灰色分叉柱狀疊層石灰?guī)r夾中薄層緩波狀、柱狀疊層石灰?guī)r，向上變?yōu)榉植嬷鶢畀B層石灰?guī)r，頂部為薄層柱狀疊層石灰?guī)r，分叉柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度1.2～3 m，緩波狀疊層石灰?guī)r單層厚度2～3 m，柱狀疊層石灰?guī)r單層厚度0.5～1.8 m；與上覆青溝子組呈整合接觸(圖2)。

2.3 青溝子組

青溝子組由長春地質(zhì)學(xué)院吉南區(qū)測隊(duì)在1965年建立[6]，本次在青溝子剖面測得厚度80 m。下段為深灰色厚層角礫狀灰?guī)r和灰黑色厚層灰?guī)r，角礫灰?guī)r層厚16 m，灰黑色灰?guī)r層厚9 m；中段為灰黃色中薄層菱鐵礦化白云巖與黑色頁巖互層，白云巖單層厚0.5～1.8 m，頁巖單層厚0.3～1.6 m；上段為黑色中厚層頁巖與中薄層菱鐵礦化白云質(zhì)灰?guī)r互層，白云質(zhì)灰?guī)r單層厚0.5～3.6 m，頁巖單層厚0.5～2.7 m，偶見灰?guī)r透鏡體，發(fā)育大量微古生物化石，與上下相鄰地層均為整合接觸。

3 碳酸鹽巖沉積相類型

自20世紀(jì)以來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳酸鹽巖沉積環(huán)境的劃分標(biāo)準(zhǔn)存在爭議，Wilson結(jié)合古代和現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積模式的研究成果，提出9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相帶的劃分方案，建立了碳酸鹽巖綜合沉積模式[10]。中國地質(zhì)學(xué)家關(guān)士聰在Wilson相模式基礎(chǔ)上，將碎屑巖和碳酸鹽巖沉積作用聯(lián)系起來，提出了適用于中國古代海域沉積環(huán)境的模式圖[11]。之后，Tucker在Wilson的沉積相模式基礎(chǔ)上，將碳酸鹽巖沉積作用和沉積環(huán)境相結(jié)合提出適用于陸表海碳酸鹽巖的相模式[12]。

筆者結(jié)合Wilson、Tucker和關(guān)士聰?shù)鹊某练e模式，在野外實(shí)測剖面和薄片觀察基礎(chǔ)上，綜合分析研究區(qū)碳酸鹽巖沉積特征，發(fā)現(xiàn)本區(qū)的沉積環(huán)境具有由緩斜坡向臺(tái)地轉(zhuǎn)化的趨勢，因此將研究區(qū)劃分為碳酸鹽巖臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、臺(tái)地緩坡和盆地4個(gè)相區(qū)，并進(jìn)一步識(shí)別出局限臺(tái)地、臺(tái)地邊緣生物礁灘、淺緩坡、中緩坡、深緩坡和深水盆地6種沉積亞相類型。

3.1 碳酸鹽巖臺(tái)地

在研究區(qū)內(nèi)主要識(shí)別出局限臺(tái)地相，該沉積相帶是指臺(tái)緣礁向內(nèi)陸一側(cè)閉塞、低能的海岸地帶，水體經(jīng)臺(tái)地邊緣高地勢的消能作用之后，能量較低，水體循環(huán)受限，鹽度較高。局限臺(tái)地主要發(fā)育潮坪、瀉湖亞相。

當(dāng)海平面相對(duì)下降，臺(tái)地邊緣生物礁體暴露出水面，發(fā)育潮坪沉積，其中潮上帶發(fā)育泥晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，即在礁后局限環(huán)境下，氣候干熱，由毛細(xì)管濃縮作用形成的高鎂鹵水交代灰泥巖引起準(zhǔn)同生白云巖化，可看做臺(tái)地暴露的標(biāo)志；潮下帶部分即為瀉湖亞相，環(huán)境閉塞，能量極低，巖石類型主要為薄層黑色頁巖。

3.2 臺(tái)地邊緣

該相帶位于臺(tái)地緩坡與局限臺(tái)地之間，臺(tái)地邊緣相是深水沉積和淺水沉積的轉(zhuǎn)換帶，通常沉積界限面在浪基面之上，水動(dòng)力條件較強(qiáng)屬于潮下高能相帶[13]，研究區(qū)發(fā)育生物礁和淺灘2種亞相，巖性以疊層石灰?guī)r和顆?；?guī)r為主。筆者認(rèn)為礁、灘相存在共生關(guān)系，在強(qiáng)烈的波浪作用下，礁體被擊碎成小塊，經(jīng)水流搬運(yùn)到礁體內(nèi)側(cè)或外側(cè)，形成淺灘。由于這種淺灘的沉積物來源于礁體，兩者構(gòu)成一個(gè)相互轉(zhuǎn)化的沉積體系[14]；因此本文建立礁灘復(fù)合體沉積模式，對(duì)研究區(qū)臺(tái)緣礁、灘相進(jìn)行沉積微相的分析。

根據(jù)沉積物的特征和古地形分析，將臺(tái)地邊緣礁灘復(fù)合體劃分為礁前斜坡、礁核、礁間和礁后灘。

礁前斜坡位于生物礁靠臺(tái)地斜坡一側(cè)，主要為重力流滑塌沉積，當(dāng)礁體垂向生長過大，受風(fēng)浪和潮汐作用破碎成礁體碎塊，這些塊體受重力作用下滑落到礁前斜坡處，巖性以角礫狀灰?guī)r、柱狀疊層石灰?guī)r為主，可見含硅質(zhì)灰?guī)r(圖3a)。由于礁前斜坡地形平緩，與臺(tái)地斜坡的地形特征難以區(qū)分，只能依靠巖性組合進(jìn)行區(qū)分。

a.含硅質(zhì)灰?guī)r，八道江組；b.柱狀疊層石灰?guī)r，可見檐，八道江組；c.柱狀疊層石灰?guī)r，頂面同心圓狀，八道江組；d.分叉柱狀疊層石灰?guī)r，八道江組；e.波狀層理，萬隆組；f.臼齒構(gòu)造，萬隆組；g.砂屑灰?guī)r，萬隆組；h.深灰色致密灰?guī)r，夾薄層粉砂質(zhì)泥灰?guī)r，萬隆組；i.泥晶灰?guī)r與泥灰?guī)r互層，萬隆組圖3 白山地區(qū)青溝子剖面典型野外沉積特征Fig.3 Sedimentary characteristics of typical Qinggouzi outcrop section in Baishan area

礁核是生物礁對(duì)抗波浪和潮汐作用的主體部分，主要由原地生長的疊層石灰?guī)r組成。礁體在(波浪作用間歇期)正常浪基面之上的部分成層性較差，以柱狀疊層石為主(圖3b,c)，含少量緩波狀和分叉柱狀，在正常浪基面之下的部位以緩波狀和穹隆狀為主。

礁間指生物礁之間水體較深的沉積環(huán)境，由于受到礁體的障蔽作用，沉積物的粒度細(xì)，巖性以深灰色泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r為主，屬于低能潮下環(huán)境。

礁后淺灘位于生物礁體靠近臺(tái)地一側(cè)，呈席狀分布，向臺(tái)地內(nèi)側(cè)過渡為局限臺(tái)地相，由于受礁體遮擋作用，水體深度較淺，波浪作用削弱嚴(yán)重，間歇暴露期變長，屬于淺水低能環(huán)境，巖性主要以分叉柱狀疊層石灰?guī)r為主(圖3d)，柱間以顆粒灰?guī)r充填。

3.3 臺(tái)地緩坡

臺(tái)地斜坡位于臺(tái)地邊緣和盆地之間，是臺(tái)地周圍地形上具有坡度的深水沉積環(huán)境，一般來說，臺(tái)地邊緣生物礁代表高能臺(tái)緣，與其相連的斜坡類型通常為陡坡或陡崖。但是經(jīng)過野外實(shí)測剖面發(fā)現(xiàn)，整個(gè)斜坡環(huán)境缺乏重力流滑塌沉積、生物擾動(dòng)作用較弱，在灰?guī)r中發(fā)育形態(tài)多樣的臼齒構(gòu)造，水平紋層及波狀層理發(fā)育(圖3e，f)，具有典型的緩坡沉積特征。

結(jié)合前人對(duì)吉遼徐淮地區(qū)沉積環(huán)境的研究成果及事件沉積的特征，分析本地區(qū)碳酸鹽巖臺(tái)地具有前緣發(fā)育深水陸棚性質(zhì)的非常寬緩的斜坡特征，進(jìn)而識(shí)別出淺緩坡、中緩坡和深緩坡3種亞相[2,7]。主要巖石類型為泥頁巖、砂屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r和泥灰?guī)r等(圖3g-i)。

3.4 盆地

研究區(qū)盆地類型為深水盆地，水體深、能量低，發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)、水平層狀的暗色泥巖、泥晶灰?guī)r夾薄層砂質(zhì)、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r等，水平層理發(fā)育，生物擾動(dòng)作用較弱。

4 碳酸鹽巖沉積相模式

由于臺(tái)地邊緣生物礁、灘的演化對(duì)碳酸鹽巖臺(tái)地的類型起主導(dǎo)作用，結(jié)合研究區(qū)碳酸鹽巖分布特征和剖面實(shí)測資料，以及Tucker的相模式分類方案，提出以發(fā)育局限臺(tái)地--臺(tái)緣礁灘--臺(tái)地緩坡沉積相帶組合為特征的“封閉型鑲邊緩坡臺(tái)地”沉積模式(圖4)。

模式中由淺到深的相帶展布格局為局限臺(tái)地--臺(tái)地邊緣生物礁、灘--臺(tái)地緩坡--盆地。該沉積模式的特點(diǎn)是在正常浪基面和平均海平面之間存在高能的臺(tái)地邊緣--大型的疊層石礁灰?guī)r，而且疊層石礁灰?guī)r分布連續(xù)密集，導(dǎo)致臺(tái)地內(nèi)水循環(huán)受阻，加之地形的平緩，形成閉塞的局限臺(tái)地環(huán)境，發(fā)育瀉湖和潮坪亞相，主要巖性為泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖等；在臺(tái)緣向盆地一側(cè)，以發(fā)育深水陸棚性質(zhì)的緩斜坡為特征，主要沉積砂屑灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r等；在盆地內(nèi)部主要沉積紋層狀泥晶灰?guī)r和黑色頁巖。

圖4 萬隆組—青溝子組緩坡臺(tái)地沉積相模式Fig.4 Sedimentary facies model of gentle slope platform of Wanlong Formation--Qinggouzi Formation

圖5 青溝子剖面新元古代碳酸鹽巖沉積演化模式Fig.5 Sedimentary evolution model of Neoproterozoic carbonate rocks in Qinggouzi section

5 碳酸鹽巖沉積演化

隨著燕遼裂谷盆地的消亡和隆升，中朝板塊在新元古代進(jìn)入穩(wěn)定克拉通階段，古構(gòu)造演化表現(xiàn)為波狀隆升與拗陷呈周期性變化，沉積盆地的沉降與隆起呈近南北向的展布[1]。隨著沉積盆地中心向東南方向遷移，中朝板塊的青白口系—震旦系地層以吉遼皖南一帶發(fā)育。盆地內(nèi)的碳酸鹽巖沉積以克拉通碳酸鹽巖臺(tái)地及臺(tái)緣緩坡沉積為主，此時(shí)期盆地的沉積充填序列與特征受控于海平面的升降變化[15]并表現(xiàn)為由緩坡型臺(tái)地向鑲邊型臺(tái)地演化的過程。按地質(zhì)時(shí)期可劃分為4個(gè)沉積演化階段(圖5)。

5.1 萬隆組時(shí)期

研究區(qū)位于吉南渾江坳陷，在萬隆組時(shí)期地殼開始沉降，而且相對(duì)海平面快速上升，早期的坳陷很快被海水淹沒，形成了半深水斜坡環(huán)境，具有開闊臺(tái)地--臺(tái)地緩坡--深水盆地沉積相組合特征的緩坡型臺(tái)盆體系(圖5a)，在水體較淺的開闊臺(tái)地內(nèi)發(fā)育小型臺(tái)內(nèi)灘；至萬隆組高水位時(shí)期，隨著相對(duì)海平面下降，臺(tái)地向陸棚一側(cè)水體快速變淺，開始發(fā)育開闊臺(tái)地--臺(tái)緣礁、灘過渡相帶，向盆地一側(cè)仍然為緩坡臺(tái)地和深水海盆沉積環(huán)境；此時(shí)臺(tái)地類型由前期的緩坡型臺(tái)地向鑲邊型臺(tái)地轉(zhuǎn)化(圖5b)。

5.2 八道江組時(shí)期

隨著萬隆組時(shí)期海侵結(jié)束，受區(qū)域性海平面下降影響，研究區(qū)進(jìn)入緩慢而穩(wěn)定的海退期，有利于淺水碳酸鹽巖沉積，在臺(tái)地邊緣區(qū)造礁速度最快，臺(tái)地邊緣礁、灘建隆程度達(dá)到頂峰，導(dǎo)致開闊臺(tái)地轉(zhuǎn)變?yōu)樗h(huán)受限的局限臺(tái)地，形成了局限臺(tái)地--臺(tái)地邊緣礁灘--臺(tái)地斜坡--深水盆地沉積相組合特征的鑲邊臺(tái)盆體系，臺(tái)地邊緣相區(qū)向盆地相區(qū)進(jìn)積(圖5c)。

5.3 青溝子組時(shí)期

本時(shí)期地殼緩慢上升，海平面繼續(xù)下降，隨著海水的退出，臺(tái)地間的淺灘間歇性露出水面，伴隨著氣候的干旱炎熱，發(fā)育以白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主的潮坪沉積和黑色泥巖為主的閉塞瀉湖沉積，臺(tái)緣相區(qū)向盆地相進(jìn)積(圖5d)。

綜上，吉林南部震旦系萬隆組—青溝子組時(shí)期整體上經(jīng)歷一次完整的海侵--海退沉積旋回，同時(shí)經(jīng)歷了碳酸鹽巖緩坡型臺(tái)地--鑲邊型臺(tái)地的動(dòng)態(tài)演化過程。

6 沉積事件分析

6.1 臼齒碳酸鹽巖事件

臼齒碳酸鹽巖事件泛指在碳酸鹽巖中發(fā)育形似大象牙齒狀的沉積構(gòu)造，因而定名為臼齒構(gòu)造(Molar--Tooth Structure，簡稱MT)，首次發(fā)現(xiàn)于北美碳酸鹽巖群中[16]，迄今為止在全球范圍均有發(fā)現(xiàn)，在中國的天津薊縣、吉遼徐淮等地區(qū)呈現(xiàn)一定規(guī)模[17]。

目前，臼齒構(gòu)造的形成機(jī)制包括無機(jī)成因、有機(jī)成因和生物--地球化學(xué)成因3種[18--26]，但是上述成因模式均存在局限性，不適用于解釋全球范圍內(nèi)的臼齒碳酸鹽巖。普遍認(rèn)為臼齒構(gòu)造是中、新元古代淺水碳酸鹽巖斜坡環(huán)境的產(chǎn)物，成巖作用具有獨(dú)特性，形成于早期成巖作用階段的軟泥中[2]；受Rodinia超大陸裂解的影響，在新元古代末期地球進(jìn)入冰川期，臼齒碳酸鹽巖因成巖環(huán)境被破壞而消亡[27]。

6.1.1 臼齒構(gòu)造宏觀特征

研究區(qū)的萬隆組臼齒構(gòu)造十分發(fā)育，形態(tài)多樣，按形態(tài)--成因命名法可劃分為原地型和異地型2類[28,29]。

原地型臼齒構(gòu)造可分為：絲狀、條帶狀、瘤狀。絲狀臼齒構(gòu)造常發(fā)育在泥晶灰?guī)r中，少見于砂屑灰?guī)r，長2～8 cm，寬1～2 mm，與層面呈垂直或斜交(圖6a)；條帶狀臼齒構(gòu)造賦存巖石類型復(fù)雜，有泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖和風(fēng)暴礫屑灰?guī)r等；因而形態(tài)多樣，具有平直帶狀、彎曲褶皺狀和短柱狀等，是臼齒構(gòu)造的主要形態(tài)(圖6b)；長度介于2～15 cm，寬2～6 mm，呈平行、垂直和斜交分布于地層中。瘤狀臼齒構(gòu)造主要發(fā)育在泥晶灰?guī)r中，直徑1～2 cm，常與絲狀臼齒構(gòu)造出現(xiàn)在同一層位中(圖6c)。

a.臼齒構(gòu)造與地層的接觸關(guān)系，以垂直和斜交層面為主；b.彎曲褶皺狀臼齒構(gòu)造，發(fā)育在砂屑灰?guī)r中；c.絲狀和瘤狀臼齒構(gòu)造，發(fā)育在泥晶灰?guī)r中；d.異地碎屑?jí)K狀臼齒構(gòu)造，經(jīng)搬運(yùn)后再沉積；e.微亮晶條帶與基質(zhì)的界線清晰，呈突變接觸，單偏光，×40；f.微亮晶中的黃鐵礦晶體，單偏光，×40.圖6 研究區(qū)臼齒構(gòu)造宏觀特征和微觀特征Fig.6 Macroscopic and microscopic characteristics of molar-tooth structure in study area

異地型臼齒構(gòu)造主要為臼齒構(gòu)造被破壞成碎屑?jí)K狀(圖6d)，經(jīng)過搬運(yùn)再堆積，磨圓度較高，賦存于風(fēng)暴礫屑灰?guī)r中。

6.1.2 臼齒構(gòu)造微觀特征

通過對(duì)萬隆組薄片觀察發(fā)現(xiàn)，臼齒構(gòu)造碳酸鹽巖由微亮晶方解石條帶與基質(zhì)組成；兩者的成分和結(jié)構(gòu)有明顯的不同，臼齒條帶充填于裂縫及孔隙中，微亮晶方解石顆粒表現(xiàn)為純凈半透明，粒度均勻的橢球形，直徑范圍5～15 μm；基質(zhì)多為不純的泥晶方解石、粉晶方解石組成，表現(xiàn)為暗色中粗粒的不規(guī)則多邊形碳酸鹽巖顆粒，通常含有少量黏土物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及陸源碎屑組分[30]。微亮晶方解石條帶與基質(zhì)之間具有清晰分明的界線(圖6e)，呈突變接觸。

研究表明微亮晶方解石的87Sr/86Sr比值明顯低于圍巖方解石，表明微亮晶方解石比圍巖固結(jié)早，當(dāng)微亮晶方解石快速結(jié)晶時(shí)，基質(zhì)尚未固結(jié)；部分微亮晶條帶中包含基質(zhì)組分和黃鐵礦晶體(圖6f)，基質(zhì)中可觀察到微亮晶方解石特征；并且臼齒構(gòu)造通常使紋層發(fā)生錯(cuò)段，牽引變形[31]，經(jīng)受壓實(shí)作用形成褶皺腸狀，揭示了微亮晶條帶與基質(zhì)為準(zhǔn)同生階段。

6.1.3 沉積環(huán)境與沉積模式

在吉林白山青溝子剖面，萬隆組發(fā)育臼齒構(gòu)造。已有研究表明，臼齒構(gòu)造形成并發(fā)育于穩(wěn)定克拉通臺(tái)地邊緣緩坡沉積環(huán)境，受控于海平面的升降和陸源物質(zhì)的供給條件及氣候的周期性變化，并進(jìn)一步劃分為淺緩坡相、中緩坡相和深緩坡相。

深緩坡相包含鈣質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r與風(fēng)暴礫屑灰?guī)r，發(fā)育水平層理、塊狀層理；臼齒構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為小型條帶狀和絲狀，以及異地碎屑狀的組合。

中緩坡相包含中厚層泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r和泥灰?guī)r等，也可見風(fēng)暴礫屑灰?guī)r，發(fā)育丘狀交錯(cuò)層理、水平層理、塊狀層理；臼齒構(gòu)造在該相帶中十分發(fā)育，形態(tài)多樣，有絲狀、條帶狀、彎曲褶皺狀以及異地碎屑狀的組合。

淺緩坡相包含砂屑灰?guī)r、塊狀灰?guī)r、泥灰?guī)r、柱狀疊層石灰?guī)r以及陸源碎屑組分等，可見沖刷--充填構(gòu)造、灰?guī)r透鏡體、水平層理、塊狀層理等；臼齒構(gòu)造發(fā)育在砂屑灰?guī)r和泥灰?guī)r中，呈彎曲褶皺狀、條帶狀。

依據(jù)臼齒構(gòu)造沉積模式(圖7)，萬隆組中臼齒構(gòu)造的沉積環(huán)境為碳酸鹽巖臺(tái)地緩坡，由深緩坡、中緩坡和淺緩坡3個(gè)單元組成。隨著水體由深變淺，臼齒形態(tài)呈瘤狀--碎屑狀--絲狀--條帶狀--褶皺狀的演化過程；臼齒構(gòu)造主要發(fā)育于中緩坡相。

6.2 疊層石衰減事件

疊層石是由藍(lán)細(xì)菌等底棲微生物群，通過微生物活動(dòng)和沉積作用結(jié)合形成的明暗相間紋層狀碳酸鹽巖。最早發(fā)現(xiàn)的疊層石化石距今35億a，繁盛于中、新元古代，在前寒武系末期發(fā)生衰減，是前寒武系時(shí)期地球上重要的微生物生態(tài)系統(tǒng)，疊層石常作為古環(huán)境和古氣候的指示器[32]和地層對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)化石。

疊層石的發(fā)育是一個(gè)長期的過程，可劃分為5個(gè)階段[33]:太古宙—元古宙增長期(2 000 Ma)、中--新元古代繁盛期(1 250～1 000 Ma)、新元古代衰減期(675 Ma)、寒武紀(jì)—早奧陶世復(fù)蘇期(450 Ma)和后顯生宙的衰退期。此外，梅冥相依據(jù)天津薊縣高于莊組三段的非疊層石碳酸鹽巖序列[34]，提出在1 450 Ma發(fā)生過一次疊層石衰減事件，并與北美中元古代地層沉積序列相互印證。

6.2.1 疊層石類型

研究區(qū)八道江組地層處于新元古代衰減期，疊層石含量十分豐富，個(gè)體形態(tài)清晰，類型多樣，表現(xiàn)為緩波狀、穹狀、柱狀和分叉柱狀等。

緩波狀疊層石是八道江組疊層石的主要形態(tài)，相比于層狀疊層石，兩者在水平延伸方向上很廣，但是緩波狀疊層石紋層波狀起伏，呈現(xiàn)出較好的波形曲線．其波長多在15～20 cm，波高在5～10 cm(圖8a); 其單層厚度一般<2 mm，層厚從20～40 cm。波狀疊層石在研究區(qū)常出露于柱狀疊層石的上下層位中；屬于層狀疊層石和柱狀疊層石之間的過渡類型。

穹狀疊層石八道江組穹狀疊層石出露較少，以向上凸起的穹隆狀為特征，區(qū)別于緩波狀疊層石。隆起高度差異較大，穹狀寬度在5～10 cm之間(圖8b)。丘狀疊層石的紋層厚度明顯大于緩波狀疊層石，且暗層厚度大于明層。

柱狀疊層石在八道江組的多個(gè)分層中均有發(fā)育，頂面呈同心橢圓形，為不分叉的圓柱體，部分柱體可見檐，單個(gè)柱體直徑介于2～5 cm，高10 cm±，紋層細(xì)密，暗層厚度大于亮層(圖8c)；柱體間可見砂屑灰?guī)r，圍巖中含泥晶灰?guī)r、少量生物碎屑及陸源碎屑等。

分叉柱狀疊層石研究區(qū)分叉柱狀疊層石根部為單一柱狀，與柱狀疊層石類似；上部呈分枝狀，每個(gè)枝體的形態(tài)大小及紋層特征亦與柱狀疊層石類似(圖8d)。

a.緩波狀疊層石；b.穹狀疊層石；c.柱狀疊層石；d.分叉柱狀疊層石圖8 研究區(qū)疊層石宏觀形態(tài)特征Fig.8 Macroscopic morphological characteristics of stromatolites in study area

6.2.2 沉積環(huán)境與沉積模式

研究區(qū)八道江組厚度約248 m，按疊層石的發(fā)育形態(tài)分為14個(gè)層(圖2)，根據(jù)疊層石的類型結(jié)合各層巖性特征，對(duì)各種疊層石的沉積環(huán)境進(jìn)行分析。

緩波狀疊層石常與柱狀疊層石呈互層出現(xiàn)，圍巖中含泥質(zhì)條帶，反映了水動(dòng)力較弱的礁核環(huán)境，根據(jù)緩波狀的規(guī)?？蛇M(jìn)一步區(qū)分水體環(huán)境為礁核上部或礁核下部環(huán)境[35,36]。

穹狀疊層石相比緩波狀疊層石所處的水動(dòng)力條件要更強(qiáng)一些，所處沉積環(huán)境為礁核下部。

柱狀疊層石柱狀疊層石圍巖變化大，常伴生磨圓程度好的碎屑狀灰?guī)r，反映了水動(dòng)力條件較強(qiáng)的礁核和礁后灘環(huán)境。

分叉柱狀疊層石由于根部柱狀疊層石在礁后灘無水期發(fā)生干裂，再發(fā)育逐漸形成頂部分枝，其圍巖變化類似于柱狀疊層石，處于礁后灘或礁核上部環(huán)境。

由八道江組疊層石的沉積模式(圖9)可以看出，疊層石是臺(tái)緣生物礁環(huán)境的產(chǎn)物，集中發(fā)育在礁核和礁后灘中，其形態(tài)從下到上表現(xiàn)為：柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀、分叉柱狀、穹狀、緩波狀和分叉柱狀，水體深淺呈頻繁變化的旋回過程，反映了該時(shí)期屢次經(jīng)歷海進(jìn)--海退，發(fā)生至少4次水體升降過程。

圖9 研究區(qū)疊層石沉積模式圖Fig.9 Stromatolites sedimentary model sketch in study area

7 結(jié)論

(1)以研究區(qū)萬隆組—青溝子組碳酸鹽巖沉積相特征為依據(jù)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和沉積背景，確定該地層單元屬于碳酸鹽巖臺(tái)地沉積體系，識(shí)別出局限臺(tái)地、臺(tái)地邊緣生物礁灘、淺緩坡、中緩坡、深緩坡和盆地等6種沉積亞相類型，其中在臺(tái)地邊緣礁、灘復(fù)合體系，可進(jìn)一步劃分出礁前斜坡、礁核、礁間和礁后灘4種沉積微相類型。揭示了研究區(qū)經(jīng)歷多期次海進(jìn)--海退旋回過程和“封閉式鑲邊緩斜坡臺(tái)地”沉積模式。

(2)臺(tái)地沉積體系的演化和臺(tái)緣相區(qū)的遷移受海平面升降變化影響。在萬隆組時(shí)期海平面上升，研究區(qū)發(fā)育開闊臺(tái)地—臺(tái)地緩坡—盆地相為組合特征的緩坡型臺(tái)盆體系；八道江組時(shí)期進(jìn)入海退期，研究區(qū)發(fā)育局限臺(tái)地--臺(tái)地邊緣礁灘--臺(tái)地緩坡--盆地相為組合特征的封閉型鑲邊臺(tái)盆體系，盆地水體變淺，臺(tái)緣相區(qū)向盆地進(jìn)積；青溝子組時(shí)期海平面持續(xù)下降，研究區(qū)局限臺(tái)地間歇性暴露水面，臺(tái)緣相區(qū)進(jìn)一步向盆地相區(qū)進(jìn)積，盆地范圍隨之縮小。

(3)研究區(qū)萬隆組臼齒構(gòu)造屬于納米級(jí)微亮晶碳酸鹽巖，廣泛發(fā)育于碳酸鹽巖緩坡環(huán)境，集中發(fā)育在中緩坡，按形態(tài)--成因劃分為原地型絲狀、條帶狀和瘤狀以及異地型碎屑狀。臼齒構(gòu)造形態(tài)隨著水體由深到淺，呈現(xiàn)瘤狀--碎屑狀--絲狀--條帶狀--褶皺狀的演化過程。八道江組疊層石主要發(fā)育于屬于臺(tái)緣礁灘環(huán)境的產(chǎn)物，集中發(fā)育在礁核和礁后灘，本時(shí)期海平面變化頻繁，疊層石形態(tài)自下而上呈柱狀、分叉柱狀、緩波狀、穹狀、分叉柱狀、穹狀、緩波狀和分叉柱狀演化，水體呈現(xiàn)深--淺--深--淺的旋回過程。