王昌勇，劉帥，李胡蝶，常玖，許興斌，范亞楠，曠紅偉

1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059

2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

0 引言

自1984年Mount首次提出“mixed sediments”的概念以來[1]，碳酸鹽沉積與陸源碎屑的混合沉積即受到廣泛的關(guān)注和研究[2-7]?；旌铣练e主要包括“混積巖”[3]和“混積層系”[6]兩種類型[8]，其中，“混積巖”指陸源碎屑與同期沉積的碳酸鹽在結(jié)構(gòu)組分上的混合，其巖石組構(gòu)主要包括陸源碎屑顆粒、生物成因的碳酸鹽顆粒、化學(xué)沉淀的碳酸鹽[9]及黏土等，可根據(jù)黏土、陸源碎屑及碳酸鹽含量進(jìn)一步分為混積巖質(zhì)黏土巖或泥巖、含陸源碎屑—碳酸鹽混積巖、陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖、含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖、碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖等類型[2,10]；而“混積層系”為陸源碎屑巖與碳酸鹽巖互層。多年來的研究表明，我國陸相湖泊相和海相地層中混合沉積均較為發(fā)育[11-20]，但海相地層特別是淺海陸棚沉積中更為常見，在現(xiàn)代大陸架環(huán)境正在發(fā)生[21]。Mount根據(jù)淺海陸棚沉積環(huán)境的不同和混積過程的差異，將混合沉積劃分為間斷混合（或“事件突變沉積混合”）、相混合（或“相緣漸變沉積混合”）、原地混合和母源混合（或“侵蝕再沉積混合”）4種成因類型[1,6,10,22]，其中：間斷混合成因的混積巖成分復(fù)雜、分選較差，通常為風(fēng)暴、地震等突發(fā)事件導(dǎo)致的重力流快速堆積；相混合主要發(fā)生在過渡相環(huán)境，通常與波浪、潮水及沿岸流等作用導(dǎo)致不同類型沉積物的側(cè)向遷移有關(guān)，主要發(fā)生在相邊界附近，形成的混積巖結(jié)構(gòu)和組分與上下巖石呈漸變關(guān)系；原地混合成因的混積巖中碳酸鹽組分主要來自生物碎屑，通常與原地的陸源粉砂及泥質(zhì)形成混合沉積；母源混合主要指早先形成的碳酸鹽巖遭受抬升和侵蝕，并與陸源碎屑一起堆積下來形成的混積巖，不具有環(huán)境指示意義[10]?；旌铣练e的發(fā)育受物源、區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、全球海平面變化、氣候及水動(dòng)力條件等因素影響和控制[13,23-24]，其中豐富的陸源碎屑供給是混合沉積廣泛發(fā)育的主要原因[21]?；旌铣练e在不同地質(zhì)時(shí)代的沉積巖中廣泛發(fā)育，分析混合沉積的構(gòu)造背景、沉積環(huán)境和形成過程，對(duì)區(qū)域構(gòu)造演化分析和巖相古地理恢復(fù)具有重要意義。

本文主要根據(jù)巖石組合及沉積構(gòu)造特征、結(jié)合巖石薄片分析，對(duì)神農(nóng)架地區(qū)神農(nóng)頂剖面亂石溝組—臺(tái)子組沉積相進(jìn)行了研究，分析了其混合沉積成因類型，并通過陰極發(fā)光測(cè)試結(jié)果對(duì)陸源碎屑的來源進(jìn)行了推測(cè)。通過對(duì)神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組混合沉積主控因素分析，建立了亂石溝組—臺(tái)子組混合沉積模式，對(duì)恢復(fù)中元古代神農(nóng)架地區(qū)乃至揚(yáng)子臺(tái)地北緣巖相古地理具有重要意義，同時(shí)也對(duì)了解揚(yáng)子臺(tái)地的構(gòu)造演化過程具有一定的參考價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

神農(nóng)頂剖面位于神農(nóng)架林區(qū)，元古代時(shí)期該區(qū)位于揚(yáng)子克拉通臺(tái)地北緣，北部鄰近南秦嶺造山帶[25-27]（圖1a，b）。神農(nóng)架地區(qū)元古界發(fā)育較為完整、時(shí)間跨度較大，其中，神農(nóng)架群主要為一套海相碳酸鹽巖與陸源碎屑巖互層沉積，其間夾少量輝長輝綠巖、玄武巖、安山巖以及基性火山碎屑巖，其形成時(shí)代主要?dú)w屬于中元古代待建紀(jì)[25,28-29]。神農(nóng)架群屬于神農(nóng)架褶皺基底單元，覆蓋于黃陵結(jié)晶基底的崆嶺高級(jí)變質(zhì)地體之上，但與崆嶺基底的界線至今尚未被發(fā)現(xiàn)[30-31]。由于地層出露不連續(xù)，長期以來神農(nóng)架群內(nèi)部地層劃分和對(duì)比存在較大爭議，最新的研究成果表明神農(nóng)架群依次發(fā)育大巖坪組、馬槽園組、亂石溝組、大窩坑組、礦石山組、臺(tái)子組、野馬河組、溫水河組、石槽河組、送子園組及瓦崗溪組，在神農(nóng)架地區(qū)神農(nóng)架群上部地層遭受不同程度的侵蝕、與南華系蓮沱組及南沱組冰期沉積呈不整合接觸（圖1c）。中元古代神農(nóng)架地區(qū)處于準(zhǔn)穩(wěn)定的海相裂谷背景，發(fā)育（混積）潮坪、（混積）陸棚、斜坡、碳酸鹽緩坡（陸表海）、碳酸鹽巖臺(tái)地等多種沉積相類型，可劃分為3個(gè)大的海平面升降旋回[27]。亂石溝組、大窩

圖1 神農(nóng)架地區(qū)區(qū)域位置及地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻(xiàn)[25￣27]修改）Fig.1 Regional location and geological map of Shennongjia area (modified from references [25￣27])

坑組、礦石山組及臺(tái)子組屬于中元古界上部地層[25-26,,32-34]，在神農(nóng)頂剖面出露較為完整，巖石類型豐富，主要發(fā)育泥微晶白云巖、疊層石白云巖、砂屑白云巖、礫屑白云巖、鮞粒白云巖、石英砂巖與泥巖等巖石類型（圖2~4），具有混合沉積的特點(diǎn)。亂石溝組、大窩坑組及礦石山組為淺水碳酸鹽臺(tái)地相沉積，而對(duì)臺(tái)子組特別是其石英砂巖形成環(huán)境仍然存在較大爭議[27,33,35]，亂石溝組—臺(tái)子組混積類型和特征存在較大差異，混積模式與各時(shí)期沉積環(huán)境存在密切聯(lián)系。

2 沉積構(gòu)造特征

神農(nóng)頂剖面亂石溝組—臺(tái)子組發(fā)育豐富的層理構(gòu)造、層面構(gòu)造及生物成因構(gòu)造，不同層位沉積構(gòu)造組合存在較大差異（圖2）。

（1） 亂石溝組沉積構(gòu)造

亂石溝組下段灰色泥微晶白云巖中發(fā)育球狀疊層石（圖2，照片①）及柱狀疊層石（圖2，照片④），主要反映水動(dòng)力條件較強(qiáng)的潮下帶及潮間帶環(huán)境；上段紅褐色泥微晶白云巖中發(fā)育大量沙紋層理（圖2，照片②）、波狀層理、水平層理及韻律層理（圖2，照片③），可見雙向交錯(cuò)層理（圖2，照片⑤），主要反映長期暴露、水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的潮上帶環(huán)境。

（2） 大窩坑組沉積構(gòu)造

大窩坑組底部發(fā)育硅質(zhì)礫石層，與下伏亂石溝組沖刷接觸，礫石層具正粒序（圖2，照片⑥），其上鄰層層面發(fā)育浪成波痕（圖2，照片⑦）和帳篷構(gòu)造[35]，反映淺水和間歇暴露的環(huán)境，為潮上帶及潮間帶潮汐水道沉積。大窩坑組局部發(fā)育的鮞粒白云巖（硅化）中發(fā)育大型交錯(cuò)層理（圖2，照片⑧），為潮下帶高能淺灘環(huán)境的產(chǎn)物。大窩坑組疊層石類型豐富，其中波狀疊層石最為發(fā)育，主要反映能量相對(duì)較弱的潮間帶環(huán)境，而少量發(fā)育的紋層狀及錐狀疊層石，則表明其沉積時(shí)期該區(qū)同時(shí)發(fā)育能量較低的潮上帶和水動(dòng)力較強(qiáng)的潮下帶環(huán)境（圖2）。

（3） 礦石山組沉積構(gòu)造

礦石山組白云巖中以發(fā)育大量疊層石為特征，疊層石形態(tài)以柱狀、穹窿狀（圖2，照片⑨）及錐狀（圖2，照片⑩）為主，局部發(fā)育少量層狀疊層石，與亂石溝組及大窩坑組相比，該組疊層石規(guī)模有明顯變大的趨勢(shì)，特別是穹窿狀疊層石的發(fā)育表明其沉積時(shí)期地形起伏變大、疊層石有往生物礁方向發(fā)展的趨勢(shì)，總體反映該沉積時(shí)期研究區(qū)水體加深、能量增強(qiáng)的特征，主要為碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣高能環(huán)境。

（4） 臺(tái)子組沉積構(gòu)造

神農(nóng)頂剖面臺(tái)子組底部主要以一套復(fù)成分礫巖與下伏礦石山組沖刷接觸，礫石磨圓較好，其上過渡為角礫狀白云巖及石英砂巖、礫屑灰?guī)r，角礫及石英砂巖碎屑顆粒分選較差，但礫屑灰?guī)r中礫屑分選及磨圓較好、礫屑呈漂浮狀，其間為泥微晶基質(zhì)充填（圖2，照片?）。臺(tái)子組中段主要為一套透鏡狀石英砂巖夾灰黑色泥巖，石英砂巖中無明顯層理構(gòu)造發(fā)育，其底部發(fā)育渠模及溝模（圖2，照片?），灰黑色泥巖夾層中普遍發(fā)育水平層理（圖2，照片?），局部發(fā)育管狀黃鐵礦集合體（圖2，照片?），其上部普遍與石英砂巖沖刷接觸。臺(tái)子組上段為一套灰黑色泥巖（圖2，照片?），發(fā)育水平層理并富含大量黃鐵礦集合體。薄片分析結(jié)果表明該石英砂巖碎屑顆粒磨圓極好，但分選較差、雜基含量較高（圖4j，k，l），結(jié)合與之共生的灰黑色泥巖中發(fā)育水平層理、黃鐵礦集合體等特征，確定其應(yīng)為較深水強(qiáng)還原環(huán)境下重力流沉積的產(chǎn)物，而非淺水濱岸帶沉積，但石英碎屑極好的磨圓度指示其主要來源于早先形成的濱岸沉積物。

圖2 神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組沉積綜合柱狀圖①球狀疊層石；②沙紋層理；③波狀層理、水平層理及韻律層理；④柱狀疊層石；⑤雙向交錯(cuò)層理；⑥正粒序；⑦波痕；⑧大型交錯(cuò)層理；⑨穹窿狀疊層石；⑩柱狀、錐狀疊層石；?礫石層；?管狀黃鐵礦集合體；?水平層理；?溝模；?灰黑色泥巖Fig.2 Lithology and sedimentary facies of the Luanshigou Formation￣Taizi Formation in Shennongjia area

3 混合組分特征

混合沉積主要包括4種成因類型，其中間斷混合主要與事件搬運(yùn)和異地沉積作用有關(guān)，相混合主要發(fā)生在濱岸—潮坪過渡相帶，原地混合一般發(fā)生在陸源泥為主、生產(chǎn)力較高的潮下帶（可能與藻類活動(dòng)或者無機(jī)碳酸鹽巖的沉積有關(guān)）[1,36]，而母源混合則主要與早期碳酸鹽巖沉積區(qū)的暴露和侵蝕有關(guān)。神農(nóng)頂剖面亂石溝組—臺(tái)子組混合沉積的分布及其成因類型具有以下特征：亂石溝組及大窩坑組下段屬于相混合，主要發(fā)生在潮坪淺水或暴露環(huán)境，以陸源碎屑分散出現(xiàn)在碳酸鹽沉積中為主（圖2，3、圖4a~f）；伴隨相對(duì)海平面的上升和水體逐漸加深，陸源碎屑難以通過波浪及潮流搬運(yùn)至神農(nóng)頂?shù)貐^(qū)，相混合終止，大窩坑組上段及礦石山組主要發(fā)育清水碳酸鹽巖沉積；臺(tái)子組則主要屬于間斷混合沉積，表現(xiàn)為較純的陸源碎屑巖（圖2、圖4g~l）與下伏較純的碳酸鹽巖呈突變接觸，同時(shí)伴隨水體的突然變深，其成因與重力流作用有關(guān)[35]。

圖4 亂石溝組—臺(tái)子組陸源碎屑特征Ⅰ.燧石，由砂屑發(fā)生硅質(zhì)交代而成，陰極發(fā)光下不發(fā)光；Ⅱ.來自巖漿巖的陸源碎屑石英，陰極發(fā)光條件下發(fā)藍(lán)紫色光；Ⅲ.來自巖漿巖的陸源碎屑鉀長石，陰極發(fā)光條件下發(fā)亮藍(lán)色光；Ⅳ.來自變質(zhì)巖的陸源碎屑石英，陰極發(fā)光條件下發(fā)棕褐色光；（a，d，g，j）單偏光；（b，e，h，k）正交偏光；（c，f，i，l）陰極發(fā)光Fig.4 Terrestrial debris, Luanshigou and Taizi Formations

神農(nóng)架地區(qū)元古界碳酸鹽巖地層中含大量石英及燧石等硅質(zhì)碎屑，硅質(zhì)組分主要包括陸源碎屑石英、硅化的碳酸鹽顆粒、脈石英及硅質(zhì)巖巖屑等部分（圖3）：硅化的碳酸鹽顆粒極為常見，大部分磨圓度一般或較差的燧石為砂屑硅化而成（圖3a，b，顆粒Ⅱ；圖3e，f，顆粒Ⅴ），局部見交代殘余的白云石（圖3c，d，顆粒Ⅱ），陰極發(fā)光條件下不發(fā)光（圖4a~f，顆粒Ⅰ），少量具殘余核心的圓形燧石為鮞粒硅化所致（圖3e，f，顆粒Ⅳ）；脈石英主要充填于裂縫中，石英晶粒呈鑲嵌狀排列（圖3a，b，脈體Ⅲ）；而陸源碎屑石英通常為磨圓度較高的砂級(jí)單晶石英（圖3a，b，g，h，顆粒Ⅰ）。除陸源碎屑石英外，大窩坑組下部混合沉積中還含有大量來自陸源的砂級(jí)微斜長石（圖3g，h，顆粒Ⅷ）、鉀長石碎屑顆粒（圖4d~i，顆粒Ⅲ）、沉積硅質(zhì)巖礫石（圖3i，j，顆粒Ⅶ）及花崗巖巖屑（圖3k，l，顆粒Ⅵ）。

圖3 大窩坑組混積巖特征Ⅰ.陸源碎屑石英，單晶，磨圓較好； Ⅱ.硅質(zhì)交代的砂屑（燧石化），部分見交代殘余的白云石；Ⅲ.裂縫充填的脈石英；Ⅳ.硅質(zhì)交代的鮞粒（燧石化），可見殘余鮞粒結(jié)構(gòu)；Ⅴ.硅質(zhì)交代的砂屑（燧石化，部分已重結(jié)晶為石英）；Ⅵ.花崗巖巖屑；Ⅶ.硅質(zhì)巖巖屑，發(fā)育脈石英充填的裂縫；Ⅷ.微斜長石碎屑；（a，c，e，g，i，k）單偏光，茜素紅染色；（b，d，f，h，j，l）正交偏光Fig.3 Characteristics of mixed rocks in the Dawokeng Formation

4 陸源碎屑來源及混積模式

陰極發(fā)光分析對(duì)指示石英來源非常有效[37-38]，亂石溝組、大窩坑組及礦石山組混合沉積中陸源碎屑石英主要具藍(lán)紫色陰極發(fā)光特征，少量具棕褐色發(fā)光特征（圖4），表明其主要來源于巖漿巖，少量來自變質(zhì)巖母巖，結(jié)合微斜長石、鉀長石、紋層狀硅質(zhì)巖等其他陸源組分的出現(xiàn)，推測(cè)亂石溝組—臺(tái)子組沉積時(shí)期神農(nóng)頂?shù)貐^(qū)鄰近古陸，該古陸應(yīng)有大量花崗巖出露，兼有少量變質(zhì)巖及沉積巖母巖供給。

臺(tái)子組石英砂巖底部大量發(fā)育的溝模及渠模走向玫瑰花圖主要指示NNW—SSE方向（圖5）[39]，表明其沉積時(shí)期重力流主要沿該方向流動(dòng)和搬運(yùn)，古陸可能位于神農(nóng)頂剖面的西北面或者南東面。神農(nóng)架基底崆嶺群中部被1.85 Ga的圈椅埫鉀長花崗巖體[40]和1.85 Ga的基性巖脈侵入[41]，表明崆嶺群形成時(shí)代早于1.85 Ga，理論上具有向神農(nóng)架地區(qū)提供陸源碎屑的能力，即：黃陵地區(qū)秭歸—興山一帶可能為中元古代古陸所在位置，但亂石溝組—臺(tái)子組陸源碎屑是否來源于東南部的崆嶺群花崗巖結(jié)晶基底仍有待于更明確的指向構(gòu)造及碎屑鋯石定年等方法進(jìn)一步佐證。

圖5 神農(nóng)頂剖面臺(tái)子組溝模及渠模Fig. 5 Pattern of trenches and channels in Taizi Formation,Shennongding section

亂石溝組及大窩坑組沉積早期，神農(nóng)架地區(qū)屬水體較淺、離古陸較近的陸表海環(huán)境（圖2），風(fēng)暴、波浪、潮水等均能攜帶大量陸源碎屑進(jìn)入碳酸鹽巖沉積區(qū)形成“相混式”混積巖，特別是海平面下降時(shí)期，陸源碎屑更容易穿越臺(tái)地與古陸之間的洼地，因此相混合模式下大量出現(xiàn)的陸源碎屑指示海平面的下降（圖6a）。

大窩坑組沉積晚期及礦石山組沉積時(shí)期，神農(nóng)架地區(qū)水體逐漸加深，神農(nóng)頂一帶以發(fā)育清水碳酸鹽巖沉積為特征，疊層石大量發(fā)育（圖2）。中元古代，神農(nóng)架地區(qū)所在的揚(yáng)子臺(tái)地北緣主要為被動(dòng)大陸邊緣，拉張的構(gòu)造背景導(dǎo)致神農(nóng)架地區(qū)水體不斷加深，在研究區(qū)與古陸之間開始出現(xiàn)較深的洼地，陸源碎屑再難以搬運(yùn)至神農(nóng)頂一帶（圖6b）。

臺(tái)子組沉積時(shí)期，持續(xù)的構(gòu)造拉分作用導(dǎo)致水體進(jìn)一步加深，研究區(qū)已演變?yōu)殛懢壓Ｉ钏h(huán)境，而非濱岸—淺緩坡相[33]，臺(tái)子組“石英砂巖”應(yīng)為碎屑流沉積而非碎屑潮坪，臺(tái)子組暗色泥巖應(yīng)為深水陸棚泥而非潟湖沉積。臺(tái)子組碎屑磨圓好、分選差、雜基含量高的“石英砂巖”主要為不同粒度的淺水濱岸沉積再次搬運(yùn)至異地深水區(qū)堆積的結(jié)果。這一沉積時(shí)期，早前濱岸帶沉積的石英砂巖可能受斷層影響發(fā)生崩塌，大量未固結(jié)的濱岸帶不同亞相帶的砂、粉砂及泥質(zhì)沉積物混雜在一起，并以碎屑流方式向研究區(qū)搬運(yùn)（圖6c），與深水安靜環(huán)境下發(fā)育水平層理的灰黑色泥巖共生，形成了臺(tái)子組間斷式混合沉積的剖面結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖6 神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組沉積模式圖Fig.6 Sedimentary model of Luanshigou Formation￣Taizi Formations, Shennongjia area

Dickinson[42]將被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造演化分為新生洋盆、窄大洋、開闊洋盆及陸堤4個(gè)階段，神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組混合沉積的分布特征和混合沉積的類型主要與被動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造演化有關(guān)：亂石溝組及大窩坑組沉積早期，揚(yáng)子臺(tái)地北緣尚處于窄大洋演化階段，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，臺(tái)地與古陸之間海底地形平緩、水體較淺，來自古陸的碎屑容易搬運(yùn)至臺(tái)地區(qū)，形成相混合式沉積；大窩坑組沉積晚期及礦石山組沉積時(shí)期，揚(yáng)子北緣開始強(qiáng)烈拉張，進(jìn)入開闊洋盆演化階段，臺(tái)地區(qū)與古陸區(qū)及陸源碎屑海岸由較深水分隔，臺(tái)地區(qū)主要發(fā)育清水碳酸鹽沉積；礦石山組沉積晚期及臺(tái)子組沉積時(shí)期，持續(xù)的拉分最終導(dǎo)致濱岸帶沉積物重力流的形成，發(fā)育間斷式混合沉積。

神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組巖性自下而上呈“相混合—清水碳酸鹽沉積—間斷混合”的組合特征表明：與拉張背景相關(guān)的箕狀斷裂自臺(tái)地→古陸方向逐漸擴(kuò)展，大窩坑組沉積早期發(fā)生的斷裂造成了神農(nóng)頂?shù)貐^(qū)與古陸之間的分裂和“相混合”的終止，而臺(tái)子組沉積時(shí)期發(fā)生的斷裂導(dǎo)致濱岸帶沉積垮塌形成重力流并搬運(yùn)至神農(nóng)頂深水區(qū)、形成“間斷混合”，否則，如果古陸方向?yàn)I岸帶首先發(fā)生斷陷，那么伴隨水體的不斷加深，研究區(qū)“相混合”之后應(yīng)隨之發(fā)生“間斷混合”。

5 結(jié)論

（1） 神農(nóng)架地區(qū)相對(duì)海平面的上升導(dǎo)致亂石溝組—大窩坑組相混合終止，而后期構(gòu)造拉張導(dǎo)致濱岸帶沉積物崩塌是形成臺(tái)子組間斷混合沉積的重要原因。

（2） 神農(nóng)架地區(qū)亂石溝組—臺(tái)子組沉積時(shí)期，揚(yáng)子北緣構(gòu)造拉張形成的一系列箕狀斷層自深水區(qū)向淺水區(qū)和古陸方向逐漸擴(kuò)展。

（3） 亂石溝組—臺(tái)子組沉積時(shí)期為揚(yáng)子臺(tái)地北緣由窄大洋向開闊洋盆演化的重要時(shí)期，臺(tái)子組沉積之后，神農(nóng)架地區(qū)徹底與古陸分隔，包括野馬河組、溫水河組、石槽河組、送子園組及瓦崗溪組在內(nèi)的中元古界上部地層，基本不再發(fā)育細(xì)砂級(jí)以上的陸源碎屑。