遼寧興城地區夾山常州溝組巖相特征及沉積環境分析

范天騏

（中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

長城系是我國中元古代早期的地層單位，燕山地區是其經典地區［1］。研究該地區的巖相特征，有助于人們了解該地區沉積環境演化，對恢復古地理格局及地貌有著重要的標志作用。遼寧省興城市位于葫蘆島市的東部，在遼東灣西岸，居遼西走廊中段。該區常州溝組巖系位于燕山中段中元古代長城系與太古宙變質巖系不整合面之上［1－4］。

1 區域地質概況

興城市位于遼寧省西部，所處大地構造位置為華北地臺北部。區域構造活動頻繁強烈，主要為韌性斷裂構造，具有多方向、多期次活動的特點。有北北西、北北東和近南北向斷裂構造［2］（圖1）。

區內出露地層主要有長城系（Ch）：常州溝組、串嶺溝組、團山子組、大紅峪組、高于莊組；薊縣系（Jx）：楊莊組、霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組；青白口系（Qn）：下馬嶺組、長龍山組、井兒峪組［3］。

區內巖漿巖主要以太古宙巖石單元為代表，現稱太古宙綏中花崗巖，在興城至南部綏中一帶大面積分布。巖性為黑云母花崗巖、二長花崗巖等。

圖1 遼西南部綜合地質圖（據陳維甫等，2011）

2 常州溝組地層剖面

結合野外實測剖面和室內巖相學研究，將常州溝組地層剖面劃分為33層，并根據各層巖相特征，將該剖面劃分為三個沉積旋回（圖2）。

圖2 興城地區夾山常州溝組地質剖面圖

3 常州溝組巖相特征

興城地區夾山常州溝組巖石類型較簡單，主要為一套黃褐色、紫紅色陸相碎屑巖沉積，經研究，共識別出3種巖相大類、10種巖相類型，尤以砂巖相為主。

3.1 砂巖相

3.1.1 砂巖成分、結構特點

研究區常州溝組砂巖發育類型主要有含細礫中—粗粒石英砂巖、含細礫中—粗粒長石石英砂巖、含細礫中—粗粒巖屑質石英砂巖、中—細粒石英砂巖、中—粗粒石英雜砂巖、細粒石英砂巖、細礫石英雜砂巖等。在全段上表現出：Ⅰ段，顆粒粒徑較大，為中—粗粒，可見夾有石英或長石細礫，或與細礫巖互層；Ⅱ段，顆粒粒徑變小，為中—細粒，偶見中—粗粒；Ⅲ段，顆粒粒徑變更小，為細粒，可見夾有薄層粉砂質頁巖或塊狀泥巖，偶見中—粗粒。石英含量有的在75%以上，有的含量在30%左右，此時巖石中的巖屑或雜基較多，在40%左右。砂巖的磨圓度較好，偶見較差，分選有好，大部分分選一般。主要膠結類型有鑲嵌式膠結、基底式膠結和接觸式膠結。雜基主要為黏土礦物，膠結物以鈣質和硅質為主，但也出現部分炭質膠結、鐵質膠結方式，這在Ⅲ段可見。

3.1.2 砂巖巖相類型

根據研究區砂巖成分結構、沉積構造特征劃分出5種砂巖巖相：塊狀砂巖相、平行層理砂巖相、魚骨層理砂巖相、透鏡狀層理砂巖相、韻律層理砂巖相。

3.1.2.1 塊狀砂巖相

研究區塊狀砂巖相主要發育在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征為物質均勻、組分和結構上無差別，具不顯細層構造的層理，是由沉積物經短距離搬運，快速堆積而形成的（圖3）。

圖3 常州溝組砂巖塊狀巖相

3.1.2.2 平行層理砂巖相

研究區平行層理砂巖相主要發育于在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征是平行層理與緩波狀層理共生，平行層理砂巖側向延伸較好（圖4）。

3.1.2.3 魚骨層理砂巖相

研究區魚骨層理砂巖相主要發育在Ⅰ段，其主要特征是可見中－小型魚骨狀層理，巖石表面可見殘留黑色瀝青（圖5）。

3.1.2.4 透鏡狀層理砂巖相

研究區透鏡狀層理砂巖主要發育在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征是可見透鏡狀層理或巖石中可見透鏡體，透鏡體多為細礫巖（圖6）。透鏡狀層理砂巖屬于過渡性層理或潮汐層理的一種，說明該沉積環境有砂、泥供應，而且水流活動周期和水流停滯期交替周期出現，大部分發育在粉砂巖、泥質粉砂巖英與泥巖、粉砂質泥巖互層的地層中，主要形成于潮間帶及其附近。

圖4 常州溝組平行層理砂巖相

圖5 常州溝組魚骨狀層理砂巖相

圖6 常州溝組透鏡狀層理砂巖相

3.1.2.5 韻律層理砂巖

常州溝組韻律層理砂巖相主要部分發育在研究區Ⅰ段，其主要特征是可見礦物顆粒粒度在垂向上有變化：由下到上逐漸變細，由細礫巖到中粒石英砂巖，再到粉砂質泥巖（圖7）。

圖7 常州溝組韻律層理砂巖相

3.2 粉砂巖相

研究區常州溝組粉砂巖分布較少，在Ⅱ段有所出現，夾有薄層中粒石英砂巖。根據粉砂巖層理及沉積構造，可將粉砂巖歸為水平層理粉砂巖相；根據礦物成分，將其歸為石英粉砂巖，夾有中粒石英砂巖。粉砂巖是經過較長距離搬運，在穩定水動力條件下緩慢沉降形成的。它的出現表明此處是砂巖向泥巖過渡的水流緩慢地帶，可出現于淺海、淺湖等。

3.3 黏土巖相

研究區常州溝組黏土巖相分布較少，在Ⅲ段出現。黏土巖類呈青綠色、黑褐色，部分與砂巖互層或少量夾于砂巖之中。它的出現表明水動力條件進一步減弱。

4 常州溝組沉積體系及沉積相特征

通過對研究區常州溝組巖系野外露頭剖面、巖石手標本及微觀顯微結構特征研究，根據各類巖相在垂向上的組合關系及在平面上的分布特征，總結識別出該區為潮坪沉積體系［5］。經研究，將潮坪沉積體系分成3種沉積相和多種沉積類型［6］（表1）。

表1 興城常州溝組巖系沉積體系、沉積相及沉積亞相

在薊縣經典剖面上，常州溝組由潮下坪含礫粗砂巖（a）、潮間坪含泥粗砂細礫巖（b）、潮上坪泥質砂巖（c）所構成的相序所組成。梅冥相（1998）稱之為潮汐動力型碎屑巖米級旋回層序：在相a中發育交錯層理及沖刷面，沖刷面之上富集細礫石透鏡體；在相b中，以中細礫石為主，含泥，且多發育在沖刷面之上，構成潮道滯流沉積的特點；相c中，偶見透鏡狀潮汶層理［6］。

研究區全段的潮坪沉積體系與薊縣剖面不矛盾，但有區別。在研究區Ⅰ段，沉積相主要為潮道沉積，通常為塊狀砂巖，粒度較粗，有滯留物，發育人字型層理、魚骨狀層理；Ⅱ段的沉積相為潮間坪，少見細礫石，多為中—細粒砂巖，含有泥巖、頁巖，發育人字型層理；Ⅲ段，沉積相為潮上坪，通常為粉砂巖、泥巖和細粒砂巖互層。通過分析各段巖性及沉積構造特征，總結得出興城夾山剖面常州溝組沉積相與層序地層（圖8）。

圖8 遼寧興城夾山剖面常州溝組沉積相與層序地層綜合柱狀圖

現在根據野外地質研究，對該研究地區沉積特征分述如下所示。

4.1 潮下坪

潮下坪位于潮坪沉積體系的Ⅰ段，其特點是發育含礫粗砂巖，夾有薄層頁巖，頁巖發育有頁理構造；在沉積構造上，研究區一段靠后巖石夾細礫巖透鏡體，在一段剛開始處，巖石發育魚骨狀層理，細礫巖底部有沖刷面，砂巖中發育有平行層理。這些觀察到的宏觀及微觀現象代表潮道沉積亞相［7］。

4.2 潮間坪

潮中坪位于潮坪沉積體系的Ⅱ段，其特點是巖石粒度逐漸變細，向潮上坪過渡，巖石粒度多為細粒—極細粒，含粉砂質泥巖，偶與粗粒石英砂巖互層，礦物顆粒有石英，巖屑含量相對于Ⅰ段明顯增多；在沉積構造上，研究區中段發育大量水平層理，緩波狀層理，偶見塊狀構造。值得一提的是，該區段發育有潮汐流強弱變化形成的泥砂薄互層潮汐韻律層理。所觀察到的宏觀及微觀現象表面該區段為潮間沙坪及混合坪亞相［7］。

4.3 潮上坪

潮上坪位于潮坪沉積體系Ⅲ段，其特點是巖石粒度又漸變細，巖石由砂巖逐漸變成粉砂質泥巖、頁巖，可見炭質泥巖，偶見含細礫中—粗砂巖；在沉積構造上，研究區段中發育細小的平行紋層或頁理［6］。

5 小結

1）研究表明，遼寧省興城夾山地區常州溝組巖系主要為一套灰色、紫灰色海陸過渡相碎屑巖沉積，共識別出砂巖相、粉砂巖相、黏土巖相3種巖相和10種巖相類型。

2）遼寧省興城夾山地區常州溝組砂巖類型主要有含細礫中—粗粒石英砂巖、含細礫中—粗粒長石石英砂巖、含細礫中—粗粒巖屑質石英砂巖、中—細粒石英砂巖、中—粗粒石英雜砂巖、細粒石英砂巖、細礫石英雜砂巖等。膠結類型以鑲嵌式和孔隙式為主，可見接觸式和基底式，膠結物以黏土礦物為主。

3）經研究，識別出研究區常州溝組為潮坪沉積體系，又分出潮下坪、潮間坪、潮上坪3種沉積相；潮道沉積、混合坪沉積、砂坪沉積、泥坪沉積4種沉積亞相。

致謝：本文在成文的過程中，得到劉寧強老師的教益和啟示，在此特別感謝劉老師對本文及作者的悉心指導和熱心幫助。

［1］鐘焱，趙亮東，陳留勤，等.對華北中元古代海侵初期“河流相”沉積的重新認識：以天津薊縣剖面為例［J］.古地理學報，2011，13（1）：23-29.

［2］陳維甫，吳玉詩，李鑄泰，等.遼寧興城堿廠一帶金、多金屬成礦地質特征及找礦前景［J］.吉林地質，2011，30（2）：47-51.

［3］朱士興，黃學光，孫淑芬.華北燕山中元古界長城系研究的新進展［J］.地層學雜志，2005，29（zk）：437-449.

［4］孫立新，朱更新，黃學光，等.燕山中段常州溝組底礫巖的成因類型［J］.中國區域地質，1999，13（8）：284-288.

［5］宋天銳.北京十三陵地區中元古界長城系沉積相標志及沉積環境模式［J］.古地理學報，2007，9（5）：461-472.

［6］梅冥相，高金漢.巖石地層的相分析方法與原理［M］.北京：地質出版社：2005：270-272.

［7］柳永清.北京十三陵前寒武系常州溝組沉積微環境和T、DI指數研究［C］.中國地質科學院562綜合地質大隊集刊，1990：17-28.