遼西地區常州溝期—團山子期巖相古地理概況

耿志洪，曲若達，王然，譚文剛

（遼寧省地質勘查院，遼寧 大連 116100）

遼西地區常州溝期—團山子期巖相古地理概況

耿志洪，曲若達，王然，譚文剛

（遼寧省地質勘查院，遼寧 大連 116100）

遼西地區長城紀常州溝期—團山子期由陸源碎屑巖沉積底墊始，至形成穩定的碳酸鹽巖臺地止，構成了一個完整的海侵—海退旋回.根據其巖石組合、沉積構造、指相微量元素、古鹽度及稀土元素比值等測試成果分析，這一時期沉積相做有規律的變化，早期發育河控三角洲相，中期發育無障壁海岸相、淺海陸棚相，晚期為有障壁海岸相、開闊臺地相、局限臺地相.

巖相古地理；長城紀；常州溝期；串嶺溝期；團山子期；遼西地區

0 引言

國內巖相古地理研究始于上世紀50年代中葉，劉鴻允首先以古生物地層學理論為指導，編制了我國第一部《中國古地理圖》專著，意在分析沉積盆地及其成礦環境與區域構造演化之間的關系.80年代以來，相繼有聶振聲［1］、丁杰［2］、宋天銳［3］、曲洪祥［4］等對遼寧省典型沉積巖分布區進行了巖相古地理的研究.較系統的巖相古地理研究當屬楊新德等編著的《遼寧省區域地質志》之沉積巖及沉積作用［5］，為遼寧省巖相古地理研究奠定了堅實的基礎.但是，該研究僅反映當時巖相古地理研究之水平.本文以現代沉積學的理論與方法，利用前人地質研究成果，根據其巖性組合、沉積構造等常規研究方法，另據指相微量元素、古鹽度及稀土元素比值等測試分析成果，對遼西地區長城紀常州溝期—團山子期巖相古地理特征進行較深入的研究，旨在提高本區沉積巖的研究程度，并期望對該區頁巖氣資源預測提供借鑒.

1 區域地質背景

研究區位于華北地層區，隸屬燕遼地層分區遼西地層小區.地層發育較全，主要發育長城系、薊縣系，零星見有青白口系、寒武系—奧陶系、石炭系—二疊系等.

常州溝期—團山子期是華北陸塊區晉冀陸塊結晶基底形成后的第一個蓋層沉積時期，其大地構造環境屬陸內裂谷——燕遼裂谷.由于裂谷處于初期裂開階段，海域分布局限，慣稱遼西海盆.盆地早期為一套粗陸源碎屑巖沉積，中期為一套細陸源碎屑巖沉積，晚期為一套碳酸鹽巖沉積，構成一個完整的海侵到海退的沉積旋回.

2 古地理特征

目前國內外研究黏土巖的學者，認為黏土礦物的堿性吸附離子在成巖、后生作用過程中保持穩定，可以反映原始沉積環境.本文采用指相元素B、Ga、Eu、Ce及其比值作為劃分區內沉積相的主要證據之一.

另外根據沃克等研究，B含量大于400×10-6為超鹽度環境，在300×10-6～400×10-6為正常海相，200×10-6～300×10-6為半咸水沉積，小于200×10-6為低鹽度環境.

海水中B的濃度隨鹽度的變化而變化，黏土礦物所吸附的B則與鹽度成正比.根據黏土礦物中B含量計算古鹽度，其公式［6］為：y=0.0977x-7.043.其中y為水體鹽度（‰），x為B含量（10-6）.

圖1 遼寧省長城紀常州溝期—團山子期巖相古地理圖Fig.1The lithofacies and paleogeographic map of Liaoning region during Changzhougou Age to Tuanshanzi Age,Changcheng Period

常州溝期—團山子期，遼西海盆南西與河北省薊縣海相通，海岸線呈北東向舌狀伸入內陸，南部為綏中剝蝕區，北部的內蒙古剝蝕區與遼西剝蝕區相連.該期剝蝕區地勢相對較高，為盆內沉積的主要物源供給區.海侵來自西南方向，沉積中心位于凌源-喀左一帶，沉積厚度達1794 m.其巖相古地理特征如圖1.

3 巖相特征

長城紀常州溝期—團山子期，沉積相做有規律的變化：早期發育河控三角洲相，中期發育無障壁海岸相、淺海陸棚相，晚期為有障壁海岸相、開闊臺地相、局限臺地相.研究區沉積相特征見沉積序列綜合柱狀圖（圖2）.

3.1 河控三角洲相

河控三角洲相見于常州溝早期沉積，分布于凌源-建平一帶.物理風化作用強烈，蝕源區向盆內供給不穩定的粗陸源碎屑組分.發育河流相大型板狀、楔狀交錯層理，常見平行層理、韻律層理及波痕、沖刷面構造，局部可見雹痕等暴露標志.河控三角洲相由分流河道、河口沙壩兩個亞相（圖2A、B）組成，前者主要巖性為灰紫色石英巖質礫巖、含礫石英砂巖、含礫石英雜砂巖，后者主要巖性為灰紫色石英砂巖、長石石英砂巖等.

1—砂屑白云質灰巖（psammitic dolomitic limestone）；2—白云質灰巖（dolomitic limestone）；3—含疊層石白云質灰巖（stromatolitic dolomitic limestone）；4—含礫屑砂屑灰巖、白云質灰巖（rudaceous psammitic limestone and dolomitic limestone）；5—含疊層石白云巖（stromatolitic dolomite）；6—礫屑白云巖（dolorudite）；7—鮞粒白云巖（oolitic dolomite）；8—頁巖（shale）；9—粉砂巖（siltstone）；10—含海綠石粉砂巖（glauconitic siltstone）；11—石英砂巖（quartz sandstone）；12—含海綠石石英砂巖（glauconitic quartz sandstone）；13—石英雜砂巖（quartz greywacke）；14—長石石英雜砂巖（feldspar quartz greywacke）；15—含泥長石石英雜砂巖（muddy feldspar quartz greywacke）；16—長石砂巖（feldspar sandstone）；17—巖屑長石雜砂巖（lithic feldspathic greywacke）；18—長石石英砂巖（feldspar quartz sandstone）；19—含礫石英砂巖（shingly quartz sandstone）；20—含礫石英雜砂巖（shingly quartz greywacke）；21—石英巖質礫巖（quartzitic conglomerate）；22—雨痕（raindrop imprint）；23—雹痕（hail mark）；24—泥裂（mud crack）；25—水平層理（horizontal bedding）；26—平行層理（parallel bedding）；27—粒序層理（graded bedding）；28—波狀層理（wave bedding）；29—透鏡狀層理（lenticular bedding）；30—包卷層理（convolute bedding）；31—脈狀層理（flaser bedding）；32—微波狀層理（microwave bedding）；33—沖刷面層理（washed surface structure）；34—波痕（ripple mark）；35—不對稱波痕（asymmetrical ripple mark）；36—板狀交錯層理（plate cross-bedding）；37—楔狀交錯層理（wedge cross-bedding）；38—斜層理（inclined bedding）；39—羽狀交錯層理（herringbone cross-bedding）；40—槽狀交錯層理（trough cross-bedding）；41—燧石結核或條帶（chert or strip）；42—風暴成因礫石（storm-caused gravels）

由表1知，B含量58×10-6～91×10-6＜100×10-6，為淡水相.δEu、δCe值0.07～1.43，3個樣品小于1，一個樣品大于1，表明河流相主要處于氧化環境.河流相沉積物以灰紫色為主，屬氧化環境形成的產物.

表1 各沉積相特征及參數值Table 1Features and parameters of the sedimentary facies

通過以上分析，河控三角洲相水體較淺，屬近岸淡水相的氧化環境形成的產物.

3.2 無障壁海岸相

無障壁海岸相見于常州溝晚期—串嶺溝晚期沉積，葫蘆島地區可以延至團山子早期沉積.海水覆蓋整個海盆，北達建平縣北部化石里-北票-阜新一線以北，南界止于錦州-北寧一帶，北東海域可能未及新民-彰武地區.

無障壁海岸相由前濱亞相、臨濱亞相（圖2A、B、C）組成，前者主要巖性為灰紫色石英砂巖、長石石英砂巖、長石雜砂巖，葫蘆島地區底部見有石英巖質礫巖；后者主要巖性為灰黑色頁巖或泥巖、粉砂巖，夾少量含海綠石粉砂巖等，發育水平層理、微波狀層理等沉積構造.當時海域開闊，波浪作用較強，沉積物具有較高的結構成熟度及成分成熟度，發育魚骨狀、板狀、楔狀交錯層理，常見平行層理、韻律層理、槽狀層理及波痕、沖刷面構造，局部可見雨痕及泥裂等暴露標志.

B含量95×10-6≈100×10-6，B/Ga比值為9.5＞7，屬海相；含鹽度為2.24‰，屬鹽度正常相海水.δEu和δCe值分別為0.83和0.91，接近于1，表明其形成環境為弱氧化—弱還原環境.巖石中含自生海綠石，其主要形成于遠離河流入海口的陸棚區，其形成時的介質條件為弱堿性（pH=7～8）和弱氧化—弱還原（Eh=0左右）的正常海水，水溫10～15℃，形成海水深度大于125 m.

通過以上分析，無障壁海岸相為海水循環較好、含鹽度正常的沉積環境.前濱亞相形成于海域開闊、波浪作用較強的海灘砂區，處于氧化環境（巖石以灰紫色為特征）.臨濱亞相遠離海岸，形成于弱氧化—弱還原及弱堿性的正常海水，水溫10～15℃，形成于浪基面以下，海水深度達125 m以上.

3.3 障壁海岸相

分布局限，僅見于葫蘆島地區，發育于團山子早期沉積.障壁海岸相僅見潮坪相，由云坪微相、混合坪微相（圖2C）組成.混合坪微相主要巖性為粉紅色長石雜砂巖、含巖屑長石雜砂巖，夾灰黑色含黃鐵礦泥巖或頁巖，發育透鏡狀層理、不對稱波痕.云坪微相由白云巖組成，發育微波狀層理，局部見斜層理.障壁海岸相處于溫暖潮濕氣候.云坪形成于氧化環境，水體能量較低.混合坪則形成于弱還原—還原環境，早期混合坪較晚期混合坪水體能量為低.

3.4 淺海陸棚相

淺海陸棚相分布局限，僅見于凌源以南地區，發育于串嶺溝中期沉積.淺海陸棚相僅見斜坡亞相（圖2A），以發育黑色頁巖、粉砂質頁巖及粉砂巖為特征，具水平層理及收縮裂隙構造，無潮汐層理，反映為浪基面以下的強還原靜水環境沉積，處于溫暖潮濕氣候.

3.5 開闊臺地相

串嶺溝末期—團山子期海底地形平坦，清水碳酸鹽巖沉積逐漸代替了海岸環境渾水形成的細碎屑巖沉積，遼西地層小區沉積蓋層首次進入碳酸鹽臺地相發展階段，主要見于凌源地區.開闊臺地相潮坪亞相由內屑灘微相、灘間海微相、臺內礁微相（圖2A）組成.

內屑灘微相主要巖性為砂屑灰巖、礫屑灰巖，發育沖刷面構造；灘間海微相巖性為白云質灰巖、頁巖，常見水平層理；臺內礁微相主要巖性為含疊層石灰巖、含疊層石白云質灰巖.局部可見風暴巖沉積，其灰巖礫屑呈“倒小字”或“菊花狀”排列，顯丘狀層理構造.

開闊臺地相處于溫暖潮濕氣候，屬弱氧化—弱還原環境形成，內屑灘微相和臺內礁微相較灘間海微相水體相對為淺，但其水體能量較高.

3.6 局限臺地相

局限臺地相形成于串嶺溝末期—團山子期，分布于建平-葫蘆島地區.局限臺地相由潮坪亞相和湖亞相（圖2B、C）組成，前者以分布有灰色含疊層石白云巖及含燧石結核或條帶白云巖為特征，由砂坪、云坪微相組成；后者以泥質湖和云質湖微相組成.

砂坪微相巖性為石英砂巖，發育平行層理.云坪微相巖性為白云巖、礫屑砂屑白云巖、含砂屑疊層石白云巖，常見微波狀層理.

通過以上分析，局限臺地相總體處于溫暖潮濕的氣候，形成于弱氧化—弱還原環境.潮坪亞相水體能量較高，潟湖亞相處于朝下低能環境.湖亞相海水含鹽度較潮坪亞相高，局部可達超鹽度.

4 總結

遼西地區長城紀常州溝期—團山子期由陸源碎屑巖沉積底墊始，至形成穩定的碳酸鹽巖臺地止，構成了一個完整的海侵—海退旋回.這一時期沉積相做有規律的變化：早期發育河控三角洲相，其水體較淺，屬近岸淡水相的氧化環境形成的產物；中期發育無障壁海岸相，由海水循環較好、含鹽度正常的環境形成；晚期發育淺海陸棚相，屬強還原靜水環境沉積，處于溫暖潮濕氣候；末期為碳酸鹽巖臺地形成時期，處于溫暖潮濕氣候條件下弱氧化—弱還原環境，開闊臺地海水循環好，能量相對較高，含鹽度正常，而局限臺地水循環差，能量相對較低，海水含鹽度高，局部可達超鹽度.

致謝：本文在撰寫過程中，承蒙黃志安、曲洪祥等兩位高級工程師的悉心指導和幫助；另原始地層資料利用了1∶20萬錦西、興城幅地質報告（原遼寧區調隊，1983），1∶25萬錦州、建平縣幅地質報告（遼寧省地質勘查院，2003），1∶5萬楊樹嶺等2幅區調報告（原長春科技大學地球科學學院，2000）.在此一并深表謝意！

［1］聶振聲.本溪太子河流域早寒武世饅頭期巖相古地理特征與石膏普查［J］.遼寧地質學報,1984（1）:69—80.

［2］丁杰.遼西早寒武世老莊戶期巖相古地理及其地球化學特征［J］.遼寧地質,1986（1）:23—34.

［3］宋天銳，劉燕學.古地震記錄與巖相古地理［J］.沉積學報,2009,27（5）:872—879.

［4］曲洪祥，鮑慶忠，董萬德，等.遼寧南華系的劃分及其特征［J］.地質與資源,2011,20（6）:430—433.

［5］遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志［M］.北京：地質出版社, 1989.

［6］殷科華，葉德書，沈大興，等.息烽-遵義早石炭世大塘巖相古地理特征［J］.沉積學報,2009,27（4）:606—613.

A GENERAL REVIEW OF THE LITHOFACIES AND PALEOGEOGRAPHY IN WESTERN LIAONING DURING CHANGZHOUGOU AGE TO TUANSHANZI AGE

GENG Zhi-hong,QU Ruo-da,WANG Ran，TAN Wen-gang
（Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China）

The deposition during Changzhougou Age to Tuanshanzi Age of Changcheng Period,started from the terrigenous clastic rock foot-plate and ended by the stable carbonate rock platform,forms a complete transgression-regression cycle in Western Liaoning Province.Based on the analysis of rock assemblage,sedimentary structure,index trace elements, paleosalinity and rare earth element ratio,a regular change of sedimentary facies is found.The river delta facies is developed in the early stage;the non-barrier coast facies and shallow sea shelf facies in the middle stage;while the barrier coast facies, openplatformfaciesandrestrictedplatformfacies,thelatestage.

lithofacies and paleogeography;Changcheng Period;Changzhougou Age;Chuanlinggou Age,Tuanshanzi Age;Western Liaoning Province

1671-1947（2014）03-0246-05

P531

A

2013－05－29；

2014-01-22.編輯：張哲．

耿志洪（1960—），男，工程師，從事區域地質調查與礦產普查工作，通信地址遼寧省大連市金州區五一路10號，E-mail//gengzhihong1960@qq.com