雙陽地區磨盤山組灰巖中角礫巖的成因探討

朱書宏，孔凡乾，李 東，苑 強

吉林省區域地質礦產調查所，吉林 長春 130022

0 引言

吉林省中部地區廣泛發育晚古生代地層，其中石炭二疊系尤為發育，主要為一套陸緣碎屑巖-碳酸鹽巖建造，夾少量火山巖。最早日本人河田學夫(1932)將其命名為吉林層(1)河田學夫.吉林圖幅地質說明書(1/40萬)[R].偽滿洲國地質調查所,1932.。隨著1/20萬吉林市、磐石縣幅區域地質調查工作的開展，長春地質學院吉中區測大隊(1961)對該套地層詳細的年代-巖石地層綜合劃分(2)長春地質學院吉中區測大隊. 1/20萬吉林市、磐石縣幅區測報告(手稿)[R].1961.，自下而上劃分為鹿圈屯組、磨盤山組、石嘴子組、范家屯組和一拉溪組，并被長期引用[1-3]。需要指出的是，其中的一套碳酸鹽巖依據生物(年代)地層學資料，劃分出磨盤山組和石嘴子組兩個地層單位，時代分別為中石炭世和晚石炭世(石炭紀三分)。由于兩組主要巖石均為一套厚層灰巖、燧石條帶狀灰巖，為臺地碳酸鹽巖建造，兩組劃分主要依據古生物化石資料，明顯不符合巖石地層學定義，李東津等(1998)將磐石圈嶺剖面的石嘴子組上部碎屑巖厘定為石嘴子組后，其它地區的石嘴子組一并歸入磨盤山組，時代厘定為晚石炭世[4]。嗣后，周曉東等(2009；2019)進一步厘定其時代為晚石炭世—早二疊世早期[5，6]。筆者近期在雙陽地區開展1/5萬區域地質調查工作中，于丁家村一帶磨盤山組灰巖中發現一套角礫巖，其巖石組構與常見的構造角礫巖、隱爆角礫巖及滑塌角礫巖明顯不同。因此，筆者對其成因進行初步探討，以期對該套地層構造背景研究達到拋磚引玉的作用。

1 角礫巖的分布

圖1 研究區地質簡圖Fig.1 Geological sketch of the study area1.第四系；2.白堊系火山巖；3.侏羅系地層；4.中侏羅世花崗巖；5.中二疊世花崗巖；6.磨盤山組；7.鹿圈屯組；8.斷層；9.研究區

2 角礫巖巖石學特征

通過對丁家水庫采石場內角礫狀巖石(圖2a、2b)的詳細觀察，根據角礫的成分、大小、形狀、位移情況和膠結物含量以及結構構造等特征，可將該角礫巖分為震裂角礫巖、流化角礫巖。

2.1 震裂角礫巖

震裂角礫巖主要發育在采石場底部，巖石主要由巨型角礫組成，角礫成分均為石灰巖，含硅質結核灰巖，角礫大小一般10 cm以上，最大可達120 cm，角礫無明顯位移，局部具有可拼接性，邊部略帶渾圓狀形態或呈次棱角狀，個別大角礫發育有不同方向裂隙。角礫之間的膠結物(基質或填隙物)為微粒碳酸鹽巖，其中含有大量小角礫，小角礫成分為灰巖及少量硅質巖，大小一般2～5 mm，呈明顯棱角狀。反映了物質組分具有均一性，推測為原始巖石(或半固結巖石)原地碎裂的結果。

2.2 流化角礫巖

流化角礫巖發育在采石場上部，巖石主要由相對較小的角礫組成，角礫成分主要為灰巖；少量為硅質巖，大小一般為3～10 cm，具有一定的分選性，多數角礫有近渾圓狀(圖2c)。鏡下特征為(圖2d)：巖石主要由(角)礫屑及填隙物等組成，(角)礫屑：約占70%～75%，主要由粒度>2 mm的碎屑物組成，其成分主要由灰巖及硅質巖等組成，呈不規則狀、次棱角狀及次圓狀；填隙物：約占25%～30%，主要由粒度<2 mm的碎屑物組成，其成分主要由同于(角)礫屑的灰巖、硅質巖及碳酸鹽成分等組成。

圖2 角礫巖特征Fig.2 Characteristics of breccia

3 成因探討

角礫巖的成因極為復雜，斷裂構造角礫巖系列、沉積角礫巖系列(包括滑塌角礫巖、快速堆積的底礫巖等)的研究是傳統地質學重要方向，并建立了較為成熟的理論體系。20世紀后期，隨著與巖漿流體相關的隱爆角礫巖發現，并在其中發現大量金屬礦床后，引起眾多學者注意，提出了與巖漿流體相關的隱爆角礫巖及其成礦作用機制[7-9]，進而擴展到不同類型流體動力角礫巖[10]。作者在雙陽區丁家水庫一帶新發現一套角礫巖，與斷層角礫巖、沉積角礫巖和隱爆角礫巖明顯不同。其中與斷層角礫巖相比缺少相應的變形組構和構造選擇；與沉積角礫巖相比缺少伴生的特殊巖石；與隱爆角礫巖相比沒有發生氣液變質作用。因此，作者試圖從低溫流體動力學角度探討成因如下。

眾所周知，海相碳酸鹽巖是重要的烴源巖層和油氣儲層，本地區磨盤山組為一套巨厚的淺海碳酸鹽巖，產豐富腕足、珊瑚及有孔蟲化石，具有良好的生烴條件。在成巖過程中，富含烴類氣體及水的沉積物受可能的異常地熱、地層欠壓實、礦物相變脫水 、烴類及非烴類氣體的生成與滲透壓力等影響，產生所謂異常高壓，即儲集空間中的流體壓力高于靜水壓力條件下[11]。流體會在地下瞬時發生迅猛的爆發作用，圍巖在極短時間內被震碎，由于流體主要為氣體可以稱為氣爆角礫巖。根據流體動力作用過程為線索，又可將其劃分為震裂角礫巖、流化角礫巖兩種類型。在遠離爆發中心區域的半固結巖石只是被原地震碎，或角礫僅有有限的位移，最外的角礫呈棱角狀至次棱角狀，基質與角礫成分及種類相同，為震裂角礫巖。在爆發中心，有流體( 主要是氣體) 爆發猛烈，富含流體顆粒物的浮力大于自由碎屑顆粒的重力時, 流體與碎屑的混合物發生流化作用，這種流體與碎屑的混合物裹挾破碎半固結巖石，以一種類似于泥石流的高密度流形式，隨著流動速度的增加，流體中的碎屑分布發生變化，形成了角礫具磨圓和分選的組構，當殘余能量耗盡，流動速度逐漸停止，碎屑停積下來不再發生任何流體動力作用，形成流化角礫巖。

4 結論

(1)本次發現的角礫巖與常見的構造角礫巖、一般的沉積角礫巖及與巖漿流體相關的爆發角礫巖有明顯不同，推斷其成因為在成巖過程中富含烴類流體爆發所形成，將其稱為氣爆角礫巖。

(2)鑒于該角礫巖出露在磨盤山組中，為一套巨厚的灰巖，成巖期富含大量烴類氣體，反映了相對穩定的構造環境，可以推斷為被動大陸邊緣的構造背景。

致謝：感謝中國地質科學院李景軼教授提出的相關意見，同時對吉林省區域地質礦產調查所周曉東教授及項目部各成員在成文及修改過程中給予的幫助表示誠摯的謝意！