洛南地區中元古界高山河群二道河組疊層石特征及沉積環境分析

李鵬坤

摘 ?要：疊層石記錄早期環境、藍細菌、微生物群落的生命活動，其生長形態受到沉積環境的影響，對古環境恢復具有重要意義。該文選取二道河組疊層石發育剖面為研究對象，對疊層石開展野外宏觀形態和室內微觀特征分析，據此反演沉積環境演化過程和建立沉積模式。結果顯示，二道河組宏觀特征可分為水平紋層狀、波紋狀、丘狀，顯微表現出明暗紋層，局部含少量鮞粒、球粒、碎屑物質等。可見，洛南地區二道河組巖性主要為一套碎屑巖向碳酸鹽巖過渡的巖石類型；二道河組沉積時期洛南地區存在水體較淺的槽狀負地形；疊層石可反映二道河組形成于潮坪環境，經歷從潮上帶—潮間帶—潮上帶的旋回序列。

關鍵詞：疊層石；中元古界；二道河組；洛南地區；沉積環境

中圖分類號：P534 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0100-04

Abstract： Stromatolites record the life activities of early environment， cyanobacteria and microbial communities， and their growth morphology is affected by sedimentary environment， which is of great significance to the restoration of paleoenvironment. In this paper， the development profile of stromatolites in Erdaohe formation is selected as the research object， and the macroscopic morphology and indoor microscopic characteristics of stromatolites are analyzed， based on which the evolution process of sedimentary environment is inversed and the sedimentary model is established. The results show that the macroscopic characteristics of Erdaohe formation can be divided into horizontal laminated， corrugated and mound-shaped， microscopically showing light-dark laminated layers and locally containing a small amount of oolitic， spherical and clastic materials. It can be seen that the lithology of Erdaohe formation in Luonan area is mainly a set of rock types from clastic rocks to carbonate rocks; during the sedimentary period of Erdaohe formation， there is a shallow trough-like negative topography in Luonan area; stromatolites reflect the formation of Erdaohe formation in tidal flat environment. It has experienced a cycle sequence from supratidal zone to intertidal zone to supratidal zone.

Keywords： stromatolite; Mesoproterozoic; Erdaohe formation; Luonan area; sedimentary environment

疊層石是以藍細菌、藻類等為主的微生物在一定周期內，通過黏結捕獲大氣或者海水中鈣質沉積物，形成的一種特殊生物沉積構造[1]。疊層石生長受到沉積環境和微生物作用等多重因素影響，記錄地球氣候、環境及早期生命演化等大量信息，對沉積環境有重要的指示作用[2－4]。中元古代疊層石發育繁盛，疊層石沉積層由藍細菌通過光合作用產生胞外聚合物，因藍細菌等光合產氧微生物具有生存優越性，大氣和海洋氧含量由于產氧藍細菌增多而呈脈沖式增氧[5－8]，因此，疊層石與這一階段全球環境變化和重大事件息息相關，對理解中元古代古生物演化和全球重大事件有著重要意義。

本文通過對洛南地區高山河群二道河組二段疊層石進行宏觀產出形態和微觀結構特征分析，討論不同形態疊層石的生長過程和形成環境，劃分沉積相類型并建立沉積模式。這不僅對古氣候、古海洋及古環境的研究與恢復具有重要意義，而且對微生物藻類的早期起源與發展研究也具有重要意義[8-10]。

1 ?研究區概況

研究區位于華北陸塊南緣構造帶南緣陜西洛南地區（圖1），南界以洛南-欒川斷裂與北秦嶺構造帶相鄰。中元古界長城系高山河群發育一套海灘-潮坪亞相巨厚的陸源碎屑沉積，其與下伏中元古界熊耳群呈平行不整合或不整合接觸，與上覆中元古界薊縣系洛南群龍家園組呈平行不整合接觸，主要分布于甘肅華亭、陜西洛南、陜西隴縣、河南洛寧、河南靈寶和河南盧氏一帶。

綜合前人研究成果[11-12]，高山河群沉積碎屑巖中最年輕的諧和鋯石年齡集中于1 760～1 770 Ma，限定了其最早沉積時限。結合上覆地層洛南群（官道口群）底界年齡1 600～1 610 Ma，可以確定高山河群是華北南緣“長城系”的重要組成部分。自下而上依次為鱉蓋子組、二道河組、陳家澗組，本文研究剖面如圖2所示。

剖面所見到的地質體為華北地塊南部穩定大陸邊緣陸架沉積體系的碎屑巖沉積。出露地層為長城系鱉蓋子組、二道河組、陳家澗組。

鱉蓋子組為一套碎屑巖沉積組合，巖性組合為砂質板巖、石英砂巖、長石石英砂巖、礫巖和含礫粗砂巖。總厚度大于1 042.63 m。與上覆長城系二道河組整合接觸，與下伏薊縣系龍家園組斷層接觸。

二道河組為一套碎屑巖沉積-碳酸鹽巖組合，巖性組合為石英砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖、白云質砂巖、白云巖和粉砂質板巖。發育斜層理、水平層理、波痕構造。總厚度大于2 388.00 m。與上覆長城系陳家澗組整合接觸，與下伏長城系鱉蓋子組整合接觸。

陳家澗組為一套碎屑巖沉積組合，巖性組合為長石石英砂巖、石英粗砂巖、灰綠色薄層粉砂巖、細砂巖和長石石英砂巖。總厚度大于505.06 m。與上覆薊縣系龍家園組灰白色厚層白云巖平行不整合接觸，與下伏長城系二道河組整合接觸。

2 ?二道河組巖石學特征

二道河組在洛南地區較為廣泛分布，以灰白色白云質砂巖出現為標志，與下伏鱉蓋子組灰色中薄層長石石英砂巖夾灰色砂質板巖整合接觸；與上覆陳家澗組灰色中厚層狀長石石英砂巖整合接觸。洛南地區二道河組主要巖性為白云巖、白云質砂巖、泥巖和粉砂質泥巖，白云巖中局部沉積豐富的疊層石。結合前人研究成果，將二道河組實測剖面分為上、下2段。下段巖層主要為灰白色中厚層狀石英砂巖與薄層泥巖互層，厚度為1 223.65 m。上段巖層巖性以淺肉紅色中層狀石英細砂巖夾白云巖為主，底部可見底礫巖（圖3（a）），厚度為1 164.35 m。在二道河組上段白云巖中，疊層石厚度可達1.5～2 m，局部層位較薄，僅有50 cm。但是疊層石形態多種多樣，層狀、波狀、丘狀疊層石均有發現。

該研究區的剖面發育一套碎屑巖向碳酸鹽巖過渡巖石類型，巖性以石英砂巖、長石石英砂巖、砂質白云巖和白云巖為主，并發育典型的沉積構造，如泥裂、波痕，交錯層理、水平層理等。自下而上表現為砂巖—砂質白云巖—白云巖—砂質白云巖—砂巖的過渡關系。采用以巖性組合為主，沉積構造協助驗證的方式，將巖石劃分為不同的沉積演化序列，對沉積環境的演化過程作出直觀的定性分析。

3 ?高山河群疊層石特征

不同的疊層石宏觀形態特征與微觀結構特征與其所代表的沉積環境之間存在著密不可分的關系[13-14]。本文通過對洛南地區中元古界二道河組疊層石的空間分布、上下層位巖性、賦存疊層石的巖性、宏微觀形態特征及伴生的沉積構造進行系統詳實的研究后，可將該地區疊層石分為3類，分別為層狀疊層石、波狀疊層石、丘狀疊層石。

3.1 ?疊層石的宏觀特征

丘狀疊層石主要分布于西峪河剖面，疊層石主要存在于二道河組上段白云巖中，疊層石整體呈現為不連續丘狀，丘狀長度為5～8 cm，疊層石紋層呈清晰的明暗紋層相間排列，明紋層呈透鏡狀彎曲，厚度3～7 mm不等，由下而上的透鏡體曲率逐漸增大，透鏡體由下而上逐漸變厚，形成丘狀或半球形的突起，暗紋層厚度變化不大，主要沿明紋層頂面分布（圖3（b）、（c）），單層厚度2～3 mm，紋層發育連續，形態向頂部凸起，拱度中等。

波狀疊層石主要存在于西峪河剖面，疊層石主要存在于二道河組上段白云巖中。疊層石整體厚約1～1.5 m，橫向展布較為廣泛，延伸較長。疊層石紋層整體呈連續波浪狀，波長為2～4 cm，具有較大的波狀起伏，具有波峰和波谷，呈圓滑狀，波高為2～3 mm，紋層橫向延伸范圍較廣。明暗紋層厚度比列約為1∶1，均在 1～2 mm左右（圖3（d））。

層狀疊層石主要富存于黃龍鋪潘溝剖面，疊層石主要出現于二道河組上段白云巖中。疊層石紋層呈近水平的層狀或微起伏寬緩波狀（圖3（e）），巖石具水平狀紋層結構，層厚較為均一，且紋層橫向較為穩定，局部可見有臺階狀起伏。整體上分布較為平緩。疊層石明暗紋層間隔出現，明層厚度大于暗層。明層厚度為3～5 mm，暗層含量較少，被明層所夾，厚度大在1～2 mm左右（圖3（f））。

3.2 ?疊層石的微觀特征

疊層石微觀特征包括疊層石的形態、疊層石與沉積物顆粒的關系、疊層石的垂向規律，換句話說，就是指疊層石明暗層的形態學、厚度、特征和亮暗層之間的關系，以及其在橫縱方向上的變化趨勢。

疊層石微觀上整體表現為帶狀（圖4（a）），微構造微觀上表現為圓狀藻類集合體，藻類多為0.15～0.2 mm，最大者可達0.25 mm，分為空心狀表皮藻類和實心狀藻類（圖4（b））等，其中，空心狀表皮藻類中的表皮被石英填充，實心狀藻類則完全被石英填充，其余藻類則被細晶方解石所充填。疊層石明暗紋層比例約為3∶1（圖4（c）），暗層主要以藻類為主，寬0.4～0.5 mm，明層主要為石英碎屑顆粒，層厚約為0.1～0.2 mm，使其在薄片中表現為線狀（圖4（d））。明暗層之間的界限整體上較為平直，細觀為波狀，局部可見有明顯彎曲，而暗層有斷續狀分布，不連續情況也有發生。在疊層石上部巖層中可見有鈣質殘留，呈線狀定向分布，依稀可以辨別弧狀邊部殘留，以及鈣質重結晶形成的白云石（圖4（e）、（f））。

4 ?討論

根據野外實測剖面和前人文獻資料分析，高山河群二道河組為局限碳酸鹽臺地潮坪亞相，從區域地質背景、二道河組巖性特征、疊層石出露情況和疊層石形態特征方面綜合分析，可將疊層石分為3種環境，分別為潮上帶、潮間上帶、潮間下帶。

4.1 ?疊層石分布對沉積相的指示

本研究區域的構造主要呈現為一向斜構造，高山河群出露形態中部為一較厚沉積巖組合，西側為相連的緩傾斜斜坡，向東兩側逐漸尖滅，向斜盆地內沉積了早中-新元古代及寒武紀以來的廣大沉積巖。疊層石出露于總體厚度最寬的沉積區域，在向斜南北兩翼的沉積厚度巨大的剖面才有出露，相鄰地層的巖石為代表淺水環境的砂巖，疊層石白云巖的出現表明了該地區出現了線狀的局部深水。而且經過向斜改造之后，巖石出露的形態為一中間厚、兩邊薄的空間形態，與實際相符。

4.2 ?沉積環境分析

4.2.1 ?潮上帶

本剖面潮上帶巖性為薄層泥巖、砂質白云巖及粉晶白云巖。層內常見泥裂和次棱角狀白云巖礫，白云石晶粒較小，常為泥晶、粉晶級。巖石發育明顯的刀砍紋，但巖層發育大量層狀疊層石，疊層石波狀紋層起伏較小，呈近水平產出，橫向延伸穩定。層狀疊層石沉積環境主要為水動力很弱的潮上帶。

4.2.2 ?潮間上帶

本剖面潮間上帶巖性主要為淺灰白色狀、波狀疊層石泥-粉晶白云巖、淺色層紋石泥-粉晶白云巖。紋層大致呈水平狀，由于經常暴露，局部呈斷續狀。白色及黑色的硅質紋層發育，常見砂屑發育于亮紋層中，波狀疊層石沉積環境主要為水動力很弱的潮間上帶。

4.2.3 ?潮間下帶

本剖面潮間下帶巖性主要為淺紅色丘狀疊層石泥-粉晶白云巖，但是常與淺-深色波狀穹狀疊層石粉-中晶白云巖及淺色丘狀疊層石泥-粉晶白云巖呈組合發育。紋層主要呈大致水平狀，由于經常暴露，局部呈斷續狀，白色及黑色的硅質紋層發育，常見砂屑發育于亮紋層中。丘狀疊層石沉積環境主要為水動力很強的潮間下帶。

5 ?結論

1）洛南地區西峪河剖面、黃龍鋪潘溝剖面二道河組主要發育一套碳酸鹽巖-碎屑巖沉積，巖性石英砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖夾白云質砂巖、白云巖和粉砂質板巖等，自下而上白云質含量呈現由少變多，再變少的趨勢，至中已全部變為白云巖。

2）根據疊層石宏微觀形態特征，可將洛南地區二道河組中的疊層石分為層狀、波狀、丘狀疊層石3種類型，這些疊層石及其組合依次出現于潮上帶、潮間上帶、潮間上帶沉積環境。潮下帶的缺失是由于水體較淺還是疊層石還未深入潮下帶還有待商榷。

3）根據高山河群的整體形態和區域地質背景考慮，高山河群呈現兩邊薄、中間厚的整體形態，疊層石出現于中間整體厚度較大的地層，兩邊的地層缺失，由此推斷二道河組整體沉積于黃龍鋪-西峪河一線的狹長地塹（槽狀地形）之中。

4）二道河組的巖性組合、沉積構造、疊層石宏觀微觀特征反映了其整體上處于動蕩的潮坪環境，可將其沉積環境自下而上劃分為由沙壩-潮坪潮上微相-潮坪潮間上帶-潮坪潮間下帶向潮坪潮間下帶-潮坪上帶-沙壩-淺灘相的演變過程。

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