黔北地區(qū)下奧陶統(tǒng)沉積相與層序特征

摘 要 【目的】奧陶紀(jì)生物大輻射事件（Great Ordovician Biodiversification Event，GOBE）是海洋環(huán)境與生物相互作用的結(jié)果，通過對該時(shí)期碳酸鹽臺地沉積相和層序的研究可揭示其形成與演化過程及海平面變化歷史，并為奧陶紀(jì)生物時(shí)空分布特征及演化規(guī)律的探討提供沉積背景和等時(shí)地層格架。【方法】在野外露頭剖面實(shí)測和顯微鏡下觀察的基礎(chǔ)上，識別了黔北地區(qū)瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)（桐梓組和紅花園組）的巖相類型，進(jìn)一步分析了沉積模式和高頻米級沉積旋回及沉積層序，最后探討了沉積演化過程中的控制因素。【結(jié)果和結(jié)論】（1）瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)發(fā)育10種巖相類型，主要形成于碳酸鹽緩坡沉積體系，且桐梓組和紅花園組沉積時(shí)期分別以非骨架碳酸鹽顆粒和骨架碳酸鹽顆粒為特征；（2）桐梓組和紅花園組主要發(fā)育非對稱性的開闊海沉積旋回；（3）識別出3個半三級層序（Sq1～Sq4），每個三級層序均為II型層序界面（即巖性轉(zhuǎn)換面）所限。其中Sq1～Sq3為完整的三級層序，由海侵體系域（Transgressive Systems Tract，TST）和海退體系域（Regressive Systems Tract，RST）構(gòu)成，但Sq4僅發(fā)育TST；（4）瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)的沉積演化和層序發(fā)育主要受不同級次的相對海平面變化和古地理格局的共同控制。其中不同級次相對海平面波動制約著沉積相的垂向演化，古地理格局則控制著沉積相帶的空間分布。

關(guān)鍵詞 碳酸鹽巖；緩坡模式；沉積旋回；沉積層序；相對海平面變化；古地理格局

第一作者簡介 郭川，男，1986年出生，博士，副教授，碳酸鹽巖沉積學(xué)與沉積型礦產(chǎn)，E-mail： 0guochuan0000@163.com

中圖分類號 P512.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

碳酸鹽臺地是碳酸鹽沉積物生成和堆積的主要場所，其形成與演化受控于環(huán)境（古地理格局、海平面變化等）與生物的共同作用[1?2]。奧陶紀(jì)生物大輻射事件（Great Ordovician Biodiversification Event，GOBE）是寒武紀(jì)以來全球海洋環(huán)境與生物協(xié)同演化的一次重大革新，當(dāng)時(shí)海相碳酸鹽沉積物記錄了環(huán)境演化的信息[3?5]。因此，奧陶紀(jì)碳酸鹽臺地沉積相和層序的研究可以揭示碳酸鹽沉積物形成和堆積過程中的沉積—構(gòu)造格局及海平面變化歷史[2，6]，同時(shí)可為生物時(shí)空分布特征及演化規(guī)律的探討提供重要的沉積背景和等時(shí)地層格架。

由于陸源碎屑輸入的影響，揚(yáng)子板塊早奧陶世自南西向北東依次發(fā)育碎屑巖、碎屑巖—碳酸鹽巖、碳酸鹽巖等多個沉積體系[7?8]。前人對揚(yáng)子板塊早奧陶世沉積演化方面開展了大量的研究，主要集中在以下兩個方面：（1）大尺度（板塊范圍）的古地理格局[7?11]；（2）生物礁演化與分布[3，12?14]。相比之下，貴州省下奧陶統(tǒng)（桐梓組和紅花園組）的研究主要包括：（1）單個剖面桐梓組[15?16]或紅花園組[17]的微相及沉積環(huán)境；（2）生物地層或化石[18?20]。總的來說，前人研究成果在很大程度上促進(jìn)了揚(yáng)子板塊奧陶紀(jì)沉積環(huán)境演變和區(qū)域尺度內(nèi)地層對比等方面的認(rèn)識。但由于碳酸鹽沉積具有明顯的非均一性特點(diǎn)[2，6，21?22]，大尺度的沉積相分析難以滿足揚(yáng)子板塊或貴州省早奧陶世沉積環(huán)境空間分布的精細(xì)刻畫，這必然制約著揚(yáng)子板塊或貴州省生物空間分布特征的認(rèn)識。

基于以上原因，選取貴州北部地區(qū)（黔北地區(qū)）瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)桐梓組和紅花園組為研究對象，以米級尺度進(jìn)行觀察測量，在巖相識別及其垂向疊置特征分析的基礎(chǔ)上，建立早奧陶世瓢兒田剖面沉積演化模式，并劃分三級沉積層序。隨后，通過區(qū)域沉積層序的對比分析，進(jìn)一步探討早奧陶世研究區(qū)沉積演化和層序發(fā)育的控制因素。研究成果可為早奧陶世揚(yáng)子板塊沉積古地理格局及其與生物系統(tǒng)協(xié)同演化等方面的研究提供一定的參考。

1 地質(zhì)背景

揚(yáng)子板塊的北部、西北部、西南部、東南部分別為秦嶺大別山造山帶、松潘甘孜（或龍門山）造山帶、三江造山帶、華夏地塊所限（圖1a）[23]，其周圍發(fā)育一系列的斷陷盆地[24]。早古生代，揚(yáng)子板塊經(jīng)歷了加里東幕式造山運(yùn)動[25]，包括晚寒武世—早奧陶世的郁南運(yùn)動[26?27]、中奧陶世末期至晚奧陶世的都勻運(yùn)動（或太康運(yùn)動[28]）[25，27]及志留紀(jì)—泥盆紀(jì)之交的廣西運(yùn)動[29]，它們強(qiáng)烈地影響著揚(yáng)子板塊的沉積過程及構(gòu)造演化。大地構(gòu)造位置上，研究區(qū)位于上揚(yáng)子地區(qū)（圖1a）；地理位置上，研究區(qū)位于黔北地區(qū)（圖1b）。本文的研究剖面（瓢兒田剖面）位于習(xí)水縣東部，參考的報(bào)道剖面包括水壩塘剖面和紅花園剖面，分別位于正安縣西北部和桐梓縣南部（圖1b）。

黔北地區(qū)中下奧陶統(tǒng)自下而上依次為桐梓組、紅花園組、湄潭組和十字鋪組（圖2）。其中桐梓組與下伏婁山關(guān)組為整合接觸，含礫屑生屑灰?guī)r為二者的界線（圖3a，b），其巖性主要為灰色—深灰色中—厚層白云巖夾薄層微—細(xì)晶白云巖和生屑、砂屑或內(nèi)碎屑灰?guī)r，底部及下部夾灰綠色鈣質(zhì)頁巖或頁巖[26]。紅花園組與下伏桐梓組為整合接觸，以桐梓組頂部頁巖夾薄層灰?guī)r的結(jié)束和紅花園組底部生屑灰?guī)r的出現(xiàn)為二者的界線（圖3c），其巖性主要為灰色、深灰色中—厚層生物碎屑灰?guī)r，夾薄層生物碎屑灰?guī)r。湄潭組與下伏紅花園組為整合接觸，其巖性以灰綠色、黃綠色頁巖、砂質(zhì)頁巖為主（圖3d），夾薄—厚層微晶灰?guī)r及薄層砂巖或粉砂巖。十字鋪組與下伏湄潭組為整合接觸，其巖性主要為鈣質(zhì)頁巖[26]。根據(jù)筆石和牙形類生物地層，桐梓組和紅花園組的沉積時(shí)期分別為特馬豆克期和弗洛期[19，26]。

2 巖相類型及其沉積環(huán)境

本文單層厚度描述劃分標(biāo)準(zhǔn)為紋層狀（lt;0.01 m）、薄板狀（0.01～0.03 m）、薄層狀（0.03～0.10 m）、中層狀（0.10～0.30 m）、厚層狀（0.30～1 m）、塊狀（gt;1 m）[30]。巖相特征描述中的灰?guī)r分類采用Dunham[31]和Embryet al.[32]的分類方案，即顆粒灰?guī)r（grainstone）、泥粒灰?guī)r（packstone）、粒泥灰?guī)r（wackestone）、灰泥巖（limemudstone）、灰礫巖（rudstone）。早奧陶世研究區(qū)主要為碳酸鹽緩坡沉積（見下文），相關(guān)的術(shù)語系統(tǒng)采用Burchette et al.[33]的緩坡模式，包括內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡，其中內(nèi)緩坡與中緩坡的劃分界線為晴天浪基面（fair-weather wave base），中緩坡與外緩坡的劃分界線為風(fēng)暴浪基面（storm wave base）。

在巖石巖性、宏觀特征（顏色、單層厚度、沉積構(gòu)造等）、巖石結(jié)構(gòu)、巖石組分/組構(gòu)等基礎(chǔ)上，黔北地區(qū)瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)桐梓組和紅花園組共識別出10種巖相。根據(jù)巖相的組合特征，識別出中緩坡和外緩坡2個主要的沉積相帶。為了更好地對沉積相帶進(jìn)行討論，將靠近內(nèi)緩坡的中緩坡部分稱之為上中緩坡或前灘[21，34]（foreshoal），將靠近外緩坡的中緩坡部分稱之為下中緩坡。

2.1 下中緩坡至盆地

該沉積相帶發(fā)育頁巖（LF1）、薄板—薄層白云巖（LF2）、薄板—薄層生屑灰?guī)r（LF3）、薄板—薄層球粒—鮞粒灰?guī)r（LF4）和薄板—薄層內(nèi)碎屑—球粒灰?guī)r（LF5）5種巖相。

1） 頁巖（LF1）

此類巖相的顏色以褐色、灰黑色為主（圖4a）；部分為鈣質(zhì)膠結(jié)；局部發(fā)育水平紋理。這類巖相主要分布于桐梓組和紅花園組的頂部，常單獨(dú)或呈夾層發(fā)育在高頻米級沉積旋回的底部或下部（圖4b）（具體論述見第4部分）。根據(jù)上述特征，將LF1的沉積環(huán)境解釋為外緩坡至盆地[35?36]。

2） 薄板—薄層白云巖（LF2）

此類巖相的顏色主要為灰色、深灰色（圖4b～d）；單層以薄板至薄層狀為主，局部為薄片狀；發(fā)育水平層理或紋層、壓扁層理；縫合線發(fā)育；顯微鏡下，以極細(xì)晶、曲面他形—半自形白云石為主，局部可見白云石層與石英紋層或泥質(zhì)層互層（圖4d）。此類巖相主要發(fā)育于桐梓組，常位于高頻米級沉積旋回的下部（圖4c）。上述特征（如單層厚度、米級沉積旋回中所處的部位等）指示LF2形成于水動力較弱的沉積環(huán)境[1，35，37]；同時(shí)，水平層理或紋層說明LF2在形成過程中可能偶爾受到了風(fēng)暴流的影響[34，38?39]。因此，將LF2的沉積環(huán)境解釋為下中緩坡至外緩坡，位于風(fēng)暴浪基面附近或之下。

3） 薄板—薄層生屑灰?guī)r（LF3）

這類巖相的顏色主要為深灰色、灰色（圖5a，b）；單層以薄板—薄層狀為主，局部為中層狀；顯微鏡下，巖石結(jié)構(gòu)主要為粒泥灰?guī)r至顆粒灰?guī)r、灰礫巖或漂浮巖，分選較差（圖5c，d）；顆粒以生屑為主，具有明顯的沿長軸定向性（圖5b，c），局部見少量內(nèi)碎屑、零星球粒或砂級石英顆粒（圖5d）；生物化石主要為三葉蟲、少量海百合和腕足、零星介形蟲和Nuia 藻；局部發(fā)育（微）沖刷面，其下部和上部的巖石結(jié)構(gòu)分別為粒泥灰?guī)r和顆粒灰?guī)r（圖5d）；局部發(fā)生部分白云石化作用，但生屑未受白云石化作用的影響。此類巖相主要發(fā)育于桐梓組的底部和紅花園組；常單獨(dú)或與頁巖呈互層狀位于高頻米級沉積旋回的下部。單層厚度、微晶基質(zhì)支持結(jié)構(gòu)和差的分選表明LF3沉積在水動力相對較弱的環(huán)境[37，40?41]，但顆粒支持結(jié)構(gòu)（如顆粒灰?guī)r、灰礫巖等）和（微）沖刷面指示LF3形成于水動力相對較強(qiáng)的沉積環(huán)境[22]，以上特征說明LF3 沉積過程中水動力是動蕩變化的。因此，將LF3的沉積環(huán)境解釋為下中緩坡至外緩坡，位于風(fēng)暴浪基面之上或附近，經(jīng)常受到風(fēng)暴流的作用。

4） 薄板—薄層球粒—鮞粒灰?guī)r（LF4）

這類巖相的顏色以深灰色為主（圖5e）；單層以薄板、薄層狀為主；顯微鏡下，巖石結(jié)構(gòu)以泥粒灰?guī)r或顆粒灰?guī)r為主，中等—差分選（圖5f，g）；顆粒以正常鮞為主，其核心主要為三葉蟲、內(nèi)碎屑，可見少量復(fù)鮞、內(nèi)碎屑、球粒；發(fā)育由不同粒徑的球粒和鮞粒層構(gòu)成的互層（圖5f）；個別鮞粒被縫合線切割，表現(xiàn)出鋸齒狀或不規(guī)則界線；生物化石可見少量三葉蟲、零星腕足、雙殼、介形蟲。此類巖相主要發(fā)育于紅花園組的底部，常構(gòu)成高頻米級沉積旋回的下部。鮞粒通常被認(rèn)為形成在強(qiáng)水動力的溫暖淺水環(huán)境（水體深度lt;5 m）[22，42]，并在高能灘相發(fā)生沉積[22，34，43?44]。以鮞粒為主的顆粒組分及其顆粒支持結(jié)構(gòu)似乎表明LF4形成于高能灘相，但單層厚度、中等—差的顆粒分選程度、不同顆粒組成的互層及其所處的高頻米級沉積旋回部位并不支持這一解釋。因此，將LF4的沉積環(huán)境解釋為下中緩坡，位于風(fēng)暴浪基面之上。由于瞬時(shí)高能風(fēng)暴流的作用，高能環(huán)境形成的鮞粒被搬運(yùn)至相對深水的下中緩坡，快速堆積便形成了LF4[6]。

5） 薄板—薄層內(nèi)碎屑—球粒灰?guī)r（LF5）

此類巖相的顏色以灰色為主；單層以薄板、薄層狀為主；顯微鏡下，巖石結(jié)構(gòu)以粒泥灰?guī)r或泥粒灰?guī)r為主，中等—差分選（圖5h）；顆粒主要為內(nèi)碎屑和球粒；可見多個不同粒徑的顆粒層、底沖刷面、正粒序?qū)永恚▓D5h）；生物化石主要為少量三葉蟲、海百合、零星腕足和介形蟲。這類巖相主要發(fā)育于紅花園組，并位于高頻米級沉積旋回的下部。除顆粒類型不同外，LF5具有與LF4具有類似的特征。因此，將LF5的沉積環(huán)境也解釋為下中緩坡，位于風(fēng)暴浪基面之上，偶爾受到風(fēng)暴流的影響[34，37，41]。

2.2 上中緩坡

該沉積相帶主要發(fā)育中層白云巖（LF6）、中層石英砂巖（LF7）、中—厚層內(nèi)碎屑或球粒灰?guī)r（LF8）、厚層—塊狀內(nèi)碎屑或球粒—生屑灰?guī)r（LF9）和厚層鮞粒白云巖（LF10）5種巖相。

1） 中層白云巖（LF6）

這類巖相的顏色以深灰色、灰色為主（圖6a，b）；單層以中層狀為主，局部為厚層或塊狀；顯微鏡下，以極細(xì)晶至細(xì)晶、曲面他形—半自形白云石為主，局部可見顆粒幻影（圖6c）；局部可見互層狀的白云石層與球粒或砂級石英顆粒層（圖6d），或砂級石英顆粒呈分散狀漂浮于白云石之中；發(fā)育正粒序?qū)永恚▓D6b）、水平層理，局部見底沖刷面。此類巖相主要發(fā)育于桐梓組，常位于高頻米級沉積旋回的上部。單層厚度、顆粒含量的增多、沉積構(gòu)造的發(fā)育及其所處的高頻米級沉積旋回部位均表明LF6的沉積水深較LF1～LF5淺[34?35]。此外，單層內(nèi)發(fā)育的多個正粒序?qū)永恚▓D6b）說明LF6沉積時(shí)期短時(shí)間尺度內(nèi)水動力發(fā)生頻繁的動蕩變化[6]。基于上述特征，將LF6的沉積環(huán)境解釋為上中緩坡，位于晴天浪基面之下，經(jīng)常受到風(fēng)暴流的影響。

2） 中層石英砂巖（LF7）

此類巖相的顏色以灰色為主（圖7a）；單層主要為中層狀；顯微鏡下，石英顆粒的分選為中等—差，它們之間呈點(diǎn)和縫合接觸（圖7b，c），發(fā)育不同粒級的石英顆粒層；除石英顆粒外，可見白云石內(nèi)碎屑和礫屑（圖7b，c），個別內(nèi)碎屑中見石英顆粒。這類巖相主要分布于桐梓組，常構(gòu)成高頻米級沉積旋回的頂部。在研究區(qū)以碳酸鹽為主的沉積體系中，LF7的發(fā)育表明桐梓組沉積時(shí)期貴州省（或上揚(yáng)子地區(qū)）存在一個碳酸鹽—碎屑巖混合沉積體系，但LF7的零星發(fā)育說明混積過程在研究區(qū)并非廣泛發(fā)育。基于上述特征，將LF7的沉積環(huán)境解釋為上中緩坡，位于晴天浪基面之下，受風(fēng)暴流的影響。在LF6的沉積過程中，陸源碎屑或混積體系中的石英顆粒由于受到風(fēng)暴流的作用，被搬運(yùn)至研究區(qū)堆積形成LF7[45?47]。

3） 中—厚層內(nèi)碎屑或球粒砂屑灰?guī)r（LF8）

這類巖相的顏色以深灰色、灰色為主（圖7d）；單層以中層、厚層狀為主；顯微鏡下，巖石結(jié)構(gòu)以泥粒灰?guī)r或顆粒灰?guī)r為主（圖7e，f），局部為粒泥灰?guī)r，中等—差分選；顆粒以內(nèi)碎屑、球粒為主，局部可見大量礫屑，其粒徑可達(dá)9 cm；生物化石主要為少量三葉蟲、海百合、介形蟲，零星腕足和Nuia 藻。這類巖相主要分布于紅花園組，常位于高頻米級沉積旋回的上部。單層厚度、顆粒支撐結(jié)構(gòu)及其所處的高頻米級沉積旋回部位表明LF8沉積時(shí)期水動力較強(qiáng)[48]，但不同的顆粒分選程度指示沉積過程中動蕩的水動力[6，41]。此外，大量礫屑的局部發(fā)育顯示LF8的沉積過程偶爾受到了強(qiáng)水動力（如風(fēng)暴流）的作用[6]。因此，將LF8的沉積環(huán)境解釋為上中緩坡，位于晴天浪基面之下[40，46，49]。

4） 厚層—塊狀內(nèi)碎屑或球粒—生屑灰?guī)r（LF9）

此類巖相的顏色以深灰色、灰色為主（圖8a）；單層以厚層、塊狀為主，局部為中層狀；顯微鏡下，巖石結(jié)構(gòu)主要為泥粒灰?guī)r/顆粒灰?guī)r、灰礫巖，中等—差分選；顆粒主要為生屑，發(fā)育少量內(nèi)碎屑、球粒（圖8b）；生物化石以三葉蟲、海百合為主，見少量腕足。這類巖相主要發(fā)育于紅花園組，并位于高頻米級沉積旋回的上部。單層厚度、顆粒支撐結(jié)構(gòu)及其所處的高頻米級沉積旋回部位顯示，LF9形成于水動力較強(qiáng)的沉積環(huán)境[6，22，50]，但不同的顆粒分選程度表明其沉積過程中動蕩的水動力[6，41]。因此，將LF9的沉積環(huán)境解釋為上中緩坡，位于晴天浪基面之下。

5） 厚層鮞粒白云巖（LF10）

這類巖相的顏色以灰色、淺灰色為主（圖8c，d）；單層以厚層狀為主；顯微鏡下，以細(xì)晶、曲面他形—半自形白云石為主，局部可見顆粒幻影，推測原巖應(yīng)為鮞粒顆粒灰?guī)r，中等—好分選（圖8e）。此類巖相主要發(fā)育于桐梓組，并位于高頻米級沉積旋回的上部。單層厚度、顆粒支撐結(jié)構(gòu)及其所處的高頻米級沉積旋回部位顯示，LF9形成于水動力較強(qiáng)的沉積環(huán)境[6，22]，但L9與LF6和LF2的組合特征指示其并非形成在高能鮞粒灘相[34，48，51]。因此，將LF10的沉積環(huán)境解釋為上中緩坡，位于晴天浪基面之下。

3 沉積模式

基于前人對奧陶紀(jì)揚(yáng)子板塊巖相古地理的研究成果[3，7?9，11?12]，早奧陶世黔北地區(qū)整體應(yīng)屬于淺水碳酸鹽巖臺地沉積體系[7，15]。研究區(qū)缺乏典型的碳酸鹽臺地邊緣礁灘相和明顯的淺水—深水過渡帶（即斜坡坡折帶）。此外，桐梓組和紅花園組的沉積厚度相對穩(wěn)定，側(cè)向厚度變化較為平緩（見第5部分）。因此，將早奧陶世研究區(qū)沉積模式解釋為碳酸鹽緩坡系統(tǒng)（圖9）。

根據(jù)沉積特征的差異，可將研究區(qū)下奧陶統(tǒng)的沉積過程劃分為兩個階段。其中第一沉積階段（桐梓組沉積時(shí)期），以非骨架碳酸鹽顆粒（non-skeletalgrains）為主的沉積體系（圖9a）。該時(shí)期，LF2和LF6作為主要的巖相類型，發(fā)育于整個桐梓組；LF1發(fā)育在桐梓組的下部、中部和頂部；少量LF3和LF9發(fā)育在桐梓組的底部和頂部；零星LF7和LF10發(fā)育在桐梓組的頂部和上部（圖10）。第二沉積階段（紅花園組沉積時(shí)期），以骨架碳酸鹽顆粒（skeletal grains）為主的沉積體系（圖9b）。該時(shí)期，主要的巖相（LF3和LF9）發(fā)育于整個紅花園組；少量LF5和LF8發(fā)育于紅花園組的中下部；零星LF1和LF4分別發(fā)育于紅花園組的頂部和底部（圖10）。

4 層序地層特征

4.1 高頻米級沉積旋回

研究區(qū)桐梓組和紅花園組主要由向上變淺的高頻米級沉積旋回組成（圖4c、圖5e、圖6a、圖7a，d、圖8a，c）。這些沉積旋回表現(xiàn)出明顯的非對稱性，即由下部相對深水的巖相（厚度占比小）加積至上部相對淺水的巖相（厚度占比大），指示高頻（五級或四級）相對海平面快速上升和緩慢下降的過程[40，52?53]。此外，早奧陶世瓢兒田剖面主要位于開闊海沉積環(huán)境，因此該時(shí)期研究剖面以發(fā)育開闊海沉積旋回為特征，不發(fā)育潮緣旋回[40，49]。

根據(jù)構(gòu)成米級沉積旋回的巖相類型，可將桐梓組和紅花園組的米級沉積旋回分別劃分為四種類型（T-1～T-4和H-1～H-4；圖9）。其中T-1發(fā)育在桐梓組（圖10），厚度介于1～3 m，其下部由下中緩坡至盆地相巖相（LF1和/或LF2）構(gòu)成，向上演變?yōu)樯现芯徠聨r相（LF6和LF10）（圖4c、圖6a、圖8c、圖9a）；T-2分布在桐梓組的上部（圖10），厚度約1.5 m，其下部以外緩坡巖相（LF1）為特征，上部則由上中緩坡巖相（LF6）組成，向上進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)長F7（圖7a、圖9a）；T-3發(fā)育在桐梓組的底部和頂部（圖10），厚度介于1～2 m，其下部和上部分別為下中緩坡至外緩坡巖相（LF1和/或LF3）和上中緩坡巖相（LF9）（圖9a）；T-4分布在桐梓組的中部（圖10），厚度介于0.5～1.0 m，其下部為下中緩坡至盆地相巖相（LF1），向上加積至下中緩坡至外緩坡巖相（LF2）（圖9a）。H-1主要發(fā)育在紅花園組（圖10），厚度介于1～5 m，其由下部的下中緩坡至外緩坡巖相（LF3）和上中緩坡巖相（LF9）（圖8a、圖9b）；H-2主要分布在紅花園組的底部（圖10），厚度介于1.0～1.5 m，由下部的下中緩坡至外緩坡巖相（LF4或LF5）和上部的上中緩坡巖相（LF9）組成（圖5e、圖9b）；H-3主要發(fā)育在紅花園組的中下部（圖10），厚度介于1.0～1.5 m，其下部為下中緩坡至外緩坡巖相（LF5），上部為上中緩坡巖相（LF8）（圖7d、圖9b）；H-4主要分布在紅花園組的頂部（圖10），厚度介于0.5～1.0 m，其下部為外緩坡帶至盆地相巖相（LF1），向上演變?yōu)橄轮芯徠聨r相（LF3）（圖9b）。

4.2 三級沉積層序

在三級沉積層序分析中，采用Embry et al.[54]的海進(jìn)—海退（transgressive-regressive）模式。在該層序模式中，一個完整的三級層序由下部的海進(jìn)體系域（Transgressive Systems Tract，TST）和上部的海退體系域（Regressive Systems Tract，RST）構(gòu)成，二者之間為最大海泛面（Maximum Flooding Surface，MFS）。在沉積相和高頻米級沉積旋回識別的基礎(chǔ)上，依據(jù)沉積相和高頻米級沉積旋回垂向上的疊置特征，將黔北地區(qū)瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)桐梓組和紅花園組劃分為3個半三級層序，每個層序界面均為II型（即過渡性巖性界面）（圖10）。

1） 層序1（Sq1）

Sq1是桐梓組發(fā)育的第一個層序，其厚度為38.5m（圖10）。隨著相對海平面的升高，Sq1的海侵體系域（TST1）開始于沉積旋回T-3，其內(nèi)巖相類型主要為LF3和LF9。隨后，向上演變?yōu)橐猿练e旋回T-1為主，其內(nèi)巖相類型主要為LF2和LF6。由于相對海平面的持續(xù)上升，TST1的上部進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐訪F1為主的沉積組合（即“桐梓頁巖”[26]）（圖4a），對應(yīng)著最大海泛面（MFS1）。之后，相對海平面由上升轉(zhuǎn)為下降，海退體系域（RST1）開始形成。整體來看，RST1內(nèi)部發(fā)育兩個級別更低（四級）的沉積層序。它們均由沉積旋回T-1構(gòu)成，巖相類型以LF2和LF6為主。與TST1相比，RST1的巖相類型缺乏LF1。此外，巖相厚度增大，沉積構(gòu)造（如正粒序?qū)永怼⑺綄永淼龋┰黾樱▓D10）。

2） 層序2（Sq2）

Sq2的厚度為48.7 m。當(dāng)相對海平面由下降轉(zhuǎn)為上升后，TST2的下部仍以沉積旋回T-1為主，巖相類型為L2 和LF6，但巖相厚度明顯減小（圖10、圖11a）。隨后，TST進(jìn)一步演變?yōu)橐猿练e旋回T-4為主，巖相類型主要為LF1和LF2，標(biāo)志著相對海平面達(dá)到最高，對應(yīng)著MFS2（圖11b）。整體來看，RST2內(nèi)部發(fā)育兩個四級層序。其中下部四級層序主要由沉積層序T-1構(gòu)成，巖相類型為LF2、LF6、LF10；上部四級層序由沉積層序T-1 和T-2 組成，巖相類型為LF2、LF6、LF7。同時(shí)，與RST1類似，除了巖相厚度的增加，沉積構(gòu)造（如丘狀交錯層理、正粒序?qū)永淼龋┮裁黠@增多。

3） 層序3（Sq3）

Sq3的厚度為40.5 m。RST2之后，TST3以沉積旋回T-3為主，巖相類型主要為LF3和LF9，但厚度明顯減小，標(biāo)志著相對海平面由下降轉(zhuǎn)為上升（圖10、圖11c）。隨著相對海平面的持續(xù)上升，TST頂部轉(zhuǎn)變?yōu)橐訪F1為主的沉積組合，對應(yīng)著MFS3。RST3則由紅花園組的中下部構(gòu)成，其內(nèi)發(fā)育3個四級層序。下部四級層序由沉積旋回H-1、H-2和H-3構(gòu)成，巖相類型主要為LF3～LF5和LF8、LF9；其他2個四級層序內(nèi)的沉積旋回主要為H-1和H-3，巖相類型為LF3、LF5、LF8和LF9。

4） 層序4（Sq4）

Sq4僅發(fā)育TST或其一部分，其厚度為9.5 m。盡管TST4沉積旋回類型與RST3頂部類似，均以H-1為主，但沉積旋回厚度明顯減小（圖10、圖11d），再次指示相對海平面由下降轉(zhuǎn)為上升。整體來說，TST4的中下部由沉積旋回H-1 組成，巖相類型為LF3 和LF9；上部則由沉積旋回H-4構(gòu)成，巖相類型為LF1和LF3（圖10）。

5 沉積演化過程中的控制因素

通過將黔北地區(qū)瓢兒田剖面的沉積相和沉積層序與前人研究成果進(jìn)行對比分析，明確了研究區(qū)瓢兒田剖面早奧陶世沉積演化和層序發(fā)育過程的主要控制因素。

1） 相對海平面變化

碳酸鹽沉積過程主要受海平面變化和沉積物供給等多種因素的控制[2，6，22，40]。海侵體系域時(shí)期，海平面上升速率大于沉積物的堆積速率，相對海平面快速上升，瓢兒田剖面海侵時(shí)期形成的巖相表現(xiàn)出沉積厚度減小、顆粒含量降低，同時(shí)深水巖相類型（如LF1）豐度增加（圖10，12）。當(dāng)相對海平面由上升轉(zhuǎn)為下降時(shí)，瓢兒田剖面海退時(shí)期形成的巖相表現(xiàn)出沉積厚度增大、顆粒含量增加、沉積構(gòu)造，如丘狀交錯層理、正粒序?qū)永淼仍龆嗟奶卣鳎▓D10，12）。

另一方面，黔北地區(qū)下奧陶統(tǒng)垂向上的沉積演化序列（即三級層序）在橫向上表現(xiàn)出較好的可對比性（圖12），而且瓢兒田剖面三級層序的垂向疊置樣式顯示早奧陶世發(fā)生了更低級次（二級）海平面的上升（即海侵）過程，這與揚(yáng)子板塊其他地區(qū)同時(shí)期的海平面變化曲線類似[55?56]，也與早奧陶世全球海平面長周期變化曲線基本一致（圖13）[57?60]，而且基本可與西岡瓦納[59]及勞倫大陸[60]進(jìn)行對比。雖然缺乏絕對年齡的約束，但研究區(qū)內(nèi)下奧陶統(tǒng)三級層序與全球短周期海平面變化曲線也可進(jìn)行一定的對比（圖13）。此外，雖然古生代黔北地區(qū)經(jīng)歷了加里東幕式造山運(yùn)動的作用[25]，但桐梓組和紅花園組沉積時(shí)期黔北地區(qū)幾乎未受到這次構(gòu)造作用的影響。因此，不同級次相對海平面波動是研究區(qū)下奧陶統(tǒng)沉積垂向演化的主要控制因素。

2） 古地理格局

由于郁南運(yùn)動的作用，中上揚(yáng)子地區(qū)晚寒武世整體為西北高東南低的格局，沉積相帶呈北東向展布[61]。晚寒武世沉積古地理格局也造成中上揚(yáng)子地區(qū)早奧陶世的沉積相帶存在明顯的分帶性[7，11]。例如，早奧陶世生物礁主要發(fā)育在鄂西地區(qū)（分鄉(xiāng)組）和川南地區(qū)、黔北地區(qū)及鄂西地區(qū)（紅花園組）[12，62]，但揚(yáng)子板塊以碳酸鹽沉積體系為主的其他區(qū)域則主要以非骨架碳酸鹽顆粒沉積為特征[9，15?18]。由此可見，早期繼承的沉積古地理格局對后期沉積過程有著明顯的控制作用，類似的現(xiàn)象在其他地區(qū)也有相關(guān)報(bào)道[35，41，63?66]。

曹子顏等[67]通過對川南—黔北地區(qū)寒武系婁山關(guān)組沉積特征的研究，顯示瓢兒田剖面和紅花園剖面該時(shí)期均位于潟湖內(nèi)。趙瑩瑩等[15]通過將黔北地區(qū)水壩塘剖面桐梓組與貴陽烏當(dāng)?shù)貐^(qū)小谷龍剖面進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩個地區(qū)桐梓組具有類似的沉積特征，認(rèn)為桐梓組沉積時(shí)期具有類似的沉積環(huán)境。最近的野外踏勘發(fā)現(xiàn)，小谷龍剖面下伏婁山關(guān)組上部發(fā)育大量的藻紋層巖和疊層石，指示其形成在潮緣沉積環(huán)境[34，37]，據(jù)此推斷水壩塘剖面的沉積環(huán)境應(yīng)該為類似的潮緣環(huán)境。整體來看，晚寒武世水壩塘剖面位于沉積水體最淺的潮緣環(huán)境，紅花園剖面和瓢兒田剖面位于沉積水體更深的潟湖環(huán)境。由于早奧陶世全球海平面的上升，紅花園剖面和瓢兒田剖面的沉積環(huán)境演變?yōu)橹芯徠拢t花園剖面桐梓組具有與瓢兒田剖面類似的沉積序列和沉積特征（圖12）。如由下部黑色頁巖和上部生屑灰?guī)r構(gòu)成的米級沉積旋回（圖14a，b）、正粒序?qū)永恚▓D14c）、大量礫屑的發(fā)育及丘狀交錯層理（圖14d，e）。但紅花園剖面桐梓組的礫屑粒徑更大、發(fā)育頻率更高，同時(shí)該剖面紅花園組還發(fā)育一定數(shù)量的淺海造礁生物瓶筐石（Calathium）（圖14f），表明紅花園剖面位于沉積水體更淺的部位。相比之下，由于水壩塘剖面整體處于潮緣環(huán)境，主要發(fā)育一定數(shù)量的以微生物為主導(dǎo)的相關(guān)巖石類型（如疊層石、微生物顆粒灰?guī)r等）[16]。三個剖面沉積特征的差異表明，晚寒武世沉積古地理格局對黔北地區(qū)早奧陶世沉積相帶的展布起著控制作用。

6 結(jié)論

（1） 黔北地區(qū)瓢兒田剖面碳酸鹽緩坡沉積體系內(nèi)共發(fā)育10種巖相類型，主要形成于碳酸鹽巖緩坡沉積體系。其中桐梓組沉積時(shí)期，黔北地區(qū)瓢兒田剖面為一個非骨架碳酸鹽顆粒沉積為主的沉積體系；紅花園組沉積時(shí)期，演變?yōu)橐怨羌芴妓猁}顆粒沉積為主的沉積體系。

（2） 瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)以非對稱性的開闊海沉積旋回為主。在高頻米級沉積旋回垂向疊置特征分析的基礎(chǔ)上，下奧陶統(tǒng)可進(jìn)一步識別出3個半三級層序（Sq1～Sq4），各個三級層序的層序界面均為II型界面（即巖性轉(zhuǎn)換面）。Sq1～Sq3為完整的三級層序，由TST和RST構(gòu)成，但Sq4僅發(fā)育TST。

（3） 瓢兒田剖面下奧陶統(tǒng)沉積演化過程和層序發(fā)育主要受控于不同級次的相對海平面變化和古地理格局。其中不同級次相對海平面波動則制約著沉積相的垂向演化，古地理格局控制著沉積相帶的空間分布。

致謝 感謝審稿專家提出的建設(shè)性修改意見，感謝編輯部老師及時(shí)處理稿件。特別感謝我的博士研究生導(dǎo)師陳代釗研究員，感謝他一直以來的指導(dǎo)和幫助。

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