貴州大別山上泥盆統(tǒng)層序地層特征

貴州大別山上泥盆統(tǒng)層序地層特征

0泥盆紀(jì)地層單位的研究進(jìn)展貴州省德山縣泥盆系發(fā)育良好，是中國云山地區(qū)迄今為止研究較早、研究較古老的領(lǐng)域之一。丁文江、王書倫在20世紀(jì)60年代對(duì)獨(dú)山縣附近的泥盆系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并建立了相應(yīng)的地層單位。20世紀(jì)60年代，王宇、于長民、孫云承擔(dān)了對(duì)該地區(qū)粘土系統(tǒng)的系統(tǒng)總結(jié)，建立了粘土系統(tǒng)。此后，該地區(qū)的粘土系統(tǒng)研究主要集中在補(bǔ)充和完善地層系統(tǒng)和沉積物系統(tǒng)上。根據(jù)之前的研究成果，作者從堆積學(xué)的角度進(jìn)行了詳細(xì)的橫向研究和室內(nèi)分析，研究了該地區(qū)粘土層的土層序列及其相應(yīng)的海拔變遷。本文主要總結(jié)晚泥盆世的土壤變化和海拔變化。1泥盆紀(jì)界面的頂界獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)包括望城坡組、堯梭組、者王組和革老河組一部分.望城坡組與中泥盆統(tǒng)獨(dú)山組的分界以Stringocephalus消失為標(biāo)志.望城坡組包括Stringocephalus的消失和Cyrtospirifer的出現(xiàn)之間的過渡層.關(guān)于泥盆系的頂界(D-C界線)一直存在爭議,目前尚未發(fā)現(xiàn)石炭系典型的Siphonodella帶的牙形石化石,但獨(dú)山一帶的者王組以含stromatocerium為特征,當(dāng)屬上泥盆統(tǒng),與艾特隆層相對(duì)應(yīng).王成源、吳祥和認(rèn)為與國際D-C層型對(duì)應(yīng)的界線應(yīng)置于Cystophrentis帶內(nèi)或頂部.本文暫置于革老河組上部泥質(zhì)頁巖和厚層灰?guī)r交界處,大致相當(dāng)于Cystophrentis帶頂部.確切的D-C界線有待進(jìn)一步研究確定.關(guān)于上泥盆統(tǒng)弗拉斯階-法門階的界線,本區(qū)雖未見典型的牙形石化石,但表現(xiàn)為復(fù)體和單體四射珊瑚明顯消失,界線大致位于堯梭組的底部.獨(dú)山一帶泥盆紀(jì)地層系統(tǒng)詳見表1所示.2下泥盆統(tǒng)緩坡或期沉積型微相類型獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)以碳酸鹽沉積為主,局部夾有泥質(zhì)頁巖.通過1:100的詳細(xì)的巖相剖面研究和室內(nèi)分析,認(rèn)為該區(qū)上泥盆統(tǒng)由兩種濱岸碳酸鹽沉積類型組成,一是碳酸鹽緩坡,二是碳酸鹽臺(tái)地.二者的沉積相和微相構(gòu)成分布及區(qū)別詳見表2和圖1.碳酸鹽緩坡是碳酸鹽沉積形成的緩傾斜的濱岸地形.獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)的緩坡型碳酸鹽沉積包括潮上帶、潮間帶、局限潮下帶、開放潮下帶、淺海陸棚和盆地6個(gè)沉積相帶14種微相類型.其共同特點(diǎn)是巖層單層厚度較小,以中厚—薄層為主,潮下帶見厚層沉積.由于地形傾斜,致使空間上環(huán)境變化大,因此在海平面升降過程中相的遷移快,相變明顯,從而在垂向上相的變化也較明顯.在緩坡的邊緣一般不形成障壁礁或?yàn)?獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)緩坡型沉積主要見于陸架邊緣體系域(SMST)和海侵體系域(TST)中.碳酸鹽臺(tái)地是碳酸鹽沉積形成的邊緣具障壁礁或?yàn)?、障壁后地形平坦的坪?獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)臺(tái)地碳酸鹽沉積包括潮上帶、潮間帶、局限臺(tái)地、開放臺(tái)地和生物層5個(gè)沉積相帶11種微相類型.其共同特點(diǎn)在于巖層單層厚度較大,以厚—巨厚層為主.由于臺(tái)地內(nèi)地形平坦,相帶寬度大,因此在海平面升降過程中相的遷移慢,相變也小,從而在垂向上相變也小.碳酸鹽臺(tái)地主要見于高水位體系域中.雖然碳酸鹽緩坡和碳酸鹽臺(tái)地均發(fā)育潮坪沉積,但局限潮下—開放潮下和局限臺(tái)地—開放臺(tái)地的水動(dòng)力條件大致相同.除了沉積巖層層厚不同外,臺(tái)地型碳酸鹽除受準(zhǔn)同生早期白云巖化影響外,還明顯受準(zhǔn)同生晚期白云巖化作用影響.因此臺(tái)地型碳酸鹽均以白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖為主,而緩坡型碳酸鹽主要受準(zhǔn)同生早期白云巖化作用影響,僅潮上和潮間帶受白云巖化影響而形成白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖.3層序界面的組成獨(dú)山一帶的上泥盆統(tǒng)可分為6個(gè)層序,包括3個(gè)Ⅰ型層序和3個(gè)Ⅱ型層序.各層序的界面、體系域的沉積相和副層序構(gòu)成見圖1和表3.各層序(Sq)的特征如下:Sq1層序底界位于望城坡組和獨(dú)山組分界處.獨(dú)山組頂部為具殘余生物的白云巖和灰質(zhì)白云巖,淡水淋濾的晶洞十分發(fā)育,反映經(jīng)受強(qiáng)烈的淡水淋濾作用影響.該界面之上,望城坡組底部為暗灰色薄層含生物和生物屑的泥灰?guī)r,為海侵體系域(TST)沉積.故推測此界面為Ⅰ型層序界面(SB,).海侵體系域下部泥灰?guī)r中產(chǎn)有大量腕足、單體四射珊瑚和橫板珊瑚等化石,上部為黑色薄層炭質(zhì)頁巖,其內(nèi)也有珊瑚和薄殼小腕足化石,為饑餓段(SS)沉積(圖版Ⅱ,1).高水位體系域?yàn)槌鄙稀遍g—局限臺(tái)地—開放臺(tái)地沉積形成的加積型副層序組.層序頂部為白云巖化的生物灰?guī)r,具殘余生物的白云巖(圖版Ⅱ,2).頂部淡水淋濾形成的晶洞發(fā)育,為Ⅱ型層序界面(SB2).Sq2層序底面位于望城坡組賀家寨段下部,為SB2.該層序由陸架邊緣體系域(SMST)、海侵體系域(TST)和高水位體系域(HST)構(gòu)成.SMST和TST為潮坪—局限潮下—開放潮下形成的副層序構(gòu)成,具明顯的加積-退積型特征.TST上部的饑餓段(SS)為深水陸棚到盆地相的泥灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r和鈣泥質(zhì)頁巖,內(nèi)有原地保存的小型珊瑚化石.HST為開放臺(tái)地—局限臺(tái)地—潮坪成因的加積進(jìn)積型的副層序組.HST上部白云巖化作用明顯,包括臺(tái)地相的生物灰?guī)r和含生物灰?guī)r均交代為白云巖(圖版Ⅱ,3),HST頂部淡水淋濾形成的晶洞較發(fā)育(圖版Ⅱ,4),具晶洞的白云巖厚度達(dá)數(shù)十米,反映其遭受了較長時(shí)期的反復(fù)淋濾.此界面也為Ⅱ型層序界面(SB2).Sq3層序底界面(SB2)位于望城坡組賀家寨段和蘆家寨段分界處.該層序SMST發(fā)育較差,由潮坪—局限潮下形成的副層序以弱退積型式構(gòu)成.TST則由開放潮下—陸棚—盆地相形成的副層序以加積型和總體的退積型堆積方式組構(gòu)而成(圖版Ⅱ,5).TST內(nèi)包括多層饑餓型沉積,其中頂部的主饑餓型沉積與最大海泛面(mfs)對(duì)應(yīng),且恰與蘆家寨段與堯梭組四方坡段的界線一致.該層序的HST以白云巖為主,原巖分析表明它們由開放臺(tái)地—局限臺(tái)地—潮坪形成的副層序以明顯的進(jìn)積-加積-進(jìn)積的堆積方式構(gòu)成.該層序的頂界為層狀延伸的角礫狀白云巖(圖版Ⅱ,6),角礫大小混雜,無任何分選和磨圓.填隙物為泥到粉屑級(jí)的細(xì)粒沉積,推測為古喀斯特成因.故此界面為典型的Ⅰ型層序界面(SB1).Sq4層序底界面(SB1)位于堯梭組四方坡段中部.該層序?yàn)橛蒚ST和HST構(gòu)成的Ⅰ型層序.TST為潮坪—局限潮下組成的副層序以加積到弱退積的堆積方式構(gòu)成,饑餓段沉積不發(fā)育,而HST也是由潮坪—局限潮下形成的副層序組成,但呈加積到進(jìn)積型堆積方式.該層序頂為數(shù)十厘米的渣狀古暴露層(圖版Ⅱ,7).渣狀層呈疏松的土狀,渣狀,呈層狀延伸,反映經(jīng)過較長時(shí)間的暴露和風(fēng)化殘積而成,為典型的Ⅰ型層序界面(SB1).Sq5層序底界為SB1,且與堯梭組四方坡段和五里橋段的界線一致.該層序包括TST和HST兩個(gè)體系域.其中TST發(fā)育良好,其下部為潮坪—局限潮下相形成的副層序(圖版Ⅱ,8),上部為局限潮下—開放潮下—陸棚相形成的副層序,總體以退積型的堆積方式組構(gòu)而成.饑餓段由泥質(zhì)頁巖和泥狀灰?guī)r組成.HST發(fā)育較差,為開放臺(tái)地一局限臺(tái)地一潮坪形成的加積一退積型的副層序組構(gòu)成.層序頂具不規(guī)則的白云巖化,且發(fā)育少量淡水淋濾的晶洞構(gòu)造,為Ⅱ型層序界面(SB2).Sq6層序底界為SB2,與五里橋段與者王組的界線一致.該層序包括者王組和革老河組,由SMST、TST和HST構(gòu)成.SMST以潮坪一局限潮下一開放潮下相形成的副層序?yàn)橹?呈加積和弱退積型的堆積方式.TST則為明顯的退積型的堆積方式,由開放潮下一陸棚一盆地相組成的副層序構(gòu)成.饑餓段為含生物的泥灰?guī)r和泥質(zhì)頁巖.HST為厚層含泥質(zhì)灰?guī)r,頂具白云巖化.因頂部覆蓋不清,故剖面上出露不全,其上覆地層湯耙溝組為中到厚層泥晶灰?guī)r、推測頂界也為Ⅱ型層序界面(SB2).綜合上述層序,它們存在以下共同特征:(1)陸架邊緣體系域(SMST)和海侵體系域(TST)以碳酸鹽緩坡沉積為特色.SMST常見加積一弱進(jìn)積型的副層序組,而TST為明顯的退積型副層序組.SMST和TST以準(zhǔn)同生早期白云巖化為主,主要在潮坪沉積中見白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r.(2)饑餓段見于TST上部,除Sq4饑餓段不發(fā)育外,其他層序的饑餓段均為暗色薄層的瘤狀灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥質(zhì)頁巖,內(nèi)含較多原地保存的生物化石.反映最大海泛面的主饑餓段一般位于TST上部或頂部,它也是TST退積型和HST加積一進(jìn)積型副層序組的轉(zhuǎn)換面.(3)高水位體系域(HST)為碳酸鹽臺(tái)地沉積,常見加積型一進(jìn)積型的副層序組.HST準(zhǔn)同生早、晚兩期白云巖化均很明顯,因此除潮坪外,臺(tái)地相也受白云巖化影響,且越接近層序頂面,白云巖化越強(qiáng).(4)Ⅰ型層序界面(SB1)表現(xiàn)為喀斯特化的角礫巖(Sq3)、渣狀層(Sq4頂)或強(qiáng)烈的淡水淋濾形成的晶洞(Sq1底),SB1界面之上緊接TST.而Ⅱ型層序界面(SB2)表現(xiàn)為淡水淋濾的晶洞構(gòu)造(Sq1、Sq2、Sq5頂),且為HST進(jìn)積型-SMST加積型副層序組的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面.4sq4與sq3、sq6的海平面升降特征上述6個(gè)層序反映研究區(qū)晚泥盆世具有6個(gè)海平面升降旋回,若以晚泥盆世(374～360Ma)14Ma計(jì),平均每個(gè)旋回約2.33Ma,與Vail、Miall、Brett等劃分的三級(jí)旋回一致,其主因可能與洋脊的變化或大陸冰蓋的增長和衰減有關(guān).從海平面升降造成的海水進(jìn)退的速度、幅度和頻率考慮,圖1的沉積相和海平面變化曲線反映6個(gè)海平面變化規(guī)程具有不同的表現(xiàn)(表3).從海平面升降的幅度來看,與Sq1、Sq2、Sq3、Sq6對(duì)應(yīng)的海平面變化的幅度較大,同一層序內(nèi)相的變化從潮坪(水深0m±)到盆地相(水深大于200m),因此海平面升降幅度大于200m,為高幅海平面升降.Sq4對(duì)應(yīng)的海平面變化幅度較小,同一層序內(nèi)相的最大變化為潮坪到局限潮下或開放潮下(水深50m1),因此海平面升降幅度是50m±,為低幅海平面升降.Sq5對(duì)應(yīng)的海平面變化介于前二者之間,同一層序內(nèi)相的變化為潮坪到淺海陸棚相(100～150m).因此,海平面升降幅度約在100～150m左右,屬中幅海平面升降.從海平面升降及對(duì)應(yīng)的海進(jìn)和海退的速率來看,Sq1、Sq2、Sq3對(duì)應(yīng)的海平面變化均表現(xiàn)為快速的海平面上升和海進(jìn),和緩慢的海平面下降和海退,因此屬速進(jìn)(升)緩?fù)?降)式.Sq5、Sq6對(duì)應(yīng)的海平面變化則表現(xiàn)為緩慢的海平面上升和海進(jìn),快速的海平面下降和海退.因此屬緩進(jìn)(升)速退(降)式.Sq4對(duì)應(yīng)的海平面變化,海平面升降的速度中等且大致相當(dāng),形成對(duì)應(yīng)的地層層序也基本對(duì)稱.從海水進(jìn)、退或升降過程中的振蕩頻率來看,Sq1、Sq2對(duì)應(yīng)的海平面變化呈低頻的海平面上升或海進(jìn),高頻的海平面下降和海退.Sq3、Sq4對(duì)應(yīng)的海平面升降(進(jìn)、退)均具高頻特征.Sq5、Sq6對(duì)應(yīng)的海平面變化則呈高頻的海平面上升(海進(jìn))和低頻的海平面下降(海退).所有這些海平面升降的細(xì)節(jié)變化均和更高級(jí)的海平面變化密切相關(guān).從弗拉斯期到法門期,二級(jí)旋回的海平面變化呈現(xiàn)出一明顯的大的海退一海進(jìn)過程,最大海退期為法門期中期,與Sq4對(duì)應(yīng).因此,在這個(gè)大的海水退一進(jìn)周期中,對(duì)于大的海退過程,次級(jí)海平面變化為緩慢、高頻的海退和快速、低頻的海進(jìn),而對(duì)于大的海進(jìn)過程,次級(jí)海平面變化為緩慢、高頻的海進(jìn)和快速、低頻的海退.上述海平面變化規(guī)程和筆者在南秦嶺總結(jié)的海平面變化完全一致,并與Johnson總結(jié)的歐美大陸泥盆紀(jì)海平面變化對(duì)比也基本一致.Johnson總結(jié)的法門階有兩個(gè)明顯的海平面升降旋回(Ⅱe和Ⅱf),其中Ⅱe中有兩個(gè)明顯的次級(jí)旋回,恰與本文的第4,5旋回對(duì)應(yīng).從旋回對(duì)比看,這兩個(gè)旋回也應(yīng)為三級(jí)海平面升降旋回.5不同體系域的成巖特征獨(dú)山一帶上泥盆統(tǒng)準(zhǔn)同生成巖作用十分明顯,大致可以分出準(zhǔn)同生早期和晚期兩種類型.準(zhǔn)同生早期是指沉積物沉積之后在原位未脫離原始水體時(shí),通常以潮坪白云巖化、海水膠結(jié)作用為主.準(zhǔn)同生晚期是指沉積物沉積后并在海平面升降之時(shí).尤其在海平面下降過程中表現(xiàn)為淡水淋濾和膠結(jié)作用,不同相帶普遍強(qiáng)烈地白云巖化作用等.這些成巖信息對(duì)識(shí)別層序界面、確定沉積體系域都具重要意義.表4為貴州上泥盆統(tǒng)不同沉積體系域的成巖特征.可以看出,陸架邊緣體系域和海侵體系域以準(zhǔn)同生早期成巖作用為主,表現(xiàn)為潮坪和局限潮下的弱白云巖化和海水潛流膠結(jié)作用.高位體系域以準(zhǔn)同生早、晚期疊加成巖作用為特色,表現(xiàn)為幾乎所有的相帶均白云巖化,高水位體系域上部至頂部淡水淋濾溶解作用發(fā)育.利用不同體系域的成巖特征,尤其是高水位體系域頂部的成巖特征,可以幫助識(shí)別層序界面(表5).獨(dú)山上泥盆統(tǒng)的Ⅰ型層序界面以巖溶崩塌膠結(jié)作用和風(fēng)化殘積層(渣狀層)的存在代表了古暴露面的存在.而Ⅱ型層序界面一般未經(jīng)長期暴露,以淡水或海水淋濾溶解和膠結(jié)作用發(fā)育為特色,表現(xiàn)為界面附近淡水淋濾的晶洞發(fā)育并為淡水方解石充填.6海退旋回和海退旋回內(nèi)特征區(qū)域成巖作用在露頭層序地層工作中詳實(shí)的剖面研究是十分重要的,本文旨在以詳實(shí)的剖面研究為基礎(chǔ),從微相一沉積相一副層序(組)一沉積體系域,結(jié)合層序界面識(shí)別和研究,分析獨(dú)山晚泥盆世的地層層序,并對(duì)海平面變化規(guī)程予以探討.通過上述系統(tǒng)地研究得出以下認(rèn)識(shí):(1)獨(dú)山地區(qū)上泥盆統(tǒng)由碳酸鹽緩坡和碳酸鹽臺(tái)地兩種類型的沉積相構(gòu)成.SMST和TST以緩坡型為主,HST以臺(tái)地型為主.(2)獨(dú)山地區(qū)上泥盆統(tǒng)包括6個(gè)層序,其中3個(gè)Ⅰ型層序,3個(gè)Ⅱ型層序.(3)獨(dú)山地區(qū)晚泥盆世海平面變化和海水進(jìn)退規(guī)程表現(xiàn)為一次大的(二級(jí)旋回)海退一海進(jìn)過程,其中包含6次較小的(三級(jí)旋回)的海進(jìn)海退旋回.弗拉斯早期,以高幅低頻快速的海進(jìn)和高頻緩慢的海退為特征(對(duì)應(yīng)Sq1、Sq2).弗拉斯晚期到法門早期,以高