高彩霞，黃朝陽，冉瑞清，張自賢，李北平

(1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260； 2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局205地質(zhì)隊，重慶 401147；3.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全國家重點實驗室及地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

“層序地層學(xué)”作為一門新方法學(xué)科，自八十年代問世以來，在聚煤作用、石油勘探等方面得到了廣泛的應(yīng)用。例如對于近海型陸源碎屑、海相碳酸鹽巖含煤盆地層序格架下煤層分布規(guī)律，國外學(xué)者Hamilton D S、Flint, S.S.以及國內(nèi)學(xué)者邵龍義等分別進行了許多研究[1-3]；對于含油氣盆地，朱曉敏、姜在興等亦有更深刻的研究[4-5]。前人對重慶城口地區(qū)錳礦做了大量的研究，例如在錳礦資源、地質(zhì)構(gòu)造特征、成礦規(guī)律、地球化學(xué)特征等方面比較成熟[6-9]，但是就層序格架下錳礦的聚集規(guī)律研究還比較少見。因此，本文運用露頭、鉆井層序地層學(xué)的有關(guān)理論方法在詳細的沉積學(xué)研究和精細的地層劃分對比基礎(chǔ)上，從層序界面及體系域界面識別入手進行層序的劃分與對比，建立重慶城口地區(qū)震旦系下統(tǒng)陡山沱組層序地層格架，分析層序格架下錳礦的聚集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴山錳礦成礦帶位于揚子地臺北緣大巴山加里東褶皺帶內(nèi)，東以大巴山斷裂與南秦嶺加里東褶皺帶為鄰，西以鎮(zhèn)巴大斷裂和揚子地臺的漢南米倉山地臺隆起區(qū)相接。由于受多期構(gòu)造運動的影響，形成城巴凹褶斷束。城口地區(qū)錳礦床由北西往南東分布有明月、高燕、大渡溪和修齊錳礦床，并組成城口錳礦帶。在錳礦帶北側(cè)，發(fā)育城巴大斷裂帶，南側(cè)發(fā)育烏坪斷裂帶，兩個斷裂帶不僅控制城口錳礦帶分布，同時受二者影響，成礦帶中次級別斷層及褶皺極其發(fā)育，地層傾角變大，部分地層傾向發(fā)生倒轉(zhuǎn)，構(gòu)造十分復(fù)雜(圖1)。研究區(qū)陡山沱組分兩段，第一段巖性為黑色砂質(zhì)頁巖與粉砂巖互層，下部砂質(zhì)成分增多；第二段頂部為錳礦層，錳礦層之下為黑色炭質(zhì)頁巖及黑色泥質(zhì)頁巖。

圖1 重慶城口區(qū)域地質(zhì)圖Figure 1 Regional geological map of Chengkou area, Chongqing

2 關(guān)鍵層序和體系域界面

在對重慶城口地區(qū)震旦系下統(tǒng)陡山沱組層序地層研究中，層序及體系域的劃分采用EXXON公司“Vail”學(xué)派的觀點，各關(guān)鍵界面劃分標(biāo)志如下，見圖2：

2.1 層序界面的識別

(1)巖性巖相轉(zhuǎn)換面。在沉積盆地下傾方向，由于海平面的波動，層序界面間表現(xiàn)為水體變淺-變深過程的轉(zhuǎn)換面。層序界面上下的地層會受到影響，界面上下的沉積特征會有明顯差異。陡山沱期曾發(fā)生4次大的海平面升降事件，即陡山沱早期的1次全球海平面升降事件；陡山沱中期有2次全球海平面升降事件，在陡山沱晚期出現(xiàn)第4次大的海平面升降事件。4次大的海平面升降事件，顯示有3個海平面下降與上升之間的轉(zhuǎn)換面(圖2a)。

(a)巖性巖相轉(zhuǎn)換面；(b) 陡山沱組與觀音崖組之間整合界面圖2 研究區(qū)陡山沱組層序界面Figure 2 Study area Doushantuo Formation sequence interfaces

(2)陡山沱組與觀音崖組之間界面。研究區(qū)陡山沱組與下伏觀音崖組之間的整合接觸面。界面之上為陡山沱組下段粉砂巖及砂質(zhì)頁巖，界面之下為紫紅色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、灰?guī)r。該界面從巖石地層方面研究劃分，界限清晰(圖2b)。

2.2 最大海泛面

最大海泛面是層序中海侵達到最大限度時所對應(yīng)的界面，它是海侵體系域與高水位體系域之間的地層界面，以海侵沉積體系向陸退積轉(zhuǎn)換為高水位沉積體系向盆進積為特征。本次研究以出現(xiàn)的薄層白云巖底板為最大海泛面(圖3)。

3 大渡溪剖面B-B′層序地層分析

本區(qū)以大渡溪B-B′典型剖面為例，從地層與沉積環(huán)境特征以及層序地層進行了詳細的分析，從而了解重慶城口陡山沱組層序格架，為層序格架下錳礦聚集規(guī)律的分析奠定基礎(chǔ)。

城口大渡溪剖面B-B′位于大渡溪錳礦區(qū)，該剖面陡山沱組第一段出露不全，但陡山沱組第一段和第二段均出露良好，地層厚71.7m，比較厚。根據(jù)層序地層學(xué)原理、鉆孔巖性和沉積旋回發(fā)育特征，自下而上該剖面發(fā)育4個層序，其中層序1為陡山沱組第一段下部，層序2為陡山沱組第一段中部及上部下段，層序3為陡山沱組第一段頂部以及第二段底部，層序4為陡山沱組第二段中部及上部，甚至包括燈影組第一段底部的淺灰色中厚層狀微晶白云巖。每個層序均為Ⅱ型三級層序，包括海侵體系域和高位體系域，初始海泛面與層序界面重合(圖4)。

層序1。只發(fā)育高位體系域淺海濱外陸棚沉積，為黃灰色、土黃色的含粉砂質(zhì)頁巖，局部有極薄層粉砂巖。

層序2。該層序發(fā)育海侵體系域和高位體系域，比較完整。海侵體系域：最大海泛面為巖性巖相轉(zhuǎn)換面，為濱外陸棚相炭質(zhì)頁巖底板。該體系域主要為過渡相黃灰色、深灰色薄至中厚層狀粉砂巖與薄層含砂質(zhì)、泥質(zhì)頁巖。高位體系域：為約7m厚的含粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖，夾有粉砂質(zhì)透鏡體，濱外陸棚沉積。

層序3。該層序發(fā)育海侵體系域和高位體系域，亦比較完整。海侵體系域：最大海泛面亦為巖性巖相轉(zhuǎn)換面，陡山沱組第一段和第二段分界面，剖面上為濱外陸棚相炭質(zhì)頁巖底板。該體系域主要為過渡相淺灰色、黃褐色中厚層狀細砂巖，偶夾有粉砂巖，層間夾有灰黑色炭質(zhì)頁巖。高位體系域：約5m厚，中下部為濱外陸棚灰黑色、黃褐色炭質(zhì)頁巖，夾有大小不一的白云巖透鏡體；高位體系域頂部為局限臺地約1m厚的深灰色白云巖。

層序4。該層序發(fā)育完整，從陡山沱組第二段下部至燈影組第一段底部中厚層狀白云巖。包括海侵體系域和高位體系域。海侵體系域：最大海泛面為出現(xiàn)的薄層條帶狀白云巖底板。該體系域主要發(fā)育濱外陸棚相灰黑色炭質(zhì)頁巖，夾白云巖透鏡體。伴隨著海平面的快速上升，可容空間亦迅速增大，為基準(zhǔn)面快速上升過程中盆地退積沉積的填充過程。高位體系域：主要為濱外陸棚和局限臺地沉積。其中濱外陸棚巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖，偶夾條帶狀白云巖以及局限臺地深灰色、棕褐色薄層至中厚層狀微晶白云巖。

4 典型斷面層序地層格架

研究區(qū)從陡山沱組到燈影組，構(gòu)成一個總體向上變淺的沉積序列，該序列組成一個二級構(gòu)造層序。整個陡山沱組屬于陡山沱階，延伸年限從630～680Ma，持續(xù)50Ma，根據(jù)上述的層序界面，進一步劃分為4個Ⅱ型三級層序，平均每個三級層序大致12.5Ma[55]。 受古構(gòu)造因素及后期構(gòu)造因素的嚴(yán)重影響，各個錳礦區(qū)層序發(fā)育情況不同，大部分地區(qū)未打穿陡山沱組第二段，甚至未打穿陡山沱組第一段。

HST—高位體系域； TST—海侵體系域； mfs—最大海泛面圖3 最大海泛面-體系域界面識別Figure 3 Interfaces identification of maximum marine flooding surface-system tracts

圖4 大渡溪B-B′陡山沱組沉積相與層序地層柱狀圖Figure 4 Daduxi B-B’ Doushantuo Formation sedimentary facies and sequence stratigraphic column

下面以北西-南東向沉積相與層序?qū)Ρ葓D(圖5)對研究區(qū)層序格架進行分析。

層序1。為陡山沱組第一段底部，只在高燕剖面B-B′和大渡溪剖面B-B′只發(fā)育高位體系域淺海濱外陸棚沉積，主要為黃灰色含粉砂質(zhì)頁巖，局部有極薄層粉砂巖。

圖5 城口陡山沱組斷面層序地層格架Figure 5 Chengkou Doushantuo Formation section sequence stratigraphic framework

層序2。為陡山沱組第一段中部，亦只在高燕剖面B-B′和大渡溪剖面B-B′發(fā)育，該層序發(fā)育海侵體系域和高位體系域，比較完整。海侵體系域：最大海泛面為巖性巖相轉(zhuǎn)換面，為濱外陸棚相炭質(zhì)頁巖底板。該體系域主要為過渡相黃灰色、深灰色薄至中厚層狀粉砂巖與薄層含砂質(zhì)、泥質(zhì)頁巖。高位體系域：為濱外陸棚含粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖，夾有粉砂質(zhì)透鏡體。

層序3。為陡山沱組第一段上部和第二段底部，該層序發(fā)育海侵體系域和高位體系域，亦比較完整。海侵體系域：最大海泛面亦為巖性巖相轉(zhuǎn)換面，剖面上為濱外陸棚相炭質(zhì)頁巖底板。該體系域主要為過渡相中厚層狀細砂巖，偶夾薄層粉砂巖，在大渡溪剖面B-B′層間夾有灰黑色炭質(zhì)頁巖。高位體系域：在高燕剖面B-B′只發(fā)育濱外陸棚炭質(zhì)頁巖；在大渡溪剖面B-B′發(fā)育濱外陸棚和局限臺地沉積。其中濱外陸棚為黑色、黃褐色炭質(zhì)頁巖，夾有大小不一的白云巖透鏡體；局限臺地為約1m厚的深灰色白云巖。

層序4。該層序自陡山沱組第二段下部至燈影組第一段底部中厚層狀白云巖。該層序自高燕剖面B-B′至修齊鉆孔ZK2-1均有發(fā)育，其中高燕剖面B-B′和大渡溪剖面B-B′發(fā)育較完整，包括海侵體系域和高位體系域，其他剖面(鉆孔)只發(fā)育高位體系域。海侵體系域：在高燕剖面B-B′最大海泛面為薄層粉砂巖上炭質(zhì)頁巖底部，而在大渡溪剖面B-B′則為出現(xiàn)的薄層條帶狀白云巖底板，表明大渡溪剖面B-B′比高燕剖面B-B′更靠近海，水體更深。該體系域主要發(fā)育濱外陸棚相灰黑色炭質(zhì)頁巖，夾白云巖透鏡體以及薄層粉砂巖。伴隨著海平面的快速上升，可容空間亦迅速增大，為基準(zhǔn)面快速上升過程中盆地退積沉積的填充過程。

高位體系域。主要為濱外陸棚和局限臺地沉積。其中濱外陸棚巖性主要為含錳條帶狀炭質(zhì)頁巖、黑色炭質(zhì)頁巖以及各種構(gòu)造的菱錳礦，包括球粒、豆粒、鮞粒菱錳礦，多為隱晶質(zhì)，為菱錳礦層的主要富集層位。局限臺地主要為灰色、深灰色薄層狀含錳白云巖、灰黑色薄層狀含硅質(zhì)白云巖夾炭質(zhì)頁巖條帶，為高位體系域后期，海平面略有下降所沉積。

5 層序格架錳礦聚集規(guī)律分析

5.1 錳礦在層序地層格架中的發(fā)育特征

研究區(qū)城口錳礦帶位于城巴凹褶斷束，受北側(cè)巴山斷裂帶以及南側(cè)烏坪斷裂帶的影響，研究區(qū)錳礦只在陡山沱組二段頂部賦集。從各個層序錳礦沉積厚度看出(表1)，層序1至層序3沒有錳礦發(fā)育，只有層序4的高位體系域里錳礦賦集。自高燕經(jīng)大渡溪至修齊錳礦區(qū)層序4高位體系域(陡山沱組第二段上部)錳礦賦集情況為好—較好—好。其中高燕ZK133-19層序4高位體系域錳礦層最厚，達5.53m，其中主礦體厚5.18m，以鮞狀菱錳礦為主，次礦體厚0.37m，以隱晶質(zhì)菱錳礦為主，夾含錳條紋條帶狀炭質(zhì)頁巖；修齊鉆孔ZK2-1層序4高位體系域錳礦層厚達3.74m，而在修齊D-D′剖面層序4高位體系域錳礦層最薄，達0.55m。鉆孔ZK2-1與D-D′剖面同在修齊錳礦區(qū)，錳礦賦集差異之大，這可能受次級構(gòu)造斷層及褶皺的影響而發(fā)育差異。

表1 城口陡山沱組層序格架中錳礦層分布一覽表

5.2 層序格架下錳礦賦集規(guī)律

本研究區(qū)主要的沉積相單元為淺海陸棚，因此每個三級層序的劃分只包括海侵體系域和高位體系域。早震旦世，氣候變暖，冰川融化，全球海平面上升，首次發(fā)生了大規(guī)模的海侵，沉積了一套觀音崖組，主要為濱海沉積，無菱錳礦賦集。

之后陡山沱期發(fā)生了四次大規(guī)模的海侵，層序1至層序4海侵體系域主要為過渡相薄至中厚層狀粉砂巖、炭質(zhì)頁巖夾薄層粉砂巖，無菱錳礦賦集，局部地區(qū)為濱外陸棚炭質(zhì)頁巖沉積。層序1至層序3高位體系域巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖、灰色薄層狀含錳白云巖，無菱錳礦賦集，直到第四次海平面廣泛上升至最大海泛面滯后時段內(nèi)，在深水、還原、偏堿性的淺海濱外陸棚環(huán)境下錳礦才開始聚集，多為鮞狀、球狀、條帶狀，且在高燕、修齊等錳礦區(qū)成為重要的開采礦床。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)震旦系下統(tǒng)陡山沱組主要發(fā)育巖性巖相轉(zhuǎn)換面、陡山沱組與觀音崖組之間界面兩種層序界面類型。共識別出五個層序界面，進一步劃分為4個Ⅱ型三級層序。層序1為陡山沱組第一段底部，層序2為陡山沱組第一段中部，層序3為陡山沱組第一段上部和第二段底部，層序4為自陡山沱組第二段下部至燈影組第一段底部中厚層狀白云巖。

(2)基于淺海陸棚的背景，研究區(qū)陡山沱組第四次海平面廣泛上升至最大海泛面滯后時段內(nèi)，在深水、還原、偏堿性的淺海濱外陸棚環(huán)境下錳礦才開始聚集，且在高燕、修齊等錳礦區(qū)成為重要的開采礦床。