王 萌，牟傳龍，梁 薇，鄭斌嵩，侯 乾

(1. 山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590； 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081； 3. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

寒武系地層在黔北地區(qū)廣泛發(fā)育，出露良好。寒武紀(jì)梅樹村期—南皋期早期，黔北地區(qū)沉積了大套碳質(zhì)泥頁巖[1];至南皋期晚期，明心寺組底部的頁巖顏色變淺，并含有粉砂質(zhì)，明心寺組頂部則沉積了較厚的砂巖。前人對黔北地區(qū)明心寺組上段沉積環(huán)境的認(rèn)識較少且存在爭議：林文洲提出明心寺組中上部的粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖和局部含有灰?guī)r的巖性組合(以陸源碎屑沉積為主)屬于混積型緩坡沉積[2]；馮增昭等認(rèn)為明心寺組屬碎屑巖臺地相沉積的產(chǎn)物[3-4]；牟傳龍等則將黔北地區(qū)明心寺組劃歸為淺水陸棚沉積[5]；梅冥相等雖提出黔北地區(qū)明心寺組存在濱岸相沉積，認(rèn)為明心寺組上段的砂巖層代表了該地區(qū)寒武系明心寺組沉積環(huán)境變淺[6-8]，但是未曾詳細(xì)論述其沉積特征及重要的地質(zhì)意義。

基于此，本文以黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組為研究對象，采用野外露頭觀察、薄片鑒定及碎屑巖粒度分析等傳統(tǒng)沉積巖石學(xué)工作方法，對其巖性組合、沉積構(gòu)造、沉積演化序列及沉積相類型進(jìn)行詳細(xì)研究，以期為黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)寒武系明心寺組上段屬于濱岸相沉積的認(rèn)識提供充分證據(jù)，并為認(rèn)識黔北地區(qū)乃至中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系明心寺組沉積期古地理格局及探討其大地構(gòu)造背景探討提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

三丘田剖面位于貴州省鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣[圖1(b)]，屬于中上揚(yáng)子地區(qū)東南緣[9][圖1(a)]，其沉積演化特征與中上揚(yáng)子陸塊的構(gòu)造活動有著密切聯(lián)系[10-11]。早—中元古代，揚(yáng)子板塊的基底開始形成，并圍繞古老陸核發(fā)育，整個揚(yáng)子板塊在晉寧期完全固結(jié)[12-13]，至此，揚(yáng)子板塊基本定型[14-15]，由此進(jìn)入穩(wěn)定的克拉通發(fā)展時期[16-17]。新元古代—寒武紀(jì)梅樹村期晚期，在Rodinia古大陸裂解的背景下，中上揚(yáng)子陸塊整體受到拉張作用[18-21]。寒武紀(jì)南皋期，川中—川南地區(qū)在加里東早期運(yùn)動的作用下由拉張作用轉(zhuǎn)換為區(qū)域性擠壓作用，致使孤立的磨溪—高石梯與威遠(yuǎn)—資陽同沉積隆起合并形成統(tǒng)一的寒武系水下古隆起[22-23]。受寒武紀(jì)桐灣運(yùn)動Ⅲ幕的影響，中上揚(yáng)子地區(qū)隆坳格局分異加劇[24-26]，統(tǒng)一古隆起遭受剝蝕改造[22]。黔北地區(qū)寒武紀(jì)黔東世屬于揚(yáng)子克拉通盆地及揚(yáng)子板塊東南緣被動大陸邊緣盆地[27-28]，在此大地構(gòu)造沉積背景下，寒武紀(jì)黔東世牛蹄塘組沉積晚期—明心寺組沉積期整體表現(xiàn)為海退過程[29-33]，沉積了一套總體向上變淺的碎屑巖沉積序列。

圖(a)引自文獻(xiàn)[34]圖1 中上揚(yáng)子地區(qū)寒武紀(jì)黔東世構(gòu)造背景及黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)寒武系地層分布Fig.1 Tectonic Background of Cambrian Qiandongian in the Middle-upper Yangtze Region and Distribution of Cambrian Strata in Zhenyuan Area, the Northern Guizhou

根據(jù)最新寒武系地層劃分方案[35]，中上揚(yáng)子地區(qū)明心寺組屬于寒武系黔東統(tǒng)，主要發(fā)育于黔北及其鄰區(qū)[36]。各區(qū)域寒武系黔東統(tǒng)地層之間的對比關(guān)系見表1。

2 沉積特征及沉積相類型

黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組總厚度約為83.06 m，與下伏牛蹄塘組、上覆杷榔組均為整合接觸。按其巖性大體可分為兩段(圖2)：下段為泥質(zhì)粉砂巖與含粉砂泥巖互層段，發(fā)育水平層理；上段以石英粉—細(xì)砂巖為主，夾少量粉砂質(zhì)泥頁巖及粉砂巖，發(fā)育大量低角度沖洗交錯層理。綜合野外露頭觀測和薄片鑒定，認(rèn)為黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組下段為淺水陸棚亞相，上段為濱岸相，自下而上分別為臨濱、前濱、后濱亞相。

2.1 淺水陸棚亞相

淺水陸棚亞相發(fā)育于明心寺組下段，巖性主要為灰黃色含粉砂泥巖及含泥粉砂巖，偶夾泥質(zhì)粉砂巖[圖3(a)、(b)]，局部可見水平層理發(fā)育，指示相對安靜的陸棚沉積環(huán)境。

2.2 臨濱亞相

臨濱亞相發(fā)育于明心寺組上段下部，即圖2中層3～6，自下而上發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、石英粉—細(xì)砂巖。

表1 黔北及其鄰區(qū)寒武系黔東統(tǒng)地層對比

注：表格引自文獻(xiàn)[7]、[33]和[35]。

圖2 三丘田剖面明心寺組沉積柱狀圖Fig.2 Sedimentary Column of Mingxinsi Formation in Sanqiutian Profile

圖3 淺水陸棚、臨濱及前濱亞相沉積特征Fig.3 Sedimentary Characteristics of Shallow Shelf, Shoreface and Foreshore Subfacies

泥質(zhì)粉砂巖(層3)主要成分為粉砂級石英，體積分?jǐn)?shù)約為70%；泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)約為30%。泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育水平層理[圖3(c)、(d)]，指示濱岸相下臨濱帶。

石英粉—細(xì)砂巖(層4～6)主要成分為石英及鐵質(zhì)膠結(jié)物。石英體積分?jǐn)?shù)約為90%，其余為鐵質(zhì)膠結(jié)物。石英主要呈次圓狀，少量呈次棱角狀[圖4(a)]，顆粒分選為中等。碎屑顆粒粒度較下臨濱帶變粗，石英體積分?jǐn)?shù)增多，巖石成分成熟度增高，反映向上沉積水動力條件增強(qiáng)，屬上臨濱帶沉積。

2.3 前濱亞相

前濱亞相發(fā)育于明心寺組上段中部，即圖2中層7、8，巖性主要為灰綠色厚層塊狀石英粉—細(xì)砂巖。

石英粉—細(xì)砂巖的成分為石英與膠結(jié)物，其中層7中發(fā)育少量泥礫。石英體積分?jǐn)?shù)大于90%；礫石體積分?jǐn)?shù)約為2%，其長軸直徑為0.2～1.0 cm[圖3(e)、(f)]。碎屑顆粒分選中等，顯微鏡下可見石英具有較好的磨圓度[圖4(b)]，多呈次圓狀—圓狀。膠結(jié)物為鈣質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)，以硅質(zhì)膠結(jié)為主，單偏光下可見明顯的石英次生加大邊[圖4(b)]，巖石具顆粒支撐結(jié)構(gòu)。層內(nèi)發(fā)育大量低角度沖洗交錯層理(圖5)，其層系細(xì)直，橫向延伸較好，一般大于40 cm，部分延伸可達(dá)1 m，層系厚度為1～3 cm，角度為2°～5°，指示其形成于水動力條件強(qiáng)的前濱帶。

2.4 后濱亞相

后濱亞相發(fā)育明心寺組上段上部，即圖2中層9～11，主要發(fā)育青灰色中—厚層石英粉—細(xì)砂巖[圖6(a)]。

石英粉—細(xì)砂巖中石英體積分?jǐn)?shù)超過95%，分選中等。膠結(jié)物為鈣質(zhì)膠結(jié)[圖4(c)、(d)]，且頂部方解石體積分?jǐn)?shù)略微增多。層11中發(fā)育中型交錯層理[圖6(b)、(c)]，層系厚度為10 cm左右，頂部可見三葉蟲化石碎片局部富集[圖6(d)]，指示沉積時較強(qiáng)的水動力條件，整體代表后濱帶沉積。

3 粒度分析

碎屑巖顆粒的粒度分布受搬運(yùn)作用及水動力條件影響，因此，在不同沉積環(huán)境中表現(xiàn)出不同的粒度組合特征[37-38]。Visher于1969年提出的利用粒度概率累積曲線進(jìn)行粒度分析的方法，在沉積環(huán)境鑒別上較可靠且應(yīng)用廣泛[38-42]；粒度概率累積曲線可以直觀地反映碎屑顆粒的粒度分布與搬運(yùn)方式之間的關(guān)系[43-45]。

由底到頂選取三丘田剖面明心寺組上段下部(樣品B3)、中部(樣品B7)及上部(樣品B13、B16)4個砂巖樣品，分析其粒度特征，以期進(jìn)一步識別其濱岸相沉積特征。由于樣品均為致密巖石，故采用薄片法在單偏光顯微鏡下用測微尺直接測量顆粒的最大直徑，每個樣品統(tǒng)計300～500粒。將采集的粒度數(shù)據(jù)換算成Φ值，并利用粒度回歸方程D=0.3 815+0.9 027d(D為校正后篩析直徑Φ值；d為薄片中視直徑Φ值，即非篩析直徑)進(jìn)行篩分校正[46];將篩分校正后的粒度數(shù)據(jù)在Excel軟件中生成粒度概率累積曲線(圖7)、粒度分布曲線與概率累積曲線(圖8)。在粒度概率累積曲線上讀出相對應(yīng)累積百分比處的粒徑，然后再根據(jù)公式計算粒度參數(shù)[46]，結(jié)果見表2。

Cal為方解石圖4 明心寺組巖石微觀特征Fig.4 Microscopic Characteristics of Rocks in Mingxinsi Formation

圖5 層7石英粉—細(xì)砂巖中的低角度沖洗交錯層理Fig.5 Low-angle Washing Cross-bedding in Quartz Silty-fine Sandstone of Bed 7

圖6 層11石英粉—細(xì)砂巖中后濱亞相沉積特征Fig.6 Sedimentary Characteristics of Backshore Subfacies in Quartz Silty-fine Sandstone of Bed 11

表2 三丘田剖面明心寺組砂巖粒度參數(shù)

明心寺組砂巖粒度標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.35～0.50，分選性均好，根據(jù)Friedman的分類標(biāo)準(zhǔn)[47]，明心寺組砂巖屬于濱岸相砂巖；偏態(tài)為對稱—正偏，尖度為中等—尖銳。這與濱岸相砂巖的沉積特征比較相符。

圖8 粒度分布曲線與概率累積曲線Fig.8 Distribution Curves of Particle Size and Probability Accumulative Curves

由圖7可以看出，所統(tǒng)計4個樣品的粒度組分主要為跳躍組分，均表現(xiàn)為明顯的雙次跳躍特征；粒度分布曲線除樣品B13為雙峰對稱外，其余3個樣品均表現(xiàn)為對稱型(圖8)。樣品B3的跳躍組分粒徑為1.75～3.75 Φ，且為明顯的雙次跳躍，截斷點(diǎn)粒徑約為2.85 Φ，以跳躍組分為主，幾乎不含懸浮組分；從圖4(a)可以看出，膠結(jié)物主要為化學(xué)沉淀形成的鐵質(zhì)膠結(jié)物，表明其沉積時受到水流的反復(fù)淘洗，其特征與濱岸相臨濱帶的特點(diǎn)[48]比較相符。樣品B7跳躍組分在98%以上，粒徑為1.0～2.5 Φ，截斷點(diǎn)粒徑為1.7 Φ，表明其沉積時受到的水動力條件強(qiáng)，分選好，含有少量的懸浮組分；偏態(tài)為正偏，尖度為中等，指示其受到波浪和流水的改造作用強(qiáng)，與濱岸相前濱帶的沉積特點(diǎn)[43,48]相符合。樣品B13、B16跳躍組分粒徑為1.5～3.5 Φ，截斷點(diǎn)粒徑均在2.5 Φ左右，均具有雙次跳躍特征，跳躍組分大于95%，分選好；樣品B13不含懸浮組分，粒度分布曲線為雙峰，近于對稱，尖度為中等，表明沉積時受到不穩(wěn)定的水動力條件影響[49]；樣品B16含有少量懸浮組分，粒度分布曲線為單峰對稱型，尖度為尖銳，指示其應(yīng)屬于濱岸相后濱帶沉積[43,50]。

4 沉積演化特征

黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面明心寺組下伏牛蹄塘組為一套深水陸棚亞相黑色碳質(zhì)頁巖[5,7,9]，為深水缺氧的還原環(huán)境[9，51]。受桐灣幕式抬升運(yùn)動(Ⅲ幕)[24-27]的影響，黔北地區(qū)牛蹄塘組沉積晚期經(jīng)歷了一次海退過程。

圖9 三丘田剖面明心寺組沉積序列及演化模式Fig.9 Sedimentary Sequence and Evolution Model of Mingxinsi Formation in Sanqiutian Profile

明心寺組下段水體顯著變淺，巖性以含泥粉砂巖及含粉砂泥巖為主，局部發(fā)育水平層理，為淺水陸棚亞相；明心寺組上段海平面持續(xù)降低，水體大幅變淺，發(fā)育濱岸相的灰綠色、青灰色厚層塊狀石英粉—細(xì)砂巖，可見大量低角度沖洗交錯層理，濱岸相臨濱帶發(fā)育水平層理。

綜上所述，縱向上，黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面自牛蹄塘組至明心寺組整體表現(xiàn)為水體向上逐漸變淺、粒度由細(xì)變粗的沉積序列(圖9)，沉積相演化自下而上為淺水陸棚→臨濱→前濱→后濱，是典型的進(jìn)積型海退沉積；而橫向上，研究區(qū)明心寺組上段濱岸相沉積與其相鄰區(qū)域沉積相的細(xì)致對比尚較為薄弱。目前，亟需區(qū)域上細(xì)致的沉積相對比研究，從而進(jìn)一步明確古陸位置及其與黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)明心寺組上段濱岸相之間的過渡關(guān)系。

5 地質(zhì)意義

長久以來，前人雖然針對中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系明心寺組沉積期采用不同的作圖手段編制了多幅古地理圖[2-8]，但是對黔北地區(qū)寒武系明心寺組上段沉積相的認(rèn)識爭議較大。黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組上段濱岸相沉積的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支撐了前人對于黔北地區(qū)明心寺組上段已演變?yōu)闉I岸相沉積的觀點(diǎn)[3-5]。

桐灣幕式抬升運(yùn)動對四川盆地及周緣的隆坳格局具有很強(qiáng)的控制作用[24-25]，桐灣三期運(yùn)動使川南地區(qū)震旦系燈影組和寒武系地層遭受大幅剝蝕[24]。其中，桐灣運(yùn)動Ⅲ幕的抬升規(guī)模是桐灣三期運(yùn)動中規(guī)模最大的一次[31]。對比黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面明心寺組沉積期水體大幅降低，水動力條件增強(qiáng)，明心寺組由下段的淺水陸棚沉積演變?yōu)樯隙蔚臑I岸相沉積。由此推測，黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)寒武系明心寺組沉積期水體大幅變淺可能是桐灣運(yùn)動Ⅲ幕的影響。

前人認(rèn)為中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系明心寺組沉積期的古地理格局整體為自西北向東南逐漸加深，至黔北地區(qū)已過渡為陸棚相[8,23]。黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組上段濱岸相沉積的發(fā)現(xiàn)表明，中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系明心寺組沉積期的古地理格局還需要重新認(rèn)識，且亟需建立區(qū)域上由點(diǎn)到線再到面的沉積相細(xì)致識別和對比；此外，依據(jù)“構(gòu)造控盆-盆地控相”的觀點(diǎn)[52]，沉積-古地理格局受其大地構(gòu)造背景的控制，本研究的新資料和新認(rèn)識有助于未來進(jìn)一步探討寒武紀(jì)第二世中上揚(yáng)子地區(qū)的大地構(gòu)造背景。

6 結(jié) 語

(1)黔北鎮(zhèn)遠(yuǎn)地區(qū)三丘田剖面寒武系明心寺組下段主要為灰黃色含粉砂泥巖及含泥粉砂巖，發(fā)育水平層理，為淺水陸棚沉積；上段主要發(fā)育中—厚層石英粉—細(xì)砂巖，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度高，沉積構(gòu)造主要為低角度沖洗交錯層理，其碎屑粒度組分以雙次跳躍組分為主，為濱岸相沉積。

(2)三丘田剖面明心寺組縱向演化序列為淺水陸棚→臨濱→前濱→后濱，是典型的進(jìn)積型海退垂向序列。

(3)三丘田剖面明心寺組上段濱岸相沉積的發(fā)現(xiàn)為黔北地區(qū)寒武系明心寺組上段為濱岸相的認(rèn)識提供了充分的證據(jù)，指示中上揚(yáng)子地區(qū)寒武系明心寺組沉積期的古地理展布特征可能并非是簡單的自西北向東南逐漸加深的格局，這也為探討中上揚(yáng)子地區(qū)寒武紀(jì)黔東世大地構(gòu)造背景提供了新的資料。