贵州大别山上泥盆统层序地层特征

贵州大别山上泥盆统层序地层特征

0泥盆纪地层单位的研究进展贵州省德山县泥盆系发育良好，是中国云山地区迄今为止研究较早、研究较古老的领域之一。丁文江、王书伦在20世纪60年代对独山县附近的泥盆系进行了系统的研究，并建立了相应的地层单位。20世纪60年代，王宇、于长民、孙云承担了对该地区粘土系统的系统总结，建立了粘土系统。此后，该地区的粘土系统研究主要集中在补充和完善地层系统和沉积物系统上。根据之前的研究成果，作者从堆积学的角度进行了详细的横向研究和室内分析，研究了该地区粘土层的土层序列及其相应的海拔变迁。本文主要总结晚泥盆世的土壤变化和海拔变化。1泥盆纪界面的顶界独山一带上泥盆统包括望城坡组、尧梭组、者王组和革老河组一部分.望城坡组与中泥盆统独山组的分界以Stringocephalus消失为标志.望城坡组包括Stringocephalus的消失和Cyrtospirifer的出现之间的过渡层.关于泥盆系的顶界(D-C界线)一直存在争议,目前尚未发现石炭系典型的Siphonodella带的牙形石化石,但独山一带的者王组以含stromatocerium为特征,当属上泥盆统,与艾特隆层相对应.王成源、吴祥和认为与国际D-C层型对应的界线应置于Cystophrentis带内或顶部.本文暂置于革老河组上部泥质页岩和厚层灰岩交界处,大致相当于Cystophrentis带顶部.确切的D-C界线有待进一步研究确定.关于上泥盆统弗拉斯阶-法门阶的界线,本区虽未见典型的牙形石化石,但表现为复体和单体四射珊瑚明显消失,界线大致位于尧梭组的底部.独山一带泥盆纪地层系统详见表1所示.2下泥盆统缓坡或期沉积型微相类型独山一带上泥盆统以碳酸盐沉积为主,局部夹有泥质页岩.通过1:100的详细的岩相剖面研究和室内分析,认为该区上泥盆统由两种滨岸碳酸盐沉积类型组成,一是碳酸盐缓坡,二是碳酸盐台地.二者的沉积相和微相构成分布及区别详见表2和图1.碳酸盐缓坡是碳酸盐沉积形成的缓倾斜的滨岸地形.独山一带上泥盆统的缓坡型碳酸盐沉积包括潮上带、潮间带、局限潮下带、开放潮下带、浅海陆棚和盆地6个沉积相带14种微相类型.其共同特点是岩层单层厚度较小,以中厚—薄层为主,潮下带见厚层沉积.由于地形倾斜,致使空间上环境变化大,因此在海平面升降过程中相的迁移快,相变明显,从而在垂向上相的变化也较明显.在缓坡的边缘一般不形成障壁礁或滩.独山一带上泥盆统缓坡型沉积主要见于陆架边缘体系域(SMST)和海侵体系域(TST)中.碳酸盐台地是碳酸盐沉积形成的边缘具障壁礁或滩、障壁后地形平坦的坪地.独山一带上泥盆统台地碳酸盐沉积包括潮上带、潮间带、局限台地、开放台地和生物层5个沉积相带11种微相类型.其共同特点在于岩层单层厚度较大,以厚—巨厚层为主.由于台地内地形平坦,相带宽度大,因此在海平面升降过程中相的迁移慢,相变也小,从而在垂向上相变也小.碳酸盐台地主要见于高水位体系域中.虽然碳酸盐缓坡和碳酸盐台地均发育潮坪沉积,但局限潮下—开放潮下和局限台地—开放台地的水动力条件大致相同.除了沉积岩层层厚不同外,台地型碳酸盐除受准同生早期白云岩化影响外,还明显受准同生晚期白云岩化作用影响.因此台地型碳酸盐均以白云岩、白云质灰岩和灰质白云岩为主,而缓坡型碳酸盐主要受准同生早期白云岩化作用影响,仅潮上和潮间带受白云岩化影响而形成白云岩、白云质灰岩和灰质白云岩.3层序界面的组成独山一带的上泥盆统可分为6个层序,包括3个Ⅰ型层序和3个Ⅱ型层序.各层序的界面、体系域的沉积相和副层序构成见图1和表3.各层序(Sq)的特征如下:Sq1层序底界位于望城坡组和独山组分界处.独山组顶部为具残余生物的白云岩和灰质白云岩,淡水淋滤的晶洞十分发育,反映经受强烈的淡水淋滤作用影响.该界面之上,望城坡组底部为暗灰色薄层含生物和生物屑的泥灰岩,为海侵体系域(TST)沉积.故推测此界面为Ⅰ型层序界面(SB,).海侵体系域下部泥灰岩中产有大量腕足、单体四射珊瑚和横板珊瑚等化石,上部为黑色薄层炭质页岩,其内也有珊瑚和薄壳小腕足化石,为饥饿段(SS)沉积(图版Ⅱ,1).高水位体系域为潮上—潮间—局限台地—开放台地沉积形成的加积型副层序组.层序顶部为白云岩化的生物灰岩,具残余生物的白云岩(图版Ⅱ,2).顶部淡水淋滤形成的晶洞发育,为Ⅱ型层序界面(SB2).Sq2层序底面位于望城坡组贺家寨段下部,为SB2.该层序由陆架边缘体系域(SMST)、海侵体系域(TST)和高水位体系域(HST)构成.SMST和TST为潮坪—局限潮下—开放潮下形成的副层序构成,具明显的加积-退积型特征.TST上部的饥饿段(SS)为深水陆棚到盆地相的泥灰岩、瘤状灰岩和钙泥质页岩,内有原地保存的小型珊瑚化石.HST为开放台地—局限台地—潮坪成因的加积进积型的副层序组.HST上部白云岩化作用明显,包括台地相的生物灰岩和含生物灰岩均交代为白云岩(图版Ⅱ,3),HST顶部淡水淋滤形成的晶洞较发育(图版Ⅱ,4),具晶洞的白云岩厚度达数十米,反映其遭受了较长时期的反复淋滤.此界面也为Ⅱ型层序界面(SB2).Sq3层序底界面(SB2)位于望城坡组贺家寨段和芦家寨段分界处.该层序SMST发育较差,由潮坪—局限潮下形成的副层序以弱退积型式构成.TST则由开放潮下—陆棚—盆地相形成的副层序以加积型和总体的退积型堆积方式组构而成(图版Ⅱ,5).TST内包括多层饥饿型沉积,其中顶部的主饥饿型沉积与最大海泛面(mfs)对应,且恰与芦家寨段与尧梭组四方坡段的界线一致.该层序的HST以白云岩为主,原岩分析表明它们由开放台地—局限台地—潮坪形成的副层序以明显的进积-加积-进积的堆积方式构成.该层序的顶界为层状延伸的角砾状白云岩(图版Ⅱ,6),角砾大小混杂,无任何分选和磨圆.填隙物为泥到粉屑级的细粒沉积,推测为古喀斯特成因.故此界面为典型的Ⅰ型层序界面(SB1).Sq4层序底界面(SB1)位于尧梭组四方坡段中部.该层序为由TST和HST构成的Ⅰ型层序.TST为潮坪—局限潮下组成的副层序以加积到弱退积的堆积方式构成,饥饿段沉积不发育,而HST也是由潮坪—局限潮下形成的副层序组成,但呈加积到进积型堆积方式.该层序顶为数十厘米的渣状古暴露层(图版Ⅱ,7).渣状层呈疏松的土状,渣状,呈层状延伸,反映经过较长时间的暴露和风化残积而成,为典型的Ⅰ型层序界面(SB1).Sq5层序底界为SB1,且与尧梭组四方坡段和五里桥段的界线一致.该层序包括TST和HST两个体系域.其中TST发育良好,其下部为潮坪—局限潮下相形成的副层序(图版Ⅱ,8),上部为局限潮下—开放潮下—陆棚相形成的副层序,总体以退积型的堆积方式组构而成.饥饿段由泥质页岩和泥状灰岩组成.HST发育较差,为开放台地一局限台地一潮坪形成的加积一退积型的副层序组构成.层序顶具不规则的白云岩化,且发育少量淡水淋滤的晶洞构造,为Ⅱ型层序界面(SB2).Sq6层序底界为SB2,与五里桥段与者王组的界线一致.该层序包括者王组和革老河组,由SMST、TST和HST构成.SMST以潮坪一局限潮下一开放潮下相形成的副层序为主,呈加积和弱退积型的堆积方式.TST则为明显的退积型的堆积方式,由开放潮下一陆棚一盆地相组成的副层序构成.饥饿段为含生物的泥灰岩和泥质页岩.HST为厚层含泥质灰岩,顶具白云岩化.因顶部覆盖不清,故剖面上出露不全,其上覆地层汤耙沟组为中到厚层泥晶灰岩、推测顶界也为Ⅱ型层序界面(SB2).综合上述层序,它们存在以下共同特征:(1)陆架边缘体系域(SMST)和海侵体系域(TST)以碳酸盐缓坡沉积为特色.SMST常见加积一弱进积型的副层序组,而TST为明显的退积型副层序组.SMST和TST以准同生早期白云岩化为主,主要在潮坪沉积中见白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩.(2)饥饿段见于TST上部,除Sq4饥饿段不发育外,其他层序的饥饿段均为暗色薄层的瘤状灰岩、泥灰岩和泥质页岩,内含较多原地保存的生物化石.反映最大海泛面的主饥饿段一般位于TST上部或顶部,它也是TST退积型和HST加积一进积型副层序组的转换面.(3)高水位体系域(HST)为碳酸盐台地沉积,常见加积型一进积型的副层序组.HST准同生早、晚两期白云岩化均很明显,因此除潮坪外,台地相也受白云岩化影响,且越接近层序顶面,白云岩化越强.(4)Ⅰ型层序界面(SB1)表现为喀斯特化的角砾岩(Sq3)、渣状层(Sq4顶)或强烈的淡水淋滤形成的晶洞(Sq1底),SB1界面之上紧接TST.而Ⅱ型层序界面(SB2)表现为淡水淋滤的晶洞构造(Sq1、Sq2、Sq5顶),且为HST进积型-SMST加积型副层序组的结构转换面.4sq4与sq3、sq6的海平面升降特征上述6个层序反映研究区晚泥盆世具有6个海平面升降旋回,若以晚泥盆世(374～360Ma)14Ma计,平均每个旋回约2.33Ma,与Vail、Miall、Brett等划分的三级旋回一致,其主因可能与洋脊的变化或大陆冰盖的增长和衰减有关.从海平面升降造成的海水进退的速度、幅度和频率考虑,图1的沉积相和海平面变化曲线反映6个海平面变化规程具有不同的表现(表3).从海平面升降的幅度来看,与Sq1、Sq2、Sq3、Sq6对应的海平面变化的幅度较大,同一层序内相的变化从潮坪(水深0m±)到盆地相(水深大于200m),因此海平面升降幅度大于200m,为高幅海平面升降.Sq4对应的海平面变化幅度较小,同一层序内相的最大变化为潮坪到局限潮下或开放潮下(水深50m1),因此海平面升降幅度是50m±,为低幅海平面升降.Sq5对应的海平面变化介于前二者之间,同一层序内相的变化为潮坪到浅海陆棚相(100～150m).因此,海平面升降幅度约在100～150m左右,属中幅海平面升降.从海平面升降及对应的海进和海退的速率来看,Sq1、Sq2、Sq3对应的海平面变化均表现为快速的海平面上升和海进,和缓慢的海平面下降和海退,因此属速进(升)缓退(降)式.Sq5、Sq6对应的海平面变化则表现为缓慢的海平面上升和海进,快速的海平面下降和海退.因此属缓进(升)速退(降)式.Sq4对应的海平面变化,海平面升降的速度中等且大致相当,形成对应的地层层序也基本对称.从海水进、退或升降过程中的振荡频率来看,Sq1、Sq2对应的海平面变化呈低频的海平面上升或海进,高频的海平面下降和海退.Sq3、Sq4对应的海平面升降(进、退)均具高频特征.Sq5、Sq6对应的海平面变化则呈高频的海平面上升(海进)和低频的海平面下降(海退).所有这些海平面升降的细节变化均和更高级的海平面变化密切相关.从弗拉斯期到法门期,二级旋回的海平面变化呈现出一明显的大的海退一海进过程,最大海退期为法门期中期,与Sq4对应.因此,在这个大的海水退一进周期中,对于大的海退过程,次级海平面变化为缓慢、高频的海退和快速、低频的海进,而对于大的海进过程,次级海平面变化为缓慢、高频的海进和快速、低频的海退.上述海平面变化规程和笔者在南秦岭总结的海平面变化完全一致,并与Johnson总结的欧美大陆泥盆纪海平面变化对比也基本一致.Johnson总结的法门阶有两个明显的海平面升降旋回(Ⅱe和Ⅱf),其中Ⅱe中有两个明显的次级旋回,恰与本文的第4,5旋回对应.从旋回对比看,这两个旋回也应为三级海平面升降旋回.5不同体系域的成岩特征独山一带上泥盆统准同生成岩作用十分明显,大致可以分出准同生早期和晚期两种类型.准同生早期是指沉积物沉积之后在原位未脱离原始水体时,通常以潮坪白云岩化、海水胶结作用为主.准同生晚期是指沉积物沉积后并在海平面升降之时.尤其在海平面下降过程中表现为淡水淋滤和胶结作用,不同相带普遍强烈地白云岩化作用等.这些成岩信息对识别层序界面、确定沉积体系域都具重要意义.表4为贵州上泥盆统不同沉积体系域的成岩特征.可以看出,陆架边缘体系域和海侵体系域以准同生早期成岩作用为主,表现为潮坪和局限潮下的弱白云岩化和海水潜流胶结作用.高位体系域以准同生早、晚期叠加成岩作用为特色,表现为几乎所有的相带均白云岩化,高水位体系域上部至顶部淡水淋滤溶解作用发育.利用不同体系域的成岩特征,尤其是高水位体系域顶部的成岩特征,可以帮助识别层序界面(表5).独山上泥盆统的Ⅰ型层序界面以岩溶崩塌胶结作用和风化残积层(渣状层)的存在代表了古暴露面的存在.而Ⅱ型层序界面一般未经长期暴露,以淡水或海水淋滤溶解和胶结作用发育为特色,表现为界面附近淡水淋滤的晶洞发育并为淡水方解石充填.6海退旋回和海退旋回内特征区域成岩作用在露头层序地层工作中详实的剖面研究是十分重要的,本文旨在以详实的剖面研究为基础,从微相一沉积相一副层序(组)一沉积体系域,结合层序界面识别和研究,分析独山晚泥盆世的地层层序,并对海平面变化规程予以探讨.通过上述系统地研究得出以下认识:(1)独山地区上泥盆统由碳酸盐缓坡和碳酸盐台地两种类型的沉积相构成.SMST和TST以缓坡型为主,HST以台地型为主.(2)独山地区上泥盆统包括6个层序,其中3个Ⅰ型层序,3个Ⅱ型层序.(3)独山地区晚泥盆世海平面变化和海水进退规程表现为一次大的(二级旋回)海退一海进过程,其中包含6次较小的(三级旋回)的海进海退旋回.弗拉斯早期,以高幅低频快速的海进和高频缓慢的海退为特征(对应Sq1、Sq2).弗拉斯晚期到法门早期,以高