辽西白垩统义县组砖城段白垩系沉积相中的瘘性

辽西白垩统义县组砖城段白垩系沉积相中的瘘性

辽宁西部位于华北板块的东北部，燕山带的中部，中生代位于太平洋大陆周围的活动带。中生代早期为东西向构造特征,燕山期后改变为北东和北北东向,并形成了包括义县盆地在内的一系列火山-沉积盆地,地层序列由河流、湖泊相碎屑岩沉积与多期次的基性—中基性火山熔岩和喷发岩组成(王根厚等,2001;张长厚等,2002;贾斌等,2004)。下白垩统义县组产大量精美的热河生物群化石,系统古生物学研究程度较高,而对其古生态学、埋藏学、古地理学的解释却仍见分歧(陈丕基等,1980;汪筱林等,1998,1999;Wu,1999;王思恩,1999;张立东等,2001;丁秋红等,2003;Lietal.,2007;巩恩普等,2007;Jiangetal.,2007a)。该组所产出的数层湖相碳酸盐岩主要分布在马神庙—宋八户剖面的老公沟层、砖城子层、大康堡层和金刚山层之中,其中砖城子层主要产出于义县西南约16km的砖城子和鹰窝山南沟、北沟一带(图1),鹰窝山南沟出露的砖城子层中发育含燧石碳酸盐岩,本文通过分析该层中含燧石碳酸盐岩和燧石特征,藉此探讨其沉积环境。1含人员差异及岩相类型表1辽西义县鹰窝山南沟北侧义县组砖城子层中产出多层薄层状湖相碳酸盐岩,其中该层中部发育一套由白云质灰岩、钙质砂岩、含燧石灰岩和纹层白云岩组成的钙质碎屑岩和碳酸盐岩组合(图2)。含燧石灰岩见于B层至H层之中,包括灰岩(B)、钙质砂岩(C)、含燧石灰岩(D)、纹层白云岩(E)、含燧石灰岩(F)、纹层白云岩(G)和灰岩(H)。其下部为砾岩和少量页岩,含0.1m左右的白云质灰岩透镜体(A层以下),其上部主要是一层含砾砂岩(I)。含燧石碳酸盐岩主要有D层和F层两层,厚度分别为0.41m(D)和0.21m(F),D层取样点中燧石结核含量高于F层。含燧石碳酸盐岩横向分布局限,南沟北侧剖面上近东西向50m范围内这两层均呈透镜状产出。B层至H层碳酸盐岩可识别出为4种岩相类型(表1)。其中角砾化团块灰岩含有燧石,岩石为灰白色,风化面局部呈淡黄色,略显层理,构造碎解强烈,土壤化所形成的团块明显,也见角砾岩化,并且岩石颗粒化和孔洞孔隙度增加;含少量植物根迹,部分植物碎屑硅化形成硅化木(图3a、b、c、d),这些现象类似于英格兰南部Hanpshire盆地(Armenterosetal.,1997)、西班牙Madrid盆地(Bustilloetal.,2002)中的灰岩特征。含有少量局部密集的膨润土质团块,粒径小于1cm(图3c)。火山活动或构造运动使原浅湖区沉积的纹层白云岩破碎,夹杂火山碎屑,形成近源灰砾岩和漂浮灰岩(陈登辉等,2009)。含燧石碳酸盐岩主要为颗粒灰岩和灰泥颗粒岩(图3e、f),砂级和粉砂级,胶结物以亮晶方解石为主。鹰窝山砖城子层中部碳酸盐岩沉积层之下为一套较粗的砾岩、含砾砂岩,砾石磨圆较差,成分复杂,是洪积形成的近源堆积(巩恩普等,2007)。这种碎屑岩与碳酸盐岩一起产出的岩相组合特征在西班牙的Madrid盆地等其他地区也有发现(Nickel,1985;Sanzetal.,1995;Anadónetal.,2000;Bustilloetal.,2002;Alonso-Zarza,2003),结合附近四合屯与碳酸盐岩一起产出的薄层膏盐沉积(Jiangetal.,2007a),该段应为干热气候背景下的洪水-漫湖沉积体系中短期存在的较浅洼地沉积,这与前人对研究区义县组产出的化石和义县组沉积环境研究的观点一致(Wu,1999;丁秋红等,2003;Jiangetal.,2007b)。2镜状正确特征燧石形态以结核状、透镜状和团块状为主。结核状燧石(图3a)粒径一般在2～5cm,局部发育较大的燧石结核,粒径最大可达30cm;透镜体状燧石(图3b)厚度一般在1～5cm,直径一般小于1m,多沿层面分布,少数较小的透镜体状燧石呈倾斜状;团块状燧石结核(图3d)粒径一般小于1cm。燧石之间并没有燧石岩管相连(尹国勋,1988)。除与层面一致的透镜状燧石结核外,结核状、团块状和部分透镜状燧石结核均分布于团块化和角砾岩化形成的孔隙和裂隙之中。燧石表面多被薄层白色的钙质层包裹,厚度小于1mm。上述燧石特征与东非更新世碳酸钠质湖泊沉积中燧石和西班牙Madrid盆地中燧石特征基本一致(Hay,1968;Bustilloetal.,2002)。燧石主要可以分为半透明褐色或乳脂状燧石(TB)和无光泽的深褐色燧石(MB)。结核状燧石基本上为均质体,少量结核状燧石为植物碎屑经硅化形成的硅化木;透镜状燧石发育微弱的层理,局部层理明显;团块状燧石基本上为均质体。半透明褐色或乳脂状燧石产出较少,颜色较浅(图4a),由微晶石英和硅化植物碎屑组成(图4b),微晶石英在正交镜下为暗灰色,呈针点状消光,与硅化植物碎屑共同构成燧石主体部分;局部为纤维状玉髓,正交镜下为灰白—淡黄色,呈纤维状消光,主要分布于燧石边缘,少量见于内部,表面见亮晶方解石组成的包裹层。深褐色燧石无光泽(图4c)。主要由纤维状玉髓和微晶石英组成(图4d),其中在正交镜下呈针点消光的微晶石英构成燧石的主体部分。纤维状玉髓在燧石中部和边缘均有分布,边缘相对较多,远离中心部位玉髓含量增加,燧石表面也发育一层薄层亮晶方解石包裹层。在扫描电镜下观察这两种不同类型燧石结核,发现较大的石英晶体和玉髓之中含有较多的方解石晶体和少量的白云石晶体(图4e,f),其中方解石以他形晶体为主,少量的白云石以自形半自形晶体为主。3洪水-飘湖沉积体系中的硅质成分Hay(1968)对更新世湖相碳酸盐岩中燧石的研究表明,沉积-同生阶段形成的燧石是由富含碳酸钠的咸水湖泊中的硅酸钠凝胶形成的,局部分布的块状燧石是富含硅质的盐水与补给的淡水混合沉淀形成的。砖城子层碳酸盐岩中燧石矿物成分以微晶石英和玉髓为主,玉髓在燧石边缘大量分布,中部也少量存在,未发现硅质生物骨骼,少量白云石和方解石晶粒包裹于微晶石英和玉髓之中。Hay(1968),赵澄林等(2001)、Bustillo等(2002)、刘新宇等(2007)曾论及各类燧石成因机理,结合本文燧石的形态特征、产出状态及碳酸盐岩特征推测,义县盆地的洪水-漫湖沉积体系中存在较浅的储水洼地,在碳酸盐岩团块化和暴露地表形成的有利部位,常有富含硅质的卤水与少量的补给淡水混合,硅质成分在储水洼地碳酸盐岩中最初以硅酸钠凝胶的形式沉淀下来,再经长期的脱水脱钠而转变成微晶石英和玉髓,其中部分玉髓在漫长的后期成岩过程中进一步脱水重结晶又变成微—细晶石英。义县组鹰窝山砖城子层碳酸盐岩中的硅质成分可能是洪水-漫湖沉积体系中较浅储水洼地的补给水带入储水洼地之中;另外一个原因是辽西地区早白垩世义县期火山活动频繁(汪筱林等,1999;闫义等,2003;贾斌等,2004),硅质成分由火山活动带来的硅质溶液直接注入储水洼地,使储水洼地水中硅质浓度增加。4储水洼地岩石学和矿物学特征砖城子层下部发育几个由粗变细的洪积-漫湖碎屑沉积旋回,该沉积盆地边缘形成了一些较浅的储水洼地,该层中部透镜状碳酸盐岩主要形成于这些较浅的储水洼地之中。薄层的透镜状球粒泥粒状灰岩沉积层产出于在每个沉积旋回的末期,含燧石碳酸盐岩只产出于部分球粒灰泥颗粒岩岩层之上。含燧石碳酸盐岩以颗粒状灰岩和泥粒状灰岩为主,岩石团块化和暴露地表特征明显,除了含有少量植物化石外未见其他热河生物群特征化石。燧石呈结核状、透镜状和团块状独立产出,之间未见有硅质岩管相连,对其成因研究发现为储水洼地中富硅质成分的盐水与间歇性补给的淡水混合,在碳酸盐岩团块化和暴露地表后形成的有利部位沉淀形成。储水洼地水中除了含有较高的硅质成分以外,其盐度也是较高的。洪水-漫湖沉积充填沉积盆地时在洪积平原上形成了一些较浅的储水洼地(图5),由于气候干热,洪水-漫湖沉积体系中较浅储水洼地中的补给量远小于蒸发量,使湖泊水体蒸发浓缩,硅质