下揚子鄂東南南華系蓮沱組—南沱組巖性特征及巖相古地理

許露露, 龔志愚, 徐 聰, 趙雪松, 翁茂芝, 羅 紅

(湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034)

1 區域地質背景

華南地區南華紀具有全球對比意義的冰期沉積記錄分布廣泛,是華南前寒武紀基礎地質問題研究的一大熱點[1-3]。近年來,不同學者從巖石地層特征、高精度測年分析及冰期事件的分析等對南華系地層做了大量研究工作[4-9],依據出現冰期或寒冷事件將南華系地層劃分為下、中、上三統的地層格架基本確立,南華系地層從下至上被劃分為蓮沱組、古城組、大塘坡組和南沱組[10]。研究區位于鄂東南下揚子地層區,南部與江南地層區交界。與鄂西地區相比[11-15],鄂東南南華系研究程度相對較低[16]。因此對鄂東南南華系蓮沱組—南沱組巖石地層特征進行分析,可以豐富鄂東南地區南華系的地質資料,同時可將不同地區南華系地層進行對比,進一步分析該區巖相古地理特征。

2 剖面介紹

2.1 湖北省通山縣郭源村南華系蓮沱組—南沱組實測地層剖面

郭源村蓮沱組—南沱組地層剖面位于湖北省通山縣沙洲店鄉郭源村(圖1),交通便利,地層露頭良好,頂底界線清晰。通過對通山縣沙洲店幅南華系地層進行地層剖面測量,一方面對調查區巖性組合特征、礫石發育特征、各地層接觸關系及沉積環境進行分析;另一方面,可以與鄰區進行對比,更加詳實反映南華系區域橫向變化,查明南華系地層空間變化,提高其研究程度(圖2)。

圖1 研究區郭源村南華系實測剖面位置圖Fig.1 Location map of actual measured section of South China System in Guoyuan Village1.Nh1l+Nh1n;2.Z1d—S1x;3.花崗巖;4.變質巖;5.逆斷層;6.剖面位置;7.地名。

上覆地層:陡山沱組(Z1d)深灰色含碳頁巖。頁片狀構造,風化后呈灰白色。

圖2 通山縣郭源村南華系蓮沱組—南沱組實測地層剖面圖Fig.2 Actual stratigraphic profile of Liantuo-Nantuo Formation of South China System in Guoyuan Village, Tongshan County

南沱組(Nh3n)

13.97 m

13. 灰色中—厚層狀冰磧含礫細砂巖。礫石成分主要為石英,灰白色,直徑2～15 mm,含量2%～5%。

11.82 m

12. 灰色厚層狀冰磧含礫粉砂巖。礫石為灰、灰白色,成分為石英、細砂巖,橢圓狀,直徑2～5 mm,含量約2%。

2.15 m

蓮沱組(Nh1l)

65.20 m

11. 灰色塊狀變質不等粒長石石英砂巖。

2.50 m

10. 灰綠色厚層狀變質中—細粒長石石英砂巖。

23.90 m

9. 灰色厚層—塊狀變質含礫中粗粒長石石英砂巖,夾少量灰色中層狀變質粉砂巖。礫石成分為石英,灰色、灰白色,橢圓狀、次棱角狀,直徑2～4mm,含量約5%。

23.95 m

8. 灰色厚層—塊狀變質含礫中粒長石石英砂巖。礫石成分為石英,灰色、灰白色,橢圓狀、次棱角狀,直徑2～8 mm,含量5%～8%。

1.93 m

7. 灰色厚層狀變質含礫不等粒長石石英砂巖,夾一層30 cm厚灰色中層狀含鐵含砂粉砂質水云母粘土巖。

2.41 m

6. 灰綠色中—厚層狀變質細粒長石石英雜砂巖。局部石英團塊發育,團塊不規則狀,直徑10～70 cm。

4.82 m

5. 灰色厚層狀含砂粉砂質黑云絹云母板巖與厚層狀含礫細砂巖互層。

3.76 m

4. 灰色厚層狀變質砂質復成分礫巖。礫石成分主要為石英,灰白色為主,少量深灰色,次圓狀、橢圓狀,磨圓度較好,分選性一般,礫徑一般3～15 mm。礫石含量40%～50%,基底式膠結,填隙物為細砂、硅質。上部礫石礫徑變小,含量減少。

1.93 m

下伏地層:大藥姑組(Qbd)灰綠色中—厚層變質含礫不等粒長石石英砂巖與灰綠色中層狀變質含鐵粉砂質絹云母板巖互層。

2.2 湖北省通山縣四斗朱水庫南華系蓮沱組—南沱組地層剖面

剖面位于通山縣城以北5km處,郭源村剖面西北方向約60 km處。剖面位于水庫公路旁,交通便利,地層出露良好,頂底界線清晰。

上覆地層:陡山沱組(Z1d)灰褐色粘土層,向上為灰黑色薄層硅質巖。

南沱組(Nh3n)

94.31 m

7. 灰色塊狀含巨礫冰泥巖,礫石含量約20%;見較多石英質及砂質、花崗質礫石,礫徑可達30～40 cm,主 要 集 中 在3～6 cm,次棱角狀—次圓狀,基質為深灰色泥巖。

16.35 m

6. 下部灰綠色含礫泥巖,礫石含量10%～15%,礫徑3～10 cm。次棱角—次圓狀;成分為石英質、硅質。

77.96 m

大塘坡組(Nh2d)

1.95 m

5. 黑色薄層狀炭質錳質條帶狀含黃鐵礦泥巖,見水平層理。

古城組(Nh2g)

7.66 m

4. 頂部為80 cm厚灰白色條帶狀粉砂巖,水平層理發育。主要巖性為青灰色塊狀含礫不等?；◢徺|砂巖,礫含量約20%,礫徑以2～4 mm 為主,最大可達3 cm,次棱角—次圓狀。

蓮沱組(Nhll)

363.55 m

3. 灰色—灰紫色中厚層狀巖屑細砂巖與中層狀粉砂巖互層。水平層理發育。

252.97 m

2. 紫紅色厚層狀細礫巖與粗砂巖不等厚互層,礫砂比為7∶3,向上砂巖增多、單層增厚。砂巖層內可見沖刷面,沖刷面中偶見礫石,大型楔狀層理板狀、斜層發育。

107.97 m

1. 青灰色塊狀變質含礫中粗粒石英砂巖,底部有10 cm底礫層,礫徑2～5 cm,主要為次圓狀,礫石成分主要為石英質。

2.61 m

下伏地層:大藥姑組(Qbd)灰綠色厚層狀變余紋層狀含細砂綠泥絹云板巖。

3 地質特征

3.1 巖石地層特征

3.1.1蓮沱組

郭源村一帶,蓮沱組與下伏冷家溪群大藥姑組地層呈角度不整合接觸關系(圖3-a)。以灰色厚層狀石英礫巖的出現為地層劃分標志,底部為變質砂質復成分礫巖(圖3-b),以灰白色石英礫巖為主,少量深灰色礫石,次圓狀、橢圓狀,磨圓度較好,分選性一般,礫徑一般3～15 mm。中部以變質含礫不等粒長石石英砂巖為主,夾少量變質粉砂巖或絹云母板巖,中部礫石含量變少,礫徑變小,幾乎全部為石英礫石(圖3-c)。上部為灰—灰綠色厚層狀變質不等粒長石石英砂巖,礫石基本消失(圖3-d)。蓮沱組總厚度65.2 m,礫石成分比較單一,幾乎都為石英礫石,含量5%～8%,礫石直徑3～15 mm,磨圓較好,分選較差,由下往上礫石呈現由多變少的分布特點。

圖3 通山縣郭源村蓮沱組巖性特征Fig.3 Lithological characteristics of Liantuo Formation in Guoyuan Village, Tongshan County

四斗朱水庫一帶,蓮沱組與下伏冷家溪群大藥姑組地層呈平行不整合接觸關系。以青灰色塊狀變質含礫中粗粒石英砂巖底部10 cm底礫層作為蓮沱組與下伏冷家溪群大藥姑組地層的分界標志。厚度363.55 m。下部主要發育礫巖與含礫砂巖,礫徑2～50 mm,巖石多呈紫紅色,平行層理、大型板狀斜層理發育。上部灰綠色厚層—塊狀巖屑細砂巖夾薄層粉砂巖,水平層理發育?？傮w厚度363.55 m。與郭源村蓮沱組相比,橫向上厚度變化較大。

3.1.2古城組

古城組僅在通山縣四斗朱水庫一帶見及,以青灰色塊狀含礫冰磧砂巖為主,頂部灰白色條帶狀粉砂巖,總體厚度7.66 m。古城組與蓮沱組接觸界面平直,巖層產狀一致,未見明顯剝蝕現象等沉積間斷標志。

3.1.3大塘坡組

大塘坡組僅出露于通山縣四斗朱一帶,巖性為黑色薄層狀炭質錳質條帶狀含黃鐵礦泥巖,見水平層理,總厚度1.95 m。與南沱組之間無明顯的剝蝕現象,為整合接觸關系。

鄂西長陽地區古城組與大塘坡組厚度26.72 m,鄂東南古城組與大塘坡組沉積厚度較薄,厚度29.61 m。

3.1.4南沱組

郭源村一帶,南沱組直接平行不整合于下伏蓮沱組之上,缺失古城組和大塘坡組。南沱組地層以蓮沱組石英砂巖的消失,灰色厚層狀冰磧含礫粉—細砂巖的出現為分界標志,界線平直,界線兩側產狀基本一致(圖4-a)。南沱組地層下部巖性為灰色厚層狀冰磧含礫粉砂巖,礫石為灰白色,成分為石英、細砂巖,橢圓狀,直徑2～5 mm,含量約2%。中上部巖性為灰色中—厚層狀冰磧含礫細砂巖,礫石成分主要為石英,灰白色,直徑2～15 mm,含量2%～5%?？傮w上,南沱組礫石成分單一,含量稀少,礫徑相比蓮沱組小,礫石多呈次棱角狀—次圓狀,分選磨圓較好(圖4-b)。本組由下往上具砂巖顆粒變粗、礫石含量增多的變化特征;四斗朱水庫一帶,南沱組冰磧礫巖沉積厚度較大,礫巖呈棱角狀—次棱角狀,礫石成分復雜,有花崗巖礫石、石英礫石(圖5-a)、砂巖礫石及泥巖礫石(圖5-b),礫徑多分布在5～50 mm。

圖4 通山縣郭源村南沱組巖性特征Fig.4 Lithological characteristics of Nantuo Formation in Guoyuan Village,Tongshan County

圖5 通山縣四斗朱水庫南沱組礫石特征Fig.5 Gravel characteristics of Nantuo Formation in Sidouzhu Reservoir,Tongshan County

3.2 地層對比

將通山縣郭源村南華系地層剖面與通山縣四斗朱水庫南華系地層剖面及鄂西揚子地層區部分剖面進行地層對比(圖6),研究表明,除通山縣四斗朱南華系地層剖面以外,南華系與下伏巖層多呈角度不整合接觸關系。各剖面蓮沱組沉積巖性具有共性特征,蓮沱組底部均發育含礫砂巖或者底礫巖,礫石含量較多,往上礫石含量變少,細砂巖和粉砂巖發育較多,由下至上,巖石粒度具有由粗變細的趨勢。底礫巖明顯發育,下粗上細的二元結構清晰,多發育斜層理,顯示出明顯的河流相—濱岸相沉積特征。但不同剖面也表現出不同地質特征。蓮沱組在鄂西長陽古城和佑溪剖面,礫石礫徑大,直徑可達10 cm以上。在鄂東南礫徑較小,直徑在3～15 mm。表明蓮沱組沉積時間,長陽地區離物源區更近。在鄂東南四斗朱和郭源村,蓮沱組也呈現不同的地質特征。四斗朱水庫剖面沉積厚度較大,為363.55 m,礫石礫徑2～50 mm。郭源村剖面厚度小,僅65.2 m,礫石礫徑2～15 mm。地層對比表明,沉積厚度和礫石特征的不同是由于距離物源遠近和沉積環境的差異所致。

圖6 下揚子鄂東南地區與上揚子鄂西地區南華系地層對比圖Fig.6 Stratigraphic correlation maps of the South China System between the southeastern part of Lower Yangtze and the western part of Upper Yangtze1.礫巖;2.粗砂巖;3.石英砂巖;4.細砂巖;5.粉砂巖;6.泥巖;7.硅質巖;8.板巖;9.粉砂質板巖;10.平行不整合;11.角度不整合。

圖7 研究區南華紀蓮沱組沉積期巖相古地理及沉積模式圖Fig.7 Lithofacies palaeogeography and sedimentary model map of Liantuo sedimentary Period in South China Period1.古陸;2.粉砂巖—泥巖組合;3.礫巖—泥巖組合;4.砂巖—泥巖組合;5.砂巖—粉砂巖—泥巖組合;6.炭質泥巖組合;7.地層剖面;8.地名;9.斷裂;10.推測相區界線;11.研究區范圍。

鄂東南通山縣蓮沱組沉積時期物源來自西北方向鄂中古陸。四斗朱水庫剖面距離物源較近,沉積水體較淺,巖石局部呈紫紅色,楔狀層理板狀、斜層理發育。礫石發育,礫徑較大,分布范圍3～50 mm,為典型的河流相—三角洲平原沉積環境。由于物源充沛,沉積速率較快,因此沉積厚度大。郭源村剖面距離物源較遠,沉積水體較深,巖石為灰色—灰綠色,斜層理不發育,礫石礫徑較小,成分簡單,磨圓分選較好,為海陸過渡相中三角洲前緣亞相—臨濱亞相沉積環境,由于物源相對貧瘠,因此沉積厚度小(圖7)。

通山郭源村剖面缺失古城組和大塘坡組,通過地層對比發現,無論是鄂西揚子地層區還是鄂東南通山地區,古城組和大塘坡組僅在局部地區發育,而大部分地區表現為沉積間斷,這種現象可能是特殊的古地理和古氣候變化造成的,在蓮沱組晚期沉積,由于古氣候變冷冰期將近,海平面下降,使大部分地區暴露地表,導致沉積間斷,而缺失古城組和大塘坡組[16]。

各剖面南沱組巖性均由灰色厚層—塊狀冰磧礫巖、冰磧含礫泥巖和冰磧砂巖組成,且由下至上存在礫石礫徑變大的趨勢。相對于四斗朱水庫剖面,郭源村剖面南沱組厚度較薄,礫石含量少,礫徑較小,礫石成分也比較單一,多為石英,分選磨圓較好。兩條剖面南沱組沉積厚度的不同及礫石特征的不同,進一步證實郭源村剖面南沱組物源方向為西北方向,距離物源相對較遠。

4 結論

(1) 通山縣郭源村南華系地層與下伏大藥姑組地層呈角度不整合接觸,地層往上沉積不連續,缺失古城組和大塘坡組地層。四斗朱水庫剖面南華系地層與下伏大藥姑組地層呈平行不整合接觸關系,發育古城組和大塘坡組;

(2) 郭源村蓮沱組巖石顏色多為灰—灰綠色,底部為變質砂質復成分礫巖,礫徑3～15 mm,含量5%～8%,磨圓較好,分選較差,由下往上礫巖變少,砂巖增多。南沱組冰磧礫巖南沱組礫石直徑2～15 mm,含量2%～5%,礫石成分以石英為主,由下往上礫石增多,礫徑變大;

(3) 蓮沱組沉積時期,鄂東南地區較鄂西地區距離物源遠,礫石含量少,礫徑小。四斗朱水庫剖面離物源較近,沉積厚度大,巖石局部呈紫紅色,斜層理發育,礫石礫徑大,為河流相—三角洲平原沉積環境。郭源村剖面離物源較遠,沉積厚度小,巖石呈灰—灰綠色,礫石礫徑小。為三角洲前緣亞相—臨濱亞相沉積環境;

(4) 南沱組沉積時期,四斗朱水庫剖面厚度大,礫石成分復雜,礫徑大;郭源村沉積厚度較小,礫石成分單一,含量稀少。兩條剖面蓮沱組和南沱組厚度和礫石成分的不同,確定研究區物源來自西北方向。