【精品论文】内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组沉积特征.doc

精品论文内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组沉积特征及沉积环境肖彬，何幼斌，罗进雄，苑伯超5（长江大学地球科学学院） 摘要：内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组主要为一套灰绿色砂岩、粉砂岩、页岩及砾岩沉积， 可分为三个岩性段。通过对岩性、沉积构造、古生物及地化指标等资料的分析，认为拉什 仲组沉积环境主要为大陆斜坡至深水盆地环境。沉积相分析表明，拉什仲组第一段及第三10段为半深海背景下的海底扇相沉积，并划分出中扇分流水道及中扇分流水道间漫滩 2 个亚 相，第二段为深水盆地沉积。整体上，拉什仲组岩性剖面反映了一套完整的由海进到海退 的沉积旋回。关键词：沉积特征；沉积环境；拉什仲组；浊流；中奥陶统中图分类号：p58315sedimentary characteristics and environment of the middle ordovician lashizhong formation at zhuozishan area, inner mongolian autonomousxiao bin, he youbin, luo jinxiong, yuan bochao20(school of geoscience,yangtze university)abstract: the middle ordocivian lashizhong formation in zhuozishan area contained mainly of grayish-green sandstone,siltstone,shale and conglomerate,it could be divided into three members.based on a analysis of the lithologic charater,sedimentary structure,palaeobiologic fossils and geochemical indicators,the authors hold that the sedimentary environment of25lashizhong formation was a deep-water slope to basin environment. the results of sedimentary facies analysis show that the first member and the third member formed by submarine fan locatedinthecontinentalslope,whichcanbefurtherdividedintotwosedimentarysubfaciesdistributary channels and inter-channels in the middle fan,the second member formed in the deep-water basin far from the continent.litho-section on the whole covers a30complete sedimentation cycle of marine transgression and marine ingression.key words: sedimentary characteristics; sedimentary environment;lashizhong formation; turbidity current;middle ordovician0引言35研究剖面位于内蒙古乌海市海南区，地理位置为北纬 3925.5，东经 10653.1，是鄂尔 多斯盆地西北部奥陶系典型剖面1。20 世纪，许多学者对桌子山剖面奥陶系进行过系统的研 究2-6，但上述研究仍局限于生物地层学范畴，而关于地层沉积特征的精细研究相对滞后。 本文以野外实测剖面及系统的采样分析为基础，从岩性特征、沉积构造、微量元素地球化学 等方面对拉什仲组的沉积特征和沉积环境进行研究。基金项目：基金项目：高等学校博士学科点专项基金（20104220110002）；国家自然科学基金“鄂尔多斯 盆地西缘中奥陶统深水牵引流沉积研究”（41072086）作者简介：肖彬（1985-），男，博士研究生，主要从事沉积学的学习和研究通信联系人：何幼斌（1964-），男，教授，主要从事沉积学的教学和研究工作. e-mail: - 3 -401区域地质背景在大地构造位置上，桌子山剖面位于鄂尔多斯盆地西缘贺兰构造带北部地区（图 1）。 该构造带形成一北北东向的长条形山地，北起内蒙古境内的乌达、桌子山区，向南经宁夏境 内的贺兰山、银川地堑以及东侧的鄂尔多斯盆地西缘逆冲断裂带延至河西走廊，北窄南宽， 总体呈一楔形体从北祁连地槽褶皱带向北插入阿拉善地块与鄂尔多斯地块之间7，主要活动45期为寒武奥陶纪。图 1 鄂尔多斯盆地西缘构造略图（据文献8修改）fig.1 tectonic sketch map of the western margin of ordos basin (modified from liu et al.1990)关于拉什仲组的研究最早可追溯到 1955 年9，原名拉什仲绿色岩系，系关士聪、车树50证创建于乌海市的拉什仲，时代定位中奥陶世。1959 年穆恩之等修订为拉什仲组。1977 年， 陈均远、周志毅等根据笔石和头足类的分带性在原拉什仲之上又建立了公乌素组和蛇山组。 对于拉什仲组的具体地质时代归属，目前较为广泛认同的观点是将其置于中奥陶世10-13。拉 什 仲 组 岩 性 为 灰 绿 色 页 岩 夹 多 层 粉 砂 岩 、 砂 岩 及 砾 岩 ， 含 笔 石 (nemagraptus gracilis,dicellograptus sextens et al.)、三叶虫（birmanites sp.,parisocerauras sp.et al.），厚 159m，55与下伏乌拉力克组为整合接触。本组岩性变化不大，厚度由北往南有增加的趋势14。2岩石类型及特征研究区拉什仲组岩石类型较为简单，结合野外实测剖面和室内镜下岩石薄片观察，认为 岩石类型主要为泥（页）岩，其次为砂岩、粉砂岩，并含有少量砾岩。2.1砾岩60砾岩为碎屑支撑砾岩，主要由泥、粉砂、砂、生物碎屑及砾石混合堆积形成，自下而上 为一均一混杂的岩层（图 2-a）。岩层单层厚度一般为 0.21.5m，横向延伸极不稳定，呈 透镜体状。砾岩层底面不规则，层内极其紊乱，可见较大的砾石“漂浮”在砂质基质当中, 无层理，无分选，无叠覆构造，无粒序层理。砾石成分主要为石灰石及燧石，含量约占岩石 的 3565，大小混杂，大者可达数厘米，小者仅 25mm，多呈次棱角状至次圆状。此65外，砾岩中还见有腕足类、腹足类、三叶虫及海百合等生物碎屑化石（图 2-b）。abcdefgh图 2 桌子山地区拉什仲组野外照片fig.2 field photographs of lashizhong formation in zhuozishan areaa-碎屑支撑砾岩，第 6 层；b-砾岩中见有腕足类、腹足类生物碎屑化石，箭头所指处，第 6 层；c-中厚 层状砂岩，第 16 层；d-砂岩底部冲刷面，第 26 层； e-厚层砂岩底部槽模，箭头指示古水流方向，第 1770层；f-泥质粉砂岩中的交错层理，第 24 层；g-平面上 palaeophycus tubularis.产于拉什仲组中上部薄层粉砂 岩中，第 24 层；h-拉什仲组灰绿色页岩，第 6 层。铅笔长 17cm，硬币直径 2cm，地质锤长 30cm。- 10 -75808590951002.2砂岩砂岩在研究区分布较为广泛，主要集中在拉什仲组的中部及上部，岩石类型主要为长石 岩屑质石英砂岩、杂砂岩。该类岩石颜色主要为灰绿色，多为中厚层状（图 2-c）。单层 砂岩厚度一般 4080cm，横向延伸较不稳定，砂岩与页岩厚度比一般大于 5:1，具有较高的 砂泥比。镜下观察，砂岩成分较为复杂，颗粒成分主要为石英和岩屑，偶见长石，还见少许 云母碎片，常含盆内生物碎屑。其中石英一般介于 6776之间，平均值约 72，岩屑 一般介于 1525之间，平均值约 20，主要为燧石岩、泥岩岩屑。杂基主要以泥质杂 基充填，泥质杂基因成岩作用而大多数被钙质、硅质、铁质交代，而且陆源石英、长石等不 同程度地受到交代而使其呈港湾状。碎屑颗粒磨圆度较差，多为次棱角状棱角状，具不等 粒结构。此外，部分薄片中还见有海绿石矿物。薄片粒度分析结果显示（16 片），拉什仲组砂岩概率累积曲线主要表现为一段式（图3-a），表现为一条较低斜率的直线段，跳跃和滚动总体不发育，悬浮总体占绝对优势；其 次为两段式（图 3-b），表现为滚动总体不发育，只发育跳跃总体和悬浮总体，跳跃总体约 占 1030，同样以悬浮总体为主。标准偏差为 0.630.93，平均为 0.73，分选中等。砂岩中常可见平行层理、块状层理及粒序层理等沉积构造，底部颗粒较粗，有的底部含 有砾石及泥岩撕裂屑，并见有冲刷面和各种印模构造（图 2-d、e），如槽模、沟模、重荷 模等构造，常与上覆页岩构成 ae、abe 等鲍马序列组合。2.3粉砂岩粉砂岩在拉什仲组发育相对较少，主要发育在拉什仲组的下部。粉砂岩以钙质粉砂岩及 泥质粉砂岩为主，颜色为灰绿色，多为薄层，单层厚度小于 10cm，一般 25cm。粉砂岩中 粒序层理不明显，常可见平行层理及交错层理（图 2-f）。其底部较不平整，对下伏页岩具 有微弱的侵蚀作用，并发育有大量的生物遗迹化石（图 2-g）。2.4泥（页）岩泥（页）岩在拉什仲组分布较为广泛，颜色主要为深灰色至灰黑色，露头经风化呈现出 灰绿色（图 2-h），因此最初这套地层被命名为“拉什仲绿色岩系”2。页岩富含钙质，水平 层理较为发育，含有较多的 nereites 相遗迹（保存为上覆砂岩的底迹）并含丰富的叉笔石及 双笔石类化石，构成 nemagraptus gracilis 笔石带的 climacograptus bicornis 亚带，代表了深 水、静水环境6。（a）（b）图 3 拉什仲组砂岩粒度概率图（a.一段式；b.两段式）fig.3 grain size probability of lashizhong formation（a.one-section type；b.two-section type）3沉积环境分析1051101151201251303.1沉积环境判别的岩性标志拉什仲组原地悬浮沉积的页岩中夹有异地沉积的砂岩、粉砂岩。砂岩多为长石岩屑质石 英砂岩及杂砂岩，反映了砂岩具有较低的成分及结构成熟度，搬运距离较近且快速堆积所形 成。页岩主体以深灰色至灰黑色为主，且含有丰富的叉笔石及双笔石类化石，指示水体较 深、沉积水动力条件弱的环境。砂岩中多见正粒序、平行层理等沉积构造，底部常见冲刷面 及槽模。粉砂岩中常见交错层理、包卷层理，底部常发育生物遗迹化石构造。一般认为，鲍 马序列底部的正粒序指示了浊流沉积，是牛顿流变和紊流搬运和沉积的结果15-16。拉什仲组 砂岩概率累积曲线可以看出，沉积物颗粒以悬浮搬运为主。此外，拉什仲组的遗迹化石组合 相当于 nereites 遗迹相6，该相以觅食迹和牧食迹遗迹化石为主，是公认的主要发育于浊流 所能到达的半深海深海地区的遗迹化石组合17。上述特征一致表明，拉什仲组为典型的 浊流相沉积。野外共采集了 5 组 41 个古水流数据，其中来自交错层理的数据为 28 个，其余数据均来 自槽模。在室内经吴氏网校正后，编制了古水流玫瑰花图（图 4），角度间差为 10。从玫 瑰花图不难看出，古水流主要是从东向西推进，与该时期的大陆斜坡方向基本一致18，说 明物源区在桌子山地区东侧。此外，图中存在少量北东 010方向及个别北西 350360 方向的古水流与本区主体古水流方向不一致，可能与中扇外端水道溢流或者迁移造成的小范 围水流方向变化有关。图 4 拉什仲组古流向玫瑰花图fig.4 paleo-current rose diagrams of lashizhong formation3.2沉积环境判别的地化指标微量元素锶（sr）含量、锶钡比（sr/ba）等指标可作为古盐度的良好判别指标，可作 为判别沉积环境的依据。sr 相对 ba 的迁移能力强，淡水和海水相混时，易形成 baso4 沉 淀。因此，一般淡水沉积中 sr/ba1，而在海水中沉积则大于 1。但是对于海洋环境来说， 从海岸到深海沉积物中的 ba 含量因大量粘土吸附而增加，而 sr 由于主要是通过生物途径的 再沉积作用减弱，其含量变化不大或略有减小。因而，从海岸到深海中的 sr/ba 比值逐渐减 小19。从表 1 中可以看出，拉什仲组岩石 sr/ba 比值在 0.612.70 之间，平均 1.39，绝大多 数的样品 sr/ba 比值均大于 1，说明拉什仲组为海相沉积环境。其中 5 个页岩样品值为 0.611351400.84，比值均小于 1，且页岩中普遍含有发育深水环境中的笔石化石，说明拉什仲组沉积时期水体较深。sr/ba 比值反映在剖面上，整体上具有向上先减小后增大的趋势（图 5），指 示沉积环境水体向上可能先变深后变浅。v/（v+ni）可作为判断氧化还原环境的指标。根据已有传统氧化还原环境判别标准， v/（v+ni）0.46 为富氧环境，在 0.460.6 之间时为贫氧环境，而 v/（v+ni）0.6 时则 为厌氧环境。拉什仲组 25 个样品的 v/（v+ni）为 0.510.76，平均 0.67，绝大多数样品的 v/（v+ni）大于 0.6。据此标准，研究区拉什仲组应该处于贫氧厌氧环境。样号岩性srg/gbag/gvg/gnig/gsr/bav/(v+ni)拉-o2l-1-1粉砂质泥岩29619368.928.41.530.71拉-o2l-1-2页岩22727110733.60.840.76拉-o2l-3-2细砂岩28015835.317.31.770.67拉-o2l-3-6粉砂质泥岩33615740.67拉-o2l-4-1页岩22927810534.50.820.75拉-o2l-5-1粉砂质泥岩24123050.70拉-o2l-6-2中砂岩26415628.018.81.690.60拉-o2l-6-5页90.610.76拉-o2l-7-1中砂岩25511119.013.52.300.58拉-o2l-9-1中砂岩15896.219.819.41.640.51拉-o2l-11-1细砂岩31111521.013.02.700.62拉-o2l-13-1细砂岩20714121.012.71.470.62拉-o2l-14-1细砂岩23411522.714.32.030.61拉-o2l-16-1细砂岩18313226.919.01.390.59拉-o2l-18-1细砂岩21019849.723.11.060.68拉-o2l-21-1粉砂岩23521049.323.01.120.68拉-o2l-22-2泥质粉砂岩19624878.332.10.790.71拉-o2l-23-1细砂岩18014540.65拉-o2l-25-1页50.610.76拉-o2l-26-2粉砂岩21817736.020.01.230.64拉-o2l-28-1粉砂岩24317553.724.71.390.68拉-o2l-30-1细砂岩25014532.918.41.720.64拉-o2l-30-2页岩21328912137.80.740.76拉-o2l-32-1细砂岩21314930.67拉-o2l-34-1细砂岩23216932.019.11.370.63综上所述，拉什仲组沉积时期为大陆斜坡至深水盆地沉积环境。表 1 桌子山拉什仲组元素分析数据表table 1 the data of x-ray fluorescence analyzer in zhuozishan area of lashizhong formation145注：（1）样品分析测试由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成；（2）拉-o2l-1-1 代表拉什仲组第一层第一个样品。4沉积相垂向演化从沉积特征及实测剖面（图 5）来看，内蒙古桌子山地区中奥陶统拉什仲组发育了一套 典型的浊流相沉积。该套地层由于底部被公路及浮土覆盖，未见底，实测厚度为 127.42m， 可分为 3 个岩性段。150155图 5 桌子山地区中奥陶统拉什仲组岩性柱状图fig.5 lithologic column of the middle ordovician lashizhong formation at zhuozishan area第一段为第 124 层，厚 60.73m，可以分为上下两个部分。下部为第 1 层（图 5），厚 14.7m，岩性为灰绿色钙质页岩与泥质粉砂岩薄互层。砂泥 厚度比为 1:21:7，粉砂岩层厚较薄且不规则，一般厚 25cm，横向连续性较差。粉砂岩 粒序层理不明显，常可见平行层理、交错层理和脉状层理，其底部较不平整，对下伏页岩具 有微弱的侵蚀作用。该类岩相在前人研究中多有报道20-24，多数观点认为是由携带沉积物的 流体在水道内发生溢流而形成的溢岸沉积。区分该类岩相与远源低密度浊流主要依据以下几160点：（1）该类岩相一般由中高密度浊流在水道内溢流所形成，所以在流体能量上更强，造成平行层理、交错层理、爬升波痕交错层理等沉积构造出现更为频繁；（2）缺少发育较 好的正粒序层理；（3）横向延伸没有远源低密度浊流稳定，从近端天然堤到远端天然堤岩 层变薄，且泥质含量增加（图 6-a）。这些特征表明该相比流体能量逐渐减弱的远源低密度 浊流沉积，在流体能量上具有更强的脉动性。上部（图 5 第 224 层）厚 46.03m，岩性为中厚层状砂岩、粉砂岩与灰绿色页岩不 等厚互层，夹有少量中厚层砾岩，构成总体向上砂岩相对增厚增多，页岩相对减少的层序。 砂岩单层厚 0.41.3m，具正粒序，底面常见冲刷面，发育槽模、重荷模等构造，并见有 ae、bsecd图 6 桌子山地区拉什仲组野外照片及解释fig.6 outcrop photographs and interpretations of lashizhong formation at zhuozishan areaa-灰绿色钙质页岩与泥质粉砂岩薄互层，侧向变化较大，粉砂岩中交错层理、爬升波痕交错层理发育，为溢岸 沉积，第 1 层；b-第一段上部宏观照片，往上砂岩增厚增多，水道砂体发育；c-第三段第一个层序顶部薄层砂 岩、页岩互层，呈平行分层，横向延伸稳定；d-第三段第二个层序顶部薄层砂岩、页岩互层。硬币直径 2cm，地质锤长 30cm。abe 等多种鲍马序列组合。中厚层砂岩一般由多期水道叠置合并形成（图 6-b），单期水道砂体横向延伸不稳定，一般宽 3050m，往两侧砂体尖灭。在水道轴部，流体能力高，具有较 强的侵蚀能力，所以易形成具高砂泥比的浊积水道沉积，水道翼部页岩相对增多，砂泥比降低。 与第一段相比，该段沉积砂岩明显增多、粒度变粗，说明该段沉积时期浊流频发、离物源相对 较近，为高密度浊流及少量低密度浊流所形成，具有典型的中扇水道沉积特征。综合分析，认 为该部分应该为中扇分流水道沉积。第二段为第 25 层，厚 29.48m，岩性为灰绿色钙质页岩，中间偶夹薄中层状细砂岩、粉 砂岩。砂岩粒度较细，发育交错层理，底部可见冲刷面和重荷模。页岩原生颜色为灰黑色，水 平层理较为发育，说明是在深水安静环境下由悬浮物质降落而沉积形成，为深海盆地沉积，其 间伴有少量的远源低密度浊流沉积。第三段为第 2634 层，厚 37.21m，岩性为薄层至厚层状细砂岩、粉砂岩与页岩不等厚互 层，构成两个总体向上砂岩变薄变细，页岩相对增多的层序。页岩厚度变化较大，最薄仅为 2cm， 最厚可达 5m。每个层序下部为中厚层状砂岩，砂岩底部常见泥砾，底面凹凸不平，横向展布 比较稳定，局部可见水道砂岩透镜体，该时期浊积水道沉积的充填及结构特征与下部浊积水道 明显不同（另文发表）。层序上部均发育一套砂岩、页岩薄互层沉积（图 6-c、d），该段沉积 与第 1 层具有明显的不同，砂岩厚度一般为 10cm，多呈平行分层，且成层稳定，分布范围较广。 推测这套砂岩、页岩薄互层可能位于水道末端，流体侵蚀能力减弱，水道被充填后造成限制性 环境逐渐消失而形成的朵体。综合分析，认为该时期沉积整体上仍属于中扇分流水道沉积，只 不过此时离物源相对较远，为低密度浊流沉积所形成。在岩性剖面上，拉什仲组沉积时期反映了一套完整的由海进到海退的沉积旋回。第一段到 第二段沉积期为海进期，海水由浅变深，沉积物逐渐由砾岩、砂岩变为大套的泥（页）岩；第 二段到第三段沉积期为海退期，往上页岩逐渐减少，砂岩逐渐增多。5结论（1）拉什仲实测剖面厚度为 127.42m，岩石类型主要为灰绿色砾岩、砂岩、粉砂岩及泥（页） 岩。砂岩中常发育粒序层理、平行层理、槽模及重荷模等沉积构造，粉砂岩中常见包卷层理、 交错层理及生物遗迹构造，页岩中常含有笔石。（2）根据岩石类型、沉积构造、生物遗迹化石及地化指标等综合判断，拉什仲组时期沉积 环境应该为大陆斜坡至盆地环境。（3）拉什仲组第一段及第三段为半深海背景下的海底扇相沉积，并划分出中扇分流水道及 中扇分流水道间漫滩 2 个亚相，第二段为深水盆地沉积。整体上，拉什仲组岩性剖面反映了一 套完整的由海进到海退的沉积旋回。165170致谢本文在研究过程中得到长江大学赖志云教授在室内工作方面、河南理工大学胡斌教授在 生物遗迹化石方面给予的指导和帮助，在此一并表示感谢！参考文献 (references)1 冯增昭，鲍志东，张永生,等.鄂尔多斯奥陶纪地层岩石岩相古地理m.北京:地质出版社，1998:33-37. 2 关士聪，车树政.内蒙古伊克昭盟桌子山地区地层系统j.地质学报，1955，35(2)：95-108.1751801851901952002053 张日东.内蒙古伊克昭盟桌子山区域下奥陶纪的头足类化石j .古生物学报，1959，7（4）:259-271.4 陈均远，周志毅，林尧坤，等.鄂尔多斯地台西缘奥陶纪生物地层研究的进展.见:中国科学院南京地质古 生物研究所集刊c，第 20 号.北京:科学出版社，1984:1-31.5 安太痒，郑昭昌.鄂尔多斯盆地周缘的牙形石m.北京:科学出版社，1990.6 费安玮.鄂尔多斯盆地拉什仲组遗迹化石组合与古环境j.高校地质学报，2001，7（3）:278-287. 7 林畅松，杨起，李思田.贺兰拗拉槽盆地充填演化分析m.北京:地质出版社，1995:1-13.8 刘和甫，陆新文，王玉新.鄂尔多斯西缘冲断褶皱带形成与形变.见:杨俊杰.主编.鄂尔多斯盆地西缘掩冲 带构造与油气m.兰州:甘肃科学技术出版社，1990:54-75.9 内蒙古自治区地质矿产局.内蒙古自治区岩石地层m.武汉:中国地质大学出版社，1996:166-167.10 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