辽宁省寒武奥陶系沉积环境与层序地层划分.doc

辽宁地质第 12 卷 第 ! 期3456 12 -46 ! 年 # 月$%&( !)*+,-*-. ./,),.0基础地质文章编号：1 9 #!2 9 7 ! 8 ! 9 1 9 2辽 宁 省 寒 武奥 陶 系9沉积 环 境 与 层 序 地 层 划 分单学东，刘文海，潘明臣，敖 光，张福生7 辽宁地质勘查院，辽宁 大连 11#1 8摘要：辽宁省寒武系、奥陶系主要分布于复州大连、太子河及辽西三个小区，三者地层系统一致，岩相、岩性雷同，同处于“华北型”沉积环境，可进行层序对比。其中辽西小区共发育 个层序，复州大连小区发育 1# 个层序，太子河流域划分 1: 个层序，除层位缺失因素，三者层序划分基本相同， 层序界面一致，其中&级界面可以追索。通过对比，发现层序的发育与环境演化关系密切。总体而言，在环境开阔，水体能量较高区域，层序之海侵体系域较发育，而高水位体系域相对较少，而在环境相对闭塞、水体循环不畅的条件下，层序组成主要以高水位体系域为主，同时，在深水陆棚碳酸盐 岩沉积中，往往发育淹没不整合事件，层序结构为 BC D EB D FBG。关键词H 复州大连I 太子河流域I 辽西I 寒武系I 奥陶系I 沉积环境；层序对比中图分类号：J:K6 KI J:;6 !文献标识码： +引言行讨论，并初步进行了总结、对比，旨在探求其统一性、规律性，尝试讨论层序发育与环境演化的关 系。辽宁省内寒武系、奥陶系主要分布于辽西、复 州大连及太子河三个小区（其地层发育状况、分 布范围以及层序地层划分见图 1 所示），其中以复 州大连小区最为齐全。该区层位稳定，地层叠覆 厚度约 ! A，与之相比，太子河流域底部缺失葛 屯组、大林子组层位，出露厚度约 1 % ，取得了 显著成果。此外，众多专家学者的深入研究? 1 #，更 是极大地提高了省内层序地层的研究程度。但是这 些成果往往只注重于某一区域的内容，对全省寒武 系、奥陶系的层序研究未能全面概括总结。笔者通 过近几年在辽南地区及辽西地区的区调工作，并系 统收集了太子河地区的工作成果，对省内三个寒武 系、奥陶系主要发育区域的层序地层及环境演化进收稿日期： ! 9 1 9 1:6第一作者简介：单学东 7 1;# 9 8 ( 男，工程师，现从事区域地质调查工作 6!辽宁区域地质调查队 6 1= : 万复州湾、交流岛、横山、三台子四幅区调报告，1;#6辽宁区域地质调查队 6 1= : 万元台、城子坦、皮口、大潭四幅区调报告，1;#6#沈阳地质矿产研究所 6 1= : 万朱碌科、波罗赤两幅区调报告，1;#6$沈阳地质矿产研究所 6 1= : 万英守堡子、牛心台两幅区调报告，1;6%辽宁区域地质调查队 6 1= : 万松树、双塔、万家岭、安波四幅区调报告，1;6图 !辽宁省古生界寒武系、奥陶系沉积特征及层序地层划分对比#$% !&( )(*+#,-) ),.#-$ +( )(/#0(-+123 *121*+(2#)+#*) ,4 51062#1- 1-/ 72/,8#*#1- )3)+(0),4 91:(,;,#* #- 6/#8#)#,- 1-/ *,22(:1+#,- ,4 )(?(-*($% 灰岩；!% 白云质灰岩；&% 鲕粒灰岩；% 藻灰岩；(% 条带状灰岩；)% 瘤状灰岩；*% 砾屑灰岩；#% 燧石结核灰岩；+% 生物碎屑灰岩；$% 白 云岩；$% 燧石结核白云岩；$!% 叠层石白云岩；$&% 岩溶角砾白云岩；$% 砂岩；$(% 石英砂岩；$)% 粉砂岩；$*% 长石砂岩, $#% 页岩及粉 砂质页岩；$+% 本溪组；!% 马家沟组；!$% 亮甲山组；!% 冶里组；!&% 炒米店组；!% 崮山组；!(% 张夏组；!)% 当十段；!*% 石桥段；!#% 大 后海段；!+% 碱厂组；&% 昌平组；&$% 大林子组；&!% 葛屯组；&% 兴民村组；&% 桥头组；&(% 铁岭组；&)% 层序界面及类型；&*% 辽西地区 层序划分编号；6-;.-.42 435=-0-./012340, +% 8.3;-612.; -./012340, $% 53-3/.20, $% -.42 435=-0 53-3/.20, $!% 123/623-.20 53-3/.20, $&% 9612 80;.6 53-3/.20, $% 164512340,$(% ?=62 164512340, $)% 1.-212340, $*% 69310, $#% 1A6-0 645 1.-2: 1A6-0, $+% B04C. D% , !% E6F.673= D% , !$% G.647F.61A64 D% , !% H0-. D% ,!&% IA63/.5.64 D% , !% J=1A64 D% , !(% KA647C.6 D% , !)% L6471A. E% , !*% MA.?.63 E% , !#% L6A3=A6. E% , !+% N.64;A647 E% , &% IA647O.47 D% ,&$% L6-.4. D% , &!% J02=4 D% , &% P.47/.4;=4 D% , &% Q.6323= D% , &(% R.0-.47 D% , &)% 10?=04;0 83=456: 645 2:O01, &*% 10.01 4=/80 10?=04;01=85.S.1.34 .4 T012 G.634.47, 0 1=85.S.1.34 .4 L6-.64 606, &+% 10.01 4=/80 10?=04;0 1=85.S.1.34 .4 R6. U.S0 B61.4第 # 期单学东等：辽宁省寒武 % 奥陶系沉积环境与层序地层划分!相近，沉积环境类似，是进行层序地层划分与对比的理想区域。石石英砂岩，结束了碎屑岩垫板的发育，转入碳酸盐台地的发展；而辽西地区由于靠近古陆边缘，表现相 对闭塞、稳定，主要为砂泥坪环境，顶部当十段厚层 砂岩缺失。张夏期：省内各海盆沉积环境及沉积物存在较 大差异，复州大连海盆及太子河流域均为浅海及 陆棚环境，前者水体更深，可达陆棚盆地环境，此时 陆源碎屑物质较少，沉积物堆积速率较慢，对海平面 上下波动较为敏感，高频率旋回层序极其发育。至张 夏组上部，两地均发育鲕粒灰岩及藻灰岩，显示一开 阔台地环境；在辽西地区，由于继承了馒头期的环境 特征，张夏组早期较为闭塞，为潮坪 % 泻湖相的白云 岩建造，晚期海侵扩大，表现为以鲕粒灰岩为代表的 开阔台地环境。崮山期：省内三区同处于相同的环境之中，其 时，海水动荡不定，形成粉砂岩、砾屑灰岩、鲕粒灰岩 等混合堆积。总体上，崮山期三处环境相近，下部为 混合坪沉积，上部为鲕滩环境。炒米店期：省内海水再次加深，复州大连地区 及太子河流域沉积物中多发育瘤状灰岩、条带状（纹 层状）灰岩，显示一水体较深的碳酸盐缓坡 % 陆棚环 境，高频率旋回层序发育；而辽西地区水体相对较 浅，沉积物以泥质花纹灰岩、砾屑灰岩为主，为较开 阔的台地环境。辽宁省内中晚寒武世古地理格局及三个典型地 区的沉积模式如图 # 所示。冶里至亮甲山期：省内三地均处于水体循环相对闭塞的碳酸盐岩潮坪 % 泻湖环境，复州大连地 区及辽西地区沉积物多以白云岩、白云质灰岩、藻灰 岩为主，与其它两区相比，太子河流域冶里期水体相 对较深，沉积物中多见瘤状灰岩沉积，可达浅海陆棚 环境，并发育有淹没不整合界面，至亮甲山期，环境 与其它两区趋于一致。马家沟期：辽西、太子河流域及复州大连地区 均为开阔的陆表海环境，气候温暖潮湿，生物极为繁 盛，沉积物主要为厚层灰岩及灰岩夹白云岩，为开阔 或半局限的潮坪 % 泻湖环境。研究区域辽西地区马 家沟组出露不全。沉积环境演化辽河运动以后，中朝准地台结晶基底形成，辽宁 全境进入了盖层发展阶段。该阶段可分为三个部 分：即中上元古界、寒武系 % 奥陶系及石炭系 % 三叠 系。& ( 经过燕辽构造旋回的发展，辽宁省陆续抬升， 结束了第一阶段盖层的沉积，首先以昌平组覆盖于 景儿峪组（或馒头组覆盖于铁岭组之上）为代表的蓟 县运动，使辽西抬升成陆，其次，在太子河流域，青白 口系桥头组沉积过后（局部沉积了康家组）由于蓟县 运动的影响，该区进入暴露环境，最后，经过兴民村 期末的大连上升运动影响 & ) ( ，复州大连地区也结 束了沉积，使辽宁全境整体抬升成陆。进入寒武纪* 本省古地理格架发生了重大变化， 辽西海盆在经历了震旦纪长期隆起后，重新坳陷，接 受沉积，但由于内蒙古陆及山海关古陆的屏壁作用， 环境较为局限；太子河流域则继承了震旦纪早期的 轮廓，而复州大连海盆海侵范围进一步扩大，并与 太子河海盆相通。在上述古地理格局基础上，全省 境内基本以此格局完成了寒武系 % 奥陶系的沉积。具体环境演化可分为以下几个阶段。葛屯大林子期：本省大部分区域仍处于暴露 环境，仅于复州大连地区有所沉积。其中葛屯组 及大林子组早期均为滨岸三角洲环境，沉积物以陆 源碎屑为主，大林子组中晚期气候转为干燥炎热，形 成萨布哈环境，以白云岩及砖红色钙质泥岩为主，沉 积物中石盐假晶、干裂较为发育。晚期本区再度抬 升。碱厂期：经过短时期的暴露以后，全省开始较大 规模的海侵，辽西地区由于基底起伏不平的原因，昌 平组仅在局部沉积，朝阳瓦房子一带仍为隆起区；复 州大连小区碱厂组海侵规模较大，向北依次超覆 于大林子组长岭子组之上，沉积环境以碳酸盐潮 坪为主；太子河流域沉积环境与大连地区相近，只是 沉积厚度更大，并夹有碎屑岩沉积。馒头期：全省又普遍处于干燥炎热气候条件下 的紫红色蒸发岩环境，复州大连地区同太子河流 域相同，均处于砂泥坪及混合坪环境，其时，地壳振 荡激烈，陆源碎屑及碳酸盐混合堆积，至当十期，两 地均为陆源滨海环境，沉积了一套成熟度较低的长$层序地层划分及对比层序地层划分省内三区层序发育状况如图 $ 所示。复州大#! #图 !辽宁省中晚寒武世古地理简图及三个典型地区沉积模式#$% !&()*%)*%+,-$. /0)1.- *2 3$4561) 789+$: :4 /)4$8):1+; 8*4)(/ *2 1-+)1;,$.( +) $: 6$*:$:% ,+*$:.)3辽西地区沉积模式；4太子河地区沉积模式；5复州 ) 大连地区沉积模式；#内蒙古陆；$辽东 6 岫岩 7 古陆；%山海关水下陆； 箭头示海侵方向8 1/海平面；9:2正常浪基面；;1:2风暴浪基面3?=AB3CD E=F EG :=B /?3EA?AH8 4?=AB3CD E=F EG -3?I?J= 3C=38 5?=AB3CD E=F EG 9KIJEKL3F?3A 3C=38 # *AA=C MEHEF?3 N3F=EL5EAB?A=AB8 $ O3=CQ3B=C F3A38 BJ= 3CCEQ?53B?AH BJ= ?C=5L B?EA EG 3C?A= BC3AHC=?EA8 1/=3 F=R=F8 9:2AEC3F Q3R= 43=8 ;1:2BEC Q3R= 43=连地区寒武系、奥陶系出露最为齐全，相应层序划分也较完整，由底至顶共划分三级层序 %& 个，以 % (%$ ) ! 表示，其中 * 型层序 % 个，!型层序 % 个，型 层序 $ 个；太子河流域缺失底部两个层序，由碱厂组向上，共发育三级层序 %+ 个, 表示为 -. ( -%$，其中 *型层序 % 个，!型层序 % 个，型层序 . 个，辽西地省内层序对比葛屯组大林子组! !0 !0 %, ! 层序为大连地区独有层序。% 主要以屑岩为主，顶部为少量白云岩作为高水位体系域质，其底界面为 12% 型，与大连上升运动相对应层序下部海侵体系域为滨岸三角洲沉积，上部高区缺失底部 . 个层序及顶部马家沟组层序,由馒头其中最位体系域为萨布哈环境沉积。!0 !0 !碱厂组组向上共划分出 # 个层序,表示为 /$ ( /%,下部为 * 型层序, 其余均为!型层序。此外，本文将复州大连地区寒武系、奥陶系层 序归并为一个中层序，其底界面为葛屯组不整合于 兴民村组之上，顶界面为本溪组不整合于马家沟组之上，两者均为 * 型界面。同样太子河流域也归并为 一个中层序，其底界为碱厂组不整合于桥头组之上，顶界与前者相同；而辽西地区之中层序底界为馒头 组不整合于铁岭组之上，顶界面缺失。. 与 -. 可对比，均为潮坪环境产物，沉积物部为砾屑灰岩（海侵体系域），上部为藻灰岩、白云灰岩（高水位体系域），其中 -. 底部为碱厂组不整于桥头组之上，属 12% 型界面。大后海段!0 !0 .$ 与 -$ 及 /$ 相同，均为紫红色蒸发岩建造部以粉砂岩作为海侵体系域物质，大连赵坎子地大后海段底部可见椭圆形底砾岩；顶部以灰岩（大第 # 期单学东等：辽宁省寒武 / 奥陶系沉积环境与层序地层划分!地区及太子河流域）或白云岩（辽西地区）做为高水位体系域产物，顶界面之上大多发育石盐假晶，其 中辽西地区可见大后海段直接覆盖于铁岭组之上， 为 $%# 型界面。#& #& 3冶里组及亮甲山组三地层序发育情况类似6(07 . )07 / 0 1 )07 / # .*07，(00 . )00 / 0 1 )00 / # . *00，总体为潮坪 / 泻湖环境产物，气候温暖、潮湿，层序物质组成以灰岩夹白云 岩或白云岩为主，其中海侵体系域为灰岩，高水位体系域多为白云岩，5$ 不发育。与其它两地不同的 是，太子河流域水体相对较深，多发育瘤状灰岩及泥质条带灰岩，海侵体系域不发育，多为 5$ 直接覆 盖于界面之上形成 $%4 型界面，同时，层序数量也相对较多。#& #& 07马家沟组 辽西地区出露不全，此次未做层序划分。复州大连小区与太子河流域岩性基本雷同，处于相同的环境下，即潮坪 / 泻湖环境，两地层序对比为 (0# . )0#，(04 . )04，(0 / 0 1 (0 / # . )0。除 )0# 底界面 为 $%4 型，层序结构为 $%4 1 5$ 1 2$) 之外，其余均 为 )$) 1 2$) 型，物质表现为灰岩 1 白云岩，一般海 侵体系域发育较少，而高水位体系域发育，显示一 水体平稳，适合碳酸盐台地生长的沉积环境。! #与华北地台邻区对比 寒武系层序地层的研究，在国内外均达到了很高的程度，尤其是国内“$*5”研究集体大量成果陆 续出现，使国内寒武系层序地层的研究程度得到空前提高，为本区层序划分提供了大量可靠对比资料。张国仁（033+）将山东沂水寒武系划分为 07 个 层序；史晓颖（033-）综合华北地台各地特点将华北 地台寒武系划分为 0+ 个层序。本文共划分了 00 个 层序。具体对比情况见表 0 所示。通过以上对比，本 省寒武系层序地层划分虽然在数量上与邻区略有 差异，但层序界面的划分具有明显的一致性，并且与北美阿巴拉契亚地区三级海平面变化旋回界面 相比，也有较好的同步性。进一步说明三级海平面 变化旋回在区域上具有一定延展性。( 与 ) 及 * 相同#& #& 以石桥段为主要层位，其中 ( 与 ) 相同，均为混合坪产物，岩性复杂，下部海侵体系域为碎屑岩， 顶部高水位体系域以灰岩或白云岩为代表；* 于所处环境相对闭塞，沉积物较单一，以粉砂岩代表海 侵体系域，顶部高水位体系域为页岩或微薄层白云 岩。(+ 与 )+ 相同#& #& 以当十段之厚层砂岩代表海侵体系域物质，两地均较发育，顶部以张夏组下部之薄层鲕粒灰岩表 示高水位体系域。#& #& +张夏组 由于各地在该时期环境差异较大，其层序发育也存在较大差别，其中,(- . )- / 0 1 )- / #，(- 为一!型层序，底界面为淹没不整合，表现为深水沉积物页岩直接覆盖于灰岩之上层序组成为凝缩段（页 岩）1 高水位体系域（鲕粒灰岩及藻灰岩），与之相 比，太子河流域张夏组下部页岩较少，上部灰岩较多，相应划分为 )- / 0 及 )- / # 两个层序，组成均为)$) 1 2$)，物质成分为鲕粒灰岩及藻灰岩；而辽西 地区由于处于相对闭塞环境中，张夏组底部为白云岩建造，为 *+ 之高水位体系域，上部则为少量粉砂 岩及较多的灰岩和鲕粒灰岩，层序对比为 *+ . )+ 1)- / 0，*- . )- / #。#& #& - 崮山组层序对比 (! . )! . *!，三者所处环境基本相近， 组成物质 )! 及 *! 之海侵体系域为粉砂岩夹砾屑灰 岩，(! 为砾屑灰岩，三者高水位体系域均为鲕粒灰岩，显示一潮坪 / 鲕滩的沉积，并且，区域上在各地 均有风暴砾屑堆积。#& #& ! (3 / 0 1 (3 / # . )3 . *3对应层位主要为炒米店组，与辽西地区相比， 其余两地水体环境更深，均以较深水沉积的瘤状灰 岩直接覆盖于浅水沉积物之上，形成 $%4 型界面，而且复州大连地区沉积厚度更大。其层序组成为5$（瘤状灰岩）1 2$)（泥质花纹灰岩等）；辽西地区 水体较浅，以砾屑灰岩做为海侵体系域产物，底界面为 $%# 型，高水位体系域与前两者类似。层序发育与环境演化的关系综合以上沉积环境演化及各地层序地层发育 状况的比较，我们不难发现地层层序的发育与同时 期沉积环境的演化有着密不可分的联系。4碎屑岩区在陆源物质供给充分，水体循环畅通的环境 下，层序的海侵体系域极为发育，占层序组成的大 部分，且层序厚度较大，如 (+ 及 )+ 层序；相反，在干# $表 !辽宁省寒武系、奥陶系层序地层划分对比及与华北地台邻区对比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”?*,7S*.X6UWF $- X5*?*a)*.:*? 7. X5* I XWY7:6Z 6U*6? :6. T* :-.XU6?X*,F 2. 4*?X 176-.7./0 X5*U* 6U* ! ?*a)