归盆地下侏罗统香溪组底界及剖面组合

归盆地下侏罗统香溪组底界及剖面组合

鄂西苏贵盆地香溪群是著名的华南下侏罗统岩石地层之一。由于它的含煤，它被称为。该层位于安徽省贵阳市香溪市。该组的名称来自“香溪煤矿系”或“香溪群”（李四光等，1924）。香溪组大致相当于原“香溪组”的中、上部。这个组已有百多年的研究历史,早在十九世纪中、晚期,外国学者Pumpelly(1863)、Schenk(1883)就来此采过植物化石。二十世纪早期,我国著名地质学家谢家荣、赵亚曾(1925)分“香溪群”为上、下两部分,认为上香溪系属里阿斯期,下香溪系属瑞替期,但缺少化石方面的证据。斯行健教授(1937,1940)曾先后在秭归盆地采集过植物化石,于1949年著成《鄂西香溪煤系植物化石》一书,至此,香溪植物化石闻名于中外,而香溪群一名遂为广大地质古生物工作者所熟知。新中国成立后,在地质生产、石油、教学、科研等单位的共同努力下,香溪群的研究取得了重大的进展,专题性的研究不断进行,地层划分逐渐规范和完善。陈楚震等(1979)详测了秭归香溪小学东沟香溪组选型剖面,并于“香溪群”下部采得晚三叠世植物、孢粉、叶肢介等多门类化石,从而将该群解体为上三叠统沙镇溪组和下侏罗统香溪组。后来因城镇建设,选型剖面屡遭破坏,而秭归泄滩剖面出露很好,上、下接触关系清楚,曾以此作为香溪组的参考剖面(孟繁松等,1987)。随着三峡水电枢纽工程的建设和库区水位的提高,秭归盆地下侏罗统香溪组的层型剖面和选型剖面都将被淹没。近年来,为了在库区警戒水位之上选择香溪组替代新层型剖面,我们对秭归盆地及邻区进行了广泛的实地考察,结果在香溪镇附近长江沿岸新开的公路旁发现较好的泄滩罗家沟香溪组剖面(图1),并进行了较全面的研究。一、香溪组新剖面的描述剖面位于秭归泄滩罗家沟新公路旁,距泄滩新镇约2km,交通方便;剖面地层出露很好,顶、底界线清楚,是三峡东部出露最理想的香溪组剖面。二、非海相下侏罗统的界线下侏罗统香溪组与上三叠统沙镇溪组的界线划分在秭归盆地甚为复杂。就岩性而言,界线之下的沙镇溪组顶部为一层灰、黄灰色厚层至块状长石石英砂岩,结构较疏松,厚度在2—45m之间,尽管厚度各地有变化,但层位稳定,盆地东西边均可进行对比。笔者于兴山大峡口一带该层的上部发现孢粉化石,经曲立范等(1987)研究,其组合面貌指示晚三叠世的时代色彩,从而证实此长石石英砂岩层属晚三叠世的沉积。界线之上的香溪组,各地岩性则有较大的差异,概括起来,大体可分两类,秭归盆地东部及东南缘,以罗家沟剖面为代表,香溪组具明显的底砾岩,厚1.7m,砾岩成分主要为燧石,次为石英,滚圆与分选良好,此层底砾岩在香溪河对岸狮子包厚20m,大峡口厚1.5m。由于这些地方砾岩单独成层,岩性十分特征,通常以此砾岩层作为香溪组的底界。在盆地西部及西南缘,香溪组底砾岩层或分叉、或尖灭,被灰白色石英砂岩所取代,界线上、下则无砾岩层隔开,故这些地方下侏罗统/上三叠统界线不易区分。为了弄清楚这个问题,笔者曾多次去实地考查,研究结果表明:尽管界线上、下都为石英砂岩,但香溪组底部石英砂岩与下伏沙镇溪组顶部石英砂岩确实存在较大的差异:前者色调灰白,局部含少量砾石,长石含量很少,结构致密得多;而后者通常呈黄灰色,仅含少量泥砾,长石含量高,结构较疏松。基于界线上、下岩性有如此大的不同,在盆地西部及西南缘以灰白色坚硬的石英砂岩的始现为标志作为香溪组的开始是合适的。从罗家沟剖面可以看出,上三叠统沙镇溪组上部总的以粗碎屑沉积为主,其粒度由下向上依次为粉砂质泥岩—细粒砂岩—中粒砂岩—粗粒砂岩,显示向上变粗的粒序特征;而下侏罗统香溪组各个韵律层内则显示由下向上依次由粗变细的粒序特征。这些特征表明界线上、下的岩性是在不同的沉积环境条件下形成的,分别属于不同的构造层和代表不同的沉积层序,其层序界面正好与下侏罗统/上三叠统的界线点相吻合。确定非海相下侏罗统/上三叠统的界线点除岩性标志外,更主要的是植物和孢粉方面的证据,尤其是能在大范围进行对比的生物标志。在罗家沟剖面上,笔者在距下侏罗统/上三叠统界线之上33m处发现Coniopteriscf.murrayana等侏罗纪植物分子,尽管这个标志分子离界线有一定的距离,但值得提出的是,我们曾在大峡口香溪组底砾岩之上仅1.5m处采得C.hymenophylloides植物化石。因此,鄂西秭归盆地可以锥叶蕨属(Coniopteris)的始现及其下的灰白色石英砂岩或底砾岩为标志,来具体划分下侏罗统/上三叠统的界线。在这个界线之上含侏罗纪Coniopteris、Czekanowskia、Phoenicopsis、Otozamites、Ptilophyllum等属为主的植物群,而界线之下则含晚三叠世Sinoctenissp.、Cycadocarpidiumerdmanni、Pterophyllumsinensis、Clathropterismongugaica等植物以及孢粉、叶肢介、双壳类等化石。在孢粉方面,此次未分析出孢粉。秭归盆地下侏罗统香溪组与上三叠统沙镇溪组的接触关系,盆地东、西部是不同的。在盆地东部及东南缘,如罗家沟、香溪、大峡口一带,沙镇溪组顶面凹凸不平,有明显的冲刷现象。这表明晚三叠世末至早侏罗世初,地壳曾一度上升,并遭到风化剥蚀,下侏罗统与上三叠统之间表现为假整合接触。而盆地西部及西南缘,下侏罗统和上三叠统之间找不到明显的接触界线,也未见地层超覆现象,界线上、下的岩性和植物及孢粉组合都是过渡的。据此,这些地方两者之间应为连续沉积。至于香溪组的顶界,即上覆泄滩组与香溪组的界线甚为明显。在泄滩组底部有一层厚约6m的深灰色、灰黑色泥岩,有机质和碳质含量高,富含以Pseudocardinia和Psilunio为代表的双壳类化石,甚至形成灰黑色介壳层,其层位稳定,在鄂西及四川盆地都有分布,是划分界线和对比地层的良好标志。我们通常以此灰黑色介壳层及其下厚约1m的黄灰细砂岩作为泄滩组的开始。该层之上岩层几乎不夹碳质页岩、煤层及煤线,粒度明显变细,钙质含量增高,植物化石急剧减少,双壳类却大量出现。三、水体生物组合ropteris香溪植物群是华南较典型的早侏罗世植物群之一,其组成分子的多彩程度可与晚三叠世植物群相比拟。吴舜卿等(1980)认为香溪组植物群大致可分上、下两个部分:下部以Equisetites,Dictyophyllum,Clathropteris,Phlebopteris,Todites,Coniopteris(少),Phoenicopsis,Sphenobaiera,Baiera,Podozamites等为主;上部则以Coniopteris(较多),Ptilophyllum,Otozamites,Nilssonia,Tyrmia等为主。黄其胜(1988)在论述长江中下游早侏罗世植物化石时,曾指出裸子植物的银杏类与苏铁类在剖面上的聚集分异现象在苏、皖、鄂东一带具有普遍的意义。据我们研究,罗家沟剖面植物化石的垂直分异现象表现更加明显,以此可将这些植物化石分为上、下两个植物组合。下植物组合以剖面1—13层所含的植物化石为代表,主要分子有EquisetiteskoreanicusΚo′nno‚Τoditesprinceps(Ρresl)EquisetiteskoreanicusKon′no‚Toditesprinceps(Presl)Gothan,ThaumatopterisbraunianaPopp,Th.remauryi(Zeiller),Clath-ropterismeniscioidesBrongniart,C.platyphylla(Goeppert),Dictyophyllumnilssoni(Brongniart),Coniopteriscf.murrayana(Brongniart),C.sp.,CladophlebisasiaticaChowetYeh,C.fukiensisSze,C.sp.,PpinguumGoeppert,P.tietzeiSchenk,Npta(Phillips),N.cf.pterophylloidesNathorst,N.undulataHarris,Ginkgohuttoni(Sternb.),GinkgoitesacosmiaHarris,G.cf.marginatus(Nathorst),G.obrutschewiSeward,G.tasiakou-ensisWuetLi,BaieraelegansˆΟOˆishi,B.furcata(LindleyetHutton),B.multipartitaSzeetLee,Sphenobaierahuangi(Sze),Sph.spectabilis(Nathorst),EretomophyllumpubescensThomas,CzekanowsiasetaceaHeer,Podozamiteslancelatus(LindleyetHutton),SwedenborgiacryptamerioidesNathorst,Elatocladussp.,Taeniopterissp.等,可名为Coniopteris-Czekanowskia植物组合,这个组合共19属33种。组合中以银杏类居首位(6属12种),属种分异度高,包括Ginkgo、Ginkgoites、Baiera、Sphenobaiera、Eretonophyllum、Czekanow-skia等属,其中尤以Ginkgoites、Baiera、Czeka-nowskia最为繁荣,表明从香溪组下部起,此类植物开始大发展。蕨类植物也较发达(6属11种),其中以双扇蕨科为特色,常见的属有Thaumatopteris、Clathropteris、Dictyophyllum等;在此类植物中,Toditesprinceps相当丰富,Cladophlebis的种类也不少,同时还有侏罗纪的重要分子Coniopteris的出现。苏铁类和松柏类较为单调,属种较少。有节类仅有个别代表。关于这个组合的时代,考虑到其中不少分子如Equisetiteskoreanicus、Thaumatopterisremauryi、Clathropterismeniscioides、Baieraelegans、B.multipartita、Sphenobaieraspectabilis等是晚三叠世沙镇溪组或须家河组的常见分子,同时,又因新生分子Coniopteris和Czekanowskia的出现,使组合增添了侏罗纪时代色彩,组合面貌接近西欧早侏罗世早期“ThaumatopterisZone”,与湖南祁阳、零陵观音滩组中、下部的Marattiopsis-Otozamites组合大致可以对比(周志炎,1984),其时代为早侏罗世早期。上植物组合以剖面14—23层所含的植物化石为代表,这个组合包括19属32种,可称为Coniopteris-Ptilophyllum植物组合,主要分子有EquisetiteskoreanicusΚo′nno‚E.sarrani(Ζeiller)‚EEquisetiteskoreanicusKon′no‚E.sarrani(Zeiller)‚E.sp.,MarattiopsisasiaticaKawasak,Toditessp.,Coniopterismurrayana(Brongniart),C.cf.murrayana(Brongniart),Phlebopterispolypodioides(Brongniart),ClathropterismeniscioidesBrongniart,C.obovataˆΟOˆishi,Cladophlebiscf.argutula(Heer),Tyrmianathorsti(Schenk),PterophyllumdecurrenseSze,P.firmifoliumYe,OtozamiteshsiangchiensisSze,O.mixomorphusYe,PtilophyllumcontiguumSze,NilssoniaorientalisHeer,N.parabrevisHuang,N.pterophylloidesNathorst,N.cf.tenuinervisSeward,N.undulataHarris,N.cf.undulataHarris,Ginkgoitescf.marginatus(Nathorst),Baierafurcata(LindleyetHutton),B.ziguiensisMeng,Sphenobaierahuangi(Sze),Sph.longifolia(Pomel),EretmophyllumpubescensHarris,CzekanowskiarigidaHeer,C.setaceaHeer等。组合中苏铁类占优势(5属11种),多数属于本内苏铁目和焦羽叶目;蕨类植物占的比例也较大(6属8种),尤其是Coniopteris的数量大为增加,但双扇蕨科植物则明显递减,合囊蕨科、紫萁科和马通科仅有一定的代表;银杏类不甚发育,其种类和数量比下植物组合明显减少;有节类和松柏类属种甚为单调。从植物组合的成分来看,上植物组合具有与下植物组合不同的面貌,主要表现在苏铁植物大为发展,尤其是上组合十分特征的Ptilophyllumcontiguum、Otozamitesmixomorphus、O.hsiangchiensis、Tyrmianathorsti等从未在下组合出现;下组合以银杏类最为繁盛,其中Ginkgohuttoni、Baieraelegans、B.multipartita、Sphenobaieraspectabilis等亦未在上组合中见及,Czekanowskia数量比上组合多得多。其次在蕨类植物中,上组合Coniopteris数量及种类都较多,T.princeps则较为稀少;下组合则刚好相反,Coniopteris比较少见,T.princeps分布却相当普遍。第三,上组合十分繁盛的Phlebopterispolypodioides在下组合中未曾见到。至于上植物组合的时代,考虑到组合中多数分子如Phlebopterispolypodioides、Otozamiteshsiangchiensis、O.mixomorphus、Nilssoniaparabrevis、Ptilophyllumcontiguum、Sphenobaierahuangi、Eretmophyllumpubescens、Czekannowskiarigida等为华南早侏罗世的常见分子,Coniopterismurrayana虽为英国约克郡中侏罗世植物群的典型分子(Harris,1961),但在中亚和华南下侏罗统常有发现。因此,这个组合指示了较浓厚的早侏罗世晚期时代色彩。植物化石在剖面上垂直分异的原因主要受生物进化律和古环境的影响。由于早侏罗世时植物的发展正处于裸子植物的昌盛期,此时苏铁类、银杏类、真蕨类特别繁盛,分布广泛,因而具有全球的对比意义。在遵循生物进化律的前提下,植物的垂直分异现象与当时环境有关。据我们研究,罗家沟剖面的下部主要为一套河流相碎屑岩沉积,在河道部位,含大型植物茎干化石,说明早侏罗世早期,盆地地势比较陡峻,河川发育,气候较凉爽,在盆地山坡地带适于银杏类植物生长,而苏铁类的生长则受到仰制。在该剖面的上部,通常以湖泊—沼泽相沉积为主,含多层薄煤层及煤线,说明早侏罗世晚期地壳运动趋于缓和,地势夷平,湖沼遍布,河网交织,气候由温凉转为湿热,在如此的环境条件下,苏铁类大量繁盛起来。四、地断陷与分异及陆相沉积的新阶段从早侏罗世开始,三峡一带整体上升,海水全部退出本区,此地进入了陆地断陷与分异以及陆相沉积的新阶段。根据沉积岩石学特征、沉积层序结构和古生物群特点的研究,秭归盆地罗家沟剖面香溪组含煤岩系主要为河流—湖泊环境下的产物,现将剖面沉积相的主要特征简述如下(图2):1河流沉淀香溪组沉积初期,秭归盆地广泛发育曲流河沉积,形成河道—天然堤—河漫湖泊沼泽沉积,组成明显的正旋回结构。1.1砾岩类较难组成由浅灰、灰、黄灰色厚层—块状粗—中粒含长石石英砂岩、含砾砂岩及砾岩组成,砾岩或粗粒石英砂岩位于每个旋回的底部,含大量白云母,与下伏岩层形成明显的冲刷面,具大型板状交错斜层理或槽状交错层理,底部含大量植物茎干化石。1.2调整率为高质低效材料的石英砂岩由灰、黄灰、绿灰色厚层状粗粒—细粒含长石石英砂岩组成,结构致密,岩石坚硬,底部含大量白云母及植物茎干化石,具大型板状交错斜层理或楔状交错斜层理。1.3自然坝沉积由灰色粉