辽宁兴城地区夹山常州沟组岩相特征及沉积环境分析

2013-07-25范天骐

中国矿业 2013年1期

范天骐

（中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083）

长城系是我国中元古代早期的地层单位，燕山地区是其经典地区［1］。研究该地区的岩相特征，有助于人们了解该地区沉积环境演化，对恢复古地理格局及地貌有着重要的标志作用。辽宁省兴城市位于葫芦岛市的东部，在辽东湾西岸，居辽西走廊中段。该区常州沟组岩系位于燕山中段中元古代长城系与太古宙变质岩系不整合面之上［1－4］。

1 区域地质概况

兴城市位于辽宁省西部，所处大地构造位置为华北地台北部。区域构造活动频繁强烈，主要为韧性断裂构造，具有多方向、多期次活动的特点。有北北西、北北东和近南北向断裂构造［2］（图1）。

区内出露地层主要有长城系（Ch）：常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组、高于庄组；蓟县系（Jx）：杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、铁岭组；青白口系（Qn）：下马岭组、长龙山组、井儿峪组［3］。

区内岩浆岩主要以太古宙岩石单元为代表，现称太古宙绥中花岗岩，在兴城至南部绥中一带大面积分布。岩性为黑云母花岗岩、二长花岗岩等。

图1 辽西南部综合地质图（据陈维甫等，2011）

2 常州沟组地层剖面

结合野外实测剖面和室内岩相学研究，将常州沟组地层剖面划分为33层，并根据各层岩相特征，将该剖面划分为三个沉积旋回（图2）。

图2 兴城地区夹山常州沟组地质剖面图

3 常州沟组岩相特征

兴城地区夹山常州沟组岩石类型较简单，主要为一套黄褐色、紫红色陆相碎屑岩沉积，经研究，共识别出3种岩相大类、10种岩相类型，尤以砂岩相为主。

3.1 砂岩相

3.1.1 砂岩成分、结构特点

研究区常州沟组砂岩发育类型主要有含细砾中—粗粒石英砂岩、含细砾中—粗粒长石石英砂岩、含细砾中—粗粒岩屑质石英砂岩、中—细粒石英砂岩、中—粗粒石英杂砂岩、细粒石英砂岩、细砾石英杂砂岩等。在全段上表现出：Ⅰ段，颗粒粒径较大，为中—粗粒，可见夹有石英或长石细砾，或与细砾岩互层；Ⅱ段，颗粒粒径变小，为中—细粒，偶见中—粗粒；Ⅲ段，颗粒粒径变更小，为细粒，可见夹有薄层粉砂质页岩或块状泥岩，偶见中—粗粒。石英含量有的在75%以上，有的含量在30%左右，此时岩石中的岩屑或杂基较多，在40%左右。砂岩的磨圆度较好，偶见较差，分选有好，大部分分选一般。主要胶结类型有镶嵌式胶结、基底式胶结和接触式胶结。杂基主要为黏土矿物，胶结物以钙质和硅质为主，但也出现部分炭质胶结、铁质胶结方式，这在Ⅲ段可见。

3.1.2 砂岩岩相类型

根据研究区砂岩成分结构、沉积构造特征划分出5种砂岩岩相：块状砂岩相、平行层理砂岩相、鱼骨层理砂岩相、透镜状层理砂岩相、韵律层理砂岩相。

3.1.2.1 块状砂岩相

研究区块状砂岩相主要发育在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征为物质均匀、组分和结构上无差别，具不显细层构造的层理，是由沉积物经短距离搬运，快速堆积而形成的（图3）。

图3 常州沟组砂岩块状岩相

3.1.2.2 平行层理砂岩相

研究区平行层理砂岩相主要发育于在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征是平行层理与缓波状层理共生，平行层理砂岩侧向延伸较好（图4）。

3.1.2.3 鱼骨层理砂岩相

研究区鱼骨层理砂岩相主要发育在Ⅰ段，其主要特征是可见中－小型鱼骨状层理，岩石表面可见残留黑色沥青（图5）。

3.1.2.4 透镜状层理砂岩相

研究区透镜状层理砂岩主要发育在Ⅰ、Ⅱ段，其主要特征是可见透镜状层理或岩石中可见透镜体，透镜体多为细砾岩（图6）。透镜状层理砂岩属于过渡性层理或潮汐层理的一种，说明该沉积环境有砂、泥供应，而且水流活动周期和水流停滞期交替周期出现，大部分发育在粉砂岩、泥质粉砂岩英与泥岩、粉砂质泥岩互层的地层中，主要形成于潮间带及其附近。

图4 常州沟组平行层理砂岩相

图5 常州沟组鱼骨状层理砂岩相

图6 常州沟组透镜状层理砂岩相

3.1.2.5 韵律层理砂岩

常州沟组韵律层理砂岩相主要部分发育在研究区Ⅰ段，其主要特征是可见矿物颗粒粒度在垂向上有变化：由下到上逐渐变细，由细砾岩到中粒石英砂岩，再到粉砂质泥岩（图7）。

图7 常州沟组韵律层理砂岩相

3.2 粉砂岩相

研究区常州沟组粉砂岩分布较少，在Ⅱ段有所出现，夹有薄层中粒石英砂岩。根据粉砂岩层理及沉积构造，可将粉砂岩归为水平层理粉砂岩相；根据矿物成分，将其归为石英粉砂岩，夹有中粒石英砂岩。粉砂岩是经过较长距离搬运，在稳定水动力条件下缓慢沉降形成的。它的出现表明此处是砂岩向泥岩过渡的水流缓慢地带，可出现于浅海、浅湖等。

3.3 黏土岩相

研究区常州沟组黏土岩相分布较少，在Ⅲ段出现。黏土岩类呈青绿色、黑褐色，部分与砂岩互层或少量夹于砂岩之中。它的出现表明水动力条件进一步减弱。

4 常州沟组沉积体系及沉积相特征

通过对研究区常州沟组岩系野外露头剖面、岩石手标本及微观显微结构特征研究，根据各类岩相在垂向上的组合关系及在平面上的分布特征，总结识别出该区为潮坪沉积体系［5］。经研究，将潮坪沉积体系分成3种沉积相和多种沉积类型［6］（表1）。

表1 兴城常州沟组岩系沉积体系、沉积相及沉积亚相

在蓟县经典剖面上，常州沟组由潮下坪含砾粗砂岩（a）、潮间坪含泥粗砂细砾岩（b）、潮上坪泥质砂岩（c）所构成的相序所组成。梅冥相（1998）称之为潮汐动力型碎屑岩米级旋回层序：在相a中发育交错层理及冲刷面，冲刷面之上富集细砾石透镜体；在相b中，以中细砾石为主，含泥，且多发育在冲刷面之上，构成潮道滞流沉积的特点；相c中，偶见透镜状潮汶层理［6］。

研究区全段的潮坪沉积体系与蓟县剖面不矛盾，但有区别。在研究区Ⅰ段，沉积相主要为潮道沉积，通常为块状砂岩，粒度较粗，有滞留物，发育人字型层理、鱼骨状层理；Ⅱ段的沉积相为潮间坪，少见细砾石，多为中—细粒砂岩，含有泥岩、页岩，发育人字型层理；Ⅲ段，沉积相为潮上坪，通常为粉砂岩、泥岩和细粒砂岩互层。通过分析各段岩性及沉积构造特征，总结得出兴城夹山剖面常州沟组沉积相与层序地层（图8）。

图8 辽宁兴城夹山剖面常州沟组沉积相与层序地层综合柱状图

现在根据野外地质研究，对该研究地区沉积特征分述如下所示。

4.1 潮下坪

潮下坪位于潮坪沉积体系的Ⅰ段，其特点是发育含砾粗砂岩，夹有薄层页岩，页岩发育有页理构造；在沉积构造上，研究区一段靠后岩石夹细砾岩透镜体，在一段刚开始处，岩石发育鱼骨状层理，细砾岩底部有冲刷面，砂岩中发育有平行层理。这些观察到的宏观及微观现象代表潮道沉积亚相［7］。

4.2 潮间坪

潮中坪位于潮坪沉积体系的Ⅱ段，其特点是岩石粒度逐渐变细，向潮上坪过渡，岩石粒度多为细粒—极细粒，含粉砂质泥岩，偶与粗粒石英砂岩互层，矿物颗粒有石英，岩屑含量相对于Ⅰ段明显增多；在沉积构造上，研究区中段发育大量水平层理，缓波状层理，偶见块状构造。值得一提的是，该区段发育有潮汐流强弱变化形成的泥砂薄互层潮汐韵律层理。所观察到的宏观及微观现象表面该区段为潮间沙坪及混合坪亚相［7］。