辽西地区常州沟期—团山子期岩相古地理概况

耿志洪，曲若达，王然，谭文刚

（辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

辽西地区常州沟期—团山子期岩相古地理概况

耿志洪，曲若达，王然，谭文刚

（辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100）

辽西地区长城纪常州沟期—团山子期由陆源碎屑岩沉积底垫始，至形成稳定的碳酸盐岩台地止，构成了一个完整的海侵—海退旋回.根据其岩石组合、沉积构造、指相微量元素、古盐度及稀土元素比值等测试成果分析，这一时期沉积相做有规律的变化，早期发育河控三角洲相，中期发育无障壁海岸相、浅海陆棚相，晚期为有障壁海岸相、开阔台地相、局限台地相.

岩相古地理；长城纪；常州沟期；串岭沟期；团山子期；辽西地区

0 引言

国内岩相古地理研究始于上世纪50年代中叶，刘鸿允首先以古生物地层学理论为指导，编制了我国第一部《中国古地理图》专著，意在分析沉积盆地及其成矿环境与区域构造演化之间的关系.80年代以来，相继有聂振声［1］、丁杰［2］、宋天锐［3］、曲洪祥［4］等对辽宁省典型沉积岩分布区进行了岩相古地理的研究.较系统的岩相古地理研究当属杨新德等编著的《辽宁省区域地质志》之沉积岩及沉积作用［5］，为辽宁省岩相古地理研究奠定了坚实的基础.但是，该研究仅反映当时岩相古地理研究之水平.本文以现代沉积学的理论与方法，利用前人地质研究成果，根据其岩性组合、沉积构造等常规研究方法，另据指相微量元素、古盐度及稀土元素比值等测试分析成果，对辽西地区长城纪常州沟期—团山子期岩相古地理特征进行较深入的研究，旨在提高本区沉积岩的研究程度，并期望对该区页岩气资源预测提供借鉴.

1 区域地质背景

研究区位于华北地层区，隶属燕辽地层分区辽西地层小区.地层发育较全，主要发育长城系、蓟县系，零星见有青白口系、寒武系—奥陶系、石炭系—二叠系等.

常州沟期—团山子期是华北陆块区晋冀陆块结晶基底形成后的第一个盖层沉积时期，其大地构造环境属陆内裂谷——燕辽裂谷.由于裂谷处于初期裂开阶段，海域分布局限，惯称辽西海盆.盆地早期为一套粗陆源碎屑岩沉积，中期为一套细陆源碎屑岩沉积，晚期为一套碳酸盐岩沉积，构成一个完整的海侵到海退的沉积旋回.

2 古地理特征

目前国内外研究黏土岩的学者，认为黏土矿物的碱性吸附离子在成岩、后生作用过程中保持稳定，可以反映原始沉积环境.本文采用指相元素B、Ga、Eu、Ce及其比值作为划分区内沉积相的主要证据之一.

另外根据沃克等研究，B含量大于400×10-6为超盐度环境，在300×10-6～400×10-6为正常海相，200×10-6～300×10-6为半咸水沉积，小于200×10-6为低盐度环境.

海水中B的浓度随盐度的变化而变化，黏土矿物所吸附的B则与盐度成正比.根据黏土矿物中B含量计算古盐度，其公式［6］为：y=0.0977x-7.043.其中y为水体盐度（‰），x为B含量（10-6）.

图1 辽宁省长城纪常州沟期—团山子期岩相古地理图Fig.1The lithofacies and paleogeographic map of Liaoning region during Changzhougou Age to Tuanshanzi Age,Changcheng Period

常州沟期—团山子期，辽西海盆南西与河北省蓟县海相通，海岸线呈北东向舌状伸入内陆，南部为绥中剥蚀区，北部的内蒙古剥蚀区与辽西剥蚀区相连.该期剥蚀区地势相对较高，为盆内沉积的主要物源供给区.海侵来自西南方向，沉积中心位于凌源-喀左一带，沉积厚度达1794 m.其岩相古地理特征如图1.

3 岩相特征

长城纪常州沟期—团山子期，沉积相做有规律的变化：早期发育河控三角洲相，中期发育无障壁海岸相、浅海陆棚相，晚期为有障壁海岸相、开阔台地相、局限台地相.研究区沉积相特征见沉积序列综合柱状图（图2）.

3.1 河控三角洲相

河控三角洲相见于常州沟早期沉积，分布于凌源-建平一带.物理风化作用强烈，蚀源区向盆内供给不稳定的粗陆源碎屑组分.发育河流相大型板状、楔状交错层理，常见平行层理、韵律层理及波痕、冲刷面构造，局部可见雹痕等暴露标志.河控三角洲相由分流河道、河口沙坝两个亚相（图2A、B）组成，前者主要岩性为灰紫色石英岩质砾岩、含砾石英砂岩、含砾石英杂砂岩，后者主要岩性为灰紫色石英砂岩、长石石英砂岩等.

1—砂屑白云质灰岩（psammitic dolomitic limestone）；2—白云质灰岩（dolomitic limestone）；3—含叠层石白云质灰岩（stromatolitic dolomitic limestone）；4—含砾屑砂屑灰岩、白云质灰岩（rudaceous psammitic limestone and dolomitic limestone）；5—含叠层石白云岩（stromatolitic dolomite）；6—砾屑白云岩（dolorudite）；7—鲕粒白云岩（oolitic dolomite）；8—页岩（shale）；9—粉砂岩（siltstone）；10—含海绿石粉砂岩（glauconitic siltstone）；11—石英砂岩（quartz sandstone）；12—含海绿石石英砂岩（glauconitic quartz sandstone）；13—石英杂砂岩（quartz greywacke）；14—长石石英杂砂岩（feldspar quartz greywacke）；15—含泥长石石英杂砂岩（muddy feldspar quartz greywacke）；16—长石砂岩（feldspar sandstone）；17—岩屑长石杂砂岩（lithic feldspathic greywacke）；18—长石石英砂岩（feldspar quartz sandstone）；19—含砾石英砂岩（shingly quartz sandstone）；20—含砾石英杂砂岩（shingly quartz greywacke）；21—石英岩质砾岩（quartzitic conglomerate）；22—雨痕（raindrop imprint）；23—雹痕（hail mark）；24—泥裂（mud crack）；25—水平层理（horizontal bedding）；26—平行层理（parallel bedding）；27—粒序层理（graded bedding）；28—波状层理（wave bedding）；29—透镜状层理（lenticular bedding）；30—包卷层理（convolute bedding）；31—脉状层理（flaser bedding）；32—微波状层理（microwave bedding）；33—冲刷面层理（washed surface structure）；34—波痕（ripple mark）；35—不对称波痕（asymmetrical ripple mark）；36—板状交错层理（plate cross-bedding）；37—楔状交错层理（wedge cross-bedding）；38—斜层理（inclined bedding）；39—羽状交错层理（herringbone cross-bedding）；40—槽状交错层理（trough cross-bedding）；41—燧石结核或条带（chert or strip）；42—风暴成因砾石（storm-caused gravels）

由表1知，B含量58×10-6～91×10-6＜100×10-6，为淡水相.δEu、δCe值0.07～1.43，3个样品小于1，一个样品大于1，表明河流相主要处于氧化环境.河流相沉积物以灰紫色为主，属氧化环境形成的产物.

表1 各沉积相特征及参数值Table 1Features and parameters of the sedimentary facies

通过以上分析，河控三角洲相水体较浅，属近岸淡水相的氧化环境形成的产物.

3.2 无障壁海岸相

无障壁海岸相见于常州沟晚期—串岭沟晚期沉积，葫芦岛地区可以延至团山子早期沉积.海水覆盖整个海盆，北达建平县北部化石里-北票-阜新一线以北，南界止于锦州-北宁一带，北东海域可能未及新民-彰武地区.

无障壁海岸相由前滨亚相、临滨亚相（图2A、B、C）组成，前者主要岩性为灰紫色石英砂岩、长石石英砂岩、长石杂砂岩，葫芦岛地区底部见有石英岩质砾岩；后者主要岩性为灰黑色页岩或泥岩、粉砂岩，夹少量含海绿石粉砂岩等，发育水平层理、微波状层理等沉积构造.当时海域开阔，波浪作用较强，沉积物具有较高的结构成熟度及成分成熟度，发育鱼骨状、板状、楔状交错层理，常见平行层理、韵律层理、槽状层理及波痕、冲刷面构造，局部可见雨痕及泥裂等暴露标志.

B含量95×10-6≈100×10-6，B/Ga比值为9.5＞7，属海相；含盐度为2.24‰，属盐度正常相海水.δEu和δCe值分别为0.83和0.91，接近于1，表明其形成环境为弱氧化—弱还原环境.岩石中含自生海绿石，其主要形成于远离河流入海口的陆棚区，其形成时的介质条件为弱碱性（pH=7～8）和弱氧化—弱还原（Eh=0左右）的正常海水，水温10～15℃，形成海水深度大于125 m.

通过以上分析，无障壁海岸相为海水循环较好、含盐度正常的沉积环境.前滨亚相形成于海域开阔、波浪作用较强的海滩砂区，处于氧化环境（岩石以灰紫色为特征）.临滨亚相远离海岸，形成于弱氧化—弱还原及弱碱性的正常海水，水温10～15℃，形成于浪基面以下，海水深度达125 m以上.

3.3 障壁海岸相

分布局限，仅见于葫芦岛地区，发育于团山子早期沉积.障壁海岸相仅见潮坪相，由云坪微相、混合坪微相（图2C）组成.混合坪微相主要岩性为粉红色长石杂砂岩、含岩屑长石杂砂岩，夹灰黑色含黄铁矿泥岩或页岩，发育透镜状层理、不对称波痕.云坪微相由白云岩组成，发育微波状层理，局部见斜层理.障壁海岸相处于温暖潮湿气候.云坪形成于氧化环境，水体能量较低.混合坪则形成于弱还原—还原环境，早期混合坪较晚期混合坪水体能量为低.

3.4 浅海陆棚相

浅海陆棚相分布局限，仅见于凌源以南地区，发育于串岭沟中期沉积.浅海陆棚相仅见斜坡亚相（图2A），以发育黑色页岩、粉砂质页岩及粉砂岩为特征，具水平层理及收缩裂隙构造，无潮汐层理，反映为浪基面以下的强还原静水环境沉积，处于温暖潮湿气候.

3.5 开阔台地相

串岭沟末期—团山子期海底地形平坦，清水碳酸盐岩沉积逐渐代替了海岸环境浑水形成的细碎屑岩沉积，辽西地层小区沉积盖层首次进入碳酸盐台地相发展阶段，主要见于凌源地区.开阔台地相潮坪亚相由内屑滩微相、滩间海微相、台内礁微相（图2A）组成.

内屑滩微相主要岩性为砂屑灰岩、砾屑灰岩，发育冲刷面构造；滩间海微相岩性为白云质灰岩、页岩，常见水平层理；台内礁微相主要岩性为含叠层石灰岩、含叠层石白云质灰岩.局部可见风暴岩沉积，其灰岩砾屑呈“倒小字”或“菊花状”排列，显丘状层理构造.

开阔台地相处于温暖潮湿气候，属弱氧化—弱还原环境形成，内屑滩微相和台内礁微相较滩间海微相水体相对为浅，但其水体能量较高.

3.6 局限台地相

局限台地相形成于串岭沟末期—团山子期，分布于建平-葫芦岛地区.局限台地相由潮坪亚相和湖亚相（图2B、C）组成，前者以分布有灰色含叠层石白云岩及含燧石结核或条带白云岩为特征，由砂坪、云坪微相组成；后者以泥质湖和云质湖微相组成.

砂坪微相岩性为石英砂岩，发育平行层理.云坪微相岩性为白云岩、砾屑砂屑白云岩、含砂屑叠层石白云岩，常见微波状层理.

通过以上分析，局限台地相总体处于温暖潮湿的气候，形成于弱氧化—弱还原环境.潮坪亚相水体能量较高，潟湖亚相处于朝下低能环境.湖亚相海水含盐度较潮坪亚相高，局部可达超盐度.

4 总结

辽西地区长城纪常州沟期—团山子期由陆源碎屑岩沉积底垫始，至形成稳定的碳酸盐岩台地止，构成了一个完整的海侵—海退旋回.这一时期沉积相做有规律的变化：早期发育河控三角洲相，其水体较浅，属近岸淡水相的氧化环境形成的产物；中期发育无障壁海岸相，由海水循环较好、含盐度正常的环境形成；晚期发育浅海陆棚相，属强还原静水环境沉积，处于温暖潮湿气候；末期为碳酸盐岩台地形成时期，处于温暖潮湿气候条件下弱氧化—弱还原环境，开阔台地海水循环好，能量相对较高，含盐度正常，而局限台地水循环差，能量相对较低，海水含盐度高，局部可达超盐度.

致谢：本文在撰写过程中，承蒙黄志安、曲洪祥等两位高级工程师的悉心指导和帮助；另原始地层资料利用了1∶20万锦西、兴城幅地质报告（原辽宁区调队，1983），1∶25万锦州、建平县幅地质报告（辽宁省地质勘查院，2003），1∶5万杨树岭等2幅区调报告（原长春科技大学地球科学学院，2000）.在此一并深表谢意！

［1］聂振声.本溪太子河流域早寒武世馒头期岩相古地理特征与石膏普查［J］.辽宁地质学报,1984（1）:69—80.

［2］丁杰.辽西早寒武世老庄户期岩相古地理及其地球化学特征［J］.辽宁地质,1986（1）:23—34.

［3］宋天锐，刘燕学.古地震记录与岩相古地理［J］.沉积学报,2009,27（5）:872—879.

［4］曲洪祥，鲍庆忠，董万德，等.辽宁南华系的划分及其特征［J］.地质与资源,2011,20（6）:430—433.

［5］辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志［M］.北京：地质出版社, 1989.

［6］殷科华，叶德书，沈大兴，等.息烽-遵义早石炭世大塘岩相古地理特征［J］.沉积学报,2009,27（4）:606—613.

A GENERAL REVIEW OF THE LITHOFACIES AND PALEOGEOGRAPHY IN WESTERN LIAONING DURING CHANGZHOUGOU AGE TO TUANSHANZI AGE

GENG Zhi-hong,QU Ruo-da,WANG Ran，TAN Wen-gang
（Liaoning Institute of Geological Exploration,Dalian 116100,Liaoning Province,China）

The deposition during Changzhougou Age to Tuanshanzi Age of Changcheng Period,started from the terrigenous clastic rock foot-plate and ended by the stable carbonate rock platform,forms a complete transgression-regression cycle in Western Liaoning Province.Based on the analysis of rock assemblage,sedimentary structure,index trace elements, paleosalinity and rare earth element ratio,a regular change of sedimentary facies is found.The river delta facies is developed in the early stage;the non-barrier coast facies and shallow sea shelf facies in the middle stage;while the barrier coast facies, openplatformfaciesandrestrictedplatformfacies,thelatestage.

lithofacies and paleogeography;Changcheng Period;Changzhougou Age;Chuanlinggou Age,Tuanshanzi Age;Western Liaoning Province

1671-1947（2014）03-0246-05

P531

A

2013－05－29；

2014-01-22.编辑：张哲．

耿志洪（1960—），男，工程师，从事区域地质调查与矿产普查工作，通信地址辽宁省大连市金州区五一路10号，E-mail//gengzhihong1960@qq.com