辽东本溪地区新元古界青白口系岩石地层格架及模型

吴子杰，王　烜，潘玉啟，程培起，包洪伟，雷广新

(辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100)



辽东本溪地区新元古界青白口系岩石地层格架及模型

吴子杰，王烜，潘玉啟，程培起，包洪伟，雷广新

(辽宁省地质勘查院，辽宁 大连 116100)

摘要：辽东本溪地区新元古界青白口系非常发育，出露齐全。文章运用沉积学、地层学、层序地层学等理论，依据辽东本溪地区新元古界青白口系岩相岩石组合特征及空间展布规律的地质调查和研究成果，参考前人层序地层划分意见，将该区青白口系划分为2个三级层序；对层序内部的体系域进行研究，建立了本溪地区岩石地层格架和地层模型，认为该区青白口系在不同阶段的盆地演化过程继承了前期的古地理格局。

关键词：青白口系；层序地层；地层格架；岩石地层模型；本溪；辽东

0引言

辽东本溪地区新元古代地层发育良好，是我国研究新元古界的理想之地。其新元古界集中分布在研究区的太子河流域，一般呈EW向展布(图1)，有青白口系和南华系，自下而上为青白口系钓鱼台组、南芬组和南华系的桥头组、康家组，其中钓鱼台组、南芬组、桥头组的层型剖面均位于研究区内。青地乙治1928年在本溪桥头镇至南芬区间的细河流域创名细河群，并创建了钓鱼台石英岩、南芬页岩及泥灰岩，之后远藤隆次(1937)、姜春潮(1957)、马子骥(1964)、辽宁区调队(1964)、辽宁省地质勘查院(2013)等地质学者及单位在此研究[1]，在岩石地层、震积岩、构造及古地理等方面成果颇丰。本文利用沉积学和地层学理论，对青白口系的地层格架及地层模型进行研究。

1岩石地层与层序地层特征

辽东本溪地区青白口系岩石地层及层序地层划分见表1。

1.1青白口系钓鱼台组

钓鱼台组为陆源碎屑滨岸的沉积地层，为区内青白口纪期最早的海相沉积，厚250～600m[2-3]，根据沉积环境及岩石组合特征，本文将其分为2个正式段。一段由灰白色中厚层硅质胶结含砾细中粒石英砂岩、灰白色厚-巨厚层硅质胶结细中粒石英砂岩、白色中-厚层硅质胶结含砾细中粒石英砂岩韵律性构成基本层序，由下向上先变薄再变厚，粒度先变细再变粗，岩石中发育双向斜层理及波痕、冲刷面等沉积构造，为主滩-滩前-主滩的相序变化；二段为海滩沉积环境，正粒序层理发育，向上变细变薄，由灰白色厚层硅质胶结细粒石英砂岩、灰褐色中厚层铁质细中粒含海绿石石英砂岩、灰白色厚-微薄层硅质胶结细中粒含海绿石石英砂岩构成多个厚-薄的旋回性基本层序[2]。

表1　本溪地区青白口系岩石地层及层序划分

图1　辽宁东部新元古界地层分布及研究区位置(据文献[1]修改)Fig.1　Map showing Neoproterozoic strata distribution in the Eastern Liaoning province and position of the study area

该组对应一个三级海平面变化周期，划分为一个三级层序(QbS3)，由海侵体系域和高水位体系域组成，凝缩段不发育，相对海平面变化曲线为近对称型，早期缓慢上升，晚期缓慢下降。海侵体系域由钓鱼台组一段下部的硅质胶结复成分砾岩与硅质胶结含砾石英砂岩构成旋回，向上发育斜层理、平行层理及波痕，反映海侵事件，自下而上粒度由粗变细，为海侵退积型地层结构。高水位体系域对应岩性为灰褐色薄-中厚层铁质胶结含砾中粗粒石英砂岩、灰白色厚-中厚层硅质胶结含砾中粗粒石英砂岩和灰白色厚-中厚层硅质胶结含细砾粗中粒石英砂岩，发育斜层理和平行层理，此时海水缓慢变浅，显示为进积型地层结构特点。该层序底界面为SB1，该界面代表了长期遭受风化剥蚀时期，为明显的沉积相转换面。该界面之下为陆相辫状河环境沉积，而界面之上为滨海环境，底部发育海侵滞留砾石，在邻区发育风化沉积的铁矿，该层序与下伏地层呈平行不整合接触，故为Ⅰ型层序。

1.2青白口系南芬组

南芬组为台地-浅海陆棚相沉积，厚650m[2]。根据沉积环境及岩石组合特征，将该组划为4个非正式段。一段为潟湖环境下沉积的地层，发育水平纹理及小型双向斜层理，由紫色薄-微薄层砂质泥晶灰岩、黄绿色薄-微薄粉砂岩(页岩)韵律性构成向上灰岩增多的氧化-还原环境变化基本层序；二段为开阔台地相沉积，由蛋青色泥灰岩(上部为灰紫色薄-中层含铜粉晶灰岩)-紫色钙质页岩韵律性互层构成基本层序；三段以紫色含粉砂质页岩、灰岩、蛋青色薄层含铜泥晶灰岩旋回性互层构成基本旋回，并由相似旋回构成基本层序，发育水平层理，沉积于陆棚盆地；四段发育水平层理、脉状及透镜状层理，为远滨盆地相沉积地层，由黄绿色薄-微薄层泥质粉砂岩与黄绿色钙质页岩韵律性互层构成旋回性基本层序。

该组对应一个完整三级海平面变化周期，可划分出一个三级层序(QbS4)。由海侵体系域和高水位体系域组成，相对海平面变化曲线为对称型，早期缓慢上升，晚期缓慢下降。海侵体系域为潟湖相沉积的紫色薄-微薄层钙质胶结中细粒石英砂岩夹黄绿色薄-微薄层泥晶灰岩，两者呈旋回性互层，向上泥晶灰岩比例增大，发育水平纹理及小型双向斜层理。向上为碳酸盐台地相的蛋青色薄层泥晶粉晶灰岩、紫色薄层粉晶灰岩，其中紫色薄层粉晶灰岩夹蛋青色薄层粉晶灰岩，两者呈旋回性互层，反映更高一级的海平面变化，由下向上反映为海侵退积型地层结构。高水位体系域相序变化为碳酸盐台地-局限台地-陆棚盆地，灰紫色薄-中层含铜粉晶灰岩夹紫色钙质页岩组成向上粉晶灰岩减少的旋回，沿层面多见孔雀石，发育小型冲刷面、波痕及斜层理，反映出海退进积型地层结构。钓鱼台组层序形成后，海平面经短暂停滞后又迅速上升，并快速加深为浅海陆棚环境。层序底界面是一个沉积相的转换面，界面之下为陆源碎屑滨岸，发育斜层理及波痕，而界面之上为潟湖-浅海相，故为SB2面，属Ⅱ型层序。

图2　本溪地区新元古界青白口系岩石地层格架Fig.2　Stratigraphic framework of Neoproterozoic Qingbaikou System in Benxi area1.鱼骨状交错层理；2.斜层理；3.冲刷面；4.最大海泛面；5.岩石单位相变线；6.Ⅰ型界面；7.水平层理；8.波痕；9.震积岩；10.层序界面；11.退积；12.进积；13.丘状层理；14.海绿石；15.砾石；16.上超；17.含铜；18.最大海泛期；19.高水位体系域；20.海侵体系域；21.Ⅰ型界面；22.Ⅱ型界面

2岩石地层格架及模型

2.1岩石地层格架及模型的概念与研究方法

地层格架是指区域岩石地层序列的时空存在状况图像和区域岩石单位的堆积顺序与型式。它是沉积岩区地质调查中的主要内容。研究时，要查明地层序列内每个岩石(地层)单位的空间分布情况(包括各单位的组成、形态、地层结构和相互关系)、时间归属及各类主要间断面(不整合)、海侵面和最大海侵面等的地层位置、划分层序地层单位(或不整合界限单位)，同时收集生物地层、年代地层、沉积岩相等方面的研究成果，进行综合分析与对比。研究成果一般以二维空间(厚度与长度)剖面和时空(时间与长度)剖面的形式来表达[4]。

地层模型是地层实体的形态、组成、结构、时空存在状况的简化表达和综合解释，建立地层模型是进行盆地地层分析的基本方法。地层模型分为岩石地层模型和剖面地层模型，本文建立了青白口系的岩石地层模型，其内容主要包括岩石地层单位的形态、时空分布、组成与结构变化以及同其他地层单位的相互关系[5]。

2.2岩石地层格架

为表述本溪地区青白口纪盆地演化特征，以及QbS3，QbS4两个层序的划分与内部不同体系域的纵横变化规律，客观地反映本溪地区青白口纪地史间隔内岩石地层序列的结构和空间排列型式、几何形态及其相互关系特征，依据辽宁桥头等四幅1∶5万区调项目中4条主干剖面(方家堡子村、岭下村、南芬和古家子)，建立了本区青白口系岩石地层格架(图2)。

图3　本溪地区新元古界青白口系岩石地层模型Fig.3　Model of Neoproterozoic Qingbaikou System in Benxi area1.鱼骨状交错层理；2.斜层理；3.冲刷面；4.最大海泛面；5.岩石单位相变线；6.Ⅰ型界面；7.水平层理；8.波痕；9.震积岩；10.层序界面；11.退积；12.进积；13.丘状层理；14.海绿石；15.砾石；16.上超；17.含铜；18.最大海泛期；19.高水位体系域；20.海侵体系域；21.Ⅰ型界面；22.Ⅱ型界面(图中基本层序柱状图左侧数字为厚度(m))

由图2可见，该套地层共划分出2个三级层序，不同地区层序数量及层序界面吻合较好，界面性质及类型基本相同，内部特征也完全一致(如在海侵体系域均见斜层理、冲刷面等沉积构造)。高水位体系域见有逆粒序层理、斜层理等沉积构造。最大海泛期沉积岩层较薄。QbS3层序为陆源混合滨岸的滨岸砾石滩和滨岸沙滩沉积环境，QbS4层序为浅海的远滨盆地、陆棚盆地及碳酸盐台地沉积环境。各层序底形继承其早期的底部特征，总体上北东高南西低，水体北东浅南西深，沉积厚度北东薄南西厚，这一差异至晚期逐渐减小，该段地层沉积厚度在古家子地区约为1 200m，中部南芬地区约为800m，中西部岭下村为700m，北东部方家堡子地区最薄，仅为600m。古流向测定海侵方向主要由南西向北东。从地层分布特征看，QbS3层序为陆源碎屑滨岸沉积，QbS4为浅海沉积。古家子至南芬地区地形较陡，坡度差为15m/km左右。向北东坡度逐渐变小，约3.5m/km。岩相稳定，厚度总体向北变薄。

2.3岩石地层模型

本溪地区新元古界青白口系岩石地层模型包括岩石地层格架的全部内容，补充了大量的剖面结构内容(如岩性、岩相的综合变化规律，层序界面特征等)(图3)，概括了区域地质的实际情况，展示出不同岩石地层单位和层序单位在三维空间的变化和属性[5]。

受海平面和区域性结构沉降的双重控制，本溪地区在青白口系钓鱼组沉积前已发生明显分异，盆地自北东向南西海水逐渐加深，海水自南西向北东流动。钓鱼台组与南芬组2次海侵中基本上继承了这一特征，使其沉积地层的岩性、岩相和地层结构序列的表现形式在纵横向上发生规律性变化。

北东部为浅水高能沉积环境，以粒度较大的石英砂岩和高速率沉积的碳酸盐岩为主，而南西部中-深水地区则更多反映低能环境的泥灰质沉积。钓鱼台组时期为陆源碎屑滨岸相沉积，至南芬组时期则变为浅海相沉积。

从图3可见，2个层序单位内部地层结构特征以最大海泛期(mfs)为界，其下部为海侵时期形成的海侵退积型地层结构，其上为海退时期形成的海退进积型地层结构特征。这种规律性特征代表在相对海平面变化周期内，环境演化或沉积速率变化与沉积物容纳空间的函数关系。

3结语

将本溪地区新元古界青白口纪划分出2个三级层序，对青白口系岩石地层格架及模型进行研究，客观地反映了本溪地区岩石地层单位的纵横向变化规律及青白口纪古地理格局与盆地演化的特征。确定青白口纪时期地形底部特征，总体上北东高南西低，水体北东浅南西深，沉积厚度北东薄南西厚，这一差异至晚期逐渐减小。确定了海侵方向主要由南西向北东方向。

致谢：本文在选题及完成过程中得到辽宁省地质勘查院张国仁教授级高级工程师的悉心指导，论文所用资料主要来源于1∶5万桥头等四幅区调工作，为集体成果，在此一并表达谢意。

参考文献：

[1]辽宁省地质矿产勘查开发局. 全国地层多重划分对比研究：辽宁省岩石地层[M]. 武汉：中国地质大学出版社， 1997.

[2]辽宁省地质勘查院. 中华人民共和国区域地质调查报告1∶5万(平顶山(K51E016020)、二户来(K51E016021)、八里甸子(K51E017020)、普乐堡镇(K51E017021)幅)[R]. 大连：辽宁省地质勘查院，2012.

[3]辽宁省地质勘查院. 中华人民共和国区域地质调查报告1∶5万(桥头(K51E017015)、本溪(K51E017016)、南芬(K51E018015)、铁山街(K51E018016)幅)[R].大连:辽宁省地质勘查院.2014

[4]张国仁，张长捷，韩晓平. 大连金州地区震旦纪—早寒武世地层格架[J]. 辽宁地质，1994(1/2):144-153.

[5]地质矿产部直属单位管理局. 沉积岩区1∶5万区域地质填图方法指南[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1991.

[6]白斌，周立发，曹建科. 镇安西口地区二叠纪—三叠纪地层格架与地层模型[J]. 沉积与特提斯地质，2002，22(4)：44-49.

[7]王华. 层序地层学基本原理、方法与应用[M]. 武汉：中国地质大学出版社，2008.

[8]姜在兴. 沉积学[M].北京：石油工业出版社，2003.

StratigraphicframeworkandmodelforNeoproterozoicQingbaikouPeriodrocksinBenxiareaoftheeasternLiaoningprovince

WUZijie，WANGXuan，PANYuqi，CHENGPeiqi，BAOHongwei，LEIGuangxin

(Liaoning Provincial Institute of Geological Exploration, Dalian 116100, Liaoning, China)

Abstract：Neoproterozoic Qingbaikou System is widely developed and completely outcropped in eastern Liaoning province. The paper uses sedimentology, stratigraphy, sequence stratigraphy and other theory of geosciences to investigate characteristics of petrographic and rock association and spatial distribution pattern of the System then summarizes the previous researches and divide Qingbaikou System into two sequences III. The internal system tracts of the sequences are studied to establish model, stratigraphic framework of the system in Benxi area showing that evolution of Qingbaikou System at different stages inherited palaeogeographic pattern of the previous stage.

Key Words：Qingbaikou System; sequence stratigraphy; stratigraphic framework; section model; Benxi; the eastern Liaoning province

收稿日期：2015-01-23；责任编辑：赵庆

基金项目：中国地质调查局基础调查项目(编号：1212011120734)资助。

作者简介：吴子杰(1987—)，男，助理工程师，主要从事地质矿产及地层古生物研究。

通信地址：辽宁省大连市金州新区五一路10号，辽宁省地质勘查院；邮政编码：116100；E-mail:midnight29@163.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 011

中图分类号：P534.3

文献标识码：A