湖北远安杨家冲不整合面的发现及其地质意义

谭秋明， 李姜丽， 赵 璧， 邹亚锐， 陈 刚， 尹 伟

(湖北省地质科学研究院，湖北 武汉 430034)

1 研究区大地构造背景及以往地层研究概况

1.1 研究区大地构造背景

研究区位于扬子地块上扬子台坪鄂中褶断区远安台褶束内，远安台褶束西以通城河断裂与黄陵断穹相邻；东以南漳—荆门断裂与钟祥台褶束荆门地堑毗邻,由荆当盆地和聚龙山褶皱束组成，在荆当盆地西翼上叠了晚白垩世—古近纪形成的远安地堑[1]。本区发现的中、下三叠统间不整合面位于远安地堑东缘的杨家冲采坑顶部，原1∶5万区调报告所称的嘉陵江组第二段(灰岩)与第三段(泥岩、白云岩)之间(1)湖北省宜昌地质勘查大队，1∶5万洋坪幅地质图说明书，1999。。

1.2 地层研究现状

据中南地区地层综合区划意见，本区地层划入黄陵八面山地层区[2](图1)。研究区内主要地层为中下三叠统嘉陵江组二段和三段，其中二段：下部深灰色中—厚层蠕虫状灰岩，泥晶、微晶灰岩；中部灰白色、浅肉红色中层云质灰岩、泥质白云岩；上部薄层—中层状纹层状灰岩产湖北鳄、鱼龙、鳍龙等海生爬行动物化石，发育水平层理，属浅海陆棚—台地相沉积环境，厚130～150 m。嘉陵江组三段：灰色中—厚层砂屑微晶白云岩夹灰黄色钙质页岩，层状溶崩角砾岩、层状方解石晶洞、溶蚀孔洞发育，顶部常见厚层白云岩角砾岩，属局限台地相沉积环境，偶见双壳类等，厚190～210 m。1∶5万区调报告将其间接触关系未予说明(2)湖北省宜昌地质勘查大队，1∶5万洋坪幅地质图说明书，1999。。

图1 湖北省远安县重点保护古生物化石集中产地区域地质略图Fig.1 Regional geological sketch of key protected paleontological fossils in Yuan’an County,Hubei Province1.白垩系；2.侏罗系；3.三叠系上统；4.三叠系中统巴东组；5.三叠系下统嘉陵江组；6.三叠系下统；7.二叠系；8.二叠系—志留系；9.奥陶系；10.元古界—寒武系；11.爬行动物化石；12.两栖类化石；13.头足类化石；14.植物化石；15.断层；16.研究区位置。

2 杨家冲不整合面

2.1 杨家冲不整合面的发现(3) 湖北省地质科学研究院，湖北远安下三叠统海生爬行动物化石发掘研究报告，2016。

2016年，湖北省地质科学研究院化石发掘研究团队在对湖北远安杨家冲采石场早三叠世海生爬行动物群化石科学系统发掘过程中，发现下三叠统嘉陵江组二段顶部灰岩表面凹凸不平，具风化侵蚀面特征，与上覆泥岩之间地层产状极不协调，两者间接触关系为微角度不整合关系。

图2 下三叠统嘉陵江组二段顶部地层接触关系Fig.2 Contact relationship between the top strata of the second memberof Jialingjiang formation in the lower Trassic

2.2 不整合面的基本特征

2.2.1灰岩顶部的侵蚀—剥蚀地貌

根据前期的科学发掘工作，杨家冲地区下三叠统嘉陵江组二段灰岩顶部剥露出的原始地貌显示为高低不平的沟坎状形态，这些沟坎，有的是由层理反映的，但大多是由节理位错形成的，与上覆地层产状不协调(图2)。

2.2.2岩层上、下地层产状明显不协调

根据现场微地貌显示，下伏灰岩产状变化较大，岩层产状呈陡缓相间排列，陡处倾角达27°，缓处产状与上覆地层相近，上覆地层倾角均不超过10°，根据岩层接触关系可清晰观察到上覆地层有明显覆盖在下伏不同层位之上。

2.2.3上、下地层中构造形貌差异

除前述提及的地层倾角差异外，该处灰岩中还发育有北北西、北东和近东西向三组裂隙，其中以北北西向裂隙最发育，该组裂隙倾向南西，密集的节理裂隙显示张性特征，南西盘产生2～45 cm不同程度的下降，致使地层虽然总体倾向北东，但在东西方向上出露的层序却变化不大。仅在位错明显处反映出上覆地层盖于不同层位之上。这些构造大多没有穿透上覆地层，显示为不整合面形成前构造特征，而上覆泥岩则为简单的倾向北东的平缓单斜。

2.2.4古风化壳

本处剥露面在灰岩顶面上有二层沉积物，其主要作用是填平凹凸不平的灰岩侵蚀面。底部一层为斑杂状粘土岩，由褐黄色和青灰色组成杂色斑块，层理不明显，前人定为绿豆岩(火山灰)，厚5～10 cm，应为风化产物和凝灰质的混合体(图3)，该层未能填平侵蚀面，但反映出凹处厚、凸处薄的特点。其上部为一层褐黄色粘土岩，微显层理，泥质结构，厚20～45 cm，可能为氧化环境下水体中沉积而成。其厚度随地形而变化，该层基本上填平了侵蚀面上的凹凸不平。

图3 斑杂状粘土岩Fig.3 Porphyry claystone

2.2.5灰岩上覆地层层序变化

灰岩上覆地层层序变化大，显示沉积时微地貌的巨大差异。根据前期产地资源调查及详细剖面测定显示，在远安海生爬行动物化石集中产地不到100 km2的范围内，下三叠统嘉陵江组二段灰岩上覆地层层序具有明显的差异，可以分为三类：①两层粘土岩夹一层薄层灰岩，其上为白云岩。以鹰子山和北部谭家坡采坑最典型；②一层粘土岩，向上依次为薄层灰岩、白云岩。以杨家冲采坑、狮子包一带为典型；③一层粘土岩，其上为结晶白云岩，以王家棚一带为典型。地层结构的多变说明不整合面上覆地层沉积时微地貌形态的差异大，沉积物不是在一个平缓的基准面上沉积的。进一步间接证实灰岩表面侵蚀面的存在。

2.2.6火山活动特征

伴随本次印支萌动，有火山活动痕迹。下伏地层中有含硅质结核出现，反映海底火山喷气作用，不整合面上的凝灰质沉积不仅证实了火山活动的存在，而且也是证实当时该侵蚀面暴露地表的有力证据。

3 杨家冲不整合面的地学意义

3.1 构造学意义

3.1.1印支一幕构造运动的直接证据

左文超(2000)[3]、童金南(2015)[4]提出印支早幕(第一幕或序幕)发生在早三叠世末，表现为地壳微弱平稳上升。该观点虽已有共识，但依据大多是从宏观地层产状确定的，即上、下地层产状的极不协调，鄂西一带虽有人报道过发现平行不整合接触关系，但并未引起学界的关切。本次通过人工剥露发现的不整合面，充分证实了这一运动界面的存在，界面上绿豆岩中锆石年龄(247.6±1.2 Ma)[5]对这次运动进行了准确定年。

3.1.2鄂西地区印支一幕构造运动方式和特点

据上所述，笔者认为：本处印支一幕发生在早三叠世末期，其运动方式并不是强烈的褶皱造山，而是比较平缓的差异升降，鄂西地区是其时地壳上隆的最高部位，一度上升为陆，在此过程中，浅部岩层产生距离不大的层间滑动和局部穿层现象，穿层处地层产状变陡，裂隙更为密集，层位的错动使不同层对接在一起，以致产生令人不解的两侧岩层厚度、结构不协调的现象。同时，该区也是本次发掘中地层最难剥离的地段(图4、图5)。

图4 层间位错距离(红线所示)Fig.4 Dislocation distance between layers

图5 密集的节理裂隙Fig.5 Dense joint fissures

这种层间滑动与局部穿层现象向深部消失，使上、下地层间变为简单的平行不整合关系(图6)。

图6 层间滑动形成的北北西向小褶棱Fig.6 A small northwest fold formed by interlaminar sliding

3.1.3印支运动一幕萌动期

本次化石发掘，在嘉陵江组二段(灰岩段)顶面以下约3 m左右，发育一层厚82 cm的含钙质结核薄—中层灰岩。其中结核的结构、构造与一般由凝胶体形成的结核不同：灰岩岩性为米灰—浅灰色中层含钙质结核粉晶灰岩与灰—深灰色薄层具波状层理含钙质结核粉晶灰岩互层。结核形态多变，具扁圆状、葫芦状、枕状、半包夹心饼状等，表面有一层厚1～2 mm的黑色硅质外壳，内部灰岩中多见黑色硅质岩碎屑，中间大多夹有一条硅泥质条带(图7、图8)。

图7 结核的结构、构造Fig.7 Structure of concretion

根据以上特征描述，推测结核沉积及形成过程如下：早三叠世末期海底火山已开始活动，原始钙质沉积层上都覆有一薄层硅泥质沉积物，由于印支运动萌动，海底动荡，使沉积层破碎，长期的动荡尤如包汤圆一样，将层面上的硅泥质薄层包裹在结核内部，未全包住的，形成夹心饼状；部分破碎的硅质则呈碎屑混杂在灰岩中，伴随海底的震荡出现微弱的火山喷气等硅质围绕结核形成外壳。所以，本类结核应是内动力作用的外在表现之一。结合含结核灰岩地层之上仅发现不善游泳的湖北鄂类，笔者有理由认为：善于游泳的鱼龙类等感觉到了地壳的动荡而逃离，前往更适合其生长的海区，这就是结核层之上仅发现不善游泳的湖北鳄类的主要原因。以此推测，印支一幕可能萌动于嘉陵江组二段(灰岩段)沉积晚期。但其主幕发生于早三叠世末期。

图8 结核的形态特征Fig.8 Morphological characteristics of concretion

3.2 地层学意义

据程龙等(2015)研究资料，侵蚀面上“绿豆岩”中锆石U—Pb年龄为247.6±1.2 Ma；陈粲等(2016)研究得出，巴东组底部“绿豆岩”的单颗粒锆石206Pb/238U加权平均年龄为247.6±2.0 Ma[6]，证实不整合面形成于早、中三叠世间，印支一幕发生于早三叠世末。鉴于间断面的存在，上覆地层已经不能与下伏地层同归一组，而很可能相当于鄂东南地区的中三叠统下部原称陆水河组(或观音桥组)。这样一来，本处有可能缺失相当于鄂东南的嘉陵江组三段白云岩段，或该段岩性到此相变成了灰岩，还有待进一步研究，但嘉陵江组在该区没有穿时到中三叠世则是可以肯定的。

3.3 古地理、古环境恢复意义

结合区域地层结构，印支一幕差异性升降运动隆升最高处在鄂西一带，该地一度上升为陆，早三叠世地层经受剥蚀，其后经历了泻湖环境——陆相河湖的演变，这也是本处海生爬行动物灭绝的重要原因之一；云贵一带为沉降最深处，局部保留了完整的三叠系地层，成为中国、乃至世界上最重要的中晚三叠世海生爬行动物的天堂[7-8]；长江中下游地区升降幅度介于两者之间，它保存了完整的早三叠世海相地层，并以一套同沉积褶皱层(陆水河组、周家冲组)向陆相沉积(蒲圻组、黄马青组)过渡[9-10](4)湖北省地质科学研究所，鄂城—大冶—阳新地区铜铁矿控矿条件、成矿规律与成矿预测，1984。。

4 结语

(1) 扬子区印支运动一幕的时限为：早三叠世晚期—中三叠世早期。其中上扬子区主幕在早三叠世末，下扬子地区则在中三叠世早期。

(2) 扬子区印支运动一幕的总体运动方式是区域性升降运动，其隆升最高处在鄂西一带，沉降最深处在云贵一带，长江中下游一带介于两者之间。

(3) 在不同隆升幅度下，印支运动一幕的表现形式不同。隆升最高的鄂西地区，在隆升过程中浅部岩层产生层间滑动和穿层现象，并经受侵蚀和剥蚀，形成不整合面或平行不整合面；长江中下游地区，表现为以中三叠统下部的同沉积褶皱形式；云贵一带次级隆拗发育，以次隆区的平行不整合或角度不整合为表现形式，但短暂的间断后，继续恢复海相沉积，次坳区则接受连续的海相沉积。

(4) 因鄂西地区的地层层间滑动与穿层现象仅发生于浅表部，所以当侵蚀深度较浅时，可观察到与上覆岩层间呈微角度不整合；当侵蚀深度较深时，往往表现为平行不整合。

以上观点仅为笔者依据前人资料和2016年远安化石科学发掘研究相关工作成果得出的结论及推断，大量观点的论证还需在今后工作中不断探索和补充。