南秦岭北部地区下寒武统水沟口组层序划分及盆地分析

吴春燕, 易鹏飞, 赵鹏彬, 李 毅, 吕军利, 杨丹丹

(1.陕西省矿产地质调查中心，陕西 西安 710068; 2.陕西省地质调查院，陕西 西安 710054)

0 引言

南秦岭北部地区下寒武统水沟口组是著名的黑色岩系，为矾、磷、镍、钴、铀和石煤的富集层位。前人对水沟口组地层的地球化学特征、成矿特征及成矿规律等方面的研究做了大量工作，并取得找矿突破。近年来相继发现了中村银花钒矿、夏家店钒、金矿等矿床[1-11]。但对其地层层序格架的研究相对较少，前人对水沟口组进行层序划分时，多将其整个归为凝缩段(CS)，缺失下部海侵体系域。相关研究表明，地层的时空有序分布，对矿产的分布起着控制作用[12-14]。因此，研究水沟口组的层序，开展盆地分析，对总结赋矿规律，指导地质找矿具有一定的意义。本文运用层序地层学原理，通过对南秦岭北部地区水沟口组沉积岩石组合、结构构造等详细的观察描述，关键层序界面的追踪和对比，以及沉积物所反映的海平面升降变化规律与沉积界面间断的时限大小，对水沟口组进行层序划分及沉积环境分析，旨在建立水沟口组地层格架，恢复其盆地充填序列，探讨早寒武世盆地发展演化规律与区域地球动力学事件的耦合关系。

1 区域地质背景

秦岭造山带由北向南以宽坪缝合带、商丹缝合带和勉略缝合带为界，划分为华北板块南缘、北秦岭、南秦岭和扬子板块北缘[15-19]。研究区位于南秦岭微板块东北段，属于南秦岭早古生代沉积盆地东北缘，地层区划属南秦岭—大别山地层区的天竺山地层小区。构造演化经历了晚太古代—早元古代造山基底形成演化、晚元古代—中三叠世板块构造演化以及中新生代陆内造山作用与构造演化三个阶段[20]。区内从震旦纪到三叠纪，在元古代板块和早古生代板块发展演化体制下，发育形成伸展盆地陆表海碎屑岩—碳酸盐岩稳定沉积建造[21]。其中，早寒武世早期为一套浅变质细碎屑岩—含碳黏土岩、碳硅质岩、碳泥质建造，晚期为高镁碳酸盐岩建造。虽然经历了多期次构造热事件改造，但层序界面、沉积构造、基本层序等仍然保留较好，具备研究层序地层的基础。

图1 区域构造位置图

2 地层特征

研究区水沟口组主要呈条带状分布于天竺山地层小区。其中北带主要分布于中院子—千家坪—水沟街—湘河一带；中带主要分布于大屋场—夏家屋场一带及赵川穹隆周缘，南带主要分布于武当隆起北缘。主要岩石组合下部为薄层粉砂岩、粉砂质黏土岩、水云母黏土岩，中部为薄—中层硅质岩、含碳硅质岩、碳质页岩、碳质板岩，上部为薄—中层微晶灰岩、薄—中层微晶白云岩、藻白云岩、泥质白云岩。局部含磷结核，见有生物碎屑，发育虫迹构造、潮汐层理等。与下伏灯影组为平行不整合关系(图2a)，与上覆岳家坪组呈整合过渡关系。

图2 水沟口组岩石组合及沉积构造

3 沉积环境分析

河流相：分布于水沟口组底部，岩性为一套薄层砾岩(图2b)，砾石为复成分卵砾石，浑圆—次浑圆状，成熟度较高，属于河流相沉积环境。

潮坪相：分布于水沟口组下部，岩性以薄层粉砂岩、粉砂质黏土岩夹含碳黏土岩为主，总体为具粉砂岩—粉砂质黏土岩、粉砂质黏土岩—含碳黏土岩韵律性建造，发育水平层理、砂纹层理，属于潮坪相沉积环境。

浅海陆棚相：分布于水沟口组中—下部，岩性以薄层水云母黏土岩、硅质岩夹白云质硅质岩、硅质岩夹水云母黏土岩为主，总体为具水云母黏土岩—硅质岩—白云质硅质岩韵律性建造，属于浅海陆棚沉积环境(图2c、d)。

滞留盆地相：分布于水沟口组中部，岩性以黑色薄层状—纹层状含碳硅质岩、碳质板岩、碳质页岩、含磷结核泥质岩为主，岩层中普遍含磷、钒结核，发育水平层理，总体显示为水能低，水体循环不畅，缺氧的较深水还原环境，属滞留盆地相沉积 (图2e、f) 。

碳酸盐台地相：分布于水沟口组上部，岩性以微晶白云岩、细晶白云岩、藻白云岩、泥质白云岩、泥灰岩为主，发育藻纹层理、潮汐层理，上部白云岩中发育窗孔、鸟眼构造、虫迹构造等，表明沉积相环境属水体相对较浅、水动能较高的碳酸盐岩台地相环境 (图2g、h) 。

4 层序划分

前人对水沟口组进行层序划分时，多将其整个归为凝缩段(CS)[22-28]；本文将水沟口下部划分出海侵体系域TST，中部划为凝缩段CS，上部划为高水位体系域HST。认为水沟口组为一个完整的海进海退旋回(表1)。

4.1 层序界面

(1)层序底界面

本次研究在山阳县中村镇灯影组白云岩顶部与水沟口组底部之间发现一套断续出露薄层复成分砾岩、含砾粉砂岩，厚10～15 cm，砾石呈浑圆—次浑圆状，具河流相卵砾的特征。界面为一截然岩性分界面，界面不平整，局部呈切谷形态，侵蚀特征清晰，构成Ⅱ型层序不整合界面 (图2a、b)。

(2)层序顶界面

水沟口组顶部发育潮汐层理、虫迹、鸟眼构造的泥晶白云岩、泥质白云岩与上覆岳家坪组底部中厚层状粉晶白云岩直接接触，界面为一清晰岩性分界面，具有II型层序界面性质。

表1 南秦岭北部地区寒武统水沟口组地层层序格架表

4.2 层序特征

海侵体系域：由水沟口组下部泥质粉砂岩—粉砂质黏土岩，水云母黏土岩—暗紫红色硅质岩基本层序，向上过渡为薄—中层状深灰色硅质岩—黑色薄层含碳硅质岩基本层序组成，具有颜色由暗紫色深灰色—黑色逐渐加深，厚度由中层—薄层减小的特征，总体构成退积型层序结构，划为海侵体系域(TST)(图2c、d、e)。

凝缩段：由水沟口组中部黑色薄层状含碳硅质岩夹有磷结核、黑色含磷结核泥质岩夹碳质页岩—黑色碳质页岩非韵律型基本层序组成。含碳质丰富，硅质岩中普遍含磷、钒结核，总体显示为水动力弱。水体宁静的缺氧还原沉积环境，具有垂向加积型层序结构，划为凝缩段(CS)(图2f)。

高水位体系域：由水沟口组上部碳酸盐岩地层组成。由下向上，具有由含碳泥灰岩—白云质粉砂质泥岩、泥晶白云岩—泥质白云岩向泥晶白云岩—藻白云岩—泥白云岩等基本层序转变，在上部泥晶白云岩、藻白云岩中发育窗孔、鸟眼构造、虫迹等，局部夹竹叶状、角砾状白云岩、含鮞粒白云岩等，藻白云岩中水平虫迹和U形迹均十分发育，反映具有碳酸盐台地相进积型层序结构，划为高水位体系域(HST)(图2g、h)。

5 盆地分析

震旦纪末期，在短暂的沉积间断后，扬子板块相对华北板块快速南移，引起地壳拉伸减薄，扬子克拉通北缘早寒武世早期伸展盆地的形成和发展，基本继承了晚震旦世东西向展布，北高南低的古地理格局，并控制了盆地沉积中心迁移，相对海平面升降速率，沉积速率的变化与沉积充填作用。早寒武世早期，水沟口组层序底部局部保留的薄层砾岩，代表了海岸带低水位体系域仅局部可见；层序下部以潮坪相—陆棚相薄层泥质粉砂岩、含碳黏土岩夹碳质板岩、硅质岩为主，反映沉积盆地处于快速伸展拉张时期，海侵体系域沉积具有明显陆源碎屑供给贫乏特征；层序中部以含碳硅质岩、碳质板岩、碳质页岩为主，普遍含磷结核，发育薄纹层状，水平层理，反映水体较深的滞留盆地环境，形成富Si-P-C非补偿性沉积；层序上部以陆表海碳酸盐台地沉积为主，发育潮汐层理、鸟眼、水平虫迹等浅水、暴露标志，表明早寒武世晚期，沉积盆地进入周期性相对海平面缓慢下降阶段。层序地层结构形式清晰，对相对海平面的升降变化所造成的沉积环境演化反映较敏感。寒武纪早期盆地典型富Si-P-C非补偿性沉积记录丰富，成为著名的黑色岩系，构成区域上重要的含磷层位。

6 结语

水沟口组主要岩石组合下部为薄层粉砂岩、粉砂质黏土岩、水云母黏土岩；中部为薄—中层硅质岩、含碳硅质岩、碳质页岩、碳质板岩；上部为薄—中层微晶灰岩、薄—中层微晶白云岩、藻白云岩、泥质白云岩。早期为海水较深、水体循环不畅、缺氧的还原性沉积环境，晚期为水体相对较浅—暴露的碳酸盐岩台地环境。水沟口组为一个完整的海进海退旋回，下部为海侵体系域(TST)，中部为凝缩段(CS)，上部为高水位体系域(HST)。早寒武世沉积盆地的形成和发展基本继承了晚震旦世东西向展布，北高南低的古地理格局。早寒武世经历了一次较大范围的海平面升降周期，早期地壳普遍下降，发生广泛的海侵，水体迅速加深形成富Si-P-C非补偿性沉积，成为著名的黑色岩系。早寒武世晚期，沉积盆地进入周期性相对海平面缓慢下降阶段，形成以碳酸盐岩为主的沉积。

致谢

论文相关研究工作得到“陕西省丹凤县幅1∶25万区域地质调查(修测)”和“陕西省潼关县幅1∶25万区域地质调查(修测)”项目组全体成员的支持与帮助，论文撰写和修改过程中得到陕西省矿产地质调查中心王北颖教授级高工、唐永忠教授级高工的指导与帮助，在此表示感谢！