根据区内57个露头和钻孔剖面的厚度资料(表1), 结合晋南和鲁西等地外围资料点的数据, 勾绘出河南省上石炭统至下二叠统本溪组地层厚度到等值线(图 3)。由图3可知:

1)沉积区内大部分地区本溪组厚度较小, 一般5~55m, 多数地区10~30m, 厚度变化较大, 最大厚度可达61.5 m(如鹤壁北部的豆马庄一带)。

2) 在豫西的洛宁— 宜阳— 汝阳— 宝丰— 平顶山— 舞阳一线以西地区, 厚度均在10m以下, 并且往西继续变薄直至尖灭; 在济源— 新安— 渑池— 陕县一线以西地区, 厚度均在16m以下, 同样往西继续变薄直至尖灭, 说明在这两条线以西地区近乎到古陆边缘, 也就是说, 区内本溪组地层等厚线的变化趋势显示出当时盆地西部和西南部为相对较高的古地理格局, 因而可推测当时的古陆应在盆地西侧中条古陆和西南侧伏牛古陆一带。

3)在禹州— 长葛— 鄢陵— 通许— 开封一带, 本溪组厚度均在5m以下, 多数地区沉积厚度仅3~5m甚至尖灭, 由此推测, 当时该区域可能为水下高地或低隆, 或许与嵩箕构造区太康断隆区的古构造有关。在此带以北地区, 由南往北, 地层厚度逐渐增大, 从10m变到60m, 沉积厚度最大区域在鹤壁北部的豆马庄至汤阴一带; 而在此带以南地区, 由西往东地层厚度逐渐变大, 从10m变到35m, 沉积厚度最大区域在周口— 柘城一带。可见河南省内本溪组沉积时期具有两个沉积厚度最大区域或沉降中心, 古地势大致表现为西高东低, 南高北低, 海侵从东和北东方向入侵河南, 并可推测当时物源主要来自盆地西侧的古陆剥蚀区。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 河南省本溪组露头和钻井剖面资料 Table1 Data of profile and drilling well of the Benxi Formation in Henan Province 序号 剖面位置 厚度/m 砂岩含量/% 碳酸盐岩厚度/m 序号 剖面位置 厚度/m 砂岩含量/% 碳酸盐岩厚度/m 1 河北磁县岗子窖 19.01 0 0 29 新安炸药库 13.66 25 0 2 堂古5井 48.08 13 4.76 30 洛阳龙门 8.00 0 0 3 安阳南善应 39.53 18 0 31 偃师夹沟 22.50 0 0 4 范古1井 26.93 20 0 32 巩县张沟 9.42 0 0 5 鹤壁豆马庄 61.50 6 20.00 33 巩义涉村 20.00 0 0 6 鹤壁娄家沟 51.80 23 4.45 34 荥巩矿区 12.50 0 0 7 眀古1井 29.00 0 0 35 巩县竹林村 11.58 0 0 8 龙古1井 22.00 0 0 36 密县岳村 16.17 9 0 9 龙古3井 47.60 58 0 37 郑州三李 15.65 13 0 10 濮深1井 40.80 53 0 38 丰参1井 0 0 0 11 新乡东陈召 37.54 0 0 39 宜阳冯家沟 8.10 0 0 12 庆古1井 34.69 25 3.88 40 登封蹬槽 11.19 13 0 13 长3井 13.00 0 0 41 登封白坪 10.53 0 0 14 博爱乔沟 16.43 8 0 42 太参2井 0 0 0 15 博爱黄岭 13.00 9 0 43 汝州温泉街 7.28 0 0.12 16 焦作恩村 19.05 22 0 44 临汝风穴寺 14.50 39 0.99 17 开33井 7.01 62 0 45 临汝炉沟 16.05 0 0 18 马古5井 0.00 0 0 46 禹县鸠山 11.66 0 0 19 济源官洗沟 11.36 19 0 47 禹县猪头沟 6.71 0 0 20 沁阳云台山 15.80 28 0 48 禹县龙华山 5.71 0 0 21 马古6井 0.00 0 0 49 柘城南7井 35.60 20 0 22 黄古1井 0.00 0 0 50 永城6401孔 23.00 0 1.82 23 兰古1井 16.71 14 0 51 永城矿区 29.60 0 0 24 陕县七里沟 16.50 21 0 52 永城葛店 27.95 43 0 25 义马观音堂 25.50 0 0 53 宝丰县大营边庄 6.26 0 0 26 渑池煤窑沟 10.80 40 0 54 平顶山八矿 9.50 0 0 27 陕县龙潭沟 20.00 0 0 55 周口 32.00 6 3.60 28 渑池县砥坞 18.80 0 0 56 确山吴桂桥 8.66 0 0

表1 河南省本溪组露头和钻井剖面资料 Table1 Data of profile and drilling well of the Benxi Formation in Henan Province

依据研究区内45个露头和钻孔剖面的砂岩含量百分比资料, 参照部分冀南和鲁西等地外围资料点的数据, 勾绘出河南省上石炭统至下二叠统本溪组砂岩含量百分比等值线(图 4)。从图4可知:砂岩含量百分比值大于20%的区域有4个, 一是位于豫北滑县至鹤壁山城区一线以东地区, 范围最大; 二是位于焦作的修武— 孟州— 洛阳的新安— 三门峡的陕县一线以西地区, 范围也较大; 三是汝州— 登封一带的嵩箕地区, 范围较小; 四是豫东的柘城— 民权一线以东地区, 范围大于嵩箕地区。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 河南省本溪组砂岩含量(%)等值线Fig.4 Isoline of sandstone percentage content of the Benxi Formation in Henan Province

根据已知20个相关露头和钻孔剖面资料, 勾绘出河南省上石炭统至下二叠统中碳酸盐岩厚度等值线(图 5)。从图5中可看出:碳酸盐岩仅分布在两大区域, 一是在豫北的鹤壁— 浚县— 濮阳一线以北地区, 主要由灰岩和白云质灰岩组成, 最大厚度达20m; 二是在周口至永城、夏邑一带, 主要由不稳定的薄层灰岩(l~3层)和泥灰岩组成, 厚度为0.3~5.0 m。其他地区未发现碳酸盐岩, 说明当时浅海位于豫北和豫东部分地区。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 河南省本溪组碳酸盐岩厚度(m)等值线Fig.5 Isoline of thickness(m)of carbonate rock of the Benxi Formation in Henan Province

依据露头和钻孔剖面中发现的化石, 可划分为3大类, 第1类为正常浅海沉积环境中常见的类、腕足类、珊瑚、苔藓虫、牙形石、海百合茎以及双壳类(Astartella, Schizodus, Aviculopecten)和介形类(Hollinella, Kirkbya, Cryptobairdia, Cavellina)等动物化石, 主要分布在豫北的鹤壁和豫东的永城地区; 第2类为潟湖(半咸水)环境中常见的双壳类(Naiadites-Edmondia amoena组合)、腹足类、介形类(Mennerella-Acratia组合)、腕足类Lingula及淡水叶肢介类等动物化石, 并含有植物化石碎片, 主要分布在豫北林州西至焦作和济源地区、豫西的新安、渑池至鲁山一带、嵩箕地区(包括洛阳、嵩山、箕山、平顶山、鲁山及济源以南至石寺等地); 第3类为植物化石, 以石松类的Lepidodendron和蕨类植物的网羊齿(Linopteris)、栉羊齿(Pecopteris)、脉羊齿(Neuropteris)为主, 主要分布在豫西和嵩箕地区, 多产自潮坪(常出现在泥坪)沉积环境。

据河南省地质科学研究所已做的微量元素分析, 获得了以下3个地区的资料:一是豫东的永城地区, 测得泥质岩中的Rb/K值为0.0046~0.025, 与微咸水和正常海相泥岩比值接近, Sr/Ba值为0.5~3.75, 与现代海洋底泥质沉积接近, 而B/Ga值为0.51~6.38, 与淡水沉积比值接近, 由此可知, 该地区应是有淡水注入的海湾沉积环境; 二是在焦作的博爱、沁阳和云台山至辉县常村一带, 测得泥质岩中的Rb/K值为0.0028~0.0054, 与微咸水和淡水沉积比值接近, B/Ga值为8.78~14.88, 与海水沉积比值接近, 而 Sr/Ba 值为0.69~4.74, 为淡水沉积到海水沉积, 表明为非正常海的潟湖沉积环境; 三是豫西的宝丰、禹州、伊川、郏县、陕县、渑池和汝州等地, 测得泥质岩中的Rb/K值为0.0032~0.0042, 与淡水和微咸水比值接近, B/Ga 值为7.75~22.17, Sr/Ba值为1.05~9.32, 二者和海水沉积接近, 这一特征表明, 本溪期该地区为既有海水作用又有淡水作用的沉积背景。

根据沉积特征和相分析得知, 河南省华北地层区范围内的本溪组是一套有障壁海岸沉积体系的产物, 其沉积相主要由潟湖相、砂坝(障壁岛)相、潮坪相和碳酸盐岩局限台地相这4种类型组成。潟湖相沉积在全省范围内广泛分布, 岩性以浅灰、灰白色、黄褐色薄层状铝土质泥岩、铝土岩和含粉砂铁质泥岩为主, 局部夹灰黑色薄层状泥岩、煤线或薄煤层, 铝土质泥岩中常含有大量菱铁矿鲕粒、铝质鲕粒、豆粒和铝土质内碎屑, 多见水平、缓波状层理, 并含有少量腕足类、腹足类、双壳类和介形类等动物化石和植物化石碎片, 泥岩中微量元素B含量为90~793 μ g/g, B/Ga值为1.2~2.0, Sr/Ba 值为0.8~1.8, 反映半咸水性质(郭熙年等, 1991)。砂坝(或障壁岛)相沉积主要出现于豫北、豫东的部分地区, 岩性主要由灰白色、灰色、褐灰色薄— 中厚层状细粒石英砂岩组成, 顶层变为浅灰色薄层粉砂岩和泥质粉砂岩, 底层常发育1层(一般厚0.3~0.6m)中厚层状含砾石英中— 细砂岩, 发育低角度楔状交错层理、槽状和羽状交错层理、波状交错层理和近对称的浪成波痕, 垂向上显示正粒序变化。潮坪相沉积分布也比较广泛, 主要为混合坪和泥坪沉积。前者岩性以灰色薄层状石英细砂岩、灰色、黄绿色薄层状粉砂岩与砂质泥岩和灰— 灰白色铝土质泥岩互层为特征, 发育砂泥薄互层层理、波状层理和透镜状层理, 含植物化石碎片; 后者岩性以浅灰色泥岩、泥质粉砂岩和碳质泥岩夹煤线或薄煤层为主, 含植物化石, 常见水平层理。碳酸盐岩局限台地相沉积出现于豫北的安阳、鹤壁至濮阳一带和周口至永城一带, 岩性主要为黑灰色厚层状含团粒生物屑泥晶灰岩、泥灰岩、白云质灰岩、灰— 深灰色铝土质泥岩、局部夹有浅灰色薄— 中厚层状细粒砂岩, 泥岩中常见水平层理和微波状层理, 砂岩中发育楔状交错层理, 产有 类、珊瑚、腕足类、苔鲜虫、海百合茎、双壳类、腹足类和介形类等海相动物化石, 种属单调, 个体小, 具生物扰动构造, 反映海水环流不畅的局限台地(或海湾)沉积环境。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 河南省本溪组沉积组合类型示意图Fig.6 Sketch map of sedimentary assemblage types of the Benxi Formation in Henan Province

通过对43个露头和钻孔剖面垂向沉积序列的分析, 研究区内本溪组主要发育3种沉积组合类型(图 6, 图7)。类型Ⅰ 由碳酸盐岩、铝土质泥岩、砂岩及薄层粉砂岩与泥岩互层沉积组成, 局部含煤线或薄煤层, 包括碳酸盐岩局限台地、潟湖、潮坪和砂坝相沉积, 分布在豫北的安阳— 鹤壁豆马庄和娄家沟— 浚县— 濮阳— 清风一线以北地区及周口至豫东永城一带。类型Ⅱ 主要为铝土质泥岩、砂岩及薄层粉砂岩与泥岩互层沉积, 常含有煤线或薄煤层, 由潟湖、潮坪和砂坝相沉积构成。依据砂岩层出现的层位不同, 该类型又可分为两种沉积序列类型, 其中, 砂岩层出现在序列的中间为第1种组合序列类型(类型Ⅱ -1), 而砂岩层出现在序列的底部为第2种组合序列类型(类型Ⅱ -2)。类型Ⅱ 主要分布于济源— 温县— 荥阳— 新密— 新郑— 长葛一线以东地区。类型Ⅲ 主要由铝土质泥岩及薄层粉砂岩与泥岩互层沉积组成, 常含有薄煤层, 仅发育潟湖和潮坪相沉积, 主要分布于济源— 温县— 荥阳— 新密— 新郑— 长葛一线以西地区。

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 河南省本溪组沉积组合类型分布Fig.7 Distribution feature of sedimentary assemblage types of the Benxi Formation in Henan Province

通过对已知各露头和钻孔剖面的沉积相和多因素综合分析可知, 区内本溪组主要由碳酸盐岩局限台地(海湾)相、潟湖相、潮坪相和砂坝(障壁岛)相4种类型组成。按照这4种沉积相在垂向上和横向上的分布规律、砂岩含量等值线图、碳酸盐岩厚度等值线图、指相化石、微量元素和沉积组合类型分析, 可以在平面上划分出4种类型的岩相区(图8)。

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 河南省本溪组沉积时期岩相古地理Fig.8 Lithofacies palaeogeography of the sedimentary period of the Benxi Formation in Henan Province

相区Ⅰ 为滨岸潟湖泥岩相区, 依据以下3种沉积标志划分边界线:(1)靠近古陆剥蚀区以地层厚度等值线推测为零的界线; (2)由沉积组合类型为Ⅲ 的各剖面点勾出边界线, 也就是说该相区内各剖面点主要为潟湖相泥岩沉积; (3)该相区的分布范围位于砂岩含量值小于30%的等值线以内。在该相区范围内各种沉积标志反映出滨岸潟湖相沉积的特点, 由沉积组合类型Ⅲ 构成, 其主要沉积特征为:(1)具有非正常盐度的海相动物化石、淡水动物化石和植物化石; (2)岩性主要为各种薄层状泥岩、粉砂岩和铝土质泥岩, 夹有煤线或薄煤层, 不发育碳酸盐岩, 也没有较厚的细砂岩; (3)测得泥质岩中的Rb/K值为0.0032~0.0042, B/Ga 值为7.75~22.17, Sr/Ba值为1.05~9.32。该相区分布于济源— 温县— 荥阳— 新密— 新郑— 长葛一线以西地区, 沿着古陆边缘延展。

相区Ⅱ 为潟湖— 潮坪砂岩、泥岩相区, 依据两种沉积标志划分边界线:(1)由沉积组合类型为Ⅱ 的各剖面点勾出边界线, 也就是说该相区内各剖面点主要由潟湖和潮坪沉积组成; (2)碳酸盐岩厚度等值线不大于1m的界线, 在该相区内含碳酸盐岩很少, 仅有少量的灰岩透镜体出现。在该相区范围内各种沉积标志反映出潟湖和潮坪相沉积的特点, 由沉积组合类型Ⅱ 构成, 其主要沉积特征为:(1)具有非正常盐度的海相动物化石、淡水动物化石和植物化石; (2)岩性主要为各种薄层状泥岩、中— 厚层状细砂岩、粉砂岩和铝土质泥岩, 夹有煤线或薄煤层; (3)测得泥质岩中的Rb/K值为0.0028~0.0054, B/Ga值为8.78~14.88, Sr/Ba值为0.69~4.74。该相区分布于济源— 温县— 荥阳— 新密— 新郑— 长葛一线以东地区, 位于相区Ⅰ 和相区Ⅲ 、Ⅳ 之间。

相区Ⅲ 为局限台地碳酸盐岩、碎屑岩相区, 依据碳酸盐岩厚度为1m的等值线划出边界线。在该相区范围内, 各种沉积标志反映出碳酸盐岩局限台地相沉积的特点, 由沉积组合类型Ⅰ 构成, 其主要沉积特征为:(1)正常盐度的海相动物化石十分发育, 如 类、腕足类、珊瑚、苔藓虫、牙形石和海百合茎等化石。(2)岩性以生物屑灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和铝土质泥岩为主, 含中厚层状细砂岩、薄层状粉砂岩并夹煤线或薄煤层。(3)测得泥质岩中的Rb/K值为0.0046~0.025, Sr/Ba值为0.5~3.75, B/Ga值为0.51~6.38。该相区仅分布于豫北的安阳— 鹤壁豆马庄和娄家沟— 浚县— 濮阳— 清风一线以北地区及豫东南的周口至豫东永城一带。安阳— 鹤壁豆马庄西侧一带出现由中— 细粒石英砂岩构成的砂滩或砂坝沉积。

相区Ⅳ 为砂坝(障壁岛)碎屑岩相区, 分布范围以砂岩百分含量值不小于30%的等值线为界。该相区内中— 细粒砂岩的含量相对较高, 均在30%~50%以上, 夹薄层粉砂岩和粉砂质泥岩, 未见动物化石, 偶见植物化石, 主要出现在豫东的永城至商丘一带以及豫东北濮阳至范县和台前一带。

河南省本溪组沉积时期, 大致以灵宝— 洛宁— 嵩县— 鲁山— 方城— 确山一线为界, 以南和以西为当时的古陆剥蚀区(伏牛古陆和中条古陆), 以北和以东地区为沉积区。按岩性及沉积组合类型分布特征, 整个沉积区可以划分为4类相区, 即:(1)西部靠近伏牛古陆为滨岸潟湖相区, 以铝土质泥岩沉积为主, 含有河南省最重要的铝土矿带和山西式铁矿带, 局部含煤线或薄煤层; (2)中部为豫中至豫西北地区的潟湖— 潮坪相区, 以铝土质泥岩和薄层细砂岩、粉砂岩与泥岩互层沉积为主, 夹煤线或薄煤层, 局部含铝土矿层和山西式铁矿层; (3)豫东北和豫西南地区为碳酸盐岩局限台地相区, 以生物屑灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和铝土质泥岩沉积为主; (4)豫东的永城至商丘一带以及豫东北濮阳至范县和台前一带为砂坝相或障壁岛相区, 以中— 细粒砂岩、薄层粉砂岩和粉砂质泥岩沉积为主。由此可见, 本溪组沉积时期河南省境内的岩相古地理特征表现为:(1)沉积盆地西南缘为伏牛古陆, 大致位于灵宝— 洛宁— 嵩县— 鲁山— 方城— 确山一线以南, 呈北西— 东南走向; 盆地西缘为中条古陆, 位于三门峡以西, 呈北东— 南西走向。受该两条古陆的控制, 沉积盆地呈向东撒开的扇形。(2)北东和东侧为海, 南西和西侧为陆, 沉积盆地总体地势为南高北低, 西高东低且中部(禹州— 长葛— 鄢陵— 通许— 开封一带)有一较大水下隆起区。(3)因浅海碳酸盐岩仅在豫东北和豫东南区发育, 故推测海侵来自北东和南东方向。(4)河南省晚石炭世至早二叠世时期主要为陆表海沉积环境。由于下古生界基底的差异性风化剥蚀, 造成基底面不平坦, 导致了海水连通较差的古地理格局, 发育了以潟湖相为主、间有潮坪、碳酸盐岩局限台地及障壁岛相的沉积相组合。