这种类型的臼齿碳酸盐岩脉体的最大特征是杂乱分布, 有时与叠层石共生。最下部的臼齿碳酸盐岩产出于刘老碑组上段(总厚约100 m)最底部的深灰色中薄层泥质灰岩中, 可见3层特征明显的臼齿碳酸盐岩脉体, 总厚度约10 m。该组臼齿脉体的显著特征是杂乱分布且与叠层石相伴出现。贝加尔叠层石和疑似林奈叠层石形成直径50~100 cm、厚度30~50 cm的小型透镜体(图 2-1)。可见臼齿碳酸盐岩脉体穿插在叠层石(图 2-2)和围岩中。这层叠层石在淮南至霍邱一带与最下部臼齿脉体产出层位一致, 且呈共生现象, 另外两层臼齿脉体产出于叠层石层上面的中— 薄层泥质灰岩中, 并与砾屑和滑塌构造相伴(图 2-3)。

产出于淮南地区九里桥组中的臼齿碳酸盐岩主要分布在该组下部的薄层到中层泥质、砂质灰岩中, 并与砾屑、滑塌构造、冲刷沟槽和透镜状交错层理相伴出现(图 2-4)。在徐州地区, 同样的现象可在九里桥组贾园段中观察到, 臼齿碳酸盐岩脉体和叠层石共生现象可在赵圩段下部观察到(图2-5)。在该段的其他层位, 可以观察到数层的臼齿碳酸盐岩层和叠层石层, 但它们没有同时出现。许多研究者注意到臼齿碳酸盐岩和叠层石在前寒武纪碳酸盐岩地层中均普遍产出, 但它们几乎不在同一层位中出现(James et al., 1998; 乔秀夫和高林志, 1999; 乔秀夫等, 2001; Sherman et al., 2001; 刘燕学等, 2003; 刘为付等, 2004); 即使臼齿脉体偶尔会分布在叠层石的周围, 但也不会穿插到叠层石柱体中(Horodyski, 1976)。

淮南地区刘老碑组上段和徐州一带九里桥组赵圩段下部出现的臼齿脉体穿插于叠层石中的现象则较为独特。叠层石为微生物经过矿化作用或捕获沉积物形成(张忠英, 1993; 朱士兴和罗其玲, 1993; 曹瑞骥等, 2001), 由于特殊的微生物沉积作用, 叠层石丘相对于围岩来说, 形成较早且先固结。研究表明, 臼齿脉体多形成于成岩早期未固结的沉积物中(James et al., 1998), 由于此时叠层石早已固结成岩, 叠层石与臼齿脉体不共生是正常的地质现象。刘老碑组和九里桥组赵圩段中臼齿脉体穿插于叠层石中的现象表明, 这些臼齿脉体很可能是在沉积期叠层石尚未固结时形成的。

图2

Fig.2

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	图2 苏皖北部新元古界类型1臼齿碳酸盐岩脉体Fig.2 The Neoproterozoic molar-tooth carbonate rock veins(type 1)in northern Anhui and Jiangsu Provinces

1— 刘老碑组中的叠层石透镜体及滑塌构造, a指示叠层石透镜体, 滑塌构造用红星着重标出, 安徽霍邱临水集剖面; 2— 刘老碑组中与臼齿碳酸盐岩脉体共生的叠层石透镜体, 图中白色部分为臼齿脉体, 薄片照片, 安徽霍邱临水集剖面; 3— 刘老碑组中与砾屑共生的臼齿碳酸盐岩脉体, a为臼齿脉体灰岩形成的砾块, b为产出于砾屑层中的臼齿脉体, 薄片照片, 安徽霍邱临水集剖面; 4— 九里桥组中与砾块、砾屑共生的臼齿碳酸盐岩脉体, a指示了臼齿脉体, 安徽淮南闪家冲剖面; 5— 九里桥组赵圩段叠层石透镜体及围岩中的臼齿碳酸盐岩脉体, 围岩中臼齿脉体分布稀少(a), 叠层石中臼齿脉体短小、集中(b), 江苏徐州赵圩剖面; 6— 九顶山组中的臼齿碳酸盐岩脉体韵律层, 图中深灰色与浅灰色条带为不同的韵律层, 均发育臼齿脉体, 江苏徐州赵圩剖面

刘老碑组上段和九里桥组下部发育大量的滑塌构造、冲刷沟槽和砾屑沉积等, 其中砾屑沉积分选性差、磨圆度差且杂乱排列, 表明为快速堆积, 沉积环境为瞬间动荡环境, 可能是偶发的强烈地震活动所导致的(乔秀夫等, 2001)。

曹瑞骥等(1985)的研究表明, 该区在新元古代形成了地质历史上较为特殊的叠层石组合, 这表明苏皖北部地区可能具有特殊的造叠层石微生物群落以及沉积环境。刘老碑组上部是该地区新元古代叠层石的最低产出层位, 可能指示了该组沉积晚期造叠层石微生物群落尚处于适应环境阶段; 该地区此时发生的强烈地震活动, 形成了特殊的沉积构造, 且在尚未固结的叠层石丘中形成了臼齿脉体; 由于地震活动破坏了沉积环境以及微生物群落, 叠层石在刘老碑组中仅昙花一现; 此后地震活动仍然频繁发生, 造叠层石微生物群落也直到九里桥组沉积中期才开始适应环境并形成礁体, 九里桥组赵圩段下部出现的臼齿脉体与叠层石共生的现象可能表明在造叠层石微生物成礁过程中仍然频繁发生地震活动, 此后出现了叠层石礁体与臼齿脉体不同层产出的现象, 则指示了造叠层石微生物逐渐适应了这种动荡环境并能消除地震活动造成的影响。贾志海和洪天求(2005)曾关注到刘老碑组上部臼齿脉体与叠层石共生的现象, 并初步探讨了该组叠层石消失的原因。

大量典型的臼齿碳酸盐岩与正常碳酸盐岩形成的韵律层主要产出于徐(州)宿(州)地区的新元古界上部的九顶山组、张渠组、魏集组和望山组中 (图 2-6), 其中, 望山组中发育了最丰富的类型2臼齿脉体。

图3

Fig.3

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	图3 安徽宿州黑土沃北山新元古界望山组剖面特征（1~3— 望山组下段; 4~5— 望山组中段; 6— 望山组上段; 7— 新元古界金山寨组; 8— 下寒武统沟后组、馒头组）Fig.3 Section characters of the Neoproterozoic Wangshan Formation in North Hill of Heituwo, Suzhou City, Anhui Province

望山组在安徽省宿州地区的黑土沃和金山寨剖面出露最为完整, 总厚度为566 m(图 3)。该组最下部的7 m发育典型的震积岩, 其中可见特征明显的地震角砾岩、泄水构造等(贾志海等, 2003)。该组下部碳酸盐岩中发育的层内阶梯状微断裂指示了在地震发生之后, 该地区受到了近南北向拉张应力的作用(洪天求等, 2004)。典型的臼齿碳酸盐岩韵律层主要产出于该组的中、上段, 韵律层总厚度达196 m。

望山组中、上段发育超过500个臼齿碳酸盐岩脉体韵律层, 每一个韵律层的底部均为高能碎屑流形成的冲刷界面, 界面之上的沉积物颗粒呈明显的正粒序(图 4-1, 4-2), 韵律层的顶端为臼齿碳酸盐岩脉体密集发育的灰质白云岩, 在该组的顶部, 叠层石礁体开始出现并与脉体层形成互层, 且臼齿脉体层逐渐减薄并在该组顶部最终消失。

望山组中保存完好的臼齿碳酸盐岩韵律层自下而上包含4个基本层(图 4-2):(a)砾屑、砂屑碳酸盐岩; (b)粉晶灰质白云岩; (c)微晶灰质白云岩; (d)泥晶灰质白云岩。在每个韵律层的顶部, 脉体常被碎屑流截断, 而韵律层内部的脉体则挤入周围的微细层理发育的围岩中, 在围岩中形成的微细层理常围绕脉体发生弯曲和错断现象(图 4-1), 部分内部的脉体也会出现弯曲、褶皱、重叠、断裂和碾碎等。一个完整韵律层中的脉体可与层面垂直、斜交、平行甚至杂乱分布(图 4-5)。

在地层层面上, 可以观察到与层面平行的臼齿脉体的延伸方向非常稳定, 主要为北北东向(主要在15° ~25° 之间)和北东东向(主要在65° ~75° 之间), 少数为北西西向(主要在325° ~335° 之间) (图 4-3)。层面上还可见许多透镜状的硅质结核稳定地散布在白云岩中, 透镜体长轴方向多为北北东向(主要在 15° ~25° 之间)和北东东向(主要在65° ~75° 之间)(图 4-4)。这些现象表明, 望山组沉积中晚期, 在这些脉体的形成期间, 该地区可能受到了持续、稳定的水平张性应力的作用。

除典型的臼齿碳酸盐岩脉体外, 许多非常细的脉体在韵律层中也有产出。它们也由微晶方解石、白云石组成, 且发生强烈褶曲, 它们甚至穿越了韵律层的基本层和一些小的冲刷界面 (图 4-1), 很可能形成于成岩早期的微细泄水裂隙中。

根据对望山组臼齿碳酸盐岩韵律层中脉体的分析, 将类型2臼齿脉体形成过程分为4步 (图 5)。

第1步:原始臼齿脉体的形成。随着缓斜坡上沉积物的逐渐增多, 半固结的沉积物受到持续增加的质量以及沉积物的势能产生的拉张应力场影响, 逐渐沿着沉积界面下滑, 进而在沉积物中形成近垂向的细小裂隙; 这些裂隙很快被沉积物受压所渗出的过饱和碳酸盐溶液所充填, 随着裂隙中压力的减小, 碳酸盐迅速析出并形成均一纯净的微晶碳酸盐, 原始的臼齿碳酸盐岩脉体开始形成。

第2步:风暴或者海啸形成的冲刷与堆积。形成于潮间带下部或者潮下带的风暴或者海啸快速将上一个包含原始臼齿脉体的沉积序列冲刷, 部分脉体被截切。在冲刷界面之上, 第2个韵律序列开始沉积, 界面之下的沉积物在新的沉积物的压力作用之下开始形成新的泄水微细裂隙。

第3步:原始脉体的变形及微细脉体的形成。随着沉积物增多, 下部沉积物受到的压力逐渐增加并开始压缩渗水, 越来越多的微细渗水脉体开始形成, 而原始形成的臼齿脉体则发生变形或者折断。

第4步:成岩期的改造作用。逐渐增加的沉积物对下部先沉积的韵律层造成持续增加的垂向压力, 早期沉积物被压实、脱水并逐渐成岩。同时, 扭曲的原始臼齿脉体和微细泄水脉体被破坏和改造, 由于一个韵律的基本层的成分差异, 不同脉体受到的改造作用有所不同。

应该注意的是, 所观察到的不同形态的臼齿脉体并非原始形态, 而是经历了复杂的成岩作用之后的最终形态。微细的渗水脉体形成时间要稍晚于原始的臼齿脉体。苏皖北部新元古代地层沉积晚期可能频繁发生地震活动, 并在砾屑、砂屑或者泥质碳酸盐岩沉积物中形成泄水构造, 但对微晶碳酸盐岩改造较少。

图4

Fig.4

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	图4 徐宿地区的新元古界类型2臼齿碳酸盐岩脉体Fig.4 The Neoproterozoic molar-tooth carbonate rock veins(type 2)in Xuzhou-Suzhou area

1— 望山组中的臼齿碳酸盐岩韵律层中的臼齿脉体与微细脉体, 薄片照片, 安徽宿州黑土沃剖面; 2— 望山组臼齿碳酸盐岩韵律层中的粒序层, 薄片照片, 安徽宿州黑土沃剖面; 3— 望山组臼齿碳酸盐岩脉体的野外定向及两个相邻韵律层之间的冲刷界面, 箭头指示了冲刷界面位置, 安徽宿州黑土沃剖面; 4— 望山组碳酸盐岩中定向排列的硅质结核, 安徽宿州黑土沃剖面; 5— 九顶山组中连续的韵律层中不同的臼齿碳酸盐岩脉体类型, 江苏徐州赵圩剖面

图5

Fig.5

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	图5 苏皖北部类型2臼齿碳酸盐岩脉体的形成过程示意图（1— 原始臼齿脉体的形成; 2— 风暴或者海啸形成的冲刷与堆积; 3— 原始脉体的变形及微细脉体的形成; 4— 成岩阶段的改造作用）Fig.5 Sketch showing forming process of molar-tooth carbonate rock veins(type 2) in northern Jiangsu and Anhui Provinces