含4个岩石类型, 分布于林西组各段。

红色粉砂质泥岩:粉红— 紫红色, 泥质含量60%左右; 发育水平层理、交错层理, 层面局部发育泥裂与波痕构造; 虫孔少见。代表潮上或潮间带上部环境。

褐色含虫孔、含粉砂泥岩:红褐— 褐色, 泥质含量85%以上; 粉砂占10%~15%, 主要为石英、长石, 呈微细条带状。局部发育微型水平层理、交错层理, 环境微动荡。虫孔十分发育。为氧化还原界面之上的潮下带或浅海环境。

深灰— 灰绿色粉砂质泥岩:泥质含量75%以上; 粉砂多呈条带状、波状分布, 发育丘状交错层理; 含少量碳质。局部含黄铁矿颗粒, 代表氧化还原界面附近环境。多形成于坝前浅海环境。

黑灰— 灰色页岩、泥页岩:页理发育, 指示沉积速率较低的低能环境。部分层位夹粉砂质泥岩条带, 层面局部发育移行迹和觅食迹, 属浊积岩远端沉积序列。

含3个岩石类型, 见于林西组各段。

细、中、粗粒杂砂岩:石英约50%, 岩屑约20%, 长石约15%, 局部含泥砾。颗粒之间充填泥质。为快速堆积水流淘洗不足的产物, 多发育于三角洲前缘和下临滨等环境。

细、中、粗粒长石砂岩、长石石英砂岩:泥质含量一般不足5%; 颗粒中岩屑、长石和石英含量不一。为水动力条件强、汰洗作用较强, 多发育于临滨、前滨及分流河道等环境中。

泥质粉砂岩:泥质含量20%~30%; 粉砂70%左右, 成分主要为石英和长石。多呈薄— 中层状分布于下临滨、坝前浅海及斜坡浊积岩等环境。

含2个岩石类型, 见于林二段、林三段、林五段。

滑塌角砾岩:砾石成分为粉、细砂岩及灰岩, 分选性、磨圆度差, 透镜状产出, 层厚数米至20 m。为同沉积砾岩, 滑塌或垮塌成因, 分布于斜坡、三角洲前缘前积层等环境。

河床底砾岩:杂基— 颗粒支撑, 砾石含量40%左右, 大小5 mm左右较多, 部分1~3 cm, 磨圆度中等, 具弱定向排列; 成分多为泥砾、泥岩、钙质泥岩、粉砂岩; 杂基成分为杂砂岩。该砾岩分布局限、透镜状产出, 厚数厘米至数十厘米; 分布于三角洲前缘水下分流河道。

含4个岩石类型, 其中颗粒灰岩主要分布于前滨、临滨等环境; 灰泥灰岩主要分布于陆棚环境或礁前带。分布于林西组各段。

球粒— 鲕粒灰岩(图 3-c):颗粒含量65%以上, 主要为鲕粒、球粒。鲕粒大小0.5~1.5 mm, 多为薄皮同心鲕; 鲕核由泥晶灰岩、岩屑和石英颗粒组成, 多方解石化。球粒大小为0.2 mm左右, 分布于鲕粒下部, 少量充填于鲕粒间。亮晶基质。球粒— 鲕粒灰岩呈透镜状产于波状、丘状交错层理发育的泥质粉砂岩中, 为近滨— 临滨环境。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 内蒙古林西地区上二叠统林西组灰岩特征Fig.3 Characteristics of limestone of the Upper Permian Linxi Formation in Linxi area, Inner Mongolia

内碎屑颗粒灰岩(图 3-a):颗粒含量约70%, 主要为灰岩碎屑、鲕粒、藻粒; 颗粒多为砂级— 砾级; 内碎屑呈卵圆状或细长不规则状, 无棱角, 部分呈倒小字型排列; 鲕粒大小0.5 mm左右, 多为放射鲕。亮晶基质。该类灰岩透镜层多产于泥质粉砂岩, 为前滨或临滨环境。

粉晶灰泥灰岩:以灰泥为主; 颗粒含量小于5%, 为砂屑、生物碎屑; 粉晶含量约40%, 多为重结晶晶粒; 呈透镜状产出于泥岩、粉砂质泥岩中, 属浅海环境。

角砾灰泥灰岩:颗粒含量25%左右, 无分选和磨圆, 成分为泥晶灰岩、藻粒灰岩; 颗粒间由灰泥充填, 局部后期硅质交代。产出于三角洲前缘滑塌透镜层。

依据基质支撑或生物骨架支撑, 将生物格架灰岩划分为藻粘结格架灰岩和藻粘结骨架灰岩2个岩石类型, 分布于水体较浅的潮间带或潮下带上部。主要分布于林四段和林五段。

藻粘结格架灰岩(图 3-b):依据藻纹层结构和构造特征, 可划分为柱状、水平或丘状和疙瘩状藻粘结灰岩。纹层由毫米级、亚毫米级暗色“ 富藻层” 和浅色“ 富屑层” 互层而成, 前两者纹层较规则而后者不规则。纹层排列差异可能由水动力条件引起, 疙瘩状藻粘结灰岩水动力条件较强, 纹层形成后被打碎或者改造, 因而不规则; 水平或丘状水动力次之, 柱状水动力较弱。

藻粘结骨架灰岩(图 3-d):依据骨架结构, 可分为藻粘结枝状骨架和藻粘结柱状骨架。前者可由钙藻或钙藻与苔藓虫联合造架。钙藻主要为直管藻(Monostysisyrinx gen.)、表附古石孔藻(Archaeolithoporella gen.)、蓝绿藻等, 可形成直立状藻丛障积灰泥; 也可倒伏, 由蓝绿藻粘结, 形成障积丘。钙藻与苔藓虫联合造架与此相似。后者由海绵造架, 海绵骨架之间充填藻团块或由藻丝粘结, 形成礁体。

依据沉积结构与构造特征, 可分为临滨、前滨等, 发育于除林二段外的其他各段。沉积物来源丰富时, 近岸地区可形成砂坝。沉积条件变动时, 砂坝或临滨砂岩可覆盖于浅海粉砂质泥岩之上。成岩初期, 泥岩中富含水分, 易液化流动刺穿上覆砂岩, 砂岩形成向形弯曲的球枕状构造(直径可达0.6~1 m), 底辟的粉砂质泥岩形成舌状、火焰状泄水脉构造(图 4-1b)。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 内蒙古林西地区上二叠统林西组碎屑岩沉积层序与构造Fig.4 Sedimentary sequence and structure of clastic rocks of the Upper Permian Linxi Formation in Linxi area, Inner Mongolia

沉积物主体为粉细砂、泥质粉砂岩, 内部发育水平层理(图 4-1b)、波状层理, 水动力条件弱— 中等; 局部发育震荡波痕, 生物扰动丰富, 发育动物潜穴及觅食迹(4-1c); 为下临滨。沉积物多为中、细粒砂岩, 内部发育板状交错层理、楔形交错层理(图 4-1e), 水动力条件强; 部分部位形成爬升交错层理(图 4-1d)和双黏土层等, 沉积物来源丰富, 为上临滨。沉积物多为中细粒砂岩, 发育楔形交错层理(图 4-1e)、冲洗交错层理, 水动力条件强, 为前滨。

依据剖面观测, 可分为水下分流河道、水下分流河道间湾、前缘斜坡等微环境(图 4-2a), 见于林三段及林四段下部。

水下分流河道底部发育冲刷面, 充填含砾砂岩, 砾石弱定向排列(图 4-2d); 中部为中细粒砂岩, 砂岩内部发育板状交错层理(图 4-2b); 上部为细砂岩、粉细砂岩, 内部发育波状层理、水平层理, 常与前缘斜坡砂体组成指状砂体。顶部过渡为河道间湾沉积。

水下分流河道间湾主要为粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩, 发育水平层理、微波状层理、生物扰动丰富; 局部水体较浅发育泥裂构造, 夹红褐色、紫红色粉砂质泥岩层。

前缘斜坡位于三角洲前缘前部, 代表快速充填前端, 可分为缓斜坡及陡斜坡。缓斜坡上发育透镜状层理(图 4-2c), 陡斜坡上发育滑塌砾岩层或透镜体。

发育于除林三段外其他各段, 可分为近滨浅海和滨外浅海。

近滨浅海位于正常浪基面以下风暴浪基面之上。以泥岩、粉砂质泥岩为主, 夹薄层粉砂岩、泥质粉砂岩和灰岩透镜体。发育丘状交错层理(图 4-3b)、水平层理、波状层理和小型斜层理。

滨外浅海位于风暴浪基面之下, 偶尔发育风暴回流作用引起的浊流沉积(图 4-3c), 粒度较细, 发育泥页岩相。林四段下部, 与三角洲前缘砂质泥岩层及前三角洲泥岩、粉砂质泥岩交互。

剖面上形成浊流沉积(图 4-4a, 4-4b)和滑塌沉积(图 4-4c, 4-4d), 位于陆棚边缘坡折带以下、坡度较大的区域。发育于林二段。

浊流沉积(图 4-4a)主要发育于二段中、上部, 形成鲍马序列, 其组合一般相当于鲍马序列的a、b、d、e段, c、d、e段, b、d、e段及c、e段, 底部发育冲刷面及印模构造, c、d段发育包卷层理或同沉积褶曲, e段层面上具有大量移行迹和觅食迹等化石, 每单元厚度15~30 cm及6~12 cm常见。

林二段下部发育一种较特殊的构造, 球状堆积体, 赋存于泥页岩中, 该类构造尚未见报道。堆积体直径小者十余厘米, 大者可达数米(图 5); 一般有数个或十余个泥岩、粉砂质泥岩同心层套合而成, 单层厚度2~10 cm, 部分内部发育与同心层平行的粉砂质条带。根据露头观察, 认为它由滑卷层理发展而来, 指示斜坡环境。其形成过程如图5-b至图5-e所示, 软沉积物在重力或扰动下滑卷变形; 随着变形程度加大, 形成椭球状构造; 在重力等作用下, 椭球体滑动或滚动离开原地, 在合适地方堆积而成球状堆积体。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 内蒙古林西地区上二叠统林西组球状堆积体及其成因Fig.5 Globular accumulation body and its formation mechanism of the Upper Permian Linxi Formation in Linxi area, Inner Mongolia

林四段、林五段发育碎屑滩和生物礁。部分生物礁个体小, 直径多数有25~35 cm, 厚度为10~15 cm, 寓于薄— 中层粉细砂岩与薄板状粉砂岩、粉砂泥岩的交互地层中, 或发育于柱状叠层石之上; 部分则规模宏大, 厚度可达10余米。根据造礁生物及礁体结构(Riding, 2002; 田树刚等, 2011; Tian et al., 2011), 可将林四段、林五段生物礁分为以下2种类型。

蓝绿藻粘结礁:蓝绿藻粘结灰泥, 形成藻叠层、藻席和藻丘等。藻叠层呈柱状, 藻丘呈孤状或连续状, 高数厘米至数十厘米, 多呈透镜状产出。形成于潮下、潮间环境。

藻粘结骨架礁:生物骨架主要为直管藻、苔藓虫和海绵, 可见原地生长及倒伏2种状态; 骨架表面及之间由古石孔藻、蓝绿藻粘结, 障积灰泥。多形成于潮间环境。林四段礁体较小, 林五段礁体厚度可达10余米。

林四段、林五段生物礁具原地性, 其礁体内生物指示了海相环境。林西段礁体多未成规模即被上覆泥砂岩层掩盖, 反映水体浑浊、物源较为丰富的近岸环境; 林五段礁体规模大, 说明其距物源较远, 海水较通畅, 利于成礁。

林四段、林五段发育灰岩透镜体(层), 灰岩中发现大量直管藻Monostysisyrinx gen.、古石孔藻Archaeolithoporella gen.(图 3-d)、钙质苔藓虫和海绵等化石。其中直管藻、古石孔藻等钙藻为海相生物, 在中国西南二叠纪地层见有报道(吴亚生, 1991)。钙质的苔藓虫(杨敬之和钱文龙, 1987)和海绵(张维, 1991)也产生于海相环境, 个别苔藓虫陆相属种壳体不坚固, 难以形成化石。在林三段和林四段下部, 分别发现了头足类(另文叙述)和腕足动物化石碎片, 它们均产出于海相环境。林西组所含淡水和咸水混生双壳类, 这种混相生物在现代河口地区十分发育, 并不能代表陆相环境, 同时也表明本区存在过渡相环境。

林二段中上部发育浊流沉积, 层面上具有大量移行迹和觅食迹等, 为典型深水浊流沉积特征。林四段、林五段发育生物礁, 造礁生物为海相属种; 林五段礁体规模宏大, 表明该时期具有较通畅的海水条件。从区域上来看, 在克什克腾旗上二叠统刘家营子(图 6-a)和北大山林西组剖面上的灰岩透镜体中均含苔藓虫化石, 同样为海相环境。区域上靠近华北板块边缘的刘家营子(图 6-b)和幸福之路西山(图 6-c)剖面林西组中识别出大量双向交错层理和羽状交错层理等沉积构造, 为潮汐作用影响的直接证据, 可以作为典型海相沉积的标识; 远离华北板块边缘的北大山剖面发育大量滑塌角砾岩和深水泥页岩, 指示斜坡和深水环境。

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 内蒙古林西地区邻区上二叠统剖面化石与沉积构造Fig.6 Fossils and sedimentary structures of the Upper Permian at Linxi area and adjacent areas

结合区域资料, 生物地理区系演化方面, 本区安加拉植物群与华夏植物群混生发生在中二叠世之后, 然而, 即使晚二叠世, 新疆及吉林等地2大植物群混生明显(邓胜徽等, 2009; Deng et al., 2009), 在内蒙中东部, 仅有限种属发生混生(黄本宏, 1993; 邓胜徽等, 2009; Deng et al., 2009)。对放射虫硅质岩的研究表明(王玉净和樊志勇, 1997; 尚庆华, 2004; Shang, 2004; 王慧等, 2005), 至少在中二叠世晚期, 内蒙中东部地区依然存在深海相沉积; 若晚二叠世全区隆升为陆相湖盆, 必伴随有大规模的造山运动及冲积砾岩沉积, 然而区域上并未发现这些证据。岩石地球化学工作也显示本区至早三叠依然存在岛弧性质的花岗岩(王荃等, 1991; Qin et al., 2001), 板块碰撞可能发生在230~310 Ma(Chen et al., 2000; 石玉若等, 2004; 李锦轶等, 2007)。以上证据表明内蒙中东部晚二叠世应存在较宽阔的海盆。