邵龙义, 刘炳强, 吉丛伟, 伍意得, 李志能, 彭正奇, 张超, 黎光明. (2017)湖南邵阳地区茅口期晚期重力流沉积的发现及意义* [J]. 古地理学报, 19(4): 583-594
Shao Longyi, Liu Bingqiang, Ji Congwei, Wu Yide, Li Zhineng, Peng Zhengqi, Zhang Chao, Li Guangming. (2017)Discovery and significance of gravity flow deposits of the late Maokouan in Shaoyang area of Hunan Province[J]. Journal Of Palaeogeography, 19(4): 583-594. DOI:10.7605/gdlxb.2017.04.045  
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湖南邵阳地区茅口期晚期重力流沉积的发现及意义*
邵龙义1, 刘炳强1, 吉丛伟1, 伍意得2, 李志能2, 彭正奇2, 张超1, 黎光明2
1 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083
2 湖南省煤田地质局,湖南长沙 410014

第一作者简介 邵龙义,男,1964年生,博士生导师,1989年毕业于中国矿业大学(北京),获工学博士学位,现为中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院教授,长期从事沉积学和煤田地质学的教学及研究工作。E-mail: shaol@cumtb.edu.cn。

收稿日期:2016-11-16
基金:*国家自然科学基金重点项目(编号: 41572090)及国家科技重大专项(编号: 2016ZX05041004-003)联合资助
摘要

湖南邵阳市邵阳大道两侧出露的龙潭组下段(中二叠世茅口期晚期)发育一套地质特征典型、沉积序列明显的重力流沉积。重力流沉积以块状砂岩、粉砂岩及泥岩互层为主,砂岩底面发育有重荷模、槽模、工具痕及冲刷充填构造,砂岩内部有块状层理、平行层理、包卷层理及粒序层理,互层的泥岩中见类似于古网迹的痕迹化石。可识别出砂质碎屑流、浊流与滑塌沉积。剖面下部含泥砾块状砂岩发育,剖面中上部以发育薄到中厚层砂岩、粉砂岩与泥岩互层为特点。根据重力流沉积物特征及其垂向序列特征,建立了重力流沉积模式,将海底扇划分出内扇、中扇与外扇。通过与附近的短陂桥矿区的龙潭组下段沉积特征进行对比研究,结合华南地区岩相古地理特征,认为位于华南盆地范围的邵阳地区,在中二叠世茅口期晚期(龙潭组下段)发育的重力流沉积,可能意味着华南盆地在扬子陆块和华夏陆块之间的深大断裂在中二叠世末期曾经发生拉张,形成裂谷盆地。

关键词: 湖南邵阳; 重力流沉积; 茅口期晚期; 龙潭组下段
中图分类号:P512 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2017)04-0583-12
Discovery and significance of gravity flow deposits of the late Maokouan in Shaoyang area of Hunan Province
Shao Longyi1, Liu Bingqiang1, Ji Congwei1, Wu Yide2, Li Zhineng2, Peng Zhengqi2, Zhang Chao1, Li Guangming2
1 College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083
2 Hunan Bureau of Coal Geology,Changsha 410014, Hunan;

About the first author Shao Longyi,born in 1964,doctoral supervisor,graduated and obtained his Ph.D. degree from China University of Mining and Technology(Beijing)in 1989. Now he is a professor at the College of Geoscience and Surveying Engineering of China University of Mining and Technology(Beijing),with main research interests in sedimentology and coal geology. E-mail: shaol@cumtb.edu.cn.

Fund:Co-funded by National Natural Science Foundation of China(No.41572090)and National Science and Technology Major Project(No.2016ZX05041004-003)
Abstract

The gravity flow deposits with typical geological characteristics and depositional sequence are developed in the Lower Longtan Formation(late Maokouan in Middle Permian),which are well exposed in a road cut cliff along the Shaoyang aveneue in the suburb of Shaoyang City,central Hunan Province. The gravity flow deposits are mainly composed of massive sandstones, interbedded siltstones and mudstones. Sedimentary structures including load cast,flute cast,tool mark and scouring-filling structures are developed at the bottom of the sandstones,whereas massive bedding,parallel bedding,convolute bedding and graded bedding are developed in the internal part of sandstones. Trace fossils similar to Paleodictyon are found in interbedded mudstones. The deposits of sandy debris flow and turbidity current,and slumps are recognized based on the sedimentary structures seen in the outcrops. The lower part of the section is developed with muddy-gravel-bearing massive sandstone and the upper part was dominated by interbedded sandstones with thin to middle-thick beds,slitstones and mudstones. The gravity flow sedimentary model is established based on the characteristics of gravity flow deposits and their vertical sequences,and the inner fan,middle fan and outer fan facies belts are subdivided. Based on the comparison with sedimentary characteristics of the lower part of the Longtan Formation in the adjacent Duanpiqiao exploration area,and referred to the overall Middle Permian palaeogeography of southern China,we believe that the gravity flow deposits developed in the Late Middle Permian(lower Longtan Formation)in the Shaoyang area imply the deep fault between the Cathaysia landmass and the Yangtze landmass had stretched and formed a extensional trough basin during the late Maokouan.

Key words: Shaoyang area of Hunan Province; gravity flow deposits; late Maokouan; Lower Longtan Formation

人类对重力流的认识, 最早可以追溯到一个世纪以前, 世界各地纷纷发现大量古代和现代的重力流沉积, 人们对重力流沉积的研究深度和认识水平都有了长足的进展(方爱民等, 1998)。20世纪50年代Kuenen和Migliorini(1950)提出的浊流学说可谓沉积学领域革命性的进展。20世纪60年代Bouma(1962)通过大量野外观察和室内模拟实验研究, 提出了著名的鲍马序列, 与此同时, 相关的研究亦从浊流沉积扩展到碎屑流、颗粒流及液化流等多种重力流沉积, 并提出了海底扇模式(Walker and Phli, 1965; Middleton and Hampton, 1976), 至此浊流沉积学说发展到了重力流沉积学说阶段, 这些成果极大地促进了深水沉积的研究。Shanmugam(2000)提出了砂质碎屑流的概念, 他提出的新观点改变了过去对重力流即非牛顿流体的传统认识, 大多数原来被确认的浊积岩被重新解释为砂质碎屑流成因。在Shanmugam的模式中, 浊流是一种紊流支撑的牛顿流体, 其沉积物表现为沉积颗粒的顺序排列, 即粒序层理, 构成鲍马序列A段的下部, A段的上部块状层理被解释为砂质碎屑流沉积, 而B、C、D段则被解释为深水底流沉积或者牵引流的产物, 换句话说, 鲍马序列是深水沉积的岩相组合, 包含多种流态的沉积物, 只有粒序层理是鉴别浊流的标志。

重力流沉积通常发生于地势差异较大的古地理单元转换带, 如坡度较陡的近岸湖泊带(Shiki et al., 2000; 崔周旗等, 2005; 邹才能等, 2009)、浅海台地向盆地过渡的斜坡带(曾允孚和郑荣才, 1984; 高振中和段太忠, 1985; 陈志明, 1991; 覃明和赵征, 1993; 覃建雄等, 1999)、海底峡谷或海底水道(邵龙义和张鹏飞, 1999; Ercilla et al., 2002; Pirmeza and Imranb, 2003)。

中国南方地区在晚古生代一直存在扬子陆块、华夏陆块以及二者之间的华南盆地, 华南盆地的性质一直存在争议, 有认为是稳定克拉通盆地(黄汲清等, 1977; 陈洪德等, 2006), 亦有人认为是裂谷盆地(水涛, 1975; 许靖华等, 1987; 任纪舜, 1990; 殷鸿福等, 1999)。本文作者在湖南进行野外地质调研时, 发现在邵阳市邵阳大道两侧出露的龙潭组下段发育典型的重力流沉积构造, 通过对其沉积特征进行研究, 认为位于华南盆地范围的邵阳短陂桥矿区, 在中二叠世茅口期晚期(龙潭组下段)应该属于半深海环境, 该重力流的发现可能意味着华南盆地在扬子陆块和华夏陆块之间的深大断裂在中二叠世曾经发生拉张, 形成裂谷盆地。

1 地质背景

湖南省邵阳地区位于湖南中部, 大地构造位置位于长邵断坳中部(图 1)。研究区二叠系龙潭组分为上、下两段(图 2), 龙潭组上段由砂岩、泥岩夹煤层组成, 含煤1-4层, 应该属于龙潭阶。龙潭组下段主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细砂岩及含砾砂岩, 其顶部发现的生物化石有菊石Mexiceras sp., Paratongluceras sp.等, 为典型的中二叠世晚期分子(彭正奇等, 1997), 时代属于茅口阶。区内龙潭组与下伏当冲组多为整合接触, 与上覆大隆组整合接触。前人研究认为龙潭组是在总体海侵条件下形成的陆相至过渡相沉积, 其下段为近岸湖泊沉积(彭正奇和左文贵, 2004; 李谋和宋暖和, 2007)。

图1 湖南构造背景及剖面位置Fig.1 Schematic diagram of tectonic background of Hunan Province

图2 湖南邵阳地区二叠系龙潭组地层综合柱状图Fig.2 Stratigraphic column of the Permian Longtan Formation in Shaoyang area, Hunan Province

2 重力流沉积特征
2.1 岩石类型及特征

研究区内龙潭组下段为一套碎屑岩及泥质岩地层, 易与下伏当冲组硅质岩相区别, 剖面位于邵阳大道两侧, 在地貌上处于两低山之间, 呈半裸露状分布。通过对野外露头剖面及附近钻孔岩心实地观察描述, 可识别出含泥砾粗砂岩、砂岩、粉砂岩及泥岩等岩石类型。

1)含泥砾粗砂岩: 灰色厚层状粗砂岩, 岩石的分选及磨圆较差, 砂岩中见大量泥砾(图 3-a), 砂岩底部见冲刷面, 主要分布在龙潭组下段下部。

图3 湖南邵阳地区茅口阶龙潭组下段岩石类型及沉积构造
a— 含泥砾砂岩, 泥砾大小悬殊较大, 直径最大可达10, cm, 最小仅数毫米; b— 砂岩; c— 粉砂岩, 见包卷层理; d— 泥岩夹粉砂岩薄层; e— 块状砂岩底面槽模构造, 呈连续叠置的舌状突起, 单个舌状突起由照片下方向上方逐渐变宽、变平, 指示古水流方向朝向照片上方; f— 砂岩底面槽模构造, 指示的古水流方向由左上到右下。图中中性笔长15, cm, 铅笔长17 cm, 记录本长18, cm。邵阳大道剖面Fig.3 Lithological types and sedimentary structures of the Lower Longtan Formation of Maokouan in Shaoyang area, Hunan Province

2)砂岩: 浅灰色, 中厚层状, 发育块状层理、平行层理及粒序层理(图 3-b), 砂岩底部见重荷模、槽模及冲刷面。岩性主要为长石石英杂砂岩及长石石英砂岩, 矿物成分有石英、长石、岩屑、云母和重矿物, 以云母、长石含量相对较高为特点。杂基以伊利石黏土为主, 次为粉砂、云母碎屑, 胶结物主要为钙质、硅质及铁质。龙潭组下段下部发育长石石英杂砂岩, 以杂基含量高、分选差为特点, 上部以杂基含量减少、结构成熟度变好的长石石英砂岩为主。

3)粉砂岩: 灰白色、深灰色, 薄厚层状, 粉砂岩的成分较为复杂, 成分成熟度较低, 泥质含量较高。主要为石英粉砂岩、长石石英粉砂岩、含云母石英粉砂岩, 以富含白云母为特点。发育水平层理、沙纹层理及包卷层理(图 3-c), 局部夹砂质泥岩条带。粉砂岩在整个龙潭组下段均有分布。

4)泥岩: 灰色、深灰色, 薄层状(图 3-d), 泥岩中水平层理发育, 含少量黄铁矿结核及菱铁矿结核, 泥岩中可见生物遗迹化石。X射线衍射分析表明, 泥岩矿物成分主要是伊利石, 有少量的高岭石、绿泥石及极少量的蒙脱石。

2.2 沉积构造特征

研究区发育流动成因的构造和同生变形构造, 可见重荷模、火焰状构造、包卷层理、块状层理、韵律层理、平行层理、粒序层理、槽模、冲刷充填构造、工具痕以及痕迹化石, 另外见海相生物化石。

1)槽模: 在龙潭组下段多个砂岩层的底面发育一些连续、叠置的舌状突起, 这种突起向一个方向由窄变宽、由凸变平, 这些舌状突起的变宽、变平的方向一般指示古水流的方向(图 3-e, 3-f; 图4-a, 4-b)。

图4 湖南邵阳地区茅口阶龙潭组下段沉积构造特征(一)
a— 砂岩底面大型的槽模构造, 单个舌状槽模叠置成脊状条带突起, 条带宽十余厘米, 同时有弯曲变形; b— 砂岩底面密集排列的小型槽模构造, 槽模宽1, cm左右; c— 重荷模构造, 发育于黑灰色砂岩底面, 表现为多个不规则的瘤状突起, 突起大小从数厘米到十余厘米; d— 倒转砂岩层底面球状重荷模构造, 单个重荷模呈椭球状, 大小十余厘米, 并呈串珠状排列; 照片右侧见上部砂岩底面的密集排列的小型槽模构造; e— 砂岩底面重荷模构造, 呈现向一端发散状态; f— 砂岩底面重荷模构造, 呈现波状起伏状态。图中中性笔长15, cm, 记录本长18, cm。邵阳大道剖面Fig.4 Sedimentary structures of the Lower Longtan Formation of Maokouan in Shaoyang area, Hunan Province(Ⅰ )

2)重荷模: 研究区发育典型的重荷模沉积, 黑灰色砂岩底面上见很多不规则的瘤状突起, 突起的高度从几毫米到十多厘米均有分布, 突起大小变化较大(图 4-c, 4-d)。此外, 在多层砂岩底面重荷模呈葡萄串状(图 4-e)或波浪式起伏(图 4-f), 显示出阶段式的地震冲击波的作用。

3)火焰状构造: 发育于砂岩层底面或砂岩层下部, 泥质沉积呈火焰状向上镶嵌到砂岩中(图 5-a, 5-b)。火焰状构造是迅速堆积的砂质沉积物卸载到下伏泥质沉积物上, 泥质沉积中的孔隙水向上泄出而形成的同生变形构造, 在孔隙水向上泄出的过程中, 破坏了原始沉积物的颗粒支撑关系, 而引起颗粒移位和重新排列, 形成向上穿插到上覆砂岩中的火焰状变形构造。

图5 湖南邵阳地区茅口阶龙潭组下段沉积构造特征(二)
a— 砂岩底面见火焰状构造, 下伏泥质沉积物穿插到上覆砂质沉积物中; b— 粉砂岩底面发育小型火焰状构造; c— 野外剖面见薄层状砂岩、粉砂岩与泥岩韵律互层; d— 砂岩中发育平行层理; e— 薄层砂岩中见多个向上变细的粒序层理, 上部一层见包卷层理; f— 倒转砂岩底面 见沟槽状冲刷充填构造, 凹槽呈带状分布, 大小较均一, 单个凹槽宽约10, cm。图中中性笔长15, cm, 铅笔长17 cm。邵阳大道剖面Fig.5 Sedimentary structures of the Lower Longtan Formation of Maokouan in Shaoyang area, Hunan Province(Ⅱ )

4)包卷层理: 研究区包卷层理主要发育在黑灰色粉砂岩和泥岩中, 呈透镜状或薄层状分布, 单个包卷层理厚15, cm, 横向延伸约40, cm, 上下2个未变形层之间的纹层仍大致呈水平状(图 3-c)。

5)块状层理: 主要由灰色块状砂岩组成, 层厚约1, m(图 3-a, 3-b)。出现在龙潭组下段底部及中上部, 块状层理是重力流快速沉积的标志。

6)韵律层理: 由深灰色薄层的泥岩与砂岩互层, 厚约4~10, cm的砂岩与泥岩互层(图 5-c), 砂岩分选、磨圆性差。

7)平行层理: 在砂岩中可见, 由互相平行的细层纹理组成, 层理面上可见剥离线理(图 5-d)。

8)粒序层理: 在一些砂岩层中, 从层的底面至顶部, 粒度逐渐变细, 主要发育在龙潭组下段中部(图 5-e)。

9)冲刷充填构造: 见于块状砂岩的底面, 呈一系列平行排列的凹凸相间的长条状凹槽, 在研究区因地层倒转, 砂岩底面朝上, 冲刷充填构造表现为一系列的向上凸起的条带(图 5-f)。

10)工具痕: 水流过程中由于树枝或长条状的碎屑随重力流块体搬运过程中对下伏沉积物表面刻划留下的痕迹, 这种刻划所形成的沟槽有由浅变深的特征, 在砂岩底面表现为由平到凸、由窄变宽的长条状, 并有定向排列(图 6-a, 6-b)。

图6 湖南邵阳地区茅口阶龙潭组下段沉积构造特征(三)
a— 砂岩底面见工具痕, 工具痕大小悬殊, 总体上沿着一个方向排列, 从细到粗指示水流的方向由左向右; b— 砂岩底面见小型工具痕; c— 粉砂岩底面见六边形类似古网迹的痕迹化石; e— 粉砂岩底面发育弯曲、水平状的痕迹化石。图中笔长15, cm。邵阳大道剖面Fig.6 Sedimentary structures of the Lower Longtan Formation of Maokouan in Shaoyang area, Hunan Province(Ⅲ )

2.3 痕迹化石标志

类似古网迹的痕迹化石: 在泥岩底面上可见规则的多边形网孔, 网孔直径约2~3, cm。古网迹是深海生物在移动过程中进食沉积物, 在沉积物表面形成的典型的六边形网状爬迹, 本次发现的网状痕迹与此有类似之处, 多呈六边形, 发育于与粒序层理砂岩互层的泥岩中(图 6-c), 古网迹是深海平原环境的典型产物(Seilacher, 1967), 邵阳地区的类似古网迹的痕迹化石的发育说明该区曾经历过深水环境。此外, 还见到弯曲水平状痕迹化石(图 6-d)。

2.4 典型重力流沉积类型

通过上述岩石类型、沉积构造及生物化石、痕迹化石的描述与分析, 研究区可识别出3种主要的重力流沉积类型, 分别为砂质碎屑流、浊流与滑塌沉积(图 7), 现阐述其基本特征与识别标志。

图7 重力流沉积简化模式(据Shanmugam等, 1994; 有修改)Fig.7 Simplification model of gravity flow deposits (modified from Shanmugam et al., 1994)

1)砂质碎屑流: 为一种过渡性质的流体, 介于传统(泥质)碎屑流和颗粒流间, 是黏性和非黏性碎屑流之间的连续系列。在流变学上为塑性流, 以层流的形式运动, 其支撑机制主要为基质强度、分散压力和浮力, 通过整体固结的方式沉积。砂质碎屑流形成阶段介于滑塌变形碎屑形成期与真正低密度浊流期之间, 相较于传统的碎屑流, 碎屑颗粒含量高而泥质含量较低。

砂质碎屑流主要有以下识别标志(Shanmugam, 1997): (1)底部具剪切带的块状砂岩(图 3-b)。其剪切特征表明块体曾沿滑动面发生过滑动作用。(2)在块状砂岩层的顶部集中存在漂浮的泥岩碎屑(图 3-a)。(3)在砂质碎屑流沉积中, 泥岩碎屑可能表现出逆粒序特征。(4)在细粒砂岩中可出现漂浮的石英砾石和碎屑。(5)板条状碎屑组构和易碎的页岩碎屑的存在, 揭示了流体的层状流体特征。(6)顶部接触面为不规则状, 其沉积几何形体具侧向尖灭的特征, 表现了原始沉积体的整体冻结过程。(7)存在碎屑杂基。

砂质碎屑流沉积物与上覆、下伏岩层突变接触。下部的突变接触形成机理主要是由于砂质碎屑流呈层状流动, 一般不侵蚀下伏的深水沉积物, 通常接触面平直或者发育负载构造、火焰状构造(图 5-a), 通过砂质碎屑流的滑水效应产生(Marr et al., 1997)。砂质碎屑流以整体固结的方式沉积, 之后沉积的深水泥岩直接覆盖其上, 因此与上覆的岩层常表现为突变接触。

研究区砂质碎屑流沉积分布较广, 在层位上主要见于龙潭组下段中部。碎屑流沉积层的顶界与底界面多不规则, 剖面上呈下凹上凸或下凸上平的透镜体。单层厚度一般为0.6~2.4, m, 宽5.0~12.0, m。泥岩砾石粒径变化大, 从巨、中、细砾到砂级颗粒均有出现, 砾石成分复杂, 以泥质岩为主, 亦见有石灰岩、砂岩、硅质岩等, 砾石多呈棱角状, 局部见撕裂状, 砾石的分选和磨圆差, 杂乱排列, 无定向构造, 也未见粒序变化, 砾石间的基质主要为细砂级碎屑。

2)浊流: 为牛顿流体, 流动状态呈紊流, 不具任何屈服强度, 一旦受到外力作用就会发生运动, 以水流扰动支撑颗粒进行悬浮状态搬运, 当外力逐渐降低时, 其通过悬浮沉降的方式卸载内部的沉积物颗粒, 颗粒在自身重力作用下, 按大小先后沉积, 因此常见正粒序层理(Shanmugam, 2000)。

浊积岩的主要识别标志为: (1)正粒序层理(图 5-e); (2)在粒序层理砂岩之上, 可出现平行层理(图 5-d)、小— 中型交错层理、水平层理以及沙纹层理等牵引流构造, 可能是浊流的体部和尾部中细小的颗粒被加入的水稀释, 导致流态发生转变而变为牵引流, 表现为不完整的鲍马序列; (3)常见砂泥岩互层, 构成多个韵律层(图 5-c), 侧向分布稳定, 厚度变化小; (4)底部岩性突变接触, 由于浊流头部的能量强度大, 流动过程中可以侵蚀下伏地层, 常有重荷模(图 4-c, 4-d)、沟模及槽模(图 4-a, 4-b)、工具痕(图 6-a, 6-b)与砂球、火焰构造(图 5-b)等出现, 而顶部为渐变接触。

3)滑塌沉积: 是三角洲前缘沉积物失稳后, 在自身重力作用下沿斜坡发生滑动变形的产物。本质上是由于沉积物液化作用而产生的, 支撑沉积物的机制是流体向上运动产生的超孔隙压力(Middleton and Hampton, 1976)。沉积物经过滑动和坍塌, 可形成砂泥的变形层理, 滑塌构造可作为识别水下斜坡的相应标志。岩层接触面间发育的滑动面, 以及沉积体内部的变形构造是识别滑塌体的重要证据。

滑塌沉积物的典型特征有: (1)包卷层理(图 3-c); (2)以扭曲层理和滑塌褶皱为特征的变形层理; (3)滑动破裂碎块杂乱堆积, 砂泥碎块高度混杂。

3 重力流沉积模式与相带划分

根据重力流沉积物特征及其发育的垂向序列特征, 研究区的重力流沉积模式如图8所示, 将海底扇划分为内扇、中扇和外扇亚相。当超过休止角时或者通过一定的触发机制(如地震、火山喷发、风暴等), 松散的沉积物会发生滑塌, 对下伏沉积物侵蚀而产生搬运砂质沉积物的相应通道。伴随水体的混入流体性质发生转变, 逐渐过渡为砂质碎屑流, 以层流的形式向前运动。原始的砂质碎屑流经过混合与稀释可形成浊流, 在较平缓的海底逐渐沉积下来。

图8 湖南邵阳地区茅口期晚期龙潭组下段沉积模式图Fig.8 Depositional model of the Lower Longtan Formation of late Maokouan in Shaoyang area, Hunan Province

内扇: 内扇靠近物源区, 以滑塌岩和砂质碎屑流沉积物为主, 单层厚度变化大, 常见包卷层理(图 3-c)为代表的强烈揉皱变形层理, 可见块状层理和泄水构造。岩层顶底面均为突变接触, 横向上厚度变化较大, 呈孤立或透镜状产出, 近源处碎屑颗粒大小混杂, 分选、磨圆较差, 主要为颗粒支撑, 少数为基质支撑, 底面见泥砾、重荷模和冲刷面。内扇在观察区剖面主要发育于龙潭组下段下部。

中扇: 重力流沟槽内多为砂质碎屑流充填, 在重力流沟槽前端和侧缘, 多发育浊积席状砂(杨仁超, 2014)。主要岩性为含泥砾砂岩(图 3-a)、无任何层理的块状砂岩和具正粒序的薄层砂岩。块状层理反映了砂质碎屑流块体流动的特性, 其碎屑颗粒含量较高, 而泥质含量低, 与河流中牵引流成因的砂岩明显不同, 表现出原始砂质沉积物的分选较好, 并在碎屑流的流动过程中很少有泥质混入。在块状砂岩层的上部常有漂浮的不规则状泥质撕裂块、砂质团块, 泥质撕裂块主要来自下伏泥质层, 而砂质团块往往磨圆较好, 表明经过较长距离的搬运, 可能形成于三角洲前缘, 经过滑塌搬运至此再沉积。发育正粒序的砂岩上覆具平行层理(图 5-d)、沙纹层理、包卷层里(图 5-e)和水平纹层的细砂岩、粉砂岩和泥岩, 为牵引流或底流成因。常有较清楚的沟模、槽模(图 4-a, 4-b)、工具痕(图 6-a, 6-b)、冲刷充填(图 5-f)、重荷模(图 4-c, 4-d, 4-e, 4-f)与一些火焰状构造(图 5-b)等出现, 砂体呈叠覆舌状体及薄层席状。中扇在观察区剖面主要发育于龙潭组下段中部。

外扇: 外扇多分布于重力流沟槽末端、前缘及侧缘, 围绕扇体呈弯曲环带状。主要岩性有泥岩、粉砂岩, 灰黑色泥岩夹薄层粉砂岩(图 3-d)。地形平坦, 基本无水道, 沉积物分布宽阔而层薄, 以浊积岩与深海泥岩为主。浊流为湍流支撑机制, 以悬浮沉降的方式卸载而形成粒序层理, 底面为突变接触而顶面为渐变界面。外扇在观察区剖面主要发育于龙潭组下段上部。

4 成因探讨

研究区大地构造位置位于华南加里东褶皱带(图 1), 加里东旋回末期, 华南褶皱带回返, 陆壳进一步增生扩张, 形成华南古板块。在海西运动期间, 龙潭组沉积时海侵来自西南方向, 物源主要来自华夏古陆(彭正奇, 2002)。

关于华南盆地的性质一直存在很多争议, 有人认为其是一个稳定的地台, 也有人认为是一个裂谷盆地(黄汲清等, 1977; 许靖华等, 1987; 任纪舜, 1990)。早古生代, 桑石断坳和江南断隆属于扬子地台的一部分, 以稳定型的陆表海— 滨海相的泥砂质及碳酸岩建造为主, 而长邵断坳、攸兰断坳和资汝断隆属于另一构造分区, 以活动型的深海— 次深海陆源碎屑及中酸性火山碎屑组成的复理石建造为主(廖宗廷, 1993), 早古生代末期, 扬子地台与华南加里东褶皱带拼贴为统一的华南古板块, 湖南省内存在一系列的深大断裂。晚古生代, 华南板块内部发生裂解, 形成一系列呈北东走向的陆内裂谷盆地, 湖南江南断隆和资汝断隆多表现为古剥蚀区, 其他构造单元则表现为沉积区, 先期存在的深大断裂则表现为同沉积断裂(株洲— 新化— 武冈断层)(柏道远等, 2005; 石文斌等, 2006)。华南海西— 印支期的沉积作用特点, 与华南加里东期的沉积作用相比较, 有着惊人的相似之处: 它们同处于东特提斯海域之中; 都表现为东西对峙的稳定古老陆块; 东部以陆缘碎屑沉积为主, 沉积物主要来自古老的华夏陆块, 西部以碳酸盐台地为主(刘文均, 1998)。在中二叠世茅口末期, 上扬子地区为一套碳酸盐岩台地沉积, 而在邵阳等地区则由于同沉积断层的拉张作用形成赣湘桂陆内裂谷盆地(马永生等, 2009), 东南沿海一带存在华夏古陆, 陆源碎屑由东向西注入, 在东南克拉通盆地为一套碎屑岩沉积(图 9)。重力流沉积的发现进一步证明在华南加里东褶皱带内部存在深大断裂, 在中二叠世茅口期, 其内部发生过裂解。邵阳地区位于断裂斜坡上, 发生大规模下降, 沿着断层的斜坡形成了一系列的深水重力流沉积, 湘中南绝大多数地区和时期都处于深水环境。到茅口末期, 江南古陆和罗霄古陆开始提供了大量的陆屑, 使低洼的南区接受大量的砂质沉积, 形成了龙潭组下段, 即不含煤段。茅口期末期, 进入南区的陆屑数量很大, 使该区龙潭组下段碎屑岩的沉积厚度高达90~370, m。晚二叠世吴家坪期, 来自武夷古陆和云开古陆的碎屑物不仅覆盖南区, 而且也开始进入北区。同时, 江南古隆起局部升出水面也提供了碎屑物, 整个湘中— 南区形成一套比较相似的含煤岩系即龙潭组上段。

图9 中国南方中二叠世茅口期晚期岩相剖面示意图Fig.9 Schematic diagram showing lithofacies framework of the Late Maokouan(Middle Permian)in southern China

5 结论

1)湖南邵阳地区茅口期晚期重力流沉积以块状砂岩、粉砂岩及泥岩互层为主, 砂岩底面发育重荷模、槽模、工具痕及冲刷充填构造, 砂岩内部有块状层理、平行层理、包卷层理、粒序层理, 发育典型的重力流沉积, 可识别出砂质碎屑流、浊流与滑塌沉积。

2)根据重力流沉积物特征及其发育的相关位置, 建立了本区的重力流沉积模式, 将海底扇划分为内扇、中扇与外扇。其中内扇以滑塌岩和砂质碎屑流沉积物为主; 中扇多为砂质碎屑流, 在重力流沟槽前端和侧缘, 发育浊流沉积; 外扇沉积物分布宽阔而层薄, 以浊积岩与深海泥岩为主。

3)邵阳地区重力流沉积的地质意义为, 它是茅口期的深海盆地受海西运动影响发生并延续到中二叠世一系列深大断裂的反映。重力流的发现可能意味着华南盆地在扬子陆块和华夏陆块之间的深大断裂在中二叠世曾经发生拉张, 形成裂谷盆地。

作者声明没有竞争性利益冲突.

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