局限台地相主要发育于早奥陶世特马豆克期, 分布于保靖野竹坪、龙山召市、龙山红岩溪一线, 内部主要发育潮坪亚相、潟湖亚相、台内浅滩(砂屑滩、鲕粒滩和礁滩)亚相。

潮坪亚相: 以纹层状白云质灰岩、藻纹层白云岩、泥晶灰质白云岩的组成为特征, 发育鸟眼构造、纹层状构造、藻席纹层(图 5-a)和小型交错层理(图 5-b)等沉积构造。

图 5

Fig.5

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	图 5 湘西北地区下奥陶统岩石的微观特征及沉积构造 a— 桐梓组中的藻席纹层(保靖野竹坪剖面); b— 桐梓组中的小型交错层理(花垣卡棚剖面); c— 泥晶砂屑生物屑灰岩镜下特征(永顺石堤剖面); d— 亮晶鲕粒灰岩镜下特征(龙山召市剖面); e— 亮晶砂屑生物屑灰岩镜下特征(桑植温塘剖面); f— 亮晶粒屑灰岩镜下特征(永顺松柏场剖面)Fig.5 Rock microscopic feature and sedimentary structure of the Lower Ordovician in northwestern Hunan Province

潟湖亚相: 岩性以团粒灰岩、泥晶白云岩为主, 发育水平层理、沙纹层理、小型丘状层理等沉积构造。

台内浅滩亚相: 位于局限台地相内, 以砂(砾)屑滩、鲕粒滩、生物礁滩为主, 岩性以亮晶砂屑灰岩、砾屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩、亮晶砂屑生物屑灰岩和生物灰岩为主, 间夹少量微晶白云岩等, 发育平行层理、槽状交错层理、板状交错层理及生物骨架礁等沉积构造。

开阔台地相毗邻局限台地相分布, 在早奥陶世普遍发育。近岸或浅水区岩性为砂屑微晶灰岩、含砂屑含生物屑亮晶灰岩、泥晶砂屑生物屑灰岩(图 5-c)、微晶砂屑灰岩等; 远岸或较深水区岩性为生物屑泥晶灰岩、含砂屑泥晶灰岩、泥晶灰岩、泥晶粉晶灰岩; 在地势相对低洼的台盆或台洼亚相中为深灰色、灰黑色薄— 中层状泥晶灰岩夹少量页岩; 见水平层理、波状层理、小型冲刷面构造等, 偶见黄铁矿晶体发育; 生物化石相对较为丰富, 主要见有三叶虫类、腕足类、棘皮类等。

台地边缘浅滩多位于台地边缘浅水高能带, 也可位于台内的海底地形高部位, 浅滩内主要以波浪的簸选和冲洗作用为主, 也可有潮汐及岸流的改造作用, 故常形成洁净的碳酸盐砂堆积。浅滩内海水循环良好、盐度正常、氧气充分, 但由于底质常移动和间歇高出海面, 故不适于底栖生物生长, 但滩内常含有因波浪作用而带入的大量生物碎屑。因此浅滩内的岩性组合常以亮晶颗粒灰岩为主, 如内碎屑灰岩、生物屑灰岩和鲕粒灰岩(图 5-d, 5-e, 5-f), 主要见有板状交错层理、槽状交错层理、人字形交错层理、冲洗层理和底冲刷构造等沉积构造。

台地边缘生物礁常发育在气候温暖、阳光充足、水循环良好和富含养分、盐度正常的洁净浅海水域, 通常还有丰富的造礁、抗浪的钙质生物; 其通常发育在台地边缘地带。湘西北地区早奥陶世台地边缘生物礁相十分发育(王建坡等, 1990; 杨威等; 2000; 李光和吴庆波, 2001), 区内造礁生物主要由藻类、海绵、瓶筐虫、苔藓虫等, 附礁生物主要有三叶虫、腕足类、棘皮类、腹足类、双壳类、介形类等。按其造礁生物的种属分为藻礁、海绵礁、瓶筐虫礁、苔藓虫礁等。早奥陶世特马豆克期藻礁分布于花垣卡棚、永顺李家坡等地区; 海绵礁、瓶筐虫礁、苔藓虫礁主要集中发育于永顺吊井、石堤地区, 另在古丈断龙山地区见一些小型的海绵— 瓶筐虫生物礁体。早奥陶世弗洛早期生物礁相最为发育, 主要以海绵礁、瓶筐虫礁为主, 见于龙山召市、花垣卡棚、古丈断龙山以及永顺吊井、石堤、温塘一线。

台地斜坡相位于碳酸盐岩台地向海的斜坡地带, 其沉积界面在浪基面上下, 氧化界面之上, 整个早奥陶世均有发育。岩石类型主要以灰岩为主, 包括有泥晶灰岩、泥— 粉晶灰岩、砂(砾)屑灰岩、生物碎屑灰岩、粘结灰岩以及沉积角砾岩。其中砂(砾)屑灰岩中的岩屑成分较为复杂, 既有来自台地边缘的亮晶砂屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩、结晶灰岩等, 又有来自斜坡本身的泥晶灰岩、泥— 粉晶灰岩等; 而沉积角砾岩中角砾大小不一, 形态各异, 成分主要以泥晶灰岩、泥— 粉晶灰岩为主, 常伴随有滑塌变形构造发育于周围, 早奥陶世特马豆克期沉积角砾岩尤为发育, 分布于花垣禾库、吉首、永顺王村一线。

浅海陆棚相主要位于张家界、古丈、吉首一线的东南, 根据岩性组合不同可分为混积陆棚和碎屑陆棚。

混积陆棚: 岩性组合为灰色、深灰色中— 薄层状条带状或纹层状泥晶灰岩、泥晶泥质灰岩、含粉砂质泥晶灰岩夹少量石英粉砂岩、粉砂质页岩、页岩等, 偶见少量微晶粒屑灰岩呈夹层产出。灰岩中肠状构造、透镜状构造常见, 另见有水平层理、波状层理和沙纹层理等沉积构造; 粒屑灰岩中偶见交错层理。

碎屑陆棚: 总体以细碎屑岩沉积为主, 岩性组合主要为灰绿色粉砂质页岩、页岩, 偶夹似层状泥晶泥质灰岩; 发育水平层理和沙纹层理。

据区域地质调查, 在吉首— 凤凰一带于奥陶系下部有5~30icm的古风化壳存在, 往北东至永顺松柏场、石堤一带于寒武系和奥陶系接触界面附近同时也发现5~20icm的古风化壳(图 6-a)。

图 6

Fig.6

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	图 6 湘西北地区下奥陶统岩石宏观特征 a— 古风化壳(永顺石堤剖面); b— 喀斯特化角砾岩暴露特征(永顺松柏场剖面); c— 灰岩中外来的白云岩角砾(永顺王村剖面); d— 中细粒石英砂岩宏观特征(永顺温塘剖面); e— 桐梓组中的叠层石(永顺石堤剖面); f— 藻礁灰岩(叠层石)(花垣民乐剖面)Fig.6 Rock macroscopic feature of the Lower Ordovician in northwestern Hunan Province

主要发育于永顺王村、松柏场一带(图 6-b), 该套角砾岩中角砾分选极差、磨圆度也较差, 且角砾之间主要为紫红色富含铁泥质的钙质胶结物, 具明显的暴露特征; 特别是在王村地区下奥陶统下部的灰岩层中常可见外来的灰紫红色灰岩或白云岩角砾(图 6-c), 关于岩石中角砾的来源可能来自古隆起暴露的碳酸盐岩盖层。

以张家界— 古丈— 吉首一线为界, 两侧沉积环境分异明显, 西侧下奥陶统主要为一套介壳相碳酸盐岩建造, 但靠近张家界— 古丈— 吉首一线的碳酸盐岩中普遍含有陆源碎屑成分或有粉砂质页岩夹层, 特别是于张家界温塘一带下奥陶统桐梓组下部见夹一套厚度约1.2im的钙质中细粒石英砂岩(图 6-d)、且砂岩层中见交错层理发育(指示水流方向北西), 而岩石中的陆源碎屑可能来源自东侧的古隆起; 东侧主要为一套陆源碎屑砂泥质沉积, 至慈利、桃源一带为碳酸盐岩和陆源碎屑的混合沉积, 关于陆源碎屑的来源, 可能也与周围的古隆起或古陆有关。因此, 综合上述种种原因, 笔者认为沿张家界— 古丈— 吉首一线有古隆起的存在。

寒武纪区内生物群由西北向东南逐渐由华北型向华南型过渡, 且在张家界— 古丈— 吉首一线的地层中见有较多的华北型生物群与华南型生物群交错出现(杨绍祥, 1998; 彭善池, 2009a, 2009b); 早奥陶世沿张家界— 古丈— 吉首两侧生物群分异明显, 西北主要以发育三叶虫、头足类为主, 次为腕足、笔石等, 东南则主要以笔石为主(戎嘉余和詹仁斌, 1999; 周志毅等, 2000; 湖南省地质调查院, 2017), 区域地质调查表明特别是在吉首马颈坳— 沅陵军大坪— 张家界沅古坪一线的下奥陶统中甚少发现有三叶虫、腕足等化石或碎片, 但往东北至慈利、桃源地区开始见有三叶虫、腕足和笔石等, 且具有华北型和华南型; 究其原因可能与古隆起有关。

早奥陶世特马豆克期是中上扬子区碳酸盐岩台地的调整阶段, 沿张家界— 古丈— 吉首— 凤凰一线古隆起的两侧沉积相区分异明显, 西北为碳酸盐岩台地环境, 自西北向东南依次发育局限台地— 开阔台地— 台地边缘浅滩— 台地斜坡; 东南为陆棚环境, 依次为混积陆棚和碎屑陆棚。

局限台地相退至保靖野竹坪、龙山召市、龙山红岩溪一线, 岩性主要为浅灰色、灰色白云质灰岩、结晶灰岩、白云岩、灰质白云岩, 发育藻席纹层、鸟眼构造等沉积构造, 主体上为局限台地潮坪环境, 于野竹坪、红岩溪一线呈北东走向分布3个台内浅滩, 岩性以亮晶砂屑灰岩、砾屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩、亮晶砂屑生物屑灰岩、生物灰岩为主, 见平行层理、槽状交错层理、板状交错层理、叠层石(图 6-e)等。

开阔台地相分布于局限台地相的东南和花垣民乐、保靖昂洞、永顺李家坡一线的西北, 总体上以各类灰岩为主, 近岸或浅水区为砂屑微晶灰岩、含砂屑含生物屑亮晶灰岩、微晶砂屑灰岩; 远岸或较深水区为生物屑泥晶灰岩、含砂屑泥晶灰岩、泥晶灰岩、泥晶粉晶灰岩; 发育水平层理, 生物化石多样, 见有三叶虫、腕足类、棘皮类等。

台地边缘浅滩相分布于开阔台地相的东南和花垣麻栗场、古丈断龙山、永顺石堤、桑植温塘一线的西北, 岩性组合以亮晶粒屑灰岩为主(包括有内碎屑灰岩、生物屑灰岩、少量鲕粒灰岩等), 发育板状交错层理、槽状交错层理、冲刷面构造等沉积构造。伴随台地边缘浅滩常发育一系列台地边缘生物礁相, 岩性以生物灰岩、生物礁灰岩等为主, 在花垣民乐、永顺李家坡、吊井、石堤等地识别出4个生物礁滩相(图 6-f, 图 9-a)。

图 9

Fig.9

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	图 9 湘西北地区下奥陶统岩石宏观特征 a— 桐梓组中的海绵— 瓶筐虫礁灰岩(永顺吊井剖面); b— 桐梓组中沉积角砾岩(张家界温塘剖面); c— 桐梓组中沉积角砾岩(永顺松柏场剖面); d— 生物介壳灰岩(张家界剖面); e— 红花园组中的生物礁灰岩(永顺石堤剖面); f— 红花园组中的生物礁灰岩(永顺王村 剖面); g— 红花园组中的生物礁灰岩(永顺石堤剖面); h— 红花园组中的生物礁灰岩(永顺吊井剖面)Fig.9 Rock macroscopic feature of the Lower Ordovician in northwestern Hunan Province

台地斜坡相区分布于花垣麻栗场、古丈断龙山、永顺石堤、桑植温塘一线的东南和张家界— 古丈— 吉首— 凤凰一线的古隆起的西北, 岩性主体上为泥晶灰岩、泥— 粉晶灰岩、砂(砾)屑灰岩、生物碎屑灰岩、粘结灰岩以及沉积角砾岩, 其中沉积角砾岩主要见于花垣禾库、永顺松柏场、张家界温塘等地区(图 9-b, 9-c), 同时见有滑塌变形构造和塑形变形构造。

在张家界— 古丈— 吉首— 凤凰一线的古隆起东南主要为陆棚环境, 沿古隆起的周围发育混积陆棚环境, 岩性组合为灰色、深灰色泥晶灰岩、泥晶泥质灰岩、含粉砂质泥晶灰岩夹少量粉砂质页岩、页岩等, 偶见少量微晶粒屑灰岩呈夹层产出; 伴随混积陆棚发育碎屑陆棚沉积, 岩性以灰绿色粉砂质页岩、页岩为主, 偶夹似层状泥晶泥质灰岩。

早奥陶世弗洛早期, 随着加里东运动的加剧, 地壳继续抬升, 张家界— 古丈— 吉首— 凤凰一线的古隆起范围有所扩大, 西北侧继续为碳酸盐岩台地环境, 但相对海平面有所上升, 自西北向东南依次发育开阔台地— 台地边缘浅滩— 台地前缘斜坡; 东南侧为碎屑陆棚环境, 其物源供给主要来自周围的古陆或水上古隆起。

开阔台地分布于保靖野竹坪、龙山红岩溪、永顺李家坡、桑植一带以北西, 岩性以生物屑泥晶灰岩、含生物屑砂屑泥晶灰岩、藻团粒泥晶灰岩和少量生物屑亮晶灰岩、泥晶灰岩等为主。台地边缘浅滩位于开阔台地的东南和花垣禾库、永顺王村、永顺温塘一线的西北, 岩性以含生物屑灰岩、亮晶砂屑生物屑灰岩、亮晶含砂屑生物屑灰岩和亮晶生物屑灰岩为主夹含生物屑微晶灰岩、生物灰岩(图 9-d)或礁灰岩; 该时期台地边缘生物礁最为发育, 在花垣卡棚、龙山召市、古丈断龙山、永顺吊井、永顺石堤、永顺温塘地区共识别出6个生物礁滩相(图 9-e, 9-f, 9-g, 9-h), 造礁生物有蓝绿藻、疑源类瓶筐石、苔藓虫和海绵等, 附礁生物有棘皮类、腕足类、三叶虫、腹足类、双壳类、介形类等。台地地缘浅滩的东南和吉首— 古丈— 明溪口— 慈利— 桃源一线的西北处于台地斜坡沉积环境, 岩性以泥晶灰岩、粉屑泥晶灰岩等为主。沿张家界— 古丈— 吉首— 凤凰一线的古隆起的东南主要为碎屑陆棚环境, 岩性以粉砂质页岩、页岩为主、偶夹少量似层状、透镜状泥晶泥质灰岩。