第一作者简介: 夏晓旭,女,1994年生,硕士研究生,古生物学与地层学专业。E-mail: xiaxiaoxu922@126.com。
有关扬子克拉通北缘神农架地区中元古界神农架群台子组沉积环境的认识一直存有分歧,文中基于野外和室内的综合研究讨论了台子组的沉积环境。台子组底部为蛋青色砂砾岩,下部为灰色、肉粉色细粉晶白云岩,中部为灰绿色、浅灰色石英中—细砂岩、粉砂岩与深灰色粉砂岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩组合,上部则是粉砂岩—泥岩韵律。同时,台子组石英砂岩中以发育块状层理和平行层理为主,粉砂岩和泥岩则发育丰富的水平层理和透镜状层理。砂岩粒度概率累计曲线显示斜率较大,跳跃组分为主,悬浮组分含量低,无滚动组分,其中跳跃组分又以二段或多段式为特征。上述沉积指相标志和粒度分析均表明,台子组形成于滨岸与潮坪沉积环境,同时纵向沉积序列上,碎屑岩沉积物粒度表现为粗—细—粗—细演化特征,沉积相由下部到上部呈现滨岸相—碳酸盐岩缓坡台地相—潟湖相—潮坪相—潟湖相的演替规律,总体上构成由退积—进积—退积—进积的沉积序列。
About the first author: Xia Xiao-Xu,born in 1994,is a master candidate of China University of Geosciences(Beijing). She majors in paleontology and stratigraphy. E-mail: xiaxiaoxu922@126.com.
Sedimentary environments of the Mesoproterozoic Taizi Formation of Shennongjia Group in Shengnongjia area, northern margin of Yangtze Craton are all along in debate. In this study,we further constrain the sedimentary environments of the Taizi Formation based on the comprehensive field and laboratory experiments. The lower part of the Taizi Formation consists of gray green silty-fine dolostone. The middle part of the Taizi Formation is composed of gray green,grayish quartz medium-fine sandstones,siltstones and dark grey siltstones,silty mudstones,muddy siltstones rhythms,while its upper part comprises siltstone-mudstone rhythm. Massive beddings and parallel beddings occur in the quartz sandstone,while siltstones and mudstones contain the horizontal and lenticular beddings. The cumulative probability curve of sandstones shows a steep slope,which are made up mainly of jumping components with two or more groups and little suspended components without rolling components. The sedimentary structures and grain size characteristics suggest that the Taizi Formation was formed in the coastal and tidal flat depositional environments. Meanwhile,the vertical sedimentary sequences are represented by the grain size evolution of coarse-fine-coarse-fine,which is combined with that the sedimentary facies from the bottom to the top show littoral facies-carbonate ramp platform facies-lagoon facies-tidal flat lagoon facies succession,constitute a complete transgressive-regressive sedimentary sequence with patterns of progradation-retrogradation-progradation.
分布在扬子地块北缘的神农架群形成于1.4~1.0Ga(李怀坤等, 2013; 徐大良等, 2016; 耿元生等, 2017), 它发育相对完整, 变质变形较弱, 是填补中国地层表中中元古代晚期缺失部分(被中国地层委命名为“ 待建系” (1.4~1.0Ga)(Qiu et al., 2011; 肖志斌, 2012; 李怀坤等, 2013)的较理想候选层型地层之一。因此, 准确建立神农架群地层序列成为待建系层型研究的重要课题。台子组作为承接神农架群下亚群和中亚群的重要地层单元, 其在神农架群内的位置一直没有取得统一认识, 其名称和定义前前后后进行了6次修改(表 1), 多套划分主案使后续研究工作者无所适从, 并可能陷入混乱; 这归根结底与对台子沉积相的划分和认识不一致有关系。本中在对神农架群台子组进行剖面详测的基础上, 综合运用岩石学、沉积学理论, 并结合地球化学对台子组的沉积相进行了重新厘定, 以期为神农架群地层序列的进一步厘定提供基础资料和沉积学证据。
对台子组沉积相的认识主要有4种(表 2):(1)滨岸— 浅海沉积模式, (2)威尔逊模式, (3)陆棚沉积模式, (4)碳酸盐岩缓坡。第1种认识来源于1︰20万填图中, 湖北省地质局区域地质测量队(1974)、湖北省地质矿产局(1990, 1996)认为台子组为一套滨海— 浅海相石英砂岩— 泥质板岩— 碳酸盐岩。第2种认识来源于李铃和冷坚(1987)对湖北神农架地区的专题研究, 他们认为位于神农架林区主峰剖面和神农架林区板仓公社台子上剖面的台子组属于滨岸浅滩相— 台地边缘礁体相— 局限海台地相— 陆棚沙坝相— 台地边缘浅滩相— 局限海台地相— 台地边缘浅滩相— 局限海台地相。
第3种认识则是在1︰25万填图中, 刘成新等(2014)将神农架主峰凉风垭剖面原台子组划归为青白口纪凉风垭组, 认为其是一套山前崩塌— 复理石沉积(与前陆盆地特征相近)。近年来, 本项目组也在此进行区域地质调查与地层沉积学研究, 在“ 神农架群地层格架和沉积特征系统调查” 课题工作中主体采用了“ 神农架前寒武纪” 专题研究的地层划分方案, 其中台子组分为3段: 一段为浅缓坡— 中缓坡— 深缓坡带沉积, 代表着海平面持续上升的过程; 二段的为盆地相沉积, 为低密度的浊流沉积; 三段为深缓坡陆棚亚环境(王能盛, 2016)。
2016年作者对铁厂河剖面台子组进行了实测后, 发现对于台子组的沉积相的划分更加复杂。从野外剖面上看, 台子组中下部主体为厚层砂岩夹泥岩组合, 厚层砂岩沉积构造不发育, 偶见底面有流痕及重荷构造, 薄层的粉砂岩和泥岩中略显水平层理; 其上部则砂岩变薄, 泥质增多, 多次出现大套含镍、钒、黄铁矿等的泥岩, 到顶部砂少泥多, 碳酸盐质含量增高, 顶部与上覆野马河组呈渐变过渡, 直至最后完全变成厚层块状白云岩。薄片观察显示, 台子组的砂岩, 有不少具分选磨圆较好的潮坪砂特征, 同时, 在台子组上部薄层粉砂岩中, 还发现海绿石。这些浅水沉积相的标志使我们不得不重新审视台子组的沉积环境。文中研究了神农架主峰剖面, 从台子组沉积岩的宏观、微观特征出发, 致力于找出更多的沉积指相标志, 准确划分台子组的沉积相, 并进一步探讨其沉积演化规律。
研究地区位于湖北省西部, 地处鄂、渝、陕三省交界区; 构造位置为扬子克拉通北缘, 属龙门— 大巴山坳陷带的一部分。台子组位于神农架群中部, 最早由湖北地质调查院(1974)提出, 因其在神农架林区台子一带较为发育, 故称为“ 台子组” , 指分布于神农架主峰周围及梨花坪背斜西南侧、九冲村、里叉河、湘江河、铁厂河一带(图 1)的一套以碎屑岩为主体的沉积岩。在神农架主峰、长崖屋、台子上一带韵律构造复杂, 沉积厚度较大, 达700m以上, 往东北, 至九冲山、老君山、黑水河一带, 韵律构造简单, 沉积厚度也减至450m。火山岩仅见于长崖屋、台子一带, 在长崖屋以东较为发育, 全为基性火山喷发物, 且表现出由粗到细的喷出特点, 延至台子上仅见有凝灰岩(李铨和冷坚, 1987)。
文中研究区位于神农顶(图 1), 该地区台子组下部为碳酸盐岩, 中部为中— 细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩互层, 上部为泥岩夹细砂质泥岩的海相沉积序列。李怀坤等(2013)在与台子组整合接触的野马河组测得精确凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年代数据为1215.8± 2.4ma, 将台子组的年龄限制在1200ma以下, 文中所研究的台子组, 与李怀坤等(2013)所指相同(表 1)。
神农顶地区台子组厚431.88m, 底部与下伏矿石山组平行不整合接触, 顶部与上覆莲沱组平行不整合接触, 依据岩性和沉积旋回将其分为5段(图 2)。一段发育中厚层蛋青色、浅灰色砂砾岩; 二段以中厚层肉红色、浅灰色粉— 泥晶白云岩为主, 局部发育叠层石, 顶部发育瘤状灰岩; 三段以发育厚层块状灰绿色纹层状的粉砂质泥岩、泥岩为特征, 向上演变为厚层块状深灰色细— 粉砂岩、中层灰绿色细砂岩与薄层深灰色纹层状粉砂质泥岩互层, 局部底部见冲刷面, 单层内部为正粒序, 见小型槽状交错层理和“ 斑马纹” , 底部至中部发育2个正韵律, 以层厚变薄及从无纹层的粗粒结构转为纹层状的细粒结构为特征; 四段整体上颜色由灰绿色变为浅灰色, 发育多套由厚变薄的正韵律砂泥岩, 以灰绿色、浅灰色的石英砂岩与深灰色的粉砂质泥岩互层为特征, 间夹几套中厚层石英砂岩; 五段主要发育中薄层灰黑色泥岩、灰绿色含粉砂泥岩, 向上演变为薄层灰黑色、黑色泥岩夹细砂质泥岩(图 2)。
台子组主要有碳酸盐岩和碎屑岩2种岩石类型(图 3), 以碎屑岩为主, 另外还有3种特殊岩类, 他们区别于普通的碎屑岩和碳酸盐岩, 瘤状灰岩发育于台子组二段的第17层和第18层, 含钒镍泥岩发育于台子组五段的第192层和第193层, 含海绿石砂岩发育于台子组四段。
1)台子组的碳酸盐岩主要有泥晶白云岩(图 4-a, 4-b)、粉晶白云岩(图 4-c)、锥— 柱状叠层石白云岩(图 4-e)。泥晶白云岩见重结晶和交代作用(图 4-b), 主要表现为充填孔隙的白云石晶体变大(图 4-b), 见一些纤维状燧石条带(图 4-d, 4-f), 分布在台子组二段。锥— 柱状叠层石白云岩表现为富含叠层石纹层, 纵剖面呈向上凸起的锥形, 分布在台子组二段, 指示潮下带沉积环境。
2)台子组的碎屑岩主要有砾岩、石英中砂岩、石英细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩。砾岩(图 5-a)仅分布在台子组一段底部, 磨圆分选都较差。石英中、细砂岩(图 5-b至5-d)分布在台子组三段和四段, 三段主要为厚层块状灰绿色, 四段下部主要为中厚层灰绿色、灰黄色、浅灰色, 四段上部主要为浅灰色和深灰色, 发育块状层理和平行层理; 石英砂岩磨圆度好, 分选中等, 常见双粒径的特征。粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩主要为中薄层灰绿色、浅灰色、灰黑色纹层状, 发育块状层理、平行层理和水平层理; 粉砂岩(图 5-e)分选较好, 磨圆差, 与中砂岩、细砂岩互层, 分布在台子组三段、四段和五段, 发育水平、平行层理。泥岩(图 5-f)主要为薄层灰黑色、黑色纹层状, 发育水平层理, 仅在台子组中上部为灰绿色块状; 泥岩中多含粉砂级颗粒, 主要分布在台子组上段, 发育水平层理。
3)台子组的特殊岩类主要有瘤状灰岩(图 6-a, 6-b, 6-e)、含钒镍泥岩(图 6-c, 6-d)、海绿石砂岩(图 6-f)。瘤状灰岩为浅灰— 灰色厚层状、透镜状、断块香肠状、砾屑状及扁豆状, 向上则风化较为严重, 可见灰岩“ 瘤” , 瘤成分主要为灰岩、白云质灰岩, 向上个体增大, 短半轴最小为1.5cm, 最长达15cm, 长半轴最小为3cm, 最长达20cm, 泥质成分含量高, 可见揉皱变形; 瘤间基质为深灰色粉砂质白云岩, 因其成因不同, 所指示的环境也不同(廖纪佳等, 2017; 禚喜准等, 2017)。此处瘤状灰岩为成岩分异作用下的产物。均匀分布的富含泥质的碳酸盐沉积物, 在成岩过程中经过化学分异作用, 使Ca2+重新聚集在一起形成大小不一的瘤体, 所以随着CaO的含量增多, 瘤个体相应增大(王能盛, 2016)。含钒镍泥岩为黑色厚层状, 发育草莓状或脉状的黄铁矿脉, 底界平直, 发育水平层理。含海绿石砂岩位于第37层, 主要以石英为主, 具有二元结构, 稍大的石英颗粒磨圆更好, 其次为海绿石, 翠绿色的海绿石磨圆一般, 略为“ V” 字形, 而“ V” 字形裂痕的出现被认为是原地海绿石可靠的证据, 它们会随着长距离搬运而消失或破裂, 另外根据颜色大致推断为成熟的海绿石(张琴等, 2016)。前寒武纪90%以上的海绿石集中分布于具较高沉积速率的潮间带至浅潮下带环境, 而显生宙70%以上的海绿石则集中分布于具较低沉积速率的中陆棚至上斜坡较深水环境(梅冥相等, 2008; 汤冬杰等, 2016), 而根据岩性、沉积构造及粒度分析认为其沉积环境为潮间带。
台子组的沉积构造以水平层理为主, 条带状构造发育, 主要有块状层理、水平层理、平行层理、粒序层理, 局部发育透镜体, 偶见波状层理、流痕构造和瘤状构造(图 6, 图7)。
块状层理: 是一种不显示任何纹层构造的层理。台子组的块状层理的特点是外貌大致均匀, 组分和结构无分异现象, 在潮坪中的浅潮下带的中— 细粒石英砂岩和潟湖中的潮下带的泥岩一般具此构造, 前者反映较强的水动力条件, 后者反映较弱的水动力条件, 其主要发育在台子组三段, 偶见于四段(图 7-a)。
水平层理: 是沉积物从悬浮状或从溶液中沉淀而成, 台子组的水平层理多发育在细粒的沉积物或泥质物中, 代表了水动力较弱的环境, 出现于潟湖的潮间带和潮坪的潮间带向潮下带过渡地带, 其主要发育于台子组的四段和五段, 在四段主要表现为和平行层理的互层(图 7-b)。
平行层理: 台子组的平行层理是在稍强的水动力条件下纹层状砂或砂屑、粉砂或粉屑沉积物中形成, 在潮坪的潮间带、深潮下带和滨岸的海岸沙丘中最明显, 其在台子组各处都较为发育(图 7-c)。
粒序层理: 台子组的粒序层理中, 底部常有冲刷面, 内部除了粒度渐变外, 不具有任何纹层, 岩性一般为粉砂岩, 反映一种水动力弱的条件, 常见于潟湖。粒序层理主要发育在台子组三段(图 7-d)。
波状层理:在水流或波浪作用强弱交替的情况下形成, 台子组的波状层理主要为砂、泥交互的层理, 见于潮坪的潮间带和潮下带中, 主要发育在台子组三段和四段, 表现为和水平层理、平行层理互层, 以及附存于块状层理中(图 7-e)。
流痕构造: 是在水位降低、沉积物即将露出水面时, 薄水层在沉积物表面上流动形成的侵蚀痕。潮坪上形成的流痕, 主要与退潮流有关, 海滩上形成的流痕, 主要与回流有关。台子组的流痕构造呈较为疏松的梳状, 反映一种水动力由弱变强的条件, 出现于潮坪的潮间带, 岩性多为细— 粉砂岩, 仅见于台子组四段第37层(图 7-f)。
瘤状构造: 瘤水平成层分布, 以椭圆状为主, 成因不同, 所指示的环境不同, 本研究区见于碳酸盐岩缓坡台地潮间带的粉晶白云岩中, 仅发育于台子组二段顶部的第17层至第19层(图 6-a, 6-b)。
通过野外和镜下观察可知, 台子组主要由碎屑岩组成, 其中石英砂岩占很大比例。利用偏光显微镜对其中的石英砂岩进行了进一步观察和统计, 用2种方法分析碎屑岩沉积环境。
1)测定砂屑岩结构成熟度的方法是在显微薄片粒度分析基础上提出的, 其中包括了成熟度、分选性、颗粒圆度和岩石的杂基含量等多种因素, 综合结构系数T(相关参数见表 3)可按下式求得(宋天锐, 1979):
其中
2)萨胡(冯增昭, 2013)应用数学判别(相关参数见表 3)分析了包括河流、浅海、海滩等沉积环境, 也是在粒度分析的基础上提出, 包括了平均粒径、标准偏差、偏度值和峰度, 相关公式有:
Y海滩: 浅海=15.6543Mz+65.7091σ 12+18.1071SK1+18.5043KG;
Y浅海: 河流(三角洲)=0.2852Mz-8.7604σ 12-4.8932 SK1+0.0482KG。
本研究共统计39件薄片(样品号后2位数字编号即代表取样层位), 获得39组粒度数据(表 3), 并绘制出粒度概率累积曲线(图 8-a至8-p)和C-M图(图 8-q), 其结果表明:
a)台子组砂岩平均粒径(Mz)为1.15~3.18, 属中砂至细砂级; 标准偏差(σ 1)为0.44~0.92, 分选中等; 17组数据为正偏态, 21组数据为负偏态, 说明沉积组分有粗有细, 属于高频韵律沉积; 峰度(KG)为0.69~1.2, 属平坦至中等峰态。萨胡判别公式Y浅海: 河流(三角洲)=(-6.73~-0.87), 大于-7.4190, 属于海相沉积(朱筱敏, 2008); Y海滩: 浅海=(59.58~109.92), 平均值为81.82, 接近浅海的函数平均值, 多属于海相沉积。综合以上各参数表明, 台子组砂岩形成于浅海沉积。
b)粒度概率累积曲线主要以跳跃总体为主, 表现为双粒径, 其形成机制应该是随着海平面频发升降变化, 砂坝位置迁移, 原生砂坝和次生砂坝在此机制下形成(乔秀夫等, 1996)。粒度概率累积曲线多为三段式的曲线, 最大粒径可达 1.3mm, 大部分粒级在0.3~0.1mm之间, 为中— 细砂岩, 磨圆好, 分选中等— 好, 孔隙式胶结为主, 局部接触胶结— 镶嵌式胶结, 胶结物中泥质较少、纯净, 又发育自生海绿石, 更符合滨岸砂的特征(图 7)(彭冰霞和杜远生, 2002; 朱筱敏, 2008)。
c)三段式曲线由1个悬浮总体和2个跳跃总体构成, 中部线段具有较高含量、斜率高(50° ~60° )、颗粒粗(约0.5~3.75iϕ )、粒度区间窄(1~4iϕ )的砂岩结构特征特点, 符合潮坪相的砂岩沉积特征(彭冰霞和杜远生, 2002; 朱筱敏, 2008)。
d)综合结构系数T介于1~40之间, 为海滩的后滨或潮间带的泥质潮坪沉积环境; 介于40~100之间, 所指示环境为潮间带的砂质潮坪和潮沟; 大于100时多为砂坝沉积(冯增昭, 2013)。台子组碎屑岩的综合结构系数T集中在40~100之间, 最高可达385, 说明台子组多为潮坪沉积环境, 正是砂坝环境造就了在所有沉积环境中T最高的砂岩(宋天锐, 1991)。
e)根据C-M图判断台子组为牵引流沉积, 其中散点集中在 NO段, 表示基本由跳跃颗粒组成, 常构成砂坝堆积物; 在动荡的环境中, 细的悬浮物质不沉积, 因此粗颗粒不能被埋藏, 跳跃颗粒可以搬运很长距离后再沉积, 所以在砂坝沉积物中跳跃组分很多, NO段下部也分布着少量散点, 符合高能潮坪沉积物的C-M图特征(朱筱敏, 2008)。
上述特征说明, 台子组主体为滨岸潮坪沉积, 其滨岸向岸方向发育潟湖, 随着海平面的升降及季节性洪流的注入, 周期性沉积砂、泥及碎屑流。当海平面下降、水体能量较强时, 以潮坪沉积为主体, 当海平面上升、沉积水体变深时, 发育半闭塞的潟湖泥岩, 当出现季节性洪流时, 洪水不仅携带大量岸边的泥砂物质, 而且冲击砂坝, 将其中的石英砂卷入其中, 并使未固结的泥岩成撕裂状, 高密度流携带的石英砂砾在底床上划过, 甚至因此而留下了流痕构造。
通过以上分析, 台子组的沉积有以下几方面的特点:
1)台子组台子组以碎屑岩沉积为主, 其中石英砂岩主要为滨岸或浅海相砂岩, 粉砂岩和泥岩颜色深, 碳质、钒、黄铁矿和钡等成分和化学元素含量高(李铨和冷坚, 1987), 反映了沉积时期闭塞的水体环境。仅在底部发育锥状叠层石白云岩, 为碳酸盐岩缓坡台地沉积, 少量瘤状灰岩为潮间带沉积。
2)微观特征显示, 绝大多数砂岩磨圆好、分选中等到好, 成分成熟度高, 同时常发现海绿石, 胶结物含量低, 填隙物以泥质、硅质或凝灰质为主, 萨胡判别法也表明其为海滩或浅海相砂岩。
3)进一步的粒度分析表明, 台子组砂岩主要由中砂岩和细砂岩组成, 虽然粒度概率曲线有一段式、二段式、三段式甚至四段式, 但缺乏滚动组分, 主要是跳跃组分, 这说明台子组砂岩沉积于动荡的高能环境, 以潮坪为主。
4)台子组的沉积特征总体表现为水动力能量较强的海滩或潮坪及碳酸盐岩台地环境, 缺乏深海及浊流沉积的典型标志, 非深海、更非浊流沉积。
5)从台子组沉积相的变化来看, 台子组沉积时期海平面变化较活跃。
研究区从沉积物叠加序列来看, 岩性变化为粗— 细— 粗— 细的旋回, 而沉积环境则体现为从滨岸— 碳酸盐岩缓坡台地— 潟湖— 碎屑潮坪— 潟湖的环境演变过程。具体沉积相分析描述如下(表 4, 图 2)。
1)滨岸相: 滨岸相中海岸沙丘亚相包括包括海岸沙丘微相和海滩沙脊微相, 其中海岸沙丘微相发育细— 中粒砂岩, 成熟度高, 具平行层理; 海滩沙脊微相常由较粗的砂、砾石组成, 底部具平行层理。台子组一段主要由砂砾岩和中砂岩组成, 成分主要有成熟度高的石英, 其次为黏土岩, 发育平行层理, 其沉积特点符合海岸沙丘微相特征。
2)碳酸盐岩缓坡台地相: 包括潮间带和潮下带。潮间带以灰色和浅灰色薄层状瘤状灰岩为主, 镜下为粉晶白云岩、泥晶白云岩, 基质的泥质含量高, 瘤体为纯净的粉晶白云岩, 发育于台子组顶部第17层至第19层; 发育于台子组二段中部的潮下带以肉红色和浅灰色细— 粉晶白云岩为主, 具块状构造, 发育锥柱状叠层石和硅质结核。
3)碎屑潮坪相: 包括潮间带和潮下带(朱筱敏, 2008)。潮间带: 包括砂坪、混合坪和泥坪。砂坪是台子组重要的潮坪微相类型, 在潮间带的低潮线附近, 能量高, 以分选、磨圆较好的强砂岩为主。混合坪, 分布于低潮线和高潮线的过渡地带, 以发育细砂岩与粉砂质泥岩为特征, 多具脉状、波状和透镜状层理(图 9-a), 是由涨落潮时形成的砂波与平潮期的泥质沉积组合而成, 也见缓波状层理和平行层理, 同时可见水道冲刷、泥质碎片和簸选的砂质透镜体等暴露沉积交替出现。泥坪位于潮间带的高潮线附近, 是一个低能环境, 因而主要沉积了泥岩或粉砂质泥岩, 沉积构造多具水平纹层或水平波状纹层, 主要发育于台子组四段, 表现为与潮下带的互层, 反映水动力强弱交替变化, 另一方面也表现为海平面升价变化。
潮下带: 台子组四段主要为潮下带砂坝沉积, 在台子组浅潮下带(图 9-b), 沿低能海岸区, 砂坝发育于低潮线附近, 以分选中等、磨圆好的石英中— 细砂岩为主, 且砂岩多为二元结构(双峰态)(图 5-b)至三元结构(三峰态), 沉积构造主要为块状构造, 交错层理不发育。在台子组较深的潮下带, 则发育具水平层理、分选较好、磨圆中等的粉砂岩和细砂岩, 部分细砂岩为二元结构(双峰态)。
4)潟湖相: 发育于台子组五段的上部和下部的潟湖相以泥岩、粉砂质泥岩和细砂质泥岩为主, 发育水平层理和平行层理, 若有波浪作用, 可发育缓波状层理和水平微波状层理; 台子组三段及五段中部的潟湖相(图 9-c)发育块状结构、纹层状结构、粒序层理、水平层理和平行层理的泥岩和粉砂质泥岩, 也见碳质泥岩和粉砂质泥岩及条带状黄铁矿, 反映还原环境特征, 有利于原始有机质的富集和保存, 另外, 也见化学岩, 如发育水平层理的含钒镍泥岩等。
湖北省区域地质调查队(1974)与李铨和冷坚(1987)认为台子组是以碳酸盐岩台地相结束, (王能盛, 2016)将台子组划分为碳酸盐岩台地相, 刘成新等(2004)认为台子组是一套山前崩塌— 复理石沉积(与前陆盆地特征相近), 作者仅在神农顶剖面台子组底部发现少量碳酸盐岩, 其余均为碎屑岩。根据岩性及沉积构造组合, 认为台子组主要为潮坪相及潟湖相。通过沉积学分析, 认为神农顶台子组为海相沉积, 垂向上发育滨岸— 碳酸盐岩缓坡台地— 潟湖— 潮坪— 潟湖沉积环境。其中滨岸— 碳酸盐岩缓坡台地— 潟湖构成一个快速退积结构, 属于海侵体系域, 潟湖— 潮坪— 潟湖为一个完整旋回, 从进积海退体系域转变为退积海侵体系域。
台子组底部滨岸相包括海岸沙丘亚相; 下部碳酸盐岩缓坡台地相包括潮间带和潮下带亚相; 中部为潟湖相, 上部潮坪相发育潮间带和潮下带亚相, 其中潮间带包括泥坪、混合坪和砂坪; 顶部发育潟湖相。具体沉积模式如图 10。 Ⅰ 期反映的是海侵过程, 海岸沙丘上的分选好磨圆一般的砂砾岩沉积下来, 随着海平面上升, 碳酸盐开始沉积, 形成位于潮间带下部和浅潮下带的锥— 柱状叠层石和富含泥质的碳酸盐沉积物, 在成岩过程中经过化学分异作用, 使Ca2+重新聚集在一起形成大小不一的瘤体, 形成瘤状灰岩, 其地化数据也指示为亲陆源的氧化环境, 此后发育层理细而平直、具纹层状构造的泥岩、粉砂质泥岩, 发育于半封闭还原条件下的静水潟湖环境。Ⅱ 期由于海平面的高频升降, 砂坝发生迁移, 向岸一方由潮汐控制碎屑物沉积, 向海一方由波浪控制碎屑物沉积。Ⅲ 期海平面上升, 砂坝向岸迁移, 细粒沉积物先沉淀下来, 形成具水平层理和纹层状构造的泥岩、粉砂质泥岩和具脉状、波状、透镜状层理的细砂岩和粉砂质泥岩, 偶见冲刷面和簸选的砂质透镜体等暴露与沉积交替出现的标志, 属于潮间带的泥坪和混合坪环境产物。Ⅳ 期随着海平面下降, 粗粒物质被搬运至远处并沉积下来, 形成次生障壁砂坝, 双粒径的石英砂岩也由此形成, 它们以发育具平行层理和块状层理的粒度结构系数较高的纯净石英中— 细砂岩为特征, 同时偶见缓波状层理, 形成于浅潮下带环境。Ⅴ 期海平面上升, 在原生障壁砂坝和次生障壁砂坝之间形成潟湖, 潮间带以具水平层理粉砂质泥岩和细砂质泥岩为主, 发育水平层理, 也见因波浪作用而发育的缓波状和水平微波状层理, 潮下带发育块状层理、水平层理的碳质泥岩和粉砂质泥岩, 见条带状黄铁矿和含钒镍泥岩等, 发育水平层理, 地化数据指示其发育于贫氧且强分层的闭塞还原环境。台子组一段至三段表现为Ⅰ 期, Ⅱ 期为过渡, 四段表现为Ⅲ 期— Ⅳ 期的高频变化, 五段表现为Ⅴ 期, 由早到晚, 台子组经历了海侵— 海退— 海侵的沉积旋回。
1)扬子克拉通北缘湖北神农架地区神农顶剖面中元古界神农架群台子组主要由多套发育平行层理、分选较好、磨圆好的灰绿色、浅灰色中— 细砂岩与发育透镜状层理、水平层理的深灰色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩互层组成。
2)神农顶台子组发生高频的水平面升降, 宏观表现为粒度的粗细变化、层系厚度变化、颜色深浅变化和高频的砂泥韵律, 微观表现为碎屑岩的双粒径及较高的成熟度。
3)神农顶台子组为一套浅海相沉积而非深海、更非浊流沉积, 垂向上发育滨岸— 碳酸盐岩缓坡台地— 潟湖— 碎屑潮坪— 潟湖等沉积环境, 为一个海侵— 海退— 海侵沉积序列。
致谢:研究同时得到中国地质科学院地质研究所耿元生研究员、湖北省地质调查院瞿乐生研究员、长江大学宋换新老师、唐勇老师和杨振瑞同学、中国矿业大学(北京)孙宇翔同学的热心指导和帮助,在此一并表示衷心感谢。
作者声明没有竞争性利益冲突.