云台山中元古界云梦山组红色砂岩特征及其环境意义
郑德顺;郑伟;王娟;吴林;任振华;苏振宽;蒙发强;王艳伟;阎纪伟
【摘 要】云梦山组红色石英砂岩形成的峡谷地貌是河南省云台山世界地质公园的主要景观之一．以云台山地区云梦山组红色石英砂岩为研究对象，从宏观和微观角度对石英砂岩的沉积特征及沉积环境进行分析，并利用扫描电子显微镜和能谱仪对云梦山组中上部的暗紫色和肉红色石英砂岩进行了元素成分分析，在此基础上探讨了其揭示的环境意义．研究结果表明，云梦山组石英砂岩形成于滨海海滩-潮坪环境，具有较高的成分和结构成熟度，暗紫色石英砂岩胶结物中Fe元素的含量明显高于肉红色石英砂岩中的含量，该现象是岩石圈-水圈-大气圈-生物圈共同作用的结果．该研究对于云梦山组沉积时期的环境分析具有重要意义．%Gorge topography constituted of the red sandstone of Yunmengshan Formation of Mesoproterozoic is one of main landscapes in the Yuntai Mount World Geopark. Taken the red sandstone as the object, its dimentary characteristic and environment are analyzed from the macro and micro viewpoints and the elemental compositions of dark purple and yellowish pink sandstone in the middle and upper Yunmengshan Formation are tested usin
g SEM and EDS. Bad on the above, the environment revealed by the sandstone is discusd in this paper. The result shows that the quartz sandstone of Yunmengshan Formation forms in the beach and tidal flat dimentary environments and has a high compositional and textural maturity. The weight percent of element Fe in the cement of dark purple sandstone is obviously higher than that in the yellowish pink one, which is the effect acted together by lithosphere, hydrosphere, atmosphere and biosphere. This result has the important significance to study on the environmental characteristic in the Yunmengshan Formation stage.
大染缸
【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(030)005
【总页数】5页(P534-538)一切从心开始
【关键词】沉积特征;红色砂岩;云梦山组;云台山
【作 者】郑德顺;郑伟;王娟;吴林;任振华;苏振宽;蒙发强;王艳伟;阎纪伟
檀州
【作者单位】河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000
傅苹
【正文语种】中 文
【中图分类】P512.2
0 引 言
云台山是首批世界地质公园之一，位于河南省焦作市境内北部太行山末端，为近南北向裂谷带与近东西向构造转换带的交汇部位．云台山峡谷地貌景观主要形成于新近纪以来的新构造运动期间，出露地层主要为中元古界云梦山组和古生界寒武系-奥陶系[1]，其中中元古界云梦山组红色石英砂岩构成了地质公园内红石峡的主要景观[2]．本文通过对云梦山组红色石英砂岩的宏观及微观岩石学特征的描述，对暗紫色石英砂岩和肉红色石英砂岩中铁质含量进行分析，进而分析该区中元古代沉积环境特征及古环境演变之间的关系．
1 云梦山组
中元古界云梦山组(Pt2y)属于汝阳群，1952年由韩影山、黎盛斯、阎廉泉等人命名，命名剖面位于河南汝阳县武湾云梦山．该组地层在河南省境内分布广泛，在渑池-确山、太行山和嵩箕地层区内均有分布．在区域上，云梦山组厚度变化较大，渑池北部厚达825.8 m，济源北西部和嵩山地区该组厚度较薄，局部为90 m左右[3]．在研究区，该组厚度为105 m左右[4]．云梦山组在云台山地区下伏地层为太古宇登封群安山玢岩，上覆地层为汝阳群白草坪组暗紫色页岩．云梦山组底部局部见底砾岩，厚度变化较大，从零至数十米．砾石多为脉石英、石英岩、片岩及片麻岩，砾石磨圆度和成熟度较好．中上部以暗紫色石英砂岩为主，夹浅肉红色、肉红色石英砂岩及少量的长石石英砂岩[1]．云梦山组沉积环境由下部的潮坪环境逐渐过渡到上部的海滩环境．下部的潮汐沉积主要发生在面临广海的宽阔滨海环境，上部的石英砂岩成分和结构成熟度较高，发育多种层理与波痕，如水平层理、波状层理、楔状层理、羽状交错层理、不对称波痕、对称波痕及泥裂、雨痕等暴露构造，属海滩到潮坪的混合沉积[4-5]．
2 岩石学特征
云梦山组中上部暗紫色石英砂岩间夹肉红色石英砂岩薄层，局部为两者呈不等厚薄互层，如图1所示．石英砂岩呈现的暗紫色与肉红色相间的特征在豫西地区云梦山组中上部稳定存在，在云梦山组较厚的辉县和林州等地特征也很明显[1]．
图2为云梦山组暗紫色石英砂岩光学显微镜下照片，经肉眼和微观鉴定，岩石类型为中细粒石英砂岩，石英颗粒含量高达90%以上，颗粒分选中等-较好，最大粒径0.3 mm，最小粒径0.15 mm，颗粒的磨圆度较好，为次圆状-圆状，石英砂岩质较纯，填隙物含量少，属于颗粒支撑接触式胶结类型，颗粒之间呈点-线式接触，具有孔隙大、吼道细的孔隙结构特征，胶结物为硅质和铁质，在镜下可见石英次生加大边和颗粒边缘的铁质包壳，其中铁质胶结物是砂岩呈现红色的主要原因之一．这种具有较高成分和结构成熟度的石英砂岩是水流及波浪对沉积物反复冲刷淘洗的产物．
利用JSM-6910型扫描电子显微镜对石英砂岩进行观察，暗紫色石英砂岩与肉红色石英砂岩差别不明显，石英颗粒呈不规则状，填隙物为颗粒状分布于石英颗粒表面之上，具体分布如图3所示，其中样品点A为肉红色石央砂岩石英颗粒；样品点B为肉红色石英砂岩胶结物；样品点C为暗紫色石英砂岩石英颗粒；样品点D为暗紫色石英砂岩胶结物。
3 能谱特征分析
细胞博士利用Inca Energy 350能谱仪分别对暗紫色石英砂岩与肉红色石英砂岩中石英颗粒与颗粒之间胶结物进行元素组成成分分析，分析结果分别见表1和图4，暗紫色与肉红色石英砂岩石英颗粒以Si和O两种元素为主，主要为较纯净的石英颗粒，两者元素质量分数差别不大，结果如图4(1)、(2)所示，部分元素受颗粒表面胶结物成分影响；而胶结物中主要含O，Si，Al，Fe，K等5种元素，主要由黏土矿物及Fe的氧化物组成，肉红色石英砂岩胶结物中K和Al元素含量较多，说明黏土矿物含量较多，而Fe元素含量较少，说明Fe的氧化物含量较少；而暗紫色石英砂岩胶结物中K，Al元素含量较少，说明黏土矿物含量相对较少，但Fe元素的含量比肉红色石英砂岩胶结物中的Fe元素含量高2倍多．暗紫色石英砂岩胶结物中Fe的氧化物含量较多，这也是云梦山组中上部石英砂岩呈现出不同颜色条带的主要原因．
表1 石英砂岩中石英颗粒与胶结物元素质量分数Tab.1 Element weight percent of quartz grain and cement样品点wOwSiwAlwFewCawSwkA44.7447.682.752.850.930.450.60C39.7856.670.292.310.640.310B11.9218.9515.3725.890027.87D20.3914.019.6952.460.1803.27
4 环境意义
4.1 构造-沉积演化
中元古代时期，云台山所在的豫西地区大地构造位置位于中朝准地台西南边缘，主要经历了熊耳山断陷槽盆阶段-王屋山造山期槽盆关闭阶段-中元古代稳定升降期浅海海盆阶段．熊耳山群时期，地幔活动仍然较为剧烈，在该地区发生强烈的火山活动，形成了海拔4 000多m的以火山岩或火山碎屑岩为主的熊耳山群[3]；伴随着槽盆关闭，王屋山造山活动增加，该区火山活动减弱，受褶皱挤压作用形成局限浅海海盆，沉积形成了以海滩相和潮坪相为主的汝阳群．云梦山组底部局部砾岩的存在揭示了云台山地区在该时期靠近造山带和造山作用形成的粗碎屑物源，总体经历了水体浅-逐渐加深-变浅的过程．由于熊耳山群时期火山活动的影响，使得该海盆内铁质富集，在局部地区形成了豆鲕状赤铁矿层，铁质的富集为云梦山组整体岩性色调为红色奠定了物质基础．总体情况看来，该时期云台山地区沉积环境稳定，构造运动仅表现为幅度较小的地壳升降运动，沉积了岩性以暗紫色石英砂岩为主的一套地层．
4.2 生物-大气演化
地球早期的火山去气作用使得地球原始大气成分以CO2和气态水为主，含少量甲烷和氨气．太古代末期至元古代早期，随着全球火山作用的减弱及海洋中能够进行光合作用的包括蓝细菌在内的浮游疑源类和底栖微生物席等藻类的真核生物的增多[6]，大气成分逐渐出现游离氧气，但该时期由于产生氧气的量相对较少，氧气产生后迅速被海水中的物质吸收，如海洋中不溶的铜、铁及火山喷出物质．随着生物的富集，产氧量不断增加，使得部分没被消耗的氧气进入到大气圈中，大气中氧气的含量逐渐增加．红层沉积始见于中元古代初期，是还原水圈和还原大气圈向含氧水圈和含氧大气圈转化的标志[7]．
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