湖北秭归

湖北秭归兴滩二叠系沉积及演化特征

万秋;李双应;丁宁;孔为伦

【摘要】湖北省秭归兴滩地区,地层出露良好,特征明显,在前人研究的基础上,通过

野外剖面实测,运用沉积相分析,结合微相及古生物学研究,对湖北秭归兴滩地区的二

叠系进行了岩相及沉积划分,对沉积演化做了初步研究.岩相分析表明,研究区中一上

二叠统主要由生物碎屑颗粒灰岩、泥晶灰岩、砂屑灰岩、砾屑灰岩、硅质岩等组成.

沉积相分析表明,中一上二叠统主要为碳酸盐斜坡、台地沉积,其次为滨岸和盆地沉

积.中二叠世发育两个海进-海退旋回,分别为栖霞期和茅口期,晚二叠世吴家坪期主

要为开阔台地沉积,总体为2个半旋回.

【期刊名称】《安徽地质》

【年(卷),期】2011(021)001

【总页数】5页(P14-18)

【关键词】岩相分析;沉积相分析;沉积演化;碳酸盐岩;湖北秭归

【作者】万秋;李双应;丁宁;孔为伦

【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学

资源与环境工程学院,安徽,合肥,230009;安徽省地质调查院,安徽,合肥,230001;合肥

工业大学资源与环境工程学院,安徽,合肥,230009

【正文语种】中文

【中图分类】P531

湖北秭归兴滩二叠系剖面位于中扬子地块中部黄陵背斜西翼，地层出露良好，沉积

特征明显，生物化石丰富，岩相以碳酸盐岩为主，其次为硅质岩和碎屑岩。前人的

研究表明研究

区主要发育碳酸盐台地相沉积[1～4]，层序地层学研究将本区划分为1个半Ⅱ级层

序[2～5]。王小娟等[6]、王立亭等[7]认为研究区构造发展和沉积体系的形成，受

控于扬子地台的大地构造演化，二叠纪为稳定广泛的持续沉降阶段，沉积了大套碳

酸盐岩，并持续至晚二叠世。本文根据野外资料、岩相及沉积相的研究认为研究区

主要发育碳酸盐岩台地相及斜坡相沉积，其次为盆地相及滨岸相沉积，中二叠世发

育两个海进－海退旋回，分别为栖霞期和茅口期，晚二叠世吴家坪期主要为开阔台

地沉积，总体为2个半旋回。

研究区中－晚泥盆世接受滨岸碎屑相沉积，早二叠世末的云南运动使得本区下二叠

统缺失，栖霞组马鞍段不整合于石炭系黄龙组之上，自下而上可以分为栖霞组、茅

口组、吴家坪组，长兴组缺失，吴家坪组与下三叠统大冶组为假整合接触（图1）。

栖霞组厚156.8m，主要由生物碎屑灰岩、砾屑灰岩、含燧石结核及条带的灰岩及

砂屑灰岩组成，底部发育一套砾屑灰岩，向上渐变为中层状灰岩及生物碎屑灰岩，

夹砂屑灰岩，上部为砾屑灰岩与燧石条带灰岩的互层，含沥青质。生物化石主要有：

类：Nankinellasp.，des，erica，腕足类：Schuchertellasp.，

珊瑚：Yatngiaasiatica，ris，介形虫：Shleeshahouae，Ensis

polygonalis，metrica。

茅口组厚317.5m，可以分为三段。下部为灰黑色厚层状砾屑灰岩，有沥青气味，

夹少量硅质岩，含腕足类：Neoplicatiferahuangi，Tyoplectanankingensisi，

Spirigerella，类：Verbeekinagrabaui，Schwagerinahenbesti，珊瑚：

toma，Paracaniniaminor等。中部由生物碎屑灰岩及含燧石条带灰岩

组成，上部由硅质岩、含燧石条带灰岩及团块状灰岩组成，生物化石包括腕足类：

Spirigerella，类：Schwagerinahenbesti。

吴家坪组由深灰色厚层状到块状含燧石结核条带状生物碎屑灰岩（图2E）、生物

碎屑灰岩，层厚75～95cm，层面起伏不平，燧石呈不规则的条带、薄层以及团

块。生物化石由腕足类有孔虫组成，含类Gallowiinellasp.，

Waagenophyllum，Spinomarginifera，腕足类：Hemiptychinasp.，D.

sinoindicus，Leptodussp.。

2.1生物碎屑颗粒灰岩

生物碎屑颗粒灰岩是分布最广，也是最多的岩相，颜色呈灰色、灰黑色，生物碎屑

含量变化于40%～90%，种类繁多，主要有腕足类、珊瑚类、藻类、腹足类、介

形虫等，见完整形体或碎片，基质多为泥晶或亮晶方解石，除生物化石外，岩石中

还可见少量球粒，颗粒之间主要由灰泥充填，含有泥质成分（图2A）。本剖面的

生物碎屑灰岩主要形成于两种环境，一种生物碎屑破碎强烈，碎片无定向性，生物

碎屑含量小于60%，基质为泥晶，生物碎屑多为亮晶充填，有泥晶化作用，孔隙

不发育，形成于开阔台地环境；另一种生物碎屑含量较多，含量约为80%，破碎

发育，裂隙发育，裂隙为有机质和泥质充填，生物碎片呈定向排列，胶结物为泥晶

及有机质（图2H），形成于碳酸盐岩斜坡环境。

2.2砂屑灰岩

灰色，深灰色，成分以粉晶方解石和亮晶方解石为主，粒度约为0.05～0.1mm，

有微亮晶化作用，在栖霞和茅口组中广泛分布（图2G）。在镜下多为灰黑色，似

流动状，方解石定向排列，含有少量泥质成分，生物碎屑含量20%～40%，化石

碎片主要有腕足类、有孔虫、珊瑚、腹足类、介形虫、深水有孔虫等，粒径0.2～

0.4mm，颗粒分选中等，破碎强烈（图2F）。砂屑灰岩分为两类：一类为成层的

砂屑灰岩，生物碎屑中以浅水藻酒类营销 类、腕足类、菊石为主，主要呈中厚层状，层面较

水平，另外一类发育于砾屑灰岩中，为灰岩砾石的胶结物，呈流动状分布于灰岩砾

石周围，主要为泥晶粉屑灰岩，广泛发育于栖霞组中，沉积环境为缓坡相。

2.3泥晶灰岩

由0.001～0.005mm的灰泥组成，仅含少量异化粒，小于10%，它在结构上相当

于陆源粘土岩，重结晶作用发育，常重结晶为微晶－微亮晶灰岩，形成于低能环境

（图2F），常见于两种环境中，浅水区的泻湖、潮上带及浪基面以下的深水区。

浅水区的泥晶灰岩常呈中－厚层状，含较多的有机质而呈深灰色，无层理构造，含

少量生物碎屑，主要为腕足类和藻类；深水区的泥晶灰岩因为含较多泥质呈浅黄色、

浅棕色，薄层状，含少量钙质海绵及浮游类生物碎屑。本剖面发育的泥晶灰岩重要

分布于栖霞组和茅口组中，深灰色，薄－中层状，为碳酸盐岩缓坡相沉积。

2.4砾屑灰岩

研究区发育的砾屑灰岩有两种，一类砾屑灰岩由乱的浅灰色砾石灰岩和黑灰色的基

质组成，基质＜5%，偶夹燧石结核，化石多且分布广泛，生物化石主要有藻类、

棘皮类，单层厚50、109cm，砾石大小8～30cm，砾石分选不好，磨圆不好，

大多成半棱角状，胶结物为灰泥和砂屑灰岩，充填于颗粒之间，以灰岩砾石的杂乱

堆积和充填于其中的灰色砂屑灰岩为特征，称为碎块状灰岩（图2C），广泛分布

在栖霞组和茅口组中，台地边缘沉积。

第二类砾屑灰岩呈浅灰色透镜状，偶夹燧石结核，大多顺层排列,单层厚35～

79cm，砾石分选中等，磨圆不好到中等，形状为次圆状至次棱角状，大小不一，

粒径10～32cm，胶结物为灰泥和砂屑灰岩，含有较多的暗色胶结物，主要为钙

质砂屑灰岩或灰泥灰岩，层面

起伏不平，砾石主要是灰色生物碎屑灰岩，含钙藻类、腹足类、棘皮类等生物化石

（图2D）。关于砾屑灰岩的成因，争论颇多，主要有两种观点，一种认为是先期

的沉积差异，后期差异压实形成的[1]，主要形成于浅海台地，另外一种观点认为

等深流沉积作用在碳酸盐缓坡下部形成，为深水相沉积[8-9]。本文认为砾屑灰岩

为外缓坡相沉积，首先从形态上看，灰岩砾石具有一定磨圆，而成岩压实作用往往

没有磨圆，其次，灰岩砾石中的生物碎屑化石往往较完整且颗粒较大，而胶结物中

生物化石破碎较强烈且化石个体较小，形成于较深水环境。

2.5硅质岩

黑色或灰黑色，呈层状分布，或者为条带和结核状，单层厚度一般小于10cm，

少数可达15cm，可以分为两类。一类为条带状和结核状，燧石结核形态不规则，

一般小于10cm，燧石团块较大，可达20cm，交代作用明显，产藻类、腕足类等

化石，是大规模海进和上升流形成的浅海缺氧环境的产物[10]，在剖面中分布广泛

（图2D），与灰岩形成互层或夹于灰岩之中，形成于开阔台地和斜坡环境；另一

类为薄层状硅质岩，层厚5～10cm，硅质岩的层面平整，水平层理和水平纹层发

育，主要发育在茅口组中部，为盆地相沉积。

2.6海相陆源碎屑岩

本区的碎屑岩发育较少，主要为泥质粉砂岩和炭质页岩夹煤层、钙质页岩，分布在

栖霞组马鞍段中。泥质粉砂岩呈深灰色，表面有砂质感，层面连续，厚度为薄－中

层状，未见生物化石碎屑，薄片下为深褐色、黑褐色，含有大量的泥质和铁质成分，

风化较强烈，产高岭石，碎屑物质主要为硅质。碳质页岩呈灰黑色或黑色，薄层状，

夹有煤层，生物化石以菊石类为主。梁山组上与栖霞组灰岩段呈整合接触，为滨浅

海低能环境沉积。

本文在前人研究的基础上，根据野外测量、岩相及沉积微相标志的综合分析，认为

二叠纪中期发育碳酸盐岩缓坡沉积，晚期主要发育碳酸盐岩开阔台地沉积（图3）。

3.1碳酸盐岩台地沉积

本剖面的台地沉积相可进一步分为开阔台地、台地边缘相2种类型，开阔台地相

主要发育在茅口组中、上部及吴家坪组，台地边缘相主要发育在茅口组中部及栖霞

组上部。

开阔台地相水深从几米到几十米，宽度较大，岩性主要由浅灰色、灰色中—厚层

状泥晶灰岩、生物碎屑颗粒灰岩组成，生物碎屑以有孔虫、双壳类和藻类为主，发

育在茅口组中、上部及吴家坪组中。茅口组中、上部主要为灰色厚层含燧石结核灰

岩、生物碎屑灰岩组成，岩性和厚度均较稳定，岩层较水平。吴家坪组为中－厚层

状生物碎屑颗粒灰岩，含燧石结核及条带，化石分选不好，颗粒大小不一，大的约

有1mm，泥晶含量较多，生物碎屑以藻类、双壳类、为主，少见苔藓虫。

台地边缘相在正常浪基面以上并且在透光层之内，能量较高，颗粒分选较好，研究

区主要发育台地边缘滩，主要分布在栖霞组上部及茅口组中部，由生物碎屑灰岩、

碎块状灰岩组成。

3.2碳酸盐岩缓坡沉积

缓坡最初由Ahr提出，其原定义为“浅水的、平缓的坡地（通常<1）上缺乏显著

的缓坡坡折，颗粒岩常分布于沿倾缓向上的部位，沿倾缓向下的部分可局部建隆，

缺乏生物礁，建隆也常常是断续的；下缓坡缺乏包含有浅水台地碎屑的重力流沉

积”。与缓坡相反，“陆架的外部边缘带具有一个坡度显著增加的缓坡，进入深水

区，陆架边缘上以砂屑灰岩、或连续分布的礁为主，缓坡带有丰富的重力流沉

积”[11]。

碳酸盐岩缓坡是一个发育在小角度倾缓海底上的沉积作用面。这些相带主要由水动

力条件（晴天浪基面和风暴浪基面）、缓坡地形的变化类型以及由风暴、波浪、潮

水所搬运的沉积物所决定。从浅水滨岸或泻湖到盆地底部的沉积缓坡具有没公里仅

几米的梯度，坡度通常小于1。近滨、激浪浅水区的碳酸盐岩逐渐从滨外逐渐变

化到深水区的低能量沉积，然后再过渡到盆地沉积。

研究区缓坡相主要由砾屑灰岩、砂屑灰岩、薄层硅质岩，其次是泥晶生物碎屑灰岩、

泥晶灰岩组成，主要分布在栖霞组及茅口组下、中部中，可以分为中缓坡相即外缓

坡相。中缓坡相主要由砾屑灰岩、砂屑和粉屑灰岩组成，砾石大小不一，杂基含量

少，主要中条山战役 为颗粒支撑，层间夹砂屑灰岩，层面起伏不平，夹硅质结核、团块和条带。

砾屑灰岩杂基中以及砂屑灰岩中的碎屑破碎强烈，长条状颗粒排列具有明显的优选

方位，反映了平行于缓坡牵引流的特征。外缓坡碳酸盐岩相也被称为深水缓坡，主

要由含泥晶粉屑灰岩、薄层硅质岩及碳质页岩等组成。泥晶粉屑灰岩中常常见到散

布的灰岩团块和硅质岩团块，与泥晶粉屑灰岩的接触界线清晰。

3.3海相陆牛顿第一定律公式 源碎屑岩沉积

陆源碎屑滨岸相处于海洋与陆地交汇处的海岸地带，位于正常浪基面以上至最高涨

潮线之间的滨海区，主要由海陆交互相的碳质页岩、砂岩及灰岩透镜体组成。本剖

面的栖霞组马鞍段由灰色粘土岩夹炭质页岩和劣质煤、深灰色页岩夹灰岩透镜体组

成，为前滨沉积。

研究区在经过广西运动后抬升为陆，直到晚泥盆世才接受五通组砂岩沉积，早石炭

世抬升为陆，早石炭世晚期接受泻湖－潮坪沉积[12]，晚石炭世－早二叠世，受拉

张作用影响，中国南方地区整体沉降，广泛发生海侵，沉积了台地相的碳酸盐岩。

石炭纪末－二叠纪初，受云南运动影响，沉积大被剥蚀，使得梁山组假整合与石炭

系黄龙组之上。

在经历了云南运动的抬升之后，海水从东南、东北方向侵入，研究区东侧的黄陵古

陆尚未完全夷平，沿古陆沉积了一套滨岸沼泽相的含煤碎屑岩，风化较强烈，而在

鄂东地区发育较薄。

栖霞期开始后，海侵加剧，陆地全部消失，形成碳酸盐岩沉积环境，研究区为台地

坳陷，受区域拉张和海侵的影响，台内坳陷加宽、加深，栖霞期的沉积序列为较深

水的碳酸盐岩缓坡－台地边缘沉积。栖霞组下部灰岩呈深灰色，富含有机质和燧石

结核，U/Th>1.29，V/V+Ni为0.52～0.9，为缺氧沉积环境[13]，反映了海平面

的变化和区域上的坳陷－裂谷作用，未发生明显的沉积分异，同时厌氧的沉积环境

与较高的生物生产速率有关[14]。

茅口期开始后，海平面上升，茅口早期为以生物碎屑灰岩和碎块状灰岩为特征的台

地边缘沉积，中期发育砾屑灰岩、少量硅质岩、微晶灰岩为特征的中缓坡沉积，总

体为碳酸盐岩缓坡沉积，晚期发育盆地及盆地边缘沉积沉积，岩相主要为硅质岩和

钙质页岩。茅口期中国南方进入强烈拉张期，基底活化，同沉积断层发育，出现台

－盆格局分异，研究区以新华断裂为界，在断裂以西的建始地区发育孤峰组硅质岩

的盆地沉积，研究区渐变为硅质、泥质碎屑岩－碳酸盐岩沉积较深水斜坡沉积，自

西向东灰岩分布增多，硅质岩分布较少。茅口晚期发生了东吴运动，研究区大范围

抬升，进入海退阶段，茅口组顶部沉积被剥蚀，茅口组和吴家坪组呈假整合接触。

吴家坪早期由于受东吴运动小时候的故事 影响，普遍抬升为陆，在经历了短暂的抬升后，扬子区

沉积了滨岸沼泽相的陆源碎屑，研究区碎屑岩段缺失，吴家坪组含燧石结核灰岩假

整合于茅口组上部生物碎屑灰岩之上。吴家坪中租凭合同 期为燧石结核灰岩－厚层砾屑灰岩

－灰色中厚层状灰岩沉积，沉积序列为开阔台地－台地边缘斜坡－开阔台地，总体

为开阔台地沉积，富含有孔虫生物碎屑化石，从研究区向西的建始－恩施地区，发

育硅质岩－泥灰岩为特征的台盆沉积，富含腕足类、菊石类化石。研究区长兴组缺

失，吴家坪组与下三叠统大冶组呈假整合接触。

（1）通过野外剖面测量和室内微相分析，二叠系主要由生物碎屑颗粒灰岩、泥晶

灰岩、砂屑灰岩、砾屑灰岩、硅质岩等组成，主要发育开阔台地相和碳酸盐岩缓坡

相沉积，其中，中二叠世主要发育碳酸盐岩缓坡相沉积，晚二叠世发育开阔台地相

沉积。

（2）碳酸盐岩缓坡沉积是二叠系重要的沉积，具体可分为中缓坡和外缓坡，主要

发育在栖霞组和茅口组，由砾屑灰岩、砂屑灰岩、硅质岩和深灰色泥、粉晶灰岩组

成，发育受盆地演化控制。

（3）从沉积演化上看，中二叠世发育两个海进－海退旋回，分别为栖霞期和茅口

期，晚二叠世吴家坪期主要为开阔台地沉积，总体为2个半旋回。在经历了云南

运动的抬升后沉积了栖霞组马鞍段的含煤碎屑岩，栖霞期主要为碳酸盐岩缓坡沉积，

栖霞晚期为台地边缘相沉积，茅口期发育与栖霞期同样的旋回，茅口中期，海侵达

到最大，为盆地及盆地边缘沉积，晚期发育开阔台地沉积，茅口末期的东吴运动使

得茅口组与吴家坪组呈假整合接触，吴家坪期为开阔台地沉积，一直持续到三叠纪。

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