贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组地层和沉积环境.pdf

地层学杂志1998年11月JOURNAL OF STRAT IGRAPHY第22卷第4期贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组地层和沉积环境周 传 明薛 耀 松张 俊 明(中国科学院南京地质古生物研究所江苏南京210008)瓮安磷矿当时位于川黔滇台地东南边缘,是我国晚震旦世陡山沱期主要的磷矿之一。该区陡山沱组含磷地层中发现大量低等蓝藻和真菌、红藻、大型球状绿藻、疑源类及可能的后生动物化石,引起国内外地质学家和古生物学家的关注,尤其是最近报道从该地层中发现具细胞结构的海绵和动物胚胎化石,震动了各国古生物学界。瓮安磷矿的陡山沱组不整合于南沱组或板溪群之上,为灯影组浅灰白色白云岩层整合覆盖,以中部的古喀斯特侵蚀面为界而分为下、上两个岩性段,构成下段的白云岩磷块岩白云岩序列和上段的磷块岩白云质生屑磷块岩磷质白云岩序列。化石产于陡山沱组上段。关 键 词陡山沱组,地层,沉积环境,震旦系,贵州中图法分类号P534.3原稿收到日期:1998202227;修改稿收到日期:1998203212,1998209214贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组含磷地层,因其产出大量的大型复杂疑源类(Yin&Xue,1993;袁训来等,1993)、多细胞后生植物化石(赵东旭,1986;陈孟莪等,1986;Zhang,1989、1992、1997;张昀等,1995;袁训来等,1995)和可疑的骨骼动物化石(薛耀松等,1992;L iGuoxianget al.,1997),一直是地质学家和古生物学家关注的地区。最近,美国 Science 杂志报道在瓮安磷矿陡山沱组地层中发现了具细胞结构的海绵动物及其幼体化石(L i C Wetal.,1998)。同时肖书海等在 N ature 杂志上报道在同一地区同一地层中发现了动物胚胎化石(Xiaoet al.,1998)。尽管对这些化石尚存在不同认识(薛耀松等,1995;尹磊明等,1978;图1瓮安磷矿交通位置图尹崇玉,1990;袁训来等,1995),但这些发现使贵州瓮安生物群继云南澄江生物群之后,成为国际瞩目的焦点。在许多关于瓮安磷矿古生物化石研究的文章中,作者对有关地层进行了描述,但一般过于简单,不能反映瓮安磷矿区陡山沱组地层的详细情况及其横向变化。本文较为详细地描述贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组地层,分析该时期的沉积环境,以便为进一步研究这一化石宝库提供背景资料。一、区域地质概况瓮安磷矿(瓮福磷矿)位于贵州省瓮安县、福泉县境内(图1),北起瓮安白岩,南至福泉高坪,南北长约20km。矿区位于川黔南北构造带的白岩高坪背斜上,背斜褶皱呈近南北向展布,其首尾由于受新华夏应力场的干扰和边界条件制约,发生偏转而呈“S”形。白岩高坪背斜由于小坝断裂的错切,被分成两段:北段即白岩背斜,南段即高坪背斜(图1)。从区域地质图中可以看出,此二背斜为同一背斜的两个次级褶曲,新桥一带是两背斜的鞍部。区域内出露的最老地层是前震旦系板溪群清水江组,分布于背斜核部。自核部向两侧依次出露震旦系、寒武系、二叠系及下三叠统地层,第四系零星分布。区域内缺失奥陶系、志留系、泥盆系和石炭系3。3贵州省地矿局115地质队,1985.矿区勘探报告二、瓮安磷矿区地质概况瓮安磷矿根据自然地理位置以及磷矿床的地质特征,分为两个矿区、九个矿段,即白岩矿区的玉华矿段、大塘矿段、王家院矿段、穿岩洞矿段和新桥矿段,高坪矿区的磨坊矿段、小坝矿段、英坪矿段和大寨矿段。该区的地层简述(由老至新)如下:板溪群清水江组岩相稳定,岩性简单。主要由一套浅变质的海相褐灰色、灰色中厚层状凝灰质砂岩与灰绿色薄层凝灰质粘土质粉砂岩及玻屑凝灰岩的互层组成,其中夹有不稳定的紫红色铁质海绿石、水云母粘土岩。化学分析显示其含有较高的SiO2、A l2O3及K2O。下震旦统莲沱组仅出露在瓮安朵丁一带,在横向上延伸不远即尖灭(秦守荣等,1984)。莲沱组与下伏板溪群呈角度不整合接触。岩性主要为灰色厚层至块状长石岩屑砂岩及含砾砂岩,粒度较粗。厚10m左右。下震旦统南沱组在瓮安磷矿区与下伏板溪群地层呈假整合或角度不整合接触。南沱组冰碛岩在该区无论是岩性还是岩层厚度均极不稳定,变化范围为014.7m。白岩背斜西翼王家院矿段基本上无南沱组分布。这种厚度的急剧变化可能与当时的古地貌性质有关。上震旦统陡山沱组(详见下节)上震旦统灯影组灯影组在本区可分为3段,岩相基本稳定,厚度有一定变化,为160307m。在大塘矿段,下段厚约40m,为浅灰白色中厚层状微晶白云岩,下部夹硅质条带,底部有一层硅化核形石白云岩,可作为全区对比标志。中段厚约25m,为灰色中厚层状白云岩、硅质白云岩,夹极不稳定的磷块岩透镜体。上段厚约217m左右,为浅灰色中厚层状微晶白云岩,具葡萄状构造,顶部夹不稳定的磷酸盐条带。灯影组与下伏陡山沱组整合接触,与上覆下寒武统牛蹄塘组呈假整合接触。三、瓮安磷矿区陡山沱组地层及对比本区陡山沱组与下伏南沱组或者板溪群为假整合接触,局部地段呈明显角度不整合接触。根据野外观察和室内研究,瓮安磷矿区陡山沱组以中间一明显沉积间断为界,分为上、下两段。大塘矿段中部陡山沱组岩性及化石情况如下:上覆地层:上震旦统灯影组白云岩整合陡山沱组上段(矿区称为B矿层)9034期周传明等:贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组地层和沉积环境14.灰白色含磷质碎屑白云岩0.4m13.硅质团块白云岩,可见磷质小团块、条带或条纹。肖书海等(1998)报道的动物胚胎化石(?)主要产于该层位7.0m12.灰色薄层磷质白云岩,夹磷质条带或条纹,上部夹硅质团块或条纹,含疑源类和其它藻类化石4.5m11.似层状硅质团块层,冲刷构造明显,含大量不规则角砾状磷块岩0.5m10.灰黑色白云质条带状磷块岩与磷质白云岩呈互层状产出,下部条带宽而密,往上逐渐窄而疏,含磷量逐渐降低。该层上部含丰富的球形疑源类及其它藻类化石,并发现骨骼动物化石4.5m9.灰白色白云质磷块岩,石英晶洞发育。含灰黑色磷块岩团块,夹数层含铁泥质硅质磷块岩(局部囊状)。含大量疑源类、球形绿藻和红藻化石以及可能的骨骼动物化石3.0m8.灰白色球粒状白云质磷块岩,含灰黑色磷块岩团块,夹数层灰黑色磷块岩或灰白色白云岩夹层。含大量疑源类、球形绿藻和红藻化石以及可疑的骨骼动物化石4.0m7.灰黑色薄至中厚层磷块岩、灰白色白云质磷块岩,含数层薄层状局部透镜状含铁泥质硅质磷块岩夹层。富含疑源类、红藻及绿藻化石。李家维等(1998)报道的海绵化石可能采于该层位2.0m陡山沱组下段(其中24层在矿区被称为A矿层)6.灰色(微红色)磷质白云岩,底部可见磷质揉皱层纹。中部夹4层含铁泥质硅质磷块岩。上部常分布似层状白色硅质团块。该层顶部有明显沉积间断,并可见古岩溶现象,黑色磷块岩(其中含定向沿层排列的硅质小团块)填积于凹凸不平的冲刷面上2.0m5.灰白色磷质条带(纹)白云岩,可见揉皱硅质条纹及少量硅质团块0.7m4.灰黄色磷块岩0.2m3.灰色薄板状粉砂泥质磷块岩,局部过渡为灰黑色磷块岩,可见分散状或层状黄铁矿6.0m2.褐灰色磷质条带白云岩与黑色泥质磷块岩互层3.0m1.灰白色、肉红色薄至中厚层状微晶白云岩。其底部常含下伏板溪群变质岩角砾(小高寨),中部夹有24层灰黑色或者黄绿色粘土岩层(北斗山、大塘),顶部白云岩有磷质砂屑的条纹,并且有明显的冲刷面。大塘矿段中部白云岩顶部发育竹叶状白云岩或者白云质磷块岩角砾;北斗山和大塘矿段北部,该层顶部则变为一套磷质白云质砾屑白云岩,砾石呈长条状、扁片状,定向性排列,充填于冲刷槽内,底部砾石排列紊乱8.0m假 整 合下伏地层:下震旦统南沱组冰碛岩本区陡山沱组在横向上变化很大(图2)。第24层(A矿层)由大塘矿段向北有明显变薄趋势,至王家院矿段北部和玉华矿段几乎完全消失;向南至磨坊矿段则相变为一套硅化白云岩,至拦马坳一带则完全硅化为白色硅质岩。陡山沱组上段底部(第7层)在大塘矿段北部为一套黑色碳质磷块岩,大塘矿段南部为灰黑色泥质条纹磷块岩;王家院矿段局部地区该层底部为核形石磷块岩或磷质核形石白云岩;磨坊矿段一带为具交错层理的砂砾屑磷块岩。玉华矿段、王家院矿段B矿层极不稳定,矿石质量差。玉华矿段南部、王家院矿段北部则无含矿层存在,完全相变为一套硅质白云岩、硅质岩。陡山沱期沉积物横向上的变化,反映了其沉积环境的差异。李家维等(1998)报道海绵化石产于陡山沱组下段A矿层顶部。但是根据我们的资料,该层从未发现过类似的化石,它们的层位似应在陡山沱组上段的底部(第7层)。013地层学杂志22卷图2瓮安磷矿区陡山沱组柱状对比图1.凝灰质砂岩夹凝灰质粘土质粉砂岩;2.变余砂岩;3.冰碛岩;4.白云岩;5.粘土岩;6.硅质白云岩;7.含磷白云岩;8.含砾白云岩;9.砂砾屑磷块岩;10.白云质砂屑磷块岩;11.白云质含疑源类藻屑磷块岩;12.硬底磷块岩;13.泥基或磷基砂屑磷块岩;14.揉皱磷质条带白云岩;15.风暴冲刷面;16.古侵蚀面;17.整合接触关系;18.假整合接触关系;19.角度不整合接触关系;20.灯影组;21.陡山沱组;22.南沱组;23.莲沱组;24.板溪群四、瓮安磷矿区陡山沱期沉积环境探讨1古地理背景南沱冰期之后,由于全球性海平面上升,在扬子区发生了晚震旦世的大海侵,陡山沱期沉积在南沱期古构造和古地理的基础上继承发展,扬子地区各台地格局基本形成(曹瑞骥等,1989;薛耀松等,1993)。陡山沱期扬子地区西部是一个广阔的台地川黔滇台地,台地上有若干小岛分布,周围分布滨海沙滩,台地东南部有遵义湾伸入。扬子区北缘为鄂西台地。川鄂海峡位于川黔滇台地与鄂西台地之间。秦岭海盆、青康藏海盆、湘桂海盆从北、西、南三面包围着扬子台地。2沉积环境探讨2.1南沱期环境背景南沱期黔中地区为陆上冰川冰水沉积区(曹瑞骥等,1989;蒲心纯等,1987),广泛沉积1134期周传明等:贵州瓮安磷矿上震旦统陡山沱组地层和沉积环境了冰碛泥砾岩层,部分地区有冰水河湖相砂泥岩层。瓮安磷矿大塘矿段南部,南沱组底部冰碛砾岩层之上,沉积一套灰黑色、黑色粉砂质泥岩,厚度达数米(图2)。向南至穿岩洞迅速消失,向北约600m,为冰碛砂泥砾岩所代替,甚至缺失南沱组沉积。可见当时该区地形高低变化很大,推测大塘地区为一小型冰水湖。2.2陡山沱期沉积环境瓮安磷矿位于陡山沱期川黔滇台地东南部边缘,属于台地型沉积区,其中含磷地层的旋回性明显,构成两个含磷沉积旋回:下部为白云岩磷块岩白云岩旋回,上部为磷块岩白云岩旋回。陡山沱早期下部沉积旋回下部为台地潮下带白云岩沉积,往上过渡为潮下高能或者潮间弱风浪带至强冲刷带沉积,发育风暴冲刷面,沉积了由白云质和磷质砾屑组成的竹叶状磷质白云岩。大塘矿段沉积了黔中地区唯一的下磷矿层(A矿层),岩层呈水平状或微波状层理,层纹状或囊状黄铁矿常见,显示沉积环境水体相对较深,水动力较弱。因此,在陡山沱早期海侵期间,大塘地区可能是一小型海湾,大致与南沱期冰水湖展布相吻合。往两侧水体逐渐变浅,高坪磨坊一带,A矿层相变为硅化藻层纹白云岩或硅质岩,瓮安磷矿向北至玉华矿段,A矿层变薄直至消失而相变为层纹状白云岩或硅化白云岩,显示为潮坪环境。大塘矿段北部A矿层上部含磷白云岩中可见层间滑动现象及滑动揉皱层理,滑动层之上发育不稳定的滑塌砾岩,说明该区可能发育小型斜坡。下部沉积旋回顶部存在明显的沉积间断面,古喀斯特现象发育,溶洞内填积碎屑磷块岩。瓮安大塘、高坪拦马坳、开阳等地都有这一侵蚀间断面存在,说明黔中地区在陡山沱中期曾经抬升而暴露出水面,遭受较长时间的侵蚀。第二沉积旋回主要产出碎屑磷块岩、藻磷块岩和硬底磷块岩,其中硬底构造、低角度交错层理、微型冲刷现象发育,显示出水动力相对较强,沉积速率较低的中高能潮下环境特点。由于陡山沱早期末,黔中地区普遍上升,遭受侵蚀,以致地形被逐渐夷平,至陡山沱晚期海侵时形成一个大的陆表海盆地。气候温暖,海水营养丰富,生物在此大量繁盛。这时,瓮安地区仍处于陆表海盆地中部,发育多种生物共生的生物群。开阳洋水地区以底栖蓝藻席发育为特征,指示近岸带沉积环境。福泉地区内碎屑磷块岩和红藻丘磷块岩发育,显示为搅动的潮下带沉积环境(薛耀松等,1996)。五、关于陡山沱组的年龄李家维等(1998)把瓮安磷矿陡山沱组的年龄推测为约580 M a,肖书海等(1998)把陡山沱组的年龄定在约570 M a,他们都是根据国外末元古纪冰期的年龄上推而得出的。这种确定年龄的方法有一定道理,但还没有为大家公认。在美国马塞诸塞州和加拿大纽芬兰地区,测得直接下伏在瓦兰格冰期沉积物之下的火山岩U2Pb年龄均为600 M a左右(Kaye&Zartman,1980;Kroughet al.,1988)。一般认为,全球性瓦兰格冰期的年龄约在610590M a(Knoll&W alter,1992)。杨杰东等(1997)测得扬子区南沱组大塘坡段锰矿层(主要由菱锰矿、钙菱锰矿和镁菱锰组成)的Sm2N d等时线年龄值为69652M a,推测南沱组下冰碛岩段底界的年龄大约为700 M a。杨杰东等(1994)采用Sm2N d等时线方法,对贵州中部和江西上饶等地几条陡山沱组剖面近顶部磷块岩和磷质样品进行同位素定年,测定的陡山沱组近顶部地层的年龄为645.423 M a。数值的差异显而易见,尚需作深入探讨。213地层学杂志22卷参考文献尹崇玉,1990.峡东震旦系陡山沱组燧石中的带刺微化石及其地质意义.微体古生物学报,7(3):265270尹磊明,李再平,1978.西南地区晚前寒武纪微体植物群及其地层意义.中国科学院南京地质古生物研究所集刊,10:41108张昀,袁训来,1995.元古宙末多细胞红藻有性生殖结构的发现.中国科学(B辑),25(7):749754陈孟莪,刘魁梧,1986.晚震旦世陡山沱期磷块岩中微体化石的发现及其地质意义.地质科学,(1):4653杨杰东,薛耀松,陶仙聪,1994.中国南方震旦系陡山沱组Sm2Nd同位素年龄测定.科学通报,39(1):6568杨杰东,薛耀松,孙卫国等,1997.南沱冰期锰矿的起源和时代.科学通报,42(14):15381541赵东旭,1986.震旦系陡山沱组磷质红藻的发现.沉积学报,4(1):126127袁训来,王启飞,张昀,1993.贵州瓮安磷矿晚前寒武纪陡山沱期的藻类化石群.微体古生物学报,10(4):409420袁训来,李军,陈孟莪,1995.晚前寒武纪后生植物的发展及其化石证据.古生物学报,34(1):90102秦守荣,朱顺才,谢志强等,1984.贵州的上前寒武系.见:王砚耕、尹恭正等编.贵州上前寒武系及震旦系寒武系界线.贵阳:贵州人民出版社.3776曹瑞骥,唐天福,薛耀松等,1989.扬子区震旦纪含矿地层研究.见:中国科学院南京地质古生物研究所著.扬子区上前寒武系.南京:南京大学出版社.194蒲心纯,张继庆,罗安屏等,1987.见:蒲心纯等.上扬子区晚震旦世沉积岩、沉积相及矿产.重庆:重庆出版社.55101薛耀松,唐天福,俞从流,1992.贵州晚震旦世陡山沱期具骨骼动物化石的发现及其意义.古生物学报,31(5):530539薛耀松,唐天福,俞从流,1993.扬子地台晚震旦世古地理轮廓和古气候分析.见:叶连俊等著.生物成矿作用研究.北京:海洋出版社.718薛耀松,唐天福,俞从流等,1995.贵州瓮安开阳地区陡山沱期含磷岩系中的大型球状绿藻化石.古生物学报,34(6):688706薛耀松,唐天福,俞从流等,1996.黔中陡山沱期磷块岩中的微化石组合及磷酸盐化作用.见:叶连俊主编.生物有机质成矿作用.北京:海洋出版社.4154Kaye C A,Zartman R 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Sinian Doushantuo Formation in W engan Phosphorite Deposit,Guizhou Province,which conformably underlies the Upper Sinian Dengying Formation anddisconformably overlies the Lower Sinian N antuo T ilites or Presinian Q ingshuijiangFormation of Banxi Group,is subdivided into two parts separated by a sedimentary break.The lower part is characterized by dolostonesphosphorites(O re bed A)dolostones.Theupper part(O re bed B)containing abundantlarge,morphologically complexacritarchs,metaphyte and metazoans is dom inated by intraclastic phosphorites,algalphosphorites,hardground phosphorites and phosphorous dolostones.The sedimentarysuccessions of the Doushantuo Formation change obviously in W engan PhosphoriteDeposit area,the O re bed A,for example,occurs only in Datang,and changes intodolostones and siliceous rocks in Yuhua and M ofang,respectively.The DoushantuoFormation in W engan Phosphorite Deposit was deposited on the southeastern margin ofSichuan2Guizhou2YunnanPlatform,thelocalterraincontrollingthedistribution ofsedimentary facies.Key wordsDoushantuo Formation,stratigraphy,sedimentary environment,Sinian,Guizhou(上接第294页)A New D iscovery of Triassic Fossils in Bairin Youqi,InnerM ongoliaHe Zhengjun1)L iu Shuwen1)W ang Yu2)Ren Jishun1)(1)Institute of Geology,CA GS,B eijing,100037;2)Institute of Geology,S tate S eism olog ical B ureau,B eijing,100029)Key wordsostracods,conchostracans,T riassic,Bairin Youqi,InnerM ongolia413地层学杂志22卷