华南奥陶_志留系五峰组及龙马溪组底部斑脱岩与高分辨综合地层.pdf

申国种晕?辑?第?卷第?期?!?年?月华南奥陶志留系五峰组及龙马溪组底部斑脱岩与高分辨综合地层?苏文博?何龙清泛一王永标?龚淑云?周湖云?中国地质大学地球利学与资源学院,北京?中国地质调查局宜吕地质矿 产研究所,宜?只?中闰地质人学地球科一学学院武汉?中国地质大学测试中心,武汉?摘要在贵州桐梓和湖北宜昌两条相距近?的剖面上,在奥陶系五峰组一志留系龙马溪组底 部均发现了?余层钾质斑脱 岩,表明在奥陶纪一志 留纪之交至少在上扬子地 台东南缘附近,曾经发生过多次较大规模 的火山喷发活动?综合生物地层、层序地层等资料可 以进一步确认,相隔甚远的这些斑脱岩层几乎完全一一对 应?这是 第一次在中国主要地 台区同期地层中确认 系列的、具有良好 对比潜 力的火山活动沉积记录?这些斑脱岩层可望作为极为难得 的时限精确、特征明显的事件标 志层,运用于扬子地 台奥 陶纪一志 留纪之交 的高精度地层学研究,最终建立华 南奥陶系一志 留系界线附近高分 辨 的综合年代地层格架?关键词钾质斑脱岩事件标志层高分 辨综合地层奥陶系志留系界线扬子地台五 峰组一龙马溪组钾质斑脱岩?一?,或译为钾质膨润土、膨土岩?是一类主要 由火山喷发所 产生 的凝灰物质经沉积成岩 及蚀变作用后 形 成 的富钾质的粘 土岩?地 层 中 的这类岩层 在 忠实地 记 录了地 史上 火山活 动 的 同时,也提供了一 种极为难得的高精度等时性的事件标志层,自然 受 到了地层 学家们的普遍关注?,?国际上关于奥陶纪斑脱岩 的研究已有很长 的历史,并且 一 直是 奥陶纪研究中一个倍受关注的焦 点?进人?世纪?年代以来,更是在 奥 陶纪事件地层、年代地层、古大 陆再造以及 生物群演化等方 面取得了多 项 引人注目的成果?只是所有这些工作都是 围绕欧美 地区奥 陶纪 地层 中的发现来进行的?一?国内将沉凝灰岩、斑脱岩或者火山成因的粘土 岩运 用于 地层 的划分 与对比,最早 的正式 报道始 于?世纪?年代末期?“?,?年代初期 开始有比较多 的研究,且多 集中于华南 震旦一寒武 系界线?以及二叠一三 叠系 界线?。?两个层位?而从研究 的广 度和深 度来看,又以后者最为 系统也最为成 功?。一”?关于奥 陶纪斑脱岩,傅力浦?在其陕西紫阳芭 蕉口剖面中标出了奥陶系有“层凝灰岩,等,?等?”曾在湖北宜昌附近 的五峰组下部发现过一 层类似沉积,?等?“?在浙江江山下奥陶统 宁 国组发 现了两层斑脱岩,汪啸风等?曾指 出在宜昌地区五峰组观音桥段存在着“层凝灰 岩”,最近?等?“?在贵州桐梓红 花 园剖面和松桃陆地坪剖面五峰组的不同层位?一?一?收稿?闰家自然科学基金?七准 号?、国家科委攀登计划专项“?”及湖北省地球表层系统开放室旅金资助项月?一?中国科学?辑?第?卷分别识别 出两层斑脱岩?但有关这类沉积 的具体特征、特别 是其远距离的可对比性等,迄今为止国内 尚无人研究?笔者等最近在 相距近?的贵 州桐梓和湖北 宜 昌两条剖面 的奥 陶系五 峰组一志 留 系龙马溪组底部,分别发 现了?多层钾质斑脱岩?这 表明在奥陶一志 留纪之交这 一关键阶段,至少在上扬子地台东南缘附近,曾经发 生过 多次较大规模的火山喷发 活动?特别有意义的是,虽然这些斑脱岩厚 度一般只有?一?,但根据岩石 地层、生物地层和层序地 层等资料可以确认,相隔甚远的这些斑脱岩几乎 一一 对应?这是第一 次在 中国各主要地 台区奥 陶一志 留纪 之 交地层 中发 现并确认系列的、具有 良好对比潜力 的火山活动 沉积记 录?斑脱岩的岩石组构 特征?火山成因的确认研究表明,这些斑脱岩 的岩石 组构充分显示 出火山成因的特征?为叙述方便,参照习用 方式,本文将其自下而上逐层地 加以编号,并 于编号前贯以?,表示 五峰组一龙马溪 组 中的斑脱岩?图?宜昌黄花场王家湾剖面作者实 际上早已注意 到宜昌黄花场和王家湾剖 面五峰组 内的斑脱岩?此次经进一步?作,在该地区五峰组 内共发现?层斑脱岩型粘土岩,龙马溪组底部则 发现?层,其上因有断层暂时未做工作?因上部露 头被掩盖,黄花 场剖面五峰组仅出露了中下部含笔石碳硅质页 岩段中的?层斑脱岩?即?一?而作为 国际奥陶系一志 留系界线 后选 层型的王家湾剖面,因靠近公 路以及 多年来 不断采掘,其中下部已十分破碎,只有五峰组 上部及 观音桥段一龙马溪组底 部 出露良好,其间发 现有?层 粘土岩?参照其产出位 置和精细 的生物地层资料?、“?不难确认,王家湾?!面上 所见最低层 位粘 土岩就 是黄花 场剖 面上 的?,从而可将这 两条相 隔约?的音?面“对接”在一起?图?需要说明 的是,无论是在王家湾还 是在 黄花场,?实际上是 由近顶部?层厚?的薄层与其附近?一?层 厚度小于?的微薄层灰白一土黄色粘土岩共 同组成的“千层饼”状层束,其间所夹 的黑色碳硅质页岩厚度则为卜?“对接”是按照其 中厚约?的薄层、并参照生物地层等研究来实 现 的?这些粘土岩 中的?一?目前已可肯定 主要是 由火山凝灰物质 形成 的,而一?混有较多的生屑等其他 成分?它们的颜 色多 呈蛋青色一灰白色 或土黄色,在 五峰 组黑 色页岩 为主 的地层序列 中异常醒目,结构疏松,层 面延伸十分稳定?除去?,?和?外,厚 度多为?一?左右?在样 品岩石切 片中见有蚀变残余火山玻屑及残余凝灰结 构,一 些切 片 中并可见到非沉积型的石英等?同时,初 步的?射线衍射分析结果表明,其矿物 成分主要 为伊利石、蒙脱石 及伊蒙混层物,并含有数量不等的石英、钾长石、钠 长石等,具有比较典型的 中酸性 火山岩特征?微量元素等分析 表 明,它们都具有与碱性岩浆岩一致的地球化学组成,说明它们确由火山喷发作用产生 的凝灰物质等经沉积、蚀变而 成,因此它们是典型的钾质斑脱岩?桐梓红花园南坝子剖面?等学 者“?研究的红 花 园剖 面位于山王庙附近,主体现处于较 平缓的农田边,局部略有掩盖,所以此次工作中在其东南方向约?的南 坝子开辟了当前的新剖面?该剖面位于南?苏文博卜扬子地台东南缘奥陶纪层序地层及海平面变化研究?中国地质 大学?北京?博上论 文、?中国科学?辑?第?卷分别识别 出两层斑脱岩?但有关这类沉积 的具体特征、特别 是其远距离的可对比性等,迄今为止国内 尚无人研究?笔者等最近在 相距近?的贵 州桐梓和湖北 宜 昌两条剖面 的奥 陶系五 峰组一志 留 系龙马溪组底部,分别发 现了?多层钾质斑脱岩?这 表明在奥陶一志 留纪之交这 一关键阶段,至少在上扬子地台东南缘附近,曾经发 生过 多次较大规模的火山喷发 活动?特别有意义的是,虽然这些斑脱岩厚 度一般只有?一?,但根据岩石 地层、生物地层和层序地 层等资料可以确认,相隔甚远的这些斑脱岩几乎 一一 对应?这是第一 次在 中国各主要地 台区奥 陶一志 留纪 之 交地层 中发 现并确认系列的、具有 良好对比潜力 的火山活动 沉积记 录?斑脱岩的岩石组构 特征?火山成因的确认研究表明,这些斑脱岩 的岩石 组构充分显示 出火山成因的特征?为叙述方便,参照习用 方式,本文将其自下而上逐层地 加以编号,并 于编号前贯以?,表示 五峰组一龙马溪 组 中的斑脱岩?图?宜昌黄花场王家湾剖面作者实 际上早已注意 到宜昌黄花场和王家湾剖 面五峰组 内的斑脱岩?此次经进一步?作,在该地区五峰组 内共发现?层斑脱岩型粘土岩,龙马溪组底部则 发现?层,其上因有断层暂时未做工作?因上部露 头被掩盖,黄花 场剖面五峰组仅出露了中下部含笔石碳硅质页 岩段中的?层斑脱岩?即?一?而作为 国际奥陶系一志 留系界线 后选 层型的王家湾剖面,因靠近公 路以及 多年来 不断采掘,其中下部已十分破碎,只有五峰组 上部及 观音桥段一龙马溪组底 部 出露良好,其间发 现有?层 粘土岩?参照其产出位 置和精细 的生物地层资料?、“?不难确认,王家湾?!面上 所见最低层 位粘 土岩就 是黄花 场剖 面上 的?,从而可将这 两条相 隔约?的音?面“对接”在一起?图?需要说明 的是,无论是在王家湾还 是在 黄花场,?实际上是 由近顶部?层厚?的薄层与其附近?一?层 厚度小于?的微薄层灰白一土黄色粘土岩共 同组成的“千层饼”状层束,其间所夹 的黑色碳硅质页岩厚度则为卜?“对接”是按照其 中厚约?的薄层、并参照生物地层等研究来实 现 的?这些粘土岩 中的?一?目前已可肯定 主要是 由火山凝灰物质 形成 的,而?一?混有较多的生屑等其他 成分?它们的颜 色多 呈蛋青色一灰白色 或土黄色,在 五峰 组黑 色页岩 为主 的地层序列 中异常醒目,结构疏松,层 面延伸十分稳定?除去?,?和?外,厚 度多为?一?左右?在样 品岩石切 片中见有蚀变残余火山玻屑及残余凝灰结 构,一 些切 片 中并可见到非沉积型的石英等?同时,初 步的?射线衍射分析结果表明,其矿物 成分主要 为伊利石、蒙脱石 及伊蒙混层物,并含有数量不等的石英、钾长石、钠 长石等,具有比较典型的 中酸性 火山岩特征?微量元素等分析 表 明,它们都具有与碱性岩浆岩一致的地球化学组成,说明它们确由火山喷发作用产生 的凝灰物质等经沉积、蚀变而 成,因此它们是典型的钾质斑脱岩?桐梓红花园南坝子剖面?等学 者“?研究的红 花 园剖 面位于山王庙附近,主体现处于较 平缓的农田边,局部略有掩盖,所以此次工作中在其东南方向约?的南 坝子开辟了当前的新剖面?该剖面位于南?苏文博卜扬子地台东南缘奥陶纪层序地层及海平面变化研究?中国地质 大学?北京?博上论 文、?中国科学?辑?第?卷坝子 村北 头小 路东 侧 的小山坡匕自奥陶系宝塔组顶部 到志 留系 龙马溪组 底部 的地 层 自卜?上 出露 完整产状平 缓而清 楚,特别 是其中的五 峰组观 音桥段 附近层位,沿走 向可连续追索近百米,因而 是一 条很好 的奥 陶一志 留系界线 剖面?为方便起见,本文将?等?研究的?!向称为山上庙?血,而将新剖 面称之 为南坝 子?面?在 新音?面五峰组底 部到 龙马溪 组底部 总共发现了?层 土黄一浅黄 色粘土岩?与良昌地区相比,该 副面上的粘 土岩颜 色较深,层 厚较 小,层间距一 般也较 大?同时这里的?层?宜 昌地区所见类 似,实际 上也 是 由多层 毫 米级 的粘 土 岩微 层?可呈不 连 续 的微 薄透 镜体?灰黑色碳 泥质笔石页岩呈“千层饼”状互层产 出?初 步分析结 果显示,这此 粘土岩除?一?混 有较多 的生屑外,其余均具有与黄花场一王家湾剖面类似的岩石组构和矿物及地 球化学 组 成,也 显示 出典型的斑脱岩特 征?斑脱岩 的地层学标定?可比性的确认?岩石地层学标定当前 的观测表明,在相隔近?的两条剖面上,在五 峰组 内相应的层段 中存在着数日相近的斑脱 岩,在龙马溪组 底部也如此一 些斑脱岩?如?,?,?等?的产状也彼此 类似,这实 际上已从宏观士几即岩 石地层 划分 角度初 步显示?它们的可比性?按 其 定义?五峰组 由中下部笔 石页岩段和上 部 的观 音桥 段组 成,观音 桥 段一般 为泥 灰岩等,含有以腕足类?爪?等为代表 的壳相 动物群?本文根据层序地 层分析,重新 厘 定其底界面为?与?之间灰黑 色硅碳质页岩 与浅色钙 质泥 岩之间的岩 性界肉,顶 界仍为龙 马溪组灰 黑色 笔石页岩与此前 所称 观音桥 段泥 灰岩交界处,分别是层序?引?入?的?型不整合界面 在连续相区对 应的整合面以及初始海 泛面?参见图?及下文?该段不 宜再以“含有?厂,?,?女,为代表壳相 动物 群 的地层”作为定义,而 应以总体岩性 为其基础、并 尽可能地以相应 层序地层关键界面为界 线,从岩石地层 成因序列 的角度来划分?,?按照这样 的厘 定划 分,在本 文研究 的两条音?面上?图?,五 峰组 中都含有?层斑 脱 岩?一?,而龙马溪组底部目前都发现 有?层斑脱岩?一?其中?层(wLB I)在两地的剂面 L均位于五 峰组与临湘组(与贵州等地洞 草沟组相 当)交界处,有 1 6层(wL BZ一7)均位于五峰组 的 中下部即笔石页岩段,另有2层(wLB 18一1 9)均位于五峰 组卜部即观 音桥段 中.同时,两条剖面上 的 wLB 17实际上都是一 系列薄层状斑脱岩与灰黑色页岩互层 组 成的下层饼”式 层束,且都产于五峰 组笔石页岩段的顶部在 这两条音 面上,自五 峰组底部到龙马溪组 底部是 连续 沉积的,岩性 组成也 是 类似的.但在总体仁,桐梓 一带的斑脱岩均比宜昌为薄,而且 桐梓 的五 峰组 与宜 昌相比,在整体岩性 含钙质偏高、生物 分异度增 大、水体变浅 的 同时,其总厚度接 近2 0m,是 宜 昌地区的4一5倍.兄外在 桐梓南坝子 剖面上,五峰组 观音桥段顶部与龙马溪组底部交界处 与破碎 的腕足类、海百合 茎等共同产 出的 wLB 19,呈锈红色,厚 约4cm,含 有较 多较粗的火山岩型石英和长石 颗粒.在宜 昌的 wLB I之下存在一层 厚 约巧Cm的土 黄色含生屑泥灰岩,桐 梓 音 面上缺 失.在宜 昌WLB 13之上 转变 为弱进积序列,而桐梓似 乎从WLB1 2就开 始了这 一趋 势.造成 这些差异的原因尚需 深人研究,但首 先可能与奥陶纪末桐 梓一带靠近滇黔桂古陆、而宜 昌地区则处于北 部相对较深水 陆架区的古地理背景!”(图1(a)相关.第3期苏文博 等:华南奥陶一志留系五峰组及龙马溪组底部斑脱岩与高分辨综合地层2.2生物地层学标定在上述岩石 地层基础上,根据本工作并参照汪 啸风等 7,2 2、特别是c he n等最 近l“的生物地 层资料可以进 一步断定,在 当前两地五 峰组一龙马溪组底部的现有 生物地层 格架里,一 些斑脱岩 层 的 出现与其间 主要生物群(带)更替存在某种关联,以此所 限定 的斑脱岩 的层位几乎是一一对应的(图 1).在宜昌黄花场,WLBI厚度 为8cm,为该剖 面最厚 的斑脱岩之一,其下 为厚约巧cm左右的 土黄色一黄绿色含生屑 泥灰岩,其中含有大量的N an kin ol i th u;等.在这 层含生 屑泥灰岩之下,则 为也含有N an kin ol i th u:动 物群 的薄层状灰绿色瘤状泥灰岩.自 WL B I向上直到WLB Z之间,产有 很少 量 笔 石,属 于D ieezlogr叩tus eo呷zanat us带;而 自 WLB Z向 上,开始 含有D ieezzogr叩tus eo哪lexus(=D.szee人u a n en sis)等大 量 笔 石.大致自WLB 13向 上,开始出 现尸。r a。rt人ogr叩tus尸a el f ie us以及几ng夕agra尸tu s帅ieus带等为代表的新笔石群.在宜昌王家湾wLB1 7与wL B1 8之间,自下而上,灰黑 色薄层状硅质碳质页岩为棕灰色-深棕色含少量碳质的钙质泥岩所代替,后者含 有大 量压扁的头足类、小个体无铰纲腕足类以及少 量笔石,属于D ieerarogra夕ru sm iru s带.WL B 18出现于笔石Normalogra尸ru s exrra or din a riu s带的下部,同时含有少量 压扁 的头足类以及个体较大的腕足类.标准 的H ir na n t i a动物群出现于五峰 组顶部、原 狭义的观音桥段中,WLB1 9位于该段 中上部,厚约1o cm.实际上,这 里 的wLB 19混 有大 量 的以H ir na nt ia为代表的壳相 生物化石,而且具有往 上化石 增 多、凝灰物质减少 的趋势,总体称作沉凝灰质 生物灰岩可 能更恰 当据此可以推定,此前汪啸风等L 7所称的五峰组观音桥段“层凝灰岩”,应与当前WLB1 9相 当.在宜昌王家湾WLB 19之上,即为含有Nor malogr即rus尸e rs cul Pru s以及A ki dogra尸ru sa s-c en su s和尸a rak id口g ra Ptu sa cumi na t。、等笔 石 带 的 龙马溪组底 部灰黑 色 硅碳质页岩.其 中wLB Zo出现于尸。e umin atu、带下部,wLBZI一2 4则已属 于伪sr ogra尸tu s ve sic ulo su s带,WLB25则大致属 于Cor on ogr a P t。、cy Phu s带底部(图 1).在桐梓南坝子 剖面上,厚度仅有2cm的 wLB I直接 覆盖 在涧草沟组灰绿 色瘤状泥灰岩之上,后者也含有N an kin ol i th u、动物群.wLB I一2之间地 层产笔 石D.c omP la na tu s等.与黄花场相 同的是,自 WLB Z向上 的地层开 始进人D.c om pze x u s带,岩石颜 色也开始 加深,并出现大量的聚集式保存的笔 石尸积群.也是大致 自wLB 13向上,ppa cl f ic u、以及rt y Pic u、动物群开始出现.wLB l7(实 际上 为千层饼状的斑脱岩微层一笔 石页岩层束)出现后,笔石D.m ir u、带也开始出现,同时岩性已发 生了较为显著的变化,较纯 的黑色碳质 硅质 页岩颜色变浅,开始含有粉砂质、白云母等,并出现压扁 的头 足类、小个体的无铰纲腕足类和小 的弱齿双壳类等,因此都应归人观音桥段.虽然 这里 的观音桥段厚近 1 0m,并以灰岩、泥灰岩为主,除 H ir na n t i a动物群外,还含有单体珊瑚及腹 足类等,但wL B 18一1 9出现的位置与黄花 场是类似的,即同样位于观 音桥段 中上部.只是这里 的 wL B1 8出现于以 N.。x tr aor din a:iu s为代表 的笔石群上部,与wLB Ig共同产于观音桥段顶 部 的H ir na nt ia等腕足 类及海百合茎等稍显破碎(图 1).在南坝子剖面 上,紧覆五峰组观音桥层之上 的龙马溪组底部黑灰色页岩中也已发现6层斑脱岩(wL B2 0一2 5).这些地层上部已属 于c.v eoiou lo s u s一c.cy Ph u、带,其下部为介壳生物与少量笔 石混生层 段.根据c he n等“在邻近山王庙剖面 的资料以及本工作,推测 这段混生层段很可 能属 于早志留世早期更低层位的笔 石带尸a c“min atu s一A.a soe n、u,带等.显 然,这里的 龙马溪中国科学(0辑)第32卷组底部其确 切的生物地层 划分还有待更进一步 的r一作.根据野 外追索和生 物地层 资料可以推 断,ch en等 8在其 红花 园山王庙音面上标出的两层斑脱岩A队268。和28 5,可能 就是本文的 wLB I和16;其松桃 陆地坪 剖面 l一的两层斑脱 丫-A队386a和390a.则应 与本 文的 WLB Z和3相 当.2.3层序地层学标定2.3.1奥陶纪一志 留纪之 交扬子地台海平面变化及层序地层划分关于奥陶一志留纪之 交全球海退 在扬 子地区的表 现,戎 嘉余及陈旭等已有 很好的 总结但对 五 峰组 与临湘 组之间是否存在大规模 的海 退事件却未见系统 的论述.笔者近来 2(叹关于卜扬 子地 台东南 缘层 序地层的研究 表明,五峰 组一龙马溪组 底部这一 段地层 实际上是 奥陶纪 末一志 留纪初 连续两 次海 退一海侵事件偶之 间旋回性 产物.研究 表 明,五峰组 与临湘组 之 间界 线代表了前次海 退 事件以及 接踵而来 的海侵事件(TS/F Fs)12()2!.有许多 现象是 这次海退 事件的产物:在川陕交界地区,五峰 组 与洞草 沟 组(相当于当前的临湘 组)之间则 广泛存在着 一个 风化壳型不整合;在 鄂 东南这 两组 交 界处,临湘 组顶 部为代 表大 气淡水渗流作用的白云化泥 灰岩,五 峰组底部为滨线 附近分 选 良好 的潮 道型石 英砂砾岩;而 在湘 中地区,沿桃 江一安化 一线即上扬子地台东南缘斜坡 走 向,在 其 五峰 组底 部广 泛分布了一套浊 积型砂 砾岩.这 些现象均典型地代表了I型层 序形成 时.沉 积相 带追 随海 平面下降而产 生的 向盆地 方 向的大规模迁移,最终使得 陆架 上部暴露,只在 原来 的斜 坡一盆 地区形成扇、楔等低水 位体系域12“一25,联 系其他 大 陆的资料 可知,这 次海退 事件 实际卜可能代表犷奥陶纪 晚期C盯a d(1 cian/Ash gi l li。n之交的一次 较大规模的全球性海 退 2(胶,.宜昌黄花场王家湾剖面桃源 九溪剖面桃江响涛园剖 面一 洲门二 丫,!本(曰馨;豪O扩、委委勃s T T T早Sq一一J亡民门叮下下下早早早I I IO O O O O O O O O O O O O O O O O O O S q l s s s落落 戛加加加摇摇巡巡巡片片止三_ _ _ _ _毛毛娜I S丁丁丁图2扬子 地 台东南缘五峰 组一龙马溪组底部层序地层格架 图51/,龙今 溪组二s劝,周家溪群;0哄五峰组;0:l,临湘全110,、一钧石冲全 l:o、,响涛园全 l:LSw.低水位楔:L sF,低水位扇;响涛园剖向o sq 18之L sT为砂砾岩.具他图例参见图!由此 界 面 向_l二,在 扬子地台及周缘 广泛分布的五峰组 笔石 页 岩段,代表了台地 相区新海侵的 到 来,并组 成了奥 陶系最卜部二级 层 序o sq lslZ,2的主体,即海侵体系域TsT和高位体系域H ST;观音 桥段贝 l J为奥 陶一志留纪之 交冰川事件 导 致 的全球 性低 海 平面期间在 扬子 地 台陆架边 缘的产物,组 成 志留系最下部二级 层 序55引!2()2的 陆架 边 缘体系域sMsT,其土的 龙马溪组 底部 笔石页岩则代表冰 融后新 海侵 到来时SSq l的海 侵体系域T ST等(图2).综上所述,当前五峰组一龙马溪 组底 部沉 积层 序O Sql s和SSq l应视为 是奥 陶纪 末一志 留纪初 的丫级全球性海 平 面升降旋回1202在 华南的记录.2.3.2当前剖面高分辨 层 序地层分析尽管 还需进 一步探讨华 南五峰 组一龙 马溪 组底部斑脱 岩的成因,但 是这些 斑脱 岩 出现的位置与其所分隔 的沉积 旋回(幕)厚 度呈 现 出 十分有 规律的变化 趋 势,或者说由于它们的存在至少使得地 层剖面卜可容纳空间(ac com mo d a t ion Spa ce)l2“的变化 明晰地凸现 出来(图l),却 是不争之 事实.因此 有理 由认为,这些 斑脱 岩所记录 的火山事件 与此间可容纳空间的变化可能存在 着成第3期苏文博等:华南奥陶一志 留系五峰组及龙马溪组底部斑脱岩 与高分辨综合地层因上 的联 系.一个 最 大 的可能 就是,这 些 有规律 的火山喷发代表了扬 子地 台及其周 边 板块因地球 内部层 圈某种节律性 的调整,它们使得该区域的沉积基准 面 产生了节律性 的变化,从而影 响 到了此间相对海平面 的变化.换言之,这可 能表 明,主要 由Ashg i lli an期全球 性海 平面变化 所控制的扬子地台五 峰组一龙马溪组底部沉 积层 序os qI S和ss ql20川,很可能还受 到了这种区域性相 对海平 面变化的影 响.由于相 对海平面 的每一 次加深 所导 致 的可容 纳空间增 大,正 是每 个小 的沉 积旋回或“准层序”(paras equenee)的界面(海泛 面noodingsurfaee)产生 的驱 动力124一2 6,因此我们也许可将这些斑脱岩视为与每一次加 深过 程 有成因联 系 的产物,置 于每 个准 层序的底部单元 中,而将其上的加积性笔 石页岩等视为上部单元,由此可将现在工 作区范 围内 的整个五 峰组一龙马溪组 底部至少划分为2 6个具有成因性质的准层序.尽管这些 准层序的时限很 可能不尽一致,但依靠对这些准层序叠 置方 式变化趋势 的分析 2 4一26,可以获 得 更精细 的五 峰组一龙马溪 组 底部的相对海平面变化 趋势、并更精确地确认其沉积层序构 成.在宜昌黄花场一王家 湾剖 面上,其层序构成是这样的:位于 wLB I之下 的土黄色含 生 屑泥灰 岩与下伏的瘤状泥灰岩相比,显 示其沉积 时的水动能已变 强许多,即水体要浅许多,因此它应 是海退期间的沉积物.考虑 到其他地点 相应 层位 的情况!2()2(图 2),可以推定 它应属 于奥陶纪最 晚期层序o sql s的L sT最顶部沉积,其底界即为o sql s的I型层序界面.在 WLB I一3之间,为碳质较少 的灰 色一灰白色泥 页岩,其单层厚度 明 显呈 现 出 向上减薄的趋 势,并 可 在每个层 面上见到含 黄铁矿 结核 的薄层,产有 无铰 纲腕足类并逐渐 出现少量笔 石.因此,这 是新海侵到来后可容纳空间逐渐增大所形 成 的第1个退积序列,应属 于o sql s的TsT,而 wLB I的底界,则标志着0S q1 8的初始海 泛面FFS.WL B 3一8之间的地层 主要为灰 黑色碳质页岩,富 含聚集式保存的笔 石,且准 层序单元也呈 向上减薄趋势,标志着 相对海平面的 进一步升高和可容纳空间 的进一 步增大,因此应 属于该层序T ST的第2个退积序列.由于 WL B g一1 3之间地 层单层 厚度基本一致,并因含较多硅质而硬 度加大,呈现出可容 纳空间持续稳定 的加积状态,组成五峰组第3个沉积序列,因此wL B S在成为沉积序列结构转换面(tu rn一o ve r一P oin tsu rf ace)的同时,也就成了该层序的最大海泛面mfs的标志,而 wL B S与wLB g之间约25 cm的硅碳质笔石页岩则可作 为狭义 的凝缩 段(CS,co nde nse dSe ct io n).当然,从更 大的尺度来看,也可将wLB Z一1 3间的这段地层通称作该层序的凝缩段2 4一2 6,因为 wLB Z一8间地层主体属于该层序TsT上部 退积序列,wLBS一1 3间地层已属于H ST下部或早期 高位 域E H sT,具有 加 积特征,这两序列 均呈 现 出明显 的饥饿状态.另外,从wL B1 3以上 地层 岩性发 生了较明显 变化,硅质岩多呈 透镜体状产 出,上部出现无铰纲小腕 足类等,同时无论是单层厚度还 是单层组合成的小旋回(副层序)的厚度都呈 现 出向上加 厚 的趋势,即总体呈现 出相 对海平面下降、可容 纳空间减小的进积状态,已属于五 峰组第4个沉积序列,构成该层序H ST上部或晚期高位域L H sT.至于其上含有wLB 18和 1 9的观音桥段(本 文厘定其厚度为0.7 2m),则 因岩性普遍含较多钙质、总体上含有大量代表相对浅水环境的壳相动物群、以及纵向(时 间)上 处于序列 中水体最浅 的位置、横向(空 间)上 多分布于原来的陆架边缘附近 地带,地层序列呈 明显 的弱进 积一加积趋势,具有典型的浅海凝缩作用特征 2 7,因此应划 归 五峰组第5个也是最后 一个沉积序列.而从f l型层序结构 2 5角度来说,它构 成了上 覆 志 留系底部三级层序ssq l 2 0,2的陆架边 缘体系域sMsT至于其上 的龙马溪组底部灰黑色碳硅质页岩,具有较明显 的退积趋势,为本剖面第6个序列,中国科学(D辑)第32卷应属于55甲 的T sT(图l).与宜昌地区相比,桐梓南坝子剖面五 峰组一龙马溪组 底部的地层厚度 虽 然很大,但其层序地 层构成与前者基本一致.wLB I一3之间 的地层也 是五峰组第1个明显 的退积序列;wL B 3一8之间则 是其第2个进 一步的退积序列;wLB S一1 2间 的地层序列 为明显 的加积序列,wLB 12往上 则转为弱进 积沉积序列.也 就是说,WLBS也是该剖面 五峰组 沉积序列结构转换面所 在、即最大海泛 面mf s的位置;前两个退积型沉积序列 组成os ql s 的TST,后 两个沉积序列则组 成其H ST,而富含 聚集式笔石 的第2个和第3个序列同样也可视为该层序的复合的凝缩段.而该a l j面上部观 音桥段(含 wLB 18,19),虽然厚度 近 1 0m,但因其岩 性以原地碳酸盐 岩为主、含较多生 屑、白云母和粉砂、并能见到腹 足类以及 含 同样相对于上 下 层位呈较明 显浅水环 境 的以H ir na n t i a等为代表 的壳相 动物群 等特点,总体也呈加积一弱 进积状态(序列 5)所以可以很 容易地 划归该剖面SSq l的sMST.上覆含有6层斑脱岩 的(wL B2 0一25)龙马溪组底部灰 黑色笔石页岩则因其明显 的退积一加积 特征(序列 6),应 归为ssq l的T sT(图 1).上 述层序地 层分析表明,相 隔甚 远 的两条剖面 上 的五峰组斑脱岩具有十分匹配 的时空I-的可 比性,并与其间可容纳空 间及相对海平面 的变化均 有关联.综合上述 岩石地层、层序地层、特别是以高精度的生物地层格架l 7,8为基础 的斑脱岩 的层 位 标 定研究,可以得 出如下 的初 步结 论:至少在 上 述 两 地的五 峰 组一龙马溪 组 底 部(D.c om pl an at u带一c.cy Ph u;带下部)内所发现的 2 5层斑脱岩,其时空顺序几 乎是完全对应的:分别存在于这两条剖面上 的这些斑脱岩,是扬子地台东南缘或其附近地点在 此期间发 生 的多次(幕)较大 规模火山喷发 的记录,是此间等时性极好的事件标志层.对它们的确切分布做进 一步研究之后,可在 相当大 范 围内进行高分辨的综合地层划分与对比.3五峰组一龙马溪组底部沉积旋回及生物带时限:分辨率的讨论作者此前曾将扬子地台东南缘五峰组划分为o sql s的TsT和H sT及ssq l的sMsT等4部分1 2 0,2.现在,借助于以笔石 为主 的精细 的生 物地层 格架 7,8以及等时性 良好的斑脱岩标志层,至少已可在当前两条剖面上 的五 峰组内确认出 1 9个小旋回即准层序,并可进 一步归 并为5个更高级别的沉积序列.加上 龙马溪组底部,目前两地 间可识别出6个这样的序列.由于这些沉 积序列 是 由特征 相 似 的一 系 列 准 层序叠 置 而成的,因此也可 称之为 准 层 序 组(parasequenee set),4,.由上已知,至少在 工作区范 围内,这19个准层序和6个准层序组 儿乎完全可以实 现 良好对比.相对于此前的岩石地层、层序地层和生物地层等研究,这无疑已是一个高分辨的地层格架.但为了比较定量 地讨论其精确度 或分辨率,有 必要结合已有 的 同位素测年数据等进 一步估算这些沉积旋回以及相应 生物带的时限.3.1中新生代三级层序各体系域沉积时限 比率的估算:可能存在的经验公式众所周知,尽管年代相 差久 远,但奥陶纪以及古生代三级 层序及其体系域的构 成形 式即形 成机制与中新生代是一致的.由此可知,无论在 中新生代还 是古生代,尽管每个二级层序以及相应体系域 的具体延 限 可能会有所变 化,但是,相同类型层序内部的沉 积体系域时限在整个层序中所 占的比率应该不会发生质的改变.这或 可视为现实 主义 原理在层序地 层 学当中的体现.由于 中新生代的同位素绝对测年误差较小以及生物地层资料的精度颇高,这一 阶段 的层第3期苏文博等:华南奥陶一志留系五峰组及龙马溪组底部斑脱岩 与高分辨综合地层序时限比较容 易获 得,而且Ha q等 2 8所公布 的大多数数据已得 到广一泛 的认可,因此,笔者 欲从统计学 角度先估算出 中新生代三 级层序各体系域 的沉积 时 限在整个层序周 期 中的比率,寻 找可能 的经验公式,然后根据“将今论古”的原则,来大致 推算出 当前 奥 陶纪相 应层序中各级旋回和相 应生物带的可能 时限.统计Ha q等 2 8 的研究结果后 发 现,从二叠纪到第四纪更新世,共包含12 2个三级层序,其中1 1型层序7 5个,I型层序 4 7个,时限为1一9Ma不等.在 7 5个且型层序中,有 5 5个层序(约7 3%)的各体系域时限大致具有 如下 的比例关系:T sMsT:几s,:几sT三l:2:2.(l)如果考 虑 到剩余 2 0个层序中还有将近 一半的H ST虽 然与TST相比过 短,但可能是因其H ST顶部有剥蚀而造成 的假象,因此应有将近 8 5%的n型层序符合这样 的比例构成.而在4 7个I型层序当中,近半数层序各体系域 时 限具有 T LsT:升sT:T HsT三1:1:1的比例关系,另三分之一有着兀S:升、:T l l二二1:2:2的比例关系.考 虑到 后者 同样可 能是 由于后 期 的暴露剥 蚀而 造成H ST顶部往往存在较 大规模的缺失,或 者因低水位楔LSW与低水位扇LSF分属不 同相带而难以同时保存或 确认,因此 推测 实际上 最终可能有超过 总数 6 0%的I型层序在 形成 时限上 应具有如下 的比例关系:T LsT:升、T:几sT兰l:l:1.(2)由此比较上述 两个比例关系,则 有陆架 边缘体系域与低水位体系域的时限比例关系:T sMsT:及sT三l:2,(3)即在 相似或 相 同背 景下,陆架 边缘体系域SMST的沉积 时 限很 可 能只相当于低 水位体系域L ST的二分之一由于分别有将近 8 5%的n型层序和6 0%的I型 层序其体系域均具有 如此稳定的时 限比例构成,我们有理由相信,在上述统计结果基础 上推导 出来的这三种比例关系理应具有较高的可信度,即这些关系很可能反映了自然界存在着 的 一种的闷翅的一l凶砚。事实.图3所示 为连续 的 I型和n型层序形成 过程中,海平面、构造(热)沉降以及沉积体系域随 时 间的不断推进 而产生 的变化关系 2 4,2 5 l.由此图不难推断,上 述统计及其推理与沉积层序的形成过程是吻合的.由图3可 知,在排除各类 干扰的理想情况 下,即当我们只考虑全球海平面 变化 是沉积层序的主控因素时,I型层序确 实存在 T I.sT:几sT:几sT二1:1:1的比例关系,1 1型层序则 为 T s M sT:肠sT:几sT二l:2:2的比例,这样就有T s M sT:几sT三1:2.后者可能与1 1型实际 上 只有SMST一个成因序列,而I型包含了L SF和L SW两个序列 的事实 相对应.这也可以解释为,由 于在 同样构 造 背景条件下,当I型层序界面形 成 时,海平面将下降到陆架坡折带以下,其下降幅度要 大于n型层序.因此,设想其他因素大致保持不 变,则海 平 面 变化速率的绝对值也海平面升降构造沉降必日.的山贬的一勇相对海平面升降火踌的闷妈的闷图3正万升sTIHsT婆!TsT海平 面变化、构造沉降及沉积体系域随时间变化示 意图(引自文献 24,25)中国科学(D辑)第 3 2卷基本不变,那么海平 面再次回返并淹没整个陆架,势必需要 更长 时间需要 在盆地边缘和斜坡区形成LsF和L Sw之后才能 发生;而1 1型层序界 面形成 时,海平面下降幅度较小,并最终基本维持在 陆架 边缘坡折带附近,从而只需 相对较短 的时 间仅需 在 陆架边缘形 成SMsT一个成因序列,海平 面 即可再次回返并使整个陆架 内部被迅 速侵漫.3.2当前五峰组一龙马溪组各级旋回时限的估算由于五峰组大致与英国Ashgil lian“统”,9,0相当L 7,22,其时限多被 推算为3一5Mal7,2,川,富含从r n。t i。动物群 的观音桥段(层),则基本上 被认为是与Ashs i l l i an最顶部 H irnont i an“阶”相当的地层I 7,”,2 23233,而后者 的时 限多被认为是0.5一1.0Ma 3一35.前已述及,当前的观音桥段构成了n型层序 s sq l的sMsT,五 峰组则 构成OS ql s的T ST和H ST.基本相似的暗色岩性以及 连续沉积 的地层序列 暗示了这一 阶段沉积 背景 的相对 稳定性和均一性,因此可以借助上述3个经验公式,尝试性地估算出五峰组一龙马溪组 底部各级旋回的大致时限:(1)如果ssql的SMsT即观音桥段 的 时限为 T SMsT二05Ma,则五 峰组 笔石 页岩段即O sq ls的T sT和H sT应分别为其2倍,即几sT二几sT三ZT SM s T二1.0Ma左右.又因为o sqls为一个I型层序,则其LsT的时限 T LsT二ZT sM sT三1.0Ma左右.此 时整 个o sql s的