陳小煒，牟傳龍 （成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都610081）

葛祥英 （山東科技大學地質(zhì)科學與工程學院，山東 青島266510）

康建威，周懇懇 （成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都610081）

寒武系中統(tǒng)是華北地區(qū)鮞粒灘形成及發(fā)育的重要時期，但在該時期內(nèi)各個階段鮞粒灘的分布位置以及其發(fā)育厚度、范圍均各有不同 （圖1），對進一步認識華北地區(qū)寒武紀古地理以及各相帶中亞相等特征有著重要的意義。

圖1 華北地區(qū)中寒武世鮞粒灰?guī)r典型剖面分布范圍及鮞?；?guī)r出露層位圖

劉懷書[1]在研究張夏組時曾提出鮞?；?guī)r出現(xiàn)具有穿時性。趙 鵬 沄[2]、 沙 慶 安[3]等學者在對魯西以及京津冀晉等地區(qū)的鮞?；?guī)r研究的時候均提到了鮞粒灰?guī)r出現(xiàn)的時期早晚不一，最早甚至有的地區(qū)可追溯到饅頭組沉積期，其層位由東向西逐漸抬高，具有明顯的穿時性[4]，筆者在對華北東南緣寒武系剖面進行實測時也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。由于鮞粒灘的發(fā)育受古海平面的變化制約，多出現(xiàn)在海水深度小于10m的條件下。因此，分析研究各階段鮞粒灘在華北地區(qū)的分布范圍以及出現(xiàn)的時限，也就成了研究鮞粒灘的展布及其相帶如何隨著海侵推進的關鍵。

1 沉積相帶的展布

中國北方地區(qū)在寒武系第三統(tǒng)包括毛莊組沉積時期、徐莊組沉積時期、張夏組沉積時期和崮山組沉積時期[5，6]。毛莊組－張夏組沉積時期，華北處于寒武紀海侵的大背景下，海侵范圍在張夏組沉積時期達到了最大，僅僅在鄂爾多斯北部殘留小部分陸地；到了崮山組沉積時期則轉(zhuǎn)入海平面的停滯期或者下降早期。因此，華北板塊在該時期整體為一個穩(wěn)定陸表海沉積環(huán)境，早期發(fā)育碎屑巖作為 “墊板”，中后期則進入到碳酸鹽緩坡沉積環(huán)境，巖性以碳酸鹽巖為主，夾有少量的泥頁巖、粉砂巖等細粒的陸源碎屑物質(zhì)，整個華北地塊呈現(xiàn)出 “西高東低，北高南低”的古地理格局。

在大量野外地質(zhì)考察的基礎上，結(jié)合地震、鉆井等資料的解釋以及前人對中國北方古地理的研 究[7～10]，根 據(jù) 其 沉積特征并結(jié)合 “優(yōu)勢相＋特殊相”編圖方法，認為寒武系第三統(tǒng)華北板塊內(nèi)圍繞著鄂爾多斯古陸核向華北板塊周緣延伸依次發(fā)育潮坪相、局限臺地相以及開闊臺地相等3種沉積單元（圖2）。

潮坪相沉積區(qū)主要分布于鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)，西至磴口－吳起－合水一帶，南至銅川，東以臨汾－涼城為界；發(fā)育白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r以及泥質(zhì)白云巖為主；其環(huán)境能量相對較高，向古陸核內(nèi)部水動力條件有逐步變?nèi)踮厔?，泥質(zhì)以及其他陸源碎屑物質(zhì)含量均有增高，泥質(zhì)條帶亦相對發(fā)育；向外則以白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r為主，灰?guī)r所占比例增加。根據(jù)其巖相的變化以及展布，仍可劃分出泥云坪以及云灰坪2個亞相。

局限臺地相區(qū)則呈環(huán)帶狀展布于潮坪相周圍，從華北地區(qū)西緣的烏海－慶陽到山西的運城，向NE方向延展至太原－大同直至張家口和遼寧朝陽一帶。其外緣受到鮞粒灘的圍限，屬于水動力條件較差的相對低能沉積區(qū)。普遍發(fā)育頁巖、泥灰?guī)r與灰?guī)r為主，白云巖以及鮞?；?guī)r次之。頁巖與灰?guī)r多為互層產(chǎn)出，從典型的剖面特點來看，在這種灰泥互層以及細碎屑巖夾碳酸鹽巖的形式多出現(xiàn)在中寒武系的中下部的毛莊組、徐莊組沉積時期，剖面多呈現(xiàn)向上變深的結(jié)構(gòu)序列。

圖2 華北地區(qū)寒武紀第三世巖相古地理圖

圖3 華北地區(qū)鮞粒灰?guī)r橫向?qū)Ρ绕拭?/p>

開闊臺地相毗鄰局限臺地相外側(cè)分布，幾乎占據(jù)華北板塊東、南、西三面大部分地區(qū)，呈 “凹”字型展布，屬于相對高能的相區(qū)，巖性以灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、以及含泥質(zhì)條帶灰?guī)r的巖相組合為主，并以該相帶內(nèi)出現(xiàn)大量的鮞粒灘為主要特征；尤其到了張夏組沉積時期，鮞粒灘的分別范圍也達到了最大，到了崮山組沉積時期則開始轉(zhuǎn)換為發(fā)育大量的礫屑灘[11]。華北東部除郯廬斷裂帶以東的山東半島地區(qū)為一剝蝕區(qū)外，整個東部地區(qū)發(fā)育緩坡型不具鑲邊的碳酸鹽臺地，開闊臺地相中發(fā)育小型的高能點灘，在河北承德、保定、山東萊蕪、棗莊、濟寧等地均有分布。在華北板塊西緣、南緣情況類似，在石嘴山、蘇峪口包括南緣的開封、平頂山以及安徽淮北一帶從中寒武紀早－中期均開始有鮞粒灘的出現(xiàn)，最早出現(xiàn)高能鮞粒淺灘的地區(qū)主要在華北板塊東南緣的山東新泰、安徽淮南，上述地區(qū)早在毛莊組沉積時期便有鮞粒灘的發(fā)育。由于華北板塊寒武系地層具有一定的穿時性，鮞?；?guī)r是隨著海侵、相遷移而在不同地方依次形成 （圖3）。這也驗證了發(fā)生在華北地區(qū)寒武紀的海侵是從其東南側(cè)開始，逐步向北、西方向推進。

2 鮞粒灘的特征及其空間展布

Land[12]在研究巴芬灣的鮞粒后得出的統(tǒng)計結(jié)果顯示，波浪擾動作用強的地點發(fā)育同心鮞粒較多，反之水動力條件較弱之處則以放射狀鮞粒為主。近些年的研究也表明，國內(nèi)外大多數(shù)學者都認可 “高能產(chǎn)同心鮞，低能產(chǎn)放射鮞”的說法[13～16]。因此，通過各個時期鮞粒類型及其空間展布特征的研究，就可以進而分析當時沉積環(huán)境特征，以及與鮞粒灘的形成有著怎樣的相互關系[17]。

2.1 毛莊組沉積時期

從圖1可以看出，毛莊組沉積時期最先出現(xiàn)鮞粒灰?guī)r的地區(qū)主要分布在華北板塊的東南緣的安徽淮南與魯西的新泰地區(qū)。以毛莊組開始出現(xiàn)鮞?；?guī)r的地區(qū)為例，淮南地區(qū)發(fā)育于毛莊組的中上部地層，為中－厚層狀含泥質(zhì)紋層的鮞?；?guī)r，露頭厚度約為23m左右，向上泥質(zhì)含量減少，鮞粒大小以1mm左右的反映低能環(huán)境的放射狀鮞粒為主，基質(zhì)成分多為泥晶物質(zhì)。徐州地區(qū)毛莊發(fā)育組的亮晶－鮞粒含海綠石灰?guī)r中，鮞粒占巖石的70%～80%，鮞粒以圓形為主，其次為橢圓形，鮞粒的分選性好，粒徑普遍為1mm左右，為同心－放射鮞，鮞粒表面光滑，呈灰黑色，膠結(jié)物為亮晶方解石，接觸式膠結(jié)為主，厚度約17m。河南洛陽地區(qū)毛莊組在紫紅色粉砂巖、頁巖夾少量灰?guī)r的墊板之上的頂部發(fā)育約20m厚的厚層鮞狀泥質(zhì)灰?guī)r，以同心－放射狀鮞粒為主，局部為略大的豆?；?guī)r，這也反映了華北南緣由碎屑巖潮坪向碳酸鹽淺灘的轉(zhuǎn)換。魯西地區(qū)出現(xiàn)鮞粒的剖面中鮞粒厚度均不大，且出現(xiàn)的地點也較為分散，可能是在鮞粒形成之后受到水流作用的影響發(fā)生搬運遷移的原因，多在泥質(zhì)灰?guī)r當中發(fā)育有含生物碎屑的亮晶鮞?；?guī)r，鮞粒類型則以放射狀鮞粒為主，總厚約10～13m。

綜合以上4個地區(qū)毛莊組沉積時期的典型剖面鮞粒類型來看，既有高能環(huán)境的同心鮞也混雜有低能環(huán)境的放射鮞，在開闊臺地相帶內(nèi)，鮞粒類型所反映的水動力條件的能量分布，基本上也是從靠近局限臺地相一側(cè)開始，由內(nèi)而外能量有逐步降低的趨勢。這些放射狀的鮞粒可能形成于海侵早期的潮坪或者相對平靜的局限海域，后來由于海水環(huán)境的變化局部出現(xiàn)高能的灘相，導致了后來原地形成的同心狀鮞粒。因此，對同心鮞粒灘的分布定位大致可以推測出當時開闊臺地相中灘發(fā)育的位置。毛莊組沉積時期的開闊臺地相區(qū)主要出現(xiàn)在三門峽－平頂山－徐州一線以南和臨沂－泰安－淄博一線以東地區(qū)。其環(huán)境能量中等偏高，鹽度正常，局部能量高，易于發(fā)育鮞粒淺灘，而其中的鮞粒淺灘則主要分布于豫西南、徐淮地以及魯西地區(qū)開闊臺地相內(nèi)向華北板塊內(nèi)部一側(cè)的邊緣，大致呈不連續(xù)的帶狀由S向NE向展布，向華北板塊內(nèi)部NW方向展布依次則為局限臺地相、潮坪相 （圖4）。

圖4 華北地區(qū)毛莊組沉積時期鮞粒灘展布圖

2.2 徐莊組沉積時期

隨著海侵的進行，華北地區(qū)僅剩下伊盟、呂梁、濮陽和燕遼4個小古陸塊，開闊臺地相也不斷向華北板塊內(nèi)部推移。因此，開闊臺地相內(nèi)側(cè)的鮞粒淺灘帶也隨著海侵方向向華北板塊內(nèi)部遷移，北至承德，西至山西渾源一帶，華北板塊南緣也推至陜西韓城－河南鄭州一線，華北板塊西側(cè)的開闊臺地相邊界大致沿磴口－平?jīng)觯剃栆痪€展布 （圖5）。華北板塊的邊緣有更多的地方出現(xiàn)新的鮞粒灘，在華北西緣的桌子山、蘇峪口一帶也開始出現(xiàn)高能的鮞粒灘，由于海平面的上升，在淺灘帶內(nèi)原來灘發(fā)育的位置，其范圍會有所縮小或者消失。徐莊組沉積時期的潮坪相和局限臺地相內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)仍以碎屑巖為優(yōu)勢巖相，到了頂部才開始出現(xiàn)鮞粒灰?guī)r。可以認為，張夏組沉積時期鮞粒灘大面積出現(xiàn)基本上是在徐莊組沉積時晚期華北板塊部河北、山西、陜西等地鮞粒灰?guī)r的基礎上發(fā)展起來的。到了張夏組沉積時期，由于海泛持續(xù)時間較長且相對穩(wěn)定，在潮坪相帶內(nèi)也開始發(fā)育一些高能環(huán)境的鮞粒灘帶。受兩邊高能鮞粒灘帶發(fā)育所夾持的影響，中間的局限臺地相內(nèi)出現(xiàn)的鮞粒灰?guī)r大多為低能環(huán)境的放射鮞粒為主，并混有少部分來自于高能相帶的鮞粒。因而在張夏期的寒武系地層當中表現(xiàn)出來的便是整個華北大部均有育鮞?；?guī)r的出現(xiàn)。

圖5 華北地區(qū)徐莊組沉積時期鮞粒灘展布圖

2.3 張夏組沉積時期

華北板塊寒武紀大海侵在張夏組沉積時期達到了最大。海水的深度和范圍達到了最大值。此時的華北地區(qū)大部分已經(jīng)被海水淹沒，僅在內(nèi)蒙古杭錦旗、伊盟地區(qū)殘留了小塊陸地，而局限臺地相和潮坪相則繼續(xù)向華北板塊內(nèi)部遷移，圍繞著陸地邊緣展布的潮坪相也壓縮至鄂爾多斯古陸核內(nèi)部。局限臺地相更多的可能受到鄂爾多斯陸核以及華北板塊中間裂陷帶的控制，其邊界沒有遷移深入至鄂爾多斯古陸核的內(nèi)部，大致沿鄂爾多斯盆地邊緣展布。開闊臺地相也不斷向鄂爾多斯盆地外緣推進，并占據(jù)了華北板塊東南側(cè)的大部分地區(qū)。張夏組沉積時期是整個寒武系地層當中鮞粒灘最為發(fā)育的時期，其呈不連續(xù)的點灘狀分布，這些點灘大多沿著開闊臺地相內(nèi)側(cè)靠近局限臺地一側(cè)分布 （圖6）。

因此，寒武紀第三世的鮞粒灘基本上也隨著相帶位置的變化而發(fā)生遷移，而在早期發(fā)育灘的地區(qū)，灘的規(guī)模及位置均有不同程度地變化，從現(xiàn)有的典型剖面分析，毛莊組、張夏組沉積時期內(nèi)的典型剖面中，鮞粒的出現(xiàn)時間順序大概有以下3種特征：

1）該時期均穩(wěn)定發(fā)育高能鮞粒灘發(fā)育，只是發(fā)育的程度基本是由少至多，范圍由小變大，如徐州大北望剖面、安徽淮南剖面等[18]。

2）僅在其中的1～2個時期內(nèi)鮞粒灰?guī)r連續(xù)發(fā)育，隨著時間的變化、鮞粒灘位置的變化而減少或消失，如河北平泉、烏海桌子山等地。

3）間斷式發(fā)育，毛莊組和張夏組沉積時期發(fā)育鮞粒，但是徐莊組沉積時期缺失鮞粒，如山東濟南明水、新泰青龍山等。這種情況可能是由于海平面的過快上升，而導致利于鮞粒發(fā)育的淺灘又物源補給不足，沉積速率小于海平面上升速率所致，當?shù)搅藦埾慕M沉積時期最大海泛期，海平面上升速率減慢，沉積物補給速率大于海平面上升速率，海水深度再次達到形成灘的有利深度時，便再次發(fā)育鮞粒灘，由于海平面在高水位體系域中有海平面上升晚期、停滯期和下降早期，海平面保持相對穩(wěn)定高度的時間持續(xù)較長，也有利于華北地區(qū)鮞粒灘的穩(wěn)定可持續(xù)的發(fā)育，這也是整個華北地區(qū)各相帶內(nèi)在張夏組沉積時期均大量出現(xiàn)鮞?；?guī)r的重要因素之一。

圖6 華北地區(qū)張夏組沉積時期鮞粒灘展布圖

3 鮞粒灘形成的控制因素討論

該文將從影響并控制鮞粒灘形成的背景因素進行分析。眾所周知，鮞粒的形成需要一個最基本的條件：溫暖、淺水、動蕩的海水環(huán)境，在這樣的環(huán)境下才能發(fā)育相當規(guī)模的鮞粒灘。那么鮞粒灘的出現(xiàn)又在什么樣的大背景上才能形成呢？

1）根據(jù) “構(gòu)造控盆、盆地控相”的研究思想[19]，構(gòu)造背景明顯控制著華北陸表海臺地的發(fā)育和展布。由于中新元古代整個華北地塊依然處于構(gòu)造拼貼以及造山隆起階段，積累起了相對較厚的陸殼克拉通基底，古地貌相對較高，尤其在鄂爾多斯古陸核的內(nèi)部，應該是華北地塊的相對制高點，古地貌基本上呈 “西高東低，北高南低，整體平緩”的特點[20，21]。而這些古地貌特征影響著華北古陸發(fā)生大范圍海侵、古地理環(huán)境發(fā)生了重大的改變之后各個時期相帶的展布。也正是海侵過后不斷向內(nèi)陸方向擴大的碳酸鹽開闊臺地環(huán)境，造就了適合鮞粒生長發(fā)育的淺灘相。

2）控制鮞粒灘在開闊臺地內(nèi)發(fā)育的另一個直接因素就是古水下微地貌。整個華北板塊的東南大部當時應該是一個相對平緩的地帶，當海水淹沒后只有在那些相對隆起的淺海區(qū)才是水動力條件達到最佳的區(qū)域，由于水下隆起的圍限作用，碳酸鹽物質(zhì)以及形成鮞粒核心碎屑物質(zhì)也相對富集，而鮞粒灘大多發(fā)育在這些水下地貌相對較高的地區(qū) （如圖7）。而這些呈點狀分布的水下隆起除了由構(gòu)造因素造成之外，更多的是繼承了原先大陸的原始地貌，因此海侵以前的大陸地貌也是導致陸海轉(zhuǎn)變之后鮞粒灘分布的控制因素之一。

圖7 華北地區(qū)鮞?；?guī)r發(fā)育模式及其沉積環(huán)境

3）海平面的的變化也直接影響著鮞粒灘的遷移、發(fā)育的范圍以及其鮞粒組構(gòu)特征等。鮞粒灘的遷移方向基本上與海侵的方向一致，并具有穿時性，在華北地區(qū)的東部尤為明顯，隨著海侵的向西推進，鮞粒灘相出現(xiàn)的層位也相應逐步抬高。且海平面的上升和下降會造成環(huán)境水體中介質(zhì)物理化學條件、能量狀況和沉積物組分等因素的變化，因此，在低水位的時候能量相對較低的潮坪、瀉湖等環(huán)境下多產(chǎn)生粒徑較小的鮞粒、或者多以放射鮞粒為主；反之，在相對高能的淺灘內(nèi)則容易形成體型較大的同心狀結(jié)構(gòu)鮞粒。

4 結(jié) 論

1）華北板塊寒武系第三統(tǒng)古地理是在碎屑巖 “墊板”的基礎上形成的碳酸鹽陸表海臺地。該時期華北地區(qū)主要發(fā)育潮坪相、局限臺地相以及開闊臺地相等3種沉積單元。

2）3大沉積相帶制約著華北地區(qū)鮞粒灘的發(fā)育和展布的范圍，其中高能的鮞粒灘主要分布于開闊臺地相，其次為潮坪相當中，而局限臺地相內(nèi)僅發(fā)育反映低能環(huán)境的放射鮞粒為主。鮞粒灘受到沉積相帶控制且大多分布于潮緣區(qū)以及開闊臺地中靠近局限臺地的一側(cè)，并隨著相區(qū)沿海侵的方向往內(nèi)陸推進而不斷遷移。

3）鮞粒灘形成的控制因素與當時的環(huán)境背景息息相關。首先構(gòu)造背景決定的華北古陸相對穩(wěn)定且平緩的古地貌，古地貌則對海侵過后華北陸表海臺地中各個相帶的展布產(chǎn)生影響；其次，海水淹沒后水下的微隆起地區(qū)也為鮞粒灘的形成提供良好的水下條件，而這些水下微隆起大多由古丘陵或者是在此基礎上碳酸鹽巖不斷加積形成，并形成鮞粒等碳酸鹽物質(zhì)的富集點；最后，海平面的變化也是鮞粒灘形成的重要外因，并且短周期內(nèi)的高頻海平面升降也對鮞粒灘發(fā)育的范圍以及其中鮞粒的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。

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