南華北地區(qū)晚古生代海侵特征及控制因素

許俊

淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦，安徽 淮南 232000

本文主要通過(guò)淮南、禹縣、焦作地區(qū)三個(gè)典型剖面的太原組發(fā)育情況，來(lái)分析晚古生代的海侵特征及灰?guī)r層數(shù)的變化，主要是受盆地內(nèi)古構(gòu)造變動(dòng)及盆地周緣構(gòu)造作用的控制，提出淮南地區(qū)12層灰?guī)r就是這種變化的體現(xiàn)。

海侵特征；控制因素；晚古生代；南華北地區(qū)

1 南華北地區(qū)晚古生代地層特征

南華北地區(qū)晚古生代的海侵主要是集中在太原組沉積時(shí)期，到山西組沉積時(shí)期，整個(gè)華北地區(qū)海水向東南方向退去，整個(gè)華北地區(qū)由海相沉積過(guò)渡到三角洲沉積和陸相沉積。本文主要通過(guò)淮南、禹縣、焦作地區(qū)三個(gè)典型剖面的太原組發(fā)育情況來(lái)分析晚古生代的海侵特征。

1.1 淮南地區(qū)太原組發(fā)育特征

本區(qū)太原組含灰?guī)r10～13層，地層厚度約110m，其中灰?guī)r平均厚度累計(jì)約為50m，占全層厚度的45.5%?；茨系貐^(qū)孔集井田鉆孔資料揭示含灰?guī)r12層，其中以第二層灰?guī)r和第十一層灰?guī)r相對(duì)較厚，達(dá)10m以上，主要為灰白、淺灰色、灰黑色隱晶—細(xì)晶質(zhì)灰?guī)r，局部含泥質(zhì)，富含腕足類(lèi)、海百合莖、珊瑚等化石和生物碎屑。部分層位含燧石結(jié)核和硅質(zhì)巖層。

1.2 禹州地區(qū)太原組發(fā)育特征

禹州地區(qū)太原組剖面組合上具有明顯的三分性，下部灰?guī)r段，以生物碎屑泥晶灰?guī)r為主，次為含生物碎屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r夾薄煤4～5層；中部碎屑巖段，以粉砂巖、泥巖為主，夾不穩(wěn)定灰?guī)r層和煤線(xiàn)；上部灰?guī)r段，含穩(wěn)定的灰?guī)r2～3層，其中L6（第六層灰?guī)r）是全組厚度最大的一層灰?guī)r，含似層狀燧石結(jié)核，在頂部夾有硅質(zhì)巖，全段夾有薄煤層泥巖和砂巖以及薄煤2～3層；底部為鋁土巖、鋁土質(zhì)泥巖?；?guī)r中含有豐富的蜓化石和一些有孔蟲(chóng)、雙殼類(lèi)、苔蘚蟲(chóng)、腕足類(lèi)、珊瑚、三葉蟲(chóng)碎片、海百合莖、海綿骨針、藻類(lèi)和植物等實(shí)體化石以及大量的Zoophycus遺跡化石。發(fā)育良好的風(fēng)暴沉積。太原組總厚度多在70～80m之間，薄者40m左右。

1.3 焦作地區(qū)太原組發(fā)育特征

豫西焦作地區(qū)上石炭統(tǒng)淺海碳酸鹽巖，通稱(chēng)太原組灰?guī)r，在焦作西北部山麓出露良好，巖性以灰—深灰色中厚層狀生物灰?guī)r為主，計(jì)8～11層，層間夾厚度不等的灰色中—細(xì)粒砂巖、粗砂巖或灰白色石英砂巖、深灰色粉砂巖、泥巖以及黑色泥巖和煤層?；?guī)r中含大量動(dòng)物化石及碎片，如蜓、珊瑚、腕足類(lèi)、海百合莖等實(shí)體化石以及大量的Zoophycus遺跡化石，且多數(shù)層都有零星或似層狀分布的燧石結(jié)核、扁餅狀團(tuán)塊或燧石層。發(fā)育良好的風(fēng)暴沉積。總厚度一般為70～90m，最大可達(dá)110m。與上覆山西組和下伏本溪組均為整合接觸。

2 不同區(qū)域太原組灰?guī)r對(duì)比

由上例三個(gè)典型剖面資料可知，太原組灰?guī)r在淮南地區(qū)孔集井田的灰?guī)r層數(shù)有12層，其累積厚度有50.30m，占全層厚度的46.1%；在禹縣龍華山剖面的灰?guī)r層數(shù)達(dá)8層，其累積厚度有25.2m，占全層厚度的38.9%；在焦作劉莊灰?guī)r層數(shù)有9層，累積厚度為16.55m，占全層厚度的46.6%。其詳細(xì)對(duì)比情況見(jiàn)表1。（注：由于淮南灰?guī)r是井田自上而下編號(hào)，這里為了統(tǒng)一進(jìn)行了調(diào)整）

表1 焦作、禹州、淮南太原組灰?guī)r層數(shù)、厚度對(duì)比

由以上三個(gè)地區(qū)太原組地層對(duì)比可知，太原組在以上三個(gè)地區(qū)都是灰?guī)r與碎屑巖互層，且灰?guī)r的厚度相對(duì)較小，一般單層厚度不超過(guò)10m，這充分的反映在上古生界太原組是一套海體水位不深的海陸交互相的沉積，且當(dāng)時(shí)整個(gè)南華北地區(qū)灰?guī)r空間分布廣，層位穩(wěn)定，為陸表海緩坡型碳酸鹽沉積。太原組灰?guī)r的層數(shù)和厚度均向本區(qū)西部邊緣地區(qū)迅速減少和變薄，至宜洛一帶出現(xiàn)障壁后瀉湖環(huán)境下形成的泥灰?guī)r和硅質(zhì)泥巖，在澠池一帶灰?guī)r層面上還保存了很好的淺水波痕，表明濱淺海環(huán)境的存在。

3 海侵規(guī)律與海侵方向

在經(jīng)歷了自晚奧陶世的全面抬升和剝蝕夷平后，至早石炭世晚期，位于陰山古陸和秦淮古陸之間的華北沉積區(qū)為北東部低，南西部高，微向南西傾斜的準(zhǔn)平原化地貌。晚石炭世早期，在繼承了華北早石炭世早期和早石炭世晚期海侵之后，陸表海迅速到達(dá)華北腹地及其邊緣，整個(gè)南華北地區(qū)遭受了第一次大規(guī)模的海侵，并一直持續(xù)到晚石炭世早期，近年來(lái)對(duì)河南澠池本溪組灰?guī)r發(fā)現(xiàn)Fusulina cyindrica，表明晚石炭世海侵到達(dá)豫西最晚。

晚石炭世早期，南華北地區(qū)在繼承了早石炭世早期海侵和早石炭世晚期海侵的基礎(chǔ)上，隨著郯廬斷裂以西的廣大地區(qū)比其東部下沉幅度大，海侵向西推進(jìn)，迅速到達(dá)了華北腹地及其邊緣。海侵為來(lái)自蘇皖北部的陸表海向華北全境作輻射狀侵入，總體方向?yàn)橛蓶|南向西北。

晚石炭世是南華北地區(qū)石炭紀(jì)海侵的高峰，這是由于晚石炭世早期始，華北北部的持續(xù)抬升和南部的相對(duì)下降，致使海侵中心由早石炭世早期的遼東一遼南地區(qū)顯著南移至豫東、徐淮地區(qū)。這一時(shí)期的海侵可分為早、晚兩期，分別以含Triticites蜓帶和Pseudoschwagerina蜓帶的灰?guī)r海侵為代表。在晚石炭世晚期，攜帶Triticites蜓群的海體西侵到達(dá)河南禹縣等地區(qū)；到了早二疊世早期，是整個(gè)南華北晚古生代石炭二疊紀(jì)海侵中最大時(shí)期，當(dāng)攜帶Pseudoschwagerina蜓群的海體再度由蘇皖地區(qū)向西北侵進(jìn)時(shí)，便迅速到達(dá)了南華北腹地及其邊緣。

4 海侵控制因素

華北晚古生代的海侵作用主要受盆地內(nèi)古構(gòu)造變動(dòng)及盆地周緣構(gòu)造作用的控制。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)三面：

4.1 早古生代末期，因南部洋殼的俯沖而使華北板塊整體抬升，缺少志留、泥盆紀(jì)沉積。此期華北地區(qū)古地勢(shì)可能呈南高北低，并一直持續(xù)到中石炭世。在盆地北緣，中石炭世初期由于西伯利亞與華北板塊拼合及其向南的擠壓力，使海水南進(jìn)，在拼接帶以南形成一些淺水殘余海盆。在西伯利亞板塊向南的“推土機(jī)”機(jī)制的作用下，加之華北板塊南緣的沉降作用加劇，自晚石炭世晚期開(kāi)始，華北地臺(tái)的古斜坡由北傾變?yōu)槟蟽A。此后，盆地北緣擠壓隆升與南緣沉降作用的相對(duì)強(qiáng)度一直控制了華北盆地海陸分布及其充填演化。

4.2 華北盆地東部的郯廬斷裂對(duì)于石炭紀(jì)的沉積和海侵也起控制作用。早石炭世晚期以前，郯廬斷裂以東表現(xiàn)為沉降，海侵作用較強(qiáng)。海侵僅對(duì)斷裂以西的局部地區(qū)有影響。中石炭世晚期開(kāi)始，斷裂以西沉降作用加強(qiáng)，表現(xiàn)為海侵作用范圍和規(guī)模逐漸增大。石炭紀(jì)時(shí)的郯廬斷裂活動(dòng)，沉積相、海侵及古地磁資料等，都顯示了斷裂兩側(cè)存在著明顯的左行和右行的平移，且遼東和徐淮兩區(qū)的石炭系存在著明顯的差異，說(shuō)明遼東并不是由徐淮推來(lái)的。沉積物成分及結(jié)構(gòu)成熟度，華北腹地在晚古生代呈逐漸降低趨勢(shì)，而遼東卻不同，從本溪期至太原期呈現(xiàn)了與華北腹地大體相反的趨勢(shì)。

4.3 晚古生代的冰川作用被認(rèn)為不少于50次，其中石炭、二疊紀(jì)的冰期極為重要，石炭一二疊紀(jì)冰期的冰川，大多分布于南極區(qū)以?xún)?nèi)的岡瓦納古陸上。岡瓦納古陸發(fā)生廣泛冰川作用的時(shí)期大致從石炭紀(jì)納謬爾期（始于325Ma）到二疊紀(jì)卡贊期（240～230Ma），但冰川活動(dòng)最主要的時(shí)期是石炭紀(jì)最晚期至二疊紀(jì)最早期。筆者認(rèn)為，造成石炭二疊紀(jì)海侵特征的另一個(gè)因素可能也與當(dāng)時(shí)的全球大規(guī)模的冰期有關(guān)，在冰期大量水體以冰的形式存儲(chǔ)在陸地上，海水量減少海平面降低；而在間冰期冰川融化補(bǔ)給海洋海平面上升。石炭二疊紀(jì)冰川的反復(fù)進(jìn)退，引起全球海平面反復(fù)升降，造成海侵海退。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 本文通過(guò)對(duì)不同區(qū)域地層的巖性特征，太原組灰?guī)r層厚、層數(shù)等進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為南華北地區(qū)晚古生代是一個(gè)由陸表海沉積和陸相沉積相互交替的過(guò)程，造成這種層數(shù)的變化主要是由于海侵方向?qū)е?。而灰?guī)r厚度的變化，筆者認(rèn)為是由于當(dāng)時(shí)的盆地內(nèi)的古構(gòu)造以及海侵規(guī)模的大小造成；

5.2 南華北地區(qū)頻繁海侵以及灰?guī)r層數(shù)的變化主要是受盆地內(nèi)古構(gòu)造變動(dòng)及盆地周緣構(gòu)造作用的控制。當(dāng)時(shí)西伯利亞板塊與華北板塊構(gòu)造相關(guān)，板塊碰撞致使海水的頻繁運(yùn)動(dòng)；另外東部郯廬斷裂的沉降控制著海侵規(guī)模和方向，導(dǎo)致沉積中心在不停地變化。正是由于這種沉降才可能導(dǎo)致海侵最后從蘇皖地區(qū)退去，淮南地區(qū)12層灰?guī)r就是這種變化的體現(xiàn)。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.001

許?。?985.08—），男，助理工程師，在淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦從事礦井地質(zhì)工作。