本溪地区本溪组上段沉积环境分析

【摘 要】辽宁本溪组地层在晚石炭世早期处于近岸陆棚环境。同期沉积物的底部为河湖相泥岩、页岩、再向上为粉砂岩、砂岩，最后为碳酸盐岩夹碎屑岩，代表了一个海进组合。本溪牛毛岭剖面碎屑岩主要为河流、湖泊、沼泽相沉积，砂岩粒度分选一般较好，磨圆相对较差，成熟度相对较高，推测为河流相沉积。砂质页岩和粉砂岩层内，岩石的颜色多为灰色，绿灰色或是灰绿色，多为在气温较低的河流相环境下沉积。泥岩泥质含量较高，球状风化发育，表现为沼泽相沉积环境。

【关键词】晚石炭世；碎屑岩；碳酸盐岩；沉积环境

0 前言

国内对区域沉积环境的研究日渐成熟，就辽宁地区而言，多数文献资料主要研究古生物的特征、生存环境及生物礁的特征，对沉积岩沉积环境的研究则相对缺乏。本研究以本溪组牛毛岭实测剖面及横向对比的研究成果为基础，借鉴前人的研究成果，从沉积岩层演化的角度对本溪地区本溪组上段区域进行分析研究，总结由老到新岩层的海陆变迁，古气候变化，古地理特征，生物礁特征。

1 地质概况

工作区位于辽宁太子河流域本溪地区，是华北型石炭系主要发育区之一。晚石炭世初期，本区开始了由南至北的海侵，沉积环境由扇形三角洲到峡湾海岸再演化为碳酸岩台地，堆积了近陆特征明显，近东西向展布的各沉积相带。

本溪组平行不整合覆于中奥陶统上马家沟组之上。本组岩性下部为黄绿、黄、紫色页岩夹G、F两层铝土页岩、薄煤层；上部为青、黄绿、黄色页岩、砂岩、灰岩透镜体和E层铝土页岩，局部夹薄煤层。本组腹足类、腕足类古生物化石甚多，生物礁发育且具有很强的代表性，具有很大的理论研究价值。

2 本溪组上段牛毛岭剖面

辽宁本溪市本溪组地层发育较好，本剖面位于本溪市区西北部的牛毛岭上，东距本溪湖公园约1km，呈近东西向沿山脊延伸。牛毛岭剖面为国内本溪组岩层的典型剖面之一，本人对该区本溪组上段岩层进行了地质考察，并采集了大量的岩石标本，牛毛岭剖面主要以砂岩、泥岩为主，夹有5层生物碎屑灰岩。其中砂岩为河流、湖泊、沼泽相沉积，岩层之间为渐变式接触。生物碎屑灰岩为近海相或滨海相沉积，含有腕足、蜓等化石。剖面地层大致呈南北向展布，各岩层间呈平行整合接触，岩层间多为渐变的接触关系，没有断层展布，岩层大致向西倾斜，倾角一般小于30°。全段共划分为19层，测量部分总厚度84.83m。

3 碎屑岩沉积环境分析

牛毛岭剖面最底层为厚层微层理构造中细粒杂砂岩，有极少量的铁质，处于弱氧化、中性至弱酸性环境，判断其为稳定的河流相沉积环境，再往上，沉积环境变的不稳定，难以形成较厚的岩层，可能是水流加大，使沉积物的物源减少，也可能是因为河床底部向顶部变化，河流变浅。往上出现一层较薄的铝土质岩，此时发生海侵作用，但时间不长，铝土质结构比较疏松，容易破碎，铁质明显比下部增多，局部可见小孔砂岩，因为海侵能力增强的结果。岩层上部出现炭质页岩，由河流相向沼泽相、湖泊转变。

第3层炭质页岩加砂质页岩，页岩层由薄变厚，由炭质逐渐转变为砂质，反映沉积环境由沼泽、湖泊相向河流相过渡。

第4层为黄色中厚层细砂岩，含铁质，厚度较厚，反映沉积环境较稳定，河流无太大的变化。厚层细砂岩中夹有少量薄层砂岩，推断为河床变浅，没有空间沉积较厚的岩层；厚层砂岩中的铁质成分，由下到上表现为递增的趋势，泥质增多，表现为河流相向湖泊相上部的沉积环境。

第5层为杂色页岩夹有薄层泥岩，颜色多样，含炭质，风化程度较高，总体表现为较强的还原环境，反映为沼泽相沉积环境。

剖面杂色页岩岩层之上为生物碎屑灰岩，由沼泽相向海相沉积环境转变。灰岩上部为粉砂质泥岩，在泥岩中发现很多植物的茎叶碎片，不定向排列，有少量的铁质结核，反映为近海沼泽相沉积，与之前的沼泽相环境相比较，该层受海洋暖气流的影响，更适合大量植物的繁殖。

第8层黄色钙质泥页岩位于上层煤线之上，铁质减少钙质增多，反映为海进的沉积环境。

第10层为泥岩夹厚层泥质粉砂岩，可见黑色炭质岩，胶结物中含少量云母，属稳定的近海湖泊、沼泽相沉积，泥岩上部炭质明显减少，说明受海水冲刷的作用较大，属湖泊相上部沉积。

第11层泥质胶结黄绿色泥岩具有均匀的水平层理，是近海岸静水沉积的典型特征，下部岩层结构成分较单一，形成温度低，不适合植物的生存。上部12层岩层为暗紫色砂岩，铁质含量增多，应在温度较低的河流相环境下进行，向海相沉积环境过渡。

14层为中薄层中细粒砂岩，含少量的泥质，总体为硅质胶结，表现为河流相沉积，经过长期的河流相沉积作用，环境由河流相向湖泊、沼泽相转变，含铁质铝土质增多，还原性增强，沉积了一层较薄的铁质、铝土质页岩岩层之后，海侵来临，环境向海相过渡。

17层和19层的岩性基本相同，都是由海相转变为沼泽相，有明显的过渡层，泥质含量丰富，不同的是19层泥岩层较厚，因为海相向沼泽相过渡的过程中，海侵能力衰减，保留了较多的泥质，沉积稳定。

4 碳酸盐沉积环境分析

根据牛毛岭剖面分析，该剖面处于一个海侵作用影响的由湖泊、沼泽相向海相过渡的环境，且每一次过渡便沉积一套碳酸盐体系。从下蚂蚁灰岩、上蚂蚁灰岩、小峪灰岩到本溪灰岩的四层灰岩，生物碎屑量依次增多，水动力总体表现为减弱的趋势。早期时期属于河流相和湖泊沼泽相更替的时期，海浪的作用影响了生物碎屑的沉积。到小峪灰岩有造礁生物出现，说明水动力减弱到适应造礁生物生存程度，因沉积时间较短，海水波动较大，未达到成礁规模。

第16层生物碎屑灰岩可见礁体发育，有的在一个平面上聚集且有固定方向的生长，这种分布规律说明每种生物都代表着某种特定的生长环境。该层碳酸盐沉积物主要为生物成因，其中有些生物能适应较高水能环境，甚至具有抗浪的生态本能，它们能在高能环境下就地生长聚集为成为礁体。

5 成礁环境分析

研究区内发现的几处生物礁，均在本溪组上段本溪灰岩岩层形成，其沉积环境受同样的因素影响，在这里不予分析，以下对比茨沟回民山顶礁体分析本溪组生物礁成礁环境。

茨沟一带生物碎屑灰岩的含量相对牛毛岭更高，给回民山礁体提供了物源基础，在回民山顶所发现的礁体大致呈长方体，礁体顺岩层走向方向长18m，宽9m，厚度约5m（未见底）。分析表明此处的沉积环境相对与牛毛岭一带更稳定，覆盖式的礁体特征表现的更明显。比较牛毛岭剖面牛毛岭灰岩层，回民山的水深、水温、水体动荡提供了造礁生物更快速生长的条件，其中水体动荡能力起到主导作用。当海浪的侵蚀能力过大，其破坏速度要大于造礁生物生长的速度，过小又制约了造礁生物生长所需的养分，回民山的水动力恰好在利于造礁生物生长的点上。结合生物礁的生长特点，推断茨沟一带为砂坪-海滩环境，海水深度较牛毛岭一带浅，更能适应礁体的生长。

本溪组上段的海相环境相对动荡，又有陆源物质的大量侵入，不适合礁体大规模的生长，仅在局部因适宜的环境发育一些小规模的礁体，且造礁生物单一。

经研究发现区内生物礁极为相似，在宏观上不连续的带状分布。因而推测它们属于规模不大的岸礁，其生成环境是近岸的礁相沉积环境。

6 结论

本文通过岩性特征、古生物特征、沉积规律等，对本溪地区本溪组上段牛毛岭剖面地层及生物礁进行沉积环境分析，主要结论如下：

6.1 辽宁本溪地区本溪组上段牛毛岭剖面为河流到湖泊、沼泽再到海洋交替的沉积环境，岩性主要为河流、湖泊、沼泽相的砂岩、粉砂岩、页岩、泥岩和海相沉积的含生物碎屑灰岩为主。

6.2 河流相沉积环境，水温一般较冷，多沉积颜色较深颗粒较大的碎屑岩类。河流相向湖泊、沼泽环境过渡，陆上植物得以大量繁殖，碎屑岩类泥质含量相对较高，多沉积含植物碎片的泥质页岩、泥岩和粉砂质泥岩。

6.3 海相沉积环境沉积含生物碎屑的灰岩，泥质含量较多，本溪灰岩组发育生物礁，其它岩层受海水波动影响，生物碎屑含量相对较少，不发育生物礁。

6.4 本溪地区晚石炭世本溪组生物礁成礁方式以覆盖式为主。本溪地区处于动荡的海陆交互相的沉积环境，造礁生物生长时间短，多形成板状体，板状体与生物碎屑岩交互成层形成礁体。在海相沉积的环境里，海水的动力条件对生物碎屑的生长和造礁生物的成礁起到了决定性的作用。

【参考文献】

[1]刘宝琣，主编.沉积岩石学[M].地质出版社，1980：96.

[2]巩恩普.辽东太子河流域中石炭世若干生物礁的发现及研究[J].沉积学报，1994，3，12（1）：1-2.

[责任编辑：曹明明]

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