沉积相及沉积演化史

第二节　沉积相及沉积演化史

一、沉积相类型及其在地层中的分布

据沉积相标志，研究区内共分析识别出31种沉积相（或成因）类型及四种事件沉积，在沉积相划分的基础上进一步归并为大陆、海陆过渡和海洋三大沉积相区。研究区内所见四种事件沉积均发生于海洋相区背景下。研究区所见沉积相类型及其在地层中的分布如表2-2所示。

表2-2　研究区沉积相类型及其在地层中的分布

续表2-2

二、沉积演化史

研究区前南华系变质岩系受后期岩浆作用及变形变质改造，在空间分布上极为不连续，出露面积也较小，故未对其进行沉积环境恢复，而是对晋宁造山运动结束之后相对稳定时期形成的沉积盖层进行沉积环境分析。

随着晋宁造山作用的结束，研究区南华纪开始接受莲沱组河流相沉积，角度不整合于基底变质岩系之上。在长阳佑溪一带，莲沱组砂岩不整合覆盖在前南华纪张家湾组的黑色板岩之上，其上为古城组的冰碛岩、代表间冰期的大塘坡组含锰黑色页岩沉积以及南沱组冰碛岩沉积。由南往北该套地层厚度减少，逐渐缺失了古城冰碛岩、大塘坡含锰岩系和莲沱组，至黄陵背斜北缘仅局部地段出现厚1～3m的南沱冰碛岩。

震旦纪研究区开始转化为统一稳定的陆块区，常处于陆表海、浅海碳酸盐台地环境，伴随多次的整体升降。早震旦世，随着冰期的结束、雪球地球解体，全球由极端寒冷向极端温暖转变，出现陡山沱组下部“盖帽白云岩”，随后海平面快速上升，海侵迅速而短暂，形成浅海陆棚-盆缘环境泥质条带灰泥岩、含碳质页岩等低速沉积（普遍含钾、钒、锰等元素）；之后随着补偿作用充分，研究区逐渐转化为陡山沱组中、上部和灯影组开阔海台地-局限台地碳酸盐岩沉积，在台地边缘斜坡地带常沉积了含磷白云岩或磷块岩，形成湖北省重要的含磷层位。总体上看，海水由南东向北西侵入，具北西高南东低的古地理面貌。

寒武纪初，研究区仍保持碳酸盐台地环境，形成灯影组上部局限台地或萨布哈环境下的白云岩夹岩溶角砾岩建造，且局部暴露，接受风化剥蚀，形成了与上覆牛蹄塘组之间的古岩溶界面。之后发生的相对海平面变化旋回和沉积组合序列均与前述震旦纪类似，海侵发生于中寒武世早期，在滞留缺氧环境下，形成牛蹄塘组下部很有特征的陆棚-盆缘相黑色硅质岩、碳质页岩、“锅底状”灰岩、含粉砂质灰泥岩沉积，该层位为区内重要镍、钼、钒、铂、钯等多元素地球化学异常层位；随着补偿作用的进行，相对海平面逐渐降低，依次接受牛蹄塘组上部的泥晶灰岩、石牌组陆棚相细碎屑岩，天河板组开阔台地相薄层灰泥岩及台地边缘浅滩相鲕粒豆粒灰岩、砾屑灰岩，石龙洞组、覃家庙组和娄山关组局限台地-局限潮下相白云岩、藻白云岩与白云质灰岩沉积。其中，寒武系石龙洞组发育有古喀斯特岩溶角砾岩，标志着海平面的大幅下降。从区域变化来看，寒武纪继承了震旦纪北东薄南西厚、北东浅南西深的古地理格局。

早奥陶世再次发生区域性的大规模海侵，南津关组底部普遍发育的一套含钾钙质泥岩建造即为该时期产物，随后全区由局限台地转变为开阔台地相，沉积南津关组生物碎屑灰岩、灰质白云岩夹钙质泥岩建造；之后，接受分乡组台地边缘相含海绿石生物屑灰岩、钙质泥岩沉积和红花园组生物屑灰岩、礁灰岩沉积；大湾组含海绿石灰岩-瘤状灰岩-粉砂质泥岩构成了向上变细的海侵体系，至大湾组顶部达到海侵高峰后，沉积了浅海陆棚相牯牛潭组紫红色瘤状灰岩和泥晶灰岩；随后相对海平面高频振荡变化，除庙坡组和五峰组为盆地边缘相沉积外，主要为台地-浅海陆棚相碳酸盐岩沉积，出现临湘组、宝塔组瘤状灰岩、龟裂纹灰岩等特征岩性组合。

奥陶纪与志留纪之交，研究区转变为深水滞留盆地环境，普遍接受五峰组-龙马溪组富含笔石及放射虫的黑色硅质岩、粉砂质泥岩沉积，属南华系-志留系盆地演化旋回中相对海平面上升最高、深水盆地范围最大的时期。南部的扬子东南缘基底断块上升形成古陆，陆缘物质供应充分，由此改变了自南华纪以来以碳酸盐沉积为主的陆表海环境，形成了龙马溪组、罗惹坪组和纱帽组以陆缘碎屑为主的滨浅海沉积。受加里东运动的影响，至中志留世研究区上升成陆，地表遭受长期夷平剥蚀，形成志留系与上覆地层间的平行不整合界面。至此，从南华纪开始的盆地演化过程结束。

经过中晚志留世-早中泥盆世长期剥蚀夷平作用，在中晚泥盆世时开始了新的盆地演化历程。中泥盆世的海侵自南东向北西扩展，泥盆纪沉积也自南东向北西超覆，厚度向北西减薄，区域上泥盆纪最低层位向北逐渐抬高。纵向上表现为相对海平面的持续加深，研究区南部由底至顶接受云台观组前滨相石英砂岩-黄家蹬组近滨相砂页岩-写经寺组远滨相泥质条带生物屑灰岩-梯子口组三角洲前缘相细砂岩与粉砂质泥岩之沉积序列，形成丰富的宁乡式铁矿和硅石矿床。

石炭纪研究区同样处于频繁升降环境，早世和晚世各经历一次有限的海侵旋回，形成广泛的隆升，暴露平行不整合界面。早世海侵仅发生于研究区东部，呈北西西向展布，大部地区缺失，形成金陵组生物屑灰岩、高骊山组与和州组滨岸沼泽相-淡化泻湖相的砂页岩建造；晚世海侵范围略有扩大，接受大埔组与黄龙组局限台地—开阔台地相白云岩、云岩角砾岩和生物屑灰岩。

早二叠世仍然延续了泥盆纪至石炭纪震荡升降和沉积调整过程，出现了全区沉积间断，形成向陆超覆的梁山组滨海沼泽相沉积。至中二叠世才进入了稳定的沉降阶段，接受了栖霞组与茅口组厚度较大的碳酸盐岩沉积，由于碳酸盐岩的快速补偿作用，研究区始终保持浅水台地或陆棚环境；中二叠世晚期开始出现深水盆地环境，盆地沉降加剧趋于成熟。中晚二叠世之交的东吴运动致使前期稳定沉降并趋于成熟的盆地发展过程突然中断，形成了广泛的隆升剥蚀不整合界面，形成大面积的隆起剥蚀区。晚二叠世盆地发生分异，于研究区建始、恩施双河、宣恩椿木营一线形成近南北向的鄂西南坳陷盆地，表现为横向上相变明显，存在着以碳酸盐岩为主、以硅质岩为主及过渡型三种沉积类型。随着海侵范围继续扩大，至长兴阶深水盆地范围最大，盆地趋于成熟。

早中三叠世时期，研究区进入盆地萎缩阶段，海水由东向西全面退却，由大冶组浅海陆棚-开阔海台地相灰泥岩、颗粒灰岩、蠕虫状灰岩夹钙质泥岩向嘉陵江组局限台地相白云岩、云岩角砾岩转变；由于印支运动的影响开始显现，地壳持续抬升，中三叠世中晚期，残留海盆范围进一步缩小，伴随小规模的海侵及海退，形成巴东组潮坪-混合陆棚相紫红色碎屑岩夹碳酸盐岩沉积。

中三叠世末印支运动结束了研究区漫长的海相盆地演化历史，海水从本区全部退出，北部秦岭和黄陵地区上升为陆，沉积了晚三叠世-早侏罗世须家河组三角洲相和湖沼相、湖泊-沼泽相的灰绿色中细粒砂岩与灰黑色泥岩沉积序列，为研究区重要的成煤期。随着秦岭和雪峰造山作用加剧，盆地沉积中心由东向西迁移，研究区成为四川盆地的东缘，主要沉积河流相-河流三角洲相的砂岩。随后，统一的侏罗纪盆地经历了多次的湖平面升降变化，形成了自流井组、新田沟组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组三角洲至湖泊相沉积。

研究区白垩纪古地理环境已完全转变为内陆山间断陷盆地。白垩纪早期，在研究区东侧及邻区形成以洪冲积扇为主的石门组、河流-湖相五龙组地层；晚白垩世，在江汉盆地沉积了以砾岩为主的罗镜滩组、以砂岩为主的红花套组及砂泥互层的跑马岗组，同时在恩施、建始、仙女山等山间盆地形成以洪冲积扇-河流相为主的罗镜滩组、红花套组地层，盆地基底由前白垩系组成，白垩系以高角度不整合超覆于前白垩纪地层之上。其后地壳不均匀升降运动的进一步加剧，研究区东部江汉盆地过渡为稳定沉降阶段，古近纪形成了多个洪冲积-河湖相沉积旋回。