内蒙古达尔罕茂名安联合旗下二叠统阿木山组沉积特征
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发布时间：2022-04-21 18:03
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时间：2022-07-12 10:17
李尚林1 刘玉才1 杨补旺2 袁华钵3 汪晓燕3 于景春1 龙文华2
(1.国土资源部实物地质资料中心，北京 101149；2.内蒙古地质调查院，呼和浩特 010010；3.中国冶金地质勘查工程总局第一地质勘查院，北京 101601)
摘要 内蒙古达尔罕茂名安联合旗下二叠统阿木山组为一套滨海—陆相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积，自下而上可分为两段：一段底部为陆源碎屑潮坪沉积体系，上部为碳酸盐(台地)潮坪沉积体系；二段为三角洲沉积体系，由底部向上依次为前三角洲沉积亚相，三角洲前缘沉积亚相，三角洲平原沉积亚相。上述充填顺序反映了阿木山组沉积时依次经历了潮坪—碳酸盐(台地)潮坪—三角洲三个演化阶段，代表一个完整的海进—海退海平面变化旋回。
关键词 达尔罕茂名安联合旗；下二叠统；阿木山组；沉积相
一、阿木山组概况
下二叠统“阿木山组”1959年由原地质部241队在达尔罕茂名安联合旗(简称达茂联合旗)红旗牧场阿木音乌苏创名[1]，并一直沿用至今。研究区内阿木山组主要分布于达茂联合旗地区的阿木音乌苏—哈日扎—希日哈达—善达一带，呈近东西向弧形展布，出露面积近60 km2，属于天山-兴蒙地层区，内蒙古草原地层分区相带完整。岩性以陆相碎屑岩夹碳酸盐岩为主，自西向东陆源碎屑岩逐渐减少，碳酸盐岩逐渐增加，灰岩中富含
、腕足、珊瑚、海百合等动物化石。碎屑岩中含植物碎片。前人根据产在灰岩中的
自下而上分别以 Triticites(郭胜哲，1983；赵泽国，1965)、Pseudoschwagerina(郭胜哲，1983)和Eoparafusulina(郭胜哲，1983；韩建修，1979)的出现划分为三个组合带，时代为晚石炭世[1]。依据2000年国际地层表和2001年中国区域地层表[2]，其时代应为早二叠世，本次所采化石基本可与其对比。综观上述特征，作者认为阿木山组的时代划为早二叠世为宜。前人的研究[1～5]基本上都是以古生物学和地层学方面的研究为主，很少进行沉积相和沉积环境方面的研究，本次将在这方面做一尝试。本文以善达剖面为主，参考巴音乌苏、阿木音乌苏剖面进行阐述。本区阿木山组沉积体系及其演化在区内具有广泛的代表性，虽然岩石组合类型简单，但沉积构造广泛发育、类型多样，对研究其沉积环境具有重要的意义。根据岩性组合特征及生物组合，沉积构造与沉积旋回特征，将区内阿木山组自上而下划分为两段，沉积序列如图1所示。
图1 阿木山组沉积序列图
一段 底部为灰白色中粗粒—中细粒钙质石英砂岩(可含砾)、紫红色钙质泥岩夹中厚层泥质粉砂岩，与下覆查干合布组不整合接触；中上部为灰色厚层状生物碎屑灰岩、泥晶灰岩夹紫红色中粗粒长石砂岩、粉砂质泥岩，总厚度约为381m。
二段 下部为灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、长石砂岩互层，厚为231m；中部为中粗粒岩屑砂岩、长石砂岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩，厚323m；上部为灰*、灰紫色中细粒长石砂岩、岩屑砂岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩，与西别河组呈断层接触，厚约353m。
根据野外露头岩性与沉积构造描述，岩相及岩相组合的详细观察和室内的综合研究，可将阿木山组划分为陆源碎屑潮坪、碳酸盐(台地)潮坪和三角洲三种沉积体系[6～10]。
二、陆源碎屑潮坪沉积体系
1.岩性分析
阿木山组一段底部，主要发育三种岩性：①中粗粒砂岩，具颗粒支撑结构，结构和成分成熟度均较高，砂屑成分主要为石英，含量约90%，次棱角状至浑圆状，粒径0.5～2mm，单层厚5～10cm，层系厚1～10m，横向延伸较为稳定，属潮间带高能环境沉积；②细砂岩和粉砂岩，颗粒支撑结构，少量杂基支撑结构，单层间分选较好，常以夹层出现，横向延伸不稳定，单层厚度＜10mm，或呈透镜体夹于泥岩之中；③粉红色钙质泥岩，可见植物化石碎片及植物茎干，发育生物扰动构造，泥裂构造较常见，为水位频繁变化和间歇性出露水面条件下形成的沉积岩，代表干旱低能的潮上带环境。
2.沉积构造特征及其他相标志
本组潮坪沉积体系主要由潮上带和潮间带沉积物组成。根据沉积特征划分为砂坪、泥坪和混合坪三类。砂坪主要由灰色、灰白色钙质石英砂岩组成，成分与结构成熟度较高，偶夹粉砂岩和泥岩薄层，发育流水沙纹层理。混合坪岩性以细粒石英砂岩、粉砂岩为代表。在砂质沉积物中常有泥岩薄层，这种薄层是受强潮流扰动而呈悬浮状态搬运的沉积物在高低潮或平潮、停潮期流速最小时沉积的，横向延伸不稳定，常常呈透镜状分布。发育条带状层理、波状层理和透镜状层理，其中以条带状潮汐交互层理最为发育。泥坪主要由粉红色钙质泥岩组成，夹有透镜状砂岩和粉砂岩，发育水平层理，水平波状纹层，常见泥裂构造及生物扰动构造。
本组潮坪在剖面上显向上变细的退积型沉积层序，底部以砂坪开始，向上过度为混合坪，顶部为泥坪。局部充填透镜状潮汐水道砂岩透镜体，主要由中粗粒砂岩组成，底部具侵蚀构造，发育典型的双向羽状交错层理。
三、碳酸盐台地潮坪沉积体系
位于阿木山组一段上部，主要岩性为：①泥晶灰岩，岩石组分以灰泥为主，生物碎屑含量小于10%，包括
类、腕足类、双壳类及海百合茎等生物类别，呈半自形—他形产出，从薄片上看，显示以灰泥支撑为主的结构类型，发育水平层理或块状层理，属低能环境；②生物碎屑粒泥灰岩，含有不同种类的生物化石颗粒，颗粒均遭到不同程度的破坏，并受到一定程度的泥晶化，颗粒支撑，颗粒之间主要由灰泥充填，也可见少量细粒的亮晶方解石散布于灰泥基质中，可能为重结晶的灰泥或细小的生物碎屑，毫米级的水平纹层理发育，多呈薄层状产出，水动力能量弱，潮汐流作用不明显，主要形成于浪基面以上中—低能环境中；③长石砂岩，成分成熟度中—低，颗粒支撑，杂基含量少，孔隙式胶结，底部具冲蚀构造，发育羽状交错层理，属潮汐水道透镜状充填沉积物；④钙质泥岩，含粉砂和植物碎屑，生物扰动构造发育，代表潮下低能沉积。
该沉积体系厚度较小，岩层中水平纹理发育，生物扰动构造强烈，可见块状层理及经不同方向水流作用形成的干涉波痕。陆源碎屑潮汐水道沉积较为发育，表明台地距海岸位置较近，陆源物质供应较为充分。基本层序由泥晶灰岩、生物碎屑灰岩和泥岩构成的向上变浅型，其组合特征为碳酸盐(台地)潮坪沉积。
四、三角洲沉积体系
1.岩性分析
本组三角洲沉积体系域相带完整，沉积厚度超过907m，研究较为详细。根据沉积物粒度、结构、构造以及地层几何形态，结合Miall[9、10]的研究成果将沉积物划分出4个岩相：①砂岩(sp)，主要由分选中至差的中—粗粒砂岩组成，可含砾，横向延伸几米至二十几米，呈透镜状产出，单层厚0.3～1.2m，底面具冲蚀构造，正常层理被切割，层内成板状交错层理或槽状交错层理，属低流态或沙波迁移沉积产物；②砂岩(sr)，主要由分选中—好的磨圆度较高的粉砂—粗粒砂岩组成，横向延伸稳定，单层厚0.6～60cm，底面较为平坦，层内具波状交错层理、小型板状交错层理，属低流态沉积；③粉砂岩(Fm、Fl)，主要由分选较好的粉砂岩组成，常见泥岩夹层，单层厚3～10mm，层系厚0.6～2m，底面较为平坦，横向延伸较远，具块状层理、水平层理、沙纹层理，属漫滩(洪泛平原)沉积；④泥岩(ml、Mb)，主要由粘土级物质组成，发育水平层理、沙纹层理、块状层理。
2.沉积亚相和沉积构造特征
本组三角洲沉积体系中可以识别出三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三个亚相，各亚相内又可分出若干个微相单元。其中平原亚相的分支河道和分支河道间湾(漫滩或沼泽)，前缘亚相的水下分流河道、水下分流河道间湾、河口砂坝等亚相较为典型，前三角洲主要为一套粉砂质泥岩夹粉砂岩的细碎屑岩。整个三角洲沉积序列表现为一个向上变粗的进积型剖面旋回结构。
(1)三角洲平原亚相
分支河道亚相 分流河道以中粗粒长石砂岩、岩屑砂岩沉积为主。砂岩多呈棱角状，分选性差，结构和成熟度均较低，底部砾石呈叠瓦状排列，单个粒径小于1cm，发育板状交错层理、槽状交错层理。垂向组成若干个具下粗上细的正韵律层序，代表了河口侧向迁移沉积的产物。单个韵律底部通常为一冲刷面，其上为高动能冲刷条件下的河床滞留沉积，中型糟状交错层理或平行层理的细砂岩，层面发育网格状波浪——水流干涉波痕，是不同方向的水流和波浪互相叠加的产物[9]。
分支河道间漫滩(洪泛平原或沼泽)微相 以粉砂岩、泥岩和泥质粉砂岩为主，具水平层理、波状层理及雨痕构造，是漫滩暴露地表遭受雨击后所保留的标志性环境构造，可见保存完好的植物茎干化石。
(2)三角洲前缘亚相
水下分流河道微相 水下分流河道是平原环境入海后的水下延伸部分，沉积物一般分选较好，以含砾岩屑砂岩、中粗—中细粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩为主，砂岩的砾屑成分以石英为主，长石少量，岩屑次之，次棱角状—次圆状，石英含量约75%～80%，岩石呈颗粒支撑，岩石中泥质杂基含量极少，多在10%以下。单个层序底部通常具冲刷面，之上充填砂岩呈透镜状产出。透镜体最大厚度为0.5～2m，少数可达5m，横向延伸数米即迅速尖灭。透镜体下部为含砾或粗砾砂岩，发育块状、大型槽状交错层理、平行层理，向上逐步过渡为粉砂岩和泥质粉砂岩，以小型板状和波状层理为主。基本层序是以冲蚀面为底的向上变细型。
水下分流河道间湾微相 由粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组成，夹少量细砂岩，单层沉积物分选性较好。由于水下河道频繁迁移，河道间沉积物往往遭到侵蚀破坏，剖面上常呈大小不等的透镜体出现在河道砂岩中，发育水平层理及透镜状层理，可见生物扰动构造。
河口砂坝微相 由中粗—中细粒岩屑砂岩、长石砂岩、粉砂岩组成，砂岩一般分选性较好，可见双壳类等生物化石碎片。垂向上发育向上变粗和向上变细的两种基本层序。河口砂坝沉积构造发育，常见波状层理、平行层理、中小型板状交错层理和槽状交错层理。
(3)前三角洲亚相
前三角洲为发育于三角洲前缘向海方向的颗粒较细的沉积组合，岩性较为单一，主要为粉砂岩、泥质粉砂岩和泥岩，发育水平层理和砂泥互层层理等，生物扰动较为强烈。
五、沉积体系演化
众所周知，华北板块北缘于加里东期和海西期一直伴随陆缘交替性裂解成洋和隆起成陆过程[11]，阿木山组就是在陆缘裂解，地壳下降的构造背景下形成的。阿木山组早期(一段)，海水自东向西入侵，使得本区处于滨浅海环境中。此时陆源物质供给相对丰富，以碎屑沉积为主，在盆地边缘近岸处沉积了一套由灰白色中粗粒石英砂岩、细粒石英砂岩、紫红色粉砂岩和泥岩组成的厚碎屑岩系，基本层序组为若干个旋回沉积序列，垂向上充填序列显现出砂坪—混合坪—泥坪沉积，平面上自东向西表现为砂坪—混合坪—泥坪沉积规律。阿木山组一段晚期，陆源碎屑物质相应减少，沉积物由碎屑岩向碳酸盐岩逐渐过渡，形成以碳酸盐岩为主夹陆缘碎屑岩沉积，以发育大量的珊瑚、腕足和海百合类生物为特征，基本层序组由向上变细的旋回沉积层序叠覆而成，为碳酸盐(台地)潮坪相沉积。
在阿木山组晚期(二段)，盆地整体抬升，水体退却变浅，河流发育，相带向盆地方向迁移，发育一套以河流型三角洲为主的陆源碎屑沉积体系，由岩屑砂岩、长石砂岩、粉砂岩夹灰岩透镜体组成，岩石的成熟度低。剖面结构总体表现为向上变粗型，具有韵律性向上变粗变厚的进积型基本层序，代表水体逐渐变浅过程，沉积环境则由浅海环境逐渐过渡到三角洲滨岸平原，最后向冲积平原演化。
因而，本区阿木山组沉积体系演化自东向西概括为陆源碎屑潮坪相—碳酸盐台地潮坪相—三角洲相这一基本规律。
本文是在1：5万区调成果的基础上撰写而成的，对参加该项目的全体同志致谢。
参考文献
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[11]程裕淇.1994.中国区域地质概论[M].北京：地质出版社，56～345
Sedimentary Characteristics of Lower Permian Amushan Formation in Darhanmuminggan Lianheqi，Innermongolia
Shanglin Li，Yucai Liu，Buwang Yang，Huabo Yuan，Xiaoyan Wang，Jingchun Yu，Wenhua Long
(1.National Geologicalsample Center，ministry of Land and Resources，Beijing 101149；2.Geologicalsurvey Institute of Innermongolia，Hohhot，Innermongolia 010010；3.Chinametallurgical Geological Exploitation Engineering General Bureau First Geologicalsurvey Institute，Beijing 101601)
Abstract In Darhanmuminggan Lianheqi of Innermongolia，lower Permian Amushan Formation is aset ofsediments of littoral land-facies clastic rocksmixed with carbonate rock.Form the bottom to the top it can be divided into two sections：the firstsection consists of the lower terrigenous clastic tidalsedimentarysystem and the upper carbonate tidal(platform)sedimentarysystem；thesecondsection is attributed to deltasedimentarysystem，which bottom-up can be redivided into off-deltasedimentarysub-facies，front-delta-marginsedimentarysub-facies，and delta plainsedimentarysub-facies.The order reflects Amushan Formationsuccessively experienced threestages of formation as of tidal flat，carbonate tidal flat(platform)，and delta，which represents an integratesea level vibration cycle betweensea intrusion andsea regression.
Key words Amushan Formation；sedimentary facies；lower Permian；Darhanmuminggan Lianheqi
