巢湖北部地区五通组顶部粗砾岩的首次发现及其成因和环境的讨论

巢湖北部地区五通组顶部粗砾岩的首次发现及其成因和环境的讨论FIRSTDISCOVERYOFCOARSECONGLOMERATESFROMUPPERWUTONGFORMATIONINNORTHCHAOHUREGIONANDPRELIMINARYAPPROACHTOTHECAUSEOFITSFORMATION徐严，尹永康XUYan,YINYong-kang（山东科技大学青岛）(ShandonguniversityofscienceandtechnologyQingdao)摘要：在对巢湖北部麒麟山地区五通组顶部两处剖面的勘查中，首次发现了五通组顶部存在一套分选性、磨圆度较差，定向性弱，杂基支撑为主，分布范围不广的砾岩沉积。在同一层位上还发现了保存完好的亚鳞木枝干化石。通过对该套砾岩的特征进行总结并结合一些可能的沉积相进行分析，得出了其成因很可能为冲积扇扇根亚相泥石流沉积的结论，并以此推测该地当时处于温暖湿润气候下的山麓地形环境。Abstract：ThecoarseconglomeratesfromupperWutongformationwerefirstdiscoveredinaninvestigationoftwosectionsinupperWutongformationinQilinmountainnorthChaohuregion,poorsortingproperty,lowpsephicity,poordirectingproperty,mainlymatrixsupported,distributedinasmallareaarecharacteristicsofthisconglomerates.Besides,wellpreservedbotanicalfossilswerediscoveredinthesamelayer.Throughanalyzingtothecharacteristicsofthisconglomerateswithsomepossiblesedimentaryfacies,aconclusionwhichthisconglomerates’causeofformationisdebrisflowinalluvialfanfaciescanbedrawn.Andthisareaisspeculatedtobemountainpiedmontwithawarmandwetclimateatthatperiod.关键词：五通组顶部、粗砾岩、巢湖北部、冲积扇扇根亚相、泥石流Keywords:upperWutongformation,coarseconglomerates,northChaohuregion,alluvialfanfacies,debrisflow上泥盆五通组地层在巢湖北部地区发育广泛，出露良好。通过对位于麒麟山南坡和东北山腰的两处五通组上部剖面1的详细勘察，笔者在麒麟山东北山腰处五通组顶部发现了砾岩的存在。该套砾岩有分选性、磨圆度较差，定向性弱的特征，成分主要为深灰色石英质砂岩。并且在距离不远的麒麟山南坡并未发现，说明该套砾岩分布范围并不广。图1巢湖北部麒麟山地区地形简图A-麒麟山南坡剖面B-麒麟山东北山腰剖面巢湖北部地区五通组底部发育有底砾岩是学界普遍所认同的，但是对该地五通组顶部砾岩的记载却甚少。侯明金等(2006)在巢湖狮子口剖面五通组擂鼓台段中部位置下黏土层的底部曾发现一处砾石。原文描述为“灰、灰黑色粘土矿层，含有丰富植物化石，为原地埋藏，底部有2cm左右厚的褐铁矿风化壳，底面高低不平，局部见砾石。砾石为褐铁矿化细砂岩。”由于其原文对砾石的分选性、磨圆度、定向性等描述不甚详细，且彼砾石主要成分为褐铁矿化细砂岩，与在麒麟山发现的砾石有所不同，故不能将两者混为一谈。本文试图通过对该套砾岩的特征进行总结并结合一些可能的沉积相进行分析，并基于此来讨论其具体成因以及当时所处的古气候和古地理环境。一、巢湖地区晚古生代区域构造与古地理背景巢湖位于下扬子板块，属于华南地区。晚古生代早期，本期受加里东运动影响，自晚志留系开始上升为陆遭受风化剥蚀，直至晚泥盆系成为准夷平地区接受沉积。在地层上具体表现为本区志留系发育S1g高家边组与S2f坟头组，向上直接与泥盆系D3w五通组假整合接触。本区在晚泥盆系恢复沉积，五通组主要岩性自下而上为：下段下部灰白色厚层含中砾石英中砂岩，砾石为成分为石英、燧石，上部灰白色、浅红色巨厚层石英中砂、细砂岩；中段灰白色中层石英细砂岩与灰黄、灰紫色薄层粉砂岩、粉砂质泥岩互层；上段灰白色中层石英细砂岩夹三层深灰色粘土，发育大型波痕构造，含铁锰质结核，见植物化石。以往研究表明下扬子地区五通组的岩性代表了当时潮湿气候下的滨海河湖盆地沉积(冯庆等2008)。在巢北地区则发现了一些海相沉积的证据，如：广盐性瓣鳃类化石，但种属单调；砂岩中具交错层理等。总体上应为滨海相沉积为主，伴有多次河湖沼泽相的海陆交互沉积。在晚志留系至中泥盆系期间，巢湖地区遭受了长期的剥蚀从而成为了准夷平地区，到了晚泥盆系又开始接受陆源碎屑沉积。受加里东运动影响，早古生代晚期至晚古生代早起位于巢湖地区以南的江南古陆持续上升，这一地区范围大致经皖南、赣北、洞庭湖至广西。所以晚泥盆世本区接受的陆源碎屑可能来自于江南古陆。二、麒麟山南坡五通组上部剖面的观察本处剖面位于麒麟山南坡，黄龙、船山采坑西北处，GPS坐标为X0580510，Y3501505。剖面以D3w五通组中部灰色厚层石英细砂岩，含铁质结核为底，顶部至C1j底部含铁细砂岩。图2麒麟山南坡五通组上部实测剖面图C1j金陵组18.C1j下部土黄色泥页岩，此处测量产状：120°∠55°0.50m17.C1j底部青灰色薄层细砂岩，表面有铁质析出0.40m整合D3w五通组16.D3w顶部黄褐色薄层粉砂质泥岩0.80m15.D3w顶部青灰色中层、薄层石英细砂岩0.70m14.D3w顶部B6深灰色粘土岩0.50m13.D3w顶部土黄色薄层石英细砂岩夹土黄色泥岩、粉砂岩0.30m12.D3w顶部B5深灰色粘土岩夹土黄色泥页岩，泥页岩滴加盐酸不起泡2.50m11.D3w顶部黄褐色中层石英砂岩0.40m10.D3w顶部B4深灰色粘土岩0.30m9.D3w顶部黄褐色中层石英砂岩0.40m8.D3w上部层状、肾状褐铁矿层，单体直径1-2cm，呈较规则圆形，密集排列0.06m7.D3w上部土黄色、灰白色薄层粉砂质泥岩、页岩0.30m6.D3w上部B3深灰色粘土岩0.80m5.D3w上部黄褐色中薄层石英砂岩，发育交错层理2.00m4.D3w上部B2深灰色粘土岩2.50m3.D3w上部灰白、褐红色厚层石英砂岩，发育交错层理3.00m2.D3w上部B1深灰色粘土岩2.00m1.D3w中部灰色厚层含铁质结核石英砂岩，表面有大量褐红色铁质析出，发育大型交错层理。铁质结核呈多呈规则球形，直径4-5cm。表面黄褐色，内部呈同心环圆状，主要成分为Fe2O3、FeS2。此处测量产状125°∠55°1.00m特征岩性自下而上分别有：1、灰色厚层石英砂岩，位于实测剖面底部，发育大型交错层理。砂岩表面均匀分布着铁质结核脱落后遗留的小坑，因铁液浸染，局部表面呈红褐色。2、铁质结核，与砂岩透镜体处于同一层位，平行层面产出。结核多呈规则球形，直径4-5cm。表面黄褐色，内部呈同心环圆状，自内向外依次为黄褐色疏松的粉末状褐铁矿、二硫化铁，深褐色氧化铁环，外壳。密度约为3-4个/m²，分布均匀。3、深灰色、灰色粘土，位于实测剖面中部，共6层(第2、4、6、10、12、14层)，其中3层(B1、B2、B5)厚度大于2m。D3w顶部粘土矿物成分为：高岭石79%，伊利石13%，绿泥石7%，蒙皂石1%。高岭石含量较多反映了晚泥盆世该地气候湿润、风化强烈，与大量植物化石共同指示滨岸河湖沼泽相沉积环境(王丹萍2011)。4、肾状褐铁矿层，似风化铁壳，位于实测剖面第8层。该层厚度约6cm，单体为规则椭球形，直径1-2cm。与侯明金(2006)在擂鼓台段中部与下部间所发现的褐铁矿风化壳类似。三、麒麟山东北山腰五通组顶部剖面的观察本处剖面位于麒麟山东北山腰一处五通组耐火粘土采坑内，GPS坐标为X0580855，Y3502056。此处剖面范围小于麒麟山南坡剖面，但是顶部可见C1j底含铁细砂岩，向下则是深灰色厚层粘土岩夹薄层黄褐色粉砂岩、粉砂质泥岩、灰白色薄层石英细砂岩，底部即为此次发现的砾岩层。根据层位对比，本剖面大致相当于麒麟山南坡剖面11-17层。在此处发现的深灰色石英砾石，粗砾占70%，细砾占30%，粒径普遍在10cm左右，最大者80cm×20cm×20cm，普遍呈扁球状，直径大者呈长椭球状。分选性差、磨圆度较低，直径大者呈似棱角状，一般为似圆状，定向性差，顶底一致但长轴排列无规则。以杂基支撑为主，局部可见颗粒支撑。砾石深灰色，成分以石英砂质为主，致密坚硬，滴加盐酸不起泡，无褐铁矿化，应为硅质胶结。在与其相同的层位发现了类似石松纲亚鳞木Lepidodendronleeianum、Lepidodendromwusihense枝干化石，其内部充填砂质。该层之上为B4或B5深灰色黏土夹灰白、灰褐色薄层石英砂岩，粉砂岩。此处地层产状132°∠66°此处剖面距离麒麟山南坡剖面约550米(GPS坐标计算得到)，但是该套砾岩并未在麒麟山南坡剖面发现，故该套砾岩的分布范围应当不广。图3-1、3-2四、麒麟山东北山腰五通组顶部砾石成因讨论在皖、苏、浙为代表的下扬子地区，五通组底部广泛发育磨圆度高、分选性好，粒径在5cm左右，成分为石英、燧石的砾石，称之为底砾岩。是中志留系与晚泥盆系之间沉积间断的标志之一。但本次在麒麟山东北山腰剖面发现的砾岩明显与底砾岩不同，其不同之处在于：1、磨圆度、分选性差2、粒度大3、颜色不同。所以对于该砾岩的成因应当与底砾岩区别开，单独讨论。基于巢北地区晚泥盆世滨海相沉积为主，伴有多次河湖沼泽相海陆交互的沉积环境，试提出以下几种可能的成因进行分析讨论。1、临滨亚相砾岩带沉积由于该砾石埋藏于石英砂岩、粉砂岩中，结合五通组长期的滨海相沉积以及砂岩之中发育交错层理，猜想该套砾岩或为临滨亚相砾岩带沉积成因。临滨亚相可进一步细分为上临滨、中临滨、下邻滨，其中上临滨紧邻前滨，并在涌浪带及破浪带发生沉积。受潮汐、波浪作用影响，沉积了成分和结构成熟度均高的石英砂砾岩(朱筱敏2008)。根据朱筱敏等对临滨亚相沉积物的分析，麒麟山东北山腰剖面所发现的砾岩并不符合成分、结构成熟度高的描述。且在与该砾岩同一层位发现的植物枝干化石难以在这种高能水动力条件下保存。所以该处砾岩为临滨亚相砾岩带沉积成因的可能性较小。2、滨湖亚相陡岸沉积成因巢湖北部五通组在一段时间内处于滨海河湖相沉积环境，猜想该套砾岩或为滨湖亚相陡岸沉积成因。在滨湖亚相中，当湖岸较陡、滨湖水动力作用较强，击岸浪对湖岸的侵蚀会产生粗碎屑，滨湖地区亦能形成分布范围较窄的砾质湖滩沉积(王贵文等2008)。根据王贵文等对滨湖亚相砾岩带沉积的描述，该相下形成砾质沉积的主要条件是高强水动力对湖岸的侵蚀。但是在这种高强水动力循环往复地作用下，应形成分选性好、磨圆度高的砾石，并且具一定定向性，显然与麒麟山东北山腰剖面所发现砾石的特征不符。而且这种强水动力条件也不利于植物枝干化石的保存。因此该套砾岩为滨湖亚相陡岸沉积成因的可能性较小。3、河床亚相滞留沉积通常河流相是保存植物枝干化石的良好环境，巢北地区五通组在一定时期处于滨海河湖相沉积环境。猜想该套砾岩或为河床亚相滞留沉积成因。河床中流水具有选择性搬运，将呈悬浮状态的细粒物质搬移，而超过河水搬运能力的粗碎屑则滞留在河床底部。砾石通常形态多样，分选性较差、磨圆度较低，且通常具叠瓦状定向排列构造(朱筱敏等2008)。麒麟山东北山腰剖面所发现砾岩与朱筱敏等对河床亚相滞留沉积沉积物特征的描述比较符合。其中分选性差、磨圆度低这一特点，在物源较近时容易形成。叠瓦状的定向排列构造在本套砾岩中并不明显，但顶底基本一致，或为水动力不强但靠近物源的环境下，大大超