可可西里盆地中新统五道梁群湖相碳酸盐岩岩石学特征与沉积环境分

文章编号：1009-3850(2007)01-0025-07可可西里盆地中新统五道梁群湖相碳酸盐岩岩石学特征与沉积环境分析周恳恳，伊海生，林金辉1（成都理工大学沉积地质研究院，四川成都610059）摘要：湖相碳酸盐岩在可可西里盆地的古、新近纪地层中分布广泛，更是中新统五道梁群沉积的主要组成部分。五道梁群湖相碳酸盐岩分为生物粘结灰岩（叠层石）、泥晶灰岩、颗粒灰岩与泥晶白云岩四大类，反映出沉积环境为一个具有浅水—半深水、高盐度、半封闭—封闭特点的综合湖泊系统。关键词：可可西里盆地；中新统；五道梁群；湖相碳酸盐岩；岩石学；沉积环境；青海中图分类号：P588.24＋5文献标识码：A可可西里盆地是青藏高原腹地昀大的新生代沉积盆地，其中的新近系中新统五道梁群是一套特殊的湖相碳酸盐岩沉积，与下伏的以陆源碎屑岩为主的古近纪沉积相比，表现出明显沉积体制转换，其中必然蕴涵了大量关于高原隆升、高原腹地地形地貌变化和古、新近纪气候转换等方面的信息。对五道梁群湖相碳酸盐岩，由于其沉积厚度小、剖面保存不佳等原因，至今岩石学研究程度远低于同区的其他新生代地层单元。本次研究对五道梁群碳酸盐岩进行了详细的剖面观测、采样，确定了若干条剖面的沉积序列和地层关系，并利用镜下鉴定、扫描电镜、X射线衍射等手段，进行了详细的岩石学研究和分类，以及沉积成因、环境分析。1区域地质背景　可可西里盆地分布位于巴颜喀拉地体西段和羌塘地体的北部，覆盖金沙江缝合带，平均海拔高程在5000m以上，分布面积达101000km2。盆地基底由石炭—二叠系西金乌兰群，二叠系开心岭群，二叠—三叠系汉台山群，三叠系巴颜喀拉群、巴塘群和结扎群组成，总厚度达23000m［1，2］。　盆地由老到新主要由风火山群、雅西措群以及五道梁群组成（图1）。风火山群与雅西措群沉积时代为早始新世—早渐新世，主要由河流-湖泊-扇三角洲相砂岩、泥岩和少量砾岩组成，夹生物碎屑灰岩、泥灰岩、纹层状灰岩，局部见石膏薄层和石膏结核层［3］。五道梁群由青海省地质矿产局区调综合地质大队（1∶20万五道梁幅，1989）根据地名命名而来，地层年代由化石定为中新统（N1wd），相邻的沱沱河幅、章岗日松幅等报告也使用了这一命名，《青海省岩石地层》（1997）改群为组，但在后来的研究中又再次恢复为群［4］。其岩性上总体表现为一套内陆湖泊相的以碳酸盐岩为主的沉积，间夹紫红色泥岩，含极少量扇三角洲相砂岩、未固结砂泥以及底砾岩沉积，并在局部地区发育黑色油页岩［5］。刘志飞等（2004）对雅西措群与五道梁群的连续沉积剖面进行了古地磁采样分析，确定五道梁群沉积年代为23.8～21.8Ma(早中新世)。收稿日期：2006-07-03；修改日期：2006-09-25第一作者简介：周恳恳，1981年生，硕士研究生，研究方向为沉积学。资助项目：国家自然科学基金项目“青藏高原第三纪沉积体制转型与构造及气候变化耦合过程的研究”（40572077）。图1可可西里盆地古、新近纪沉积分布简图N1wd.五道梁群。1.剖面位置及代号Fig.1SketchmapshowingthedistributionofthePalaogeneandNeogenestrataintheHohXilBasinN1wd=WudaoliangGroup.1=studiedsection2样品处理与分析方法本次研究共在区内4条剖面上采集了142块五道梁群湖相碳酸盐岩样品，磨制薄片并用铁氰化钾混合液染色，然后进行薄片观察和显微照相；扫描电镜由成都理工大学材料与生物工程实验室完成，采用HITACHIS-530型扫描电镜，事先对样品进行常规程序预处理。这是昀主要的两种研究方法。同时为了进一步了解样品的矿物成分（如白云石含量等），在同一实验室完成了部分样品的X射线粉末衍射分析。3岩石学特征3.1岩石类型与地层根据矿物成分、宏观与显微结构的总体特征，可以将五道梁群湖相碳酸盐岩划分为生物粘结灰岩（叠层石）、泥晶灰岩、颗粒灰岩与泥晶白云岩4个大类。其中叠层石灰岩根据其胶结物成分、颗粒类型，细分为含藻团块/球粒泥晶叠层石灰岩和含藻团块/球粒亮晶叠层石灰岩4个亚类，集中出露于五道梁兵站WDL剖面，在与雅西措群连续沉积的TP剖面上也有少量出露。泥晶灰岩可分为含藻球粒泥晶灰岩、含粉砂生屑泥晶灰岩、含内碎屑泥灰岩、白云质灰岩和结晶灰岩5个亚类。颗粒灰岩则根据其颗粒和胶结物的类型分为泥晶内碎屑灰岩、亮晶藻球粒灰岩、泥晶生屑（介形虫）灰岩3个亚类。泥晶灰岩和颗粒灰岩在各条剖面均有出现，数量相对丰富。泥晶白云岩可按成分细分为白云岩和灰质白云岩，总量较少，产出十分集中，只见于WP剖面。可可西里盆地五道梁群地层剖面多为不见顶底的独立剖面，缺少明显的与上下地层的接触关系，在可见界线的剖面中，五道梁群多以平行不整合或微角度不整合上覆于雅西措群地层，也有极少数剖面可见连续沉积接触关系，如WP剖面（图2）。3.2岩石类型与结构1.叠层石灰岩图2可可西里盆地中新统五道梁群WP剖面及沉积环境演化1.泥岩；2.泥灰岩；3.云灰岩；4.生物灰岩；5.白云岩；6.石膏层；7.灰质结核；8.泥砾；9.介壳生屑；10.石膏条带；11.植物碎片；12.泥质团块；13.砾石；14.腹足类生屑Fig.2LithologiccolumnandsedimentaryenvironmentalevolutionoftheWPsectionintheMioceneWudaoliangGroup,HohXilBasin1=nudstone;2=marl;3=dolomiticlimestone;4=bioclasticlimestone;5=dolostone;6=gypsumbed;7=limeconcretion;8=clayboulder;9=shell;10=gypsumband;11=plantremains;12=muddylump;13=gravel;14=gastropods叠层石灰岩宏观上表现为灰白色、黄灰色中—薄层状叠层石灰岩，局部构成生物丘；根据形态可以分为穹隆状叠层石、柱状叠层石和层状叠层石3种类型。穹隆状叠层石是昀常见的类型，球柱体直径5～20cm、高2～8cm，平面上一般为圆形或椭圆形，顶部呈光滑的蘑菇状、菜花状，内部纹层比较规则（图版a）；柱状叠层石较少见，断面呈向上凸起的半球形薄层垂向堆叠，薄层的侧部下垂弯曲形成侧壁，柱体高4～5cm、宽2～4cm，柱体偶有分叉，顶面尖棱状、球状；层状叠层石纹层呈断续的水平状、皱纹状或微波状，表面凹凸不平，显示出密集的瘤状突起，一般见于穹隆状叠层石和柱状叠层石底部或互层产出。三类叠层石在手标本纵切面上都可见明显的明暗纹层交替出现，呈连续或断续的条带状，横切面表现为明暗层相间的同心圆形，球柱体之间多为泥晶粉砂屑和泥屑充填。叠层石灰岩显微结构的昀大特点是生物粘结结构，即丰富的藻迹和有机质组成暗色纹层，与富泥微晶碳酸盐沉积物的明亮层交迭出现（图版b），反映了藻类生长、捕捉等旺盛的生物活动对岩石形成的决定性作用。灰泥一般占35%以上，主要以两种形式出现：一是作为富屑纹层的基质、以厚度不一的泥晶微纹层形式，延伸较稳定，结构均匀，可能代表了若干个静水沉积期或静水环境的灰泥沉降堆积产物，这些微纹层与富有机质藻屑层往往呈突变接触；二是作为富藻纹层中的基质、填隙物，出现于藻屑、藻粒和有机质团块之间。前者占的比例远大于后者。灰泥的重结晶程度因样而异，总体来说重结晶作用比较明显，新生亮晶物质可占10%左右，多为微晶方解石，极少数为粉晶；但在藻丝体、其它藻屑和有机质斑块之间以胶结物形式出现的亮晶方解石则比较常见，在某些样品中可占到20%以上，甚至达到了40%左右，粒级也较大，多为粉晶，少数达细晶。样品中的颗粒组分主要是藻团块（由藻球粒、藻屑、藻丝体和有机质粘积而成）和相对较独立的藻丝体，藻团块主要是泥晶质，大小普遍为2～3mm；某些样品中的藻丝体在排列上显示出明显的向上生长的趋势，并形成网格状纹层，其间被细—粉晶亮晶方解石充填。个别样品中可见内碎屑，数量极少，但颗粒较大，粒径为0.7～1.5mm，中—细晶质，泥晶套发育，结构清晰。有机质含量比较丰富，一般占5％～10%。2.泥晶灰岩泥晶灰岩类主要出露于通天河西岸WP剖面、TP剖面和海丁诺尔湖HP剖面。泥晶灰岩和结晶灰岩呈灰白色、灰黄色，多为中—薄层状，单层厚度15～25cm。偶见呈中—厚层、块状或板状产出的角砾状、翻杂状泥晶灰岩，可见软变形构造和泥质斑块，单层厚度可达40cm以上。侧向延伸稳定，局部间夹薄层状粉砂岩与泥岩。泥灰岩主要出现于WP剖面，与紫红色泥岩和白云岩韵律互层，多达23个旋回，泥灰岩层在其中颜色醒目，呈黄灰色、灰白色，单层厚度5～15cm，累计昀大单层厚度可达1.5m。水平纹层发育，侧向延伸稳定，偶见淡水生物碎屑化石和分散状泥质、粉砂质条带，在侧向和垂向上偶与薄层状石膏共生。五道梁群泥晶灰岩十分丰富，其泥晶基质占65%以上，多数样品中重结晶明显；颗粒主要有两种：一为藻球粒和其粘积而成的藻团块，是颗粒的主要类型，可占样品的30%左右，球粒基本在0.1～0.2mm，少数条状可长0.5mm；二为生物碎屑颗粒（图版c），含量不高，主要为介形虫和双壳类骨屑，极少数样品中可见轮藻。3.颗粒灰岩颗粒灰岩类见于多个剖面，但总量较少。藻屑灰岩主要与叠层石灰岩伴生，但未表现出明显的叠层结构，而是以中—薄层状藻球粒、藻团块灰岩的形式产出。内碎屑灰岩与生屑灰岩仅以泥晶灰岩中的夹层或过渡层形式出现，薄层状产出，侧向延伸不稳定。五道梁群颗粒灰岩数量虽少，但特点鲜明，具有很强的环境指示意义和研究价值。碳酸盐颗粒的主要种类及其显微特征如下：（1）内碎屑颗粒，主要为砂屑，分选好，磨圆度高，常呈不规则条带状或纹层状堆积，具微波状层理，灰泥充填；（2）生物碎屑颗粒，在相应样品中含量在60%以上，多为介形虫、轮藻和双壳类（图版d），比较特殊的见介形虫生屑灰岩，介形虫含量超过了85%，形态十分完整，常呈水平定向叠覆，灰泥充填；（3）藻球粒（图版e）或藻团块，可占70％～80%，多为0.1～0.3mm，部分条状可长0.5mm以上，并具较好的分选性，在某些样品中形成同心纹层，灰泥充填，有似核形石特征。灰泥较少，大多重结晶为微亮晶胶结物，占样品的15%左右。4.泥晶白云岩泥晶白云岩集中出现于WP剖面，与紫红色泥岩和泥灰岩韵律互层，宏观上与泥灰岩特征极其相似，呈灰白色、黄灰色薄层状产出，侧向延伸稳定。显微结构十分均匀，只含很少的颗粒成分，主要是粉砂级内碎屑和极少量石英粉砂，内碎屑排列成呈条带状或纹层状（图版f），具微波状层理，但纹层延伸极不稳定，在几厘米的范围内可多次尖灭和再现。4超微组构特征本次工作主要利用扫描电镜和X射线粉末衍射等手段，对样品的超微组构特征进行了详细研究。4.1矿物学特征五道梁群湖相碳酸盐岩主要矿物成分为方解石，约占60%～95%，但WP剖面产出的泥晶白云岩例外，其白云石含量为60%～90%，有序度为0.52～0.77。样品中还含有少量的石英和极少量高岭石等粘土矿物。其中陆源石英碎屑含量一般介于1%～5%之间，个别含量达10%以上，为含砂灰岩。4.2超微组构类型（1）变胶状、海绵状组构：主要由细小的凝块状、絮状的泥晶高镁方解石或白云石相互粘连聚积而成，放大呈板片状或胶粒状，常形成多孔状骨架，主要出现在藻球粒、藻团块或内碎屑颗粒内部和表面（图版g），偶见于胶结物。（2）半自形—自形粒组构：主要由晶形较好的方解石晶体组成，可按晶体生长过程呈现出片状、细条状、柱状，较完整的晶体多呈菱面体或复三方偏三角面体，晶面光滑平整，晶棱清晰规则，晶体排列有序，常与泥晶方解石晶体形成鲜明的对比和清晰的界线，例如泥晶藻球粒与边缘胶结物（图版h），表明藻球粒形成于较强水动力条件的冲洗和簸选之下，胶结物形成于后期孔隙水沉淀。（3）交织组构：主要由它形晶粒状白云石、方解石和少量鳞片状粘土矿物（主要是高岭石）彼此交嵌组成，单个晶体呈片状，集合体常呈斑杂状或花瓣状（图版i），显示了低能环境下的化学沉淀堆积