劉為付（東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318）

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徐州－淮北地區(qū)張渠組層序地層格架

劉為付
（東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶163318）

摘 要：因新元古代地層缺少古生物化石，地層對比至今仍是難點(diǎn)．徐州－淮北是銜接我國南北新元古代地層對比中的關(guān)鍵地區(qū)，其中張渠組是新元古代地層對比中的關(guān)鍵層位．以露頭界面識別和米級旋回疊置規(guī)律研究為基礎(chǔ)，利用沉積過程中發(fā)生的重要沉積事件——最大海泛事件、風(fēng)暴事件及臼齒碳酸鹽巖事件，并結(jié)合費(fèi)希爾圖解和海進(jìn)海退經(jīng)水深校正建立海平面變化曲線等層序劃分對比方法，實(shí)現(xiàn)了對張渠組地層的等時性劃分對比，將張渠組劃分為6個三級層序，建立了張渠組層序地層對比格架．根據(jù)Sr同位素測年資料，張渠組底部和頂部絕對年齡分別為811和792Ma，每個三級層序的年限約為3．1Ma．

關(guān) 鍵 詞：張渠組；層序地層；海平面變化；新元古代；徐州－淮北地區(qū)

0 引 言

徐州－淮北處于華北地臺東南緣，是銜接我國南北新元古代地層對比的關(guān)鍵地區(qū)［1－2］，張渠組是徐州－淮北新元古代地層對比中的關(guān)鍵層位．近年來，地質(zhì)學(xué)家在區(qū)域調(diào)查的基礎(chǔ)上，對該區(qū)新元古代地層進(jìn)行了劃分和對比，并取得了重要進(jìn)展［3－6］．但由于新元古代地層缺少古生物化石，根據(jù)該區(qū)現(xiàn)有的地質(zhì)測年資料，在同一組地層中測得的年齡值相差較大，并且上下地層年代存在倒置現(xiàn)象．因此，長期以來該區(qū)新元古代地層劃分對比一直爭議較大，尤其是張渠組的徐州和淮北分屬2個地層區(qū)，地層統(tǒng)一對比一直是難題．

當(dāng)缺少古生物化石時，新元古代地層對比主要依靠巖性，由于古地理環(huán)境不同，同期沉積過程形成的巖性差異較大，加之巖性穿時問題，即同相異期，不能進(jìn)行地層等時對比，導(dǎo)致地層對比出現(xiàn)錯誤．在海相地層沉積過程中，海平面變化所形成的沉積事件具有等時性，可作為地層等時對比的標(biāo)志［7］，避免因缺少古生物資料僅依靠巖性對比的缺點(diǎn)，從而提高地層對比的可靠性．因此，查明張渠組在沉積過程中海平面的變化規(guī)律及其所形成的沉積事件是實(shí)現(xiàn)徐州－淮北新元古代地層等時對比的關(guān)鍵和前提．筆者在對研究區(qū)張渠組露頭剖面詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，利用海進(jìn)海退引起的海平面變化及沉積過程中發(fā)生的沉積事件，結(jié)合費(fèi)希爾圖解，對張渠組地層實(shí)現(xiàn)了等時性對比，建立了層序地層格架，有效解決了張渠組地層劃分對比的不確定性問題，可為缺少古生物化石的新元古代地層劃分對比提供借鑒．

1 地質(zhì)概況

徐州－淮北位于華北地臺東南緣，郯廬斷裂帶西側(cè)．該區(qū)新元古代地層大部分被第四紀(jì)沉積覆蓋，露頭出露零散．張渠組在徐州蘆山、梁棠和淮北張渠地區(qū)剖面出露較好、層位穩(wěn)定、厚度大，本次研究詳細(xì)測量了這3個剖面（見圖1），考察了該區(qū)其他張渠組出露地層．該區(qū)張渠組為一套海相碳酸鹽巖沉積，地層分為上、下兩部分：下部為緩坡沉積環(huán)境，巖性主要為泥晶灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r，含疊層石及臼齒碳酸鹽巖；上部為潮坪沉積環(huán)境，巖性主要為白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，含疊層石，可見干裂及波痕構(gòu)造．張渠組地層在張渠地區(qū)厚度最大，向北及向西地層減?。畯埱M與上覆魏集組及下伏九頂山組均為連續(xù)沉積整合接觸；其中，魏集組主要以中厚層泥晶灰?guī)r為主，富含疊層石，為潮坪－內(nèi)緩坡沉積環(huán)境；九頂山組主要以中厚層灰?guī)r和白云巖為主，為緩坡沉積環(huán)境．

2 張渠組地層對比方法

徐州－淮北張渠組由于古地理背景差異較大，地層對比一直是難點(diǎn)，到目前為止仍然存在較大爭議［8］．筆者在詳測露頭剖面的基礎(chǔ)上，對張渠組海平面變化及沉積事件進(jìn)行了對比研究，實(shí)現(xiàn)了地層等時性對比．

圖1　徐州－淮北新元古代地層分布及張渠組剖面位置Fig．1 Neoproterozoic distribution of Xuzhou－Huaibei area and the profile position of Zhangqu Formation

2．1 最大海泛事件對比

最大海泛期是沉積物供給速率最低，海平面上升到最高點(diǎn)，可容納空間最大時形成的沉積［9］．在同一時代的地層沉積中，古地理環(huán)境的差異可能導(dǎo)致沉積序列不同，但最大海泛期在同一盆地的沉積具有等時性，成為層序地層等時對比的關(guān)鍵標(biāo)志．在露頭剖面米級旋回層序分析的基礎(chǔ)上，識別了徐州－淮北張渠組最大海泛期沉積．由經(jīng)水深校正的費(fèi)希爾圖解可見，最大海泛期沉積發(fā)育在第2個三級旋回層序的下部（見圖2），是海平面上升到最高點(diǎn)、水深達(dá)到最深時形成的產(chǎn)物，為外緩坡沉積，巖性上由反映最大海泛期沉積特征且具有典型的紋層狀泥晶灰?guī)r組成，全區(qū)發(fā)育，易于對比．利用Sr同位素得到最大海泛事件的時限為805Ma，這對實(shí)現(xiàn)該地層的等時性對比具有重要意義．

2．2 風(fēng)暴事件對比

風(fēng)暴沉積是指淺水沉積物受到風(fēng)暴擾動后的再沉積產(chǎn)物，風(fēng)景沉積分布廣，特征明顯［10］，可作為地層等時對比的標(biāo)志．根據(jù)露頭剖面米級旋回層序和費(fèi)希爾圖解分析，識別出了徐州－淮北地區(qū)張渠組風(fēng)暴沉積．從費(fèi)希爾圖解可見，風(fēng)暴沉積發(fā)育在張渠組第4個三級旋回層序的中部（見圖2）．巖性由淺灰色薄層砂屑灰?guī)r與淺灰色中厚層泥晶灰?guī)r互層組成．砂屑灰?guī)r中廣泛發(fā)育丘狀交錯層理及粒序?qū)永?，局部可見波狀層理、水平層理及包卷層理，底部具沖刷－充填構(gòu)造，為典型的風(fēng)暴沉積構(gòu)造．此段地層連續(xù)、均衡，風(fēng)暴沉積與正常沉積交替出現(xiàn)，風(fēng)暴沉積分布更廣泛，易于識別對比．

圖2　徐州蘆山與淮北張渠剖面張渠組Fischer曲線對比Fig．2 Stratigraphic correlation of Fischer curves between Lushan profile of Xuzhou and Zhangqu profile of Huaibei in Zhangqu Formation

2．3 費(fèi)希爾圖解旋回層序?qū)Ρ?/p>

費(fèi)希爾（Fischer）圖解用來定義長周期相對海平面變化，反映原始沉積時期的可容納空間特征，主要應(yīng)用于海相碳酸鹽巖的旋回層序分析［11］．從徐州－淮北張渠組的費(fèi)希爾曲線對比資料來看，張渠組沉積層序可進(jìn)行等時性對比．淮北張渠剖面張渠組連續(xù)完整，巖性穩(wěn)定，由灰色中厚層泥晶灰?guī)r與結(jié)晶白云巖組成，含疊層石，厚度由東向西遞減．徐州粱棠剖面和蘆山剖面張渠組巖性均為灰色中厚層泥晶灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r，含疊層石，地層厚度由南向北減?。熘荩幢睆埱M沉積環(huán)境由潮上帶－外緩坡組成，由徐州到淮北沉積時水體加深．由經(jīng)水深校正的費(fèi)希爾曲線可見，淮北和徐州地區(qū)的張渠組，三級旋回層序具有較好的可對比性（見圖2）．

2．4 臼齒碳酸鹽巖事件對比

臼齒碳酸鹽巖分布具有特定時限及特殊沉積環(huán)境，成為對比徐州－淮北新元古代地層新的標(biāo)志．從目前的研究來看，臼齒碳酸鹽巖主要分布在1500～650Ma地質(zhì)時期［12］，最大峰值限于900～700 Ma［13］，因此，臼齒碳酸鹽巖可作為時間界限，對于缺少古生物化石的新元古代地層劃分與對比具有重要意義．臼齒碳酸鹽巖在前寒武紀(jì)臺地邊緣緩坡環(huán)境中廣泛發(fā)育，具有重要的環(huán)境指示意義［14－15］．對徐州－淮北地區(qū)新元古代臼齒碳酸鹽巖沉積環(huán)境及層序分布的研究表明：臼齒碳酸鹽巖主要分布在碳酸鹽巖緩坡沉積環(huán)境，發(fā)育在內(nèi)緩坡下部、中緩坡、外緩坡上部；不同沉積環(huán)境的臼齒碳酸鹽巖形態(tài)不同，具有環(huán)境指示意義（見圖3），研究表明，垂直（M1）主要分布在內(nèi)緩坡下部，斜交（M2）主要分布在中緩坡上部，雜亂（M3）主要分布在中緩坡下部，平行（M4）主要分布在外緩坡上部．臼齒碳酸鹽巖在層序中的不同分布可作為層序?qū)Ρ鹊臉?biāo)志，在米級旋回中，主要發(fā)育在每個向上變淺米級旋回的下部，在層序中，主要發(fā)育在海進(jìn)體系域和高位體系域下部，高位體系域的上部不發(fā)育．因此，臼齒碳酸鹽的分布可作為徐州－淮北新元古代地層對比的新標(biāo)志．

圖3　臼齒碳酸鹽巖在徐州－淮北張渠組的分布模式Fig．3 Distribution pattern of molar－tooth carbonates in Zhangqu Formation of Xuzhou－Huaibei area

3 張渠組層序地層格架

依據(jù)最大海泛事件、風(fēng)暴事件、臼齒碳酸鹽巖事件及海平面變化的費(fèi)希爾圖解，對徐州－淮北張渠組所測的3個剖面進(jìn)行了對比研究，劃分出6個三級層序（見圖4）．Sr同位素是用于前寒武紀(jì)地層測年的一種新方法［16］，筆者利用Sr同位素測年，得到張渠組底部的絕對年齡為811Ma，頂部絕對年齡為792Ma，這2個測年數(shù)據(jù)非常重要，為實(shí)現(xiàn)張渠組地層的等時性對比提供了重要依據(jù)．張渠組每個三級層序的年限約為3．1Ma，整個張渠組為一個超旋回層序．

3．1 層序1

層序1底部為一明顯的巖相轉(zhuǎn)換面．海進(jìn)體系域?yàn)閮?nèi)緩坡沉積，但巖性在淮北和徐州有差別；淮北張渠剖面巖性由中薄層泥晶灰?guī)r和中厚層砂屑灰?guī)r組成；徐州梁棠剖面和蘆山剖面巖性由薄層泥晶灰?guī)r與礫屑灰?guī)r互層組成，礫屑灰?guī)r單層厚度大部分小于0．4m，當(dāng)?shù)[屑灰?guī)r厚度大于0．4m時，由幾個單層疊加組成，中間有間斷面．凝縮段為中緩坡沉積，巖性由泥晶灰?guī)r組成．高位體系域?yàn)閮?nèi)緩坡沉積，在淮北張渠剖面巖性由中薄層泥晶灰?guī)r和中厚層砂屑灰?guī)r組成，在徐州梁棠剖面和蘆山剖面由薄層泥晶灰?guī)r與竹葉狀礫屑灰?guī)r互層組成．總體來看，海水在淮北張渠剖面入侵較快，水體較深，在徐州梁棠剖面和蘆山剖面入侵減緩，水體變淺（見圖4）．

3．2 層序2

層序2底部為一沉積轉(zhuǎn)換面，海水突然加深，由內(nèi)緩坡上部沉積突然轉(zhuǎn)變?yōu)橹芯徠鲁练e．徐州－淮北3個剖面連續(xù)完整，沉積層序基本相同．海進(jìn)體系域?yàn)楹Ｆ矫嫱话l(fā)性上升形成的滯后沉積，具有深水、寧靜、慢速沉積特征，米級旋回由薄層泥晶灰?guī)r與中厚層泥晶灰?guī)r疊加組成，屬于中緩坡沉積．海進(jìn)體系域其上凝縮段，由外緩坡紋層泥灰?guī)r與薄層泥晶灰?guī)r組成的米級旋回疊加構(gòu)成，具有典型的最大海泛期沉積特征，形成于海平面持續(xù)上升至緩慢回落時期．高位體系域由向上變淺、變薄、變細(xì)的米級旋回構(gòu)成，屬于內(nèi)緩坡沉積，形成于海平面開始回落時期．整體上，層序2的最大海泛期由外緩坡沉積的紋層狀泥灰?guī)r組成，全區(qū)發(fā)育，構(gòu)成了重要的區(qū)域?qū)Ρ葮?biāo)志，其下的米級旋回層序構(gòu)成海侵體系域，其上的米級旋回層序構(gòu)成高位體系域，該層序最大海泛期上、下地層中臼齒碳酸鹽巖發(fā)育，是構(gòu)成區(qū)域?qū)Ρ鹊牧硪恢匾獦?biāo)志（見圖4）．

3．3 層序3

層序3底部為一明顯的巖相轉(zhuǎn)換面，界面之下為內(nèi)緩坡沉積的中厚層砂屑和礫屑灰?guī)r，之上為潮坪沉積的白云質(zhì)灰?guī)r．海進(jìn)體系域?yàn)槌逼海瓋?nèi)緩坡沉積，由向上變深的米級旋回疊加組成，巖性向上變細(xì)．凝縮段由中緩坡沉積的泥晶灰?guī)r組成，臼齒碳酸鹽巖發(fā)育，構(gòu)成重要的對比標(biāo)志層．高水位體系域?yàn)閮?nèi)緩坡－潮坪沉積，由向上變淺的米級旋回疊加組成，高位體系域上部在淮北張渠剖面以灰?guī)r為主，到徐州梁棠剖面和蘆山剖面變?yōu)榘自瀑|(zhì)灰?guī)r．整體上，沉積水體在淮北張渠剖面較深，到徐州梁棠剖面和蘆山剖面水體變淺（見圖4）．

3．4 層序4

層序4底部為一明顯的巖性轉(zhuǎn)換面，界面之下為淺灰色中厚層粉晶白云質(zhì)灰?guī)r，之上為淺灰色中厚層礫屑白云巖．海進(jìn)體系域?yàn)槌逼撼练e，由淺灰色中厚層粉晶白云質(zhì)灰?guī)r夾紫紅鈣質(zhì)頁巖組成；凝縮段為內(nèi)緩坡－中緩坡沉積，由灰色中層泥晶灰?guī)r與風(fēng)暴碎屑流沉積互層構(gòu)成，泥晶灰?guī)r中水平層理發(fā)育，風(fēng)暴碎屑流發(fā)育丘狀層理，具有典型的風(fēng)暴沉積構(gòu)造，是全區(qū)重要的對比標(biāo)志；高位體系域由潮間帶沉積的灰色薄層微晶白云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成，發(fā)育潮間層理，產(chǎn)疊層石．整體上，由淮北張渠剖面到徐州梁棠和蘆山剖面，水體變淺，沉積厚度明顯減薄，沉積環(huán)境由潮間帶－中緩坡轉(zhuǎn)變?yōu)槌鄙蠋В瓋?nèi)緩坡；風(fēng)暴沉積全區(qū)發(fā)育，易于識別，是重要的等時對比標(biāo)志層（見圖4）．

3．5 層序5

層序5底部為巖性轉(zhuǎn)換面，界面之上為礫屑白云巖，之下為粉屑白云質(zhì)灰?guī)r．海進(jìn)體系域由潮上－潮間帶沉積的白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖組成；凝縮段由潮間帶沉積的白云質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)頁巖組成，白云質(zhì)灰?guī)r具有層理發(fā)育，頁巖中見水平層理；高位體系域由潮上帶沉積的淺灰色厚層粉屑白云巖組成．整體上，淮北張渠剖面與徐州梁棠剖面和蘆山剖面巖性略有差別，淮北以白云質(zhì)灰?guī)r為主，徐州以白云巖為主（見圖4）．

3．6 層序6

層序6底部仍為巖性轉(zhuǎn)換面，界面之下為粉屑白云巖，之上為礫屑白云巖．海進(jìn)體系域由潮上－潮間帶構(gòu)成的米級旋回疊加組成，凝縮段由潮間帶淺灰色中厚層粉晶白云質(zhì)灰?guī)r組成，高位體系域由向上變淺的潮上帶米級旋回疊加組成．高位體系域頂部為暴露侵蝕面，其后水體變深沉積了魏集組灰色薄層泥晶灰?guī)r．整體上，淮北張渠剖面以淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r為主，含疊層石；徐州梁棠剖面和蘆山剖面以灰白色白云巖為主（見圖4）．

圖4　徐州－淮北張渠組層序劃分及對比格架Fig．4 Sequence framework of division and correlation of Zhangqu Formation in Xuzhou－Huaibei area

4 結(jié) 論

在對徐州－淮北張渠組3個露頭剖面米級旋回詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，利用最大海泛事件、風(fēng)暴事件和臼齒碳酸鹽巖事件，結(jié)合費(fèi)希爾圖解和海進(jìn)海退所建立的海平面變化曲線，實(shí)現(xiàn)了對張渠組層序地層等時性劃分對比，建立了層序地層格架．最大海泛事件是層序地層對比的重要標(biāo)志，同一時代的地層，因古地理和沉積環(huán)境的差異，沉積序列會有不同，但最大海泛期沉積在同一盆地的具有等時性，張渠組層序2識別出了最大海泛期沉積，在其控制下，對比了張渠組地層旋回層序．風(fēng)暴沉積面積大，分布廣泛，具有特殊的沉積巖石類型及層理構(gòu)造，張渠組層序4識別出了風(fēng)暴沉積，全區(qū)發(fā)育，成為重要的等時對比標(biāo)志．臼齒碳酸鹽巖在地質(zhì)歷史中具有特定的分布時限和沉積環(huán)境，是層序?qū)Ρ鹊男聵?biāo)志；張渠組臼齒碳酸鹽分布廣泛，發(fā)育在內(nèi)緩坡下部、中緩坡與外緩坡上部，在米級旋回中發(fā)育在每個向上變淺米級旋回層序的下部，在層序中發(fā)育在海進(jìn)體系域和高位體系域下部；根據(jù)張渠組臼齒碳酸鹽的發(fā)育分布狀況，進(jìn)行了層序?qū)Ρ龋趯π熘萏J山剖面、梁棠剖面和淮北張渠剖面米級旋回層序分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Fischer圖解，進(jìn)行了張渠組海進(jìn)海退變化曲線對比，三級旋回層序具有較好的可對比性．基于以上旋回層序?qū)Ρ葮?biāo)志和方法，張渠組劃分為6個三級層序，全區(qū)可進(jìn)行等時對比，經(jīng)Sr同位素測年，每個三級層序約為3．1Ma，建立了張渠組層序地層的對比格架．

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Sequence stratigraphic framework of Zhangqu Formation in Xuzhou－Huaibei area

LIU Weifu（College of Geosciences，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang Province，China）

Journal of Zhejiang University（Sci－ence Edition），2016，43（1）：057－063

Abstract：Neoproterozoic stratigraphic correlation is still difficult due to the lack of the fossil record．Xuzhou－Huaibei is the key region to bridging the stratigraphic correlation of Neoproterozoic in China’s northern and southern region，thus Zhangqu Formation is the key position of Neoproterozoic stratigraphic correlation．Therefore，it is necessary to establish the sequence stratigraphic framework of Zhangqu Formation．This study is based on the identification of the outcrop interface and the research of the regularly vertical stacking patterns of the meter－scale cyclic sequences，and uses the important events of the sedimentary processes，namely the maximum flooding events，storm sedimentary events and molar－tooth carbonate events．Combing with the Fischer diagram and the transgression－regression by water depth correction of sea level change curves，the isochronous stratigraphic division and correlation of the Zhangqu formation are implemented and achieved．Zhangqu Formation is divided into six third－order cyclic sequences，and the sequence stratigraphic correlation framework is established．According to the Sr isotope dating data，the absolute geological ages of the bottom and top of Zhangqu Formation are 811and 792Ma，respectively，and the geological age of every third－order cyclic sequence is about 3．1Ma．

Key Words：Zhangqu Formation；sequence stratigraphy；sea level change；Neoproterozoic；Xuzhou－Huaibai area

DOI：10．3785／j．issn．1008－9497．2016．01．010

作者簡介：劉為付（1962－），男，博士后，主要從事沉積學(xué)和層序地層學(xué)研究，E－mail：liuwfdq＠163．com．

基金項(xiàng)目：東北石油大學(xué)培育基金項(xiàng)目（XN2014119）；全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價項(xiàng)目（2014XQ0102）；國家自然聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1262106）．

收稿日期：2014－12－24．

中圖分類號：P 534．3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008－9497（2016）01－057－07