程澤恩,程日輝,周洋,孔錦濤,周建波

吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

0 引言

中國東北地區(qū)是由眾多微板塊匯聚而成的，又可稱為黑龍江板塊[1]，地處中亞造山帶東段，是中國重要的構(gòu)造成礦區(qū)域。本文研究的三江地區(qū)屬于黑龍江省，由那丹哈達(dá)地體與佳木斯地塊組成[2--4]。隨著三江地區(qū)能源勘探發(fā)展，從以煤礦及煤層氣為主的中新生界勘探目的層延伸到前白堊紀(jì)海相地層[5]。近年來，中國古生界海相地層的油氣潛力取得重要突破[6--8]，如塔里木盆地、四川盆地等。三江地區(qū)的古生代地層分布廣泛，但前人研究主要集中在板塊構(gòu)造方面[9--11]，在巖相古地理研究上相對較少，制約了古生界油氣勘探認(rèn)識。因此，筆者利用野外露頭資料，結(jié)合巖性及巖相特征對三江地區(qū)晚古生代的沉積環(huán)境演化進(jìn)行研究，為探討研究區(qū)古地理分布格局提供沉積學(xué)證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

三江地區(qū)位于牡丹江斷裂以東，南部以敦密斷裂為界。躍進(jìn)山斷裂將三江地區(qū)分為東、西兩個部分，東部為那丹哈達(dá)地體，西部為佳木斯地塊，由“兩坳一隆”即綏濱坳陷、富錦隆起與前進(jìn)坳陷構(gòu)成[12](圖1)。

佳木斯地塊前白堊紀(jì)地層為主要發(fā)育在早古生代麻山群和花崗質(zhì)片麻巖之上的晚古生代—侏羅紀(jì)地層[13]，自下而上為泥盆系下統(tǒng)新中組、中統(tǒng)黑臺組與上統(tǒng)老禿頂子組和七里嘎山組，石炭系下統(tǒng)北興組，石炭系上統(tǒng)光慶組、珍子山組與二疊系下統(tǒng)二龍山組[14]。具體巖性特征如表1所示。其中黑臺組、珍子山組與二龍山組是本次研究的目的層。

圖1 三江地區(qū)構(gòu)造位置圖(據(jù)黑龍江省行政區(qū)劃圖、DEM圖修改)Fig.1 Structural location map of Sanjiang area

表1 佳木斯地塊地層序列表(1)周建波.三江地區(qū)前白堊海相地層分布及資源潛力研究(內(nèi)部報告)[S].長春：中石化東北油氣分公司，2018。

那丹哈達(dá)地體為典型的太平洋板塊俯沖拼貼而形成的增生雜巖帶，不能按照傳統(tǒng)的地層單元建立綜合地層柱[15]。雜巖帶主要由躍進(jìn)山和饒河雜巖組成，以發(fā)育中生代蛇綠巖為區(qū)域標(biāo)志。躍進(jìn)山雜巖發(fā)育于那丹哈達(dá)增生雜巖的前鋒位置，認(rèn)為是古太平洋板塊俯沖早期階段增生記錄，對限定太平洋板塊的啟動時代具有重要意義[16]。饒河雜巖為那丹哈達(dá)增生雜巖主體，也是中國東部中生代深海沉積地層發(fā)育最完整的地區(qū)，主要由石炭—二疊紀(jì)灰?guī)r、晚三疊世—中侏羅世含放射蟲深海硅質(zhì)巖組成，夾有鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)雜巖，為一套典型的構(gòu)造混雜巖系[17]。本項(xiàng)研究中那丹哈達(dá)地體為構(gòu)造--地層分析的重要對象。

2 沉積相類型

2.1 黑臺組沉積相類型

黑臺組地層主要出露于寶清縣一帶，巖性以灰?guī)r為主。典型野外剖面以寶清縣宏源采石場黑臺組為例(圖2)。發(fā)育含硅質(zhì)生物砂屑灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r，出露地層厚度約79 m，屬于水動力較強(qiáng)的濱淺海沉積環(huán)境。研究表明黑臺組地層最年輕的同沉積時期碎屑鋯石U--Pb年齡值為381±3 Ma(2)周建波.三江地區(qū)前白堊海相地層分布及資源潛力研究(內(nèi)部報告)[S].長春：中石化東北油氣分公司，2018。，屬中泥盆世。

通過對寶清縣宏源采石場黑臺組剖面的巖性序列、生物標(biāo)志及沉積構(gòu)造特征研究，識別出本區(qū)黑臺組沉積相為淺海相，進(jìn)一步劃分出碳酸鹽臺地亞相，包括生物丘、 開闊臺地與生物礁3種微相(圖3)。

圖2 寶清縣宏源采石場黑臺組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive histogram of Heitai Formation in Hongyuan quarry, Baoqing County

生物丘沉積位于開闊臺地邊緣近陸一側(cè)，在垂直地層中呈丘狀或透鏡狀，具壓實(shí)變形作用(圖3a)。實(shí)例為黑臺組第1層0～21.8 m，發(fā)育多個沉積旋回，單層厚2～5 m且具有波狀構(gòu)造，具障積結(jié)構(gòu)缺少骨架結(jié)構(gòu)，因受海浪沖積侵蝕較嚴(yán)重，所含生物化石多破碎、分散，含量較生物礁少(圖4a、b)。鏡下顯示(圖4c)巖性為含硅質(zhì)生物砂屑灰?guī)r，陸源碎屑顆粒保留原始結(jié)構(gòu)外形但內(nèi)部組分全被鈣化，成分主要為亮晶方解石；生物骨架破碎嚴(yán)重，呈樹杈狀、長條狀，碎屑間有少量黏土質(zhì)充填。

開闊臺地沉積整體厚度深，規(guī)模大，發(fā)育平行層理，沉積時環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)造活動較弱(圖3b)。實(shí)例為黑臺組第2層21.8～31.6 m、第3層31.6～52.5 m和第7層71.9～76 m。第2層單層厚約10～15 cm，以薄層產(chǎn)出(圖4d)，而第3層單層厚度明顯增加(圖4e)，約30～45 cm，為中--厚層產(chǎn)出。表明水深時陽光照射不充分，生物繁殖速度下降，沉積減慢，發(fā)育薄層灰?guī)r，隨著水深變淺，光照較先前更充足，生物繁殖與新陳代謝速度加快使沉積加劇單層厚度增加[18]。層厚的變化反映了沉積環(huán)境從開闊臺地向生物礁過渡的趨勢。巖性為結(jié)晶灰?guī)r，鏡下顯示其內(nèi)部無生物碎屑骨架，呈同心環(huán)狀外形，組分為泥晶方解石且部分重結(jié)晶作用(圖4f)。

生物礁位于開闊臺地靠海一側(cè)， 以中--厚層產(chǎn)出，單層厚度約35 cm，垂向上多呈大規(guī)模透鏡狀，不規(guī)則分布于地層中(圖3c)。實(shí)例為黑臺組中上部的第4、5、6和8層,52.5～60.6 m、60.6～65.9 m、65.9～71.9 m和76～79 m(圖4g)。該段生物碎屑發(fā)育，可見有珊瑚礁(最大30 cm，圖4h)，鏡下珊瑚具有清晰的隔壁—房室結(jié)構(gòu)，內(nèi)部早期為硅質(zhì)充填，后期被方解石交代(圖4i)。

圖3 黑臺組沉積微相模式圖Fig.3 Patterns of sedimentary microfacies in Heitai Formation

a.黑臺組0～21.8 m，生物丘；b.含硅質(zhì)生物砂屑灰?guī)r；c. 生物砂屑灰?guī)r(×4，+)；d.黑臺組21.8～31.6 m，開闊臺地；e.結(jié)晶灰?guī)r與灰?guī)r；f.灰?guī)r(×4，+)；g.黑臺組65.9～71.9 m，生物礁；h.生物碎屑灰?guī)r；i. 生物碎屑灰?guī)r含珊瑚化石(×2，+)。圖4 黑臺組典型沉積微相和巖性特征Fig.4 Typical sedimentary microfacies and lithological characteristics of Heitai Formation

2.2 珍子山組沉積相類型

珍子山組是一套以三角洲相--湖泊相為主的碎屑沉積巖組合。巖性以砂巖、粉砂巖、碳質(zhì)泥巖和泥巖夾煤層為主，與下伏上石炭統(tǒng)光慶組，上覆下二疊統(tǒng)二龍山組均為整合接觸。該組地層野外出露于寶清縣308省道(圖5)和密山市二龍山林場一帶，測定最年輕的同沉積時期碎屑鋯石U--Pb年齡值為315±3 Ma，屬晚石炭世(3)周建波.三江地區(qū)前白堊海相地層分布及資源潛力研究(內(nèi)部報告)[S].長春：中石化東北油氣分公司，2018。。結(jié)合前人研究的植物化石組合，分析珍子山組具有安加拉植物群的特征[19--20]。

圖5 寶清縣308省道珍子山組綜合柱狀圖Fig.5 Comprehensive histogram of Zhenzishan Formation, Provincial Road 308, Baoqing County

2.2.1 寶清縣308省道珍子山組沉積相類型

研究區(qū)寶清縣308省道珍子山組整體厚度84.3 m，巖性以砂巖、碳質(zhì)泥巖為主。根據(jù)巖性序列、沉積構(gòu)造特征、沉積序列特征及粒度特征可以識別出三角洲沉積相，進(jìn)一步劃分出三角洲前緣、三角洲平原2種沉積亞相。三角洲前緣位于組內(nèi)下部，發(fā)育河口壩沉積微相，自下而上分為3期，成分與結(jié)構(gòu)成熟度較高，呈反粒序沉積(圖5)；三角洲平原亞相位于組內(nèi)中上部，發(fā)育河道與沼澤沉積微相，沼澤相占優(yōu)勢，大面積被泥質(zhì)充填，是聚煤作用的有利場所。

河口壩沉積出現(xiàn)在三角洲前緣地帶，因河流入湖后，水動力條件逐漸減弱，阻力增加，使砂體產(chǎn)生沉積，通常距河口有一段距離[21]。沉積微相模式(圖6a)為細(xì)砂巖和中砂巖組合，磨圓中等，雜基含量低，發(fā)育斜層理，呈反粒序。實(shí)例為寶清縣308省道珍子山組第一層3.5～5.5 m，樣品ZZS--4(3.5～5.5 m)為凝灰質(zhì)巖屑長石中細(xì)砂巖(圖7a-c)。粒度分析顯示，平均值M=2.133 3，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.555 3，偏度SK=0.089 5，近于對稱，尖度K=1.010 9，屬中等正態(tài)范圍(圖6b)；概率累計曲線為兩段式，其中跳躍組分斜率為1.72，分選好，由于河口處流速降低，跳躍組分含量偏高，約為93%，懸浮組分約為4%，懸浮組分細(xì)且較少，雜基含量在3%±，屬牽引流特征(圖6c)。雜基中凝灰質(zhì)含量較高，表明有火山灰空落混入。

河流是三角洲平原的主體(圖6d)，實(shí)例為寶清縣308省道珍子山組第3層25.5～27.5 m(圖7e)，樣品ZZS--2為凝灰質(zhì)長石巖屑中砂巖。粒度分析顯示，平均值M=1.856 6，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.466 9，偏度為SK=-0.003 97，近于對稱，尖度K=1.214 6，為尖銳范圍，跳躍組分斜率為1.43，分選較好(圖6e)；概率累計曲線為兩段式，跳躍組分含量約為90%懸浮組分含量約為4%，雜基含量6%，屬牽引流特征(圖6f)。雜基中凝灰質(zhì)組分表明區(qū)域內(nèi)仍存在火山活動。

沼澤相沉積位于三角洲平原河道間的泛濫平原或地勢低洼處。珍子山組沼澤相沉積層位是煤炭開采重點(diǎn)層位(圖7d)，分布于寶清縣308省道珍子山組第2、4、12層，深度分別為22～25.5 m、27.5～47.5 m和64.3～84.3 m，發(fā)育大規(guī)?；疑⒒液谏假|(zhì)泥巖和煤層偶夾灰色粉砂巖層，約10 cm厚(圖7e、f)。

2.2.2 密山市二龍山林場珍子山組沉積相類型

密山市二龍山林場珍子山組以湖泊沉積相為主，整體厚度71 m。進(jìn)一步劃分為淺湖沉積亞相，自下而上發(fā)育熱碎屑流、靜水泥、濁流與水下扇4種微相，水下扇沉積為優(yōu)勢相。整體巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與泥巖為主，有時夾細(xì)砂巖透鏡體。整體顏色呈淺灰色和淺綠色，顯示出弱氧化環(huán)境(圖8)。

圖6 珍子山組概率累計曲線圖、直方圖、累計頻率曲線圖及微相模式圖Fig.6 Cumulative probability curve, histogram, cumulative frequency curve and microphase pattern of Zhenzishan Formation

a.珍子山組0～22 m，河口壩；b.灰黃色中細(xì)砂巖；c. 中細(xì)砂巖(×4，+)；d.珍子山組22～25.5 m，沼澤；e.珍子山組25.5～27.5 m，河道；f.煤(×4，+)；g.珍子山組10～27 m，熱碎屑流；h.灰綠色凝灰質(zhì)砂礫巖；i. 凝灰質(zhì)砂礫巖(×2，+)。圖7 珍子山組典型沉積微相和巖性特征Fig.7 Typical sedimentary microfacies and lithological characteristics of Zhenzishan Formation

熱碎屑流沉積屬于事件沉積，是火山爆發(fā)產(chǎn)生的高溫氣體和熾熱火山碎屑物所組成的高密度碎屑流，沿著火山斜坡流動在低地勢堆積。在運(yùn)移過程中，受噴出物推動和自身重力的共同作用搬運(yùn)能力較強(qiáng)[22]，因此碎屑通常呈混雜堆積且較粗。該實(shí)例為密山市二龍山林場珍子山組第2層，深度為10～27 m，塊狀構(gòu)造且無粒序特征(圖7g、h)。鏡下顯示其巖性為凝灰質(zhì)砂礫巖，礫石成分為凝灰?guī)r與流紋巖(圖7i)。

靜水泥沉積位于密山市二龍山林場珍子山組第1、3、4層，深度分別為0～10 m、26.5～32.5 m和32.5～38.5 m。泥質(zhì)沉積于湖泊內(nèi)水動力條件較弱的區(qū)域，沉積環(huán)境穩(wěn)定。剖面巖性為碳質(zhì)泥巖與泥巖，質(zhì)地較純，風(fēng)化破碎嚴(yán)重，多夾薄層灰綠色粉砂巖和薄層煤，整體呈灰色、灰黑色。

濁流沉積在湖泊相沉積中廣泛分布，常沉積于淺湖邊緣, 夾于厚層靜水泥沉積之中，以薄層狀產(chǎn)出，發(fā)育小型層間錯動，局部呈透鏡狀分布。實(shí)例為密山市二龍山林場珍子山組3、4層，深度為29～30.5 m、36～37.5 m，巖性為粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育鮑馬序列C、D、E段。

水下扇沉積是湖泊周圍鄰近高地的沉積物直接進(jìn)入湖泊沉積區(qū)并緊鄰斷層面沉積的重力流沉積扇體[23](圖6g)。實(shí)例為密山市二龍山林場珍子山組第5、6層，深度為38～63 m、63～71 m。巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖薄層和細(xì)砂巖，粒度較細(xì)，砂質(zhì)含量高，單層厚度大。本文對 ZZS--1進(jìn)行粒度分析顯示巖性為鈣質(zhì)巖屑長石細(xì)砂巖，平均值M=2.453，粒度較細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.469，偏度SK=0.057，近于對稱，尖度K=1.113，為尖銳范圍，分選較好(圖6h)；概率累計曲線為兩段式，跳躍組分含量約為89.3%，斜率高；懸浮組分含量約為3.7%，斜率較低(圖6i)。

2.3 二龍山組沉積相類型

密山市二龍山林場路旁二龍山組為火山--沉積建造，整體厚度405 m。發(fā)育安山巖、安山玄武巖、含角礫凝灰?guī)r與少量巖屑砂巖。底部以含角礫凝灰?guī)r與下伏珍子山組分界，呈整合接觸，界線清晰。下部表現(xiàn)為劇烈火山爆發(fā)形成的熱碎屑流相堆積，巖性為角礫凝灰?guī)r與少量凝灰質(zhì)粗砂巖；向上過渡為噴溢相，巖性為安山巖與安山玄武巖(圖9)。研究中測定的二龍山組火山巖鋯石的U--Pb年齡值為281±3 Ma，形成時代為早二疊世(4)周建波.三江地區(qū)前白堊海相地層分布及資源潛力研究(內(nèi)部報告)[S].長春：中石化東北油氣分公司，2018。。

熱碎屑流相(圖10a)沉積位于二龍山組地層中下部第1層與第3層，深度分別為0～18 m、60～140 m(圖9)，巖性為含角礫凝灰?guī)r與少量凝灰質(zhì)粗砂巖(圖11a)。二龍山組ELS--2樣品巖性鑒定為凝灰質(zhì)長石巖屑粗砂巖，巖屑成分為流紋質(zhì)巖屑，長石顆粒發(fā)生蝕變，石英顆粒多呈次圓狀且發(fā)育裂紋，凝灰質(zhì)基質(zhì)發(fā)生黏土化蝕變(圖11b)。粒度分析顯示平均值M=0.406 6，標(biāo)準(zhǔn)差σ=0.495，偏度SK=-0.035 2為負(fù)偏態(tài)，分選中等，φ值在-1～2區(qū)間內(nèi)(圖10b)；概率累計曲線圖為三段式，以跳躍組分為主，含量約為80%，斜率約為1.42。由滾動到跳躍分段不明顯(圖10c)，表明該碎屑堆積受重力流作用影響。

圖8 密山市二龍山林場珍子山組綜合柱狀圖Fig.8 Comprehensive histogram of Zhenzishan Formation in Erlongshan forest farm, Mishan City

圖9 密山市二龍山林場二龍山組綜合柱狀圖Fig.9 Comprehensive histogram of Erlongshan Formation, Erlongshan forest farm, Mishan City

圖10 二龍山組概率累計曲線圖、直方圖、累計頻率曲線圖及微相模式圖Fig.10 Cumulative probability curve, histogram, cumulative frequency curve and microphase pattern of Erlongshan Formation

噴溢相為黏度較低或揮發(fā)組分飽和的巖漿，從火山口溢出，沿火山斜坡或低洼地流動侵位形成的各種熔巖[22]。實(shí)例為二龍山組第2、4、5層，深度分別為18～60 m、140～342.5 m和342.5～405 m(圖9)。二龍山組噴溢相巖性以安山巖和黃褐色安山玄武巖為主。存在2種巖石組合:第一種為單一熔巖層，分布于2、4層為安山巖(圖11c、d)，斑晶為斜長石，基質(zhì)呈交織結(jié)構(gòu)，整體蝕變較強(qiáng);第二種為第5層安山巖與安山玄武巖互層，是不同噴發(fā)期次下熔巖流單元疊置的結(jié)果。

a.二龍山組60～140 m，熱碎屑流；b.凝灰質(zhì)長石巖屑粗砂巖(×2，+)；c.二龍山組18～60 m，噴溢相；d.安山巖(×4，+)。圖11 二龍山組典型沉積微相和巖性特征Fig.11 Typical sedimentary microfacies and lithological characteristics of Erlongshan Formation

3 巖相古地理

根據(jù)研究區(qū)沉積相特征及野外收集資料，結(jié)合黑龍江省區(qū)域地質(zhì)志，對中泥盆統(tǒng)、上石炭統(tǒng)及下二疊統(tǒng)三江地區(qū)巖相古地理進(jìn)行細(xì)化，并修編了對應(yīng)時代的3幅巖相古地理圖(圖12-14)。

圖12 三江地區(qū)中泥盆統(tǒng)(含黑臺組)巖相古地理圖Fig.12 Lithofacies paleogeographic map of Middle Devonian (including Heitai Formation) in Sanjiang area

3.1 泥盆系巖相古地理

綜合分析泥盆紀(jì)地層，下統(tǒng)新中組、中統(tǒng)黑臺組、上統(tǒng)老禿頂子組與七里嘎山組(表1)，顯示沉積環(huán)境經(jīng)歷了由海侵到海退的一個完整旋回。下統(tǒng)早期為濱岸--沼澤相沉積環(huán)境，晚期開始出現(xiàn)海侵；中統(tǒng)整個區(qū)域以淺海相沉積為優(yōu)勢相，呈南北向條帶狀展布；上統(tǒng)區(qū)域內(nèi)普遍發(fā)育中性--中酸性火山--沉積建造，表明研究區(qū)經(jīng)歷過較強(qiáng)的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動；從老禿頂子組到七里嘎山組火山碎屑沉積減少，正常沉積增多，發(fā)育河流--湖泊相沉積，表明至上統(tǒng)晚期海退已基本完成，區(qū)域內(nèi)在火山活動之后，氣候又向炎熱干燥轉(zhuǎn)化[24--25]。

中泥盆統(tǒng)黑臺組，發(fā)育于穩(wěn)定地殼之上的淺水環(huán)境，根據(jù)地層出露的巖性和巖相特征可以推斷佳木斯地塊東部為沉積區(qū)，分為礫質(zhì)濱海、碎屑淺海、碳酸鹽臺地和泥質(zhì)淺海4個沉積相帶，依次由西向東呈帶狀展布，其西部為大面積的隆起剝蝕區(qū)(圖12)。隆起區(qū)、超覆線(岸線)、濱海和淺海相帶的分布規(guī)律顯示，海水沿南北向洼地侵入，形成陸表海，中統(tǒng)佳木斯地塊東部邊緣發(fā)育被動大陸邊緣盆地。綜合分析海侵方向?yàn)闁|--東南方向，因?yàn)槠渖锶杭嬗斜泵篮椭袊A南區(qū)分子特征[26]，而其他地塊兼具歐洲、北美和西伯利亞分子特征[27]，同時研究區(qū)大規(guī)模發(fā)育灰?guī)r，含有珊瑚、海百合等化石，也顯示了整個區(qū)域水淺、溫暖的氣候背景。在這樣的古地理格局下，淺海相占優(yōu)勢，發(fā)育碳酸巖和泥質(zhì)沉積，可以形成大面積發(fā)育的烴源巖層。同時中統(tǒng)整個沉積地層保存完整，為平行整合接觸，說明中統(tǒng)研究區(qū)沉積環(huán)境穩(wěn)定，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)活動較弱。

3.2 石炭系巖相古地理

石炭紀(jì)地層包括下統(tǒng)北興組，上統(tǒng)光慶組與珍子山組(表1)。整體趨勢由濱淺海相沉積向陸相三角洲--湖泊沉積過渡，下統(tǒng)北興組為英安質(zhì)火山碎屑巖夾正常沉積巖，火山碎屑自下而上變細(xì)，含量減少，屬濱淺海相；中統(tǒng)整個區(qū)域處于陸蝕狀態(tài),故缺失，表明區(qū)域處于隆升剝蝕構(gòu)造背景；上統(tǒng)光慶組為三角洲相沉積，巖性為砂巖與泥巖，且夾有凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)泥巖層，推斷該時期仍存在火山活動[24]。

上統(tǒng)珍子山組為三角洲--湖泊相沉積，發(fā)育安加拉植物群[19--20]。沉積區(qū)沿富錦—寶清—密山一線呈南北向分布，沉積環(huán)境較光慶組變化不大，自西向東發(fā)育河流、三角洲和湖泊--沼澤沉積相帶，東部地區(qū)大面積被湖沼沉積的含煤地層所占據(jù)，顯示了溫暖濕潤的沉積環(huán)境(圖13)。地層中發(fā)育流紋巖、凝灰?guī)r與凝灰質(zhì)泥巖表明期內(nèi)存在地質(zhì)運(yùn)動，且較泥盆系明顯增加，可能屬于俯沖早期或近俯沖背景，從沉積環(huán)境推斷佳木斯地塊東部處于由被動大陸邊緣向主動大陸邊緣過渡背景。

圖13 三江地區(qū)上石炭統(tǒng)(含珍子山組)巖相古地理圖Fig.13 Lithofacies paleogeographic map of Upper Carboniferous (including Zhenzishan Formation) in Sanjiang area

3.3 二疊系巖相古地理

研究區(qū)二疊系下統(tǒng)普遍發(fā)育陸殼斷陷事件，整體為陸相斷陷湖盆沉積背景，發(fā)生中--中基性火山噴發(fā)事件，一直持續(xù)到下統(tǒng)晚期才趨于結(jié)束[24]。區(qū)內(nèi)地層分布較廣，以二龍山組為特征，發(fā)育大面積火山相沉積。巖性為安山巖與凝灰?guī)r，夾碎屑巖及少量粉砂質(zhì)泥巖，整體呈南北條帶狀分布。自西向東發(fā)育火山相與河流--湖泊相沉積。東部那丹哈達(dá)地體為增生或雜巖體，含有大量硅質(zhì)巖，表明其間曾發(fā)育有淺海--深海盆地。同江市與富錦市附近也有部分碳酸鹽巖出露，推測為碳酸鹽臺地沉積(圖14)。那丹哈達(dá)地體深海相沉積與佳木斯地塊存在沉積相間斷缺失，且下二疊統(tǒng)火山運(yùn)動廣泛發(fā)育，表明那丹哈達(dá)地體已進(jìn)一步向佳木斯地塊東緣俯沖，兩地體為構(gòu)造接觸，沉積環(huán)境不連通，故相帶迥然不同，推斷佳木斯地塊東部處于主動大陸邊緣背景。

圖14 三江地區(qū)下二疊統(tǒng)(含二龍山組)巖相古地理圖Fig.14 Lithofacies paleogeographic map of Lower Permian (including Erlongshan Formation) in Sanjiang area

4 物源區(qū)分析

利用Dickinson三角圖解[28]對砂巖骨架成分進(jìn)行沉積盆地物源示蹤。選取珍子山組砂巖樣品5塊，二龍山組砂巖樣品3塊，進(jìn)行砂巖骨架礦物成分統(tǒng)計研究(表2)。

4.1 珍子山組物源區(qū)分析

對珍子山組5塊砂巖進(jìn)行骨架礦物成分統(tǒng)計，石英含量為56%～69%，平均值為61%，以單晶石英為主，含少量多晶石英；巖屑含量為19%～26%，平均值為23%，以火山巖屑為主，沉積巖屑含量較少。長石含量為11%～17%，平均值為15%。

珍子山組Q--F--L圖(圖15a)顯示樣品落于再旋回造山帶物源區(qū)，石英與長石的比率較高，大陸組分含量較高，大洋組分與大陸組分的比率中等偏低；Qm--F--Lt圖(圖15b)顯示樣品落于再旋回造山帶，燧石與石英的比率低，指示變質(zhì)活動較弱，且有偏向克拉通內(nèi)部物源區(qū)的趨勢；Qp--Lv--Ls圖(圖15c)顯示，樣品點(diǎn)落于火山弧造山帶與再旋回造山帶之間的混合造山帶物源區(qū)?；鹕綆r屑平均含量約為42%，多晶石英平均含量約為38%，沉積巖屑含量約為20%，沉積巖屑的發(fā)育表明研究區(qū)在再旋回造山過程中依然有來自克拉通內(nèi)部的物源，可能處于板塊俯沖的早期或近板塊俯沖；Qm--P--K圖(圖15d)顯示樣品落于陸塊物源區(qū)中上部，受陸源碎屑物沉積影響較大，成熟穩(wěn)定性中等偏高。綜合分析珍子山組沉積物物源主要來自再旋回造山帶物源區(qū)。

表2 珍子山組與二龍山組砂巖骨架成分統(tǒng)計數(shù)據(jù)表

4.2 二龍山組物源區(qū)分析

對二龍山組3塊砂巖進(jìn)行骨架礦物成分統(tǒng)計顯示，二龍山組石英含量約為33%，主要以火山成因的單晶石英為主；巖屑含量為33%～38%，平均值為35.7%，火山巖屑含量明顯高于沉積巖屑；長石含量為28%～31%，平均值為29.6%，以斜長石為主。

二龍山組Q--F--L圖(圖15a)顯示二龍山組砂巖碎屑顆粒落在巖漿弧物源區(qū)，深成巖組分與火山巖組分的比率中等偏高；Qm--F--Lt圖(圖15b)中也顯示，樣品仍落于巖漿弧物源區(qū)，樣品點(diǎn)位置沒有明顯變化，只是稍微向下移動，說明樣品中含有少量的多晶石英；Qp--Lv--Ls圖(圖15c)顯示樣品落于火山弧造山帶物源區(qū)，火山巖屑含量約為65%，沉積巖屑含量約為15%～20%，多晶石英含量約為18%；Qm--P--K圖(圖15d)中樣品落于巖漿弧物源區(qū)，樣品的成熟度和穩(wěn)定性相對較低。綜上所述，二龍山組沉積物物源主要來自火山弧物源區(qū)(圖15)。

圖15 珍子山組與二龍山組砂巖骨架成分的Dickinson圖解Fig.15 Dickinson diagrams of sandstone skeleton composition of Zhenzishan and Erlongshan formations

5 討論

三江地區(qū)佳木斯地塊東緣中泥盆統(tǒng)為淺海相沉積環(huán)境，沉積地層保存完整，為平行整合接觸，反映了較穩(wěn)定的沉積環(huán)境。上石炭統(tǒng)沉積環(huán)境發(fā)生改變，屬于三角洲--湖泊相沉積環(huán)境，大面積被湖沼沉積的含煤地層所占據(jù)。下二疊統(tǒng)為火山相沉積環(huán)境，此時東部那丹哈達(dá)地體為淺海--深海相沉積環(huán)境，之間存在沉積相間斷缺失，表明兩地體為構(gòu)造接觸，沉積環(huán)境不連通。

中泥盆統(tǒng)黑臺組主體為碳酸巖沉積，為內(nèi)源巖，物源來自盆地內(nèi)，此時那丹哈達(dá)地體還未俯沖至佳木斯地塊。上石炭統(tǒng)珍子山組，為砂泥巖夾煤層沉積建造，物源來自再旋回造山帶，三角洲沉積體系中局部的火山巖充填說明該時期可能已經(jīng)發(fā)生俯沖作用。下二疊統(tǒng)二龍山組物源來自火山弧，地層中發(fā)育的安山巖、凝灰?guī)r夾碎屑巖的巖性組合說明該時期火山作用強(qiáng)烈，俯沖明顯增強(qiáng)，火山弧已初步形成。物源區(qū)由盆地內(nèi)向再旋回造山帶再向火山弧的轉(zhuǎn)變反映了盆地逐漸變淺，物源區(qū)漸近的過程。

三江地區(qū)晚古生代構(gòu)造背景為那丹哈達(dá)地體向佳木斯地塊的靠近、俯沖。佳木斯地塊經(jīng)歷了從被動大陸邊緣，被動大陸邊緣向主動大陸邊緣過渡，再到活動大陸邊緣的地質(zhì)運(yùn)動變化，發(fā)育弧后盆地。那丹哈達(dá)地體現(xiàn)為增生或雜巖體，曾發(fā)育淺海--深海盆地。

那丹哈達(dá)地體與佳木斯地塊的相對運(yùn)動控制了晚古生代沉積環(huán)境和盆地演化。

6 結(jié)論

(1)三江地區(qū)晚古生代地層可識別出淺海相、三角洲相、湖泊相和火山相4個沉積相，包括碳酸鹽臺地、三角洲前緣、三角洲平原和淺湖4個沉積亞相與生物丘、開闊臺地、生物礁、河口壩、河道、沼澤、靜水泥、濁流、水下扇、熱碎屑流和噴溢相11個沉積微相。

(2)重建中泥盆統(tǒng)黑臺組、上石炭統(tǒng)珍子山組和下二疊統(tǒng)二龍山組的巖相古地理，明確了淺海相、三角洲--湖泊相與火山巖相的空間分布規(guī)律。

(3)三江地區(qū)沉積環(huán)境演化受控于板塊構(gòu)造運(yùn)動。沉積相從淺海相向三角洲--湖泊相再向火山相演化。中泥盆統(tǒng)黑臺組為內(nèi)源巖，物源來自盆地內(nèi)；上石炭統(tǒng)珍子山組物源來自于再旋回造山帶；下二疊統(tǒng)二龍山組物源來自于火山弧。構(gòu)造運(yùn)動的變化與那丹哈達(dá)地體向佳木斯地塊的靠近、俯沖相關(guān)，由被動大陸邊緣向主動大陸邊緣過渡。