沉积岩区和浅变质岩区应开展沉积建造古构造研究工作,进行沉积建造构造环境分析,划分沉积建造类型,恢复古构造环境,编制沉积建造古构造图。对于和成矿关系密切的层位或建造应进行概略岩相古地理研究工作,开展岩相分析,恢复古地理环境,编制概略岩相古地理图。
一、沉积岩相古地理概略研究
开展岩相古地理研究工作是预测沉积矿床、层控矿床以及与地层岩性密切相关的内生矿床必不可少的基础工作。对于其他各类内生矿产的预测,为了恢复古构造环境,尤其是分析成矿作用发生的大地构造背景,沉积岩相古地理研究工作也同样重要。一般情况下根据工作具体情况结合地质构造单元,选择与成矿作用密切相关的不同时代单元的地层,开展岩相古地理研究工作。
岩相古地理研究工作,根据目的在实际工作中分为两种情况:
第一种情况:为了解决某些重大基础地质问题,进行区域地层对比以及开展沉积矿产评价工作,应当进行岩相古地理精细研究工作,需要在区域地质调查工作基础上进一步开展专题调查,测制沉积相剖面,进行沉积相专题填图,收集微相标志等资料,开展岩矿测试,进行相关岩比计算,编制各类基础图件。
第二种情况:为了进行中小比例尺矿产预测,开展沉积建造古构造研究,分析成矿地质构造环境而进行的岩相古地理概略研究工作,一般情况下,在已有区调资料基础上进行,充分利用区调工作中,路线观察的原始记录,开展岩相古地理专题分析,对于具有重要意义的内容,需要补充必要的野外工作,收集微相资料,测制关键部位的相关沉积相剖面。
现将岩相古地理概略研究基本方法介绍如下:
(一)沉积相模式概要判别标志
沉积相是指沉积环境及其形成的物质组成。一般通过岩性组合、沉积结构构造特征、古生物特征、地球化学特征等综合分析方法加以判别。现根据刘宝珺、曾允孚《岩相古地理基础和工作方法》(1987),何境宇、孟祥化《沉积岩和沉积相模式及建造》(1987),王良忱、张金亮《沉积环境和沉积相》中关于沉积相标志的诠述,综合后把主要的沉积相概略判别标志介绍如下:
1.陆相组
包括残积相、坡积相、冲积扇相、沙漠相、冰川相、河流相、湖泊相、大陆火山沉积相等8类相。
(1)冲积扇相:冲积扇是河流流出山谷口在山口形成的平圆锥状或扇状碎屑物沉积体。发育有:筛积物、水道沉积物、漫流沉积物和泥石流沉积物等,富含粗碎屑沉积物。分为干旱型和潮湿型两类,干旱型沉积物呈红褐色,潮湿型沉积物呈灰褐色,水道沉积物较多,分布范围比干旱型要宽广。
(2)河流相:分顺直河、辫状河、曲流河、网状河。
a.辫状河:一般坡降大,流速急,上游为砾质辫状河,下游过渡为砂质辫状河。以砾石为主形成河道底部沉积,以砂体为主形成砂坝沉积,以洪水淤积的粉砂,粘土组成漫滩沉积。岩石发育大量槽状交错层理,板状交错层理。
b.曲流河:一般形成“二元结构”模式。下部:河道底部砾石沉积,向上过渡为各种交错层理发育的砂岩组成的边滩沉积,再向上过渡为由细砂及粉砂岩组成的天然堤沉积。上部:天然堤沉积以上主要为以粉砂岩及泥岩为主的洪泛平原沉积,有时夹有决口扇砂质层。
c.网状河:指的是由洪泛平原沉积分割开的众多河道形成的网状水系,植被发育,沼泽广泛分布。主要以粉砂质、泥质沉积为主。由砂砾岩组成的河道沉积,粉砂、细砂组成的天然堤沉积,砂岩组成的决口扇沉积,泥质粉砂质组成的湿地湖泊沉积,有机质、泥质组成的沼泽沉积。分布面积广泛,往往形成巨厚煤层。
(3)湖泊相:湖泊按成因、地理位置、自然景观、沉积物特征等可以分为各种类型,现按湖水含盐度分为:淡水湖和咸水湖,其沉积相特征差别较大。
a.淡水湖泊:一般情况下:外部为湖滨砾石带,中间为浅湖砂质带。内部为深湖砂泥质带。湖中心为泥质沉积,在深湖和湖中心,发育水平纹理及富含有机质的细粒沉积物。有的发育石灰质、泥灰质或硅质条带和铁质碳酸盐沉积。
b.咸水湖泊:分为盐湖和干盐湖两类。随着湖水含盐度逐渐增高,沉积物特征也随之变化,第一阶段为碳酸盐湖或苏打湖,大量生成白云石,经长期蒸发形成苏打沉积伴有芒硝。第二阶段为硫酸盐湖,石膏、钙芒硝、芒硝、无水芒硝大量发育,第三阶段为氯盐湖,以石盐、光卤石为主。
2.海陆过渡相组
包括三角洲相、河口湾相、陆缘近海相等亚组。主要介绍三角洲组的识别标志,三角洲沉积的特点是环境复杂多变,影响因素较多,沉积相分异大,目前分河控、浪控、潮控三种类型,以河控为主,主要包括以下各相:
(1)三角洲平原相:
由富潜穴的页岩组成海湾沼泽沉积,砂岩、粉砂岩组成的漫岸沉积和天然堤沉积。
(2)三角洲前缘相:以砂、粉砂岩为主的分流河口坝沉积和波痕及波纹交错层理发育的粉砂岩、泥岩互层为主的远砂坝沉积。
(3)浅三角洲相:细纹理页岩,及粉砂岩纹层沉积含介壳层。
3.陆源碎屑海相组
海相沉积:包括滨海相、浅海相、次深海相、深海相。按沉积物类型可以分为陆源碎屑型和碳酸盐型两大类,现按两大类分别介绍。
陆源碎屑海相沉积,包括海滩相、潮坪相、泻湖相、陆源陆棚相、浊流沉积和海底扇,深海远洋沉积等。
(1)海滩相:属滨海沉积环境,以砂岩、砾质砂岩为主,具有良好的水平层理,低角度槽状层理,分选良好,波痕、遗迹化石发育。
(2)潮坪相:属滨海沉积环境,潮下带:以大型交错层理砂岩为主,常见羽状交错层理,潮汐束状体,双粘土层标志。潮间带:细砂,粉砂和泥岩组成,脉状,波状,透镜状层理组合,羽状交错层理,波痕,遗迹化石、生物碎屑等十分发育。潮上带:泥砂沉积、生物碎屑发育,有的形成壳滩。泥裂,雨痕等构造发育。
(3)障壁岛-泻湖相:属滨海沉积环境。障壁岛-海滩沉积以砂岩为主,带状分布,交错层理,波纹层理,遗迹化石发育。潮道-潮汐三角洲沉积:以带状、扇状分布的砂岩为主,广泛发育棱状、板状交错层理和生物碎屑。泻湖沉积由砂岩、粉砂岩、泥岩组成互层,具有水平层理,周边为潮坪沉积。
(4)浅海陆源陆棚相:以砂岩、粉砂岩为主,水平分布范围广,广泛发育板状交错层理。常见低角度侵蚀面,遗迹化石、生物碎屑发育。有的可形成薄泥盖,陆棚相常见风暴沉积,发育浅海浊积岩,丘状交错层理。
(5)深海浊流沉积相:以浊积岩为特征的岩石,形成复理石层,常见“鲍马”序列。海底峡谷外可形成深海扇沉积,扇状分布,常见砾岩、含砾砂岩、块状砂岩、水下泥石流、滑塌堆积等。
(6)深海远洋沉积:主要为远洋粘土沉积,以及含有大量生物残骸的钙质、硅质生物泥沉积。
4.碳酸盐海相沉积
(1)碳酸盐海滩相:滨海环境,发育鲕粒灰岩,砂屑灰岩,生物碎屑灰岩等。
(2)碳酸盐潮坪相:上部发育薄纹层灰岩,可见砾屑灰岩、竹叶状灰岩等,常见鸟眼、窗孔状构造、遗迹化石,有的地区可见白云岩化。下部为薄纹层灰岩、灰泥岩、泥粒灰岩等;遗迹化石发育。
(3)萨布哈型碳酸盐潮坪相:干旱气候环境,具有明显特殊标志,形成大量的石盐、石膏、硬石膏、白云石、天青石、菱铁矿等自生蒸发矿物,灰岩具有明显的白云岩化作用,有的出现硬石膏结核层。
(4)生物礁相:生物礁类型很多,但主要的判别标志是各种类型的藻、古杯类、海绵、珊瑚礁等形成的礁灰岩。普遍发育生物骨骼、介壳、碎屑等等。
(5)碳酸盐陆棚台地相:浅海环境,面积很广,灰质砂砾岩,上部含有大量生物化石的灰岩,顶部有薄纹状白云岩或灰岩,有泥裂、卵石角砾等。
(6)深海大陆坡碳酸盐相:为规模很大、夹有石灰岩块体细纹理、泥状灰岩层组成。包括开阔远洋碳酸盐沉积物。大陆架深灰色细粒泥状灰岩、远洋碳酸盐重力流为粒级层的钙质碎屑岩以及砂质页岩组成。
(7)深海非重力流碳酸盐相:主要发育黑色页岩、暗色灰岩、沥青灰岩、有的含有黑色燧石条带和结核。
(二)概略岩相古地理图编制
1.编制地层柱状分布图
收集实际资料,根据目的层位地层剖面,编制地层柱状图及卡片,内容除了地层、厚度、岩性以外,应尽量通过岩石成分、结构构造、古生物特征等资料分析,得到沉积相标志的有关资料,在地质图上按地层分布位置编制地层柱状对比图和地层柱状分布图。对于实测地层剖面不足的地区,应查阅野外地质路线记录,或路线信手剖面资料编制辅助地层柱状图。
2.编制地层等厚度图
在目的层位分布区,按地层柱状分布图的厚度分布编绘等值线图。有的还应标志出目的层位中具有特殊意义的岩性标志层,标明其层数或厚度。例如火山岩夹层、碎屑岩中碳酸盐夹层、硅质岩夹层、燧石条带碳酸盐夹层等等。对具有特殊意义的岩石或矿层应单独编制岩性分布等厚度图,例如铁矿层、锰矿层、磷矿层、硅质岩层等。
3.编制沉积岩相图
沉积岩相图是在各类辅助图件的基础上经过综合分析各种资料后编制的。根据区域矿产预测的需要一般以沉积类型或岩性组合分布图为主要图件,如果资料基础好,有条件的情况下还可以编制沉积相标志图、古风化壳图、古生物相图等。
沉积类型或岩性组合分布图的编制方法:根据地层柱状分布图,按照研究目的层位分布区段,编制地层柱状剖面图,确定沉积组合或岩石组合,例如陆源碎屑岩夹火山岩、石灰岩夹紫色碎屑岩、陆源碎屑岩夹膏岩层等。划分不同沉积类型或岩性组合的分区界线。
根据岩性组合的特征及时空变化、沉积类型特点,古风化壳的分布、古生物相的分布特征,沉积微相标志等资料,经过综合分析,确定岩相分布区域,编制岩相图、地层或岩性组合等厚度图,综合表示形成岩相古地理图。例图见图2-1。
图2-1 华南新元古代晚期初南沱组沉积期岩相古地理
(据王剑,2000)
4.岩相古地理图的内容
(1)古陆位置、岩相分区界线;
(2)陆源物质来源方向;
(3)特征岩性组合分布范围;
(4)地层或岩相组合等厚线;
(5)盆地水流方向,水介质,水温,生物分布;
(6)水下高地,盆地沉积中心;
(7)其他。
5.编写说明书
二、沉积建造古构造研究
岩相古地理图一般指目的层位十分明确,主要用于研究目的层当时的沉积环境,以及目的层位在空间和时间上的变化,其层位时间跨度比较确切而且较短,一般用于沉积矿产,狭义层控矿产的沉积环境研究。有时为了突出古构造环境,也可编制构造古地理图。
为了恢复总体构造环境,尤其是对于造山带地区,一般编制沉积建造古构造图,按照造山带构造活动的不同阶段为目的时段,研究其沉积建造类型的时空变化特征。
沉积建造古构造图和构造古地理图的区别在于,前者突出构造特征,后者突出古地理环境。有的时候,沉积建造古构造图中的建造内容按变形改造后的产状加以表达。
(一)沉积建造
沉积建造是指某一特定的长期持续的区域构造作用范围内形成的岩石,岩相共生组合体。目前从大地构造背景条件出发,孟祥化等进行了统一分类。不同的学者在实际工作中,使用的沉积建造名称也并不完全一致,但是一般都应反映当时当地所包含的地质构造意义,例如复理石建造、磨拉石建造、浊积岩建造等(沉积建造分类详见第五节)。
(二)沉积建造古构造图的编制
(1)根据不同的构造事件或造山带构造活动的各阶段划分编图的目的时段,一般以地层不整合为界。主要研究与成矿作用关系密切的沉积建造特征。
(2)以地质图数据库中该目的时段地层为目的层,以该目的时段及其以后地层分布区为沉积区,以目的时段以前的地层分布区为基底,形成编图底图。
(3)根据地层剖面编制柱状对比图及沉积建造剖面图。资料基础好的尽量用实测剖面,资料基础差的也可以用区调观察路线剖面,根据柱状对比图划分岩石组合、沉积建造类型,并确定对比标志。
(4)圈定沉积建造等厚线,根据沉积建造类型的对比标志,按厚度变化,圈定等厚线。
(5)圈定不同沉积建造分布位置。
(6)古构造分析:根据沉积建造类型,空间分布,等厚线分布结合岩相古地理图的资料经过综合分析,划分古构造分区、确定基底坳陷、隆起区,同沉积断裂带等分布位置、强度以及对岩相古地理的影响等。在判断基底坳陷时,不能简单地把沉积厚度作为惟一依据,因为对于非补偿盆地,往往由于物源区不足,坳陷深度和沉积物厚度不相匹配,应当通过综合分析物源区情况,沉积物岩石组合,判别盆地沉积速度以及沉降速度,大致确定基底坳陷位置。例图见图2-2。
图2-2 华北南缘及华南地区中、晚元古代古构造图
(据王自强、张玲华等,1990)
1.华北地台,1700~1800Ma前固结,中、上元古界为稳定盖层或似盖层沉积(A1);2.华北地台南部陆缘区:中、上元古界为较深海和浅海过渡类型沉积(A2);3.扬子地台核部中心:1700~1800Ma前初步固结,中元古界主要碳酸盐岩的似盖层沉积,1000~800Ma间为断陷盆地磨拉石及火山碎屑沉积,800Ma最终固结(B1a);4.扬子地台核部边缘:中元古界为边缘海泥砂复理石,1000Ma前初步固结,1000~800Ma间为稳定浅海沉积,800Ma前最终固结(B1b);5.江南隆起内带:1000Ma前初步固结,1000~800Ma间为泥砂质及火山碎屑浊流沉积,800Ma前最终固结,其后仍为较深水和非补偿泥质、硅质沉积(B2);6.江南隆起外带:1000~800Ma间为活动类型火山熔岩及火山碎屑浊流沉积,800Ma固结,其后为深海及非补偿的边缘海沉积(B3);7.华南晚元古代边缘海域:800~600Ma间为火山及碎屑浊流沉积以及非补偿深水和较深水沉积(B4);8.扬子地台北沿晋宁期褶皱带:800Ma前岛弧火山-碎屑沉积,晋宁阶段末固结(B5);9.秦岭-大别边缘海:长期活动带,1000~800Ma为大洋-岛弧带火山岩,800Ma后为较深海和深海沉积及浅海碳酸盐岩(B6);10.南海-印支地块(D1);11.南海-印支地块北部陆缘区(D2);12.构造单元界线;13.小型地块;14.火山岩:a)酸性-中酸性,b)中酸性中基性,c)基性-超基性;15.后期地壳消减带;16.地壳叠接消减带;17.重要断裂带编号:①商丹断裂;②郧县-均县断裂;③城口-房县-襄攀-广济断裂;④郯庐断裂;⑤四堡-溆浦-安化断裂;⑥宜春一绍兴断裂;⑦彬县-茶陵断裂;⑧赣江断裂;⑨丽水-三明断裂;⑩琼雷-海南推测后期消减带
(7)沉积建造古构造图的内容:
a.基底区与沉积区界线;
b.沉积盆地建造类型分布范围及界线;
c.沉积建造等厚线;
d.基底隆起及基底坳陷区;
e.同沉积断裂带;
f.陆源碎屑供应方向;
g.海流方向,海侵方向;
h.附沉积建造古构造剖面图;
i.其他。
(8)编写图件说明书。