Question

石炭纪地层

Answer 1

一、区域地层特征

石炭系沉积属统一海盆内不同沉积环境中的堆积物。自下而上分为下石炭统下部前黑山组、上部臭牛沟组和上石炭统下部羊虎沟组和上部太原组。

1.分布范围

下石炭统主要分布在南祁连盆地内。下石炭统作为南祁连盆地的第一套沉积盖层，主要分布在哈拉湖以北的乌兰达坂地区，以角度不整合覆于加里东期褶皱基底和前寒武系变质基底之上。

上石炭统主要分布在托来河-大通河以北地区，沿NW-SE向和南祁连盆地内断续零星分布着一些上石炭统。局部下石炭统和上石炭统平行不整合接触。

2.岩性岩相特征

(1)下石炭统

下部前黑山组:岩性为紫红色长石石英砂岩夹灰色石英砂岩、紫红色砾岩、含砾砂岩，底部有紫红色砾岩(底砾岩)。该地层纵向上显韵律特征，横向上岩性、岩相稳定，底部不厚的砾岩或含砾粗砂岩层到处可见它超覆于下伏的不同时代老地层之上。该地层下部以紫红色为主，上部变为灰绿色，反映沉积环境由氧化向弱还原转化的过程，为一套河流-滨海相沉积，前黑山组与下伏下奥陶统和中奥陶统以紫红色砾岩呈角度不整合接触，与上覆臭牛沟组为连续沉积。

上部臭牛沟组:下部灰色、紫色砂岩、页岩，底部为一层砾岩;主要为泥质岩夹薄层煤(线);上部灰白色灰岩、泥灰岩。岩性稳定，含丰富的动物化石，反映当时古地理环境稳定，有利于生物繁衍，生物灰岩到处可见。

(2)上石炭统

下部羊虎沟组为碳酸盐岩与炭质页岩、石英砂岩互层的岩性组合;上部太原组为以碎屑岩为主体夹薄层灰岩、泥灰岩的岩性组合。

3.沉积构造

石炭系下部蒸发岩中具有泥裂、波痕和盐类晶痕，白云岩中具有生物扰动构造，中上部石英砂岩中具有对称波痕、交错层理;炭质页岩中具有植物根迹和植物化石碎片及其生物扰动构造。

4.生物特征

灰岩中发育大量的珊瑚、腕足、及海百合等海相生物化石。化石呈碎片保存，很少具有完整的生物个体，生物特征反映沉积时的水体为温暖、清洁、透明、动荡的海岸-浅海陆棚环境。石炭系上部炭质页岩中具有大量的植物化石碎片，且与煤和灰岩共生，反映了潮湿气候的海岸平原的近海沼泽环境。

5.沉积相

根据沉积相识别原则和前述的沉积特征:

1)石炭系是一套海相碎屑岩-碳酸盐岩沉积和海陆交互相碎屑岩夹灰岩沉积。

2)臭牛沟组下段为干燥气候条件下的潮间台坪和蒸发潟湖沉积。

3)臭牛沟组上段为温暖气候条件下的台地碳酸盐岩夹滨岸碎屑岩沉积。

4)羊虎沟组为潮湿气候条件下的海岸及近海沼泽相碎屑岩和局限台地碳酸盐岩交互的混合沉积。

5)太原组为潮湿气候条件下的海岸及近海沼泽亚相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积。

6.沉积环境及沉积过程

谢志清等(2001)通过对南祁连盆地石炭系剖面时空演化的特征研究，提出快速“倒灌式”的海侵模式很好地解释了石炭纪祁连海域的盆地沉积环境问题:祁连山的石炭纪不是海陆逐渐增加的渐进序列，而往往是浅海相突然大面积覆盖在下伏陆相沉积物之上，与下伏沉积物之间有明显的相序缺失，表现在臭牛沟组与前黑山组的海陆相沉积频繁交替出现，而且海相层在很大的范围内具有明显可追踪性与对比性，在横向上并无明显的相变关系。

在这种“倒灌式”的快速海侵过程中往往看不到经典的海侵序列，而是表现为浅海环境沉积物直接覆盖在陆相沉积物之上(图2-3)，虽然有些地方的海相层中可以见到极浅水的沉积标志，但并不代表前滨环境，而是受盆地地形控制的浅水高能带。

在海平面处于低水位期和南祁连隆起相对上升时，南祁连隆起露出水面，并阻挡了宗务隆海槽的海水向祁连陆地漫侵，从而形成陆相沉积层(图2-3A);当海平面处于高水位期和南祁连隆起相对下沉时，宗务隆海槽的海水将会漫过南祁连隆起快速“倒灌式”地漫侵入祁连受限海盆，从而形成海相沉积层(图2-3B)，这种海平面快速的下降与上升，可形成一系列海-陆交互相沉积层序(图2-3C)。

图2-3 石炭纪快速“倒灌式”盆地充填模式(据谢志清，2001)

二、研究区地层特征

本区仅出露石炭纪臭牛沟组(Cc)岩石地层。

1.地层分布

该区臭牛沟组(Cc)主要分布在观山河—丰乐河之间，与金佛寺花岗岩呈不整合接触，不整合面产状245°∠40°，不整合面以下有一层厚2～6m花岗岩古风化壳，风化壳由松散的花岗岩碎屑组成，具较强的高岭土化、绢云母化、绿泥石化、褐铁矿化等次生蚀变。

2.影像特征

该组影像特征表现为棕灰色均匀色调，条带状、线状影纹，宏观光滑，水系总体不发育，局部为简单树枝状，U形谷底中—浅切割，次浑圆状山脊直线延伸，多凸形坡，构成中山地貌。向东至大草滩一带，该组地层植被发育，呈灰绿色均匀色调，其他影像特征与吊大坂一带相近。

3.岩性特征

下部岩性为紫红色砂砾岩夹砂岩、砾状灰岩;中部为灰色页岩、粉细砂岩夹砾岩;上部灰色砾岩夹含砾细砂岩、炭质页岩、生物碎屑灰岩。

4.沉积环境分析

区域上广泛分布的下部砂页岩段在该区内不发育，上部灰岩及碎屑岩段直接超覆于早古生代不同地层之上，且粗碎屑含量较东部有明显增高之趋势，反映了陆源碎屑供应充分，近物源沉积充填的古地理格局。

臭牛沟组在经历了晚泥盆世准平原化的夷平作用后开始接受沉积，海水自ES向NW侵入，在大陆边缘地带具明显超覆沉积现象，表明海侵范围不断扩大，为全球海平面上升期沉积充填的产物。