加积极主动,其标志性事件是\"黄岩岛对峙事件\"和\"成立三沙市\",...

杨其栋

[摘 要]海侵分为事件型海侵和过程型海侵两种类型，本文根据事件型海侵的特征，从寻找事件型海侵沉积的标志入手，浅析鲁西地区事件型海侵沉积的三种标志，即：沉积学标志、古生物学标志和地球化学标志。

[关键词]事件型海侵、沉积标志

中图分类号：T3；592 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0209-02

1、沉积学标志

鲁西地区的晚古生代陆表海盆地充填序列是一套典型的海陆交互相沉积，海相与陆相沉积叠置，形成较为复杂的沉积组合。多期次海侵形成的沉积地层具有不同的沉积组合特征，本文将研究区内的沉积组合归纳为四种类型：海相灰岩-煤层-根土岩组合、海相灰岩-深水泥岩-煤层-根土岩组合、深水泥岩-煤层-根土岩组合、深水泥岩-海相灰岩-铝土岩组合，可作为海侵事件沉积的沉积学标志。

（1）海相灰岩-煤层-根土岩组合

该组合类型又称为海相灰岩压煤，是研究区晚古生代陆表海沉积的重要表现之一（图1A）。其主要特征为：煤层底板具有根土岩、风化黏土、铝土岩或铝质泥岩等，含大量植物根系化石，表现为滨岸暴露相，说明煤层与其下伏地层属于非连续沉积，这一不连续沉积代表了一种沉积间断面。煤层顶板为海相灰岩，煤层及上覆海相层是在海平面上升的过程中连续沉积形成。灰岩沉积多表现为向上变浅的序列，表现出海侵的突发性和海退的持久性。

（2）海相灰岩-深水泥岩-煤层-根土岩组合

该组合的海相灰岩与煤层之间沉积了一层深黑色或深灰色泥岩，为深水相（图1B），即，煤层顶板是一套浅海相的薄层泥岩，含海相动植物化石，泥岩与上伏灰岩为同一沉积相，与下伏煤层为连续性沉积，横向上可与灰岩对比。该类型海侵发生过程主要包括两次突发性海侵，第一次突发性海侵影响范围小，尚未波及到波状地区的起伏地带，沉积的海相泥岩终止了泥炭沼泽的发育。而后发生第二次突发性海侵，其影响范围广，在已形成的海相泥岩压煤基础上又形成了海相灰岩沉积层，多发生在盆地波状凹陷地带或盆地边缘地带。

（3）深水泥岩-煤层-根土岩组合

小规模的突发性海侵导致波状起伏的地形较高区域沉积的煤层之上发育海相泥岩，煤层顶板海相泥岩为浅海相，层厚较小，富含海相生物化石，泥岩与下伏煤层表现为连续性沉积（图1C）。横向上，这一薄层浅海相泥岩可以与灰岩对比，是滨海环境中沉积形成，在研究区陆表海盆地内地形较高的区域常可见这一沉积组合类型。随着海侵的发生，海侵范围不断扩大，由于突发性海侵强度不足，海水不足以淹没凸起区域从而在地表暴露处形成浑水环境，浑水环境中泥岩大量沉積，导致泥炭沼泽化进程的中断。

（4）深水泥岩-海相灰岩-铝土组合

在海侵时期的近盆地边缘地区，由于突发性海侵的强度不足，在盆地边缘地区由于地势较高，海水不足以大面积侵入淹没高地，只能在地表暴露沉积之上有较浅的海水侵入（图1D）。这一类型的海侵沉积组合在研究区主要表现为G层铝土质沉积（图2）。

2、古生物学标志

研究区晚古生代发生的多期次海侵，海侵事件导致古生物化石在种类、大小形态、排列以及变异程度上均发生了一定的变化。本次研究中，鲁西地区石炭-二叠纪含煤地层中的海相沉积以灰岩为主，海相灰岩一定程度上均保存有古生物化石，而下伏于海相灰岩之下的煤层中则不含有海相古生物化石。因此，可将海相灰岩中存有的古生物化石作为海侵的一种标志。另外，通过对淄博等地的野外实地踏勘以及样品磨片后的显微镜下观察，尤其是对研究区内淄川、博山等地的出露灰岩进行了样品采集和制样观察，发现事件型海侵组合中的微体古生物化石丰富，富含海百合茎和有孔虫等，与过程性海侵组合中的古生物化石不同，海侵事件沉积类型中的古生物化石个体小，破碎强烈，蜓类化石的内切面呈现为长柱形。有孔虫化石完整性比较差，多呈碎片状，保存的不完整性正是由于高能的近滨环境海浪冲刷导致破碎。

除对研究区晚古生代古生物化石的观察之外，本次研究对研究区晚古生代海侵事件沉积内的孢粉特征进行了一定的分析。由孢粉变化趋势和海侵事件层位的对应关系可以看出，海侵事件沉积期内孢粉的变化具有一定的突变性。如图所示，第一期海侵事件沉积内，单缝孢、三缝孢、裸子植物花粉均呈现一定的突变，其中三缝孢含量上升，而单缝孢和裸子植物花粉含量降至较低值；第二期海侵事件沉积内，单缝孢和三缝孢突变性较明显，裸子植物花粉含量较低，不具明显的突变性。以三缝孢、单缝孢和裸子植物花粉为生殖器官的植物其生长环境不同，其中，三缝孢植物适宜滨海潮湿气候，而裸子植物和单缝孢植物不适宜在海相环境中生长，因此，孢粉的变化趋势可以反映沉积环境的变化，孢粉作为古生物学标志的重要内容对于识别海侵事件具有重要作用。

野外踏勘过程中，发现煤层附近的地层中古生物化石增多，表明靠近煤层附近的地层在其沉积时期水动力条件相对不是很强烈。在野外观察和室内显微观测中，发现鲁西地区晚古生代地层中，发育多种类型的古生物，包括腕足类、棘皮、海绵骨针、珊瑚、牙形刺、蜓化石等，这些古生物化石对研究鲁西地区晚古生代海侵事件沉积具有重要的价值。

3、地球化学标志

地球化学主要研究地质体中的元素及其同位素的组成，定量的测定元素在岩石中的分布情况。由于沉积岩形成过程的每一个阶段都存在不同程度的地球化学作用，每个阶段都有其特有的化学平衡，因此沉积物的地球化学特征可以反映出发生沉积时的环境的化学特点，进而通过不同环境自身的地球化学特点不同，来分析和判断沉积物的沉积环境。通过研究发现，研究区内不同层位、不同相带的岩石的地球化学分析结果存在差异，表明该区晚古生代有过沉积环境的变化。因此，地球化学特征可作为判断沉积环境的标志。

（1）陆表海环境海侵事件地球化学特征

事件型海侵在沉积过程中存在明显的暴露阶段，研究发现，鲁西地区晚古生代海侵事件沉积直接表现为海相灰岩和煤层的组合，煤层和底板泥岩表现为淡水特征，该套组合的地球化学特征具有一定特点，与其他沉积组合相比有一定差异性。通常情况下，事件型海侵发生速率快，能够造成灰岩、煤层具有独特的地球化学特征。本文以研究区十一灰与十七煤为海侵事件沉积组合为例，通过野外采样和观测，总结海侵时间沉积组合的地球化学特点。

海相灰岩与煤层、煤层顶底的根土岩中间含有古植物化石，其沉积是为淡水至微咸水沉积环境，其他沉积层则为半咸水至咸水沉积环境。海侵事件沉积组合中明显的可以发现Sr/Ba曲线具有突变性，即，该比值由小于1突变至大于1，煤层的宏观煤岩组分以亮煤和镜煤为主，暗煤次之。海陆变化特征也体现在沉积磷酸盐的变化上，从事件型海侵沉积组合特征中可以发现其变化曲线呈现出突变特点，底部的沉积磷酸盐含量通常<3.0，而顶部灰岩层一般大于22‰，这反映了暴露沉积和海相深水沉积的地球化学特征。

另外，无论事件型海侵沉积的煤层还是过程型海侵沉积的煤层，均受到海水的影响，二者的区别在于，事件型海侵沉积中的煤层是在海侵发生时发育并在海侵结束后终止发育并保存于深水之中，因此通过实验测试可以发现在靠近顶板灰岩处的煤层Sr/Ba比值变高，B含量变高，Sr含量变高，古盐度也增加。与此不同，过程型海侵沉积形成的煤层在泥炭沼泽发育期均有海水的参与，整个煤层的微量元素与靠近顶板灰岩处的煤层微量元素具有相类似的海相特征。

（2）陆相环境海侵事件地球化学特征

除上述海侵事件沉积组合的地球化学特征之外，本次在对鲁西地区奎山砂岩的观测及分析中发现，奎山砂岩其成因不能仅仅用陆相河流沉积来解释。奎山砂岩在整个鲁西地区分布广泛且可对比，河流沉积或湖泊沉积无法形成如此广泛程度的砂体；另外，奎山砂岩以致密中砂岩为主，其与陆相河流沉积的砂岩存在差异。在前人的研究中，王仁农（1977）研究了微山湖西侧（北至鱼台、单县一带，南至徐州，西南同皖北、豫东为邻）上石盒子组，发现在其顶底存在着大量的舌形贝，认为鲁西地区上石盒子组时期接受过海侵；张抗（1990）在鄂尔多斯西缘（如贺兰山沙巴台、桌子山南端的公勿素等）上石盒子组内的“硅质岩或硅质泥岩”中发现了生物碎屑岩，“硅质岩”或海绵骨针岩常与其他海相动物化石及海绿石共生，认为晚二叠世华北上石盒子组沉积期仍然接受过海侵。因此，研究区内奎山砂岩尤其是其微量元素分析也可作为海侵沉积的地球化学标志，本次研究在菏泽地区的张集矿区观察岩心并取心做了进一步分析。

通过对采集的样品进行磨片制样观察，并通过电子探针实验测试微量元素，得到岩心样品的微量元素电子探针测试结果。测试样品为奎山组中粗砂岩，样品共计20件，并根据测试结果绘制出主要微量元素及比值的特征曲线图（图3）。

不同的沉积环境中形成的岩石具有不同的地球化学特征，因此不同的微量元素对沉积条件的反应也不尽相同。其中，硼（B）含量大于100ppm（毫克/升）代表海相环境，本次测试中，有六块样品含有硼（B），其含量均高于100ppm（毫克/升），证明奎山砂岩的沉积过程中接受了海水的影响。本次研究中，奎山砂岩五块样品经实验测试和计算，其中的三块B/Ga比值大于7，这说明对应的层位在沉积时期受到海水影响；该区样品的测试结果中Ni/Co比值多介于0到2之间，表明奎山砂岩沉积时期为富氧环境；本次测试结果中，样品的Fe/Mn比值变化较大，根据前人研究成果，这一变化特征反映了沉积时期水深的变化速率很快。

综合上述分析，研究区晚古生代地层沉积时期接受过海水的影响，且海水水深变化较快，推断为事件型海侵。

参考文献

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