淮南地区淮南群沉积特征和层序地层

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　　摘      要： 淮南地区淮南群出露较好，沉积序列连续性强。通过对该地区野外剖面观察与实测，结合室内薄片、地球化学等资料分析，认为区内淮南群沉积主要为海陆过渡-滨浅海环境，划分出海相碎屑岩沉积体系、海相碳酸岩沉积体系及海陆过渡相沉积体系3种沉积体系及4种沉积相、5种沉积亚相、6种微相。在这个基础上，结合层序界面特征及最大海泛面的研究，淮南地区淮南群主要发育高位体系域和海侵体系域，低位体系域仅在曹店组发育，并据此将区内淮南群划分为4个三级层序。系统阐述了各层序的岩石及体系域特征，并建立了该地区层序地层模式。
　　关  键  词：淮南群;沉积相;层序地层;淮南地区
　　中图分类号：TE121.3;O621.2      文献标识码： A      文章编号： 1671-0460（2020）02-0476-04
　　Abstract：  Huainan group in Huaina area is well exposed and the sedimentary sequence has strong continuity. Through the cautious observation， measuring， based on data of indoor- slice and the geochemistry analysis， it was pointed out that the deposition of Huainan group in the area is mainly sea-land transition-coastal and shallow sea environment. And three sedimentary systems， four sedimentary facies， five sedimentary subfacies and six microfacies of marine clastic rock sedimentary system， marine carbonate sedimentary system and marine-continental transitional facies sedimentary system were divided. On the basis of sedimentary facies， combined with the study of sequence boundary characteristics and maximum flooding surface， the area was divided into 4 three-order sequences. The rock and system tract characteristics of each sequence were systematically expounded， and the sequence stratigraphic model of this area was established.
　　Key words： Huainan group; sedimentary facies; sedimentary evolution; Huainan area
　　
　　淮南地區中新元古界发育所处的地理和构造位置十分重要，被视为解决我国南北中新元古界衔接对比的关键地区之一[1]。前人对淮南地区地层进行了大量的研究，如杨清和等[1]、徐嘉炜[2]、杨志坚等[3]、牛绍武等[4，5]对淮南地区前寒武纪地层划分与对比以及沉积学方面进行了讨论，牛绍武等[6]、洪天求等[7]对淮南生物群的报道，刘德良等[8]对该地区生储盖组合进行了阐述，认为该区中新元古界勘探前景良好。但前人有关淮南地区中新元古界淮南群的层序地层特征的研究还比较粗略[9]，缺乏详细的分析。本文在借鉴前人研究方法及成果的基础之上，利用野外剖面观察及实测、镜下薄片和地球化学等资料，对淮南地区淮南群的沉积相类型和层系地层进行详细的研究，系统阐述各个层序的特征、相互关系以及相对海平面变化特征，推动淮南地区中新元古界海相地层油气勘探的进程。
　　1  研究区域地质背景
　　研究区处于南华北地区东段，属于皖苏鲁地层分区的一部分，向南以固始-合肥断裂为华北克拉通的南界;向北越过蚌埠-界首隆起，为淮北-徐州地层小区;向东止于郯庐断裂（图1a）。
　　与华北其他地区一样，淮南地区晚太古代地壳处于强烈的活动阶段，形成区内最古老的地块基底;早元古代研究区仍处于强烈活动阶段，在凤阳运动以后，淮南地区与华北其他地区连成统一的相对稳定的华北准地台;到了中元古代，淮南地区经过多次构造运动以后，逐渐转化为稳定的准华北地台并上隆成陆;晚元古代与中元古代相比，进入了相对稳定的发展阶段[10]。研究区淮南群地层覆于古元古代凤阳群之上，从下而上包括淮南群的曹店组、八公山组、刘老碑组、寿县组、九里桥组，与上覆地层徐淮群的四顶山组整合接触（图1b）[2-5，8]。
　　2  沉积相分析
　　淮南地区淮南群发育良好，露头连续，构造简单，化石丰富，岩性复杂。本次实测淮南地区淮南群自上而下可划分为65 层，剖面总厚度为959.14 m，其中曹店组厚27.23 m，八公山组厚41.57 m，刘老碑组厚798.38 m，寿县组厚63.47 m，九里桥组厚28.49 m。依据该区的剖面露头观察，分析岩性组合和沉积构造等方面的特征、结合镜下薄片分析及同位素分析，以及区域地质背景，将研究区淮南群分为海相碎屑岩沉积体系、海相碳酸岩沉积体系及海陆过渡相沉积体系，发育无障壁海岸相、碳酸岩台地相、陆棚相、扇三角洲相4种沉积相，继而又可以划分为5 种亚相、6 种沉积微相（表1）。现将各段地层特征及沉积环境阐述如下。 　　2.1  曹店组
　　曹店组（1-9 层）厚27.32 m，主要发育有石英砾岩（图2a）、铁质粉砂岩以及薄层含砾砂岩，底部铁质含量较高，砾石主要成分为石英岩、片岩，分选差，呈棱角-次圆状，与下伏凤阳群不整合接触（图2b），属斜坡扇前缘的泥石流沉积。
　　2.2  八公山组
　　八公山组（10-14 层）厚41.57 m，岩性主要为灰白色石英砂岩、铁质石英砾岩，上部含海绿石，与下伏的曹店组的接触关系为整合接触，部分地段曹店组缺失，八公山组则直接超覆于变质岩基底之上，并在局部发育波痕（图2c）及交错层理等构造，属前滨沉积。
　　2.3  刘老碑组
　　刘老碑组（15-47 層）岩性主要为泥灰岩、白云质灰岩、钙质页岩夹少量白云岩，全组以碳酸岩、泥岩为主，碎屑岩含量较少。
　　a. 含砾砂岩，曹店组;b. 曹店组与凤阳群不整合面;c. 波痕，八公山组;d. 灰色白云岩与灰绿色泥岩互层，向上泥质含量增加，刘老碑组;e. 冲洗交错层理，寿县组;f. 波状叠层石，九里桥组;g. 铁质风化壳，曹店组;h. 刘老碑组与寿县组岩性突变面，下部刘老碑组薄层白云岩，上部寿县组中-厚层细砂岩;i. 黑色、灰绿色泥岩，凝缩层，刘老碑组
　　可分为上下两个岩性段，下段厚533.44 m，为中-厚层紫红色与灰绿色泥晶灰岩互层，偶夹薄层白云岩，层厚向上变薄，顶部发育页岩，主要发育碳酸岩潮坪沉积的潮下带。上段厚425.70 m，岩性主要为灰绿色、浅灰色页岩夹浅灰色灰质白云岩（图2d），局部发育硅质条带，上部为一层灰绿-灰色薄-中层粉砂岩、钙质石英粉砂岩，顶部为浅灰色粉砂质白云岩，与寿县组整合接触，属浅水陆棚沉积。
　　2.4  寿县组
　　寿县组（48-59 层）厚63.47 m，为一套石英砂岩-泥质石英粉砂岩-石英粉砂岩和粉砂质泥岩所组成韵律层沉积，海绿石大面积发育。上部以石英粉砂岩结束为标志，与九里桥组整合接触。寿县组碎屑物质以石英碎屑为主，发育波痕、平行层理、小型交错层理及冲洗交错层理（图2e）等，局部可见涡卷状砂质团块，反映该组为前滨、近滨沉积。
　　2.5  九里桥组
　　九里桥组（60-64 层）厚28.48 m，主要发育浅灰色-灰黑色白云岩和灰岩，碎屑物质含量较少。与上覆地层四顶山组一段整合接触。下部主要发育灰质白云岩、白云质灰岩，沉积构造少见，上部白云岩中发育丰富的叠层石，叠层石纹层为波状（图2f）、粒状或近水平状，偶夹风暴岩。指示九里桥组下部为碳酸岩潮坪亚相潮下带沉积，潮间-潮上带环境发育于上部。
　　3  沉积层序发育特征
　　3.1  层序划分依据
　　随着理论和技术的不断完善，越来越多的地化指标、古生物对比、成岩作用等方法手段可以用来辅助识别层序界面[11-14]。淮南地区淮南群出露完整且连续，因此可以采用地表露头为主的层序地层学的研究[15-17]。
　　 研究区淮南群层序界面的识别主要以岩相标志为主，通过不整合面（图2b）、陆上暴露、沉积间断面、最大海泛面等标志进行层序的划分。以不整合面、风化壳（图2g）及代表浅水环境的干裂构造，层段间出现的岩性和岩相突变现象等（图2h），作为层序界面的识别标志;凝缩层（图2i），代表较深水环境的沉积物等，则可以是最大海泛期产物，作为最大海泛面的标志。
　　3.2  层序地层格架
　　根据详细的野外分层描述，结合岩性序列、沉积相演化特征、微量元素特征及上述层序划分原则和依据，将淮南地区青白口系划分为4 个三级层序（SQ1～SQ4），建立了淮南地区青白口系三级层序地层格架（图3）。
　　 （1）层序1（SQ1），由曹店组、八公山组1～14 层构成，厚68.80 m。层序底界为Ⅰ型层序界面，是由凤阳运动形成的区域性的不整合面（图2a），发育有铁质风化壳（图2g）等具有明显的风化侵蚀标志。低位体系域（LST）由曹店组1～7 层构成，为具含砾石英砂岩、铁质石英砾岩的扇三角洲环境。
　　海侵体系域（TST）由八公山组8-11 层构成，发育石英砂岩、粉砂岩构成的前滨的准层序组，砂质厚度由下至上减薄，泥质含量增加，最大海泛面表现为砂岩单层厚度最小，粒度细的12 层。高位体系域（HST）由12～14 层构成，为石英砂岩、粉砂岩构成的前滨的准层序组，向上砂层变厚，发育波痕构造，表现出水体变浅的特征。
　　（2）层序2（SQ2），由刘老碑组15-48 层构成，厚798.38 m。在该层序中，缺失低位体系域，初次海泛面与层序界面一致。层序底界为八公山组与刘老碑组之间岩性和岩相突变的界面，由无障壁海岸相前滨向碳酸岩台地潮下带的转变，缺少之间的过渡相，属Ⅰ型层序界面。第15-25 层为TST，海水逐渐加深，沉积环境表现为潮下带-滨外陆棚的变化过程，形成向上泥质含量增多的退积式准层序组。最大海泛面对应为第26 层分布广、发育多种生物组合的凝缩层（图2i）。HST 由27-48 层构成，可分为早期、晚期两个阶段：早期可容空间增长较快，沉积物主要为碳酸盐，沉积作用缓慢，发生追补型加积作用;晚期海平面开始下降，可容空间增加速率减小，碳酸岩沉积的同时，陆源碎屑物质也随之沉积。
　　（3）层序3（SQ3），由寿县组49-60 层构成，厚63.47 m。该层序中缺失低位体系域，层序底界为Ⅰ型层序界面，为刘老碑组和寿县组之间的岩性突变界面（图2h）。海侵体系域（TST）为49-57 层，由石英砂岩、石英粉砂岩、泥质粉砂岩构成近滨亚相的准层序，并向上叠加成退积型准层序组，MSF表现为57 层出现的浅灰色页岩的较深水沉积。高位体系域（HST）则为58-60 层近滨环境下形成的粉砂岩、含云质石英粉砂岩构成的向上具有变浅特征的准层序。 　　（4）层序4（SQ4），由九里桥组61-65 层组成，厚28.49 m，层序底界为寿县组和九里桥组之间的岩性突变界面，属Ⅰ型层序界面。下部中-薄层灰质云岩、白云质灰岩构成向上变深的海侵体系域，中部浅灰色-灰色中-厚层云质灰岩为最大海泛时期的产物，上部发育波状、近水平状叠层石，为潮间-潮上带的产物，表明向上水体变浅，为高位体系域。
　　4  沉积演化模式
　　通过对研究区群淮南群沉积特征和沉积环境的分析，该区淮南群沉积受控于物源与相对海平面的变化，并据此建立了淮南地区淮南群层序地层模式（图4）。
　　在曹店期，古陆剥蚀严重，碎屑物质快速堆积，发育泥石流沉积;随后海水开始侵入，八公山期碎屑物源供给充足，大量砂泥带入海盆，主要发育前滨沉积;进入刘老碑期，砂质减少，化学沉积物增加，海水逐渐加深，发育凝缩层;到了寿县期，相对海平面降低，研究区滨岸沉积广泛发育;随后在九里桥期，相对海平面由低变高再变低，化学沉积进一步占优势，代替机械沉积，并且在海水清澈地段出现叠层石。
　　5  结 论
　　（1）淮南地区淮南群的沉积主要为海陆过渡-滨浅海环境，发育海相碎屑岩沉积体系、海相碳酸岩沉积体系及海陆过渡相沉积体系3 种沉积体系及4 种沉积相、5 种沉积亚相、6 种沉积微相。
　　（2）研究区淮南群层序界面主要以不整合面、暴露标志及岩性-岩相突变面作为识别标志，低位体系域、高位体系域和海侵体系域均有发育，但大多数层序缺少低位体系域;凝缩层及代表较深水环境的沉积物则对应最大海泛面时期。
　　（3）研究区淮南群地层系统可以划分为4 个三级层序，每个层序岩石及体系域都各具特色，并据此建立了该地区层序地层模式。
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