碳酸盐岩沉积相

本区在寒武奥陶纪时，位处古华北海的中南部，沉积建造属稳定的地台型。

早寒武世至中寒武世早期，主要沉积了近岸滨浅海相碎屑岩和碳酸盐岩，碳酸盐岩中陆源碎屑较多，具波痕、泥裂等构造，斜层理、交错层理发育，亮晶鲕粒灰岩常是紫红色，说明当时水体较浅，属于氧化环境。

自中寒武世晚期开始海侵进一步扩展，离岸较远，海水加深，形成碳酸盐台地的沉积环境，但由于怀远运动的影响造成地壳的间歇性缓慢上升，致使沉积环境有几次小的波动，海水也有几次由深变浅的过程。

一、岩性特征

根据野外观察和室内薄片鉴定统计，可以总结出自中寒武统张夏组至中奥陶统上马家沟组碳酸盐岩的颜色、构造、矿物成分、结构组分等指相标志（图15）。

根据这些标志所进行的沉积环境分析分析可知，本区中寒武张夏组主要属于开阔潮下带台地边缘浅滩相沉积；上寒武统和下奥陶统属于潮间带半封闭的台间咸化浅盆相沉积；中奥陶统上、下马家沟组的下部均属潮上带潟湖相沉积；上、下马家沟组的上部均属潮下带局限台地相沉积；上马家沟组顶部为潮间带半封闭泻湖相沉积。

二、岩石化学成分和微量元素特征

各组段碳酸盐岩中的CaO、MgO、酸不溶物含量及CaO/MgO见表3和图16、图17。

从表3和图16、图17可知，本区下寒武统从下到上，CaO含量逐渐增加，而MgO含量逐渐减少，因而CaO/MgO比值急剧升高；中寒武统，CaO、MgO含量趋于相对稳定，CaO/MgO比值开始下降；到了上寒武—下奥陶统，CaO明显减少，而MgO明显增加，CaO/MgO比值处于最低值；中奥陶统总的变化趋势是：CaO含量逐渐增加，MgO含量逐渐减少，因而CaO/MgO也趋于上升，但中部有不明显的反向变化过程。上述现象说明，早寒武世早期开始海侵，到了中寒武世中期，进入开阔碳酸盐台地以后，地壳处于相对稳定下降阶段，其下降速度基本上与碳酸盐沉积速度保持同步。水浅，但交替条件好，水动力较强，阳光充足，有利于碳酸钙沉淀，于是沉积了连续厚度很大的台地边缘浅滩相亮晶鲕粒灰岩。晚寒武世，地壳逐渐上升，海水开始退却，至早奥陶世，均处于半封闭的咸化海环境，海水盐度较高，Mg²⁺富集，沉积了连续厚度很大的台间浅盆相微晶白云岩。早奥陶世末，曾有一短暂沉积间断。随后海水又淹没了台地，开始时处于潮上带环境，沉积了潟湖相含膏白云岩，后来海水逐渐加深，进入局限潮下带环境，水体比较安静，沉积了局限台地相泥晶灰岩。中间又有一次水体变浅的过程，随后水体再次变深，使中奥陶世出现从含膏白云岩→泥晶灰岩的两次旋回。

图15 碳酸盐岩岩性特征及沉积环境分析图

1—石灰岩；2—含云质灰岩；3—云质灰岩；4—白云岩；5—含灰质云岩；6—灰质云岩；7—含泥质云岩；8—含硅质云岩；9—含泥质粉砂质云岩；10—鲕粒；11—砂屑；12—生物屑；13—石膏假晶；14—角砾状；15—豹皮状或花斑状；16—碎屑流；17—示底构造；18—硅质团块；19—缝合线；20—水平纹层；21—条带状或透镜状：22—波状纹层

表3 岩石化学成分表

图16 岩石化学成分变化图

各组段微量元素（Sr、Ba、B）的含量及Sr/Ba见表4和图12、图13。

图17 CaO/MgO比值图

表4 岩石中微量元素含量表

从表4和图18、图19可知，下寒武统碳酸盐岩中，Ba含量特高，与碎屑岩（F）一样.Sr/Ba小于1，说明早寒武世开始海侵时，处于近岸滨浅海环境，有大量淡水注入，当淡水与海水相混时，淡水中的Ba^2＋与海水中的

总之，岩石化学成分和微量元素特征所反映的沉积环境，与根据岩性特征所进行的相分析是一致的。

三、岩相区域变化

根据在山西省陵川县马疙垱附近和晋城县东东水、白洋泉测制的4条辅助剖面（图3和图20）可知，自中寒武世中期，本区进入碳酸盐台地相沉积以后，东部地区中寒武统张夏组两个剖面的厚度和岩性几乎完全一样，主要都是亮晶鲕粒灰岩，只靠东部白云岩化更强烈一些。上寒武统两个剖面都是白云岩，只是厚度向东变厚。下奥陶统全区的岩性也基本一样，只是西部的东东水剖面底部出现一层页岩，厚约3m。下奥陶统下部

图18 微量元素（Sr、Ba、B）含量变化图

图19 Sr/Ba比值图

图20 地层柱状对比图