(壹)巖石的顏色特征
顏色是沈積巖最直觀、最醒目的標誌,是沈積環境的良好指示劑,顏色的變化與沈積環境密切相關,沈積巖中最主要的色素為有機質和鐵質,通常有機質含量增加,巖石顏色變深變暗,如有Fe+2呈綠色,有Fe+3則呈紅色。沈積巖中含有機質如碳質和瀝青,分散狀鐵的硫化物如黃鐵礦和白鐵礦,則呈暗色,包括灰色和黑色,含量愈高,顏色就愈深,說明巖石形成於還原環境或強還原環境下。壹般碳質反映淺水沼澤弱還原環境,瀝青質和分散狀鐵的硫化物則反映深水或較深的停滯水環境。沈積巖中含有Fe+2的礦物,如綠泥石和菱鐵礦則呈綠色,反映弱氧化或弱還原環境。沈積巖中含有Fe+3礦物如赤鐵礦、褐鐵礦則呈紅色或褐黃色,反映氧化或強氧化環境,如河流、沖積扇等。
滴道組和城子河組的底部礫巖和粗砂巖多呈紅色或褐黃色,顯示了氧化條件下近源淺水相河流、沖積扇環境;雞西群的中、短期基準面旋回的底部和頂部巖石多呈淺褐、黃色,顯示了弱氧化條件下淺水相河流、濱湖及三角洲沈積;滴道組、城子河組和穆棱組的上部巖石顏色普遍偏黃色,具弱氧化特點,代表了水體逐漸萎縮、氣候變幹燥的淺水相沈積特點。上述幾種沈積環境總體處於氧化環境,聚煤作用不好,基本不發育煤層。
雞西群的長、中、短期基準面旋回的中部巖石顏色普遍偏灰色、灰綠色、灰白色、灰黑色,具還原特點,代表了水量充沛、氣候潮濕的湖泊-沼澤相沈積。聚煤作用好,多發育有煤層及煤線。
(二)巖性組合、粒度、分選及磨圓特征
巖石的組合特征、粒度、分選及磨圓度直接反映了當時沈積的水動力條件和搬運距離,對沈積環境的指示意義較大。滴道組和城子河組的底部巖石組合主要為塊狀礫巖、砂質礫巖、礫質砂巖,夾少量泥質粉砂巖,礫石成分多以近源花崗巖為主,巖石多以顆粒支撐和雜基支撐,顆粒磨圓、分選差,具正粒序性及多期韻律旋回,反映了近源沖積扇及辮狀河沈積特點;滴道組、城子河組、穆棱組的中部巖石組合主要以厚層狀砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖(圖版Ⅲ-1,Ⅲ-2)夾煤層及少量火山碎屑巖為主,巖石粒度總體偏細,砂巖-泥質巖石分選普遍較好,顆粒磨圓壹般,巖層縱向上形成多個韻律旋回,顯示了曲流河-三角洲-濱淺湖相不斷交替的沈積體系特點。
(三)沈積構造
沈積構造是沈積巖在沈積過程中或沈積後固結成巖前形成的構造現象,前者為原生沈積構造,後者為準同生變形構造。原生沈積構造,最能反映沈積物沈積時的水動力條件,可提供沈積介質的性質和能量強弱,在成巖階段受影響較小,是分析和判斷沈積環境的重要標誌。
1.層理構造
(1)塊狀層理:是指缺乏任何內部構造的均壹層理,是未經分選、快速堆積的沈積單位。主要分布於雞西群滴道組、城子河組底部厚層狀砂巖和礫巖中,代表了近源沖積扇相及辮狀河相快速沈積特點;分布於滴道組、城子河組、穆棱組內部短期基準面旋回的底部厚層狀砂巖中的塊狀層理構造代表了曲流砂壩、濱湖相沈積特點(圖版Ⅲ-3,Ⅲ-4)。
(2)水平層理:是指紋理細薄清晰且彼此平行的壹種層理,是在低能環境的低流態中,由懸浮物質沈積而形成的壹種靜水環境沈積構造。主要發育在雞西群各組的泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖中。在滴道組中部、城子河組、穆棱組內部的粉砂質泥巖、泥質粉砂巖中常見,反映了淺湖靜水沈積環境特點。
(3)平行層理:主要發育砂巖中,是層面具剝離線理的水平層理,代表了壹種較強的水動力條件,在滴道組、城子河組、穆棱組內部的各粒級的砂巖中常見(圖版Ⅲ-5,Ⅲ-6),反映了辮狀河、曲流河、濱湖相水動力較強、速度快的沈積環境特點。
(4)交錯層理:常見的交錯層理主要有波狀交錯層理、板狀交錯層理、槽狀交錯層理等,在雞西群各組的粗砂巖中常見板狀交錯層理、槽狀交錯層理,反映了曲流河、濱湖及三角洲相水動力較強的沈積環境特點。在滴道組、城子河組、穆棱組淺湖相韻律層中發育有波狀交錯層理(圖版Ⅲ-7),說明在淺湖環境中存在有局部的強、弱水動力交替沈積作用。
2.沖刷面構造
在雞西群各組的砂巖(礫巖)層底部廣泛發育有沖刷侵蝕構造,沖刷侵蝕構造面是層序劃分的主要界面,界面多呈疏緩波狀,沖刷面附近常見大量泥礫及下伏層的礫石(圖版Ⅲ-8,Ⅳ-1),代表了較強水動力環境。大的沖刷侵蝕構造多分布在雞西盆地邊緣較低級層序界面轉換處,主要形成於沖積扇、河流環境;小的沖刷構造在雞西盆地微相變化過程中較常見,壹般在由淺湖向濱湖或三角洲相突變時,經常出現小型沖刷構造,是盆地高級層序劃分的主要界面。
3.準同生變形構造
變形層理:常見於砂巖層中,屬於層內的層理揉皺現象。由於沈積層內的液化作用或流水的剪切作用而形成的。穆棱組濱湖相砂巖中發育有旋卷層理和逆轉交錯層理,反映了原始沈積時水流交替轉變快、沈積層內的液化作用和流水的剪切作用強的特點。
負載火焰狀構造與枕狀構造:常見於泥質層之上的砂層底部,砂層被分解為孤立的或斷續連接的球狀或枕狀體。穆棱組淺湖相砂巖與泥質粉砂巖中發育有負載火焰狀構造,指示了沈積單位的快速沈積作用。
表4-1 雞西盆地雞西群微量元素分析結果(10-6)
(四)沈積體系地球化學特征
沈積巖中元素的分布與巖石形成過程中的每個環節都有密切關系。沈積過程和沈積環境能夠影響沈積物的地球化學特征,同樣沈積物的地球化學特征也能記錄沈積環境的特征及其變化情況(表4-1)。
B在表生作用中為不穩定元素,它與離子化合力強的Na+及其他強陽離子形成的多硼酸鹽易在冷水中溶解,被循環水淋濾,以致全部帶走。陸相巖石中B壹般低於70×10-6,海相巖石中B壹般大於100×10-6(劉英俊,等,1984),雞西群15個樣品中有14個B在(12~60)×106-之間,只有壹個樣品B最高85×10-6,平均33.33×10-6,顯示明顯的陸相沈積特點。
與B相反,Ga在沈積作用中的地球化學行為最明顯的表現是與Al、Si相聯系,壹般淡水(河湖)較海水具有多量的Al、Si及伴隨的Ga。因此B、Ga含量的比值可指示古鹽度。陸相環境中B/Ga值壹般為3.0~3.3,海相環境中B/Ga大於4.5~5.0(劉英俊,等,1984)。對15個樣品做B/Ga比值分析,均小於3.3,最高3.27,表現為陸相沈積的特征。
Rb的離子半徑較大,易被粘土吸收,所以Rb多滯留在大陸上。陸相沈積物中Rb的含量在(50~70)×10-6之間,海相沈積物中Rb壹般小於60×10-6。雞西群15個樣品均大於65.4×10-6,顯示為陸相沈積環境。
Ba極易被水解沈積物吸附,當淡水與海水相混時,淡水中的Ba2+與海水中的 結合生成BaSO4沈澱,而SrSO4溶解度較大,可以被遷移到遠海。所以Ba多滯留在近海,而Sr多沈積在深海中。壹般淡水沈積物中Sr/Ba比值小於1,而海相沈積物中Sr/Ba大於1(劉英俊等,1984),雞西群15個樣品的Sr/Ba比值在0.10~0.61之間,均小於1,顯示了淡水沈積的特征。
在沈積過程中Fe和Mn的分離受Eh、pH值的控制,Fe與O的親和力高於Mn與O的親和力,所以Fe易氧化成Fe3+,Fe3+在pH>3時形成Fe(OH)3沈澱,因此Fe的化合物易在富O的濱海及大陸環境聚集,而Mn卻能在離子溶液中比較穩定地存在,即使在有其他陰離子 時,可溶性Mn的穩定性也比可溶性Fe的穩定性大,所以Mn多聚集在深海環境中,因此陸相沈積物的Fe/Mn比值要比海相沈積物的大得多。大洋中錳鐵結核的Fe/Mn比值平均為0.9(邵磊等,1998),雞西群15個樣品Fe/Mn比值為49.72~225.83,遠遠高於大洋中的比值,也反映其形成於內陸環境。
綜上所述,雞西群各組形成於內陸河湖環境,局部海相化石層主要與全球海平上升過程中海水侵入有關。
(五)古生物特征
雞西群中發育有大量的植物化石和海陸相動物化石,從陸生植物特點看,雞西群應為內陸盆地中水體較充足的河流或湖泊環境,其中真蕨類植物化石的廣泛出現,說明盆地當於處於溫暖潮濕的氣候環境。
雞西群粗碎屑巖中多見有平(斜)臥的粗大植物莖幹,從環境上講,應為水動力較強的河道或濱湖環境產物;煤層下部(底板)細碎屑巖(泥巖、粉砂巖)中多見垂直水平層理生長的植物立生根痕,反映暴露的河漫灘及湖泛平原沈積的曲流河、淺湖及沼澤環境。局部出現的雙殼及腹足類動物化石,個體較小,顯示了曲流河與濱淺湖環境。
雞西盆地發育有海相化石層,曾引起地學界的廣泛關註(沙金庚,1999;沙金庚等,2000;張立君,1982;顧知微等,1984;楊小菊等,2003;潘華璋等,2004),並被認為黑龍江東部發育有海陸交互相沈積和海槽或海灣的存在(李尉榮,1996;沙金庚,2002),但海相化石層的巖石地球化學特征(B、Ga、Rb、Rr、Ba、及C、O同位素)均顯陸相沈積特征(周興福等,2004;姜寶玉等,2001),表明這些海相層並非真正意義的海相沈積,只是在陸相沈積過程中有海水侵入,海相化石被帶入到陸相盆中,顯示海相特征,因為在該段時間內東北地區處於走滑剪切擠壓背景,不會出現明顯的陸內拉張形成海槽,海水只可能沿敦密斷裂侵入到陸相盆地中,因為該斷裂壹直延伸到古太平洋(趙春荊等,1996),而早白堊世為全球海平面上升期(高瑞祺等,1999;羅立民,1999),海水極易沿大斷裂(張扭期半地塹)侵入到陸內,以海相化石的種類分析,它們與北極海區生物組合相似(李蔚榮等,1986)。因此可以認為雞西群並非真正意義上的海陸交互相沈積,而只是受到海水侵入的影響,該地區沒有出現過海盆地。