云阳地区中侏罗统新田沟组（J2x）沉积环境特征研究

陈星，古明洁*，熊璨，陈琛，吴明飞，叶锦程，何丹

[1.重庆交通大学岩土与地质工程系，重庆 400074；2.重庆市地质矿产勘查开发局208 水文地质工程地质队（重庆市地质灾害防治工程勘查设计院）/川渝共建古生物与古环境协同演化重庆市重点实验室，重庆 400700；3.云阳县普安恐龙化石管理委员会，重庆 404500]

2016年以来，云阳中侏罗统新田沟组（J2x）地层中发现大面积分布恐龙化石群，被确定为世界级恐龙化石群。目前，已有学者对该地区进行了古生物学[1]、埋藏学[2]和古气候[3]等相关研究，针对沉积学研究较少，且主要是针对沙溪庙组一段化石的埋藏成因[4]研究。中侏罗世新田沟组（J2x）沉积环境特征研究对认识早期恐龙化石的形成具有重要意义。

目前，四川盆地中侏罗世的构造沉积已有大量研究。如刘凌云[5]认为中侏罗世盆地周边米仓山—大巴山山系的活动和区域抬升导致了从早侏罗世以湖相沉积为主到中侏罗世以辫状河三角洲沉积为主的古地理格局的转变；钱涛[6]认为中侏罗世早期千佛崖组主要发育滨浅湖沉积体系。然而，专门针对川东北云阳中侏罗世新田沟组沉积特征的研究极少，目前主要以周羽漩等人[7]对云阳新田沟组的研究为主，并初步判定研究区新田沟组为滨—浅湖亚相沉积，但关于古环境沉积特征等研究仍然存在很多推测。该地区具有怎样的沉积环境特征仍需进一步深入探讨。因此，在前人研究基础上，本文通过对云阳中侏罗统新田沟组地层岩性和沉积环境的分析，探讨早期沉积古地理特征。该研究对中侏罗世恐龙化石的形成演化具有重要意义。

一、研究区地质背景

（一）地质构造特征

华南板块是中国大陆重要组成部分，自中生代以来经历了多期次、多旋回的陆内挤压构造变形过程，发育了复杂的挤压构造变形样式。华南板块包括扬子板块和华夏板块。四川盆地是扬子板块主体部分，受内陆构造变形影响，其东部发育一系列走向近NNE-SSW向复式褶皱束，其西部边界为东北走向的华蓥山断裂带，东部边界为齐岳山断裂带[8]。云阳位于川东复式褶皱束北部的万州—云阳宽缓向斜，东西夹持于高阳镇—后山镇背斜与安坪镇—长滩镇背斜之间。

不同构造运动的叠加使地区构造变形变得十分复杂。中三叠世—晚三叠世受印支运动的影响，扬子板块与华北板块发生SE-NW向碰撞挤压，扬子板块俯冲使川东地区发生大面积隆升，同时，龙门山造山带隆升并向四川盆地内部挤压推进，导致盆地东高西低，海水向西退出，海相沉积转为前陆盆地演化[9-11]。晚三叠世末期，松潘—甘孜地块逆冲于上扬子板块，形成龙门山前陆冲断带，结束了前陆盆地的演化。早侏罗世—中侏罗世，龙门山构造带活动减弱，盆地沉降，开始转为大型内陆坳陷湖盆，沉积中心由川西向川东北转移。同时，除盆地边缘粗碎屑堆积外，盆地内部主要充填细粒，本区中侏罗统新田沟组发育一套三角洲—湖相碎屑岩，岩性以深灰色—灰色泥岩为主，局部呈灰色、浅褐色中—厚层中粗砂岩[12]。

（二）地层发育特征

研究区出露地层主要包括二叠系、三叠系、侏罗系。二叠系主要出露长兴组地层。侏罗纪地层主要包括白珍珠冲组、新田沟组、沙溪庙组地层，为巨厚红色陆相碎屑岩构成，以砂泥岩为主，组成韵律互层。

本文研究的新田沟组（J2x）系四川航调队1977年命名于重庆市北碚区炭坝南200m的新田沟村[13-15]。该组中侏罗统地层出露于区内各背斜两翼，与上覆沙溪庙组、下伏自流井组呈整合接触关系。岩性主要以黄绿、紫红色夹深灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，夹细砂岩、粉砂岩及生物碎屑灰岩凸镜体，上、下部以杂色泥岩为主，中部以黑色泥（页）岩为主，且该组富含淡水双壳类化石、植物化石及孢粉等化石[15]。

（三）云阳地区新田沟组（J2x）实测结果

研究剖面位于重庆市云阳桑坪镇咸池水库侏罗系中统自流井组马鞍山段（J2zlm）-侏罗系中统沙溪庙组上段（J2s2）地层，经过野外初步踏勘，基岩出露较完整，基岩风化层薄、便于观察，结合前人的研究成果对该剖面分层岩性描述如下。

上覆地层：侏罗系中统沙溪庙组下段（J2s1）

24层：底部青灰色巨厚层块体状含泥质粉砂岩，顶部青灰色巨厚层块体状细粒砂岩。

23层：底部黑色薄层泥质粉砂岩，上部灰黄色巨厚细粒石英砂岩，见平行层理，表面有条带状铁质晕染。底部到顶部粒度变粗，见球形风化。

2.6m

22层：底部深黑色页岩，层厚约1.8m，岩层底部见双壳类化石，化石保存良好，介壳形态完整，中部青灰色泥质粉砂岩，见平行层理、交错层理、波状层理，层厚约2～3m，顶部青灰色巨厚细粒砂岩，三套岩层形成韵律层。该层见恐龙化石及其他水生动物，化石出露不完整，泥页岩层理发育。

20.4m

21层：底部青灰色泥质粉砂岩，单层厚约1m，顶部青灰色巨厚块体状细粒砂岩。

1.4m

20层：底部深黑色页岩，层厚约1.8m，中部青灰色泥质粉砂岩，见平行层理，层厚约2.3m，顶部青灰色巨厚细粒砂岩，三套岩层形成韵律层。

4.2m

19层：青灰色厚—巨厚细砂岩，见平行层理，单层厚约1m，节理发育，裂隙充填方解石脉。

5.1m

18层：青灰色巨厚层细粒砂岩，见平行层理，单层厚约1m，顶部夹青灰色粉砂岩，单层厚约60cm。（5～7m）

3.1m

17层：底部表面灰黄色，新鲜面青灰色厚层含介壳化石粉砂质泥岩，单层厚度约51cm，顶部灰黄色、青灰色厚层泥质粉砂岩，粉砂岩见弱平行层理，砂球发育，单层厚度约80cm，表面铁质富集。

10.6m

16层：底部表面青灰色、灰黄色，新鲜面灰黄色中厚—巨厚长石岩屑砂岩，见平行层理、球状风化，顶部灰、黄灰色薄—中厚层粉砂岩，节理发育，表面铁质富集。

9.8m

15层：灰黑色粉砂质页岩，风化强烈，风化后碎片状，碎屑大小约2～10cm，夹黄灰色厚层砂岩，砂岩见平行层理，砂纹层理，砂岩层厚20～40cm。页岩见炭屑软弱层，推测为层间滑动，局部见斜层理和重荷模结构，可见砂岩与页岩的韵律层。

8.7m

14层：青灰色、灰白色巨厚砂岩，偶见平行层理、球状风化。

8.4m

13层：底部灰色、青灰色厚层砂岩，单层厚0.8～1.2m，节理发育，局部铁质富集、球状风化，顶部深灰色介壳灰岩为界，主要为灰黑色薄层粉砂质泥岩，厚度约20cm，青灰色、灰色中厚砂岩与灰色薄层泥质粉砂岩，厚度约40cm的互层。

4.6m

12层：灰黄色薄层泥质粉砂岩，单层厚约3～10cm，层面风化严重。较多介壳、双壳等浅水化石出露，为恐龙化石出露层。

1.8m

11层：灰、青灰色巨厚砂岩，发育斜层理、平行层理，粗砂结构，块状构造，局部见球状风化。

2.7m

10层：表面青灰色，新鲜面灰、灰黄色厚—中厚层长石碎屑砂岩夹灰、黄灰色粉砂岩。

0.3m

9层：青灰色巨厚细粒岩屑石英砂岩。

9.0m

8层：表层灰黑色，新鲜面青灰色中厚层夹薄层岩屑石英细粒砂岩。

7.0m

7层：青灰色巨厚中粒岩屑石英砂岩，见介壳层。

10.8m

6层：黄灰色厚层中粒岩屑石英砂岩，青灰色中厚细粒砂岩，层面见波痕。

2.1m

5层：青灰色中厚-厚层粉砂岩，单层厚20～45cm，层理发育，细层厚1～2cm。

1.1m

4层：青灰色、灰黑色薄—中厚细粒砂岩，单层厚20～60cm，层理发育，层面平整。

3.2m

3层：表层灰黑色，新鲜面青灰色中厚层夹薄层细粒砂岩，偶见球状风化，受节理切割，内部铁质富集。

2.2m

2层：表面灰黑色，新鲜面青灰色中厚中粒砂岩，单层厚度为20～30cm，底有砾状灰岩凸镜体。

二、云阳地区新田沟组（J2x）岩性组合特征及沉积相分析

（一）沉积相标志

1.颜色

沉积物颜色是分析沉积相的重要特征。通常沉积物颜色的暗度与深度，与其有机质含量成正比。中侏罗统新田沟组地层颜色以青灰色、黑色为主，还有灰黄色、灰色、灰黑色岩层，说明该区新田沟组地层主要发育在还原环境中，所含有机质丰富。8、11、15层粉砂岩、砂岩为灰黄色，是陆源碎屑物沉积，推测为四川盆地海陆过渡时期物源变动所致。

2.构造

沉积构造是沉积时期沉积物成分、结构、颜色的不均一性而形成的特征，分为原生沉积构造和次生沉积构造，沉积构造分析是沉积相分析中最常见的方法之一[16]。我们通过原生沉积构造可判别沉积环境、划分沉积相，通过次生沉积构造可复原成岩环境，本文主要分析原生沉积构造。

（1）层理

21、19层是两套韵律层。21层底部页岩、中部粉砂岩、顶部细砂岩。粒度具反韵律特征，总体为湖泊退缩标志。1.8m深黑色页岩在底部沉积，为有机质丰富的湖底环境。中部发育水平层理、交错层理、波状层理的粉砂岩，形成于水动力较强、较弱和强弱交替时，是当时湖进湖退振荡的标志。湖泊退缩后，陆源碎屑物大量沉积，形成了巨厚层细砂岩。

（2）层面构造

层面构造可分为两种，岩层表层为波痕，岩层底部为交错层理。交错层理出现在弱水环境，如河口沙坝等。本剖面3、21层发育交错层理，5层见波痕，为水环境所成的小水流波痕与浪成波痕，为湖滨、三角洲环境。

（3）生物化石

生物化石是测定地层年代与恢复沉积环境的重要标志。不同的沉积环境会产生不同的生物化石组合。本剖面6、11、12、16、21层有双壳类化石出露，总体保存良好、形态完整。21层还见恐龙化石及其他水生动物化石，出露不完整，分布杂乱，结合层理与沉积旋回分析，新田沟组在旋回Ⅳ中处于沉积的最后阶段，随着川东湖泊退缩，大量化石被搬运至三角洲前缘。

（4）包体类型

铁元素沉积具有明显规律性，从高价铁离子到低价铁离子，分别指示氧化与还原环境，铁元素富集可反映静水环境。16、15、12、2层的泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩有铁质富集，说明是还原相和高有机质含量。

（二）岩性组合及沉积相划分

结合前人研究成果与野外剖面调查，本研究完成沉积相划分和分析（图1）。研究区中侏罗统新田沟组是燕山构造阶段四川盆地湖陆过渡时期的一段三角洲沉积。新田沟组时期，川东地区处于三角洲前缘的沉积环境。沉积结束后，湖泊基本退缩，形成了今日云阳陆相模式的雏形。

1.辫状河三角洲平原亚相

在沉积阶段，河道会频繁振荡，分流河道被沉积的砂岩堵塞时会出现分流间湾。14层的重荷模结构说明砂岩沉积于页岩之上产生粒径沉降骤变。14层发育的砂纹层理是潮汐带砂坪环境的特征。本研究推测13、14、15发育分流间湾。

21层粒径由上到下变细，发育平行层理、交错层理和波状层理，判断水动力越来越强。而底部的双壳类化石保存良好，推测为辫状河道。22层的薄层灰黄色沉积物说明陆源沉积已初具规模。本研究推知21、22层处在辫状河道的消退阶段。

2.辫状河三角洲前缘亚相

当进入旋回Ⅱ后，湖泊快速退缩。9层以粉砂质沉积为主。12层上部为分流河道，沉积泥质粉砂岩。12层动力条件较为复杂，可见介壳化石。本研究推知9、12为水下分流河道。

15、16层有铁质富集，为滞水环境。底部灰黄色、中上部青灰色说明有机质富集。与分流河道相连，判断为分流间湾。

10层发育粗砂结构、块状构造，为搬运作用较高时发育的河口坝。11层有较多介壳、双壳化石和恐龙化石，为河流搬运到湖口沉积。这些均体现了旋回Ⅱ时期较强的湖泊运动情况。10层的斜层理与平行层理可反映强水环境下的动力波动。在强水动力下，10～12层粒径却较前期沉积地层小，说明该时期河口沙坝随三角洲向陆地推进。10、11层为河口坝。

1～3、5～8层为厚层砂岩沉积，构造相对简单。结合湖泊消退过程与上层化石搬运情况，本研究推测为稳定沉积时在三角洲前缘形成的大型河口坝。

17、18层沉积水动力较强，发育有平行层理，沉积厚层细砂岩。本研究判断为河口沙坝。

12层中下部为薄层粉砂质泥岩，上下均为河口坝沉积，且该层粒径较河口坝沉积小并处于水动力较强时期，又有粉砂岩、砂质泥岩平行互层，符合远砂坝沉积特征。

3.湖泊亚相—浅湖微相

剖面第4层夹中厚—厚层粉砂岩，粉砂质沉积为主，与砂岩呈互层沉积，层理发育，推测为浅湖相。19层的韵律层体现了水动力由强到弱的波动变化，为浅湖暂时存在的标志。

（三）沉积旋回分析

通过桑坪镇剖面测量，新田沟组可划分为四个复合旋回（如图1），表示川东地区成陆过程中湖进湖退的振荡。这也可看作一个完整湖退的沉积旋回。其中，旋回Ⅰ的1～8层沉积厚层河道砂岩体，约占整个新田沟组厚度的35%，是堆积作用强烈，搬运物质大量沉积的泛滥平原时期。旋回Ⅱ是本区最大一次湖进，多处剖面可见一套黑色厚层页岩、含介壳化石浅湖相粉砂质泥岩。短时期内岩层频繁交替，砂岩、泥质粉砂岩、灰岩等间替出现，有大量生物化石，构造复杂，推测当时产生了明显的气候变化或构造运动，加快了湖陆转化频率。旋回Ⅲ、Ⅳ的沉积厚度较大，砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥页岩大量沉积，物源丰富，远砂坝、水下天然堤等交替出现，逐渐转为陆相沉积。21层出现了一套湖相页岩，是小规模湖进标志。进入沙溪庙组后湖盆消亡。

（四）沉积模式及演化分析

综上表明，本文研究区中侏罗世普遍为滨岸平原→湖成三角洲相→湖泊相沉积。

受陆内构造变形影响，云阳新田沟组沉积相在时间演化序列上呈现一定规律。云阳新田沟组自中三叠世起因扬子板块俯冲而大面积隆升并转入剥蚀阶段，中侏罗世起因龙门山构造带活动减弱而转入沉降阶段，结合前人的研究[7，9-12]，本文总结出本区中侏罗世的沉积模式：中侏罗世前期，盆地东部以湖泊、河流、三角洲沉积为主，无明显前渊沉积区；中期，秦岭南北向构造挤压增强，前陆盆地前渊带在川东北形成，湖泊向北快速扩张，河流携带的陆源碎屑沉积物在河流、海洋、湖泊交汇的入海口大量堆积，发育三角洲；晚期，湖盆抬升收缩，海退加剧，造成湖盆迁移，有利于三角洲、滨浅湖滩坝形成。

研究区新田沟组主要为三角洲沉积相，滨湖浅湖交替出现，在三角洲前缘局部发现动物化石，表明该时期处于半咸水环境，为滨海环境。结合研究区新田沟组沉积相综合柱状图，岩性为砂岩—粉砂岩—泥岩—青灰色砂岩，沉积物整体颗粒偏细，分选较好，旋回Ⅲ、Ⅳ沉积厚度较大，发育平行层理、交错层理、波状层理，局部见深黑色页岩、青灰色粉砂岩和青灰色砂岩形成的韵律层，说明研究区处于单向水流强水动力沉积环境，且沉积物源供给充足，河流携带砂泥沉积物在河口与海洋交汇处迅速堆积，经水流冲刷、簸扬和再分布，形成分选较好、质地较纯的三角洲前缘河口砂坝。本研究推测处于海陆过渡时期，其气候变化或构造运动加快了湖陆转化的频率。

三、结束语

1.通过详细研究分析云阳地层实测剖面，研究区在中侏罗世新田沟组时期主要为三角洲沉积，经历了辫状河三角洲平原亚相→辫状河三角洲前缘亚相→湖泊亚相—浅湖微相的转换过程，在沉积稳定期主要形成三角洲前缘的大型河口坝。研究区发现的恐龙化石应是这一时期经河流搬运沉积于此。

2.云阳新田沟组沉积环境及演化的重建说明中侏罗世前期川东以湖泊、河流、三角洲沉积为主；中期构造挤压增强，前陆盆地前渊带在川东北形成，湖泊向北快速扩张，河流携带的陆源碎屑沉积物在入海口大量堆积，发育三角洲；晚期湖盆抬升收缩，海退加剧，造成湖盆迁移，利于三角洲、滨浅湖滩坝形成。