虎峪野外地質(zhì)實(shí)習(xí)報(bào)告

1、北京昌平虎峪地區(qū)長城系海相碎屑巖沉積環(huán)境與層序地層發(fā)育樣式對野外露頭的實(shí)際研究，測制沉積相剖面，系統(tǒng)觀察研究沉積巖的成分、結(jié)構(gòu)、原生構(gòu)造、生物組合及古生態(tài)特征、痕跡化石等各種能判別沉積環(huán)境的成因標(biāo)志，進(jìn)而劃分巖石的成因單元，同時(shí)有助于深化對鉆測井、地震信息中地層和沉積的解釋，標(biāo)定地震和鉆測井資料中的關(guān)鍵界面，進(jìn)而通過綜合分析剖面層序,討論和判斷各種相類型及其相組合。野外地質(zhì)考察與研討，能鞏固、加深對地學(xué)理論的理解，掌握野外地質(zhì)工作的基本方法和技能，培養(yǎng)觀察、分析和解決實(shí)際問題的能力。1引言前寒武紀(jì)的層序地層研究，由于受生物地層及年代地層極低分辨率的制約，只能采用類似于T-R旋回的形式來進(jìn)行層序

2、劃分（Ross,1995）,也就是充分利用沉積物的時(shí)間演變序列和沉積相的空間展布形式所代表的規(guī)律性，并應(yīng)用這種規(guī)律性結(jié)合生物地層資料和年代地層資料來開展地層劃分和對比的工作（梅相冥，2005；Walker，1992）。長城系是我國中元古代早期的地層單位，燕山地區(qū)是其經(jīng)典地區(qū)，薊縣剖面是其標(biāo)準(zhǔn)剖面。昌平虎峪地區(qū)（圖1.1）處于燕山裂陷槽的控制范圍，燕山裂陷槽控制的中、新元古代盆地歷時(shí)1800Ma至800Ma，經(jīng)歷了由裂陷海向陸表海的轉(zhuǎn)化，從而控制盆地的構(gòu)造也表現(xiàn)出了演化的階段性。圖1.1燕山地區(qū)中、新元古界分布略圖（朱士興等，2005）長城紀(jì)常州溝期，大規(guī)模裂陷開始。由早期河流相砂礫巖、雜砂巖，

3、迅速過渡為海相石英砂巖、石英巖沉積。此在繼續(xù)拉張的過程中沉積了串嶺溝組頁巖、團(tuán)山子組含鐵白云巖和大紅峪組砂巖、硅質(zhì)條帶白云巖。此階段沉積物斷面形態(tài)為半地塹式。之后在平谷、薊縣一帶發(fā)生火山噴發(fā)，以大紅峪中期噴發(fā)最為強(qiáng)烈，標(biāo)志著裂陷作用達(dá)到高峰。此后，裂陷作用迅速消減，大紅峪期末，裂陷作用消亡。2地質(zhì)概況2.1地層特征燕山地區(qū)的長城系自下而上分為常州溝、串嶺溝、團(tuán)山子、大紅峪和高于莊等5個(gè)組（表2.1）,總厚4283m，時(shí)限約為1800-1400Ma。昌平南口虎峪地區(qū)長城系地層較為發(fā)育，是位于高于莊組之下、老變質(zhì)基底巖系之上的一套地層。包括常州溝組以及串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組，其中常州溝組、串

4、嶺溝組和團(tuán)子山組是本次實(shí)習(xí)的主要研究層位。（1）常州溝組（Chc）該組以礫巖和砂巖為主，可分為3段：下段為河流相礫巖和含礫粗砂巖；中段為濱海沙灘相白色，淺紫紅色石英巖狀砂巖；上段為潮汐帶上部，岸邊泥砂相的板狀石英砂巖與薄層砂質(zhì)頁巖互層。早期（下段）為分流河道或河口灣環(huán)境，中期（中段）為濱海潮坪環(huán)境，晚期（上段）發(fā)展成海灘環(huán)境。（2）串嶺溝組（Chcl）該組以粉砂質(zhì)伊利石頁巖為主，夾少量碎屑巖和碳酸鹽巖，底部與常州溝組漸變，頂部以鐵質(zhì)白云巖始現(xiàn)與上覆團(tuán)山子組整合接觸?？煞譃?段：下段和上段為濱海相潮間帶的黑、灰綠、黃綠色含砂巖條帶和透鏡體的粉砂質(zhì)伊利石頁巖（上部還有少量炭質(zhì)白云巖）。中段為潮下帶

5、（瀉湖相）綠色、黑色伊利石頁巖常含炭質(zhì)殘片。為潮間潮下或?yàn)a湖環(huán)境。（3）團(tuán)山子組（Cht）該組以鐵質(zhì)白云巖為主，分為2段：下段主要為潮下帶（瀉湖相）深灰色、含鐵白云石的泥質(zhì)和硅質(zhì)泥晶白云巖；上段為海退序列的含粉砂泥晶自云巖和白云質(zhì)細(xì)砂巖。與上下地層均為整合接觸。（4）大紅峪組（Chd）在南口一十三陵一帶厚82m，分兩段：一段為灰白色厚層狀沉積石英巖與硅質(zhì)條帶泥晶白云巖互層，底部含礫；二段為深灰色紋帶狀白云巖、疊層石白云巖。潮間潮下和濱岸沙灘沉積環(huán)境。（5）高于莊組（Chg）自下而上為厚層白云質(zhì)砂巖、石英砂巖，燧石條帶白云巖，回執(zhí)白云巖和疊層石白云巖、角礫狀白云巖。在南口一十三陵一帶1005m。

6、早、晚為濱海潮坪環(huán)境，中期為淺海陸架環(huán)境。表2.1北京市中-晚元古代巖石地層劃分沿革表（據(jù)北京市巖石地層，1996）葉fctt*Richlhflfnn北慮巾曲冊1977197:twUSE十三費(fèi)北京STS.IUL昨切It兒昭劃牡亂山JflF：斗令粗t馬齡殂P馬ItSM恢嗎ril*濟(jì)帕爐.*莊:m髀爐圧la轟話山?jīng)_睥堆jJblflffQLUaj衿建山勿事斥山魚幣K屮誓莊虹芳莊俎鼻莊*HUtlKV于!IJBl大<!*»«!丈紅10屯丸虹翳丄團(tuán)山干由圧血子也丸山亍"岸岐同HI黃沖峙溝和*曲冑（A學(xué)齢“追nwirtm瞞掛內(nèi)19K古H之古J!sfct*2£&#

7、171;n»-5gi?.b*£I啟3S.sS上Hi占>廣I口呂早口下頁豈T馬撿崖書建山鼻莊畫卩莊俎上石是宮THhK#下耳謝a古2.2構(gòu)造特征長城紀(jì)燕山沉積盆地是華北地區(qū)中、晚元古代坳拉槽形成早幕的產(chǎn)物。盡管長城紀(jì)燕山盆地發(fā)育在古克拉通的背景下，但其沉積充填物和古環(huán)境系統(tǒng)又不同于典型的克拉通盆地。盆地充填以復(fù)雜多變的沉積相類型和階段性明顯的沉積演化特征，記錄了華北區(qū)域結(jié)晶地殼的初始破裂及裂谷作用興衰的早期過程，并影響著中、晚元古代整個(gè)盆地的環(huán)境布局和形成發(fā)展?；⒂貐^(qū)的構(gòu)造演化大致分為三個(gè)階段：裂陷槽發(fā)生發(fā)展階段、裂陷消亡向克拉通盆地過渡階段和克拉通盆地階段。（1）裂陷

8、槽發(fā)生發(fā)展階段常州溝期，大規(guī)模裂陷開始，由早期河流相砂礫巖、雜砂巖，迅速過渡為海相石英砂巖、石英巖沉積；繼續(xù)拉張的過程中沉積了串嶺溝組頁巖、團(tuán)山子組含鐵白云巖和大紅峪組砂巖、硅質(zhì)條帶白云巖。此階段沉積物斷面形態(tài)為半地塹式（圖2.1）；此階段后期，在平谷、薊縣一帶發(fā)生火山噴發(fā)，以大紅峪中期噴發(fā)最為強(qiáng)烈，標(biāo)志著裂陷作用達(dá)到高峰。此后，裂陷作用迅速消減，大紅峪期末，裂陷作用消亡。（2）裂陷消亡向克拉通盆地過渡階段此階段以大規(guī)模海侵開始，沉積物總體呈面型分布，形成以潮汐沉積為主的碳酸鹽巖系，總體來說近于陸表海環(huán)境，盆地構(gòu)造趨于穩(wěn)定。但同時(shí)還表現(xiàn)出尚不夠穩(wěn)定的一面，表現(xiàn)在不均勻沉降，主要是在原來裂陷中心

9、部位凹陷較強(qiáng)烈，形成巨厚的沉積物。如薊縣剖面，上述三組沉積總厚達(dá)5700余米，幾乎占整個(gè)第3頁共12頁中、新元古界剖面厚度的2/3。（3）克拉通盆地階段洪水莊期開始，包括鐵嶺期和青白口紀(jì)，全區(qū)均表現(xiàn)出同升同降的特點(diǎn)，抬升時(shí)全區(qū)整體抬升，如鐵嶺上升、芹峪上升、蔚縣上升，沉積時(shí)全區(qū)普遍沉積，巖性和厚度大體相似，表現(xiàn)出十分穩(wěn)定的地臺型蓋層沉積特點(diǎn)。圖2.1燕山裂陷槽發(fā)育特征剖面示意圖（白瑾，1993）3數(shù)據(jù)與方法長城系沉積環(huán)境特征是由濱淺海碎屑巖沉積環(huán)境向陸表海碳酸鹽巖沉積環(huán)境演變。碎屑沉積巖主要出現(xiàn)在常州溝組和串嶺溝組，碳酸鹽巖沉積主要在團(tuán)山子組。常州溝組底部多處可見斜層理（圖3.1a）、楔狀交錯(cuò)

10、層理（圖3.1b）,紋層角度大，向上逐漸變?yōu)槟嗌盎?，薄層泥頁巖，分析其沉積環(huán)境為濱岸環(huán)境或者河流-濱岸環(huán)境，為低位域-海侵域階段。上部開始出現(xiàn)紫紅色的泥頁巖，并伴生有泥裂（圖3.1c、d）的現(xiàn)象，其中砂巖可見潮間帶典型的羽狀交錯(cuò)層理，顯示出潮坪沉積環(huán)境的特征（即由濱岸環(huán)境向潮坪環(huán)境轉(zhuǎn)化的過程），為高位域階段。此處為第一個(gè)層序邊界。在紫紅色的泥巖之后，發(fā)育一套厚度僅有0.2m左右的灰綠色泥頁巖，代表了水體加深的過程（海侵）。與上部的中-厚層灰白色石英砂巖之間的界線為最大海泛面。e常州溝組中部薄層狀深灰色泥巖與淺灰色粉f常州溝組中部石香腸構(gòu)造砂巖互層（透鏡狀層理）圖3.1常州溝組地層主要巖石巖相

11、類型在串嶺溝組的底部，發(fā)育有中細(xì)粒石英砂巖-粗粒石英砂巖（圖3.2a）的地層，砂體厚度大，粒度粗，雜基含量少，推測為濱岸灘相。向上逐漸變粗變厚，表明水體逐漸變淺。之后砂體厚度變薄、變細(xì)，向上逐漸變?yōu)槟囗搸r（圖3.2b）夾粉砂巖透鏡體，分析為潮坪沉積環(huán)境。在頂部部分泥頁巖呈現(xiàn)灰紫色，同樣發(fā)育泥裂等暴露現(xiàn)象。即呈現(xiàn)出灰黑色與灰紫色交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。該階段為高位體系域。此處泥頁巖頂部為第二個(gè)層序邊界。觸關(guān)系串嶺溝組的頂部，出現(xiàn)中層的石英砂巖，是海侵之后的濱岸環(huán)境沉積，部分地方有礫巖存在。向上逐漸變?yōu)闉a湖環(huán)境的灰黑色泥頁巖沉積。此時(shí)，海侵過程結(jié)束。再向上發(fā)育高位體系域（團(tuán)山子組），由于陸源供給的碎屑沉積

12、物質(zhì)較少，而發(fā)育碳酸鹽巖（圖3.3）的沉積。向上又變?yōu)榕_地蒸發(fā)相的環(huán)境，白云巖較多。表明水體變淺。圖3.3團(tuán)山子組白云巖及含鐵白云巖4成果內(nèi)容層序地層學(xué)研究的是以侵蝕面或無沉積作用面以及可與之對比的整合面為界的、有成因聯(lián)系并具旋回性的地層的年代地層格架內(nèi)的巖石關(guān)系。不同的學(xué)者對于層序邊界的劃分原則不同，那么對于層序地層的劃分也就不盡相同。4.1前人研究成果1、朱世興等（2005）將承德地區(qū)長城系分為18個(gè)三級層序、7個(gè)二級層序和2個(gè)一級層序。I類層序不整合接觸界面（SB1）：馬蹄峪組與下伏大紅峪組之間的假整合（在長城系中部新發(fā)現(xiàn)的馬蹄峪組馬蹄峪組底部不僅有巨厚的底礫巖，下部還有長石石英粗砂巖代

13、表的陸相（洪積相和河流相）。SQ1（第一個(gè)一級層序從常州溝組開始，至大紅峪組結(jié)束）：LST：礫巖和含礫長石石英粗砂巖（河流相，常州溝組第一段）；TST：常州溝組中段到串嶺溝組中段（串嶺溝組中段綠色、黑色伊利石頁巖最大海泛期沉積）；HST:團(tuán)山子組頂部干裂構(gòu)造發(fā)育。SQ2（第二個(gè)一級層序從馬蹄峪組開始，到高于莊組頂部結(jié)束）LST：馬蹄峪組下部的底礫巖和下部的長石石英粗砂巖（洪積、沖積沉積）。TST：石英砂巖、海綠石砂巖到瘤狀灰?guī)r（瘤狀灰?guī)r層為最大海泛期凝縮段沉積）。HST：環(huán)秀寺亞組多代表暴露面的古巖溶角礫巖。中悵船q元23Azz>rS系州界SQ1盍古界遵化巖ts于搐HE(U-Pb)陽oo

14、e莊V>f捕TSdJLra通界|葢組出地層柱鼬踽詁層嚴(yán)弓角海平面變化曲線組S®】i漲痔若丁降坊£虹婚組團(tuán)山手組城sSQI7SQlfiSQ155614S4UMl2SQ：1nnwih(ii-phj($h?ril«p)SQ8SQ7SQ6亞SQ4SQ3SQ2工匚楓巖賦耳打獲計(jì)回般由們丄含粋曲冷蚊耽宕si£零云不砂白質(zhì)旨砒"71B殂用料扯臨片麻巖第7頁共12頁圖4.1.1燕山長城系沉積層序劃分圖（朱世興等，2005）2、莫妮亞（2008）認(rèn)為長城一級超層序由常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組和大紅峪組構(gòu)成，可識別出14個(gè)三級層序，歸為4個(gè)二級大層序。在常

15、州溝組中，可識別出4個(gè)三級層序，它們構(gòu)成一個(gè)二級大層序。在串嶺溝組中可識別出3個(gè)三級層序，它們構(gòu)成一個(gè)二級大層序。在團(tuán)山子組中可識別出4個(gè)三級層序，它們構(gòu)成一個(gè)二級大層序。£1組團(tuán)丄Qih»fi-口3T*囂乂"一*1軌i0|化屮護(hù)g|_品遠(yuǎn)盧AJ”圖4.1.2燕山地區(qū)長城系層序地層劃分（莫尼亞，2008）3、梅相冥（2007）將南口虎峪剖面的大紅峪組歸為1個(gè)二級層序，并進(jìn)一步劃分為3個(gè)三級層序。TST：厚層潮下坪砂巖。HST：潮間坪至潮上坪砂泥質(zhì)白云巖組成的混積巖。（砂巖透鏡體或透鏡層而構(gòu)成波狀和透鏡狀潮汐層理，局部發(fā)育疊層石生物丘和生物層）。大紅峪組上部，陸源碎

16、屑沉積物供應(yīng)量的減小，沉積環(huán)境逐漸演變?yōu)榍逅h(huán)境,中厚層含泥質(zhì)微生物席白云巖與燧石泥質(zhì)白云巖一起組成若干環(huán)潮坪型碳酸鹽米級旋回。黠出性柱蟹脣林宣回瘠化序列厲4心A洪塔亂.TS二権同下.小商碎削坪壟底壞曾下皆甲問Aft潮坪-丿一秩下潮坪涅wlii間rn-卜碇溉2.1'Jin.緞igffi一主hl絕卜.酣F枚譽(yù)黒卜礦碎ffl坪金零_-排潮>匕枳間幣垢bH3T1£rLHftTtb:ET1STn圖4.1.3北京南口虎峪剖面大紅峪組的沉積相序列及層序劃分（梅相冥，2007）4.2層序地層劃分方案依據(jù)以上觀察分析結(jié)果，在虎峪剖面共劃分了3個(gè)三級層序，11個(gè)準(zhǔn)層序組，22個(gè)準(zhǔn)層序（圖

17、4.2.1）。層序邊界為常州溝組到串嶺溝組的下部（第一套層序）,串嶺溝組下部到串嶺溝組中上部（第二套層序），串嶺溝組中上部到團(tuán)山子組頂界（第三套層序）。Sq1:常州溝組一串嶺溝組下部低位域-海侵域階段：底部多處可見斜層理、楔狀交錯(cuò)層理，向上逐漸變?yōu)槟嗌盎樱幽囗搸r，沉積環(huán)境為濱岸環(huán)境；第9頁共12頁高位域階段：向上出現(xiàn)紫紅色的泥頁巖，并有泥裂現(xiàn)象，其中砂巖可見潮間帶典型的羽狀交錯(cuò)層理，沉積環(huán)境由濱岸環(huán)境向潮坪環(huán)境轉(zhuǎn)化。此處為第一個(gè)層序邊界。在紫紅色的泥巖之后，發(fā)育一套厚度僅有0.2m左右的灰綠色泥頁巖，代表了水體加深的過程（海侵）。與上部的中-厚層灰白色石英砂巖之間的界線為最大海泛面。Sq

18、2:串嶺溝組下部一串嶺溝組中上部底部發(fā)育中細(xì)粒石英砂巖-粗粒石英砂巖的地層，砂體厚度大，為濱岸灘相。向上逐漸變粗變厚，水體逐漸變淺。之后砂體厚度變薄、變細(xì)，向上逐漸變?yōu)槟囗搸r夾粉砂巖透鏡體，為潮坪沉積環(huán)境。在頂部部分泥頁巖呈現(xiàn)灰紫色，同樣發(fā)育泥裂等暴露現(xiàn)象。呈現(xiàn)出灰黑色與灰紫色交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。該階段為高位體系域。此處泥頁巖頂部為第二個(gè)層序邊界。Sq3:串嶺溝組中上部一團(tuán)山子組頂界串嶺溝組的頂部出現(xiàn)中層的石英砂巖，是海侵之后的濱岸環(huán)境沉積，局部存在礫巖。向上漸變?yōu)闉a湖環(huán)境的灰黑色泥頁巖沉積。此時(shí)，海侵過程結(jié)束。再向上發(fā)育高位體系域（團(tuán)山子組），由于陸源供給的碎屑沉積物質(zhì)較少，而發(fā)育碳酸鹽巖的沉積

19、。向上又變?yōu)榕_地蒸發(fā)相的環(huán)境，白云巖較多。表明水體變淺。5問題討論層序地層學(xué)是對地層層序格架進(jìn)行地質(zhì)綜合解釋的地層學(xué)分支學(xué)科，是劃分和分析地層的新方法。在層序劃分的理論的指導(dǎo)下，野外剖面劃分地層層序還是存在許多問題，因此如何應(yīng)充分利用各種相標(biāo)志及層序邊界典型特征，考慮構(gòu)造、巖漿侵入等作用對地層的影響，更加合理地做出層序地層分析就顯得尤為重要。準(zhǔn)層序是層序地層分析中最基本的沉積單元，是一個(gè)以海泛面或與之對應(yīng)的面為界的、成因上有聯(lián)系的層或?qū)咏M構(gòu)成的相對整合序列。準(zhǔn)層序的邊界是一個(gè)海泛面及與之相關(guān)的界面，跨過這個(gè)界面存在著水深突然增加的證據(jù)。因此野外露頭上主要根據(jù)上下地層砂泥比的變化來識別準(zhǔn)層序。厚

20、層砂巖準(zhǔn)層序邊界上存在底礫以及粘土含量較高的暴露面；砂巖和泥巖互層中準(zhǔn)層序的識別可根據(jù)砂和泥的比例，如砂減少泥增多，顏色的變化可表現(xiàn)為向上紫紅色加深，沉積構(gòu)造表現(xiàn)為由脈狀層理到波狀層理到鏡狀層理的過度。泥巖、泥晶灰?guī)r、泥晶白云巖中準(zhǔn)層序的識別的依據(jù)是不同準(zhǔn)層序顏色的變化（向上顏色變淺）和砂泥比例的變化，準(zhǔn)層序間的薄層夾層可能是暴露面。沉積環(huán)境的恢復(fù)主要依靠各種相標(biāo)志，本次實(shí)習(xí)中出露有典型的低角度交錯(cuò)層理、魚骨狀交錯(cuò)層理，波痕、泥裂等暴漏標(biāo)志，風(fēng)暴沉積等，這些都是識別沉積環(huán)境的重要依據(jù)。低角度交錯(cuò)層理是河流相的標(biāo)志，波痕、泥裂是巖石在暴漏環(huán)境下形成的，風(fēng)暴沉積為典型的濱岸相標(biāo)志。圖5.3風(fēng)暴沉積圖5.2波痕圖5.4準(zhǔn)層序邊界的識別6 結(jié)論1、常州溝組屬于碎屑巖潮坪沉積環(huán)境，從串嶺溝組開始，其沉積環(huán)境向碳酸鹽巖沉積環(huán)境過渡，沉積物質(zhì)成分的演化趨勢為陸源碎屑-泥質(zhì)-碳酸鹽，標(biāo)志海水由濁變清，反映周圍蝕源區(qū)逐漸老化，盆地發(fā)