天津蓟县雾迷山组高频旋回沉积特征研究

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F泻湖相白云质页岩(图 1-8)。页岩的主要粘土矿物组分有海泡石、蒙脱石、依利石、 坡缕石、滑石及少量的高岭石【11】。特殊的粘土矿物组合表明,该页岩是富硅和镁而贫铝的 碳酸盐受淡水成岩作用改造的产物。由钙结壳与硅结壳所表征的强烈的溶蚀作用是该岩相单 元的基本特征。
G 古风化层。该单元由紫红色、褐色白云质页岩构成,紫红色、褐色表明其铁含量较高, 是泻湖相白云质页岩经过暴露遭受风化作用改造的产物(图 1-7)。古风化层常构成雾迷山 旋回层的顶部单元,是代表地层间断的典型标志。
B 潮下凝块石生物丘。以厚层至块状灰质白云及白云质灰岩为特征。在该单元中,发 育冲刷面及风暴砾屑灰岩,主要的沉积颗粒是凝块石,其次为核形石,这些特征表明该岩相 单元是潮下高能动荡环境下的产物(图 1-5、6)。
C 潮间坪硅化藻席白云岩。在该岩相单元中发育波状、丘状、水平状叠层石,并发育冲 刷面、交错层理、以及板剌状角砾构成的风暴岩,并经常发生强烈的硅化作用及白云石化作 用(图 1-6)。
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硅结壳、喀斯特角砾透镜体,还有古土壤层帽等。由雾迷山旋回层的基本模式(图 2)可以 看出,雾迷山旋回层以具有近似对称的岩相序列为特征,既不等同于Vail等所定义的以海泛 面为底界、向上变浅的“准层序”,与欧洲三叠系的“洛菲尔旋回层”[14-15]也有明显区别。
潮间硅化藻席白云岩(C)时,也具近似对称的相序组构;当 ABC 单元均不发育,只发育潮坪相白 云岩(D 和 E)以及泻湖相白云质页岩(F)和古风化层(G)时,多以不对称相序组构为特征。即当 沉积环境变浅时,旋回层的岩相序列组构可由近似对称序列变为不对称序列,其中的叠层石 物生层及凝块石生物丘变薄,而泻湖相白云质页岩和潮坪相白云岩则变厚。这种变化特征是 与高频率海平面变化相响应的旋回性沉积作用的结果。
将获得的磁化率值在采样剖面地层柱状图上绘成剖面磁化率曲线(图 4)。其磁化率变 化规律是:在雾迷山组五级准层序组地层剖面中,由下至上在每个米级旋回层序界面处存在 显著的磁化率峰值。五级准层序组顶部反映暴露节拍趋于更明显的特点,相应磁化率值在层 序界面处形成尖锐的磁性增强。
Ellwood等【16,17】研究表明海平面变化是控制磁化率大小的重要因素,而且海相沉积物的 磁化率曲线变化主要受陆源碎屑物质含量的控制。在海退时期,随着海平面的下降,剥蚀作 用加强,海洋中主要通过河流搬运的陆源碎屑物质输入量也随之增大。这些碎屑物质可通过 底流作用分散到整个洋盆中,进而使磁化率值增大。

天津蓟县雾迷山组高频旋回沉积特征研究*
周洪端 梅冥相 杜本明 罗志清 吕 苗
( 中国地质大学地球科学与资源学院,北京 100083) 摘 要:天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组是一套厚达 3300m 的碳酸盐岩地层,其中广泛发 育具有近似对称相序组构的雾迷山旋回层,由潮坪相白云岩及泥质白云岩与叠层石生物层及 凝块石生物丘构成旋回层的主体部分,属一种特殊的环潮型碳酸盐米级旋回层序。在对旋回 层内部岩石成因单元的类型及组合分析的基础上,建立了雾迷山旋回层的基本模式和沉积环 境模式,并对成因单元的岩石磁化率特征及其对高频旋回的反映进行了探索。认为雾迷山旋 回层为沉积环境的水深由较浅-较深—较浅—暴露条件下的沉积,可能代表真正的沉积旋 回。成因单元之间具有明显的有序叠置形态,表明它有可能是与米兰柯维奇旋回具有成因关 联的高频率海平面变化所控制的自旋回沉积作用的产物。 关键词: 雾迷山组、雾迷山旋回层,旋回沉积作用, 中元古代,天津蓟县
雾迷山组形成时限大致为 100Ma(1310±20Ma-1207±10Ma) 【4】,属中元古代蓟县纪(相 当于国际地质年代表中的延展纪)。前人曾对雾迷山组中发育的生物地层、沉积作用及层序 地层进行了大量研究 ,取得多方面成果【5-11】。通过研究在雾迷山组中识别出 26 个三级层 序,每一个三级层序代表一次海平面变化旋回中形成的的沉积相序列。它们进一步构成 6 个二级层序,构成复合海平面变化旋回【1,3,12,13】。厚度巨大的雾迷山组实际上是由数百个 环潮坪型碳酸盐米级回层序(称为雾迷山旋回层)在垂向叠置(图 1-1、2),而每个旋回 层则是由具有成因联系的几种成因岩石单元(或称为岩相单元)按一定规律组合成具有近似 对称相序组构的岩相序列所构成。
图 2 雾迷山旋回层的基本模式 Fig.2 General model of the Wumishan cyclothem
A、B…G 分别代表正文中所描述的岩相单元。1.白云岩;2.泥质白云岩;3.白云质泥页岩;4.叠层石; 5.泥裂;6.喀斯特角砾;7.石盐假晶;8.硅结壳;9.钙结层;10.藻席;11.核形石;12.凝块石;13.冲刷 面;14. 渗流豆;15. 板刺状角砾;16.陆源砂;17.含铁白云质泥岩
随着碳酸岩沉积环境的由深变浅,在五级准层序组中由下至上每个米级旋回层序的相序 组构及类型形成有规律的变化,从而构成近似图 3 所示的米级旋回层序的环境变化谱系。其 变化特征是:①随着沉积环境的由深变浅,叠层石生物层及凝块石生物丘变薄乃至不发育, 而潮坪相白云岩及泻湖相白云质泥页岩则变厚;②米级旋回层序界面处形成的“磁性增强” 现象依次更加显著;③米级旋回层序的相序组构由近似对称变为不对称的正粒序组构,具有 对称相序组构的米级旋回层序的发育,表明了雾迷山组中具有与不同级别海平面变化旋回响 应最好的旋回性沉积作用特点。
5.雾迷山旋回层的可能成因机制
雾迷山旋回层所表现出的旋回性沉积作用是非常明显的。它由明显的变深和变浅部分 组成,构成近似对称的相序组构,并在上部发育暴露标志,说明雾迷山旋回层是受高频海平 面变化影响的环境加深和环境变浅过程的产物,代表真正的沉积旋回。它们在长周期三级层 序中又构成有规律的垂向叠加形式,这又成为合理识别三级层序的基础。据此,在天津蓟县 剖面的雾迷山组中识别出 26 个三级层序,这 26 个三级层序又可进一步划分为 6 个二级层序。
厚层-块状
中厚-块状
具水平纹层或不显层理,发育泥裂、帐蓬构造、白 泻湖 云岩角砾,内常见钙质、硅质薄膜,偶含石英砂 浅灰色,含石英砂,发育泥裂、 波痕、帐蓬构造、
潮上 白云岩角砾 浅灰色、灰色,岩石多较致密,内可见硅质条带,
潮间 常发育泥裂、石盐假晶
深灰色,具水平纹层状、微波状及丘状叠层石,发 潮上-潮间
table 1

表 1 雾迷山组成因岩石单元特征及形成环境 The characters and sedimentsry environment of the rock genetic
units of the Wumishan Formation
单元 代号
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磁化率测量在中国地质大学(北京)古地磁实验室国产HKB-1 型卡帕桥上进行,其分辨 率达 5×10-8SI,在 1×10-7 SI (换算成白云岩的质量磁化率约为 4×10- 11 m3 ·kg-1)情况 下可以稳定测量。选择 0.05 档,先对未加样品时样品容器的磁化率进行八次测量,求其平 均值为κ0 =-1073×10-8 SI。再对每个样品均沿X、Y、Z三个垂直方向各测量一次,求取三次 测量的平均值。绝大多数样品单方向测量值与平均值之间的差值不超过 5%。
育硅质条带、团块及薄层,与下伏 c 单元多渐变
深灰色、风化面呈浅灰色-灰色,凝块呈深灰色不 规则团块,镜下为富含有机质的边界不清晰的球 粒,夹有板刺状角砾岩及硅质结核,冲刷构造发育 深灰色、丘状、锥柱状叠层构造发育,夹有板刺状 角砾岩薄层或透镜体
潮下 潮下
3.雾迷山旋回层的基本模式
对蓟县地区露头发育良好、厚度近 3300 米的雾迷山组剖面高频旋回观察统计,确定蓟 县地区的雾迷山组的中、上部是由 626 个环潮坪型碳酸盐米级回层序构成。这些旋回层的厚 度不等,从 0.6-14.5m,平均厚度为 4.49m。从旋回层的内部结构看,每个旋回层则均由有 成因相关的几种成因岩石单元按一定规律组合成具有近似对称相序组构的岩相序列所构成。 综合这些米级回层的序列特征,可以建立雾迷山旋回层的基本模式(图 2)。
D 潮间坪含砂泥晶白云岩。在该岩相单元中常发育泥裂、硅结壳和钙结壳、石盐假晶, 并常伴有强烈的硅化作用及白云石化作用(图 1-7)。
E 潮上坪泥质和砂质白云岩。在该岩相单元中,常发育泥裂、硅结壳及硅化渗流豆石、 微喀斯特角砾等(图 1-7、8)。随着白云石化作用的增强,硅化作用也增强,碳酸盐岩中 的溶蚀作用也随之增强。
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图 1 雾 迷 山 旋回层的成 因 岩 石 单 元 的 基 本 特 征 Fig.1. The rock genetic units and the general characteristics of the Wumishan cycles.
符号 A-E 代表雾 迷 山 旋回层的成 因 岩 石 单 元 , 具 体 特 征 描 述 见 正 文 。 -3-
2.成因岩石单元

根据野外详细地层剖面的详细观察、测量,及室内综合分析,认为区内雾迷山 组的沉积环境主要为环潮坪型碳酸盐沉积环境。可以识别出七种成因岩石单元(表 1 ), 它 们是构成雾迷山旋回层的基本单位。
A 潮下叠层石生物层白云质灰岩。叠层石构成ห้องสมุดไป่ตู้殊的厚层至块状生物层白云岩,叠层 石的形态有丘状、锥柱状等(图 1-3、4)。
图 3 雾迷山组中雾迷山旋回层的沉积环境 Fig.3 The sedimentary environment of Wumishan cyclotheme of Wumishan Formation
a 至 f 代表不同环境中形成的不同类型的旋回层;A 至 G 代表图 1 所示不同的岩相单元; 岩性及沉积构造图例同图 2。
G F
E D
C
B A
岩性特征 层厚特征
沉积特征
形成环境
紫 红 色 白 云 薄层-巨厚
紫红色、褐色白云质泥岩,含白云岩角砾
质泥岩

泻湖-风化 壳
浅灰色、灰色 白云质泥岩
泥质白云岩
含砂泥晶白 云岩 硅化水平纹 层状、微波状 叠层石白云 岩
凝块石白云 岩
丘状、锥柱状 叠层白云岩
薄层-中厚 层 薄层-中层 中层-中厚 层 中层-中厚 层
与古生代以后生物礁序沉积序列相似,雾迷山组的叠层石生物层及凝块石生物丘构成雾 迷山旋回层之中部,其底部和上部则由潮坪相白云岩组成,具有古土壤层帽的泻湖相白云质 页岩则构成旋回层之顶,从而形成一个具有近似对称相序组构所形成的特定的岩相系列,许 多淡水成岩作用标志表明了雾迷山旋回层的界面为瞬时暴露间断面,这些标志包括钙结壳、
1.引 言
天津蓟县是我国中、新元古界出露最好、层序较为完整的地区,是我国中、新元古界的 典型剖面。其中中元古界雾迷山组是一厚达 3300 米的碳酸盐岩地层序列,总体沉积环境为 环潮坪碳酸盐岩沉积,各种叠层石生物层和凝块石生物丘特别发育,高频旋回层发育良好, 不同级别的旋回层的有序叠加,使雾迷山组构成一个复杂而有序的碳酸盐复合变化旋回【1-3】 。
随着沉积环境的变化,雾迷山回层的相序组构也会发生变化,它们以不同的岩相组合序 列为特征,从而构成一个环境变化谱系(图 3)。当潮下坪岩相单元——叠层石生物层(A)及凝 块石生物丘(B)发育时,雾迷山旋回层具有近似对称的相序组构特征;当它们不发育,但发育
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4.雾迷山组旋回层磁化率变化特征
海平面变化是控制磁化率大小的重要因素【16,17】,因而在沉积旋回中必然有所反映。本 次工作研究了天津蓟县王庄子村西马平公路(距王庄子村 1km)路边雾迷山组沉积旋回层序 磁化率特征,对 4 个米级旋回层序叠加而成的五级准层序组采样剖面进行了测量,并在此剖 面上采集手标本样品 49 块。在采样过程中避开了岩石风化带和明显的构造活动带。采样间 距为 10~90cm,岩性以生物碳酸盐岩为主,有一定量的硅岩、碎屑岩及微量的泥页岩。在中 国地质大学(北京)磨片室将手标本加工成边长约为 1.5cm的立方体样品,所有古地磁样品 均清洗干净。
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