1、房山縣周口店鎮(zhèn)太平山地區(qū)晚古生代地層沉積相及沉積古環(huán)境探究一以“三好礫巖”為例班級：土木一3班 第一作者：喬新軼小組成員：陳大偉韋冠力胡厚鑫莫超敏楊知翰 摘要：房山縣周口店鎮(zhèn)太平山地區(qū)晚古生代地層本溪組的底礫巖沉積在其南北 坡存在有顯著的不對稱差異。該層底礫巖俗稱“三好礫巖”，即“磨圓好、膠結(jié) 好、分選好”，僅分布于太平山北坡大礫巖山和小礫巖山一帶。近年該地區(qū)相關(guān) 研究對“三好礫巖”的成因及其沉積原生古環(huán)境存在不同觀點。本研究根據(jù)周口 店實習(xí)期間對“三好礫巖”所觀察的巖性及沉積相等各項特點，在前人研究的基 礎(chǔ)上提出具體的觀點，認為“三好礫巖”的成因，跟加里東運動和全球海侵這樣 的大格局事件相關(guān)

2、，可能是海陸交互相變化過程，先河流-濁流相，后濱海相的 二次沉積形成。關(guān)鍵詞：太平山晚古生代三好礫巖形成原因二次沉積0.引言周口店鎮(zhèn)太平山位于北京西南近郊的房山世界地質(zhì)公園境內(nèi)，與周口河三級 階梯毗鄰，其經(jīng)歷印支-燕山及其后喜山各期構(gòu)造運動和各類侵入、變質(zhì)作用形成 整個區(qū)域較復(fù)雜多樣的區(qū)域地質(zhì)布局1。其中印支-燕山期構(gòu)造運動是形成了太 平山總體向斜框架格局，使該地區(qū)出露的各期地層大致呈對稱性分布。因各類地 質(zhì)作用該地段晚古生代地層與華北地臺其它地區(qū)同期相似沉積相地層2,3 在有一 定程度上的變質(zhì)現(xiàn)象，部分層位因為原生沉積環(huán)境的差異出現(xiàn)顯著的區(qū)別，如該 區(qū)本溪組底部存在有俗稱“三好礫巖”的底礫巖

3、，在空間上呈北坡有而南坡無的 特殊現(xiàn)象，其沉積形成原因是對微觀地域古地理地形環(huán)境及相關(guān)地質(zhì)事件的綜合 反映，具有重要的研究意義和價值。1. “三好礫巖”的分布范圍太平山地區(qū)“三好礫巖”集中分布在其北坡大礫巖山和小礫巖山東坡一帶 （圖-1），整個區(qū)域呈現(xiàn)月牙形，面積范圍總體較小，在地層層位上屬本溪組 底部，與下伏下奧陶統(tǒng)馬家溝組（O1m ）巖溶角礫狀灰?guī)r呈平行不整合接觸，與圖-1太平山北坡地區(qū)“三好礫巖”巖層 同組上覆雜色砂、粉砂質(zhì)、泥質(zhì)變余板巖整合接觸，層厚約有20m，地層傾向近 正南向，傾角較大（60oC）。太平山向斜總體呈南北對稱，但在其南坡本溪組（C2b） 同等層位尚未發(fā)現(xiàn)有“三好礫巖”

4、存在，而是剝蝕散落的古風(fēng)化殼，故在這一時 期地層呈顯著的南北不對稱現(xiàn)象。2. “三好礫巖”的沉積相及其特征分析2.1巖性特征2.1.1礫石組分特征太平山北坡本溪組（C2b）“三好礫巖”（圖-2）其主要特征為“磨圓好，膠結(jié) 好，分選好”故稱“三好礫巖”。經(jīng)實地調(diào)查和相關(guān)研究表明，礫石成分主要 是石英砂質(zhì)、燧石質(zhì)顆粒物，粒徑大小在數(shù)厘米至數(shù)十厘米不等，磨圓度好，呈 圓狀或滾圓狀，外部形狀大多是球形或橢球形，部分為長橢圓形、紡錘形，少數(shù) 呈不規(guī)則形狀。2.1.2填隙膠結(jié)物組分特征經(jīng)實地調(diào)查和相關(guān)研究表明（圖-3），“三好礫巖”在其礫石顆粒間的填隙 物主要是紅褐色、灰白色硅鐵質(zhì)粉砂、黏土和泥以及石英長

5、石、巖屑等雜基成分。2.1.3顆粒鏈接及膠結(jié)方式經(jīng)實地調(diào)查和相關(guān)研究表明（圖-3），“三好礫巖”礫石碎屑顆粒之間大多呈孔隙連接和接觸連接，少數(shù)出現(xiàn)鑲嵌連接，膠結(jié)方式多為孔隙式和接觸式，部分為雜基式，礫石顆粒間也呈現(xiàn)點、線、凹凸等多種方式接觸。2.2沉積相特征2.2.1分選情況“三好礫巖”其礫石顆粒一般在10100mm之間。有該地區(qū)的相關(guān)具體研 究3表明，在太平山北坡大小礫巖山一帶“三好礫巖”集中分布的區(qū)域，其所含 礫石顆粒大小具有一定規(guī)律性。在所取樣本統(tǒng)計中，大礫巖山的樣本礫石粒徑總體偏小，呈負偏態(tài)分布，而小礫巖山則是總體基本呈正態(tài)分布。2.2.2定向排列情況“三好礫巖”的礫石顆粒在層理方向上

6、，存在有不太明顯的粒序?qū)永砗托睂永怼Ｔ趯用嫔蟿t有部分疊瓦狀排列和較顯著的長軸指向，有相關(guān)研究表明，礫石長軸所指方向基本上以北東或南東為主。3. “三好礫巖”的形成原因推斷近些年對于太平山地區(qū)“三好礫巖”的相關(guān)研究較多，而有關(guān)“三好礫巖” 的成因則有多種不同學(xué)說觀點，如河流相、濱海相37 及新近的河流-濱海相二 次沉積、濁流重力流相成因說都有相應(yīng)的證據(jù)存在。3.1礫石物料來源根據(jù)相關(guān)資料觀察，可統(tǒng)計得在晚古生代華北地臺基本同期（舍比索夫期至 莫斯科期）相似沉積地層中具有底礫巖的地區(qū)（見表-1）表-1華北地臺同期相似沉積相地層出現(xiàn)底礫巖沉積地區(qū)1華北地臺地層沉積（SerpkhovianMoscov

7、ian）賀蘭山陰山龍首山北祁連豫皖燕遼拴馬莊組尖山組固始組余太組三岔組廟沖組虹螺蜆組紅水泉組前黑山組胡油坊組綠條山組上述地區(qū)的沉積地層均在一定程度上具有層間礫巖和底礫巖，其中在內(nèi)蒙古 大青山煤田的拴馬莊組和余太組內(nèi)夾有多層礫巖，其中拴馬莊組所含礫巖在組成 上有93%的石英砂巖和燧石質(zhì)礫石4,5，相關(guān)研究3對其成因進行調(diào)查認為其巖性 組分下伏奧陶系的中細粒石英砂巖整體相近，故該層的石英砂巖應(yīng)該是其最主要 物源。與此類比周口店太平山本溪組“三好礫巖”，郭景祥等研究表明其石英燧 石砂巖物料很可能來源于其下伏青白口群的長龍山下段夾雜石英砂礫的泥頁巖。 3.2沉積成因分析“三好礫巖”的成因目前有幾種不同

8、觀點，各觀點均有其相應(yīng)佐證，本研究 從前人已提出的幾種觀點進行闡述并展開討論，并根據(jù)實習(xí)調(diào)查的信息資料得出 本研究的觀點。3.2.1河流相河流相的觀點認為“三好礫巖”屬于一種底礫巖沉積，陸地在抬升裸露后遭 受長期的風(fēng)化剝蝕，陸源碎屑經(jīng)地表徑流搬運移動，在此過程中礫石被磨圓分選 沉積成巖。“三好礫巖”確實有較好的磨圓性，其膠結(jié)和分選在一定程度上也較 好，特別是疊瓦狀排列和礫石長軸的定向規(guī)律。但“三好礫巖”也出現(xiàn)有部分膠 結(jié)較差，顆粒間孔隙式、接觸式膠結(jié)為主，分選無明顯規(guī)則的情況，部分巖石也 還有形狀較不規(guī)則，磨圓不徹底的情況，該觀點對于這些問題的解釋仍存有有一 些疑義。另外特別是“三好礫巖”在太

9、平山南北坡不對稱分布，在相鄰較短的距 離間顯著的沉積差異，單一的陸地河流相對此關(guān)鍵問題無法作出系統(tǒng)合理的解釋。3.2.2濱海相濱海相成因的觀點賽則認為，“三好礫巖”在太平山不對稱分布是跟區(qū)域具 體的古地理地形環(huán)境情況有關(guān)，太平山南北坡在晚石炭世早期處于南海北岸的差 異環(huán)境，總體屬于濱淺海環(huán)境沉積，并可能形成有沙壩或島礁等障壁體，其后則 可能存在鹽水瀉湖或沼澤。在此種半封閉水體格局中，南部靠近海水一側(cè)處于低 洼地區(qū)充分接受沉積，北側(cè)地勢較高，“三好礫巖”在其物源處風(fēng)化剝落進入瀉 湖。因南北側(cè)地勢差異且距海遠近不同，故南側(cè)近海沉積速率快而北側(cè)緩慢，這 種觀點可以解釋太平山南北坡的沉積相經(jīng)在巖性和構(gòu)

10、造壓實作用后層厚之間的 顯著差別罔。濱海相觀點認為“三好礫巖”在物源處屬于濁流相，因其與相鄰上 覆的硬綠泥石角巖層之間有顯著的相跳躍現(xiàn)象，且重力密度流也可以解釋“三好 礫巖”一定程度上的定向性和平行層理。有研究也曾表明“三好礫巖”的層位 發(fā)現(xiàn)有一些海相無脊椎動物化石如蜓類、腕足類、雙殼類及一些植物碎片，可以 說明至少濱海環(huán)境肯定曾存在過。3.2.3先河流相后濱海相的二次沉積這種觀點是在此前兩種觀點的基礎(chǔ)上形成的，其對于解釋很多彼此矛盾的特 征現(xiàn)象有更深入的認識。郭景祥等%根據(jù)周安朝等4,5對與“三好礫巖”同屬華北 地臺同時代的內(nèi)蒙古大青山煤田拴馬莊組的底礫巖研究判斷，二者同為近山的濱 海平原沉

11、積。加里東運動使陸殼抬升，隆起的山區(qū)在山前多形成河流沖積扇， 陸源碎屑經(jīng)搬運在此入海，此過程中依次發(fā)生河流相、濱海相沉積，未沉積固結(jié) 的礫石經(jīng)搬運、磨圓在河流三角洲區(qū)域堆疊并在海水環(huán)境下沉積成巖。這種觀 點可通過更大時空范圍尺度的地質(zhì)事件如華北地臺隆升及海侵對應(yīng)的沉積作用 解釋，在兩種環(huán)境下依次發(fā)生的沉積之間的時期也會有其它如暴露氧化等作用 發(fā)生，可解釋巖石表面的紅色氧化圈等更多復(fù)雜現(xiàn)象。3.2.2濁流相濁流相這樣的重力密度流相成因是對“三好礫巖”的不對稱性分布和不明顯 的定向性、層理等特征的解釋，但對磨圓好、一定程度的分選性和疊瓦狀排列等 較顯著規(guī)則性無法給出合理解釋濁流沉積主要是用以配合濱

12、海相學(xué)說的有關(guān)礫 石前期成因的觀點。3.3 “三好礫巖”的成因推斷本研究根據(jù)實習(xí)調(diào)查中所采集的資料及近年相關(guān)研究認為，“三好礫巖”可 能是在陸-海二元環(huán)境條件下分階段沉積形成的，整體上呈河流-濱海相的二次沉 積，而在初期陸地河流相沉積階段也可能同時濁流沉積出現(xiàn)，后期則以濱海相為 主。“三好礫巖”形成的古地理環(huán)境條件華北地臺早古生代周口店太平山地區(qū)總體上是淺海相沉積為主，志留紀(jì)末 期在加里東運動作用下，陸殼抬升，此前的沉積地層出露，遭受長期的風(fēng)化剝蝕， 其中前寒武地層的青白口群長龍山組下段石英砂巖耐剝蝕磨損，其剝落巖塊在陸 表大量堆積%。進入晚古生代，此處地形總體上形成南高北低的格局該地區(qū)發(fā)育

13、的地表河流將陸源碎屑攜帶搬運至入海口。晚石炭世開始的大規(guī)模海侵，是華北 地臺大面積被淹沒，處在濱淺海環(huán)境下。太平山地區(qū)則形成陸海交互-過渡相沉 積環(huán)境，海水自東向西侵入在整個區(qū)域形成海陸交互相環(huán)境，使其東南大部分 處于淺濱海環(huán)境，而在西北方位則可能是濱海-河口三角洲或是存在有障壁體的 咸水瀉湖或沼澤地貌這樣的過渡相環(huán)境。陸源碎屑物經(jīng)山谷河流搬運，一定程度 上形成了礫石的較好的定向排列性、分選性及磨圓性，部分固結(jié)成巖，在降水較 多時發(fā)生暴雨洪水可能形成濁流重力流沉積。在出海口，此處堆疊的礫石在潮汐 波浪的反復(fù)作用下被磨圓并接受二次沉積，泥、粉砂、砂等細小顆粒物填充膠結(jié) 使其固結(jié)成巖，并在相鄰位置

14、也形成含綠泥石的泥砂頁巖相沉積。個別時期海平 面的上升海水可能倒灌入河口，與河水相混合形成各種沉積相。所以，“三好礫 巖”應(yīng)該是在特定時期形成的海陸交互地理環(huán)境條件下，在陸、海相各類復(fù)雜因 素的穿插交織并存的作用下形成的。展望近年來對于周口店太平山的“三好礫巖”研究逐步深入，相關(guān)研究不斷有新 的發(fā)現(xiàn)和觀點產(chǎn)生，但對于“三好礫巖”的研究仍主要集中在沉積巖性和巖相方 面，而在元素成分和化石等其他方面涉及較少，所以通過生物地層單位和地球化 學(xué)等其它多方向的研究證據(jù)可進一步作更深入的了解探究。1王根后，顏丹平，王果勝等.周口店地區(qū)地質(zhì)實習(xí)指導(dǎo)冊M, 1997,北京:地質(zhì)出版社.程裕淇,楊遵義，王澤九等.中國地層典石炭系M.2000，北京：地質(zhì)出版社.3郭景祥，劉慧盈.周口店地區(qū)“三好礫巖”特征及沉積環(huán)境分析J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2013,(3):161162.4周安朝，趙省民,賈炳文.內(nèi)蒙古大青山煤田晚古生代礫巖的物源分析J.太原理工大學(xué)學(xué)