虎峪野外地质实习报告

1、北京昌平虎峪地区长城系海相碎屑岩沉积环境与层序地层发育样式对野外露头的实际研究，测制沉积相剖面，系统观察研究沉积岩的成分、结构、原生构造、生物组合及古生态特征、痕迹化石等各种能判别沉积环境的成因标志，进而划分岩石的成因单元，同时有助于深化对钻测井、地震信息中地层和沉积的解释，标定地震和钻测井资料中的关键界面，进而通过综合分析剖面层序,讨论和判断各种相类型及其相组合。野外地质考察与研讨，能巩固、加深对地学理论的理解，掌握野外地质工作的基本方法和技能，培养观察、分析和解决实际问题的能力。1引言前寒武纪的层序地层研究，由于受生物地层及年代地层极低分辨率的制约，只能采用类似于T-R旋回的形式来进行层序

2、划分（Ross,1995）,也就是充分利用沉积物的时间演变序列和沉积相的空间展布形式所代表的规律性，并应用这种规律性结合生物地层资料和年代地层资料来开展地层划分和对比的工作（梅相冥，2005；Walker，1992）。长城系是我国中元古代早期的地层单位，燕山地区是其经典地区，蓟县剖面是其标准剖面。昌平虎峪地区（图1.1）处于燕山裂陷槽的控制范围，燕山裂陷槽控制的中、新元古代盆地历时1800Ma至800Ma，经历了由裂陷海向陆表海的转化，从而控制盆地的构造也表现出了演化的阶段性。图1.1燕山地区中、新元古界分布略图（朱士兴等，2005）长城纪常州沟期，大规模裂陷开始。由早期河流相砂砾岩、杂砂岩，

3、迅速过渡为海相石英砂岩、石英岩沉积。此在继续拉张的过程中沉积了串岭沟组页岩、团山子组含铁白云岩和大红峪组砂岩、硅质条带白云岩。此阶段沉积物断面形态为半地堑式。之后在平谷、蓟县一带发生火山喷发，以大红峪中期喷发最为强烈，标志着裂陷作用达到高峰。此后，裂陷作用迅速消减，大红峪期末，裂陷作用消亡。2地质概况2.1地层特征燕山地区的长城系自下而上分为常州沟、串岭沟、团山子、大红峪和高于庄等5个组（表2.1）,总厚4283m，时限约为1800-1400Ma。昌平南口虎峪地区长城系地层较为发育，是位于高于庄组之下、老变质基底岩系之上的一套地层。包括常州沟组以及串岭沟组、团山子组、大红峪组，其中常州沟组、串

4、岭沟组和团子山组是本次实习的主要研究层位。（1）常州沟组（Chc）该组以砾岩和砂岩为主，可分为3段：下段为河流相砾岩和含砾粗砂岩；中段为滨海沙滩相白色，浅紫红色石英岩状砂岩；上段为潮汐带上部，岸边泥砂相的板状石英砂岩与薄层砂质页岩互层。早期（下段）为分流河道或河口湾环境，中期（中段）为滨海潮坪环境，晚期（上段）发展成海滩环境。（2）串岭沟组（Chcl）该组以粉砂质伊利石页岩为主，夹少量碎屑岩和碳酸盐岩，底部与常州沟组渐变，顶部以铁质白云岩始现与上覆团山子组整合接触。可分为3段：下段和上段为滨海相潮间带的黑、灰绿、黄绿色含砂岩条带和透镜体的粉砂质伊利石页岩（上部还有少量炭质白云岩）。中段为潮下带

5、（泻湖相）绿色、黑色伊利石页岩常含炭质残片。为潮间潮下或泻湖环境。（3）团山子组（Cht）该组以铁质白云岩为主，分为2段：下段主要为潮下带（泻湖相）深灰色、含铁白云石的泥质和硅质泥晶白云岩；上段为海退序列的含粉砂泥晶自云岩和白云质细砂岩。与上下地层均为整合接触。（4）大红峪组（Chd）在南口一十三陵一带厚82m，分两段：一段为灰白色厚层状沉积石英岩与硅质条带泥晶白云岩互层，底部含砾；二段为深灰色纹带状白云岩、叠层石白云岩。潮间潮下和滨岸沙滩沉积环境。（5）高于庄组（Chg）自下而上为厚层白云质砂岩、石英砂岩，燧石条带白云岩，回执白云岩和叠层石白云岩、角砾状白云岩。在南口一十三陵一带1005m。

6、早、晚为滨海潮坪环境，中期为浅海陆架环境。表2.1北京市中-晚元古代岩石地层划分沿革表（据北京市岩石地层，1996）叶fctt*Richlhflfnn北虑巾曲册1977197:twUSE十三费北京STS.IUL昨切It儿昭划牡乱山JflF：斗令粗t马龄殂P马ItSM恢吗ril*济帕炉.*庄:m髀炉圧la轟话山沖睥堆jJblflffQLUaj衿建山勿事斥山鱼幣K屮誓庄虹芳庄俎鼻庄*HUtlKV于!IJBl大<!*»«!丈红10屯丸虹翳丄团山干由圧血子也丸山亍"岸岐同HI黄冲峙沟和*曲冑（A學齢“追nwirtm瞞掛內19K古H之古J!sfct*2£&#

7、171;n»-5gi?.b*£I启3S.sS上Hi占>广I口呂早口下页岂T马捡崖書建山鼻庄畫卩庄俎上石是宮THhK#下耳谢a古2.2构造特征长城纪燕山沉积盆地是华北地区中、晚元古代坳拉槽形成早幕的产物。尽管长城纪燕山盆地发育在古克拉通的背景下，但其沉积充填物和古环境系统又不同于典型的克拉通盆地。盆地充填以复杂多变的沉积相类型和阶段性明显的沉积演化特征，记录了华北区域结晶地壳的初始破裂及裂谷作用兴衰的早期过程，并影响着中、晚元古代整个盆地的环境布局和形成发展。虎峪地区的构造演化大致分为三个阶段：裂陷槽发生发展阶段、裂陷消亡向克拉通盆地过渡阶段和克拉通盆地阶段。（1）裂陷

8、槽发生发展阶段常州沟期，大规模裂陷开始，由早期河流相砂砾岩、杂砂岩，迅速过渡为海相石英砂岩、石英岩沉积；继续拉张的过程中沉积了串岭沟组页岩、团山子组含铁白云岩和大红峪组砂岩、硅质条带白云岩。此阶段沉积物断面形态为半地堑式（图2.1）；此阶段后期，在平谷、蓟县一带发生火山喷发，以大红峪中期喷发最为强烈，标志着裂陷作用达到高峰。此后，裂陷作用迅速消减，大红峪期末，裂陷作用消亡。（2）裂陷消亡向克拉通盆地过渡阶段此阶段以大规模海侵开始，沉积物总体呈面型分布，形成以潮汐沉积为主的碳酸盐岩系，总体来说近于陆表海环境，盆地构造趋于稳定。但同时还表现出尚不够稳定的一面，表现在不均匀沉降，主要是在原来裂陷中心

9、部位凹陷较强烈，形成巨厚的沉积物。如蓟县剖面，上述三组沉积总厚达5700余米，几乎占整个第3页共12页中、新元古界剖面厚度的2/3。（3）克拉通盆地阶段洪水庄期开始，包括铁岭期和青白口纪，全区均表现出同升同降的特点，抬升时全区整体抬升，如铁岭上升、芹峪上升、蔚县上升，沉积时全区普遍沉积，岩性和厚度大体相似，表现出十分稳定的地台型盖层沉积特点。图2.1燕山裂陷槽发育特征剖面示意图（白瑾，1993）3数据与方法长城系沉积环境特征是由滨浅海碎屑岩沉积环境向陆表海碳酸盐岩沉积环境演变。碎屑沉积岩主要出现在常州沟组和串岭沟组，碳酸盐岩沉积主要在团山子组。常州沟组底部多处可见斜层理（图3.1a）、楔状交错

10、层理（图3.1b）,纹层角度大，向上逐渐变为泥砂互层，薄层泥页岩，分析其沉积环境为滨岸环境或者河流-滨岸环境，为低位域-海侵域阶段。上部开始出现紫红色的泥页岩，并伴生有泥裂（图3.1c、d）的现象，其中砂岩可见潮间带典型的羽状交错层理，显示出潮坪沉积环境的特征（即由滨岸环境向潮坪环境转化的过程），为高位域阶段。此处为第一个层序边界。在紫红色的泥岩之后，发育一套厚度仅有0.2m左右的灰绿色泥页岩，代表了水体加深的过程（海侵）。与上部的中-厚层灰白色石英砂岩之间的界线为最大海泛面。e常州沟组中部薄层状深灰色泥岩与浅灰色粉f常州沟组中部石香肠构造砂岩互层（透镜状层理）图3.1常州沟组地层主要岩石岩相

11、类型在串岭沟组的底部，发育有中细粒石英砂岩-粗粒石英砂岩（图3.2a）的地层，砂体厚度大，粒度粗，杂基含量少，推测为滨岸滩相。向上逐渐变粗变厚，表明水体逐渐变浅。之后砂体厚度变薄、变细，向上逐渐变为泥页岩（图3.2b）夹粉砂岩透镜体，分析为潮坪沉积环境。在顶部部分泥页岩呈现灰紫色，同样发育泥裂等暴露现象。即呈现出灰黑色与灰紫色交替出现的现象。该阶段为高位体系域。此处泥页岩顶部为第二个层序边界。触关系串岭沟组的顶部，出现中层的石英砂岩，是海侵之后的滨岸环境沉积，部分地方有砾岩存在。向上逐渐变为泻湖环境的灰黑色泥页岩沉积。此时，海侵过程结束。再向上发育高位体系域（团山子组），由于陆源供给的碎屑沉积

12、物质较少，而发育碳酸盐岩（图3.3）的沉积。向上又变为台地蒸发相的环境，白云岩较多。表明水体变浅。图3.3团山子组白云岩及含铁白云岩4成果内容层序地层学研究的是以侵蚀面或无沉积作用面以及可与之对比的整合面为界的、有成因联系并具旋回性的地层的年代地层格架内的岩石关系。不同的学者对于层序边界的划分原则不同，那么对于层序地层的划分也就不尽相同。4.1前人研究成果1、朱世兴等（2005）将承德地区长城系分为18个三级层序、7个二级层序和2个一级层序。I类层序不整合接触界面（SB1）：马蹄峪组与下伏大红峪组之间的假整合（在长城系中部新发现的马蹄峪组马蹄峪组底部不仅有巨厚的底砾岩，下部还有长石石英粗砂岩代

13、表的陆相（洪积相和河流相）。SQ1（第一个一级层序从常州沟组开始，至大红峪组结束）：LST：砾岩和含砾长石石英粗砂岩（河流相，常州沟组第一段）；TST：常州沟组中段到串岭沟组中段（串岭沟组中段绿色、黑色伊利石页岩最大海泛期沉积）；HST:团山子组顶部干裂构造发育。SQ2（第二个一级层序从马蹄峪组开始，到高于庄组顶部结束）LST：马蹄峪组下部的底砾岩和下部的长石石英粗砂岩（洪积、冲积沉积）。TST：石英砂岩、海绿石砂岩到瘤状灰岩（瘤状灰岩层为最大海泛期凝缩段沉积）。HST：环秀寺亚组多代表暴露面的古岩溶角砾岩。中怅船q元23Azz>rS系州界SQ1盍古界遵化岩ts于搐HE(U-Pb)阳oo

14、e庄V>f捕TSdJLra通界|葢组出地层柱鼬踽诂层严弓角海平面变化曲线组S®】i漲痔若丁降坊£虹婚组团山手组城sSQI7SQlfiSQ155614S4UMl2SQ：1nnwih(ii-phj($h?ril«p)SQ8SQ7SQ6亚SQ4SQ3SQ2工匚枫岩賦耳打获計回般由們丄含粋曲冷蚊耽宕si£零云不砂白质旨砒"71B殂用料扯临片麻岩第7页共12页图4.1.1燕山长城系沉积层序划分图（朱世兴等，2005）2、莫妮亚（2008）认为长城一级超层序由常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组构成，可识别出14个三级层序，归为4个二级大层序。在常

15、州沟组中，可识别出4个三级层序，它们构成一个二级大层序。在串岭沟组中可识别出3个三级层序，它们构成一个二级大层序。在团山子组中可识别出4个三级层序，它们构成一个二级大层序。£1组团丄Qih»fi-口3T*囂乂"一*1軌i0|化屮护g|_品远卢AJ”图4.1.2燕山地区长城系层序地层划分（莫尼亚，2008）3、梅相冥（2007）将南口虎峪剖面的大红峪组归为1个二级层序，并进一步划分为3个三级层序。TST：厚层潮下坪砂岩。HST：潮间坪至潮上坪砂泥质白云岩组成的混积岩。（砂岩透镜体或透镜层而构成波状和透镜状潮汐层理，局部发育叠层石生物丘和生物层）。大红峪组上部，陆源碎

16、屑沉积物供应量的减小，沉积环境逐渐演变为清水环境,中厚层含泥质微生物席白云岩与燧石泥质白云岩一起组成若干环潮坪型碳酸盐米级旋回。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.小商碎削坪垄底坏曾下皆甲问Aft潮坪-丿一秩下潮坪涅wlii间rn-卜碇溉2.1'Jin.緞igffi一主hl絕卜.酣F枚誉黒卜矿碎ffl坪金零_-排潮>匕枳间幣垢bH3T1£rLHftTtb:ET1STn图4.1.3北京南口虎峪剖面大红峪组的沉积相序列及层序划分（梅相冥，2007）4.2层序地层划分方案依据以上观察分析结果，在虎峪剖面共划分了3个三级层序，11个准层序组，22个准层序（图

17、4.2.1）。层序边界为常州沟组到串岭沟组的下部（第一套层序）,串岭沟组下部到串岭沟组中上部（第二套层序），串岭沟组中上部到团山子组顶界（第三套层序）。Sq1:常州沟组一串岭沟组下部低位域-海侵域阶段：底部多处可见斜层理、楔状交错层理，向上逐渐变为泥砂互层，薄层泥页岩，沉积环境为滨岸环境；第9页共12页高位域阶段：向上出现紫红色的泥页岩，并有泥裂现象，其中砂岩可见潮间带典型的羽状交错层理，沉积环境由滨岸环境向潮坪环境转化。此处为第一个层序边界。在紫红色的泥岩之后，发育一套厚度仅有0.2m左右的灰绿色泥页岩，代表了水体加深的过程（海侵）。与上部的中-厚层灰白色石英砂岩之间的界线为最大海泛面。Sq

18、2:串岭沟组下部一串岭沟组中上部底部发育中细粒石英砂岩-粗粒石英砂岩的地层，砂体厚度大，为滨岸滩相。向上逐渐变粗变厚，水体逐渐变浅。之后砂体厚度变薄、变细，向上逐渐变为泥页岩夹粉砂岩透镜体，为潮坪沉积环境。在顶部部分泥页岩呈现灰紫色，同样发育泥裂等暴露现象。呈现出灰黑色与灰紫色交替出现的现象。该阶段为高位体系域。此处泥页岩顶部为第二个层序边界。Sq3:串岭沟组中上部一团山子组顶界串岭沟组的顶部出现中层的石英砂岩，是海侵之后的滨岸环境沉积，局部存在砾岩。向上渐变为泻湖环境的灰黑色泥页岩沉积。此时，海侵过程结束。再向上发育高位体系域（团山子组），由于陆源供给的碎屑沉积物质较少，而发育碳酸盐岩的沉积

19、。向上又变为台地蒸发相的环境，白云岩较多。表明水体变浅。5问题讨论层序地层学是对地层层序格架进行地质综合解释的地层学分支学科，是划分和分析地层的新方法。在层序划分的理论的指导下，野外剖面划分地层层序还是存在许多问题，因此如何应充分利用各种相标志及层序边界典型特征，考虑构造、岩浆侵入等作用对地层的影响，更加合理地做出层序地层分析就显得尤为重要。准层序是层序地层分析中最基本的沉积单元，是一个以海泛面或与之对应的面为界的、成因上有联系的层或层组构成的相对整合序列。准层序的边界是一个海泛面及与之相关的界面，跨过这个界面存在着水深突然增加的证据。因此野外露头上主要根据上下地层砂泥比的变化来识别准层序。厚

20、层砂岩准层序边界上存在底砾以及粘土含量较高的暴露面；砂岩和泥岩互层中准层序的识别可根据砂和泥的比例，如砂减少泥增多，颜色的变化可表现为向上紫红色加深，沉积构造表现为由脉状层理到波状层理到镜状层理的过度。泥岩、泥晶灰岩、泥晶白云岩中准层序的识别的依据是不同准层序颜色的变化（向上颜色变浅）和砂泥比例的变化，准层序间的薄层夹层可能是暴露面。沉积环境的恢复主要依靠各种相标志，本次实习中出露有典型的低角度交错层理、鱼骨状交错层理，波痕、泥裂等暴漏标志，风暴沉积等，这些都是识别沉积环境的重要依据。低角度交错层理是河流相的标志，波痕、泥裂是岩石在暴漏环境下形成的，风暴沉积为典型的滨岸相标志。图5.3风暴沉积图5.2波痕图5.4准层序边界的识别6 结论1、常州沟组属于碎屑岩潮坪沉积环境，从串岭沟组开始，其沉积环境向碳酸盐岩沉积环境过渡，沉积物质成分的演化趋势为陆源碎屑-泥质-碳酸盐，标志海水由浊变清，反映周围蚀源区逐渐老化，盆地发