河北高于庄组层序地层研究

夏 丹，罗顺社 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

旷红伟 (长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023)

河北高于庄组层序地层研究

夏 丹，罗顺社 (长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

旷红伟 (长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023)

高于庄组是中国中元古界长城系出露最好、层序较为完整的地区。从沉积层序划分标志入手，对层序的主要类型及其特征进行了分析，结合层序界面和最大海泛的研究，将区内高于庄组划分为8个三级层序，3个二级层序，讨论和解释了各层序的构成和层序界面的识别。层序地层学研究表明，该区在长城系发生过一次完整的海平面升降旋回，以快速、广泛的持续海进为主。

P534.44

A

1673-1409(2009)02-N046-04

坳陷；层序；海进体系域

1 区域背景

燕山地区的构造单元主要有中央隆起带和南北两个大裂陷带三部分组成,冀北坳陷位于燕山沉降带中段的最北部,北面紧临内蒙地轴,南面以山海关隆起和铁门关大断裂为界,东面是辽西坳陷的凌源-喜峰大断裂,西面与密怀隆起的古北口一带相连,面积达8250km2(图1)。

图1 燕山地区构造单元区划(有修改)

高于庄期,华北大规模下降,发生了广泛海侵,不但大红峪后期上升形成的古陆地全部淹没,并向西向北大规模海侵,致使高于庄组直接覆盖于大片老岩系之上,因此，其底界就为Ⅱ层序界面,整个高于庄组以白云岩及含燧石白云岩为主,藻白云岩亦较发育。高于庄期华北地壳相对稳定，地势平坦[1]。笔者研究区域位于河北宽城崖门子尖山子附近，该区中元界地层出露良好，分布广泛，发育比完整，顶底界线清晰，叠层石丰富，是一套未经变质的沉积岩系。

2 沉积层序划分标志

2.1体系域标志

前人对研究区沉积盆地构造背景分析及沉积层序划分表明，该区各地层组基本处于陆架以上的沉积环境，沉积体系域普遍缺少低水位体系域而以水进体系域→高水位体系域为主，同时，沉积的水环境很少有深水盆地环境，凝缩段的凝缩程度很难达到理论上的要求。因此，依碳酸盐岩环潮坪旋回层序叠加特点，该地区中代表浅水环境(特别是含暴露标志)的沉积物及沉积构造可以作为层序界面的识别标志,而代表较深水环境的沉积物及沉积构造则可以是最大海泛期产物而作为最大泛面的标志。所以对该地区以上两类界面标志的识别对地层层序的划分具有重要意义[2]。

海侵体系域是在海平面快速上升期间，可容纳空间增长速率大于沉积物供给速率的情况下形成的，其底界为首次海泛面，顶界为最大海泛面。在该研究区，海侵体系域较发育，主要岩性为含叠层石白云岩与泥质白云岩叠加或含锰泥质白云岩夹页岩。

高位体系域是在海平面相对上升速率不断降低时形成的，或者说是在可容纳空间增长速率小于沉积物供给速率时形成的。高位体系在该研究区较发育，岩性主要是含锰泥质白云岩夹页岩或云质灰岩与灰质云岩石叠加。

2.2地球化学元素分析

地层中微量元素含量及有关比值的大小与海平面变化密切相关。目前，在沉积环境研究中，应用最广的微量元素主要为B，Sr，Ba，V，Ni及相关的比值，它们不仅可以用于区分淡水和海水沉积物，而且可以用于测定古盐度和分析古气候，同时还可以判别沉积环境及其与海平面升降的关系。

V与Rb主要与浮游和固着的藻类有关，离岸越远含量相对增高，可反映水体深浅的变化；Be为碱土金属元素，性质与Sr相似，随着离岸越远伴随生物堆积作用而沉积的Be含量越高；沉积物的B含量与水体的B含量有关，水体中的沉积物具有吸附B的能力，其中海绿石吸附B的能力最强，B含量和水体的盐度存在函数关系，因而可作为判别古水体盐度的一个指标，通常海相沉积的B含量大于100ppm(10-7)，因此可判断海陆相沉积环境。

对于Sr/Ba比值来说，当湖水不断咸化，矿化度逐渐增高时，钡首先以硫酸钡的形式沉淀出来，而锶只有当湖水或海水浓缩到一定程度后才能产生硫酸锶的沉淀，因此可以利用锶、钡比值来确定古盐度。许多学者根据这一原理来进行海陆相沉积环境的判别。Sr/Ba大于1为海相沉积，小于1为陆相沉积，而且随着离岸越远伴随生物堆积作用而沉积的锶含量越高，即Sr/Ba比值越大。

图2 高于庄组微量元素分布与地层层序关系

从图2看,也显示了相同的特点,每一段代表一次较大的海平面升降旋回,V、B、Pb、P、Be等的含量表现出收低-高-低的变化,在段界线处则表现为由低值向高值的突变,表征由海退-海进转化的转换面。而从这些化学元素的总的变化趋势来看，整个高于庄组表现为一个由相对较高的海平面向相对较低海平面变化的过程。

通过以上划分标志分析，特别是对元素地球化学分析结果，将高于庄组划分为173层、10段，8个Ⅲ级层序。

3 沉积层序发育特征

图3 宽城长城系高于庄组综合图

以不同级别沉积层序及其有序叠加形式为核心,结合层序界面和关键界面的研究,在这套地层中识别出了不同级别的层序与旋回,建立了其层序地层格架。研究区高于庄组将其划分出8个Ⅲ级层序并进一步归为3个Ⅱ级层序。其中第1段到第6段为6个Ⅲ级层序，第7段到第8段为1个Ⅲ级层序，第9段到第10段为1个Ⅲ级层序。下面分别对高于庄组各层序特征进行介绍(见图3)[3]。

1)层序1(SQ1) 由高于庄组第1段组成。从28层始，该层序的海进体系域(TST)由石英砂岩、砂质白云岩、薄层砂岩、缓波状叠层石白云岩、薄层含泥或泥质白云岩组成，发育3种微旋回模式：薄层石英砂岩向上变为厚层石英砂岩；砂质白云岩与薄层砂岩不等厚互层，砂质白云岩由下向上厚度变薄；灰色中厚层硅质泥晶白云岩向上变为中薄层缓波状叠层石白云岩、薄层泥质白云岩，表现为海平面上升。最大海泛期的沉积产物以47(或49层)的深灰色厚层白云岩与薄层或页状白云岩组成的微层序为特征，其后由厚层块状含叠层石的白云岩与薄层泥质白云岩、硅质条带白云岩及藻席白云岩(50～55层)，形成高位体系域(HST)，在55和56层中夹有多层岩溶角砾[4]。

2)层序2(SQ2) 由高于庄组第2段组成。从微旋回的叠加方式看，该层序的海进体系域(TST)由深灰色厚层硅质白云岩、灰色中层硅质白云岩、灰色厚层含层状叠层石白云岩、灰色薄层泥质白云岩、灰色中厚层柱状或锥状叠层石白云岩组成，发育2种微旋回模式：深灰色厚层硅质白云岩向上变为深灰色中层硅质白云岩；厚层含层状叠层石白云岩向上变为薄层泥质白云岩。中厚层锥状叠层石白云岩为最大海泛期的沉积产物。高位体系域(HST)由缓波状叠层石白云岩向上变为层纹状叠层石白云岩再变为薄层泥质白云岩与砂质白云岩互层，垂向向上单层厚度逐渐变薄，泥质、砂质成分增多，反映相对海平面下降。

3)层序3(SQ3) 由高于庄组第3段组成。从92层始，该层序的海进体系域(TST)体系域由灰色含锰泥质白云岩、页岩、中厚层含锰白云岩、薄层泥质白云岩组成，微旋回模式有：灰色含锰泥质白云岩向上变为页岩，中厚层含锰白云岩向上变为薄层泥质白云岩，反映三级海平面相对升高。接着由厚层含锰细粉晶白云岩向上变为中层含锰泥晶白云岩，海水进一步加深，最大海泛期的沉积产物。高位体系域(HST)由中厚层泥晶白云岩向上变为中薄层泥晶白云岩，岩层厚度变薄，海平面相对下降。

4)层序4(SQ4) 由高于庄组第4段组成(113～133层)。下部113～123层为海侵体系域(TST)，中-薄层状含锰白云岩与中-薄层状白云质灰岩不等厚互层，薄层状云质灰岩与含锰粉晶云岩互层，页状泥晶灰岩与厚层状云质灰岩互层，3种微旋回模式；124层深灰色瘤状灰岩与硅质页岩互层构成最大海泛期沉积； 125～133层由灰黑色中-薄层状含灰云岩，泥晶云岩夹硅质页岩和泥晶灰岩及厚-块状粉晶灰岩与土黄色薄层状含灰泥质云岩不等厚互层夹硅质页岩，构成高位体系域(HST)[5]。

5)层序5(SQ5) 由高于庄组第5段(134～147层)组成。 海进体系域(TST)下部总的韵律特点是由硅质层夹泥晶灰岩薄层或瘤体，向上变为泥晶灰岩与硅质页岩、页岩互层，顶部为泥晶灰岩；由下往上，灰岩单层厚度增大，瘤体增大，顶部灰岩更纯；或为薄层状的泥晶灰岩与灰黑色硅质岩或硅质页岩互层夹瘤状灰岩；141～142层由灰色云质瘤状灰岩夹硅质薄层组成；143层瘤状灰岩消失，变为以浅灰色厚层状灰质云岩、云岩夹硅质层；144层出现黑灰色中-薄层状泥晶云岩与硅质层，硅质或云质页岩互层，且以含有大量有机质的硅质或云质页岩为主(有机质含量15%～20%)，代表一种比瘤状灰岩更深的沉积环境(盆地)的出现，将其作为凝缩段；144～147层深灰色中层状纹层白云岩夹薄层白云质页岩为高位体系域(HST)。

6)层序6(SQ6) 由高于庄组第6段(148～156层)组成。148～150层为海进体系域(TST)，主要由灰色厚-中层状含泥白云岩夹含粉砂页岩、硅质层与深灰色厚块状含灰质云岩与中-薄层含云或云质灰岩互层叠加。151层深灰色薄层状瘤状灰岩白云质灰岩与厚-中层状含灰白云岩组成的多个韵律叠加，有机质含量在25%左右，构成最大海泛期沉积，152～156层由层纹状藻含灰白云岩、砂质粉泥晶砾屑含灰白云岩、含砂屑砂质泥粉晶白云质灰岩、灰质胶结角砾状白云岩或灰质胶结白云质角砾岩、含砂屑砂质泥粉晶白云质灰岩构成高位体系域(HST)。该层序顶部以发育内碎屑、鲕粒、石英砂岩及粉砂岩等潮下高能带产物为特点。

7)层序7(SQ7) 由高于庄组7、8(157～165层)段组成。157～160层，由下往上，由灰色厚层-块状白云岩、灰色中层-块状含灰白云岩夹薄层白云岩，反映海平面逐渐加深的过程，构成海进体系域(TST)；161层灰色层纹状藻云岩与厚层-块状含灰质白云岩互层可作为最大海泛期产物；162～164层及灰色块状-厚层灰质云岩夹含藻屑泥-细晶灰质白云岩与深灰色厚层白云岩、深灰色含硅质条带白云岩与纹层状白云岩构成高位体系域(HST)。

8)层序8(SQ9) 由高于庄组9、10段(166～173层)组成。165～167层为海进体系域(TST)，主要由层纹状藻云质灰岩、层纹状藻灰质云岩、层纹状藻含灰白云岩、灰色含泥云岩、泥粉晶白云岩、少量灰黑色硅质岩等以不同形式叠加而成；168层层纹状藻白云质灰岩、灰色硅质团块层纹状云质灰岩与含藻灰结核层纹状藻云岩等微旋回组成的潮间带沉积为该层序最大海泛期产物。高位体系域(HST)以出现含角砾的层纹状藻含云灰岩为标志，以具有硅质团块或结核和层纹状藻灰岩和藻白云岩为主体，以亮晶藻凝块白云岩、含藻葡萄藻凝块硅质粉晶白云岩、灰质胶结角砾状白云岩或白云质角砾岩、白云质鲕粒硅质岩、泥粉晶白云岩为特征的潮间-潮上带沉积。

4 沉积演化

高于庄组的突出特点是碳酸盐盆地受原裂陷槽区持续下沉的影响在盆地中部出现盆地相。高于庄组沉积之初,古海底由于大红峪组期后的剥蚀作用而准平原化,所以高于庄组下部的第1、2段沉积时期全区都处于不深的潮汐带环境,普遍沉积了含硅质条带含叠层石白云岩夹少量泥砂质岩石构成的韵律沉积[6]。潮汐带沉积以潮间带为主,仅第2段组顶部有少量潮下带沉积。沉积物除近古陆的盆地边缘陆源碎屑增多、地层厚度稍大外,全区地层厚度变化并不明显。但是,从第3段开始,盆地内沉陷幅度的差异开始变大,盆地中部沉积物特征与盆地边缘潮汐带的差异也越来越明显,发生了深、浅沉积相变。第3段盆地中部大面积出现潮下高能带、潮下低能带沉积。而第6段至第8段为最大海侵时期,盆地中部的下段由黑色页岩-白云岩-灰岩小韵律构成的类复理式沉积,其中小韵律底部的页岩中常见瘤状灰岩,它是由深海洋流上升至盆地溶蚀石灰岩的产物,为最大海侵期的标志。在区域内表现出在盆地中央深水碳酸盐与盆地边缘浅水潮汐碳酸盐共存的情况。向上经斜坡相至顶部以潮下相→潮间相→潮上相演变过程,海平面逐渐下降,海水逐渐变浅。高于庄组沉积期末,盆地靠山海关古陆一侧又一次上升,即滦县抬升[7]。

5 结 论

1) 在冀北剖面高于庄组底部为石英砂岩向上为砂质白云岩，大红峪组顶部为硅质白云岩和泥质白云岩互层，未见明显的剥蚀间断面。可见，由于“青龙上升”地壳运动，仅产生了地层的局部不整合界面，故大红峪组与高于庄组之间为一Ⅱ型层序界面。

2) 研究区高于庄组可进行了详细的层序地层划分，将其划分为8个Ⅲ级层序(SQ1-SQ8)并进一步归为3个Ⅱ级层序。分别以第1段到第6段为6个Ⅲ级层序(SQ1-SQ6)，第7段到第8段为1个Ⅲ级层序(SQ7)，第9段到第10段为1 个Ⅲ级层序(SQ8)。

3) 高于庄组沉积时期，燕山地区地壳广泛的平稳下降导致大规模的海侵，形成该地区中晚元古代最辽阔的浅海海域，沉积物以白云岩为主。

[1]赵澄林，李儒峰，周劲松.华北中新元古界油气地质与沉积学[M].北京：地质出版社，1997.

[2]刘鹏举，王成文，孙跃武，等.河北平泉中元古代高于庄组和杨庄组地球化学特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版)，2005，(1)：2～6.

[3]高林志，章雨旭，王成述，等.天津蓟县中新元古代层序地层初探[J].中国区域地质，1996，15 (1)：64～74.

[4]王书.重庆石柱打风坳二叠系沉积相研究和层序地层分析[J].石油地质与工程，2008，9(5)：23～25.

[5]刘智荣.燕山中元古界高于庄组层序地层及沉积特征研究[M].北京：中国地质大学出版社,2007.

[6] 黄学光，朱士兴，贺玉贞.蓟县中、新元古界剖面层序地层学研究的几个基本问题[J].前寒武纪研究进展，2001，24(4)：202～220.

[7]黄光学.燕山中、新元古代沉积盆地构造演化[J].地质调查与研究，2006.12(4)：264～270.

[编辑] 易国华

2009-02-25

夏丹( 1982-),女, 2006年大学毕业,硕士生，现主要从事沉积学与石油地质学方面的研究工作。