河北平原第四纪地层划分研究

刘立军,徐海振,崔秋苹,王 娟

(河北省地矿局水文工程地质勘查院,河北石家庄 050021）

河北平原第四纪地层划分研究

刘立军,徐海振,崔秋苹,王 娟

(河北省地矿局水文工程地质勘查院,河北石家庄 050021）

通过对以往地层岩性、成因类型、结构、标志层、14C、古地磁、钻孔等资料的重新分析与对比,依照《中国地层指南》对河北平原第四纪地层进行了重新划分和修订。以2.58 Ma为第四系下限,以0.78 M a为中更新统底界,以相当深海氧同位素5阶段开始的0.128 Ma为上更新统底界,以大体相当深海氧同位素1阶段开始的0.01 Ma为全新统底界,修订后的河北平原第四系厚度减小40～220 m。该文是在以往研究基础上对河北平原第四纪地层划分的一次探讨,其成果为建立华北平原含水层结构模型搭建了平台。由于一些小区缺乏古地磁测年资料,而标志层、沉积物颜色特征界限又不明显,故影响了第四系下限和各统底界划分精度。

河北平原;第四纪;地层划分

0 引言

河北平原第四纪地层沉积厚度大,分布广泛,成因类型主要有冲洪积、湖沼沉积、海积、残积以及风积和火山堆积等。半个世纪以来,河北省第四纪地质研究不断深入①陈望和,倪明云,王金海.河北第四系.1979.1-253.:如1962-1965年丁国瑜等对部分钻孔岩芯进行研究,根据堆积物色序划分为灰黄、棕黄、橙黄、杂色堆积层,指出与Q4、Q3、Q2、Q1大体相当,并提出以平原区的泥炭、淤泥、埋藏古土壤、火山堆积等作为标志层,与山区第四纪地层进行对比; 1965年李应培根据石油勘探钻孔资料,首次根据微体古生物、重砂矿物进行了地层划分;1970s以来,在平原区水文地质勘探工作中,采用多种测试手段,加强了在古生物、矿物、岩石、化学、同位素及古地磁等方面的研究,在第四纪地层划分、古生物、海侵、新构造运动及火山活动等方面的研究有了新的进展,建立了不同时代的地层组,研究成果显著[1,2];1980年邵时雄等又对第四纪地质进行了专题研究[3],为进一步进行水文地质、工程地质、区域地质研究提供了丰富的基础资料;1988-1990年黄月环等[4]采用岩石地层学、生物地层学和气候地层学等方法综合分析对比,建立地层组,并以1982年莫斯科第四纪研究联合会“关于第四系下限及内分的建议意见”为依据,充分分析了以往古地磁和同位素测年资料,探讨了河北省第四纪地层时代划分及第四系下限问题。

但以往河北平原第四纪地层划分及标准地层组与《中国地层指南》[5]存在分歧,虽经再修订[3]仍与华北平原各省划分不统一②王强.华北平原第四纪地下水资源调查评价第四纪地层结构模型专题研究报告.2002.1-65.。主要体现在:第四系下限差异较大,河北平原以3.06 Ma为第四系下限[1],而山东以1.80 Ma为第四系下限[6],北京[7]、河南③李广坤.河南平原第四纪地质研究报告.1985.1-218.、天津[8]以2.48 M a为第四系下限;第四纪地层内分[1]也存在差异:河北平原上更新统代表地层组-欧庄组,实际上包括中更新统、上更新统地层组,河北平原杨柳青组实际是下更新统地层的一部分(表1）。开展华北平原地下水可持续利用项目时,为建立含水层结构模型,需要华北平原各省采用同一地质年代标尺,故本文依据《中国地层指南》对河北平原第四纪地层进行重新划分和修正。

1 地层划分方法与依据

本文第四纪地层划分依据全国地层委员会发布的《中国地层指南》规定,以2.58 Ma为第四系下限(即原订为2.48 Ma的古地磁松山-高斯极性时界线,简称古地磁M/G界线）,以0.78 M a(即原订为0.69 Ma或0.73 M a的古地磁布容-松山极性时界线,简称古地磁B/M界线）为中更新统底界,以相当深海氧同位素5阶段开始的0.128 M a为上更新统底界,以大体相当深海氧同位素1阶段开始的0.10 M a为全新统底界。以已往基础测试资料(如14C、古地磁定量资料）为基本依据,综合考虑沉积物颜色、岩性、结构、韵律及沉积旋迴、标志层(古土壤、泥炭层及淋滤层）等因素,采用岩石地层学、生物地层学和气候地层学等方法进行综合分析对比,通过对728个钻孔的分析,按新的观点对河北平原第四纪地层进行重新划分和修订[9]。

1.1 第四系下限(N/Q界限）的确定

根据河北平原10个典型钻孔古地磁测试资料(表2）分析如下:

表1 华北平原各省第四纪地层系统Table 1 Quaternary stratum system in every province on the North China Plain

表2 河北平原古地磁极性柱解译Table 2 The interpretation of Palaeomagnetic polarity of Hebei Plain

河北省鸡泽县Ⅲ-5孔 M/G界线[10]在367.90 m、371.17～375.00 m出现深棕色、紫红色粘土, 492.57 m以下出现20小层紫红色、5层棕红色粉质粘土。河北省临西县Ⅲ-9孔 M/G界线在320.00 m,该界线之上仅119.70～122.30 m为棕红色粘土,308.70～314.40 m层段上部为棕红色粘土,下部为灰黄、锈黄色粘土;M/G界线之下的320.00～323.20 m为棕红色(偶有灰绿色粘土）,至473.00 m深度共有14层棕红色粘土,473.00～489.00 m层段上部为棕红色粘土,下部为紫红色粘土,489.00 m之下为12层棕红色、紫红色粘土。由于固2孔、Ⅲ-5孔、Ⅲ-9孔皆为 M/G界线下即见厚层棕红色粘土[10],符合进入第四纪气候突然转型的古气候背景,故采用厚层棕红色粘土最高出现层位。

沧州市区基本坐落在沧县隆起处,理论上M/G和B/M界线应浅些,但沧补12孔这两条界线较深。认为B/M界线确定在190 m左右较好,现在确定的M/G界线之上依然出现厚层状棕红色粘土,是全区进行古地磁测试钻孔的特例(图1）。

1.2 中更新统的确定

根据南堡倴5、临西Ⅲ-9、饶阳6、肃宁肃开5、肃宁肃开10孔等古地磁解译结果,参考固安固2、鸡泽Ⅲ-5、海兴沧13、海兴7-17-1、沧州沧补12孔等古地磁解译结果,同时考虑凹陷和隆起构造单元的影响,综合确定中更新统底界在50～180 m。

1.3 上更新统的确定

晚更新世以来滨海地带三次大海侵始自末次间冰期,即深海氧同位素5期的0.128 M a,上更新统底界在60 m左右。三次海侵层岩石地层特点明显,皆呈灰色,且三个海侵层底几乎皆可见基底泥炭或相近的富有机质粘土。一般在第三海侵层下是垂向地层中杂色粘土或较大钙质结核、棕红色粘土的最后出现层位。山前以S1古土壤为底界,中部平原以50～60 m深度的淋滤淀积层为底界,没有此淋滤淀积层者,大体以60 m左右的砂层为底界。

1.4 全新统的确定

在沿海地带,以0.01 Ma为全新世开始时间,大体在基底泥炭之下。由海向陆方向,由于海水逐渐淹没陆地,这一层序界面不等时,从这个角度分析,不能在远离沿海地带据泥炭层14C测年资料盲目下推一段以与0.01 Ma年数值吻合。由于晚更新世末次盛冰期是第四纪中最冷的阶段,即使是泥质沉积物亦普遍因海平面下降、地下水位下降遭受氧化,应将此界线放在末次盛冰期砂层之上的锈黄色粘性土和无锈黄色粘性土之间。全新统底界大致在20 m左右。

2 修订后的结果

修订后的河北平原第四纪地层组(表3）为:下更新统(Q1P）—杨柳青组;中更新统(Q2P）—欧庄组;上更新统(Q3P）—杨家寺组;全新统(Qh）—歧口组、高湾组。

图1 河北平原部分钻孔古地磁极性柱对比[9]Fig.1 The comparison of parts of the drilling Palaeomagnetic polarity on Hebei Plain

表3 修订后河北平原各省第四纪地层系统Table 3 Emended Quaternary stratum system in every province on Hebei Plain

依据地层岩性组合特征及各小区典型钻孔第四纪地层剖面对比图,以2.58 Ma为第四系下限与以3.06 M a为第四系下限相比,河北平原第四纪地层厚度普遍“变薄”。冀中小区第四系下限提升80～155 m;天津—南宫小区提升45～110 m;黄骅小区提升50～140 m;埕宁小区提升45～80 m;邱县—临清小区提升40～100 m;唐山小区提升90～220 m;山海关小区由于缺失下更新统和中更新统,第四系下限不变(图2）。

3 结论

本文依据《中国地层指南》规定,以已往基础测试资料(如14C、古地磁定量资料）为基本依据,综合考虑沉积物颜色、岩性、结构、韵律及沉积旋迴、标志层(古土壤、泥炭层及淋滤层）等因素,对河北平原第四纪地层进行了初步修订。与3.06 M a的第四纪下限相比,修订后的河北平原第四系厚度减小40～220 m,各统厚度也有不同程度的变化。

图2 河北平原第四纪地层小区分布Fig.2 The subset distribution of the Quaternary strata on Hebei Plain

本文是在以往研究基础上对河北平原第四纪地层划分的一次探讨,其成果为建立华北平原含水层结构模型搭建了平台。由于一些小区缺乏古地磁测年资料,而标志层、沉积物颜色特征界限又不明显,故影响了第四系下限和各统底界划分精度,有待今后进一步完善。

[1] 陈望和,倪明云.河北第四纪地质[M].北京:地质出版社, 1987.76-173.

[2] 杨子庚,李幼军,丁秋玲,等.试论河北平原东部第四纪地质几个基本问题[J].地质学报,1978(3）:1-22.

[3] 邵时雄,王明德.中国黄淮海平原第四纪地质图中国黄淮海平原第四纪岩相古地理图说明书[M].北京:地质出版社,1989.1 -44.

[4] 黄月环,左淑珍,吴春燕.河北省第四纪地质图说明书[M].石家庄:河北科学技术出版社,1992.1-47.

[5] 全国地层委员会.中国地层指南及中国地层指南说明书[S].北京:地质出版社,2001.1-59.

[6] 陈孝燕.山东平原第四纪早期不整合面研究[A].中国近海及沿海地区第四纪进程及事件[C].北京:海洋出版社,1989.1126-1131.

[7] 李鼎容,谢振钊,王安德,等.北京平原第四系划分及其下限问题[J].石油与天然气地质,1982,3(4）:379-386.

[8] 王强.中国第四系研究中的几个问题[J].海洋地质与第四纪地质,1992,12(3）:87-94.

[9] 王强,刘立军,徐海振,等.华北平原第四系下限的再研究[J].地质调查与研究,2003,26(1）:52-59.

[10] 张志良.河北平原三个钻孔岩芯古地磁测量及其第四纪地层年龄的确定[J].天津地质学会志,1988,6(2）:91-99.

Study on Quaternary Stratigraphic Division on Hebei Plain

L IU Li-jun,XU Hai-zhen,CU IQiu-ping,WANGJuan
(H yd rogeology and Engineering Geology Survey Institute,Geology and M ineral Exp loration Bureau of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China）

Based on the past tested datum,such as carbon-14 age and paleomagnetism quantitative datum,integrating w ith the sediments color,lithology,structure,sedimentary rhythm and sedimentary cycles,marker bed included ancient soil,peat bed and leached ho rizon and so on,app lying stratigraphy,biostratigraphy and climate stratigraphy and other means,728 holes are analyzed and according to Guide of China Stratigraphy,Quaternary stratigraphies of Hebei Plain have been p reliminary revised. Taking 2.58 Ma as the lower boundary of the Quaternary,0.78 Ma as the lower boundary of the M iddle Pleistocene,0.128 Ma, about equation the fifth stage of deep-sea oxygen isotope o rigination,as the lower boundary of the upper pleistocene,0.01 Ma, about equation the first stage of deep-sea oxygen isotope origination,as the lower boundary of the holocene series.The thickness of the Quaternary of Hebei Plain reduces 40～220 m after revised.It is the classification fo r the Quaternary stratigraphies of Hebei Plain study to build a p latform for the aquifer structuremodel of the No rth China Plain.Due to lack of some palaeomagnetic datum in some individual small areas of the p lain,the accuracy of the Quaternary lower boundary,the subdivision of the Quaternary and the regional top-level are effected.

Hebei Plain;Quaternary;stratum division

P534.63

A

1672-0504(2010）02-0054-04

2009-10-14;

2009-12-24

中国地质调查局国家地质大调查项目(200110400001）

刘立军(1964-）,男,高级工程师,研究方向为水文地质、工程地质。E-mail:llj8378@163.com