延庆千家店地区硅化木赋存层位及形成时代分析

焦润成，王荣荣，张淑云



延庆千家店地区硅化木赋存层位及形成时代分析

焦润成1，王荣荣2，张淑云2

（1.北京市地质研究所，北京 100011；2.中国地质大学，北京100083）

北京延庆千家店土城子组中的硅化木自发现以来，得到了众多学者的关注，但关于硅化木的赋存层位和形成时代一直未有定论，目前主流观点认为硅化木广泛发育于土城子组一段和二段的下部，关于其形成时代则自侏罗纪早期至白垩纪早期的论述均有，这种争论显然不利于木化石的保护、科普和进一步深化认识。在千家店土城子组进行的考察结果展现出与前人观点不同的线索。实地考察、剖面测量和年龄测试结果显示：原位埋藏硅化木形成时代应为晚侏罗世早期，赋存层位为土城子组一段下部，而土城子组二段下部的沉积特征反应出当时水位频繁升降，水体能量剧烈变化，火山活动暂时陷入沉寂的沉积环境，较难满足形成木化石的基本要求。

千家店；硅化木；土城子组；晚侏罗世早期

0　引言

千家店镇位于北京市延庆县东北部深山区，自发育于土城子组中的硅化木发现以来，该地区吸引了众多学者和游客的关注。几十年来，与该地区硅化木相关的地质调查和研究成果十分丰富（中国地层典编委会，2000；北京市地质矿产局，1996；北京市地质调查所，1999；北京市地质矿产局，1991；鲍亦冈等，2001）。关于硅化木赋存的层位，研究者一般认为在土城子组一段和二段的下部（赵兴国，1999）；而其形成时代则众说纷纭，未见有学者进行过细致的研究报道。笔者在千家店土城子组进行考察时认为，原位埋藏硅化木应普遍发育于土城子组一段下部，土城子组二段并不具备良好的硅化木形成条件，发现木化石的可能性较小；同时通过测年数据和对比分析，认为硅化木的形成时代应为晚侏罗世早期。

1　区域地质背景

硅化木发育于千家店土城子组地层中。该套地层由林朝棨于1942年在辽宁省北票土城子附近创名。在北京地区该套地层原名后城组，经地层清理后，改名土城子组，并划分为三个岩性段（中国地层典编委会，2000）。根据笔者在千家店土城子组进行的剖面测量结果，土城子组一段由复成分砾岩、凝灰质砂岩、粉砂质泥岩、泥岩构成沉积韵律；第二段由花岗质砾岩、凝灰质粉砂岩、粉砂岩构成沉积韵律；第三段以复成分砾岩、含砾粗砂岩、砂岩构成沉积韵律。其中硅化木普遍赋存于泥质岩类地层中，在下德龙湾附近的白河南北两岸均有出露。

2　千家店土城子组一段展布情况

关于原位埋藏硅化木的出露位置笔者和前人认识出入不大（图1），而关于硅化木赋存层位的分歧归根结底是对千家店土城子组一段展布问题的不同认识。

在前人的调查研究中，千家店地区土城子组一段仅发育于白河以南，而白河以北则由于超覆作用，土城子组一段缺失。笔者通过剖面测制和实地考察，认为白河以北同样发育了一定厚度的土城子组一段地层。土城子组一段底部为白云质角砾岩，下部以凝灰质砂岩和粉砂质、泥质岩类为主，中间夹复成份细砾岩和数层火山凝灰岩；土城子组二段下部以花岗质砂砾岩和砂岩、粉砂岩组成韵律旋回。从岩性组合特征上来看，一段下部和二段下部有着明显的不同；花岗质砾岩的多次出现表明该时间段有大量外来物质进入。

与上述描述相对比，白河以北（硅化木公园核心区）的硅化木赋存层位明显与土城子组一段下部的特征相符。

图1　硅化木赋存位置Fig.1 Accurrence Location of the Petrified Wood

2.1岩性组合特征

根据前人研究成果和笔者开展的剖面测量结果，

2.2底砾岩发育特征

土城子组与雾迷山组接触带上发育一套厚层底砾岩，随着所处沉积位置的不同，砾岩厚度约数米至十数米不等。砾石成份均为雾迷山组白云岩，磨圆和分选较差，颗粒呈高角度排列，表现出快速的冲积扇沉积特征。

实地考察发现，该套砾岩层在白河南北两岸的土城子组底部均有出露，表明白河以北确实有土城子组一段发育。

2.3标志层展布特征

除了白云质底砾岩可作为判断土城子组一段的标志外，在土城子组一段上部发育有一套典型的沉积组合，可作为判断土城子组一段的重要标志。由下至上依次为复成分砾岩，紫红色砂岩、粉砂岩互层和灰绿色流纹质凝灰岩夹紫红色粉砂岩薄层，最上部为厚约230m由灰紫色复成份细砾岩与紫红色粉砂岩构成的韵律沉积。该套沉积组合也是一段和二段的分界标志，自此向上开始发育总厚度约570m的杂色花岗质砂砾岩和灰绿色砂岩、粉砂岩组成的韵律层，砾岩层底部普遍发育“V”字型冲蚀沉积构造。体现了土城子组一段和二段之间构造环境及沉积环境的突然变化。

上述沉积组合在白河以北硅化木公园核心区西侧的山梁上同样有稳定出露，可由园区修建的登山步道攀登至山顶进行观察。此外，该套沉积组合还可在三道梁西北的沟道内以及花盆村东的千沙公路沿线观察到良好露头（由于陆相断陷盆地沉积的特殊性，千沙公路沿线的沉积物存在一定的相变，但总体岩石组合特征依然明显）。

以上标志层的展布情况表明白河峡谷以北同样发育了一定厚度的土城子组一段地层，而该套地层恰巧就是目前已发现的硅化木发育最集中的地区。

2.4低水位体系域沉积砾岩特征

通过岩性组合特征和标志层展布特征的分析我们知道：土城子组二段中下部（大规模火山活动之前）在低水位域沉积的砾岩均为杂色花岗质砾岩，而土城子组一段在低水位域沉积的砾岩为以安山岩和凝灰岩为主的复成分砾岩，二者在沉积物质来源上有本质的不同。

在白河以北的硅化木公园核心区西侧山坡上发育有多套复成分砾岩（可沿登山步道观察露头），这同样可作为白河以北发育土城子组一段的证据。

3　千家店硅化木赋存层位分析

通过上述分析，不论是岩性组合特征、底砾岩发育特征、标志层展布特征还是低水位域沉积砾岩特征，都有较充分的证据证明：在下德龙湾白河以北有一定厚度的土城子组一段发育，而几乎所有已发现的原地直立埋藏木化石均赋存此处。

而对于土城子组二段中是否有可能有木化石赋存，笔者通过沉积环境对比，对其进行了简单分析。

根据张元福、王荣荣的研究，硅化木赋存于土城子组下部最大湖泛期的泥质岩层中，而湖泛期前后频繁的火山活动为其提供了足够的酸性物质以完成硅化交代（张元福等，2012；王荣荣，2015）。

反观土城子组二段，其中下部约570m厚的沉积层位中，杂色花岗质砂砾岩和灰绿色粉砂岩组成了约10个韵律旋回，表现出频繁的湖侵湖退体系域变化。这种频繁的变化较不利于稳定的湖泊沉积的形成，同时水体能量的剧烈变化也不利于树木的掩埋和保存。更加重要的是：在该沉积层位中并未发现火山沉积，这意味着当时火山活动陷入沉寂，水体环境中酸性很可能不足，难以满足硅化交代形成木化石的基本要求。

因此，整体而言，土城子组二段中发育硅化木的可能性较小。

4　千家店硅化木形成时代讨论

目前，关于千家店硅化木形成时代的论述和报道较为混乱，时间跨度达到180～140Ma，几乎囊括了大半个侏罗纪。这显然是不够严谨的。

千家店硅化木赋存于土城子组一段下部，因此其形成时代应该是该断陷盆地沉积的初期。关于土城子组的沉积时代，不少学者做了大量研究（北京市地质研究所，2014；汪洋等，2003；张宏等，2008；刘永清等，2010；郑月娟等，2010；王思恩等，2013）。笔者在对土城子组时代的研究中，通过锆石微区定年，测定千家店土城子组的下部火山岩年龄为157.62±0.69Ma（测试单位：天津地质调查中心试验测试室），即晚侏罗世早期。结合前人的生物地层对比研究，该时代应较为可靠。该火山岩层位于木化石赋存层位上部约20m处，其年龄基本能够代表硅化木形成的年龄。

5　结论

（1）通过岩性组合特征、底砾岩发育特征、标志层展布特征和砾岩层特征分析，认为千家店白河以北发育有一定厚度的土城子组一段地层，而原位埋藏硅化木应发育于土城子组一段下部，二段中发现硅化木的可能性较小。

（2）通过测年数据和对比分析，认为硅化木的形成时代应为晚侏罗世早期。

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［4］北京市地质矿产局. 北京市区域地质志［M］. 北京：地质出版社，1991：186～190.

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［6］赵兴国. 加强保护特色地质景观——北京延庆辛家栅子硅化木化石群［J］. 北京地质， 1999，11（4）：26～27.

［7］张元福，魏小洁，徐杰，等. 北京延庆硅化木公园地质剖面陆相层序地层特征分析［J］. 地学前缘，2012，19（1）：68～77.

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Occurrence Strata and Formation Age of Petrified Wood in Qianjiadian Area
of Yanqing County

JIAO Runcheng1， WANG Rongrong2， ZHANG Shuyun2
（1.Beijing Institute of Geology， Beijing 100011； 2.China University of Geosciences， Beijing 100083）

The petrified wood of Tuchengzi Formation in Qianjiadian area of Yanqing County， has attracted received many scholars’ attention since it was discovered. However， its hosting strata and formation age are uncertain. At present， the main view is that the petrified wood is widely developed in lower part of the first and second unit of Tuchengzi Formation. However， its formation age is discussed from the Early Jurassic to the Early Cretaceous. These arguments are clearly not conducive for the wood fossil protection and further study. Profile measurement and fieldworks show that the petrified wood likely formed in the early stage of Late Jurassic， and it developed likely in lower part of the first unit of Tuchengzi Formation. The sedimentary characteristics of lower part of the second unit of Tuchengzi Formation reflect an inapposite environment， which presented as frequent water lift， dramatic changes in the energy of water， a temporary silence of volcanic activity. The environment is difficult to meet the basic requirements of the formation of wood fossil.

Qianjiadian area； Petrified wood， Tuchengzi Formation， the early stage of Late Jurassic

P534.52

A

1007-1903（2016）02-0056-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.011

北京市国土局项目（编号：0747-1361SITCN217）、中国地质调查局项目（编号：1212011220044）

焦润成（1986- ），男，硕士，主要从事遥感地质和地质遗迹相关工作。邮箱：tanner-doll@126.com