河北省围场县北部山湾子盆地古风化壳对大北沟组地层划分的意义

邓绍颖，吴洋，邓雯，王艳凯，申晋青，李丰

（河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊 065000）

河北省围场县北部山湾子盆地古风化壳对大北沟组地层划分的意义

邓绍颖，吴洋，邓雯，王艳凯，申晋青，李丰

（河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊 065000）

通过1/5万区域地质调查，笔者在围场县北部山湾子盆地张家口组顶部发现古风化壳，风化壳由张家口组顶部酸偏碱性火山岩风化残积形成，灰紫、紫红色，厚5～100 cm，延伸较稳定，长约30 km，垂直分带特征明显，上部为强风化的残积层，结构疏松，残积碎石颗粒较小，粘土矿物占比较高；下部为半风化层，主要由残积碎石组成，原岩结构、构造特征保存较完好，底部风化强度较弱，碎石间仍断续相连，与下伏基岩呈渐变过渡，风化壳的存在,表明大北沟组与下伏张家口组之间存在明显间断，我们将其确定为大北沟组底界，解决了以往区内张家口组与大北沟组界线位置不易确定及划分比较混乱的问题。山湾子盆地半壁山河南大北沟组剖面顶底齐全，化石丰富，接触关系清楚，无疑是研究大北沟组较为理想的场所之一。笔者等对围场北部山湾子盆地大北沟组进行了划分对比研究，为区域上大北沟组的研究及大北沟组与张家口组界线的划分具有借鉴意义。

围场；山湾子盆地；古风化壳；大北沟组；划分对比

大北沟组由河北省第二区测队1975创名，层型剖面位于滦平县大北沟村北，原始定义是指张家口组之上，西瓜园组之下的一套地层。1991年《河北省岩石地层》对大北沟组进行了重新定义[1]，泛指冀北及邻区张家口组之上，义县组或九佛堂组之下的一套火山-沉积岩组合。其下部为灰绿、灰白色及少量灰紫色凝灰质砾岩、砂岩、凝灰质粉砂岩、页岩、凝灰岩及泥灰岩；上部为中基性熔岩，酸性熔岩及火山碎屑岩。其下与张家口组，其上与义县组或九佛堂组之间均为平行不整合接触关系。《河北省岩石地层》出版之后，大北沟组备受争议，其地层层序、岩性组合、界线位置均有不同的观点，有人认为大北沟组是根据地层中所含生物化石来划分的，有悖于岩石地层划分原则，甚至有人[2]认为不同盆地岩相变化大、厚度相差悬殊，区域延伸性差，应取消该组，将其并入九佛堂组或义县组内；不仅如此，大北沟组与下伏张家口组同样存在不易区分，划分比较困难的问题，据王思恩等研究[3]滦平盆地的大北沟组＋“张家口组”＝张家口盆地的张家口组。尽管《河北省岩石地层》对大北沟组进行了明确的定义，但由于陆相火山-沉积地层相变大，不同盆地大北沟组中火山岩的发育程度不同，因此人对大北沟组划分标准的把握也很难一致，划分结果就会出现差异，尤其是地层界线划分，不同的地质工作者在不同的盆地也建立了不同的标志，如李佩贤等[4]在对冀北滦平盆地侏罗系-白垩系岩石地层研究后认为，“正常沉积岩层的出现并取代凝灰岩成为主要的岩层，是划分大北沟组与张家口组界线的标志”。到目前为止大北沟组还未形成一个被广泛接受又容易识别的界线划分标志，容易造成即使同一盆地，不同的人会把大北沟组与上覆、下伏地层的界线放在不同位置的情况出现，这也是现阶段大北沟组划分中存在的现实问题。笔者2012—2014年在围场县北部开展1/5万三义号等四幅区调过程中，发现位于冀北-蒙南交界地带的围场北部山湾子盆地张家口组顶部存在古风化壳[5]，古风化壳特征明显，易于识别，显示大北沟组与下伏张家口组之间存在明显间断，我们将其作为大北沟组底界，对围场北部山湾子盆地大北沟组进行了划分对比研究，希望能对冀北-蒙南地区大北沟组的研究及大北沟组与张家口组界线的确认等后续研究工作能起到抛砖引玉的作用。

1 地质背景

山湾子盆地位于冀北、蒙南交界地带的围场北部山湾子-新拨一带。构造位置属华北陆块北缘镶黄旗-赤峰晚古生代活动陆缘，中生代以来，纳入滨太平洋构造域，属大兴安岭-太行山板内造山带，大兴安岭中南段中生代火山喷发带南缘（内蒙古）与丰宁-围场-赤峰火山喷发带（河北）的过渡地带。受濒太平洋构造控制，早白垩世区域构造应力场表现为NW-SE伸展，在区内形成了一系列NE-NEE向展布的断裂和岩浆活动带，山湾子盆地正是在此拉张背景下形成的北东向断坳盆地，早白垩世早期接受了张家口组早期河湖相砾岩、砂岩等沉积及随后大面积酸性火山岩喷发，形成流纹质、粗面质、石英粗面质凝灰岩、熔结凝灰岩、熔结角砾凝灰岩、角砾集块岩、流纹岩、石英粗面岩等一套酸偏碱性火山岩组合。之后火山活动停歇，张家口组顶部遭受风化剥蚀，形成厚0～100 cm风化残积层。张家口组之后随着地壳进一步伸展，北东向断裂构造加剧，形成大北沟组早期中、酸性火山喷发，岩性为安山岩、安山质集块角砾岩、流纹质凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩等，平行不整合覆于张家口组之上，随着火山活动的减弱，岩浆房开始冷却收缩，北山根一带破火山塌陷形成湖泊，形成大北沟组以含较丰富尼斯托叶肢介化石为特色的一套砂岩、粉砂岩、页岩、灰岩等湖相沉积及厚度不大的流纹质凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩等酸性火山岩；之后火山活动进入间歇期，大北沟组遭受风化剥蚀，形成间断，其上平行不整合覆盖了义县组以溢流相安山岩为主的一套火山-沉积岩组合。

2 剖面特征

山湾子盆地大北沟组分布广泛，其中山湾子乡半壁山河南-北山根一带顶底全，中部湖相沉积层发育，沉积层中化石丰富，PM05剖面最具代表性（图1、2）。

剖面北东起于半壁山村东南780 m处，总导线方位210°；剖面比例尺：1/1 000；交通便利，露头较好，层理清晰，顶底出露齐全，平行不整合覆于张家口组之上，伏于义县组之下。

图1 山湾子盆地地质简图Fig.1 Geological sketch map of the Shanwanzi basin

图2 围场县半壁山河南村下白垩统大北沟组（K1d）实测剖面图Fig.2 The measured section of Dabeigou formation in Banbishan Henan village of Weichang County

3 大北沟组顶底界面

图3 风化壳野外特征Fig.3 Field characteristics of the weathering crust a.宏观展布特征；b.局部放大特征

山湾子盆地大北沟组底界的确认，以张家口组石英粗面-流纹质含角砾弱熔结凝灰岩（剖面0层）顶部发育的风化壳为标志（图3a，3b）[5]，该风化壳由张家口组顶部石英粗面-流纹质熔结角砾凝灰岩、流纹岩、流纹质凝灰岩等风化残积形成，呈灰紫、紫红色，非常醒目延伸30 km以上，易于识别；风化壳垂直分带特征明显，上部为强风化的残积层，结构疏松，残积碎石颗粒较小，粘土矿物占比较高，发育由粘土矿物高岭土集中分布形成的白色条带及不规则状白色团块；下部为半风化层，主要由残积碎石组成，原岩结构、构造特征保存较完好，底部风化强度较弱，碎石间仍断续相连，与下伏基岩呈渐变过渡。风化壳之上为大北沟组下部安山岩，厚度数十米至百余米不等，在区内延伸稳定，局部安山岩底部可见熔浆遇水快速冷却形成的淬碎现象，反映了风化壳经历了较长时间的暴露风化后，局部已再度沉降覆水的特征，大北沟组中沉积岩多呈灰绿、灰黄色，尤其是中部湖相沉积层中化石丰富，与下伏张家口组以紫红色砂砾岩为代表的红层特征差异明显。

山湾子盆地大北沟组顶界，以顶部流纹质玻屑凝灰岩等酸性火山岩（剖面31层）喷发之后形成的间断为界，并将该间断之上大套厚层状安山岩的出现作为划分义县组的标志，义县组安山岩在本区厚可达数百米，常形成陡崖峭壁，易于识别，安山岩底部常出现厚度不等的砂砾岩层（剖面31层之上的砾岩），砾石成分以下伏大北沟组安山岩、流纹质火山岩为主，明显具底砾岩性质，也是划分义县组的一个辅助标志。

大北沟组与下伏张家口组及上覆义县组产状一致，均存在明显间断，为平行不整合接触。

4 生物化石产出状况

河北省区测队1979年1/20万棋盘山幅区调①河北省地质局第二区域地质测量大队,1/20万棋盘山幅区域地质矿产调查报告,1979.，在山湾子北山根一带大北沟组二段灰绿色凝灰质粉砂岩中（剖面16层）采到：Nestoria pissovi（皮索夫尼斯托叶肢介）、N.sp．（尼斯托叶肢介未定种）、Sentestheria banjietaensis（半截塔刺边叶肢介）、Weichangiops triangularis（三角围场鲎新属新种）；在新拨白云皋附近板状泥灰岩夹砂岩、凝灰质砂岩夹薄层粉砂岩中采到：Nestoria asiatica（亚洲尼斯托叶肢介）、N.pissovi（皮索夫尼斯托叶肢介）、N.cf.pissovi（皮索夫尼斯托叶肢介相似种）、Weichangiops triangularis（三角围场鲎新属新种）、W.rotunda（圆形围场鲎新属新种）、Brachygastriops sinpoensis（新拨短复鲎新属新种）。

本次工作在山湾子盆地北山根-半壁山河南一带大北沟组二段灰黄色、灰绿色粉砂岩、泥晶藻屑灰岩、灰黄色含砂质砂屑泥晶白云岩中（剖面8层）采集到叶肢介化石数百件，经南京古生物所鉴定主要有：Megaumbonia fengwuliangensisNiu（峰窝梁大胎壳叶肢介）、Nestoriasp.尼斯托叶肢介（未定种）。这两属叶肢介是冀北大北沟组常见的分子。壳瓣生长线粗而凸起，生长带上具有大网状纹饰，大胎壳叶肢介以胎壳大而区别于尼斯托叶肢介属。一般生活于浅而较平静的水体。

5 地层划分对比及时代讨论

5.1 划分沿革

围场北部山湾子盆地晚中生代地层的系统研究始于1978—1979年，河北省地质局第二区域地质测量大队在1/20万棋盘山幅区域地质矿产调查过程中，首次在区内建立了大北沟组①，限于当时的研究和认识条件限制，其所称的大北沟组涵盖了现今的义县组及张家口组部分层位，与当今的主流划分虽存在一定差异，但其取得的第一手资料较为详实，尤其是在北山根一带灰绿色凝灰质粉砂泥岩（相当于前述剖面16～19层）中采到大量化石,年代地层划为侏罗系上统。2009年中国地质科学院、河北区域地质矿产调查研究所1/25万西老府幅，重新识别与系统厘定了包括山湾子盆地在内的晚中生代岩石地层单元和层序，划分出了张家口组、大北沟组、义县组，将张家口组置于早白垩世①中国地质科学院、河北区域地质矿产调查研究所，1/25万西老府幅区域地质调查报告，2009.。2012—2014年笔者在开展1/5万三义号等四幅区调过程中，发现该套火山-沉积地层中存在古风化壳之后（图3a，3b），对该套地层进行了重新认识（表1），将大北沟组底界上移至古风化壳的位置，风化壳之下原划大北沟组的一套紫红色砂砾岩-酸偏碱性火山岩组合划归张家口组，并在张家口组顶部石英粗面质熔结角砾凝灰岩中（PM03TW1）获取了140±1 Ma锆石U-Pb年龄[5]。风化壳之上划为大北沟组，并相应划分三个段，下部以中性火山岩为主划为一段（剖面1～4层），中部以沉积岩为主划为二段（剖面5～27层），上部以酸性火山岩为主划为三段（29～31层），与下伏张家口组及上覆义县组均为平行不整合接触。纵向上观察，大北沟组较下伏张家口组沉积岩比重明显增多，砾（粒）度变细，向上出现粉砂岩、泥质粉砂岩、灰岩层，岩石颜色也由褐黄色向灰色、浅灰绿色过渡，含有尼斯托叶肢介Nestoriasp.等生物化石，显示了大北沟期已逐渐变为较湿润的，适宜生物生长的河湖相沉积环境，这与张家口组顶部紫红色砂砾岩所显示的干旱炎热的红层环境已有明显不同，大北沟组出现中性火山岩，但还远未达到义县组中性火山岩占统治地位的程度。山湾子盆地大北沟组与下伏张家口组、上覆义县组差异是明显的，划分标志清楚。

表1 山湾子盆地大北沟组划分沿革Tab.1 The division and evolution of Dabeigou formation in Shanwanzi basin

5.2 地层对比

冀北地区晚中生代富含热河动物群的火山-沉积地层研究程度很高，尤其是富含尼斯托叶肢介化石的大北沟组，前人做过大量工作，积累了丰富的资料。山湾子盆地位于冀蒙交界的坝沿地带，北与大兴安岭中南部接壤，盆地内大北沟组发育较好，一段主要为安山岩、安山质集块角砾岩等中性火山岩组合，厚度37.49～61.90 m；二段为一套富含Nestoria pissovi叶肢介动物群的沉积岩组合为主，少夹中、酸性火山岩薄层，在半壁山河南村以正常河湖相沉积为主，出露厚度约73.76 m，向西延伸至爽家店一带，沉积岩层厚度变薄，约35.85 m，岩石中含有大量凝灰物质，相变明显；三段为一套厚度不等的酸性火山岩少夹沉积岩组合，约8.30～49.68 m。盆地不同部位、不同火山机构火山活动强度不同，也造成大北沟组横向相变较大，火山岩层厚度与沉积岩层厚度此消彼长，但总体上为一套中酸性火山岩-沉积岩组合，平行不整合覆于张家口组之上，伏于义县组之下，有相对稳定的岩石组合，在地层序列中有固定的位置，以含尼斯托叶肢介（Nestoria）等生物组合为特征。与滦平盆地大北沟组层型剖面相比（图4），本区中酸性火山岩明显增多，滦平盆地大北沟组层型剖面以沉积岩为主，岩性组合与本区大北沟组二段较为一致，反映了滦平盆地大北沟组沉积过程中，本区还间歇性有中酸性火山活动发生；与丰宁茶棚大北沟组次层型剖面相比[6]，大北沟组岩性组合特征一致性更好，但地层厚度差别较大，丰宁茶棚大北沟组543.9 m，未出现本区大北沟组底部的中性火山岩层，这种差异也正是陆相火山沉积地层相变较大的真实体现。本区大北沟组同滦平盆地大北沟组（层型剖面）以及丰宁茶棚大北沟组（次层型剖面）地层序列位置相当，均覆于张家口组之上，富含Nestoria pissovi叶肢介动物群等热河生物群分子，本次工作我们采集到的：Megaumbonia fengwuliangensis Niu（峰窝梁大胎壳叶肢介）、Nestoria sp.尼斯托叶肢介（未定种）两属叶肢介是冀北大北沟组Nestoria pissovi组合带常见的分子，属热河生物群的早期分子，尽管岩性、岩相存在一定变化，但总体上均为发育中酸性火山岩及沉积岩的陆相火山沉积地层，因此明显可比。

图4 大北沟组柱状对比图Fig.4 The columnar contrast figure of Dabeigou formation

5.3 时代讨论

区域上大北沟组年代地层归属一直存在不同的意见，以往古生物学者多将大北沟组置于上侏罗统[7，8]，将侏罗系的顶界置于大北沟组之上；另一些地质工作者，通过大量的高精度测年研究，趋向于将白垩纪的底界置于张家口组之下[9-11]。2014年《中国地层表及说明书》根据国内、外研究的进展,将白垩系—侏罗系的界线年龄由137 Ma调整为145 Ma。相关阶的位置亦随之作相应调整,原属上侏罗统顶部的大北沟阶,因所测出的年龄均小于145 Ma，因此上移至下白垩统,改称冀北阶,对应的岩石地层单位涵盖了大北沟组及张家口组[12]。本次工作我们在大北沟组之下张家口组石英粗面质熔结角砾凝灰岩中获取了138.0±1.9～140.06±0.5 Ma同位素（锆石U-Pb）年龄值，在侵入大北沟组的二长斑岩中获取了136±1 Ma同位素（锆石U-Pb）年龄值，在大北沟组之上义县组二段安山岩中获取了129.5±0.7 Ma、130.6±1.1 Ma同位素（锆石U-Pb）年龄值，一系列高精度年龄值将大北沟组的形成时间限定在130.6±1.1 Ma～138.0±1.9 Ma间，均支撑将大北沟组划归早白垩世。

6 结论

山湾子盆地张家口组顶部古风化壳在本区的首次发现，确认了区内张家口组与大北沟组的平行不整合接触关系性质，解决了以往区内张家口组与大北沟组界线位置不易确定及划分比较混乱的问题。山湾子盆地半壁山河南大北沟组剖面顶底齐全，接触关系清楚，地质内容丰富，尤其是富含Nestoria pissovi叶肢介等大北沟组中最为常见的热河生物群分子，无疑是研究大北沟组较为理想的场所，山湾子盆地大北沟组的合理划分，也为区域上，尤其是冀北-蒙南地区大北沟组的研究及大北沟组与张家口组界线的确认具有一定的借鉴作用。

致谢：本文是在1/5万三义号等四幅区调项目成果基础上总结而成，参加该项目野外工作的还有孙肖、刘洪章、葛健、杨宁等，在此表示衷心感谢。

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Paleo-weathering crust significance for the Dabeigou formation division in Shanwanzi basin,Beishan area,Heibei province

DENG Shao-ying,WU Yang,DENG Wen,WANG Yan-kai,SHEN Jin-qing,LI Feng

(Hebei Institute of Regional Geological and Mineral Resource Survey,Langfang Hebei 065000,China)

During the 1/50 000 scale regional survey,we discovered a paleo-weathering crust in the upper of the Zhangjiakou formation in the Shanwanzi basin in the north of Weichang County,Heibei province.The paleoweathering crust is formed by weathering residual acid alkaline volcanic rocks with colour purple or purple red, thick 5～100 cm,more stable extension,about 30 km,vertical zoning characteristics.The upper part is a strong weathering residual layer,the structure is loose,the residual gravel particles are smaller and the clay minerals are relatively high.The lower part is a semi-weathered layer that is mainly composed of residual crushed stone,the structure of the original rock is well preserved,the weathering intensity is weak at the bottom,and the gravel is still intermittently connected and the underlying bedrock gradual transition.The weathering crust shows that there is a obvious discontinuity between the Dabeigou formation and the underlying Zhangjiakou formation.We identified it as the bottom boundary of the Dabeigou formation that has solved the problem of the boundary between Dabeigou formation and Zhangjiakou formation.We also studied the classification and correlation of the Dabeigou formation in the Shanwanzi basin in the north of Weichang area for giving some inspiration to the follow-up work.

weichang;Shanwanzi basin;paleo-eathering crust;Dabeigou formation;classification and correlation

P534.53

A

1672－4135（2017）02－0119-07

2017-02-27

国家地质调查项目“晋冀成矿带地质矿产调查（1212011220488）”

邓绍颖（1963-），男，高级工程师，毕业于郑州地质学校，地质普查专业，长期从事区域地质矿产调查工作，E-mail： 147239882@qq.com。