杨育文,张琳,雷健,黄群龙
(1.武汉市测绘研究院,湖北 武汉 430022; 2.武汉市联发建设监理有限责任公司,湖北 武汉 430020;3.湖北省地球物理勘察技术研究院,湖北 武汉 430056)
武汉都市发展区地层特征与层序
杨育文1*,张琳2,雷健3,黄群龙1
(1.武汉市测绘研究院,湖北 武汉 430022; 2.武汉市联发建设监理有限责任公司,湖北 武汉 430020;3.湖北省地球物理勘察技术研究院,湖北 武汉 430056)
介绍了武汉都市发展区范围内地壳从海相沉积过渡到陆相沉积、历时近八亿年地球演化过程中形成的28组组级地层单元,分析了其岩土组合特性。这些地层与4界(代)、11系(纪)、17统(世)地质年代相关。文中分析可供城市区域地质调查、工程地质、城市地质信息化建设等参考。
区域地质;地质调查;地层
地层,指地球演化史上一定地质年代内、性质相近、分布在一定范围内的岩层或堆积物,具有时间概念,是区域地质调查基本内容之一。国际地层年代(地质年代)单位有界(代)、系(纪)、统(世)等,地方性的地层单位包括群、组、段、层。区域地层标准是开展地质工作的基础。据生物年代学和同位素年代学,建立了辽宁义县—北票地区辽宁义县阶标准地层[1,2],上海地区对晚新生代松散地层进行了划分[3],济南按时代、成因、岩性划分了层级地层单位[4]。长江、汉江穿过武汉三镇,形成了特殊的地形地貌,地质环境条件复杂,多个地质问题影响着城市规划、建设、管理等,一直引起广泛的关注。丁宝田认为,武汉青山地区沉积层不是河流沉积而是风沉积的[5],谢广林等探讨了武汉新构造运动早期、晚期与断裂的关系[6],区域地质问题越来越引起重视[7]。城市地质调查中,地层特性、层序等确定一直是一个颇具争议性的问题。在大量勘察数据和区域地质调查的基础上,本文探讨了武汉都市发展区范围内地层层序问题,分析了地层岩土组合特性等。
武汉市都市发展区地处长江中下游湖北省东部,以武汉主城区为中心,以外环高速公路附近的乡、镇行政边界为界线,总面积 3 469.02 km2,占武汉市全域面积的40.84%,包括1个主城区、2个开发区和6个新城区。武汉自北向南有近似平行的三列低山丘陵带,海拔高度为 50 m~200 m。按照地貌形态和地质成因,可划分为冲湖积平原区(Ⅰ)、冲积堆积平原区(Ⅱ)、剥蚀堆积区(Ⅲ)、剥蚀丘陵区(Ⅳ)4个地貌区,如图1所示[8]。
图1地貌分区略图[8]
以襄——广断裂为界,武汉都市发展区可分为两个区域大地单元。该断裂以北的凤凰山一带属秦岭——大别地层单元,地层简单,出露南华系、古近系——白垩系、第四系地层;断层以南隶属于扬子地层区下扬子地层的大冶地层小区,地表出露志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系海相沉积盖层及侏罗系、白垩系、古近系、新近系、第四系地层[8~11]。武汉都市发展区缺失奥陶系、寒武系地层。以地层地质年代和基本层序为主,综合考虑成因、接触关系、分布范围等,武汉都市发展区地层可划分成28组组级地层单位(见表1)。它们经历从远古界到新生界、从南华系到第四系地质年代,经过近8亿年、从海相沉积过渡到陆相沉积的地球演化。
从总体上看,武汉都市发展区范围内变质岩、岩浆岩分布少,绝大部分为沉积岩。变质岩仅在新洲凤凰山一带偶有零星出露,属南华系武当岩群。岩浆侵入岩零星分布于东湖高新区东南部牛山湖一带,火山岩包括武当山群和古新统~上白垩统公安寨组中的玄武岩。所有岩层中,古新统~上白垩统公安寨组碎屑岩分布最广,面积约为 1 624.04 km2,占总面积的46.82%。第四系堆积物地层分布最广,出露面积约为 2 414.78 km2(不含水域),占总面积的69.6%。下面以地层从“老”到“新”、按“系”、“群”、“组”地质单位为序,介绍各地层特征等。
该地层在武汉都市发展区东北角新洲区凤凰山一带偶有零星出露,基岩面积约 5.667 km2,是最古老岩层,形成于距今约7.4亿年[9]。该套变质岩原为“红安岩群”变质岩系之一部分,现划归为南华纪武当岩群,特征见表1。岩性在空间上变化比较大,以北的木兰山地区岩性为白云绿帘钠长变粒岩、绿帘钠长变粒岩夹白云微斜钠长浅粒岩、白云石英片岩、绿帘石团块。原岩为一套中——酸性火山岩夹泥砂质岩石,其形成环境可能为岛弧或大陆火山弧,也有学者认为武当岩群形成于南华纪伸展背景下的陆内裂谷环境[9]。须特别说明,表1中“厚度”栏是由1个~2个测剖面计算出来的,不代表分布范围地层厚度,仅供参考。
该地层分布广泛,基岩面积达 901.60 km2,占总面积的26%,是除古新统——上白垩统地层之外分布最广的地层。地表仅有早志留系坟头组分布,未见底,缺失上志留系地层。
坟头组由潘江(1956)创建的“坟头层”演变而来,创名地点在江苏省江宁县汤山坟头村(引自《湖北省岩石地层》,1996。以下各地层单位类似资料引用与此相同)。该组在区内为一套黄绿色页岩、粉砂质页岩夹薄层状粉砂岩、少量薄层细砂岩,磨山、纸坊等地其顶部发育一套砖红色中厚层状细砂岩夹粉砂质页岩。岩石中水平层理、小型波状层理及楔状层理发育。基本层序由页岩或粉砂质——粉砂岩、细砂岩组成,由下而上砂质含量逐渐增多,砂岩所占比例增大,具沉积结构序列,沉积环境由浅海陆棚向三角洲演变,其特征如表1所示。
下泥盆系时期古地理地貌推测为一向南西撒开的海湾。泥盆系地层与志留系地层相伴,零星出露,多沿褶皱翼部呈带状分布于中西部地区,滨岸相碎屑岩沉积,自下而上划分为云台观组、黄家磴组,与下伏志留系坟头组平行不整合接触[9]。
(1)云台观组
云台观组由俞建章、舒文博(1929)创建的“云台观石英岩”演变而来,创名地点在湖北钟祥市东桥镇以南的云台观,其分布与特征见表1。由石英砾岩或含砾石英砂岩层、浅灰色中~厚层状中~细粒石英砂岩层组成。下部含砾石英砂岩总体表现为由东向西、由北向南厚度变薄、砾径变小趋势;底部河流相砾石层向南东东黄石一带厚度明显增厚,向西变薄至消失;中、上部由东向西粉砂质、泥质成分增多。
(2)黄家磴组
由杨敬之、穆恩之(1951)创建的“黄家磴层”演变而来,创名地点在湖北长阳县马鞍山东侧的黄家磴。下部由薄~中层状石英砂岩与粉砂质页岩、偶夹泥质石英粉砂岩叠置而成,中上部由(粉砂质)页岩和石英细砂岩组成,以页岩、中—薄层石英砂岩的出现为分界标志,其分布和特征见表1。
晚泥盆系晚期,受江南运动影响,地壳抬升成陆,海水退却,泥盆系地层沉积暴露,遭剥蚀,总体表现为由东向西沉积厚度变厚。泥盆系地层除受后期构造运动抬升、剥蚀外,还与当时古地理环境有关。
石炭系地层与泥盆系地层相伴出露,地表分布面积小,总计不足 2 km2。由下向上依次划分为高骊山组、和州组、大埔组、黄龙组四组地层[9]。
(1)高骊山组
高骊山组系朱森(1931)创建的“高骊山砂岩”演变而来。创名地点在江苏省句容县高骊山南坡。现指平行不整合于金陵组之上、整合于和州组之下的一套灰白、黄绿色细碎屑岩。
在花山-带由(粉砂质)黏土岩——碳质页岩(煤线)——石英砂岩组成,沉积序列以(粉砂质)黏土岩为主,多见有碳质页岩、石英砂岩夹层,粉砂质黏土岩中含植物化石,属滨岸沼泽环境沉积。在锅顶山一带由黏土岩(页岩)、石英细砂岩或粉砂岩夹石英砂岩组成的沉积序列。岩石组合在横向上不十分稳定,花山一带厚 24.1 m,汉阳锅顶山厚约 46.28 m,总体显示由北东向南西变厚,其分布和特征见表1。
(2)和州组
和州组系朱森(1931)创建的“和州灰岩”演变而来。创名地点在安徽省和县香泉镇西北赤儿山南坡。该组地层整合于高骊山组之上、平行不整合于大埔组之下的一套碎屑岩,以沉积岩为主。
下部由薄~中厚层状(含砾)石英砂岩、薄层状粉砂岩、页岩组成,上部基本层序与下部相似,由砂岩、粉砂岩、页岩组成,潮坪沉积环境,其间有潮道砂和潮间、潮上微相。受早石炭系晚期淮南运动影响,地壳抬升成陆,形成早石炭系地层顶部与晚石炭系地层之间的平行不整合面,其分布和特征见表1。
(3)大埔组
大埔组系张文佑(1941)创建的“大埔白云岩层”演变而来。创名地点在广西柳城县城(旧称大埔镇)。大埔组指平行不整合于和州组之上、整合于黄龙组之下的一套灰白色白云岩。
该组地层由浅灰色块状角砾状白云岩、纹层状白云岩、灰色生物屑白云岩组成,其分布和特征见表1。下部由白云岩角砾岩~泥晶白云岩组成,向上由(生物屑)微晶白云岩夹白云岩角砾岩、泥晶白云岩组成,沉积环境由局限台地向开阔台地演化。以碎屑岩的消失,白云岩、白云岩角砾岩的出现为分界标志,与下伏地层和州组(C1h)岩性突变,接触面呈微波状面,应为平行不整合接触关系。该组露头有限,常不见底,厚度变化不详,从区域上看岩石组合特征较稳定。
(4)黄龙组
由李四光、朱森(1930)创建的“黄龙石灰岩”演变而来。创名地点在江苏省南京龙潭镇黄龙山。指整合于大埔组之上、船山组之下或平行不整合于梁山组之下的一套碳酸盐岩地层。
黄龙组由青灰色厚层状含白云质生物屑灰岩、浅灰色厚层状含白云质微晶灰泥岩叠置而成,其分布和特征见表1。层序下部、顶部灰岩中常含白云质,生物屑灰岩中生物屑种类繁多,局部见较完整的化石,为开阔台地相沉积。该组在区内露头极少,常不见底,厚度变化不详。
二叠系地层岩性多样,以碳酸盐岩和硅质岩为主,也有砂岩、页岩、碳质页岩等。由下向上划分为船山组、梁山组、栖霞组、茅口组、孤峰组、龙潭组、大隆组,共七组。
(1)船山组
由丁文江(1919)创建的“船山石灰岩”演变而来。创名地点在江苏省句容县赣船山西端,指整合于黄龙组之上,平行不整合于梁山组之下的一套碳酸盐岩地层,区内露头较少。
该组基本层序由球粒灰岩组成,具均质型基本层序特征,与下伏黄龙组之间有短暂的暴露,底部有极薄的泥岩层,纹层发育,为海侵时的潮间环境沉积,向上沉积了藻团粒、藻球粒灰岩,为浅水台地相的浅滩沉积环境沉积。该组岩性稳定,厚度总体为由南向北变薄趋势,在西北黄金堂一带缺失,其分布和特征见表1。
(2)梁山组
梁山组系赵亚曾、黄汲清(1931)创名的“梁山层”演变而来,创名地点在陕西省南郑县农丰乡梁山中梁寺。指平行不整合于船山组之上与栖霞组之间一套含煤碎屑岩。
以白云岩(生物屑)灰岩的消失或深灰色碳质页岩、碳质灰岩的出现为分界标志,与下伏地层黄龙组或船山组之间为一舒缓波状面,接触面发育,为平行不整合接触关系,其分布和特征见表1。该组在区内露头有限,呈零星分布。西南一带有增厚趋势,反映出西低东高的古地理环境。
(3)栖霞组
栖霞组由Richthofen(1912)创名的“栖霞灰岩”演变而来,创名地点在南京市东郊栖霞山。指位于梁山组与茅口组之间一套臭灰岩。
栖霞组下部由深灰色中~厚层状瘤状生物屑灰岩、碳质灰岩、碳质页岩组成,生物屑含量由下而上减少,反映出震荡变深的特点。中上部由深灰色中层状含生物灰岩与硅质岩组成韵律层对。上部由深灰、灰色燧石结核灰岩、厚层状生物碎屑灰岩组成,生物屑含量高达85%,发育块状层理,岩石单层由下而上变厚,形成向上变浅的进积型基本层序组合。总体为开阔台地相环境,其间发育台盆边缘及浅滩微相沉积,其分布和特征见表1。该组在区内露头少,岩性基本稳定,变化不明显。本组因主要由灰岩组成,且厚度较大,常发育岩溶。
(4)茅口组
前人通常将该组与栖霞组合并,这里将该组划分出来。该组分布在南部江夏区园井山、豹子洞南、鸽子山南部以及灵山一带,特征见表1。
(5)孤峰组
该组由叶良辅、李捷(1924)创建的“孤峰镇石灰岩”演变而来,创名地点在安徽省泾县孤峰镇胡家村,指栖霞组与龙潭组之间的一套硅质岩。
该组下部由深灰色薄层硅质岩、碳硅质页岩组成,组合特征具退积型结构,反映出快速变深的特点。上部由深灰、灰色中厚层状硅质岩夹少量页岩组成,为块状层理,向上单层厚度增大,呈现进积型结构。总体表现为滞留盆地相~浅海陆棚相沉积。岩性稳定,变化不明显,东南的大冶一带常相变为碳酸盐岩,表现为台~盆相间的古地理环境,其特征见表1。孤峰组区内分布较广。
(6)龙潭组
龙潭组系丁文江(1919)创名的“龙潭煤系”演变而来,创名地点在南京市东郊龙潭镇,指位于茅口组与下窑组或吴家坪组之间的一套含煤碎屑岩系。这里指位于孤峰组与大隆组之间的一套含煤碎屑岩系,其分布和特征见表1。地表见于江夏区骡子山,露头极少,由滨岸沼泽向三角洲前缘沉积环境沉积。
(7)大隆组
大隆组由张文佑、陈家天(1938)所创的“大垅层”演变而来,创名地点在广西壮族自治区合山市大隆村,指介于下窑组与大冶组之间的一套硅质岩、泥岩、砂岩等岩性组合的地层。在江夏区骡子山一带见有露头,其分布和特征见表1。岩性变化不明显,厚度总体表现为北东较南西厚,在大冶南部华家山一带相变成灰岩。
该地层由下向上划分为大冶组、嘉陵江组、蒲圻组和王龙滩组四组[9]。其中,大冶组、嘉陵江组、蒲圻组露头极少或无露头,仅见于钻孔中,王龙滩组在东湖高新区东南角一带有零星出露。
(1)大冶组
大冶组由谢家荣(1924)所创“大冶石灰岩”演变而来,创名地点在湖北省大冶县城北著名的铁山铁矿附近,指位于大隆组或吴家坪组与嘉陵江组之间一套灰岩地层,露头仅见于江夏区蒋家山、郑店东侧以及东湖高新区光谷二路西侧,从陆棚相——开阔台地——台地浅滩相沉积演化,与下伏二叠纪大隆组整合接触,以黄绿色泥质页岩的出现作为分界标志,其分布和特征见表1。大冶组为岩溶较发育地层。
(2)嘉陵江组
嘉陵江组由赵亚曾、黄汲清(1931)将原称“昭化灰岩”(赵亚曾,1924),更名为“嘉陵江石灰岩”,创名地点在广元县城北 15 km的嘉陵江沿岸,现指位于大冶组与巴东组之间一套以白云岩为主地层。地表未见露头,为台地相-开阔台地相-局限台地相沉积特征,形成一完整沉积旋回,与下伏大冶组整合接触,以薄层白云岩的出现作为分界标志,其分布和特征见表1,是岩溶较发育地层。
(3)蒲圻组
蒲圻组由李捷(1928)命名的“蒲圻紫红色砂岩层”演变而来。创名地点在湖北蒲圻城南门外陆水河边,具交错层理及波痕构造,产瓣鳃类及植物化石碎片,为内陆湖相沉积,与下伏地层接触关系不明,分布和特征见表1。
(4)王龙滩组
王龙滩组由湖北省区测队(1973)创名,地点在湖北南漳县与远安县交界的王龙滩,指整合于九里岗组与桐竹园组之间的一套碎屑岩地层。
下部杂砂岩可能为三角洲水下部分未经波浪分选的砂坝或湖口湾环境的沉积,上部为三角洲水上部分的河道边滩或心滩堆积的砂体。以紫红色粉砂质黏土岩的消失或灰黄色厚层不等粒石英杂砂岩的出现为分界标志。与下伏蒲圻组间接触面呈微波状,见黏土层风化壳,应为平行不整合接触关系。以此面为界,在距今2亿年前,武汉都市发展区范围内地层结束了海相沉积的历史,进入陆相演化阶段。
按岩性特征、区域对比定为公安寨组,由江汉石油勘探处(1962)创建,创名地点在湖北京山县罗店镇公安寨。公安寨组岩石多见于钻孔内,武汉白沙洲大桥、天兴洲大桥等均坐落在该组岩层之上,是武汉都市发展区内分布最广岩层,特征见表1。
公安寨组是一套以棕色、紫红色为主的杂色碎屑岩系,由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩组成,在黄陂、青山一带偶见玄武岩,角度不整合在前白垩纪不同时代地层之上。根据岩性组合分析,为一套紫红色内陆湖盆相碎屑沉积。据露头、钻孔资料及区域地质调查资料分析,白垩系——古近系古地理表现为剥蚀相区和内陆盆地相区并存的格局。
广华寺组属于新近系地层,由五普五七厂地质处(1965)创名于湖北潜江县广华寺,上部的砾石层自1984年起陆续在阳逻以北的青松山、半边山等地发现大量被子植物硅化木[12]。中下部以黏土岩为主,与下伏公安寨组呈角度不整合或微角度不整合接触,其分布和特征见表1[9]。
新近系未,零星湖盆相继关闭,进入第四纪沉积演化阶段。上更新统时期,古地理格局仍受主要控盆断裂影响。进入中更新统,强烈构造活动、差异升降改变了先存的古地理格局。下更新统早期,河道受断裂控制,主要以侵蚀下切为主,洪水期在地势平坦的地带形成宽广的洪泛沉积。上更新统中期(大理冰期),地壳上升、海平面下降。早期沉积物抬升为阶地,河道进一步下切。进入全新统,气候变暖,海面上升,地壳下降,长期风化夷平,区内地势差异变小,形成丘陵岗地地貌格局。整个过程地球经历了近300万年的演化。
第四系堆积物在武汉都市发展区分布极广,大多松散,除岩石裸露的陡峻山坡外,几乎70%面积被第四系沉积物覆盖(不计水域面积)。考虑堆积体成因、组合特征、分布等,由下到上划分为阳逻组、东西湖组、王家店组、辛安渡组、下蜀组、青山组和走马岭组,共七组。其中,中更新统王家店组分布最广。
(1)阳逻组
陈华慧、齐国凡等(1987)创名于武汉市新洲区阳逻镇。阳逻组以典型的山间河流沉积二元结构、山丘地貌为识别标志,阶地底面高程一般 45 m左右,向北逐渐升高,与下伏基岩呈侵蚀不整合接触,其分布和特征见表1。
(2)东西湖组
东西湖组原定义为一套灰绿色黏土岩夹砂砾岩(武汉市第四纪地质及地貌研究报告,1988)。主要为灰色松散砾石层、砂质黏土层、黏土质砂层,以黄褐色、深褐色松散堆积物出现为结束标志。土层组合与分布见表1.
(3)王家店组
武汉水文队(1988)创名于武汉市武昌王家店,原始定义为下部为残坡积成因的含角砾红土,中、上部为洪冲积成因的红土。主要为由残坡积和洪冲积形成的红土碎石层、含砾红土层、网纹状、斑块状红土、含铁锰结核红土,以特有的棕红色调及网纹状构造为识别标志,其特征见表1。
王家店组分布广泛,在不同地段具不同的垂向组合序列,大致可分为以下三种类型:①残坡积组合序列;②残坡积~冲洪积组合序列;③冲洪积组合序列。较高丘坡,主要为风化残坡积,其外围为洪积泥石流杂体,上部红土(高程一般在 30 m以下)主要为盆地洪泛堆积,向南东变厚,构成内陆湖盆地沉积组合。
(4)辛安渡组
以武汉水文队(1988)创名于武汉市东西湖区辛安渡,定义为灰绿色黏土岩之上的一套松散的河流沉积物组合。这里修订为一套河流相的褐色砾石-黏土层二元结构沉积[9]。沉积组合为灰褐色砾石层、灰黄色细砂层夹深褐(浅咖啡)色粉质黏土层,为河流相沉积,具典型二元结构。以河流相沉积序列和特有的深褐(咖啡)色黏土层为划分识别标志,与上、下岩组均呈明显侵蚀接触。
(5)下蜀组
李四光和朱森1932年命名为下蜀土,李毓尧等1935年称为下蜀系,创名于江苏省句容市下蜀镇。土层组合与分布见表1。
该组以棕红色黏土结束为开始,以含铁锰结核黄土与青灰色砂土为标志与走马岭组区分。按沉积组合特征,可进一步划分为三种沉积组合体:①河流冲洪积;②堤外洪泛沉积;③湖冲积。
(6)青山组
由方鸿琪(1961)所创的“青山层”演变而来,创名于武昌青山翠屏山,武汉水文地质工程地质大队(1988)用作青山组(1∶20万武汉市幅区域重力编图及说明书,1986)。岩石组合见表1。
该组以棕红色黏土结束为开始,以灰黄色粉砂土为标志与走马岭组区分。对青山一带呈高阶地一套砂土层的成因,一直有“水成”和“风成”两种不同的观点。
(7)走马岭组
由武汉水文队(1988)创名于武汉市东西湖区走马岭。土层组合和分布见表1。该组以浅灰色调的松散堆积物为识别标志,与下伏下蜀组呈侵蚀接触。按成因进一步划分为4种类型:①洪泛沉积;②冲积;③湖积;④残坡积。
武汉都市发展区地层单元表1
续表1
在区域地质调查的基础上,将武汉都市发展区范围内地层划分为28组组级单元。文中介绍了南华系至第四系岩层及堆积物特性,跨越近8亿年地壳演化史,厘清了地层组级层序关系,可为城市地质调查、工程地质、城市地质信息化建设等提供统一标准,服务于城市规划、建设等。本文介绍的地层分析方法,可为其他城市类似工作的开展提供参考和借鉴。随着科技进步、地质调查手段的提高和地质数据的增加,地层单元划分、层序关系、组合特性、分布等方面的研究将不断完善。
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FormationFeatureandSequenceinWuhanUrbanDevelopmentZone
Yang Yuwen1,Zhang Lin2,Lei Jian3,Huang Qunlong1
(1.Wuhan Geomatics Institue,Wuhan 430022,China;2.Wuhan Lianfa Construction Supervision Company,Wuhan 430020,China;3.Hubei Geophysics and Exploration Institute,Wuhan 430050,China)
The features of 28formation units are introduced in Wuhan urban development zone. The earth-crust development last nearly eight hundred million yearsfrom its oceanic sediment to continental sedimentin the earth evolution,related with geological time scale of 4 Erathems (Eras),11 Systems (Periods) and 17 Series (Epoches). The results from this paper are useful for regional geology,engineering geology and geological data informatization.
regional geology;geological survey;formation
1672-8262(2017)06-166-07
P642
A
2017—08—20
杨育文(1963—),男,博士,正高职高级工程师,主要从事岩土工程设计研究工作。