河北怀安地区中生代地层土城子组沉积环境与沉积模式特征

陈后华 王卫国

摘要：土城子组沉积环境主要有三种类型：冲积扇沉积、河流沉积和湖泊沉积。它们在盆地中的配置关系取决于盆缘断裂的活动周期、源区的剥蚀周期以及湖水的升降等因素。当源区剥蚀强烈时，冲积体系向盆内进积，盆地主要以冲积扇、河流（辫状河）沉积为主，湖泊沉积物不甚发育。当源区剥蚀缓慢或水面上升时，冲积体系退积。盆内以河流（曲流河）与湖泊沉积为主，冲积扇向源区萎缩。

关键词：河北怀安 中生代地层 土城子组 沉积环境 沉积模式

概述

本区中生代地层出露较广，主要分布在测区中部阳高窑村—甲石河村—榆林河村一带，其它地方也有零星分布，出露面积约284km2。岩石类型主要由泥砂质的碎屑岩组成，且红色岩石占据主体，局部地段见少量火山岩夹层，总体为一套复杂的陆相火山—沉积岩系。

1.沉积环境

根据岩石成因标志及宏观沉积特征，土城子组沉积环境主要有三种类型：冲积扇沉积、河流沉积和湖泊沉积。

（1）冲积扇沉积

本区冲积扇主要分布在盆地西北缘，靠近盆缘断裂一侧，特别在土城子组一段（砂砾岩段）最为发育，其特征如下：

①组成冲积扇的主要岩相类型有：块状层砾岩（Gm）、砂基支撑砾岩（Gmc）、板状交错层砂岩（Sp）及水平层理粉砂岩（Fh）。这几种岩相在横向上变化复杂。在盆地边缘保满沟一带，以Gm为主，厚度约20m，为扇根沉积。扇中位于狮子沟一带，以Gm与Sm组合为主，厚约30m。扇端位于下窑一带，以Sm为主，厚度变薄，不足40m。

②冲积扇的主要作用过程为砾质及砂质辫状河。在扇根以砾质辫状河沉积为主（图1-A），其组合为Gm—Sm—Fh型。与现代河流比较，该沉积组合可解释为纵向坝沉积，多层坝体在垂向上叠加构成向上变粗的逆旋回。在扇端以砂质辫状河作用为主（图1-B），其组合为Gm—Sp—Fh及Sm—Fh。与砾质辫状河所不同的是，该组合中以Sm或Sp为主，与现代河流纵向坝沉积模式类似。

（2）河流沉积

①辫状河

辫状河沉积物主要发育于土城子组二段（砂岩段），具以下特点（图2-A）。

A.沉积组合主要由块状层砾岩（Gm），块状层粗砂岩（Sm）、板状交错层砂岩（Sp）、沙纹层理细砂岩（Sr）及炭质粉砂岩（Fc）组成。

B.辫状河垂向层序为下粗上细的正韵律，剖面上这种韵律可叠加几十次。单个韵律底面为冲刷面，之上为砾岩层，含有泥砾，为河底滞留沉积，代表高流态水动力条件。该组合中部为块状层砂岩或板状交错层砂岩，为河道砂坝沉积。顶部具水平层理的粉砂岩为洪泛平原沉积，代表垂向加积低能沉积环境。

C.辫状河沉积组合以河道砂坝沉积为主，沉积厚、粒度粗，洪泛平原沉积薄，甚至不发育。砂泥比为10︰1～20︰1，具典型“砂包泥”的地质景观。

②曲流河

土城子组曲流河组合具以下几点特征：

A.组成曲流河组合的岩相类型为块状层砂巖（Sm）、板状交错层砂岩（Sp）、小沙波层细砂岩（Sr）、水平层理粉砂岩（Fh）及炭质泥岩（Fc）。但这五种岩相发育齐全的层序少见，多数仅发育2～3个岩相类型（图2-B）。

B.曲流河组合具典型河流二元结构，为一向上变细的正韵律。组合底面为冲刷面，之上为河底滞留沉积，Sm与Sp为点坝沉积，顶为Fc，属漫滩沉积。自下而上由冲刷面—板状交错层—水平层理组成水动力条件由强变弱的沉积构造序列。

C.在曲流河点砂坝顶部，常发育水平层理细的粉砂岩，为天然堤沉积。

D.曲流河砂体在横剖面上呈长透镜状，不同时期形成的砂体错位叠置，并被粉砂岩、泥岩所包围，砂泥比值较辫状河低，为1︰3～3︰5。

（3）湖泊沉积

区内土城子组湖泊沉积不太发育，测区北部头道沟一带较发育。湖泊沉积物主要为滨浅湖相的细砂岩、粉砂岩，其次为砾，泥质一般较少，分选较好，圆度中等;具有单向斜层理、交错层理和波状层理，细层倾角平缓，层系厚度较小，层面常发育波痕、泥裂、雨痕、生物钻孔和虫迹、等扰动构造;生物化石少见，局部可见植物碎片。纵向序列表现为由细变粗的序列，一般自下而上由泥质沉积物开始，向上变为较粗的滨岸沉积，甚至为更粗的河流沉积，表明湖水逐渐变浅，盆地逐渐萎缩，最终以填满告终。

2.沉积模式

上述沉积环境隶属于冲积沉积体系与湖泊沉积体系。它们在盆地中的配置关系取决于盆缘断裂的活动周期、源区的剥蚀周期以及湖水的升降等因素。当源区剥蚀强烈时，冲积体系向盆内进积，盆地主要以冲积扇、河流（辫状河）沉积为主，湖泊沉积物不甚发育。当源区剥蚀缓慢或水面上升时，冲积体系退积。盆内以河流（曲流河）与湖泊沉积为主，冲积扇向源区萎缩。但不论出现何种情况，土城子组沉积环境的分布均具有某种规律可循：冲积扇总是出现在临近盆缘断裂处，沿断裂带分布;河流主要在冲积扇前缘地带发育，其上倾方向与冲积扇呈指状交叉，下倾方向与湖泊逐渐过渡;湖泊出现在盆地缓坡一侧，物源位于即西北侧，如图3所示。

综上所述，可以得出以下结论：土城子组沉积环境主要有三种类型：冲积扇沉积、河流沉积和湖泊沉积。冲积扇总是出现在临近盆缘断裂处，沿断裂带分布;河流主要在冲积扇前缘地带发育，其上倾方向与冲积扇呈指状交叉，下倾方向与湖泊逐渐过渡;湖泊出现在盆地缓坡一侧，物源位于即西北侧。

●致谢：本文主要依《河北1：5万怀安县等五幅区域地质矿产调查》取得的数据编写。