周口店太平山地区晚古生代沉积相分析

周口店太平山地区晚古生代沉积相分析程岳宏，刘双双，马学礼，田园圆中国地质大学（北京）能源学院，北京（100083）E-mail ：cyhdd6204106@摘 要：沉积相研究是进行沉积盆地勘探、评价的一项重要的基础工作。

本文根据太平山南北坡实测剖面和薄片研究资料，分析了晚古生代石炭～二叠系各层组的岩性特征、沉积相类型、垂向沉积演化特征。

该区主要为几套变质砂岩～板岩组成的暗色碎屑岩系，原岩为几套砂岩、粉砂岩和炭质泥岩，从下往上依次为滨浅海—三角洲—河流相沉积，其亚相和微相类型有障壁海岸体系的泻湖相、潮坪相；三角洲平原分流河道相、天然堤、分流河道间；平原区河流河床滞留沉积、天然堤、河漫滩以及辨状河中的河床滞留沉积、心滩、泛滥平原等。

关键词：岩性组合；沉积相；晚古生代；周口店0. 引言周口店是“中国猿人”的代名词，也是“地质工程师的摇篮”。

研究区（图1）太平山地区构造复杂，但总体为一向斜构造，并且经历了多期次的岩浆作用、变质作用等地质作用，该向斜最突出的特征就是两翼岩层的差异性。

前人对该区的构造和岩浆作用经行了相关研究，特别是对向斜北翼房山岩体的研究更为深入，这些研究多注重岩浆作用、变质作用和构造作用[1~9]。

然而对该区沉积环境的研究比较薄弱，认为该时期地层的沉积特征为：石炭、二叠纪地层为过渡相及陆相沉积；中石炭统由两个海侵体系域和高水位体系域组成的层序组成；上二叠统太原组的下部为潮上带的泥质潮坪沉积夹砂坝沉积，上部为近海湖泊沉积和沼泽沉积；下二叠统山西组主要为河流、湖沼相沉积；下二叠统杨家屯组表现为多旋回性，可能是近山前地带的河流与小型湖沼交替发展的沉积[10]。

本文通过实测剖面，对各层位岩石沉积特征、沉积相组合特征的研究，分析南北坡岩性差异原因，反演本溪组到杨家屯组相对海平面升降变化，探讨海平面升降的控制因素与盆地性质，对太平山向斜形成时代提供沉积地层方面的证据。

这对认识该区沉积环境和古气候有重要意义。

1. 区域地质概况周口店及其邻区隶属于华北陆块燕山板块造山带，处于NNE 向太行山山脉、近EW 向燕山山脉和华北平原接壤地带，是在长期演化形成的稳定陆块基础上后期又被改造而成为活动区[11]。

在晚古生代地层沉积以后，周口店地区在印支期和燕山期经历了两次强烈的构造事件，使区内形成东西向的褶皱、流劈理及石香肠构造，在太平山向斜核部形成NNE 向的褶皱构造和房山西一系列逆冲断层，并且随着房山花岗岩体的侵入，使岩层发生复区域岩浆热变质作用。

图1 周口店太平山地区地质图 Fig.1 Geologic map of Tai Ping-shan area Zhoukoudian研究区位于周口店镇北侧，隶属于太平山向斜的一部分。

太平山向斜（图2）为不对称的复式向斜，核部由石炭系——二叠系组地层构成,翼部为下古生界至元古界各组构成。

北翼发育早古生代——中元古代地层，受到剥离断层的作用，厚度强烈减薄，倾角较大（约50°—80°），局部出现倒转；南翼发育古生代地层，倾角较小（约30°—50°）。

太平山南北坡（南洛凹——小砾岩山），晚古生代地层保存完整，厚度大，出露条件好，为沉积相研究提供了很好条件[10,12,13]。

2. 岩性、岩相类型与沉积微相通过在野外和室内的研究，研究区包括堡岛体系沉积、三角洲沉积和河流沉积三大类，但以河流沉积为主，各沉积类型如下：2.1上石炭统本溪组（C 2t ）该区本溪组主要发育堡岛体系沉积，主要有潮坪相、泻湖相；南坡底部有滨海相沉积。

（1）潮坪相为灰绿色、暗灰色硬绿石角岩、红柱石角岩和灰黄色变质粉砂岩，原岩为泥岩和粉砂岩，由于岩石的颗粒细小，分选磨圆较好，胶结物主要为绢云母和绿泥石，含有少量的铁质，含有植物化石，层理不明显，形成相对低能的环境，并且向上为变粗的沉积序列。

在上部有富含有机质的含红柱石的炭质板岩代表了潮上沼泽环境。

（2）泻湖相主要为浅灰色的生物泥晶灰岩（图版 1.1、1.2），岩石组成基本上由晶粒方解石和生物屑构成，方解石含量约97%，石英约2%，泥质约1%。

生物屑泥晶结构，基底和颗粒含量之比约为85：15，其中基底主要为泥晶方解石，在薄片中分布叫均匀，粒屑分选较差，圆度变化大。

生物屑类型主要为棘皮屑，保存较为完整，生物屑顺层偏集呈纹层状分布，其中海百合碎屑定向排列，水平纹层较发育，指示了当时的沉积作用以悬浮为主，少牵引流影响，而棘皮类动物为正常盐度生物在石炭世生存于浅海环境[14]，由此可知，该处的棘皮屑是由含有大量碳酸钙的海水带入泻湖中，从而在这安静，低能的泻湖中形成了生物泥晶灰岩。

上伏灰色、浅灰色板岩（图版1.3），板状结构，原岩为泥岩、细粉砂岩，基本上没有重结晶，岩石外表呈致密隐晶质，矿物颗粒很细，胶结物基本为绢云母为主，在高倍镜下呈絮状。

该层岩石中含植物碎片等化石,黄铁矿假晶大小为0.05—0.5mm ，代表了水体低能、还原的沉积环境。

（3）滨海相为深灰色中砾岩，分布于太平山北坡本溪组底部（大砾岩山—小砾岩山一带），其砾石成分单一，主要为燧石和少量石英砾，砾石呈良好的定向排列，以鹅卵石和扁椭球形为主，砾石大小为1—8cm ，分选差，磨圆好，胶结物成分主要为铁质，这些特征可以指示该时期的砾岩为滨海相沉积。

并且从大砾岩山—小砾岩山砾岩的粒径变小，可以初步确定来源于西北方向，代表了一种滨海砾岩。

这与华北晚古生代聚煤盆地中的辽西南票、山西大同、唐山开平及河北兴隆等地区晚石炭世砾岩层具有相似性[15]，进一步说明了该砾岩为滨海相。

总之，中石炭世开始是地壳下将，接受沉积，出现短暂的滨海相，而后进入堡岛体系环境，直至生物泥晶灰岩层位处于海进序列，而后海水是逐渐后退，海平面下降，逐渐处于还原、低能的泻湖环境，随后进一步海退，出现了潮上沼泽环境，地层经历了潮坪、泻湖和潮上沼泽沉积环境。

图2 太平山向斜剖面示意图 Fig.2 Sectional drawing of Tai Ping-shan syncline2.2上石炭统太原组（C3t）在该区太原组发育三角洲平原相，依沉积特征不同分为上下两部分：（1） 下部为分流河道是一套灰白色中粒变质含岩屑长石石英砂岩（图版 1.4），由于含有长石和岩屑较多，分选差，磨圆中等，成熟度低，反映了岩石成分经搬运距离短，存在于近源，沉积速度快，并且局部有斜层理，和大型交错层理[11]呈正粒序。

（2） 上部为天然堤、分流河道间及决口沙坝等亚相。

天然堤亚相为黑色炭质板岩和浅黄色板岩和薄层含红柱石细粒砂岩，原岩为泥质岩和粉砂岩，由于各岩石的颗粒细小，分选磨圆较差，形成与相对低能的环境，可能是在天然堤环境形成。

由于洪水的到来，携带的有机质和细粒物质沉积，并且被长期的淹没，而形成灰黑色泥质岩和粉砂岩。

分流河道间为10余互层的黑色炭质板岩和灰黄色板岩，原岩为泥岩和粉砂岩，反映了水平面的不断变化，还原和氧化环境的交替出现，有利于形成黑色的炭质板岩和灰黄色的板岩的互层旋回性。

决口沙坝亚相为灰白色中厚层变质岩屑粉砂岩（图版1.5），主要成分为石英、长石和岩屑（燧石），分选差，磨圆较差，胶结物为基底胶结，约占30—40%，泥质含量较多。

2.3 下二叠统山西组（P1s）该区山西组发育河流相沉积，依沉积特征可分两部分：（1）下部为河床沉积，局部底部可见细粒级的角砾岩，下部中厚层中粗粒变质岩屑砂岩（图版1.6），含有石英、长石和岩屑（燧石），成分成熟度差，分选较好，磨圆较好，夹有少量炭屑，胶结物为铁质和粘土矿物，以接触胶结和孔隙胶结出现，底部偶有角砾，发育单向交错层理，可见搬运距离较短，离物源近，并且粒度向上有变细的趋势。

（2）上部为天然堤和泛滥盆地沉积，包括河漫湖泊、沼泽等微相。

天然堤亚相为浅灰色细粒砂岩、粉砂岩（图版1.7），主要成分为石英，有少量的长石，磨圆较差，胶结物为铁质和粘土矿物，可见交错层理，并含有植物化石[11]。

河漫湖泊亚相为灰黑色炭质泥岩和薄层粉砂岩，泥岩中不同程度地含粉砂，中夹有煤线，大都含有丰富的植物化石，具有水平层理。

由于在该层中植物化石和煤线的发育，当时可能处于热带潮湿气候的河漫湖泊、沼泽区。

总之，山西组为典型的平原区河流沉积，经历了两个旋回，即水平面经历了两次的升降，或侧向上的变迁。

2.4下二叠统杨家屯组（P1y）该区杨家屯组地层发育辫状河沉积，并且由3个旋回，依沉积特征可分两部分：（1）下部位主要为河床滞留沉积和心滩沉积，砂体厚度较稳定，河床滞留沉积为灰色复成分厚层角砾岩（图版1.8），砾石主要成分为硅质岩（燧石）、微晶石英和石英砾，石英颗粒多具波状消光。

角砾粒径一般为3—8mm ，圆度多为棱角状和次棱角状，截面为方形似豆腐块，磨圆较差，分布不规律，属于近源快速堆积而成，该砾岩杂基含量高，多为砂和粉砂质，胶结物主要以铁质和粘土矿物（微晶绿泥石）组成，可集中成孔隙式和接触式胶结。

逐渐往上变为粗粒含岩屑砂岩（图版1.9），所有的岩屑定向排列，新生矿物有呈絮状的云母。

分选较差，圆度为次棱角状，胶结物主要为铁质和粘土矿物，粒度和层系规模向上变细，呈现正序列。

心滩沉积为变质中细粒杂砂岩（图版1.10）、岩屑砂岩，主要成分为石英和岩屑，分选磨圆差，胶结物为铁质和粘土质，其上为细粒长石岩屑砂岩，分选和磨圆较差，胶结物为粘土质和铁质。

具有微弱的斜层理。

（2）上部为泛滥平原沉积，为砂质板岩（图版1.11），原岩为砂质页岩，手标本颜色为浅灰色，表面有棕色氧化色，表面有明显的揉流痕迹。

颗粒以石英为主，占20%左右，大小0.25—0.5mm ，并且呈条带状分布，基质和胶结物占70%左右，为灰黑色。

镜下水平层理很清楚。

其上部为深色泥岩（图版1.12）和薄层的煤层。

逐渐由过度为粗粒岩屑砂岩和复成分角砾岩，又一个旋回的开始。

总之，杨家屯组为辫状河流沉积，并经历了三次旋回，即水平面经历三次的升降变化。

综上所述，山西组具有明显的二元结构，杨家屯组为辫状河沉积，河道砂体为正粒序，在泛滥盆地较发育，并且泛滥沉积盆地中薄层砂岩向上逐渐增多(图3，4)。

3. 沉积演化特征3.1垂向演化众所周知，华北地台是一个古老而稳定的克拉通盆地，而周口店地区位于华北地台的北部，为太古界和下元古界的变质基底。

结合南北坡沉积柱状图（图3、4），以不同特征，不同厚度的岩性段作为充填序列的单元，分析该盆地演化过程中各种不同类型沉积物在其中的充填序列。

早生代时，该区大部分为克拉通内部坳陷，沉积了厚层的寒武系——下奥陶统台地相碳酸盐岩[7]，而加里东运动使该盆地隆起，而遭受了长期的风化剥蚀作用，地表已成为准平原状态。

（1）中石炭世早期，华北地块发生了一次规模不大的南升北降构造运动[3,4]，海平面相对上升，海水从东向西入侵，该区从东部开始接受沉积，全区接受滨海相沉积。