华北地区下寒武统的划分对比及其沉积演化

第54卷 第6期2008年11月地 质 论 评 GEOLOGICAL REVIEWV ol.54 N o.6N ov . 2008收稿日期:2008 01 08;改回日期:2008 06 10;责任编辑:章雨旭。

作者简介:祝有海,男,1963年生。

研究员。

主要从事沉积学、岩相古地理和海洋地质研究。

Email:zyh@ 。

华北地区下寒武统的划分对比及其沉积演化祝有海1),马丽芳2)1)中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037;2)中国地质科学院地质研究所,北京,100037内容提要:华北地区下寒武统具有明显的 两灰两红 四套岩石组合,代表两个潮湿!干旱的沉积旋回,据此自下而上可分成辛集组、硃砂洞组、昌平组和馒头组四个岩石地层单元和H us asp is 、M eg ap alaeo lenus f engy angens is 和Redlichia chines is 三个化石带,并可能分别与南方的筇竹寺阶、沧浪铺阶红井哨段、乌龙箐段和龙王庙阶相对比。

早寒武世沉积时,华北地台具有 北高南低、西高东低 的古地貌格局,海水沿地台西南缘的贺兰!六盘坳陷和地台南缘的晋豫裂坳陷及豫!皖陆块依次北侵,并在早寒武世末期浸漫了大部分华北古陆。

早寒武世时,郯庐断裂带东侧的吉南辽东地区可能位于地台南缘,其沉积特征与断裂带西侧的豫皖苏鲁地区非常相似,只是中生代发生了大规模的郯庐断裂左行平移才形成现今的地质构造格局。

关键词:下寒武统;地层划分;地层对比;沉积演化;华北地台华北地区(指传统上的华北地台区)是我国寒武系分布最广泛的地区之一,主要发育有一套滨浅海相碎屑岩!碳酸盐岩。

区内中!上寒武统发育齐全,界线清楚,生物化石丰富,研究程度极高,并以山东张夏馒头山和崮山剖面为基础建立起我国中、上寒武统的标准地层层序(项礼文等,1981;1999)。

但对馒头组之下的下寒武统地层,因各地出露不一,化石较为稀少,对其划分对比一直比较薄弱,地层名称也极为繁杂和混乱。

有的简单划分成一组,如北京的昌平组、河北的府君山组、辽西的老庄户组、辽东的碱厂组、山东的五山组、安徽的猴家山组、河南的硃砂洞组或辛集组、宁夏的苏峪口组等,有的虽对某一地区进行了较详细的划分,如吉林的水洞组、黑沟组和碱厂组等(石新增,1986),但缺乏全区的统一对比,难以把握华北地区寒武纪早期的沉积全貌。

同时,随着调查研究的不断深入,一些原属于前寒武系的地层也不断上提到下寒武统,如辽东半岛的大林子组(王敏成等,1986;洪作民等,1987)、徐淮地区的金山寨组等(周本和等,1984),更加剧了下寒武统划分对比的混乱。

刘德正虽对郯城!庐江断裂带附近的这套地层进行了较详细的划分,并尝试进行了全区的对比,但划分过于繁琐(2组4亚组15岩性段),且将馒头组恢复到馒头页岩组的原始含义(包括现通用的馒头组+毛庄组+徐庄组),对比也不全面(刘德正,1986;2000;2002)。

本文依据区内十多条剖面的详细观测和研究,结合前人的大量地层资料,提出华北地区下寒武统的划分对比方案,并讨论这一地区寒武纪早期的沉积演化。

1 地层单元划分华北地区下寒武统一般缺失早期沉积,中、晚期沉积往往超覆在前寒武系的不同层位之上,两者呈平行不整合或角度不整合接触。

总体而言,华北地区发育齐全的下寒武统具有明显的 两灰两红 四套岩石组合,分别代表两个潮湿!干旱的沉积旋回,且各自具有明显不同的沉积特征、古生物组合和含矿性。

若考虑到当时的华北地区是统一的整体,潮湿!干旱沉积旋回基本上应具有等时性特征,是地层划分的重要依据。

因此,笔者等主要依据岩性及其古生物组合,结合地层出露状况、接触界线、含矿性,并考虑到现有的划分方案和地层名称使用习惯,将华北地区的下寒武统自下而上划分为辛集组、硃砂洞组、昌平组和馒头组(表1)。

1.1 辛集组辛集组最初由河南地质研究所(1962)创立,命名地点在河南鲁山辛集村。

该组地层仅分布于华北地台南缘、西南缘和东北缘等地,以海相的含磷碎屑岩为特征,主要有含磷砾岩、砂岩、石英砂岩、粉砂岩,并夹磷块岩、砂质灰岩、白云岩等。

辛集组平行不整合于前寒武系(河南等地以罗圈组冰碛岩为代表),与上覆硃砂洞组呈整合接触,厚度变化较大,从几米至308m不等,一般为50~80m。

该组是华北地区沉积型磷矿的最重要产出层位,安徽凤台、宁夏苏峪口、吉林水洞等磷矿床即赋存于该层位。

表1华北地区下寒武统地层划分简表Table1Stratigraphic division of Lower C ambrian in theNorth China年代地层组名主要岩性化石带含矿性中寒武统毛庄组下寒武统龙王庙阶馒头组紫红色页岩、粉砂岩,夹灰岩、白云岩Redlichiachinesis石膏沧浪铺阶乌龙箐段昌平组灰色厚层灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩M egapalaeolenusfen gyangensis 红井哨段硃砂洞组紫红色泥灰岩、粉砂岩、页岩石膏筇竹寺阶辛集组灰、黑色含磷砂砾岩、粉砂岩、页岩H usaspis s p.磷梅树村阶缺失前寒武纪在河南、陕西、宁夏、安徽等地,于该组上部或顶部曾发现三叶虫H usasp is sp.或Bergeroniellus sp.以及腕足类Obolus sp.、Obolop sis sp.等,后又在河南、安徽、吉林、陕西等地分别发现丰富的多门类小壳动物化石,计有软舌螺、单板类、腹足类、腕足类、双壳类和古介形类等(余汶等,1984;何廷贵等, 1984;石新增,1986;刘应环等,1991;裴放等,1992; 2005)。

1.2 硃砂洞组硃砂洞组最初由冯景兰、张伯声于1952年创建,命名地点为河南平顶山市硃砂洞村。

事实上,该组地层由两套岩石所组成,下部为由砖红色、灰黄色微晶泥质白云岩、膏溶角砾岩所代表的含膏岩系,上部为灰色、深灰色的豹皮灰岩、微晶灰岩和燧石团块灰岩。

考虑到这两套岩层的岩性、沉积环境和区域分布范围差异较大,笔者等建议将原硃砂洞组解体,并以硃砂洞组、昌平组来代表这两套岩石地层单元。

因此,笔者等重新厘定后的硃砂洞组仅指含磷岩系之上、豹皮灰岩之下的一套以紫红色页岩、白云岩和膏溶角砾岩为代表的蒸发岩系。

硃砂洞组的分布范围与辛集组相似,主要分布于华北地台南缘、西南缘和东北缘等地。

岩性为砖红色、紫红色薄层!纹层状粉砂质页岩、泥灰岩夹白云岩、石膏及粉砂岩。

广泛发育有石盐假晶,并有结核状、透镜状石膏(如晋南)或结壳状、层状石膏(如辽南),在局部地段可富集成矿,如河南鲁山等,是华北地区重要的含膏层位之一。

迄今为止,该组尚未发现确切的生物化石,但以其明显的蒸发沉积特征、显著的紫红色标志,能较容易地与上下层位区别。

与上覆昌平组、下伏辛集组基本上呈整合接触,仅在局部地区(如淮北等)与上覆地层成平行不整合接触。

厚度一般不超过60m,但在河南叶县杨寺庄厚达217m,在吉南的部分地区也超过100m。

1.3 昌平组这是一套产M egap alaeolenus f engy angensis 的灰色厚层!巨厚层灰岩、豹皮灰岩,厚度一般为30余米至80余米,最厚169m。

这套地层在华北分布广泛,除冀西、山西和鄂尔多斯没有出露外,其他地区均有分布,且岩性、岩相和厚度也大致相同。

与这套地层相当的层位包括北京的昌平组、河北的府君山组、辽西的老庄户组、东北南部的碱厂组、山东的五山组上段、河南等地的 朱砂洞灰岩、苏皖北部的猴家山组白鹤山层等,考虑到命名优先原则,且不至于引起理解歧义,笔者等建议以昌平组作为这套地层的统一名称(昌平组系由张文佑于1935年在北京西山所创立)。

该组在各地均发现三叶虫化石M egap alaeolenus f engy angensis,以及M egap alaeolenus sp.、P alaeolenus sp.、Red lichia sp.等,在辽东半岛还发现造礁生物化石!古杯类Dictyocy atheus sp.。

该组地层多数超覆在前寒武系不同层位的地层之上,在地台南缘、西南缘和东北缘等地与下伏硃砂洞组呈整合接触或平行不整合接触。

1.4 馒头组馒头组在全区分布广泛,岩性也比较相似,故对其划分及对比各家均比较一致。

岩性以紫红色页岩、粉砂岩为主,夹灰岩、泥灰岩、白云岩等。

在华北地台南部,该组下部相变为厚层碳酸盐岩。

页岩中发育有丰富的石盐假晶和干裂纹,反映气候炎热干燥,蒸发作用强烈。

馒头组中赋存有众多的石膏矿床或矿点,如吉林、辽宁、山东、河南等地,是一区域上的蒸发层位。

该组在各省区均发现众多的三叶虫化石,主要有R edlichia chinesis、Red lichia nobilis、Red lichia mur akamii等,此外还有其他门类化石。

与上覆毛庄组呈整合接触,与下伏昌平组或其相当层位多呈732地 质 论 评2008年整合接触,但在冀东辽西地区则与前寒武系呈平行不整合接触。

厚度变化较大,一般为40m ~140m,地台南部的豫皖苏及鲁南地区厚度多超过160m,最厚达326m,其他地区相对较薄。

表2 华北地区下寒武统岩石地层单元对比表Table 2 Stratigraphic correlation of Lower C ambrian in the North China2 地层单元对比如前所述,华北地区馒头组的划分对比较为一致,但馒头组之下的地层对比差异较大。

根据上述划分方案,笔者等将各地区的地层单元整理成统一的地层对比表(表2),并就下述具体问题进行详细讨论。

2.1 苏皖北部的猴家山组苏皖北部的猴家山组,最初由徐嘉炜于1956年在安徽霍邱创立,当时称 猴家山统 ,包括凤台砾岩、雨台山页岩和白鹤山层三部分(徐嘉炜;1958)。

之后,在该组的使用上存在着多种不同的意见,一是不同地区的猴家山组有不同的含义,如淮南地区的猴家山组与徐嘉炜的 猴家山统 基本相似,但淮北的猴家山组则仅相当于白鹤山层上部;二是不同作者对猴家山组的含义有不同的理解,有的相当于原 猴家山统 ,有的将之细分为凤台组、雨台山组和狭义的猴家山组(仅相当于白鹤山层),有的进一步将狭义的猴家山组改称为昌平组(仇洪安等,1984;钱迈平等,2001)。

为避免不必要的混乱,这里笔者等沿用大多数人的意见,将原 猴家山统 分成凤台组、雨台山组和猴家山组(狭义)三部分,将凤台组(凤台砾岩)与区域上的罗圈组(罗圈冰碛岩)一起置于前寒武系(斗守初等,1985;章雨旭等,1998)。

雨台山组以雨台山含磷砂页岩(雨一段)为主,顶部为砂灰岩段(雨二段),内含丰富的三叶虫H usasp is 和小壳动物化石,可与区域上的辛集组相对比(肖立功等;1984)。

猴家山组(狭义)可分成猴一段和猴二段。