京津晋冀寒武系第三统鲕粒灰岩特征及其环境意义_赵鹏沄

825 中国石油化工股份有限公司海相前瞻性项目(C0800-07-ZS-162)资助 收稿日期: 2010-10-13; 修回日期: 2010-12-14; 网络出版日期: 2011-08-19 网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2442.N.20110819.1638.011.html

北京大学学报(自然科学版), 第47卷, 第5期, 2011年9月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 47, No. 5 (Sept. 2011)

京津晋冀寒武系第三统鲕粒灰岩特征及其环境意义 赵鹏沄1,2 刘波2,† 秦善1 1. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871; 2. 北京大学石油与天然气研究中心, 北京 100871; † 通信作者, E-mail: bobliu@pku.edu.cn

摘要 京津晋冀地区是华北板块的主体, 该区寒武系第三统以鲕粒灰岩的广泛发育为特点。通过野外露头剖面和室内薄片观察, 对研究区鲕粒灰岩空间展布和鲕粒类型进行了详细研究。鲕粒灰岩从东到西出现的层位逐渐抬高, 具有明显的穿时性。大型鲕滩呈向西凸出的弧形带状分布, 鲕滩带主体由同心鲕鲕粒灰岩组成, 鲕滩带西侧鲕粒灰岩厚度迅速减小, 鲕粒以放射鲕居多, 鲕滩带东侧鲕粒灰岩厚度逐渐减小, 鲕粒以同心鲕占绝对优势。寒武纪第三世海侵方向是由东向西, 在研究区中部发育内缓坡的鲕粒滩环境, 西部为滩后潮坪环境, 东部为开阔海环境。 关键词 华北; 寒武系第三统; 鲕粒灰岩; 环境意义 中图分类号 P581

The Third Series of Cambrian Oolitic Limestones and Their Sedimentary Environment in Beijing, Tianjin, Shanxi and Hebei Provinces, North China

ZHAO Pengyun1,2, LIU Bo 2,†, QIN Shan 1 1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 2. Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871; † Corresponding author, E-mail: bobliu@pku.edu.cn

Abstract The study area, geographically including Beijing, Tianjin, Shanxi and Hebei Provinces, is the main part of the North China Plate. Based on the study of outcrop and thin section observation, the distribution pattern of oolitic limestone and its ooid characteristics are presented. Olitic limestones were widely distributed in the area during the Third Series of Cambrian. Generally, the oolitic limestone elevates in strata gradually from east to west, which indicates that the oolitic limestone is diachronous. Huge oolitic shoals distribute along a western ward bulging belt from north to south, and mainly are composed of concentric ooids. In west of the belt, the thickness of the oolitic limestone decreases rapidly, and the oolitic limestone mainly is composed of radial ooids. In east of the belt, the oolitic limestone thins gradually, with majority grains of concentric ooids. The marine transgression during the Third Epoch of Cambrian took place from east to west on the North China Plate. In this background, the inner ramp ooid shoals developed in the central belt of the study area, with open sea in the east and shoal back tidal flat in the west. Key words North China; the Third Series of Cambrian; oolitic limestone; sedimentary environment

鲕粒自17世纪早期被发现以来[1], 一直是碳酸盐岩中最引人注目的颗粒类型, 其原因不仅在于鲕粒具有特殊的宏观形态、简单的组分特征和复杂的沉积组构, 更重要的在于其对环境极其敏感, 在研究沉积环境和成岩环境时, 它是一种十分灵敏的标志[2]。正因为如此, 国内外学者通常将鲕粒作为碳酸盐岩微相研究和沉积环境研究的重要标准[3−9]。 寒武系按照最新的划分方案划分为四统十阶, 即第一统、第二统、第三统和芙蓉统, 取代了国际地学界沿用了近170年的上、中、下三统的传统划

DOI：10.13209/j.0479-8023.2011.115北京大学学报(自然科学版) 第47卷 826 分方案[10]。京津晋冀地区鲕粒灰岩主要发育在寒武系第三统的徐庄组和张夏组, 是我国研究鲕粒灰岩的典型段带。国内已有学者针对该套鲕粒灰岩开展过鲕粒类型[2]、鲕粒次生变化[11]等方面的研究, 这些研究主要针对鲕粒内部结构、形态、大小与水体能量的关系以及鲕粒灰岩成岩作用的演化特点分析。本文通过对研究区该套鲕粒灰岩空间展布和鲕粒结构成因分析, 结合碳酸盐岩缓坡模式, 进一步探讨本区鲕粒灰岩发育时期的沉积环境。 1 地质背景 华北板块自3000 Ma前的迁西运动开始逐渐固结, 历经了2500 Ma前的阜平运动, 于1850 Ma前的吕梁运动后克拉通化[12]。华北板块的基底由太古宇结晶基底和下元古界褶皱基底组成, 中元古代起大部分地区已固结, 沉积属似盖层性质。在元古代末, 华北地区已经成为一个准平原化的大陆板块, 其北缘与古蒙古洋相接, 属于被动大陆边缘, 地台南缘则与古秦岭洋相接, 一直是活动大陆边缘[12]。 早古生代华北板块进入了克拉通盆地稳定发育时期, 根据其内部的差异可将华北板块进一步划分为10个二级构造单元: 内蒙地轴、鲁东地盾、辽东台背斜、山西台背斜、鲁西台背斜、鄂尔多斯台向斜、辽冀台向斜、燕山台褶带、予淮台褶带和贺兰–六盘台褶带[13]。 京津晋冀地区是华北板块的主体(图1), 寒武纪沉积了一套浅海相为主的碳酸盐岩和砂页岩地层[15]。从下向上叠覆了寒武系第二统府君山组和馒头组, 第三统毛庄组、徐庄组、张夏组和崮山组, 芙蓉统长山组和凤山组。寒武纪第三世张夏期海侵达到最高潮, 全区为陆表海环境, 此期发育的鲕粒灰岩在整个华北板块广泛分布[16]。

2 鲕粒灰岩特征 2.1 鲕粒灰岩赋存层位与空间变化 鲕粒灰岩是华北地区早古生代碳酸盐岩中最具特色的岩石类型, 主要分布在寒武系第三统徐庄组和张夏组。

图1 华北板块构造区划及研究区寒武系地层分布[14] Fig. 1 Tectonic units of the North China Plate and the Cambrian distribution in the study area[14] 第5期 赵鹏沄等: 京津晋冀寒武系第三统鲕粒灰岩特征及其环境意义 827研究区的鲕粒灰岩具有明显的空间分布变化特征。横向上鲕粒灰岩的沉积时间、沉积厚度有明显的差异, 从东到西鲕粒灰岩的厚度减小, 出现的层位抬高(图2): 东面的承德、门头沟、房山和恒山等地在徐庄期已开始出现鲕粒灰岩, 在张夏期大量发育, 总厚度较大, 为169~225 m; 而西面的五台、偏关、柳林和中阳等地多在张夏期才开始出现鲕粒灰岩, 且厚度较小, 为28~60 m。这表明研究区寒武纪大面积分布的鲕粒灰岩沉积并不是同时期的。鲕粒灰岩的这种穿时性在其他地区亦很明显, 如苏北徐州附近早在馒头期就开始出现鲕粒灰岩[17], 而在鲁

西的部分地区则从毛庄期才开始出现鲕粒灰岩[18]。 刘群等[12]、沙庆安等[18]和章雨旭[19]均曾明确指出: 华北板块寒武纪地层具有一定的穿时性, 鲕粒灰岩是随着海侵、相迁移而在不同地方依次形成。由图2可见, 鲕粒滩在研究区的发育是随时间由东

图2 北京(门头沟)–唐山–恒山–偏关寒武系第三统鲕粒灰岩横向对比 Fig. 2 Lateral correlation of the Third Series of Cambrian oolitic limestones from the outcrops of Beijing (Mentougou), Hebei (Tangshan), Shanxi (Hengshan and Pianguan)

表1 京津晋冀地区寒武系第三统鲕粒灰岩的鲕粒分类、特征及分布 Table 1 Ooid types, characteristics and distribution of the Third Series of Cambrian oolitic limestones in the study area

鲕粒类型 结构特征 粒径/mm粒径均值/mm粒径方差/mm 分布

同心鲕 鲕粒圈层由较纯的方解石纹层与含有机质较高的暗色纹层交替组成, 同心圆结构常因重结晶或白云石化而变的模糊, 同心圈层数为3~16 0.4~1.4 0.7~0.8 0.15