华北地台北部奥陶纪露头层序地层田树刚? 章雨旭( 中国地质科学院地质研究所, 北京)摘? 要? 本项研究以河北唐山、 北京西山和河北曲阳剖面为重点, 首次动用运用多学科的方法对华北地台北部奥陶纪露头层序地层进行综合研究完善了研究程序, 建立了层序地层划分对比标准和区内相分布格架研究中将副层序直接用于野外分层; 将副层序归纳为代表 6 种沉积相的 21 个模型; 识别了三类层序界面, 即 SB1 面、 间断型 SB2面和相转换型 SB2 面; 进行地层多级沉积旋回或分, 包括 2 个二级旋回, 6- 7 个三级旋回(每个旋回时限约 6?7Ma) , 22? 26 个四级旋回( 每个旋回时限约 1?5? 1?8Ma) 及 155? 185 个五级旋回( 每个旋回时限约 0?21- 0?26Ma); 取得多项系 统成果区域相分布和相对海平面变化研究表明, 区内奥陶纪台地环境的演变分为 3 个阶段: 藻礁缓坡- 台盆阶段, 潮滩缓坡- 台盆阶段和泻湖潮滩- 缓坡阶段3 个沉积模式分别代表这 3 个阶段关键词? 露头层序地层学? 奥陶纪? 华北地台碳酸盐台地露头层序地层研究是当前层序地层学研究的前沿领域。
它不仅有利于多学科 联合攻关, 提高研究水平; 同时易于排除大地构造干扰, 获得与全球海平面变化幕次同步性对比, 以建立层序地层标准我们选择华北地北部奥陶系进行层序地层学研究以河北唐山、 北 京西山和河北曲阳 3 条剖面为重点, 辅以河北涞源、 易县和山西昔阳的资料, 采用古生物地层 学、 古生态学、 沉积学和岩石学等多学科的方法, 研究层序地层各级地层单位的分对比、 相分布 规律、 相对海平面升降和台地环境的演变1 ? 副层序与副层序类型层序由副层序堆叠而成每个副层序本身就是层或层组组成的小相序, 代表一次小规模 海平面升降; 它在层序中的相位, 即它代表的环境在整体层序环境变化周期中的位置由其环境 顶层或部层组确定副层序直接用于野外分层, 取代惯用的岩性分层, 能在野外直接从相分析 入手, 建立相序, 识别层序, 使工作简捷, 成果可靠且更具客观性 根据层或层组组合、 生物组合和环境特征, 区内奥陶系副层序可归纳为 21 个模型, 代表 6 种沉积相( 图 1) 以下按相带论述, 副层序的层或层组称为单元 台盆相副层序? 常具二元结构底部 A 单元为页岩夹板状灰泥灰岩或薄? 中层泥灰岩夹页岩; 上覆 B 单元为薄 ? 中层砂屑灰泥灰岩或纹层理灰泥灰岩, 具竹叶砾岩夹层、 沟槽和砾 砂屑粒序条带等碎屑流沉积特征。
生物化石以浮游的头足类、 笔石和纤细的牙形石为主, 层面 具分布均匀或网格状的觅食遗迹 深缓坡相副层序 ? 多具二元结构A 单元为板状或薄层灰泥灰岩; B 单元随沉积速率和 水动力条件差异而不同, 为夹泥晶丘的薄? 中层灰泥灰岩, 厚层砾砂屑条带纹层灰岩, 或虫迹 扰动的泥质条带灰泥灰岩化石仍以深水浮游类型为主A 单元与台盆 征相似, B 单元具有深缓坡相特征地 ? ? 球?? 学 ? ? 报 第 18 卷? 第 1 期ACTA GEOSCIENT IA SINICA? Vol. ? 18? No. 1 1 9 9 7 年? 2? 月? ? Bulletin of the Chinese #图 1? 副层序类与沉积相分布Fig. 1? Parasequence sorts and their facies distribution( 图例见图 3)中缓坡相副层序 ? 多为三元结构A 单元为薄? 中层灰泥灰岩或泥质条带扰动灰岩; B单元为纹层砂屑灰泥灰岩或砾砂屑条带生物扰动砂屑灰泥灰岩; C 单元以发育碎屑流巨厚堆 积, 常具流卷构造、 大型单向斜层理为特征; 为厚层块状砾砂屑颗粒灰岩和砾砂屑条带纹层粒泥灰岩夹薄丘。
生物化石深浅水类型混杂保存, 数量丰富; 层面虫孔密集, 层内扰动与砾砂屑条带交互分布或集中在颗粒灰岩的层顶C 单元代表中缓坡环境上缓坡相副层序 ? 多具三元结构A 和B 单元具中缓坡相深沉积特征, 为泥灰岩、 泥质条 带生物扰动粒泥灰岩和砾砂屑颗粒灰岩C 单元代表浅缓坡环境, 以藻礁灰岩, 介壳砂屑颗粒88? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 地? 球? 学? 报?? ? 中国地质科学院院报? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1997 年灰岩、 竹叶砾岩和生物扰动粒泥灰岩为主层内浅水型生物化石丰富, 介壳多保存完整藻礁 一般以一层砾砂屑层为基底, 生长的藻类俘虏生物介壳和内碎屑而成, 顶为藻席层覆盖或为砾 砂屑颗粒灰岩所截 潮( 坪海) 滩相副层序 ? 潮坪与海滩同属海岸环境, 只是水动力条件不同, 在地层中常共同出现这一相带的副层序常具三元结构A 和 B 单元属缓坡沉积, 为薄? 中层硝屑灰岩或云 化灰岩夹页岩, 以及生物扰动砂屑白云岩C 单元为潮坪或滩相沉积, 为短柱状叠层石内充填 砾砂屑的颗粒灰岩或白云岩, 藻粘结砾砂屑颗粒白云岩和亮晶颗粒白云岩。
副层序白云岩化 显著, 多见潮沟充填化石破碎严重, 遗迹化石以垂直潜穴为主潮上环境的副层序, 由角砾 白云岩和红褐色泥页岩与粉砂岩组成, 白云岩中常见帐蓬和鸟眼构造副层序往往出现在层 序界面附近 泻湖相副层序? 随水体深浅不同和沉积位置差异, 副层序具二元或三元结构它们的下部( A 单元或 A- B 单元) 均由薄层泥质白云岩夹页岩组成; 多数副层序底部还有一薄或中层 正常海相的砂屑灰岩, 说明海平面升高频繁浸漫泻湖, 多次出现正常海相环境副层序的上部 ( B 或 C 单元) 岩性往往差异较大, 可分为 4 种类型湖盆环境的副层序为薄 ? 中层泥质白云 岩; 深湖环境的副层序为具卷曲层理的砾砂屑条带粒泥白云岩; 浅湖环境的副层序为纹层或角 砾白云岩, 常具帐蓬构造; 滨湖相副层序与潮上副层序岩性组成相似, 通过剖面相序分析才能 确定2 ? 层序界面层序界面限定层序, 是确定层序类别的重要标志之一; 同时它又具有一定年代地层学意 义, 是层序区域对比的标准区内奥陶系层序界面分为三种类型( 图 2) , 即一类界面( SB1 面) 、 间断型二类界面( SB2 面) 和相转换连续型二类界面( SB2 面) 。
一类界面( SB1) ? 为长期风化剥蚀造成的不整合面, 分布于整个华北地台, 界面上下发生 古地理和大地构造阶段性的显著变化, 奥陶系的顶界就是一个典型 SB1 面, 中石炭统铝土岩、 铁质岩或砂砾岩盖在奥陶系顶部不同残留层位上工作区东部层位较低, 为上马家沟组顶部;西部较高, 为峰峰组顶部 受? 怀远运动?的影响, 华北地台亮甲山组与下马家沟组之间存在显著沉积间断, 也是一个 SB1面河北曲阳表现为一 0?55m 厚的紫红色泥岩; 北京西山和唐山泻湖相白云岩覆于潮坪 相藻席和角砾白云岩之上; 江苏贾旺的贾旺组底部为一滞流砾岩层, 下伏层见有硅结壳这个 界面代表寒武纪初以来的一个大旋回的结束 间断型二类界面( SB2) ? 具明显沉积间断遭受剥蚀的标志, 上下层位呈现明显的跳相; 界 面局部覆盖华北地台, 横向可变为相转换型 SB2 面奥陶系的底界在河北曲阳为泻湖相白云岩覆于滩相的亮晶颗粒白云岩之上, 其间明显间断; 而在唐山这一界面位于寒武系顶部浅缓坡 相灰泥灰岩夹竹叶砾岩中, 其间为连续沉积 相转换连续型二类界面( SB2) ? 这类界面只是 2 个层序相序转换的 1 个点, 位于一组未 暴露或近于暴露的副层序界面之中。
界面的确定要靠剖面相序分析和横向层序对比区内亮 甲山组下部的 SB2 面( 层序 2 的底界) 都位于藻礁相或藻席潮坪相副层序组内, 副层序顶面均 未暴露; 下马家沟组下部的 SB2面( 层序 3 的顶界) 都是位于潮上萨伯哈相副层序组内北京西山下马家沟下部的 SB2 面上下为 9 个角砾白云岩和红色白云质砂泥岩组成的副层序组, 界89第 1 期 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 田树刚等: 华北地台北部奥陶纪露头层序地层? ? ? ? ? ? ?图 2? 层序界面类型Fig. 2? Types of sequence interfaces( 图例见图 3)面被选在中部一稍厚的红色砂泥岩层的顶面 3 ? 层序地层划分在详细研究副层序及副层序堆叠方式、 相序结构和各种界面的基础上, 首先对各剖面进行多级沉积旋回划分区内奥陶系可分为 2 个二级旋回( 以 SB1 面为界) , 6 或 7 个三级旋回( 即层序, 每个时限约 6?7Ma) , 22? 26 个四级旋回( 约 1?5? 1?8Ma) , 以及 155 ? 185 个五级旋回 ( 副层序, 约 0?21 ? 0?26Ma) 。
各级旋回的时限与 Vail, P. C. 等( 1991) 的结果相近( 图 3、 4) 层序 1? 藻礁缓坡- 台盆相层序( 冶里组? 亮甲山组底部, 含副层序约 24? 53 个) 底界在区内西部曲阳等地为间断型SB2面, 中? 东部的北京西山和唐山为相转换型SB2面90? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 地? 球? 学? 报?? ? 中国地质科学院院报? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1997 年图 3? 唐山赵各庄奥陶纪层序地层柱状图Fig. 3 Ordovician column of sequence stratigraphy, Zhaogezhuang, T angshan91第 1 期 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 田树刚等: 华北地台北部奥陶纪露头层序地层? ? ? ? ? ? ?图 4? 曲阳西口南奥陶纪层序地层柱状图Fig. 4 Ordovician column of sequence stratigraphy, Xikounan, Quyang92? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 地? 球? 学? 报?? ? 中国地质科学院院报? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1997 年? ? T ST ??? 曲阳等地由退积的泻湖至藻席潮坪相, 以及加积的藻礁相副层序组成的相序; 唐山的这段地以中 ? 深缓坡相的加积副层序为特征, 底部的退积副层序组为寒武系顶部的浅缓 坡相沉 积。
北京西山这段地层具有过渡性质, 为中 ? 浅缓坡相副层序组; 发育大型灰泥丘和叠层石礁最大海泛期沉积为具? 凝缩?涵义的副层序HST ?? ? 以台盆- 缓坡- 藻礁- 藻席潮坪相副层序组堆叠而成的相序缓坡相以中、 深 缓坡的纹层粒泥灰岩、 生物扰动灰岩和礁前砾砂层灰岩为主该层序的顶界在区内均为相转换型 SB2 面, 曲阳的界面在藻席潮坪相副层序组内; 北京西山的界面在夹高分枝状叠层石丘的副层序组内, 唐山的界面位于藻礁相副层序组内层序 2? 藻礁缓坡- 台盆- 潮滩缓坡相副层序( 亮甲山组、 副层序约 47? 48 个) T ST ??? 曲阳这套地层为退积潮坪- 加积藻礁相副层序组序列礁前的缓坡相不发育,仅见 1? 2 层砾砂屑颗粒灰岩; 藻礁为藻粘结介壳砾砂屑灰岩, 层内见有大量高分枝状叠层藻和放射状生长的藻群体北京西山和唐山的这段地层的环境较曲阳水深, 属礁相带前的缓坡, 发育夹叠层藻丘的浅、 中、 深缓坡相的副层序组最大海泛期的沉积为台盆相副层序只是唐山的岩层( 包括中深缓坡相) 呈深灰色或黑色, 见黄铁矿晶体, 说明当时水流不畅HST ?? ? 为加积缓坡和进积潮滩相副层序组序列。
曲阳的这套地层层整体白云岩化, 北 京西山和唐山的这套地上半部白云岩化缓坡相沉积横向变化不大, 为纹层理、 砂屑条带或强烈生物扰动的灰岩或白云岩夹灰泥丘和叠层石丘潮坪相地层横向变化明显, 曲阳为藻席和滩相颗粒白云岩; 北京西山为强烈生物扰动白云岩和短柱状叠层石藻席白云岩; 唐山, 地层的 副层序由纹层砂屑白。