前寒武系層序地層研究中多重地層劃分方法的應(yīng)用
——以燕遼地區(qū)中、新元古界為例

曠紅偉（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北 荊州434023）

李家華，彭 楠，羅順社（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

前寒武系層序地層研究中多重地層劃分方法的應(yīng)用
——以燕遼地區(qū)中、新元古界為例

曠紅偉（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北 荊州434023）

李家華，彭 楠，羅順社（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

在系統(tǒng)野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，綜合運用年代地層學(xué)、事件地層學(xué)、生物地層學(xué)、巖石地層學(xué)、化學(xué)層序地層學(xué)及露頭層序地層學(xué)的方法和原理，對燕山冀北地區(qū)中、新元古代（高于莊組－景兒峪組）地層進(jìn)行了詳細(xì)的層序地層學(xué)研究，特別是露頭層序地層學(xué)、化學(xué)層序地層學(xué)的綜合運用。露頭層序及其界面標(biāo)志的識別是準(zhǔn)確劃分層序的關(guān)鍵，而化學(xué)層序地層學(xué)是對露頭層序的有效修正。據(jù)此，將燕山冀北地區(qū)高于莊組－景兒峪組劃分為13個二級層序，39個三級層序。

前寒武系；層序地層；中、新元古界；燕山冀北地區(qū)

隨著前寒武系研究的深入，識別和對比地層的標(biāo)志也越來越多，新理論、新技術(shù)、新方法不斷被引進(jìn)到地層劃分和對比中，年代地層學(xué)、磁性地層學(xué)、地震地層學(xué)、構(gòu)造地層學(xué)、礦物地層學(xué)、分子地層學(xué)、生態(tài)地層學(xué)、定量地層學(xué)以及化學(xué)地層學(xué)等也都在地層學(xué)研究中各自發(fā)揮著它們的重要作用。各種地層學(xué)方法、理論與層序地層學(xué)的綜合應(yīng)用是解決前寒武系地層劃分和對比的有效途徑。

層序地層學(xué)是根據(jù)露頭、鉆井、測井和地震資料，結(jié)合有關(guān)沉積環(huán)境和巖相古地理解釋，對地層層序格架進(jìn)行地質(zhì)綜合解釋的地層學(xué)分支學(xué)科［1］。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，層序地層學(xué)進(jìn)入了理論研究和生產(chǎn)應(yīng)用全面發(fā)展的時期。至今，層序地層學(xué)已成為國際地質(zhì)科學(xué)研究的熱門課題，而且隨著研究的不斷深入，旋回地層學(xué)、事件地層學(xué)、化學(xué)地層學(xué)等新方法也不斷被引入，進(jìn)一步充實和完善了層序地層學(xué)的理論體系。

筆者基于近年綜合運用年代地層學(xué)、事件地層學(xué)、生物地層學(xué)、巖石地層學(xué)、化學(xué)地層學(xué)及露頭層序地層學(xué)的方法和原理及前人資料，對燕山冀北地區(qū)中、新元古代高于莊組－景兒峪組進(jìn)行詳細(xì)的層序地層學(xué)研究；同時，借以建立燕山冀北地區(qū)中、新元古代層序格架的實例，探討和分析、評述前寒武系層序地層研究中的多重地層劃分方法的應(yīng)用。

1 年代地層學(xué)在層序劃分中的應(yīng)用

年代地層學(xué)為地層和層序劃分提供著地質(zhì)年代學(xué)的約束與依據(jù)。上世紀(jì)70年代末期以來，人們利用多種測年方法研究中、新元古代地層的地質(zhì)年代，包括 K－Ar、Rb－Sr、U－Pb、Pb－Pb（ICPMS，SHRIMP等）、40Ar－39Ar和 Rb－Sr等。

通過幾十年來對華北地區(qū)特別是薊縣剖面的年代地層學(xué)研究，已經(jīng)建立了中、新元古界年代地層格架。燕山地區(qū)中、新元古界形成于1800～850Ma，中國地層委員會原有的劃分方案為長城系1800～1400Ma、薊縣系1400～1000Ma、青白口系1000～850Ma（圖1）。新近應(yīng)用鋯石U－Pb SHRIMP法對下馬嶺組測年取得重大進(jìn)展［2，3］。若下馬嶺組新測年數(shù)據(jù)（1368±12Ma）成立，將動搖以往對中、新元古界年代學(xué)劃分的傳統(tǒng)認(rèn)識。

追溯燕山地區(qū)中、新元古界年代地層劃分沿革，可以看出有三分法和四分法方案。三分法其一為 按 早 前 的［4，5］長 城 群（1800～1400Ma），包括常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組和高于莊組；薊縣群（1400～1000Ma），包括楊莊組、霧迷山組、洪水莊組和鐵嶺組；青白口群（1000～800Ma），包括由下馬嶺組、駱駝嶺組（龍山組）和景兒峪組）劃分；其二系鑒于高于莊組與大紅峪組之間為區(qū)域性的不整合，故將高于莊組歸于薊縣群［6～9］。

四分法其一為朱士興等人［10］的劃分方案，也主要是源于高于莊組頂、底分別為不整合面，因此建議單獨設(shè)立“高于莊系”，其下的四個段提升為“組”；四分法其二就是在高林志等［2，3］關(guān)于下馬嶺組新的年齡數(shù)據(jù)刊發(fā)后，喬秀夫等［11］提出將下馬嶺組單獨建立“西山群”的方案。

顯然，無論哪種年代劃分方案都面臨著未來的挑戰(zhàn)和進(jìn)一步驗證、研究和補充完善。

圖1 中、新元古界重要構(gòu)造事件一覽圖（據(jù)文獻(xiàn)［1］，有修改）

2 事件地層學(xué)在層序劃分中的應(yīng)用

事件地層記錄著地質(zhì)時期地質(zhì)事件發(fā)生的重要信息，而這些信息又承載著盆地構(gòu)造演化的階段性變化或調(diào)整，對追溯盆地的形成和演化具有重要作用。研究表明，不同級別事件地層的界面往往與不同級別層序的界面相對應(yīng)，因此也可為不同層序級別劃分及界面特征識別提供依據(jù)。如青龍上升就是以青龍縣城南的高于莊組底礫巖代表發(fā)生在高于莊組沉積之前的一次地殼運動，為長城系中大紅峪組與高于莊組的分界面出現(xiàn)的區(qū)域不整合［12］，代表了一個超巨旋回層序的界線（一級層序）。燕山中、新元古代發(fā)育若干重要構(gòu)造事件（見圖1），導(dǎo)致了多期地層不整合接觸，這些不整合面構(gòu)成了盆地內(nèi)一級或二級層序的界線。

3 巖石地層學(xué)在層序劃分中的應(yīng)用

層序地層學(xué)的誕生和發(fā)展受益于地震地層學(xué)、生物地層學(xué)、年代地層學(xué)和沉積學(xué)的發(fā)展［13］，而巖石地層學(xué)通常被認(rèn)為無益于層序地層學(xué)的發(fā)展，因為巖石地層通常是穿時的。筆者認(rèn)為，海相沉積巖相組合受海平面升降變化的控制，不同沉積巖相及其疊置方式反映了沉積物形成時的海平面變化，對層序地層的準(zhǔn)確劃分也具有重要的參考和借鑒意義。

副層序內(nèi)部不同巖相的疊置形成了不同的微旋回層序疊加類型，它們進(jìn)一步組合構(gòu)成體系域或更高級別的層序。因此，在層序地層的研究中，巖石地層是最基本、最直接的研究對象。同時，一些特殊巖相的出現(xiàn)往往對沉積層序的劃分具有明顯的指示，例如霧迷山基本旋回［14～17］、硅質(zhì)結(jié)殼層［15］的出現(xiàn)、巖溶角礫的產(chǎn)生等等，以及與其伴生的具指相意義的沉積構(gòu)造等都有利于層序的劃分和識別。在野外剖面的測制過程中，根據(jù)地層巖石的巖性及其組合特征等對露頭地層進(jìn)行副層序的劃分。

4 生物地層學(xué)在層序劃分中的應(yīng)用

中國晚前寒武系生物的研究始于20世紀(jì)20年代。1975～1977年開展的 《震旦亞界》研究［12，18］，更加豐富了生物地層的成果，發(fā)現(xiàn)了后生動物和宏觀藻類，之后開展了燧石相微古植物的研究［19］。80年代以來華北晚前寒武系生物地層的研究，在廣度和深度上更進(jìn)了一步［20］。華北中、新元古界中隱藻類化石和疊層石及其他非骨骼碳酸鹽巖（如磷塊石、核形石等）被稱為微生物巖［21］，該研究在進(jìn)行地層層序劃分時，經(jīng)常利用不同微生物巖的產(chǎn)狀或形態(tài)，如疊層石的屬種及其組合類型來區(qū)分水深的變化，進(jìn)而辨別海平面的升降變化，為層序的劃分提供依據(jù)。如研究區(qū)以疊層石為主的微生物巖種類很多，如紋層狀疊層石白云巖、緩波狀疊層石白云巖、錐柱狀疊層石白云巖和凝塊石和核形石等。通常被認(rèn)為錐狀疊層石水體最深，柱狀疊層層石、凝塊石和核形石其次，緩波狀和紋層狀疊層石發(fā)育在較淺的潮間上帶－潮上帶［21］。當(dāng)一個沉積序列中出現(xiàn)不同微生物巖及其組合時，它可以幫助人們有效地劃分微層序、副層序，判斷海平面的升降變化，因此是體系域、各級層序劃分的重要標(biāo)志。

5 化學(xué)層序地層學(xué)在層序劃分中的應(yīng)用

燕山地區(qū)中、新元古代有關(guān)化學(xué)層序地層學(xué)的研究主要集中在薊縣剖面，而其他剖面鮮有系統(tǒng)的化學(xué)層序地層學(xué)研究。薊縣剖面的地球化學(xué)研究始于上世紀(jì)70年代后期，早期主要是普通常量元素的地球化學(xué)研究［22］。80年代中期，為在華北地區(qū)中、新元古界和下古生界碳酸鹽巖中尋找石油，開始進(jìn)行有機地化研究［23～25］。隨著薊縣及燕山地區(qū)中、新元古界元素分析資料的日益豐富，化學(xué)地層學(xué)與數(shù)學(xué)地質(zhì)相結(jié)合，地質(zhì)家們開始利用這些新的學(xué)科來進(jìn)行地層劃分與對比的研究［26，27］。

90年代以來，穩(wěn)定同位素［28～36］，石油有機地化研究［37，38］都取得了一定進(jìn)展，為筆者進(jìn)行燕山冀北剖面的化學(xué)層序地層學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。筆者對寬城－凌源的中、新元古界地層剖面及延慶－赤城剖面、懷來下花園趙家山剖面進(jìn)行了C、O、Sr同位素及常量、微量元素、X衍射的系統(tǒng)測試分析，通過對這些化學(xué)測試數(shù)據(jù)的分析，為準(zhǔn)確劃分層序及其邊界提供了新的證據(jù)（圖2）。

6 露頭層序地層學(xué)的研究方法

露頭研究可以獲得最直觀、最真實、最詳細(xì)的層序地層學(xué)資料，具有鉆井和地震資料所不具備的高分辨率的特點。在考慮研究區(qū)露頭的覆蓋性、不連續(xù)性以及被構(gòu)造運動后期改造變形的基礎(chǔ)上，應(yīng)選擇那些地層出露齊全、能連續(xù)追蹤、易于觀察的露頭進(jìn)行野外踏勘和實測，收集層序邊界、體系域和凝縮層及沉積相標(biāo)志，進(jìn)行高分辨率的層序地層學(xué)解釋，建立區(qū)域地層等時格架，為進(jìn)一步深入研究及油氣勘探提供可供借鑒的地層資料。工作內(nèi)容包括：①識別層序界面、劃分層序類型；②確定層序單元的年代；③以巖性、巖相以及地層堆疊樣式來確定各地層層序的凝縮層（或最大海泛期沉積）、體系域和準(zhǔn)層序組的特征，進(jìn)行沉積相、沉積體系分析，明確各層序中體系域的組合特征、準(zhǔn)層序的疊置樣式以及沉積體系的時空分布；④編制露頭層序地層學(xué)各類圖件，包括綜合分析圖及不同露頭的層序地層對比圖等。

研究區(qū)各地層組基本處于陸架以上的沉積環(huán)境，沉積體系域普遍缺少低水位體系域而以水進(jìn)體系域、高水位體系域為主。同時，沉積的水環(huán)境很少有深水盆地環(huán)境。依據(jù)碳酸鹽巖環(huán)潮坪旋回層序疊加特點，該地區(qū)中代表淺水環(huán)境（特別是含暴露標(biāo)志）的沉積物及沉積構(gòu)造可以作為層序界面的識別標(biāo)志：

圖2 寬城尖山子村楊莊組微量元素分布與地層層序的關(guān)系

1）平行不整合面 即界面以下地層有不同程度的缺失，在野外觀察到多套地層的不整合關(guān)系：高于莊組與楊莊組、鐵嶺代莊子亞組與老虎頂亞組之間以及老虎頂亞組與下馬嶺組、下馬嶺組與長龍山組、青白口系景兒峪組與上覆寒武系俯君山組之間均為平行不整合接觸，指示不同級別的層序界面。如圖3（a）為“鐵嶺上升”運動所造成的鐵嶺組代莊子亞組與老虎頂亞組之間的鐵質(zhì)風(fēng)化殼，使兩套地層呈不整合接觸。

2）在潮上帶或濱岸帶的干化現(xiàn)象 其中最常見的是干裂構(gòu)造，干裂常呈多邊形，橫斷面常為“V”型或“U”型，縫壁一般陡而平直。在野外剖面中多處發(fā)現(xiàn)了干裂構(gòu)造。

3）硅質(zhì)結(jié)殼層 是研究區(qū)碳酸鹽巖中常見的暴露標(biāo)志，主要發(fā)育在霧迷山組、楊莊組和高于莊組潮坪碳酸鹽巖中，它是由暴露在地表的碳酸鹽巖在淡水淋濾作用等因素影響下硅質(zhì)聚集形成的，厚度很不穩(wěn)定。如圖3（b）為高于莊組頂部172層的1.1m厚的硅質(zhì)層，可以作為層序5的頂界面特征。

4）波痕 一般代表水體比較淺的環(huán)境，如楊莊組二段上部波痕（圖3（c）），表明在楊莊組二段沉積晚期水體變淺。

5）鳥眼構(gòu)造 一般是出現(xiàn)在潮上帶的標(biāo)志，代表水體很淺，甚至暴露。

6）古巖溶面和巖溶角礫巖 碳酸鹽巖經(jīng)暴露而形成的古巖溶面和充填的巖溶角礫巖是很好的暴露標(biāo)志。如河北寬城尖山子剖面高于莊組環(huán)秀寺亞組發(fā)育具巖溶角礫的白云巖，角礫大小2～10cm。在高于莊組及霧迷山組，特別是霧迷山組，從底到頂發(fā)育多層巖溶角礫層，為層序界面的識別提供重要依據(jù)。

7）侵蝕沖刷面 如圖3（d）為霧迷山組48層頂部與49層底部接觸面為凹凸不平的面，野外觀測為砂質(zhì)云巖與泥晶云巖之間的沖刷面。最大海泛期沉積物有：①潮下凝塊石白云巖，以厚層至塊狀出現(xiàn)，主要沉積顆粒為凝塊石和核形石，是潮下高能動蕩環(huán)境的產(chǎn)物。如遼寧凌源魏杖子剖面霧迷山組240層C段凝塊石白云巖（圖3（e）），凝塊石呈水平成層分布。②錐狀疊層石的出現(xiàn)，代表著潮下帶上部較深的水體環(huán)境。在高于莊組和霧迷山組常見，如板錐、層錐，特別是霧迷山組中甚至出現(xiàn)“炮彈錐”，反映比較深的水體環(huán)境。如遼寧凌源魏杖子剖面霧迷山組160層C段，垂直層面連續(xù)分布的錐狀疊層石，如河北寬城尖山子剖面高于莊組官地亞組上部錐狀疊層石（被硅化）。③深色薄片狀頁巖的出現(xiàn)，如河北寬城北杖子剖面洪水莊組第8層頁巖，具微細(xì)水平層理。④瘤狀灰?guī)r雖然普遍認(rèn)為是深水相沉積，但由于其厚度巨大，“凝縮”程度不夠，亦不宜作凝縮段，稱其為最大海泛期產(chǎn)物［15］。典型的是高于莊組三段張家峪亞組中大量瘤狀灰?guī)r的出現(xiàn)（圖3（f））。

圖3 露頭層序界面及最大海泛期沉積產(chǎn)物特征

7 結(jié) 語

以露頭層序地層學(xué)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合年代地層學(xué)、事件地層學(xué)、巖石地層學(xué)、生物地層學(xué)、化學(xué)層序地層學(xué)等方法和資料，通過分析，對燕山冀北中、新元古界層序地層作了如下劃分：在野外分層、調(diào)整和校正了組段及其內(nèi)部界線的基礎(chǔ)上，共劃分出13個二級層序，39個三級層序。

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Application of Multiple Stratigraphic Classifications in Precambrian Sequence Stratigraphic Analysis——A Case Study from Meso and Neoproterozoic Sequence Analysis in Yanliao Area

KUANG Hong－wei（Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources（Yangtze University），Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China；Institute of Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037，China）
LI Jia－h(huán)ua，PENG Nan，LUO Shun－she（College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Based on field investigations and by using the method and principle of chronostratigraphy，event stratigraphy，biostratigraphy，lithostratigraphy and chemostratigraphy，the Meso－Neoproterozoic sequence stratigraphy（Gaoyuzhuang Formation to Jingeryu Formation）in Yanshan Area were studied in detail，and especially the outcrop and geochemistry sequence stratigraphies were comprehensively used and the identification of outcrop sequence stratigraphy and interfacial marks were the key means for accurately classifying the stratigraphies and the geochemistry sequence stratigraphy was the effective modification of the outcrop sequence stratigraphy.Based on the study，13second－order sequences and 39 three－order sequences are indentified in term of geostratigraphy and outcrop sequence stratigraphy in Yanshan Area.

Precambrian；sequence stratigraphy；Meso－Neoproterozoic；Yanshan Area of the northern Hebei Province

TE121.34

A

1000－9752（2010）05－0036－6

2010－01－15

國家自然科學(xué)基金項目（40772078）；中國石油化工股份有限公司海相油氣勘探前瞻性項目（BG0800－06－ZS－350）。

曠紅偉（1969－），女，1992年大學(xué)畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事沉積學(xué)與油氣地質(zhì)學(xué)的教學(xué)和研究工作。

［編輯］ 宋換新