河北尚義含瑪瑙硅質(zhì)礫石層地質(zhì)特征及成因探討

廉興茂

摘要張家口尚義縣鴛鴦河流域一帶廣泛分布含瑪瑙硅質(zhì)礫石層，通過野外地質(zhì)調(diào)查，追索礫石層物源地，分析礫石形成時(shí)代和成因，認(rèn)為該套礫石是上新世“尚義古湖”沉積物，是晚新生代古環(huán)境變遷及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞尚義；瑪瑙；晚新生代；石匣組；古環(huán)境

在張家口尚義縣鴛鴦河流域一帶，廣泛分布一套由中細(xì)砂和硅質(zhì)礫石互層構(gòu)成的晚新生代沉積物，礫石層中含有瑪瑙，當(dāng)?shù)厝朔Q之為“瑪瑙石”或“肉凍石”；可能因?yàn)楝旇芳?jí)等方面的原因，以往資料鮮有記載。2015年夏，在尚義城南公路施工過程中，礫石層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了品級(jí)較好的瑪瑙，曾一度引起大規(guī)模群體挖掘。至此，該區(qū)硅質(zhì)礫石層中的瑪瑙才重新被人所重視。

尚義縣含瑪瑙硅質(zhì)礫石層具有一定的研究意義：其一，它是冀西北壩上地區(qū)晚新生代地層的重要組成部分；其二，它同時(shí)是該區(qū)晚新生代地理環(huán)境變遷和壩上古湖泊形成、發(fā)展、消亡的重要的信息載體；其三，硅質(zhì)礫石和瑪瑙有一定的觀賞價(jià)值，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為此，結(jié)合野外工作中的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，對(duì)該區(qū)含瑪瑙硅質(zhì)礫石層地質(zhì)特征及成因進(jìn)行初步探討。

1地理地貌

含瑪瑙硅質(zhì)礫石層位于位于尚義縣城東一帶，地貌屬壩上丘陵區(qū)，相對(duì)高差小于50m，起伏較小，多寬緩河谷。區(qū)內(nèi)主要河流為鴛鴦河，鴛鴦河由北、東、南匯入南壕塹水庫后向西南進(jìn)入內(nèi)蒙古，再向東南折返回河北，最后匯入洋河支流一東洋河（見圖1）。

壩上地區(qū)位于內(nèi)蒙古高原南緣，地勢(shì)平坦遼闊，地形呈南高北低展布，壩頭一帶海拔較高，向北地勢(shì)逐漸變平緩；壩下屬中低山區(qū)，地勢(shì)高差較大。以壩上、壩下分界線為分水嶺，壩上地區(qū)多發(fā)育由南向北的內(nèi)陸河流；壩下地區(qū)多發(fā)育由北向南的外流河。鴛鴦河較為特殊，其發(fā)源于壩上，幾經(jīng)折返，最后匯入壩下外流水域。

2區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)南部毗鄰尚義一赤城深斷裂，大地構(gòu)造位置處于內(nèi)蒙地軸張北臺(tái)凹內(nèi)。區(qū)域地層為新太古界紅旗營子群、古元古界化德群、中元古界長(zhǎng)城系地層、侏羅系地層、中新統(tǒng)漢諾壩組、上新統(tǒng)石匣組、上更新馬蘭組和全新統(tǒng)。局部海西期花崗巖侵入到紅旗營子群和化德群內(nèi)。

3地質(zhì)特征

3.1地層層序

尚義含瑪瑙硅質(zhì)礫石層下伏地層為新太古界紅旗營子群、元古代花崗巖或中新世漢諾壩組，除在近丘頂處出露外，其上常被晚更新世馬蘭黃土、全新統(tǒng)松散堆積物所覆蓋。

3.2礫石層特征

礫石分布范圍面積大，礫石含量巨大。其中含瑪瑙硅質(zhì)礫石層與中細(xì)砂層互層，沉積韻律明顯，局部發(fā)現(xiàn)小型斜層理。砂層物質(zhì)組成以石英為主，石英顆粒多被粘土質(zhì)物質(zhì)包裹，多為假粒級(jí)。礫石層厚幾厘米至幾米，各處厚度不一，受地形影響顯著。礫石層與砂層多為灰白色，粒間疏松，未見膠結(jié)，砂、礫空隙基質(zhì)為含砂泥灰質(zhì)；局部受后期含鐵離子地表水影響，砂、礫層染色呈黃褐色，染色帶多為不規(guī)則條帶狀。

3.3礫石特征

礫石成分非常單一，均為硅質(zhì)，隱晶質(zhì)，硬度高，不透明。顏色以土黃色為主，還有黑色、深紅色、深綠色、黃白相間色、黑白相間色等。礫徑大小不一，磨圓較好，個(gè)別可達(dá)5cm以上。礫石多含石英條帶，條帶呈平行狀，流線、流面特征明顯。個(gè)別大礫石表面具明顯蜂窩狀。

3.4瑪瑙特征

硅質(zhì)礫石層中見少量瑪瑙，黃褐色為主，表面發(fā)育小凹坑，形狀以橢圓、長(zhǎng)圓為主，個(gè)體較小，直徑多小于2cm；個(gè)別瑪瑙個(gè)體較大，直徑可達(dá)10cm，但色彩層次較差，以灰白色為主，呈同色圓狀。

4成因分析

4.1物源來源

在野外調(diào)查過程中，在幾處漢諾壩玄武巖裂隙內(nèi)了發(fā)現(xiàn)有深紅色、土黃色硅質(zhì)脈體充填，脈體寬5cm～0.5m，呈帶狀、眼球狀，局部流線、流面特征明顯，個(gè)別處見色帶分明的瑪瑙。硅質(zhì)脈體受同期或后期構(gòu)造應(yīng)力作用，脈體多呈碎裂狀，為后期風(fēng)化剝蝕、搬運(yùn)提供了可能。

含瑪瑙硅質(zhì)礫石層范圍廣，厚度大，礫石量巨大，礫石磨圓好，為搬運(yùn)產(chǎn)物。所以有理由推測(cè)有體積較大的硅質(zhì)脈體作為物源，而非由若干單一硅質(zhì)脈體提供。隨著地質(zhì)時(shí)代變遷，硅質(zhì)礫石物源地后期又被沉積物、風(fēng)積物所覆蓋。

4.2形成時(shí)代

硅質(zhì)脈體侵入到漢諾壩組玄武巖裂隙內(nèi)，硅質(zhì)脈體的形成時(shí)代可能為漢諾壩玄武巖噴發(fā)的晚期，或是在漢諾壩玄武巖形成后（上新世）由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)侵入而形成。所以硅質(zhì)脈體的形成時(shí)代應(yīng)為中新世晚期或上新世。

通過野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)含瑪瑙硅質(zhì)礫石層多直接上覆于漢諾壩玄武巖之上，其上多被晚更新世馬蘭黃土覆蓋。另外，局部見砂、硅質(zhì)礫石層與紅色粘土互層，根據(jù)以往地質(zhì)資料，壩上地區(qū)紅色粘土層為上新世石匣組。所以，有理由推測(cè)含瑪瑙硅質(zhì)礫石層形成時(shí)代應(yīng)為中新世以后，晚更新世以前，屬于上新世的可能性非常大。

4.3尚義古湖演化

根據(jù)區(qū)域研究表明，尚義古湖盆四周為玄武巖高臺(tái)地和山脈，白上新世初期開始形成，由于地勢(shì)低洼，而將鴛鴦河等河流逐漸吸引到該盆地中來；從而在尚義盆地形成內(nèi)陸古湖，此時(shí)鴛鴦河為內(nèi)陸河流。湖泊形成過程中，河流沖積相、沖積相和洪積相交替發(fā)育，為硅質(zhì)礫石層形成提供水動(dòng)力條件。

古湖盆地在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，隨著湖水面積擴(kuò)大，沉積物增多，到上新世末期在尚義古湖盆地內(nèi)沉積了厚度可觀的沉積物。古湖盆地盆地經(jīng)歷了不對(duì)稱的隆升過程，原來的沉積物有多次再搬運(yùn)、沉積的可能。在周而復(fù)始的搬運(yùn)、沉積過程中，其它礫石由于硬度較低，逐步磨損形成了細(xì)砂，而硅質(zhì)礫石硬度大，在動(dòng)蕩水流的作用下形成了含瑪瑙硅質(zhì)礫石層。

上新世末、第四紀(jì)初，喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)期，即新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期。這一地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，陰山、燕山迅速抬升，到上新世晚期，尚義古湖盆地東部因?yàn)闃?gòu)造活動(dòng)而抬升，鴛鴦河向西南侵蝕下切，最后尚義古湖打開，湖水經(jīng)內(nèi)蒙古西流外泄，內(nèi)陸水系變成了外流水系。受地形影響，鴛鴦河在內(nèi)蒙受阻折向東流回河北，最后與洋河匯合，尚義地區(qū)現(xiàn)代水系格局基本形成；鴛鴦河幾經(jīng)折返，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志，是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。另外，通過地理地貌推測(cè)南壕塹水庫可能為尚義古湖的遺留痕跡。

4.4古環(huán)境變遷

在尚義縣城北見大面積泥灰質(zhì)松散沉積物分布，局部見灰白色泥灰質(zhì)沉積物和磚紅色粘土互層，另外在含瑪瑙硅質(zhì)礫石、砂層內(nèi)普遍見泥灰質(zhì)膠結(jié)物。上述地質(zhì)現(xiàn)象都說明尚義古湖屬封閉（或半封閉）湖泊，淺水半深水環(huán)境，高鹽度。隨著大地構(gòu)造活動(dòng)的加劇，古湖盆地海拔上升，溫度下降，湖泊進(jìn)入蒸發(fā)環(huán)境，泥灰質(zhì)正是這種環(huán)境下的產(chǎn)物?；野咨嗷屹|(zhì)沉積物和磚紅色粘土層的沉積韻律，可能代表沉積期氣候在干燥炎熱的大背景下的多期小旋回變化。

5結(jié)論

1）地質(zhì)體的地層層序建立是解決地質(zhì)問題的基礎(chǔ)，為了更加深入了解和認(rèn)識(shí)含瑪瑙硅質(zhì)礫石層的地質(zhì)時(shí)代和成因，在以后工作中，應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)晚新生代地層層序研究。

2）由于礫石層本身的復(fù)雜性，且缺少系統(tǒng)的專門研究，隨著研究工作的深入，礫石層的地質(zhì)時(shí)代和成因待進(jìn)一步探討。

3）尚義含瑪瑙硅質(zhì)礫石層最主要的地質(zhì)環(huán)境意義應(yīng)為新構(gòu)造意義，并對(duì)尚義古湖形成和發(fā)展有一定的指示意義，是尚義古湖消亡及壩上高原隆起的一個(gè)重大地質(zhì)地貌事件。