沖積扇沉積向濱岸沉積的轉(zhuǎn)變
——以華北克拉通南緣中元古界兵馬溝組為例

岳亮，劉自亮

1. 成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，成都 610059 2. 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院能源學院，江蘇徐州 221116 3. 成都理工大學能源學院，成都 610059

沖積扇沉積向濱岸沉積的轉(zhuǎn)變
——以華北克拉通南緣中元古界兵馬溝組為例

岳亮1,2，劉自亮3

1. 成都理工大學沉積地質(zhì)研究院，成都 610059 2. 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院能源學院，江蘇徐州 221116 3. 成都理工大學能源學院，成都 610059

中國華北克拉通南緣的前寒武紀沉積地層發(fā)育齊全、出露較好，具有較高的研究價值。但前寒武紀的沉積地層年代久遠，缺少佐證的生物依據(jù)，對沉積環(huán)境的判斷更多依賴于構(gòu)造背景、地理環(huán)境、巖石類型和沉積構(gòu)造等，導致前人研究有較多的爭議。以華北克拉通南緣汝陽群兵馬溝組為例，通過精細分析巖石特征、古水流和沉積相，結(jié)合相關(guān)地層的區(qū)域?qū)Ρ燃肮诺孛驳闹亟ǎ忉屃吮R溝組的沉積成因和環(huán)境轉(zhuǎn)換。汝陽群沉積地層不整合覆蓋在華北克拉通南緣太古宙變質(zhì)結(jié)晶基底或古元古代熊耳群火山—沉積巖系之上，兵馬溝組作為汝陽群底部的地層單元，受地形和斷裂的明顯控制，接受豐富的物源供給，發(fā)育了一套極具特色的“雙層疊加”沉積地層，代表了從沖積扇沉積到砂礫質(zhì)濱岸沉積的環(huán)境轉(zhuǎn)變，作為華北克拉通南緣以海相為主控的沉積開端，具有重要的科學價值。

兵馬溝組；沖積扇沉積；濱岸沉積；元古宇；華北克拉通南緣

0 引言

中國華北克拉通是地球上最老的克拉通板塊之一，最老的巖石記錄可以追溯到38億年，一直是中國前寒武紀地質(zhì)的研究熱點[1-9]。由于缺乏古地磁和地質(zhì)約束等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其在哥倫比亞超大陸中所處的位置仍存在爭議[10-11]。Zhaoetal.[12]和Zhao[13]推斷華北克拉通的東部板塊和南印度板塊是同一個大陸裂解而來的。依靠熊耳群巖石的高精度古地磁數(shù)據(jù)，Zhangetal.[14]認為華北克拉通位于低緯度地區(qū)，與印度板塊、北澳大利亞板塊和西澳大利亞板塊相鄰。超大陸的聚合和裂解，與其過渡時期的沉積構(gòu)造環(huán)境聯(lián)系緊密。Hoffman[15]認為大陸邊緣的裂谷作用和大陸裂離是建立超大陸的最基本前提。而已有的地質(zhì)資料表明，華北克拉通和哥倫比亞超大陸的關(guān)系密切，其保留了關(guān)于哥倫比亞超大陸的匯聚、增生和裂解的完整記錄[6]。不同于華北克拉通腹地，其南緣前寒武紀沉積發(fā)育較好，具有重要的研究意義。

在1.85～1.80 Ga華北克拉通發(fā)展為一個穩(wěn)定且完整的大陸地臺(圖1A)，之后開始發(fā)育陸內(nèi)斷裂。在華北克拉通南緣則形成了熊耳裂陷槽(也稱為晉豫裂陷槽)，其主體在河南省西部和山西省中南部，標志著華北克拉通伸展—裂解事件的開始，時間上與哥倫比亞超大陸的裂解事件(1.8～1.2 Ga)接近[16]。熊耳裂陷槽為三叉裂谷且發(fā)育規(guī)模應該較大(圖1B)，其中兩支沿著華北克拉通南緣的斷裂帶延伸，另一支朝NE方向延伸至山西省中部地區(qū)。熊耳裂陷槽形成之后，華北克拉通南緣的大地構(gòu)造活動開始弱化，進入穩(wěn)定的沉積蓋層發(fā)育階段，這套穩(wěn)定的沉積蓋層記錄了古元古代末期到中元古代從陸相到海相的沉積轉(zhuǎn)變。

研究區(qū)出露的中元古代地層主要為汝陽群，在西南部欒川地區(qū)發(fā)育官道口群(圖1C、圖2)。兵馬溝組地層為汝陽群的底部，以富含大量的礫質(zhì)和砂質(zhì)碎屑沉積為特征，疊覆在華北克拉通結(jié)晶基底或熊耳群之上，受控于地形和構(gòu)造作用，以致于其分布局限且厚度變化迅速。前人對于兵馬溝組及其隸屬的汝陽群，研究程度一般且大多偏重于汝陽群的年代歸屬和微生物沉積[1,5,17-19]，僅有少數(shù)學者從沉積學和地層學角度對汝陽群進行過研究[20-22]，但也大多忽視了汝陽群底部的兵馬溝組地層。雖然兵馬溝組僅出露在局部地區(qū)，但不可忽視其發(fā)育的重要性，尤其是作為華北克拉通穩(wěn)定沉積蓋層的開端。而對于兵馬溝組的描述，大多數(shù)專家仍沿用七八十年代的觀點，沒有進行系統(tǒng)的研究。由于兵馬溝組地層的厚度極不穩(wěn)定且各地區(qū)出露的層位存在差異，導致前人對兵馬溝組的沉積成因有不同認識，有學者認為是沖積扇—河流相沉積[22]，或者山麓—河流三角洲—濱海沉積[23]，也有支持是沖積扇沉積[24-25]，但也有學者認為是沖積扇—扇三角洲沉積[26]。

圖1 研究區(qū)位置及剖面分布A.華北克拉通在中國的位置；B.發(fā)育在華北克拉通南緣的熊耳裂陷槽；C.研究區(qū)的地質(zhì)概況Fig.1 Location of the study area and distribution of cross-sections

中元古代與華北克拉通相鄰的印度板塊[13-14]，發(fā)育的Chattisgarh超群可識別出由沖積扇沉積到風暴陸棚沉積的環(huán)境轉(zhuǎn)變[27]。挪威南部地區(qū)中元古代處于被動大陸邊緣的Rjukan裂陷盆地，類似熊耳裂陷槽，在古地形、古氣候和古構(gòu)造的控制下發(fā)育了典型的沖積扇沉積[28]。

本文通過野外地質(zhì)調(diào)查、巖石特征觀察、沉積相分析和沉積古地理研究，對兵馬溝組地層的沉積成因進行了分析，并探討了華北克拉通南緣元古宙早期沉積盆地的古地貌環(huán)境、物質(zhì)來源和構(gòu)造演化，為該區(qū)地層層序的對比和劃分提供依據(jù)，進而為華北克拉通南緣乃至哥倫比亞超大陸演化的研究提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

河南省西部和山西省南部的元古宙沉積地層出露較好且分布廣泛，利于區(qū)域追索和對比。前人對于該區(qū)提出了較多的地層劃分方案[5,29-30]，一般劃分為三個地層小區(qū)：澠池—確山地層小區(qū)、嵩箕地層小區(qū)、熊耳山地層小區(qū)。澠池—確山地層小區(qū)發(fā)育汝陽群，其底界地層單位舊稱小溝背組；嵩箕地層小區(qū)發(fā)育五佛山群，其底界地層單位稱兵馬溝組；熊耳山地層小區(qū)發(fā)育官道口群，其底界地層單位稱高山河組。小溝背組與兵馬溝組相當[31]，為同物異名，建議廢除[32]。

中元古界汝陽群厚度達數(shù)千米，主要由礫巖、砂巖和泥巖組成，局部發(fā)育有灰?guī)r和白云巖。兵馬溝組屬于汝陽群的底部，不整合覆蓋在太古宙登封群或古元古界熊耳群之上(圖2)，但兵馬溝組地層分布局限，僅出露在邵原、澠池、嵩山、魯山和朱蘭村等地區(qū)(圖1C)，其他地區(qū)的汝陽群均缺失兵馬溝組。經(jīng)過分析，兵馬溝組的分布受構(gòu)造控制作用異常明顯，其主要發(fā)育在熊耳裂陷槽NE分支的東部地區(qū)，其他地區(qū)未有發(fā)現(xiàn)。

圖2 研究區(qū)區(qū)域地層柱狀圖[31]Fig.2 Simplified regional stratigraphic column in the study area

雖然兵馬溝組地層的分布局限且厚度變化迅速，但仍有一定的規(guī)律可循。邵原地區(qū)的兵馬溝組地層厚度可達872.1 m，是該組在研究區(qū)的最大厚度，其西南方向澠池地區(qū)地層厚度減薄至164.8 m；嵩山地區(qū)的兵馬溝組地層厚度為566 m，向南追索至魯山地區(qū)的兵馬溝組地層厚度變薄至39 m；研究區(qū)最南部的朱蘭店地區(qū)該地層厚度僅為25 m。華北克拉通南緣的地勢整體北高南低，在嵩山地區(qū)存在古隆起[33]，在其物源供給范圍內(nèi)的邵原地區(qū)、澠池地區(qū)和嵩山地區(qū)的兵馬溝組沉積地層厚度巨大，反之遠離隆起區(qū)的魯山地區(qū)和朱蘭村地區(qū)的地層厚度較小。各地區(qū)地層中的礫巖成分復雜，來源為太古界登封群的片麻巖和古元古代的巖漿巖和變質(zhì)石英巖等。自北向南，兵馬溝組沉積地層逐漸變薄，可能受地形降低和物源減少的影響，特別的是魯山和朱蘭村地區(qū)，僅發(fā)育兵馬溝組上部的海相沉積地層，缺失下部的沖積扇沉積。從分布范圍上看，海相沉積覆蓋全區(qū)，而沖積扇沉積僅在邵原、澠池和嵩山地區(qū)可見。

2 沉積相分析和解釋

選取研究區(qū)的4條主要剖面(陽城、邵原、澠池和欒川)和3條觀察剖面(嵩山、魯山和朱蘭村)(圖1C)，除陽城和欒川外，其他地區(qū)均發(fā)育有兵馬溝組地層，以下將重點描述邵原地區(qū)和澠池地區(qū)(圖3)的兵馬溝組地層剖面。

邵原地區(qū)的兵馬溝組地層厚度可達870多米，為研究區(qū)出露的最大厚度(圖3)，該地層主要由礫巖、含礫砂巖、粗—細粒砂巖、粉砂巖和泥頁巖組成。根據(jù)巖性、沉積構(gòu)造、古水流等方法，可識別出兩種沉積環(huán)境，并依此劃分為兩段，下段為沖積扇陸相沉積，上段為砂質(zhì)濱岸海相沉積。澠池地區(qū)兵馬溝組的地層厚度為165 m(圖3)，與邵原地區(qū)的兵馬溝組特征相似，也可劃分為兩個沉積環(huán)境單元，下部為沖積扇沉積，但其地層厚度和所含礫石的粒度都相對小于邵原地區(qū)，應更靠近沖積扇的邊緣，砂泥質(zhì)地層的沉積比例更高；上部為濱岸沉積，以海侵底礫巖為底界，向上為典型的海相沉積，可見廣泛發(fā)育的的斜層理、交錯層理和沖洗層理，并發(fā)育有海綠石沉積層。

古水流是確定盆地邊緣、物源區(qū)位置、古斜坡方向、砂巖體延伸方向的重要標志[34-35]。本文的古水流數(shù)據(jù)主要收集于大型斜層理，槽狀交錯層理和礫石疊瓦狀構(gòu)造，分析方法見Highetal.[36]和Ramsay[37]。邵原地區(qū)和澠池地區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，古流向主要集中NE方向，為單峰型，呈扇狀展布，也表明了主要的物源來自華北克拉通[21-22]。

碎屑沉積巖的粒度分布及其組合特征是判斷沉積環(huán)境和水動力條件的良好指標，其中應用廣泛且效果較好的方法是分析碎屑物的粒度參數(shù)及粒度概率累計曲線[38-40]。鄭德順等[26]對兵馬溝組硅質(zhì)碎屑沉積物的標本進行粒度分布特征分析，認為兵馬溝組為水動力較強且近源堆積的沖積扇沉積環(huán)境。

2.1 沖積扇沉積相組合

沖積扇沉積相組合，占主要剖面(邵原和澠池)的70%及以上，不整合覆蓋在華北克拉通變質(zhì)基底或熊耳群之上，在邵原、澠池和嵩山地區(qū)均有發(fā)育。沖積扇沉積相由3種相構(gòu)成。

2.1.1 相A：顆粒支撐和基質(zhì)支撐礫巖相

該相的特征是成熟度較低，分選較差且少見原生沉積構(gòu)造(圖4A～D)。巖層的上下界面大多平行，局部因發(fā)育沖刷面而呈波浪狀。礫巖顏色為灰褐色或紫紅色，厚度一般為中至巨厚層(0.3 m到5 m)。所含礫石的粒徑大小不一，從2 cm到50 cm，由棱角狀到次圓狀，無明顯的定向排列。而基質(zhì)支撐礫巖為典型的泥石流沉積，豐富的泥質(zhì)基質(zhì)保證了高孔隙壓力致使礫石漂浮其中，礫石長軸方向多與層面平行(圖4C)。泥石流一般有陡峭的前端且富含泥漿和粗碎屑，流速低于主體并可能拖慢主體速度，可以形成巨厚的堆積[41-42]，從而兵馬溝組沖積扇沉積下段發(fā)育有巨厚的礫巖沉積層。顆粒支撐礫巖與上覆的基質(zhì)支撐礫巖之間為漸變過程，但基質(zhì)支撐礫巖向含礫砂巖轉(zhuǎn)變的過程中，有時則突變?yōu)轭w粒支撐礫巖。

圖3 邵原地區(qū)和澠池地區(qū)兵馬溝組綜合柱狀圖M.泥質(zhì)；S.砂質(zhì)；G.礫質(zhì)Fig.3 The column of the Bingmagou Formation, Shaoyuan area and Mianchi area

沖積扇沉積作為粒度最大的碎屑沉積相，以巨厚礫巖層為主要特征。前人將此相識別為河流相的河床沉積，用來解釋兵馬溝組地層分布的局限性和厚度的急劇變化的原因，但卻不能合理解釋礫質(zhì)沉積厚達幾十米甚至數(shù)百米。這種以紫紅色為主，分選差，成熟度低，沉積厚度大的沉積特征，表明碎屑物的充分暴露，屬近源堆積，更符合沖積扇的沉積特征。

2.1.2 相B：含礫砂巖—中粗粒砂巖相

含礫砂巖主要呈紫紅色或灰黃色，一般為薄層至厚層(0.1～2 m)，所含礫石成分復雜，大小不一(1～5 cm)，棱角狀至圓狀，部分可見疊瓦狀排列(圖4E,F,H)。含礫砂巖層底界面多為沖刷面，可見礫石沿沖刷面堆積、排列；層內(nèi)發(fā)育斜層理、楔狀及槽狀交錯層理，礫石長軸方向多與層理面平行。含礫砂巖層整體顯示正粒序沉積序列，向上碎屑顆粒的粒徑逐漸減小，過渡到砂巖層；局部突變至砂巖層，但巖層橫向延伸有限。中粗粒砂巖主要有兩種類型：一種是由含礫砂巖層過渡而來，巖層內(nèi)部廣泛發(fā)育斜層理、楔狀及槽狀交錯層理，橫向連續(xù)性較好；另一種則是內(nèi)部沒有明顯沉積構(gòu)造，呈層狀產(chǎn)出，偶見平行層理，薄層一般不連續(xù)，橫向延伸短，有時呈透鏡體產(chǎn)出。

此類型主要存在沖積扇沉積的中上段，代表沖積扇內(nèi)部水流水動力變化影響下的碎屑沉積模式。水動力較強時，易形成泥石流沉積或內(nèi)部沉積構(gòu)造豐富的砂巖層，水動力較弱時則會形成內(nèi)部沒有顯著分層的砂巖層，更弱的時候變?yōu)榘察o水體而發(fā)育細粒沉積，這種狀況一般歸因于重力流的稀釋作用，體現(xiàn)流體層狀搬運和堆積的特征[43-45]。層理豐富的中粗粒砂巖，可以歸因于水下產(chǎn)生的高黏性碎屑流或者單向片流等[46]。

2.1.3 相C：細粒沉積相

圖4 邵原及澠池地區(qū)兵馬溝組巖石野外露頭及鏡下特征A,B.邵原地區(qū)的顆粒支撐礫巖，礫石成分復雜，粒度大小不一，分選差，磨圓差，無明顯的沉積構(gòu)造；C.澠池地區(qū)的基質(zhì)支撐礫巖，可見礫石定向排列，長軸方向與層面平行；D.澠池地區(qū)的顆粒支撐礫巖，礫石多為石英巖，夾有片麻巖，無明顯的沉積構(gòu)造；F.邵原地區(qū)的含礫砂巖，可見含礫砂巖層和層狀砂巖互層，其中所含礫石定向排列；E,H.澠池地區(qū)的含礫砂巖，可見礫石成分復雜，沿沖刷面或?qū)永砻媾帕校籋.可見楔狀層理，層內(nèi)紋層單向傾斜;G.紫紅色泥頁巖和灰褐色細粒泥質(zhì)砂巖互層，邵原地區(qū)；I.澠池地區(qū)的紅色砂質(zhì)泥巖；J,K.泥質(zhì)砂巖的微觀特征，基質(zhì)支撐，可見石英顆粒長軸定向排列，石英顆粒棱角狀至圓狀，分選較差；J.為單偏光，K.為正交偏光。Fig.4 The outcrop characteristics and microcharacteristics of rocks of Bingmagou Formation, Shaoyuan Section and Mianchi Section

該相包含了沖積扇沉積中所有的細粒砂巖、粉砂巖和泥頁巖(圖4G,I,J,K)，巖石顏色為紅褐色或灰黃色，地層厚度一般為20 cm～2 m，層內(nèi)缺乏交錯層理及其他沉積構(gòu)造，偶見水平層理。砂質(zhì)巖多與泥質(zhì)巖互層(圖4G)，向上有泥質(zhì)含量呈增加的趨勢，這種大量細粒碎屑沉積應代表著較長周期穩(wěn)定水體環(huán)境下懸浮砂質(zhì)和泥質(zhì)的垂直沉降[47-48]。

富含碎屑的流體，一般由機械強度高的基底層和上覆液流組成，作為基底的礫質(zhì)碎屑不斷沉積，其上的液流則在前端或側(cè)端形成砂體層[49]，解釋了沖積扇的正粒序沉積序列的成因，因此細粒均質(zhì)沉積多發(fā)育在沉積旋回的上部(圖3)。但細粒沉積的頂?shù)捉缑嬉部梢酝蛔優(yōu)楹[砂巖，指示著遠端扇表面的片流沉積。

濱岸沉積地層一般發(fā)育在兵馬溝組的上部，其分布范圍要大于沖積扇的分布范圍，在邵原、澠池、嵩山、魯山和朱蘭村等地區(qū)均有出露，其中朱蘭村地區(qū)的兵馬溝組濱岸沉積直接覆蓋在熊耳群之上，缺失沖積扇沉積單元。濱岸沉積相組合可以識別出3個相。

2.2.1 相D：海侵底礫巖—含礫砂巖相

該相主要由海侵底礫巖和含礫砂巖組成。與兵馬溝組的沖積扇礫質(zhì)沉積不同的是，該相所含礫石的成分雖然復雜，但其中泥質(zhì)礫屑的比例較大，且礫石的整體粒度較小，大約0.5 cm到2 cm。層內(nèi)層理發(fā)育，可見斜層理、交錯層理和沖洗層理等；常見沖刷面，礫石沿沖刷面或者紋層方向定向排列。

海侵底礫巖多覆蓋在沖積扇沉積上段的砂巖層或泥頁巖層之上，接觸面多為大型的沖刷面。礫石成分以石英質(zhì)和泥質(zhì)為主，石英質(zhì)礫石代表著陸源碎屑的涌入或者原沖積扇礫質(zhì)沉積的再搬運，所以整體粒度較小且磨圓度較高(圖5A)；而泥質(zhì)礫石則可能是海侵對原沖積扇砂泥質(zhì)沉積的侵蝕和運移，所以泥質(zhì)礫石的磨圓較差，代表著近距離或原地的再沉積(圖5B)。

圖5 澠池地區(qū)和邵原地區(qū)兵馬溝組巖石野外露頭及鏡下特征A.粗砂巖與礫巖互層，礫巖中礫石成分復雜，以石英質(zhì)和泥質(zhì)礫石為主，總體粒度較小，磨圓較好，但泥質(zhì)礫石的磨圓一般；B.含礫粗砂巖，礫石成分以泥礫為主，定向排列，長軸方向平行于沖刷面；C.邵原地區(qū)的含礫粗砂巖，往復交叉狀的交錯層理；D.澠池地區(qū)的中—細粒砂巖，槽狀交錯層理和平行層理，上部可見海綠石，Gla=Glauconite；E.魯山地區(qū)的細砂巖，砂巖層面上音叉狀波痕；F.澠池地區(qū)的中—細粒砂巖，低角度的沖洗層理；G,H.邵原地區(qū)濱岸砂巖的鏡下特征，富含石英，成熟度較高，分選較好，石英顆粒次圓狀到圓狀；I.紅色的砂質(zhì)泥巖中夾有薄層的粉砂巖，可見呈層狀或透鏡狀產(chǎn)出的海綠石沉積。Fig.5 The outcrop and microcharacteristics characteristics of rocks of Bingmagou Formation, Mianchi Section and Shaoyuan Section

2.2.2 相E：復合層理砂巖相

該相主要由紫紅色或灰黃色的長石石英砂巖、石英砂巖或泥質(zhì)砂巖組成，多為薄層或中厚層，有明顯侵蝕界面，廣泛發(fā)育沖刷面和充填構(gòu)造，可見平行層理、交錯層理和沖洗層理，廣泛發(fā)育脈狀、透鏡狀砂層理和束狀層理，多與砂泥巖互層構(gòu)成韻律層。發(fā)育漂浮狀產(chǎn)出的礫石，但礫石的粒徑較小(小于2 cm)。部分層中含海綠石及鐵質(zhì)結(jié)核，層面可見波痕。

前寒武紀濱岸沉積以高成熟度、分選好的砂巖為特征，其主要的沉積構(gòu)造有丘狀交錯層理、洼狀交錯層理、羽狀交錯層理、平行層理和槽狀及板狀交錯層理[50-54]。在研究區(qū)兵馬溝組發(fā)育的砂巖地層中存在大量典型的沉積構(gòu)造，如復合的交錯層理及切斷活化的層理面(圖5C,F)、羽狀交錯層理和代表海相沉積的海綠石(圖5D)、音叉狀分叉的層面波痕(圖5E)等，證明兵馬溝組上部地層為海相沉積。

2.2.3 相F：泥頁巖相

但那是個近于瘋狂的年代，教學工作很難按教育規(guī)律展開。他盡管身在其位，也沒有多少騰挪的余地，甚至不能為自己挑選研究生，跟著他學習的人，都由組織上選定，一般是那些政治上過硬的進修生。

該相包含粉砂質(zhì)和泥質(zhì)沉積，通常呈紫紅色，由均勻的泥巖、砂質(zhì)泥巖或粉砂巖構(gòu)成橫向延伸的薄層或中厚層，代表了相對安靜、暴露的沉積環(huán)境(圖5I)。一般位于正粒序?qū)有虻纳喜?，部分單元中可見砂巖或含礫砂巖的夾層，有時可見含海綠石沉積，呈層狀橫向延伸。

3 討論

3.1 沉積演化

華北克拉通南緣熊耳裂隙槽的產(chǎn)生和熊耳群的發(fā)育(年齡約為1.8～1.75 Ga)[13,55-57]，是中—新元古代華北克拉通南緣伸展—裂解事件的產(chǎn)物，同時響應了哥倫比亞超大陸的裂解。已有研究表明，中元古代的汝陽群發(fā)育在被動大陸邊緣環(huán)境，年齡不早于1.7 Ga，以硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽巖沉積為主[6]。從地理方位上看，欒川、澠池、邵原和陽城地區(qū)由南向北分布在熊耳裂隙槽的NE分支(圖1B,C)，欒川地區(qū)更接近熊耳裂隙槽的中心，靠近華北克拉通的南緣，是最先遭到海水侵入的地區(qū)，也是海侵后期水深最大的地區(qū)。對于澠池、邵原和魯山地區(qū)，一方面受當時北高南低地勢的影響，另一方面處于熊耳裂隙槽的斷裂帶上且受控制作用明顯，發(fā)育了兵馬溝組下部的沖積扇沉積地層，雖然構(gòu)造作用可能不是沖積扇形成的主要因素[58-59]，但對于沖積扇沉積的沉積學特征、扇體形狀和沉積物厚度的影響卻不能忽視。

圖6 欒川地區(qū)和陽城地區(qū)地層剖面綜合柱狀圖Fig.6 The column section of Luanchuan area and Yangcheng area

圖7 華北克拉通南緣兵馬溝組地層對比和沉積相演化Fig.7 Stratigraphic correlation and sedimentary facies evolution of Bingmagou Formation, the southern margin of the north China craton

兵馬溝組作為汝陽群的底部地層，僅出露于邵原、澠池、嵩山、魯山和朱蘭村等地區(qū)，在陽城和欒川地區(qū)并沒有發(fā)育(圖6)。因斷裂的長期活動，重力流的廣泛發(fā)育，形成了兵馬溝組沖積扇的超厚礫質(zhì)沉積和扇形輻射狀沉積特征[26]。隨著海水的侵入，兵馬溝組地層上部則開始發(fā)育海相濱岸沉積地層。兵馬溝組發(fā)育時期，陽城地區(qū)處于較高的穩(wěn)定地形，受風化剝蝕而作為碎屑物源區(qū)存在，直到后期海水侵入才發(fā)育了兵馬溝組上部的云夢山組濱岸沉積地層。

因底部發(fā)育有相似火山巖夾層，前人多將高山河組和云夢山組進行對比，但其底界年齡仍存有疑問[31,60]。同為海相沉積且不整合覆蓋熊耳群火山巖之上的高山河組和云夢山組進行地層對比，是毋庸置疑的。但是在發(fā)育兵馬溝組的地區(qū)，兵馬溝組上部的海相地層是否可以與高山河組的下部地層進行部分對比(圖7)？位于華北克拉通南緣的欒川地區(qū)最先接受海侵，而發(fā)育的高山河組地層，是否應該比內(nèi)陸地區(qū)發(fā)育的云夢山組地層更早一些？

3.2 沉積模式

圖8 華北克拉通南緣兵馬溝組沉積模式A.兵馬溝組沖積扇發(fā)育時期；B.兵馬溝組濱岸發(fā)育時期Fig.8 Sedimentary model of Bingmagou Formation, southern margin of the north China craton

中元古代早期，海水侵入熊耳裂隙槽，但范圍有限，僅發(fā)育在華北克拉通南緣的邊緣地帶。如圖8A，欒川地區(qū)為海相濱岸帶，而沿裂隙槽NE分支的依次延伸的魯山、澠池、邵原和澠池地區(qū)皆為隆起區(qū)。受斷裂和地形的影響，發(fā)育了具有典型近源快速堆積特征的沖積扇沉積，地層厚度巨大，碎屑沉積物分選和磨圓差，平均粒徑較大，成分復雜。兵馬溝組沖積扇地層在空間上展布范圍較小且呈輻射狀延伸，受華北克拉通南緣北高南低的地勢影響，從東北向西南展布并尖滅。

之后，隨著持續(xù)的海侵，大部分地區(qū)由陸相轉(zhuǎn)為海相，從而發(fā)育了兵馬溝組上部的濱岸沉積地層(圖8B)。由沖積扇沉積到濱岸沉積的變化，可識別的轉(zhuǎn)換界面是海侵滯留礫巖層的底部界面。濱岸沉積的礫巖層厚度相對較小，礫石的粒徑較小、磨圓較好，向上的砂巖層中發(fā)育海相典型的雙向交錯層理、束狀層理和沖洗層理，而不同于下部沖積扇沉積的單向?qū)永?；也見大量波痕發(fā)育，砂巖層或泥巖層中的海綠石沉積。另外，濱岸沉積地層空間展布范圍較大，可以進行區(qū)域追索和對比。

總的來說，在發(fā)育范圍方面，兵馬溝組下部沖積扇沉積地層要小于上部濱岸沉積地層。原因是沖積扇沉積受構(gòu)造和地形的控制作用明顯，僅部分地區(qū)存在；隨著后期海水的侵浸，海相沉積的范圍要遠大于前期的沖積扇沉積，從而導致在朱蘭村地區(qū)僅可見到兵馬溝組地層上部的濱岸沉積。

4 結(jié)論

對于前寒武系沉積地層的環(huán)境識別，更多借助于巖石特征和沉積構(gòu)造的變化，也就是沉積學和地層學的理論推斷和驗證。當然，實驗和測試也是一個有效的手段，比如粒度分析、典型元素的含量、礦物特征等，同樣有甄別古環(huán)境的作用。

兵馬溝組作為華北克拉通結(jié)晶基底或古元古代熊耳群之上的第一套沉積地層，發(fā)育年齡不早于1.7 Ga，代表著華北克拉通南緣伸展事件之后穩(wěn)定沉積的開始，甚至可能是哥倫比亞超大陸開始裂解的沉積響應。隨著華北克拉通南緣熊耳裂陷槽的形成和發(fā)展，海水的持續(xù)侵入，兵馬溝組的沉積環(huán)境也由陸相的沖積扇沉積轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｏ嗌暗[質(zhì)濱岸沉積。不過，受熊耳裂陷槽東部地區(qū)的局部隆起和華北克拉通南緣地形北高南低的影響，兵馬溝組的沖積扇沉積僅發(fā)育在邵原、澠池、魯山和嵩山等地區(qū)，其他地區(qū)未見。后期海侵形成的砂礫質(zhì)濱岸沉積覆蓋全區(qū)，但欒川地區(qū)最早接受海相沉積，在兵馬溝組沖積扇時期就為海相濱岸沉積，兵馬溝期后的云夢山期轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}巖緩坡沉積的較深水環(huán)境；陽城地區(qū)無兵馬溝組沉積，云夢山組地層直接覆蓋在華北克拉通變質(zhì)基底或熊耳群火山巖之上。綜上，這種特殊的環(huán)境轉(zhuǎn)變形成了兵馬溝組獨特的“雙層疊加”沉積特征。

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An Alluvial Fan to Coastal Transition: A case study of Mesoproterozoic Bingmagou Formation, southern margin of the North China Craton

YUE Liang1,2, LIU ZiLiang3

1. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China 2. College of Energy, Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China 3. College of Energy, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

The Precambrian sedimentary strata in the southern margin of the North China Craton are well developed, and widely exposed, it has a high value to study further. But no unambiguous biogenic criteria exist to discriminate Precambrian ancient sedimentary strata, the judgement of sedimentary environment is often based on the tectonic background, geographical environment, rock types and sedimentary structure, resulting in previous research have some controversies. This paper takes Bingmagou Formation in the Ruyang Group in the southern margin of the north China craton as an example, through the analysis of rock features, paleocurrent and sedimentary facies, combined with the regional comparison of relevant strata and the reconstruction of ancient landform, to explain the depositional genesis and the environmental transition of Bingmagou Formation. The sedimentary strata of the Ruyang Group unconformably onlaps Archean crystalline basement or Proterozoic Xionger Group, the Bingmagou Formation as the bottom unit of the Ruyang Group, obviously controlled by topography and fracture, accepted the rich fragment deposition, was a very particular “bilayer superimposition” sedimentary strata, represented an alluvial fan to coastal transition, and it also was the beginning of marine deposition in the southern margin of the North China Craton.

Binmagou Formation; alluvial fan; coastal; Proterozoic; southern margin of the North China Craton

1000-0550(2017)04-0752-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.04.009

2016-09-05； 收修改稿日期： 2016-11-06

國家自然科學基金項目(40472065)；江蘇省自然科學基金項目(BK20160208)；中石化前瞻性海相項目共同資助(C0800-07-ZS-164)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 40472065; Natural Science Foundation of Jiangsu province, No. BK20160208; China Sinopec, No. C0800-07-ZS-164]

岳亮，男，1986年出生，博士，講師，沉積學，E-mail: qzyueliang@163.com

劉自亮，男，副教授，E-mail: bugliu2001@163.com

P512.2

A