秦皇島柳江盆地二疊系地層特征研究

任志揚，付芳芳，楊興彬，陳 峰

（1.中國地質(zhì)大學長城學院，河北 保定 071000；2.中國地質(zhì)大學（北京），北京 100083）

柳江盆地位于秦皇島市以北28 km 處的石門寨地區(qū)，占地240 km2，整體上呈南北長、東西窄的形態(tài)分布，出露了從新元古界到中生界的華北地臺蓋層沉積序列，完整記錄了從新元古代以來華北地臺的沉積序列及構(gòu)造演化活動。地質(zhì)現(xiàn)象典型，在華北地區(qū)具有代表性，很多地質(zhì)類院校，如中國地質(zhì)大學、中國礦業(yè)大學、中國石油大學等高等院校都在此設(shè)立教學基地，是地質(zhì)學家的搖籃，被地學界公認為“天然地質(zhì)博物館”。

吳承龍、陳耀明、任學義等人均對柳江盆地地層巖石學特征和沉積環(huán)境進行過研究[1-2]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上對柳江盆地二疊系地層特征和巖相古地理環(huán)境進行研究，為本區(qū)科研和野外實踐教學提供資料。

1 地質(zhì)概況

本區(qū)處于燕山沉降帶東段、山海關(guān)隆起東南緣，主要構(gòu)造線方向NNW-SSE。太古代以前，該區(qū)域經(jīng)歷了地槽發(fā)展階段，形成了一套變質(zhì)程度不同的變質(zhì)巖組合，后經(jīng)過風華剝蝕，殘留的混合花崗巖部分形成了現(xiàn)在的結(jié)晶基底，即綏中花崗巖。到了元古代，該地區(qū)進入裂陷地槽的發(fā)展階段，形成了長城系、薊縣系、青白口系地層覆蓋于綏中花崗巖之上。震旦紀—二疊紀，該區(qū)域處于相對穩(wěn)定階段，為地臺發(fā)展階段，形成典型的穩(wěn)定地臺型沉積。從地層分區(qū)來看，本區(qū)屬燕山構(gòu)造帶、山海關(guān)小區(qū)，地層按出露特征屬華北型。該區(qū)地層出露普遍缺失的中、上奧陶統(tǒng)至下石炭統(tǒng)、三疊系、白堊系、第三系，就華北型地層而言，出露相對較齊全，各組地層中標志性化石較豐富，地層間劃分標志清楚，特征明顯，具有一定的代表性。主要的區(qū)域性不整合有中奧陶統(tǒng)馬家溝組與中石炭統(tǒng)本溪組間的平行不整合及上二疊統(tǒng)石千峰組與下侏羅統(tǒng)北票組之間的角度不整合。

2 地層特征

二疊系地層在本區(qū)主要有山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh），其特征分別如下。

2.1 山西組特征

研究區(qū)內(nèi)山西組巖性特征為灰色到灰黑色中細粒長石巖屑雜砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)頁巖及黏土巖構(gòu)成的兩個沉積韻律[3]。下韻律層底部的長石含量相對較高，含有礫石，礫石直徑2 ～3 mm，韻律層頂部為灰白色細膩狀黏土層，可見煤層（可采煤層），地表可見明顯出露的煤線，在石門寨養(yǎng)雞場附近，煤線厚度3 ～5 mm，且向北側(cè)延伸進入柳江煤礦礦區(qū)[4]。上部韻律層頂部為薄層狀，灰白色B 層鋁土礦，與上覆下石盒子組底部含礫粗砂巖層以整合方式接觸。

本組與下伏太原組地層呈整合接觸關(guān)系，分組標志為：太原組頂部出現(xiàn)土黃色細砂巖及粉砂巖，具球形風化，且?guī)r層中具有泥灰?guī)r透鏡體；山西組底部巖性為灰色、灰白色長石巖屑雜砂巖，在橫向上有時變?yōu)楹[中粗?；蛑屑毩ｉL石巖屑雜砂巖，顏色由灰白色變?yōu)辄S灰色，層位穩(wěn)定，產(chǎn)狀變化不大。

2.2 下石盒子組特征

下石盒子組主要為灰白色粗粒長石巖屑雜砂巖、細粒巖屑雜砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、黏土質(zhì)粉砂巖及泥質(zhì)頁巖構(gòu)成的三個沉積韻律層。三個韻律層巖石顆粒均具有粗粒—中?！毩５恼Ｐ蛱卣?。改組地層也以韻律層為界分為三段。第一段可見明顯的粒序?qū)永?，底部巖性為含礫粗砂巖（小豆砂巖），以礫石含量在剖面上自下而上明顯減少為標志，表現(xiàn)出正粒序?qū)永硖卣鳎来纬霈F(xiàn)含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細砂巖，頂部為泥質(zhì)粉砂巖；第二、三韻律均為正粒序?qū)永恚謱訕酥境雎遁^差，頂部分別為A2 和A1 層紫紅色泥質(zhì)頁巖。該組地層厚度約為115 m。

粉砂巖中產(chǎn)植物化石：帶科達、多脈帶羊齒、中蘆木。

本組地層與下伏山西組呈整合接觸關(guān)系且分界清楚。分組標志為：山西組頂部出現(xiàn)灰白色細膩B 層鋁土礦；下石盒子組底部為黃褐-灰褐色含礫粗粒巖屑長石雜砂巖（即小豆砂巖）。

2.3 上石盒子組特征

本組地層在研究區(qū)內(nèi)出露較為局限，以石門寨西門至瓦家山一帶，175 高地附近出露較好。上石盒子組地層主要由兩個沉積韻律組成，以沉積韻律分為上下兩段。第一段底部為灰白色中厚層含礫粗粒長石砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖石中石英顆粒粗大，約1.5 mm，且磨圓度高，巖石風化后呈明顯亮黃色-土黃色，剖面上自下而上巖石中碎屑粒度逐漸變小，依次出現(xiàn)粗砂巖、中砂巖、細砂巖，同時礫石含量減少且直徑減?。坏诙蔚撞繛橐粚踊野咨至：[砂巖，橫向上，礫石直徑變化較大，例如，175高地附近出現(xiàn)礫石直徑在15 cm以上的巨礫巖，反映出陸相河床沉積的特征，向上巖石中碎屑粒度及礫石直徑逐漸變小。此層厚為72 m。該組地層與下石盒子呈整合接觸關(guān)系，其分組標志為：下石盒子組的三段頂部出現(xiàn)紫紅色泥質(zhì)-粉砂質(zhì)頁巖；上石盒子組一段底部出現(xiàn)土黃色-黃色含礫粗粒長石砂巖。

2.4 石千峰組特征

石千峰組在本區(qū)出露較為局限，在歡喜嶺至黑山窯一帶，以及175 高地到瓦家山東側(cè)采坑接觸帶上出露較好。石千峰組地層巖性特征為一套由河流相沉積形成的紫紅色砂巖組合，底部巖性為紫紅色含礫粗粒巖屑長石雜砂巖，剖面上自下而上碎屑粒度逐漸變細，依次出現(xiàn)細砂巖、粉砂巖及部黃綠色泥巖，反映出明顯的沉積韻律。與下伏上石盒子組地層呈整合接觸關(guān)系，分組標志為上石盒子組頂部土黃-黃白色細砂巖及粉砂巖；石千峰組底部紫紅色含礫粗粒巖屑長石雜砂巖。石千峰組與上覆北票組地層呈角度不整合接觸關(guān)系，分組標志為產(chǎn)狀變化（見圖1）。厚度為150 m。

圖1 北票組與石千峰組角度不整合示意圖

3 巖相古地理分析

國內(nèi)外學者大量研究表明，從晚石炭世開始，華北地臺經(jīng)歷了多次海進—海退的過程，隨著時間的推移，海進的規(guī)模、方向和中心位置都在不斷變化，在此背景下，研究區(qū)內(nèi)C-P 地層出現(xiàn)了明顯的海陸交互相沉積特征[5-6]。二疊紀后，在海退作用的控制下，本區(qū)開始全面進入陸相沉積環(huán)境。

山西組巖性以炭質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)泥巖等細粒碎屑沉積巖為主，并呈現(xiàn)向上變粗、層系變厚的特征，表明此時本區(qū)進入三角洲沉積。早二疊世，本區(qū)處于氣候潮濕、地勢低平、植物茂盛、沼澤廣布的環(huán)境，當時是華北地區(qū)重要的成煤期[7]。上下石盒子組由灰白色巖屑石英雜砂巖、紫紅色粉砂巖、泥巖、頁巖等組成，夾黏土礦，屬于河湖相沉積體系。石千峰組主要巖性為紅色-紫紅色礫巖、含礫砂巖、長石砂巖及砂質(zhì)泥巖，泥巖中可見鈣質(zhì)結(jié)核，表明此時該區(qū)域氣候相對干燥，海水基本退出整個區(qū)域，沉積環(huán)境已經(jīng)有海陸過渡相演變?yōu)殛懴嗪恿鱽喯喑练e。

概而言之，二疊紀從早到晚本區(qū)由寬廣的沿海濱岸成煤沼澤環(huán)境到內(nèi)陸盆地的轉(zhuǎn)變過程，相應(yīng)地層的巖性也從海陸交互相變成陸相，其粒度變粗，顏色從暗色轉(zhuǎn)變成黃綠色甚至紅色：厚度加大，分異加劇，反映了隨著北側(cè)興蒙褶皺系石炭紀后因大陸碰撞而隆起，使華北板塊自北向南逐漸抬升，地形切割加劇，氣候干燥化及遠離海洋的過程。

4 結(jié)論

柳江盆地二疊系地層巖性主要為灰黑色中細粒長石巖屑雜砂巖、黃褐色-灰白色含礫粗粒長石巖屑砂巖和紫紅色中粗-中細含礫砂巖。受石炭紀后大陸碰撞的影響，本區(qū)二疊紀沉積環(huán)境逐漸由寬廣的沿海濱岸成煤沼澤環(huán)境的海陸交互相轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)陸盆地的大陸河湖相沉積。