北京西山上二疊統(tǒng)紅廟嶺組沉積現(xiàn)象特征及沉積環(huán)境

1、北京西山上二疊統(tǒng)紅廟嶺組沉積現(xiàn)象特征及沉積環(huán)境分析摘要 北京西山上二疊統(tǒng)紅廟嶺組是一套具有多個旋回沉積序列的砂巖泥巖頁巖地層。在本次西山地質(zhì)實(shí)習(xí)中，我們觀察了上二疊統(tǒng)紅廟嶺組的一套砂巖為主夾有泥頁巖的地層，根據(jù)沉積物的沉積特征，按照沉積物顆粒粗細(xì)，顏色變化，我們將其劃分為幾個不同沉積相沉積的產(chǎn)物。結(jié)合我們所學(xué)知識，對北京西山上二疊統(tǒng)紅廟嶺組進(jìn)行沉積環(huán)境分析。關(guān)鍵詞 砂巖 河流相沉積 沉積旋回區(qū)域背景分析北京地區(qū)從太古宙以來經(jīng)歷了前呂梁期的地臺結(jié)晶基底形成發(fā)展、后呂梁期一印支期的地臺蓋層發(fā)育和燕山一喜馬拉雅板濱太平洋大陸邊緣活動3個構(gòu)造發(fā)展階段，區(qū)域構(gòu)造格架表現(xiàn)為早期的東西向或近東西向隆起坳陷或

2、褶皺斷裂為后期北東、北北東或近南北向褶皺、斷裂的交切復(fù)合的特點(diǎn)。經(jīng)歷了由強(qiáng)烈下陷、褶皺活動為主，發(fā)展為以穩(wěn)定隆起坳陷為主，復(fù)又再活動為隆起褶皺、斷陷以至拉張，呈斷塊式不斷掀斜，形成多旋回螺旋式推進(jìn)，繼承活動和較新地殼構(gòu)造運(yùn)動相互交替的發(fā)展演化過程。時間上表現(xiàn)為多旋回、多期次性，空間上表現(xiàn)為多層次性。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展劃分為3大階段，即早前寒武紀(jì)的陸塊結(jié)晶基底形成發(fā)展階段、中元古代顯生宙蓋層發(fā)育階段、中新生代構(gòu)造變形階段 。沉積現(xiàn)象描述上二疊統(tǒng)紅廟嶺組地層分布在北京西山，我們的實(shí)習(xí)地點(diǎn)在火車道旁，實(shí)習(xí)區(qū)區(qū)內(nèi)地層出露良好，可見良好的地層露頭。在實(shí)習(xí)區(qū)內(nèi)我們觀察到該組地層具有明顯的粒度變化，顏色變化，沉積

3、物具有明顯的分層現(xiàn)象。在部分地區(qū)可見水平層理（低角度交錯層理）、板狀交錯層理，此外還可觀察到有明顯的水流沖蝕痕跡，部分地區(qū)可見明顯的沖刷充填構(gòu)造。根據(jù)沉積物的粒度變化，結(jié)合該地區(qū)大的沉積演化背景，我們將上二疊統(tǒng)紅廟嶺組劃分出八個沉積旋回。下面是對劃分地層所列出的地層層序描述，因?yàn)闆]有測繩等專業(yè)工具，故沒有地層厚度標(biāo)識，但對所要討論的沉積環(huán)境及水動力條件變化在宏觀上沒有影響。45土黃色粉砂巖44土黃色細(xì)粒砂巖43中粗粒石英砂巖42土黃色細(xì)砂巖（風(fēng)化面紫紅色）41粗粒砂巖40細(xì)粒砂巖39粗粒砂巖38細(xì)粒砂巖37中粒砂巖36粗粒砂巖35土黃色頁巖34土黃色粉砂巖（風(fēng)化面紫紅色）33土黃色中細(xì)粒砂巖3

4、2灰白色中粗粒砂巖（板狀交錯層理）31土黃色頁巖30土黃色中細(xì)粒砂巖29土黃色頁巖（風(fēng)化面紫紅色）28粗粒砂巖風(fēng)化面紫紅色27 土黃色頁巖26灰色泥質(zhì)粉砂巖25中粗粒砂巖24青灰色含礫砂巖23青灰色中粗粒砂巖22土黃色細(xì)砂巖21土黃色中粗粒砂巖20青灰色中粗粒含礫砂巖（風(fēng)化面土黃色）19青灰色中細(xì)粒砂巖（風(fēng)化面紫紅色）18石英脈斷層泥17青灰色細(xì)砂巖16青灰色粉砂巖15中灰深灰色灰?guī)r（水平層理，低角度交錯層理）14青灰色中粗粒砂巖13青灰色泥質(zhì)粉砂巖12青灰色中粗粒含礫砂巖11暗紅色泥質(zhì)粉砂巖10青灰色粗粒含礫砂巖9淺灰色粉砂巖8青灰色中細(xì)粒砂巖7青灰灰白色中粗粒含礫砂巖6青灰灰白色含礫粗砂巖

5、5土黃色泥巖4青灰色中粗粒砂巖（板狀交錯層理）3土黃色頁巖2青灰色中細(xì)粒砂巖1灰黑色頁巖 沉積物的顏色變化 在觀察中我們發(fā)現(xiàn)該套地層具有明顯的顏色變化，根據(jù)我們所學(xué)的沉積物顏色特征及其所反映的沉積環(huán)境特點(diǎn)，我們知道該地區(qū)處于氧化環(huán)境與還原環(huán)境的頁巖不斷變化之中，因此該地區(qū)的顏色變化反映了該地的水深在深與淺之間來回變化。這反映了一種由于海進(jìn)海退帶來的水平面變化特點(diǎn)。由此我們可以推測在上二疊紀(jì)時期海平面是在不斷變化的，但這種變化是不斷往復(fù)波動的。雖然我們無法獲得確切的海平面變化資料，但由此可以分析由于沉積環(huán)境水水體深度的變化而對沉積物物源帶來的影響。在我們分析砂巖的粒度粗細(xì)變化時可以根據(jù)水深不同，

6、水動力條件不同，從而對沉積環(huán)境進(jìn)行劃分。2沉積旋回的分析低角度交錯層理在第一個沉積旋回中觀察到沉積物的變化是從細(xì)到粗順序是帶有頁理的粘土巖頁巖，然后變?yōu)橹屑?xì)粒砂巖，再變回頁巖，然后變?yōu)橹写至Ｉ皫r，并且在中粗粒砂巖中發(fā)育有板狀交錯層理，接著又變回泥巖，粗砂巖，到含礫砂巖。在本旋回中，又包含三個小的沉積物粒度旋回變化。根據(jù)觀察知道，該旋回中沉積物開始時沉積的是粘土型沉積物，顆粒較細(xì)，這反映了一種穩(wěn)定的水動力條件。其沉積環(huán)境可能是河流三角洲、湖泊的半深湖到深湖地區(qū)或淺海。然后我們觀察到有細(xì)砂巖到中砂巖的過渡，這表明該地的沉積環(huán)境由靜水環(huán)境逐漸向水動力弱的環(huán)境開始轉(zhuǎn)變。符合該沉積物沉積的環(huán)境有河流、湖

7、泊、濱海。接下來又觀察到頁巖到中粗粒砂巖的變化，在中粗粒砂巖中我們觀察到有板狀交錯層理發(fā)育，并且有沖刷面的出現(xiàn)。在5，6，7三個地層中粒度變化與1,2；3,4；變化基本相似 ，但在7層中出現(xiàn)了礫石，礫石的出現(xiàn)反映了該地區(qū)水動力條件較強(qiáng)。根據(jù)上述分析，我們可以判斷在最初紅廟嶺組沉積環(huán)境應(yīng)該是由靜水環(huán)境向動蕩的環(huán)境過渡，這與河流和湖泊的交匯處相符。板狀交錯層理在第二個沉積旋回中我們可以觀察到沉積物由細(xì)砂巖到中砂巖粗砂巖的過渡，中間出現(xiàn)明顯的跳級現(xiàn)象，這反映了該地區(qū)水動力條件變化較快，且逐漸變強(qiáng)，根據(jù)相序定律，可以知道該地區(qū)在該時期水體是由深水向淺水過渡的，這說明在該時期本地區(qū)的水體整體上是在變淺的

8、。整體的水體變淺揭示了當(dāng)時的大沉積環(huán)境可能是干旱的，這與相關(guān)文獻(xiàn)中研究的結(jié)果大致相同。在第三個和第四個沉積旋回中，沉積物粒度變化具有層次感，從細(xì)砂巖到中砂巖再到中粗粒砂巖，沉積物的粒度變化和第一個第二個旋回的變化基本相似，也符合沉積環(huán)境是河湖相，可推測該時期沉積環(huán)境與第一和第二個旋回沉積環(huán)境相同。在第五個沉積旋回中，沉積物粒度變化比較突兀，從頁巖一下子就變化到了中粗粒砂巖，在這中間出現(xiàn)了明顯的跳級現(xiàn)象，根據(jù)相序定律，只有在橫向上連續(xù)的沉積環(huán)境在垂向上才會出現(xiàn)地層疊覆，這與相序定律明顯不符。違反了相序定律，但是相序定律也并不一定完全適用。通過進(jìn)一步分析，我們由此可知在該沉積旋回內(nèi)有劇烈的環(huán)境變化

9、，由此而帶來水動力條件變化，在極短的時間內(nèi)，沉積物物源由粘土型沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)樗樾夹猿练e物。這期間該地區(qū)水體應(yīng)該是急劇變淺，若原來是深湖則在短時間內(nèi)變?yōu)闇\湖，若是河流，則是有三角洲前緣向后三角洲變化。在第六個沉積旋回中頁巖向砂巖的過渡與第五個沉積旋回類似，在該旋回中有三次沉積物粒度變化，都是由頁巖開始到粗粒砂巖結(jié)束，其變化更多，跳級現(xiàn)象更明顯，根據(jù)對第二個沉積旋回的表述，這里與其一致，在此就不再重復(fù)闡述。第七個旋回主要是砂巖粒度的變化這表明在一段時期內(nèi)，該地區(qū)是水動力條件在緩慢變化，沉積物物源變化也不太明顯，中砂，粗砂的變化說明該地區(qū)水動力條件較強(qiáng)，有可能是河流的下游河口三角洲處，也可能是淺湖環(huán)境

10、。因?yàn)樵陂_始的分析時候已經(jīng)排除了該地區(qū)是海相環(huán)境，故此處也不在做過多的闡述。第八個旋回中沉積物的粒度較細(xì)，明顯的反應(yīng)水動力條件的特征是靜水環(huán)境，在該時期水動力變化不太明顯。根據(jù)前面的分析，可以判斷該時期沉積環(huán)境應(yīng)該是再一次向靜水環(huán)境變化。淺海相沉積、河流相沉積和湖泊相沉積的辨析1河流相沉積河流相，沖積平原河流相完全屬于陸相組，按泛濫盆地發(fā)育程度可將河流沉積體系再劃分為曲流河和辮狀河。其中辮狀河河道砂巖發(fā)育，泛濫盆地不太發(fā)育，砂泥比較高，曲流河則相反。沉積相單元包括河床滯流沉積、邊灘、心灘、天然堤、決口扇、泛濫盆地等沉積單元，其中河床滯流沉積、邊灘及心灘屬于河道亞相，天然堤、決口扇屬于堤岸亞相，

11、泛濫盆地屬于岸后亞相。河流相總體上表現(xiàn)為向上變細(xì)的正粒序結(jié)構(gòu)。河道亞相：河道沉積以粗碎屑巖為主，由底部河床滯留沉積和向上粒度變細(xì)、沉積構(gòu)造規(guī)模變小的邊灘或心灘沉積組成。河床滯留沉積以細(xì)礫和粗砂為主，并有來自因凹岸掏蝕而產(chǎn)生的滑塌碎塊，如泥礫、樹干等。碎屑多呈棱角狀，分選也很差。河床滯留沉積位于河道底部，與下伏地層沖刷接觸，一般厚051m。局部地區(qū)，河道砂巖具多個沖刷面，說明河道頻繁地來回遷移，或者反映了洪水周期性泛濫。在滯留沉積之上過渡到邊灘或心灘沉積。河流沉積具典型的“二元結(jié)構(gòu)”，由下部河道充填沉積和上部堤岸及泛濫盆地沉積組成。曲流河相因?yàn)樯喜繂卧貏e是泛濫盆地沉積比較發(fā)育，所以在斷面上常形

12、成“泥包砂”現(xiàn)象，辮狀河相則以下部的河床滯留沉積及心灘沉積為主，上部的堤岸及泛濫盆地沉積不發(fā)育，心灘是辮狀河的重要沉積類型，由細(xì)礫巖、砂礫巖和含礫粗砂巖組成，發(fā)育大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理，底面及層間見沖刷一充填構(gòu)造，上部泛濫盆地細(xì)粒沉積不發(fā)育，且常被上覆河道所沖刷，所以辮狀河沉積在斷面上常構(gòu)成“砂包泥”現(xiàn)象。根據(jù)我們觀察到的現(xiàn)象，若該地區(qū)為河流相沉積，再解釋頁巖向砂巖的過的時候可以解釋為由于海退的影響，原來的河流三角洲前緣，因?yàn)樗w變淺，前三角洲變?yōu)楹笕侵?，因此沉積物粒度發(fā)生變化，從而形成泥頁巖上面出現(xiàn)砂巖，可以較好地解釋該地區(qū)的沉積特征，但還是存在一些問題。首先，河流相沉積無法準(zhǔn)確解

13、釋為什么會出現(xiàn)頁巖到粗砂巖的變化。雖然在河流三角洲地區(qū)可以沉積粘土型沉積物形成頁巖，但是若是假定頁巖河流三角洲沉積的產(chǎn)物，又會出現(xiàn)新的問題，在河口三角洲處，沉積物的粒度變化在垂向上的連續(xù)就會因?yàn)樘壪胂蟮某霈F(xiàn)而出現(xiàn)問題。此外還有就是河流三角洲地區(qū)水動力變化條件較快，無法解釋在垂向上連續(xù)的粒度變化的出現(xiàn)。綜上所述，排除該地區(qū)為純粹的河流相沉積。2淺海相沉積假設(shè)該地區(qū)是淺海相沉積，雖然可以解釋頁巖的出現(xiàn)，以及由于海進(jìn)海退帶來的水深變化引起的水動力跳進(jìn)變化，和沉積物物源在垂向上出現(xiàn)的粒度變化和跳級現(xiàn)象。但是由于該地區(qū)大的沉積環(huán)境背景，在上二疊紀(jì)，該地區(qū)出現(xiàn)前海環(huán)境的可能性幾乎可以不用討論。故可以排除

14、是淺海沉積環(huán)境。3湖泊相沉積湖泊相發(fā)育灰色、紫紅色巨厚層狀灰色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖沉積為特征，夾中細(xì)粒砂巖，湖泊相地層厚度較大，而含砂率較低，發(fā)育水平層理和沙紋層理，主要是一些濱、淺湖沉積。濱湖沉積由中細(xì)砂巖或含礫粗砂巖夾粉砂巖、砂質(zhì)泥巖薄層組成，包括濱湖三角洲沉積和濱湖壩沉積，見水流交錯層理等；淺湖沉積由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖和細(xì)砂巖薄層組成，發(fā)育水平層理、平行層理及小型交錯層理。濱湖沉積與淺湖沉積在垂向上常交替出現(xiàn)、互層共生。湖泊相沉積按照水深可分為濱湖、淺湖、半深湖、深湖。將該地環(huán)境假定為湖泊相環(huán)境。我們在分析沉積物的邢晨演化史可以將頁巖向砂巖的過渡解釋為由于湖泊水便簽，原來的淺湖半深湖

15、地區(qū)變?yōu)闉I湖區(qū)，因此后形成的沉積物覆蓋在先前已經(jīng)形成的沉積物上面。因?yàn)榘肷詈w變淺，成為濱湖，所以在該地區(qū)沉積砂巖，由于水體的進(jìn)一步變淺，所以沉積物粒度進(jìn)一步變粗，直至出現(xiàn)礫巖。對于反向粒度變化，可以解釋為水體逐漸變深，這樣由于湖水的深淺變化從而形成現(xiàn)在的沉積環(huán)境特征。結(jié)論綜上所述，我認(rèn)為上二疊統(tǒng)紅廟嶺組沉積環(huán)境是河湖相環(huán)境。第一，河湖相環(huán)境與該地區(qū)在上二疊及時期大的沉積環(huán)境背景比較符合。第二，湖泊具有和海洋相似的水動力條件特征，主要表現(xiàn)為波浪和岸流作用。這可以很好的解釋板狀交錯層理和沖刷面的存在，也可以解釋在出現(xiàn)的水平層理（低角度交錯層理）的出現(xiàn)。第三，河湖相環(huán)境，因?yàn)楹恿髋c湖泊的交匯可以帶來豐富的沉積物質(zhì)，由于河流的良好分選作用，和河流的沉積特征從而揭示沉積物的顆粒變化，以及風(fēng)化面的顏色變化。第四，河湖相環(huán)境可以解釋沉積物中出現(xiàn)的跳級現(xiàn)象和反粒序變化。1劉慶余北京西山的地質(zhì)研究及其地質(zhì)實(shí)習(xí)基地的歷史回顧J地球科學(xué)，1990，15(6)：6977042周