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1房山县周口店镇太平山地区晚古生代地层沉积相及沉积古环境探究—以“三好砾岩”为例班级：土木—3班第一作者:乔韡轶小组成员：陈大伟韦冠力胡厚鑫莫超敏杨知翰摘要：房山县周口店镇太平山地区晚古生代地层本溪组的底砾岩沉积在其南北坡存在有显著的不对称差异。该层底砾岩俗称“三好砾岩”，即“磨圆好、胶结好、分选好”，仅分布于太平山北坡大砾岩山和小砾岩山一带。近年该地区相关研究对“三好砾岩”的成因及其沉积原生古环境存在不同观点。本研究根据周口店实习期间对“三好砾岩”所观察的岩性及沉积相等各项特点,在前人研究的基础上提出具体的观点，认为“三好砾岩”的成因，跟加里东运动和全球海侵这样的大格局事件相关，可能是海陆交互相变化过程，先河流-浊流相，后滨海相的二次沉积形成。关键词：太平山晚古生代三好砾岩形成原因二次沉积0.引言周口店镇太平山位于北京西南近郊的房山世界地质公园境内，与周口河三级阶梯毗邻,其经历印支-燕山及其后喜山各期构造运动和各类侵入、变质作用形成整个区域较复杂多样的区域地质布局[1]。其中印支-燕山期构造运动是形成了太平山总体向斜框架格局，使该地区出露的各期地层大致呈对称性分布。因各类地质作用该地段晚古生代地层与华北地台其它地区同期相似沉积相地层[2,3]在有一定程度上的变质现象，部分层位因为原生沉积环境的差异出现显著的区别，如该区本溪组底部存在有俗称“三好砾岩”的底砾岩，在空间上呈北坡有而南坡无的特殊现象，其沉积形成原因是对微观地域古地理地形环境及相关地质事件的综合反映，具有重要的研究意义和价值。1.“三好砾岩”的分布范围太平山地区“三好砾岩”集中分布在其北坡大砾岩山和小砾岩山东坡一带（图-1），整个区域呈现月牙形[3]，面积范围总体较小，在地层层位上属本溪组底部，与下伏下奥陶统马家沟组（O1m）岩溶角砾状灰岩呈平行不整合接触，与图-1太平山北坡地区“三好砾岩”岩层2同组上覆杂色砂、粉砂质、泥质变余板岩整合接触，层厚约有20m，地层倾向近正南向，倾角较大（60oC）。太平山向斜总体呈南北对称，但在其南坡本溪组（C2b）同等层位尚未发现有“三好砾岩”存在，而是剥蚀散落的古风化壳，故在这一时期地层呈显著的南北不对称现象。2.“三好砾岩”的沉积相及其特征分析2.1岩性特征2.1.1砾石组分特征太平山北坡本溪组（C2b）“三好砾岩”（图-2）其主要特征为“磨圆好，胶结好，分选好”故称“三好砾岩”。经实地调查和相关研究[3]表明，砾石成分主要是石英砂质、燧石质颗粒物，粒径大小在数厘米至数十厘米不等，磨圆度好，呈圆状或滚圆状，外部形状大多是球形或椭球形，部分为长椭圆形、纺锤形，少数呈不规则形状。图-2“三好砾岩”碎屑颗粒物成分2.1.2填隙胶结物组分特征经实地调查和相关研究[3]表明（图-3），“三好砾岩”在其砾石颗粒间的填隙物主要是红褐色、灰白色硅铁质粉砂、黏土和泥以及石英长石、岩屑等杂基成分。2.1.3颗粒链接及胶结方式经实地调查和相关研究[3]表明（图-3），“三好砾岩”砾石碎屑颗粒之间大多呈孔隙连接和接触连接，少数出现镶嵌连接，胶结方式多为孔隙式和接触式，部分为杂基式，砾石颗粒间也呈现点、线、凹凸等多种方式接触。图-3“三好砾岩”胶结填隙物及其颗粒链接、胶结方式32.2沉积相特征2.2.1分选情况“三好砾岩”其砾石颗粒一般在10～100mm之间。有该地区的相关具体研究[3]表明，在太平山北坡大小砾岩山一带“三好砾岩”集中分布的区域，其所含砾石颗粒大小具有一定规律性。图-4太平山北坡地区“三好砾岩”粒径（cm）频率分布（郭景祥等，2013）在所取样本统计中，大砾岩山的样本砾石粒径总体偏小，呈负偏态分布，而小砾岩山则是总体基本呈正态分布。2.2.2定向排列情况“三好砾岩”的砾石颗粒在层理方向上，存在有不太明显的粒序层理和斜层理。在层面上则有部分叠瓦状排列和较显著的长轴指向,有相关研究表明，砾石长轴所指方向基本上以北东或南东为主[3]。图-5“三好砾岩”定向排列及粒序层理特征（表据郭景祥2013）3.“三好砾岩”的形成原因推断近些年对于太平山地区“三好砾岩”的相关研究较多，而有关“三好砾岩”的成因则有多种不同学说观点，如河流相、滨海相[3～7]及新近的河流-滨海相二次沉积、浊流重力流相成因说都有相应的证据存在。43.1砾石物料来源根据相关资料观察，可统计得在晚古生代华北地台基本同期（舍比索夫期至莫斯科期）相似沉积地层中具有底砾岩的地区（见表-1）表-1华北地台同期相似沉积相地层出现底砾岩沉积地区[1]华北地台地层沉积（Serpkhovian～Moscovian）贺兰山～阴山龙首山～北祁连豫皖燕辽拴马庄组佘太组红水泉组尖山组三岔组前黑山组绿条山组固始组庙冲组胡油坊组虹螺蚬组上述地区的沉积地层均在一定程度上具有层间砾岩和底砾岩，其中在内蒙古大青山煤田的拴马庄组和佘太组内夹有多层砾岩，其中拴马庄组所含砾岩在组成上有93%的石英砂岩和燧石质砾石[4,5],相关研究[3]对其成因进行调查认为其岩性组分下伏奥陶系的中细粒石英砂岩整体相近，故该层的石英砂岩应该是其最主要物源。与此类比周口店太平山本溪组“三好砾岩”，郭景祥等研究表明其石英燧石砂岩物料很可能来源于其下伏青白口群的长龙山下段夹杂石英砂砾的泥页岩。3.2沉积成因分析“三好砾岩”的成因目前有几种不同观点，各观点均有其相应佐证，本研究从前人已提出的几种观点进行阐述并展开讨论，并根据实习调查的信息资料得出本研究的观点。3.2.1河流相河流相的观点认为“三好砾岩”属于一种底砾岩沉积，陆地在抬升裸露后遭受长期的风化剥蚀，陆源碎屑经地表径流搬运移动，在此过程中砾石被磨圆分选沉积成岩。“三好砾岩”确实有较好的磨圆性，其胶结和分选在一定程度上也较好，特别是叠瓦状排列和砾石长轴的定向规律。但“三好砾岩”也出现有部分胶结较差，颗粒间孔隙式、接触式胶结为主，分选无明显规则的情况，部分岩石也还有形状较不规则，磨圆不彻底的情况，该观点对于这些问题的解释仍存有有一些疑义。另外特别是“三好砾岩”在太平山南北坡不对称分布，在相邻较短的距离间显著的沉积差异，单一的陆地河流相对此关键问题无法作出系统合理的解释。图-6部分“三好砾岩”分选较不规则、胶结较差情况53.2.2滨海相滨海相成因的观点[7,8]则认为，“三好砾岩”在太平山不对称分布是跟区域具体的古地理地形环境情况有关，太平山南北坡在晚石炭世早期处于南海北岸的差异环境，总体属于滨浅海环境沉积，并可能形成有沙坝或岛礁等障壁体，其后则可能存在盐水泻湖或沼泽。在此种半封闭水体格局中，南部靠近海水一侧处于低洼地区充分接受沉积，北侧地势较高，“三好砾岩”在其物源处风化剥落进入泻湖。因南北侧地势差异且距海远近不同，故南侧近海沉积速率快而北侧缓慢，这种观点可以解释太平山南北坡的沉积相经在岩性和构造压实作用后层厚之间的显著差别[8]。滨海相观点认为“三好砾岩”在物源处属于浊流相，因其与相邻上覆的硬绿泥石角岩层之间有显著的相跳跃现象，且重力密度流也可以解释“三好砾岩”一定程度上的定向性和平行层理。有研究[8]也曾表明“三好砾岩”的层位发现有一些海相无脊椎动物化石如蜓类、腕足类、双壳类及一些植物碎片，可以说明至少滨海环境肯定曾存在过。3.2.3先河流相后滨海相的二次沉积这种观点是在此前两种观点的基础上形成的，其对于解释很多彼此矛盾的特征现象有更深入的认识。郭景祥等[3]根据周安朝等[4,5]对与“三好砾岩”同属华北地台同时代的内蒙古大青山煤田拴马庄组的底砾岩研究判断，二者同为近山的滨海平原沉积[3]。加里东运动使陆壳抬升，隆起的山区在山前多形成河流冲积扇，陆源碎屑经搬运在此入海，此过程中依次发生河流相、滨海相沉积，未沉积固结的砾石经搬运、磨圆在河流三角洲区域堆叠并在海水环境下沉积成岩[3]。这种观点可通过更大时空范围尺度的地质事件如华北地台隆升及海侵对应的沉积作用解释[6]，在两种环境下依次发生的沉积之间的时期也会有其它如暴露氧化等作用发生，可解释岩石表面的红色氧化圈等更多复杂现象。3.2.2浊流相浊流相这样的重力密度流相成因是对“三好砾岩”的不对称性分布和不明显的定向性、层理等特征的解释，但对磨圆好、一定程度的分选性和叠瓦状排列等较显著规则性无法给出合理解释浊流沉积主要是用以配合滨海相学说的有关砾石前期成因的观点。3.3“三好砾岩”的成因推断本研究根据实习调查中所采集的资料及近年相关研究认为，“三好砾岩”可能是在陆-海二元环境条件下分阶段沉积形成的，整体上呈河流-滨海相的二次沉积，而在初期陆地河流相沉积阶段也可能同时浊流沉积出现，后期则以滨海相为主。4.“三好砾岩”形成的古地理环境条件华北地台早古生代周口店太平山地区总体上是浅海相沉积为主，志留纪末期在加里东运动作用下，陆壳抬升，此前的沉积地层出露，遭受长期的风化剥蚀，其中前寒武地层的青白口群长龙山组下段石英砂岩耐剥蚀磨损，其剥落岩块在陆表大量堆积[3]。进入晚古生代，此处地形总体上形成南高北低的格局该地区发育的地表河流将陆源碎屑携带搬运至入海口。晚石炭世开始的大规模海侵，是华北地台大面积被淹没，处在滨浅海环境下。太平山地区则形成陆海交互-过渡相沉积环境，海水自东向西侵入在整个区域形成海陆交互相环境，使其东南大部分处于浅滨海环境，而在西北方位则可能是滨海-河口三角洲或是存在有障壁体的咸水泻湖或沼泽地貌这样的过渡相环境。陆源碎屑物经山谷河流搬运，一定程度上形成了砾石的较好的定向排列性、分选性及磨圆性，部分固结成岩，在降水较6多时发生暴雨洪水可能形成浊流重力流沉积。在出海口，此处堆叠的砾石在潮汐波浪的反复作用下被磨圆并接受二次沉积，泥、粉砂、砂等细小颗粒物填充胶结使其固结成岩，并在相邻位置也形成含绿泥石的泥砂页岩相沉积。个别时期海平面的上升海水可能倒灌入河口，与河水相混合形成各种沉积相。所以，“三好砾岩”应该是在特定时期形成的海陆交互地理环境条件下，在陆、海相各类复杂因素的穿插交织并存的作用下形成的。河流相滨海相图-7“三好砾岩”二次沉积形成的古地理环境复原5.展望近年来对于周口店太平山的“三好砾岩”研究逐步深入，相关研究不断有新的发现和观点产生，但对于“三好砾岩”的研究仍主要集中在沉积岩性和岩相方面，而在元素成分和化石等其他方面涉及较少，所以通过生物地层单位和地球化学等其它多方向的研究证据可进一步作更深入的了解探究。[1]王根后,颜丹平,王果胜等.周口店地区地质实习指导册[M],1997,北京:地质出版社..[2]程裕淇,杨遵义,王泽九等.中国地层典·石炭系[M].2000，北京：地质出版社.[3]郭景祥,刘慧盈.周口店地区“三好砾岩”特征及沉积环境分析[J].科技创新导报,2013,(3):161~162.[4]周安朝,赵省民,贾炳文.内蒙古大青山煤田晚古生代砾岩的物源分析[J].太原理工大学学报,2000(31)[5]周安朝,贾炳文.内蒙古大青山煤田晚古生代砾岩的沉积特征[J].沉积学报,2000,(18):253~258.[6]钟蓉,傅泽明.华北地台晚石炭世-早二叠世早期海水进退与厚煤带分布关系[J].地质学报,1998(72):64~73.[7]程岳宏,刘双双,马学礼等.周口店实习-“三好砾岩”成因与太平山南北坡不对称出露现象浅析[R]，2006.[8]马元,曾云川,陈智佳.周口店太平山本溪组沉积环境及意义[J].科技资讯，2011(14):244~247.