冀北承德盆地杏石口组沉积相及演化模式

2017-11-04彭芊芃赵海璇关秀宇李庆喆季虹张运强

华北地质 2017年3期

关键词：砾岩沉积相承德

彭芊芃，赵海璇，关秀宇，李庆喆，季虹，张运强

（河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊065000）

冀北承德盆地杏石口组沉积相及演化模式

彭芊芃，赵海璇，关秀宇，李庆喆，季虹，张运强

（河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊065000）

笔者在完成“河北1/5万新杖子、承德幅区域地质矿产调查”工作中，选取了更具代表性的承德县上谷乡杏石口组剖面进行了实测和研究，并将其细分为两个岩性段，一段以粗碎屑沉积为主，岩性主要为砾岩夹少量砂岩透镜体；二段主体为一套细碎屑沉积，岩性为砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩（局部发育1-2层煤线）。据岩石组合特征将其划分为泥石流沉积、辫状河道沉积、筛状沉积、漫流沉积、河道滞留沉积、边滩沉积和河漫滩沉积共7种沉积成因类型，进而归纳出杏石口组一段属于冲积扇沉积相，包括扇根、扇中和扇缘3个沉积亚相；杏石口组二段为河流沉积相；晚期局部沼泽化，形成河沼相沉积。在此基础上初步建立了杏石口组沉积演化模式。

沉积相；演化模式；冲积扇；杏石口组；承德盆地

河北省北部的承德盆地杏石口组源自杨杰（1947）首次报道[1]，原意系指北京西山双泉组之上窑坡组之下的玄武岩流及其下的含化石沉积层。杨杰随后（1957）将其命名为杏石口亚统[2]，后经北京矿业学院改称杏石口组。河北省地质局区调二队（1975）研究燕山地区中生代地层时引入杏石口组一名，泛指冀北地区中三叠世二马营组之上，南大岭组之下的沉积地层①河北省地质局第二区域地质测量大队.华北中生代地层和近期玄武岩专题会议地质资料汇编（上册）[R].1975．。在冀北主要分布于承德盆地的承德县下板城-平泉县围场沟一带，滦平县大石棚和怀来县下花园一带亦有零星报道[3]。尽管前人对杏石口组的岩性组合类型、古生物、沉积时代作了较为详细的研究，但受各种条件制约，对杏石口组沉积相和沉积环境的研究较为粗略，尤其缺少沉积演化模式的进一步探讨。笔者在前人研究的基础上，通过对承德县上谷一带杏石口组地层剖面的详细观测，重新对杏石口组的沉积相进行了划分，并初步探讨了杏石口组的沉积演化模式，旨在对晚三叠世杏石口期大地构造环境及承德盆地的演化提供沉积学依据。

1 地质概况

研究区位于华北陆块北缘燕山板内造山带东段，中生代期间经历了多次构造变形，形成了不同期次、不同性质的盆地。其中三叠纪时期挠曲盆地的发育为承德盆地的早期发育阶段，盆地呈近东西向分布于承德县正北沟、下板城、武厂、上谷、平泉围场沟村一带（图1），盆地基底由西向东依次变新，西部承德县-上谷三叠系平行不整合于奥陶纪地层之上，东段平泉县杨树岭一带则整合于晚二叠世石千峰组之上。承德三叠纪盆地由老到新共沉积了刘家沟组、和尚沟组、二马营组和杏石口组，总体为一套干燥炎热气候的陆相红色碎屑岩建造，但晚三叠世气候温润，开始转暖，沉积了一套含煤建造。尽管受到强烈构造破坏，局部地段原始轮廓的恢复较为困难，但承德盆地是发育和保存三叠纪地层最好的地区之一。而晚三叠世杏石口组的形成与区域上的“印支运动”密切相关，因此受到广大地质学者的格外关注，并且多集中于该组的古生物组合、沉积时代和构造演化等方面的研究[4-11]。长期以来，由于受后期构造严重影响及地表露头不连续等诸多不利因素影响，对承德盆地杏石口组的研究存在划分标志不统一、横向展布规律不清晰和缺乏沉积环境详细分析等方面的问题。本文在详细的野外露头观测基础上，将承德盆地杏石口组细分为两个岩性段，对其沉积成因类型进行了划分，进而归纳总结了杏石口组的沉积相特征。其中一段为冲积扇相沉积，又可细分为扇根、扇中和扇缘3个亚相，每个亚相具有不同的沉积特征与成因机制；二段为曲流河相沉积，在此基础上初步总结了其沉积演化模式。

2 代表性剖面

2.1 剖面岩性特征及横向展布规律

本区以承德县武厂-上谷一带杏石口组发育最齐全，露头最为连续。原作为河北省次层型的武厂剖面[11]受构造破坏、脉岩侵入、下部层位不齐全等诸多不利因素影响，其代表性较差。本次工作笔者选取承德上谷杏石口组剖面进行了重测（图1），该剖面顶底清楚，岩性段划分标志明显，厚705.59 m，是区域上具有代表性的剖面，现将其特征描述如下：

上覆南大岭组（J1n）：黄绿色玄武安山岩

～～～～～～～～角度不整合～～～～～～～～

杏石口组二段（T3x2）

12.黄绿色厚层块状中粗粒砂岩 11.79 m

11.黄绿色厚层块状含细砾中粗粒砂岩 13.05 m杏石口组一段（T3x1）

10.黄绿色与灰色薄层粉砂质泥岩 2.45 m

9.黄绿色厚层含砾中粗粒砂岩 22.84 m

8.黄绿色厚层块状中细粒砾岩 10.39 m

7.灰黄、黄褐色厚层块状复成分中细粒砾岩 29.57m

6.灰紫、紫红色块状中粗粒复成分砾岩，砾岩中有大漂砾，下部夹薄层砂岩透镜体 387.18m

5.灰紫、灰色块状中粒复成分砾岩，砾岩中可见灰绿色中细粒砂岩透镜体 8.61 m

4.灰色块状粗中粒复成分砾岩，砾岩颗粒支撑 89.06 m

3.灰、灰白色块状复成分中粒砾岩夹中细砂岩透镜体18.30 m

2.灰白色块状粗中粒复成分砾岩，砾岩中夹黄绿色中细粒砂岩透镜体，底部砾岩稍细，为中细粒砾岩68.39 m

1.灰白色块状、厚层复成分中粒砾岩，层内砾石具叠瓦状构造，含砂岩透镜体 43.91m～～～～～～～～角度不整合～～～～～～～～

下伏地层：二马营组紫红色厚层含钙质结核泥岩

由上述剖面可知，杏石口组一段岩性主体为砾岩，间夹砂岩透镜体；杏石口组二段粒度较细，主体为砂岩、粉砂岩，局部夹有煤线。

本次调查发现承德盆地中杏石口组横向变化较大，自东向西呈现逐渐变薄的趋势。东部平泉县围场沟一带出露厚度最大达1 700余米，而西部正北沟一带仅厚400余米，反映出杏石口组沉积空间分布的不稳定性。

2.2 沉积成因类型

根据上述代表性剖面岩性组合特征，结合区域地质背景，笔者认为杏石口组沉积物形成于温湿气候条件下的冲积扇-河流相沉积环境，根据沉积物的充填序列和岩性组合特征，可划分出7种沉积成因类型，其特征如下：

（1）泥石流沉积

主要出现于冲积扇的扇根部位，岩性为砾、砂、泥混杂堆积，层理不发育，多呈块状层理，分选极差，含有漂砾（直径最大达100 cm）。

图1 承德县一带地质简图（据①河北省地质局第二区域地质测量大队.1/20万平泉幅区域地调查报告[R].1976．修编）与上古乡杏石口组地层剖面（AB）图Fig.1 Simplified geological map of Chendexian belt and geological profile of the Xingshikou

（2）辫状河道沉积

多分布于扇根和扇中部位，岩性多为砾岩，间夹含砾粗砂岩透镜体，含砾粗砂岩多呈“上平下凸”的透镜体状（图2a），厚度一般10～50 cm，延长10～30 m不等。砾石一般为次棱角状，分选较差，块状构造，具叠瓦状构造。砂岩透镜体中发育交错层理（图2b），底部见明显的冲刷标志。

（3）筛状沉积

仅见于扇根部位，岩性为细砾岩，分选中等，砾石多呈棱角状-次棱角状，颗粒支撑，孔隙式胶结，填隙物为砂，在平面上呈舌状。

（4）漫流沉积

多分布于扇缘部位，岩性为细砂岩、砂质泥岩、粉砂岩，发育小型交错层理。

（5）河道滞留沉积

指杏石口组二段底部曲流河沉积环境，岩性由河床底部的滞留砾岩、含砾粗砂岩组成（图2c），底部见有冲刷面，含砾粗砂岩中偶见泥砾。

（6）边滩沉积

多见于杏石口组二段中下部，岩性为长石石英砂岩，发育大型交错层理。

（7）河漫滩沉积

分布于杏石口组二段顶部，岩性为灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩（图2d），局部夹1-2层煤线，垂直层序位于河床沉积之上，二者构成“河流二元结构”。

3 沉积相划分

通过对杏石口组沉积成因类型的划分，可将其归纳为冲积扇沉积相和曲流河沉积相，其中一段为冲积扇沉积相，进一步细分为扇根亚相、扇中亚相和扇缘亚相。该岩性段砾岩自下而上表现为“细-粗-细”的充填序列，代表了两次明显的沉积小旋回；二段为曲流河沉积相，主要由河道滞留沉积相和心滩沉积相，厚度出露有限，本次未作细分（图3）。

3.1 冲积扇沉积相

（1）扇根亚相

发育于杏石口组一段中部，该亚相沉积物由砾岩、含砾粗砂岩透镜体组成，沉积物粒度粗，分选极差，一般多呈次棱角状-次圆状，层理不发育，多呈块状层理，砾砂比值较高，多见漂砾，最大直径可达100 cm。主要沉积类型包括泥石流沉积、辫状河道沉积和筛状沉积。

图2 承德盆地杏石口组野外地质特征Fig.2 Macroscopic observation of the Xingshikou Formation in the Chengde Basin

图3 承德盆地杏石口组综合柱状对比图Fig.3 Lithologic column of the Xingshikou formation in Chengde Basin

（2）扇中亚相

位于杏石口组一段中上部，该亚相主要有砾岩夹含砾粗砂岩透镜体组成，含砾粗砂岩中发育大型板状交错层理、平行层理，底部可见冲刷面，砾石具有叠瓦状构造，沉积类型有辫状河道沉积和筛状沉积。

（3）扇缘亚相

发育于杏石口组一段上部，该亚相沉积厚度较小，岩性为细砂岩、砂质泥岩、粉砂岩，与杏石口组二段曲流河沉积相相衔接，具有水平层理、砂纹层理及小型交错层理。

3.2 曲流河沉积相

该沉积相垂直层序位于杏石口组一段冲积扇沉积体系之上，厚度较小，总体由河道沉积组成，包括以砾岩和含砾粗砂岩岩性组合为特征的河道滞留沉积和以砂岩为主的边滩沉积。其次为河漫沉积，主要为河漫滩、河漫湖泊、沼泽环境下形成的粉砂岩、泥岩及煤层，富含植物化石。

4 沉积演化模式

依据研究区杏石口组沉积成因类型及沉积相划分标志，结合区内中生代三叠纪大地构造演化特征，笔者初步建立了承德盆地杏石口组的沉积演化模式（图4）。

晚三叠世伊始，研究区在区域近东西向尚义-平泉大断裂的控制下，于山前地带发育了少量呈线性分布的山间小盆地，由于受到地壳强烈差异升降的影响，这些小盆地充填了一套冲积扇沉积相的快速堆积物，岩性主体为泥石流沉积成因的砾岩和扇上辫状河河道充填沉积的砾岩夹砂岩透镜体。来自古流向方面证据显示沉积物源区为区域大断裂北侧的内蒙古隆起[12]。因此在杏石口组沉积作用早期，地壳明显的差异升降构造运动使北侧内蒙古隆起区剥蚀速率加快，快速堆积的碎屑物供应速率大于盆地的扩张速率，盆地相对基准面由初始的h0下降至h1，形成了杏石口组一段中下部的晚期扇根沉积叠覆于稍早的扇中沉积之上，垂向上表现为“下细上粗”的反粒序特征。岩相上则表现为巨厚层-块层状的泥石流成因的砾岩覆盖于辫状河道充填成因的砾岩夹砂岩透镜体的岩性组合之上，该时期属冲积扇体系的进积沉积旋回（图4a）。

杏石口组中期，随着北侧内蒙古隆起的不断抬升，晚三叠世盆地不断下陷，盆地范围的基准面上升至h2，物源供应速率小于盆地扩张的速率，于是出现了盆地向物源方向侵蚀的“退积”现象，在杏石口组一段中上部垂向充填序列上则表现为“下粗上细”韵律特征，即后期形成的扇缘亚相的砂岩、粉砂岩覆盖于扇中亚相的砾岩夹砂岩透镜体岩石组合之上，而扇中亚相的沉积物又覆于早期扇根亚相的泥石流沉积物之上（图4b）。

图4 承德盆地杏石口组冲积扇沉积模式图Fig.4 Sedimentary model for the Xingshikou Formation alluvial fan in Chengde Basin a.杏石口早期；b.杏石口中晚期

杏石口组沉积作用晚期，伴随着盆地的进一步扩张，而且北侧的内蒙古隆起古地形接近夷平，剥蚀强度随之降低，在杏石口组二段则发育了一套河流湖沼相沉积，沉积类型主要为河床沉积的含砾粗砂岩及少量河漫湖泊相的粉砂岩、泥岩夹煤线。

综上可知，杏石口组主体为一套冲积扇体系沉积，上部发育少量曲流河相沉积。在早期，区域上强烈差异升降的构造运动使物源区的碎屑物供给速率大于盆地扩张速率，表现为早期形成的扇中亚相沉积物被后期扇根亚相沉积物覆盖的进积型充填序列；中期随之盆地的扩张，沉积物供给速率小于其扩张速率，发育了冲积扇体系的退积沉积序列；进入晚期，随着剥蚀区古地形趋于夷平，沉积体系转化为河流相。因此，区域构造运动造成地壳节律性差异升降，杏石口组冲积扇-河流沉积体系即是在此控制下序次发育的，其空间沉积充填序列的演化模式体现了区域构造运动的发展历程。

5 结论

承德上谷杏石口组剖面顶底齐全，岩性发育完整，受构造改造影响微弱，代表性较好。其中一段以粗碎屑沉积为主，岩性主要为砾岩夹少量砂岩透镜体，代表了山前快速堆积的冲积扇相沉积特征；二段主体为一套细碎屑沉积，岩性为砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩（局部发育1-2层煤线），为河流相-河沼相沉积。根据岩石组合特征将其划分为泥石流沉积、辫状河道充填沉积、筛状沉积、漫流沉积、河道滞留沉积、边滩沉积和河漫滩沉积共7种沉积成因类型，进一步归纳出其冲积扇的扇根亚相、扇中亚相、扇缘亚相及河流沉积相的特征。初步建立的杏石口组沉积演化模式，反映了晚三叠世区域构造运动的发展历程。

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