華北龍山地區(qū)青白口系混積巖層序地層格架及發(fā)育模式

陸源碎屑與碳酸鹽組分在同一套巖層內(nèi)混雜或由硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性薄互層，再或側(cè)向上彼此過渡都被認(rèn)為是混和沉積或混積巖［1-5］?；旆e巖等時(shí)地層格架的建立及其對沉積相的控制制約著有利儲(chǔ)集相帶和烴源巖的分布，在恢復(fù)古地理環(huán)境和古氣候、進(jìn)行區(qū)域或全球海平面變化對比等方面也有著廣泛的應(yīng)用［4-13］，因此近年來混積巖層序地層學(xué)和沉積相研究成為地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)。華北地區(qū)青白口系自下而上劃分為下馬嶺組、長龍山組和景兒峪組［14-18］，整體為碎屑巖過渡為由碳酸鹽巖和碎屑巖構(gòu)成的混積巖地層。鐵嶺組沉積后的“芹峪運(yùn)動(dòng)”使燕山地區(qū)上升成為剝蝕大陸，之后地殼開始下降，發(fā)生了海侵作用［19-20］。下馬嶺期后發(fā)生“蔚縣上升”，造成下馬嶺組與上覆長龍山組之間明顯的沉積間斷［19，21］?，F(xiàn)有學(xué)者根據(jù)定年認(rèn)為原青白口系解體，將下馬嶺組歸為待建系，青白口系只包含長龍山組和景兒峪組［21-24］，前期研究證明下馬嶺組與長龍山組的陸源碎屑物質(zhì)具有一定的親緣關(guān)系［25］，本次為了研究整體的層序和沉積相演化，仍把下馬嶺組放在青白口系一起研究。

華北地區(qū)青白口系一直以來是諸多專家學(xué)者研究的焦點(diǎn)［14-17，20-25］，早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)有了對青白口系的沉積解釋［15］，基本認(rèn)為華北盆地青白口系是以淺海陸棚-潮坪為主的一套沉積體系［14-17，26-32］，但即使在這一共同的認(rèn)識(shí)下，不同專家學(xué)者對青白口系的層序劃分和沉積相類型及模式仍有不同看法。喬秀夫認(rèn)為青白口系發(fā)育混合外力的沉積物［15］。周洪瑞等將北京地區(qū)青白口系劃分為3個(gè)層序類型，分別為河流型準(zhǔn)層序、陸源碎屑和碳酸鹽潮坪型準(zhǔn)層序［14］。不同學(xué)者對華北地區(qū)長龍山組的沉積相研究更是觀點(diǎn)不一，如王立峰等認(rèn)為懷來、薊縣地區(qū)的長龍山組主要發(fā)育濱淺海相碎屑巖［16］；周洪瑞等認(rèn)為燕山地區(qū)長龍山組為曲流河沉積和碎屑潮坪沉積組合［14］；陳小軍等認(rèn)為宣龍坳陷長龍山組主要發(fā)育濱淺海碎屑巖［17］。因此長龍山組基本是一套陸源碎屑為主的沉積，但是在沉積相類型及其亞微相劃分上仍存在差異。

華北龍山地區(qū)是青白口系長龍山組的命名剖面［24］，青白口系出露完整，自下而上下馬嶺組、長龍山組和景兒峪組界限明顯，下馬嶺組和長龍山組以發(fā)育碎屑巖為主，而景兒峪組底部在局部地區(qū)發(fā)育鈣質(zhì)砂巖，大部分地區(qū)為泥質(zhì)灰?guī)r（已變質(zhì)成為板巖）、云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)云巖等巖性，因此垂向上屬于純碎屑巖到碎屑巖和碳酸鹽巖同時(shí)發(fā)育的混積巖層序。龍山地區(qū)的層序地層劃分和發(fā)育模式前人還未有過系統(tǒng)研究，層序格架內(nèi)沉積相類型并未統(tǒng)一，且沉積相演化并不明確，進(jìn)一步制約了華北地區(qū)新元古代巖相古地理?xiàng)l件的恢復(fù)。本文通過野外露頭剖面、沉積序列及薄片分析鑒定，結(jié)合X射線衍射、掃描電鏡和微量元素分析等室內(nèi)分析化驗(yàn)，對青白口系巖石學(xué)特征進(jìn)行分析，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和不整合界面特征建立等時(shí)層序地層格架，進(jìn)一步分析格架內(nèi)沉積相標(biāo)志，確定沉積相類型及演化，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景進(jìn)一步探討層序地層發(fā)育模式，以期為華北地區(qū)中、新元古代古地理?xiàng)l件恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品采集及實(shí)驗(yàn)

本次樣品主要采集于華北龍山地區(qū)，位于北京市昌平城區(qū)西北部，十三陵水庫的西南部（圖1）。研究區(qū)前寒武紀(jì)地處燕遼裂陷槽西北部［18，23，29］。從太古宙至今發(fā)育了長城紀(jì)裂陷沉積、薊縣紀(jì)均衡負(fù)載沉積和青白口紀(jì)蓋層沉積［15，19，29］（圖1），之后進(jìn)入了剝蝕期，直至后來發(fā)育了古生代—中生代沉積蓋層，研究區(qū)主要沉積了寒武系和侏羅系。華北地區(qū)長城系、薊縣系、青白口系和寒武系均為碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積組合［14，20］。侏羅系主要發(fā)育火山碎屑巖和火山巖［30］。青白口系下馬嶺組和長龍山組砂巖和頁巖中海綠石和鐵質(zhì)非常發(fā)育［25］。

圖1

圖1   華北龍山地區(qū)位置圖及中、新元古界發(fā)育特征

a.研究區(qū)在北京市位置； b.研究區(qū)在昌平區(qū)位置； c.中、新元古界發(fā)育特征

Fig.1   Location of the Longshan area in North China with characteristics of the Mesoproterozoic-Neoproterozoic strata illustrated

通過前期資料收集和野外踏勘，對北京龍山地區(qū)青白口系進(jìn)行了野外剖面觀察、描述、測量和系統(tǒng)取樣。其中野外踏勘近3 km，測量剖面共3條，照相共300余張，取樣共90余塊，主要進(jìn)行了普通薄片鑒定（42塊）、掃描電鏡觀察分析（15塊）、X射線衍射礦物含量分析（10塊）、電子探針分析（12塊）及微量元素分析（REE+Y）（7塊）等實(shí)驗(yàn)測試。巖性及礦物組成特征主要使用Nikon Eclipse LV100N POL偏光顯微鏡進(jìn)行觀察；應(yīng)用D2 Phaser衍射儀，分別進(jìn)行全巖和粘土礦物含量測試；通過日立SU8010高分辨率場發(fā)射掃描電鏡鑒定分析了礦物組成及形態(tài)特征，使用電子探頭（SE）成像技術(shù)進(jìn)行形態(tài)表征，成分差異通過背散射探頭（SSD）進(jìn)行分析；使用JEOL JXA-8100型電子探針顯微分析儀進(jìn)行元素組成測試分析。REE+Y分析主要通過微鉆巖石拋光面，使用PE300Q型ICP-MS儀進(jìn)行測試分析，測試精度高于10 %。

2 巖石學(xué)特征

華北龍山地區(qū)青白口系剖面整體出露厚度較薄，但下馬嶺組、長龍山組和景兒峪組各組出露相對完整，依據(jù)前人研究和野外觀察繪制了研究區(qū)青白口系層序地層和沉積相綜合柱狀圖（圖2）。青白口系的地層和巖石在華北板塊具有代表性，而且研究區(qū)的青白口系剖面可以與華北其他地區(qū)的剖面進(jìn)行對比［14］。

圖2

圖2   華北龍山地區(qū)青白口系層序地層和沉積相綜合柱狀圖

Fig.2   Comprehensive column chart showing the sequence stratigraphy and sedimentary facies of the Qingbaikouan System， Longshan area， North China

2.1 下馬嶺組

下馬嶺組在研究區(qū)出露約150 m，根據(jù)巖性組合差異，并結(jié)合區(qū)域研究成果［22，33］，自下而上將下馬嶺組分為4段（圖2）。下馬嶺一段（下一段）主要發(fā)育了炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，顏色呈灰-灰黑色-灰綠色，同時(shí)夾有薄層粉砂巖和薄層泥灰?guī)r透鏡體。下二段主要發(fā)育炭質(zhì)頁巖，頁理非常發(fā)育，呈紙片狀，風(fēng)化較嚴(yán)重，顏色較下一段變深，大都呈灰黑色，相較于下一段粉砂質(zhì)頁巖夾層增多，且發(fā)育灰白色薄板狀硅質(zhì)巖夾層。下三段下部為灰綠色薄層粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，發(fā)育水平層理（圖3b）；向上變?yōu)楹駥蛹?xì)砂巖，以發(fā)育平行層理為主，有大量海綠石富集（圖3a）。下四段下部為黃綠色薄層細(xì)砂巖、粉砂巖，可見水平層理與低角度交錯(cuò)層理，含有海綠石或鐵質(zhì)；向上顆粒變細(xì)，雜色粉砂巖與頁巖頻繁互層。

圖3

圖3   華北龍山地區(qū)下馬嶺組和長龍山組巖性特征

a.下三段平行層理細(xì)砂巖； b.下三段水平層理粉砂巖； c.長一段中部含礫砂巖剖面分布特征，礫石呈顯疊瓦狀構(gòu)造； d.長一段中部含礫砂巖中礫石在層面的分布特征； e.長一段石英砂巖層面波痕構(gòu)造； f.長一段鐵質(zhì)條帶和斑塊； g.長三段頂部紫紅色和灰綠色韻律頁巖； h.長三段頂部灰黑色頁巖

Fig.3   Lithology of the Xiamaling Formation and Changlongshan Formation， Longshan area， North China

2.2 長龍山組

研究區(qū)長龍山組為一套以含礫砂巖、砂巖和泥頁巖互層序列為特征的剖面，厚約120 m，根據(jù)巖性組合差異，并結(jié)合區(qū)域研究成果［22，33］，自下而上將長龍山組分為3段（圖2）。長龍山組一段（長一段）底部為中-厚層鐵質(zhì)細(xì)砂巖為主；中部普遍發(fā)育一套不連續(xù)的含礫粗砂巖沉積（圖3c，d），顏色呈偏淺的肉紅色，長石含量較高，礫石大小在2～15 mm，分選差-中等，礫石磨圓度為次圓狀-圓狀，成分以花崗巖和石英為主，在剖面上大部分順層排列，長軸平行于層面，呈疊瓦狀構(gòu)造（圖3c），在層面上分布不均勻、無規(guī)律（圖3d），向上變?yōu)楹须p向交錯(cuò)層理、槽狀交錯(cuò)層理和沖洗交錯(cuò)層理的粗-中砂巖（圖4a—c），層面上可見大型波痕構(gòu)造（圖3e），夾多套鐵質(zhì)條帶或斑塊（圖3f，圖4e）；向上粒度逐漸變細(xì)，發(fā)育砂巖夾黃綠色頁巖及粉砂巖，沖洗交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理、平行層理等構(gòu)造發(fā)育（圖4d，e），夾多套海綠石砂巖（圖4d—f）。長二段發(fā)育灰白色薄層低角度交錯(cuò)層理石英砂巖夾黃綠色頁巖及水平層理海綠石粉砂巖（圖4g）。長二段與長一段相比泥巖與粉砂巖含量增多，石英砂巖含量減少，含海綠石的石英砂巖增多，分布穩(wěn)定。長三段為一套具紫紅-黃綠色韻律層理的頁巖互層（圖4h），局部為灰黑色頁巖（圖3h），自下而上鈣質(zhì)含量逐漸增多，黃綠色頁巖層減少（圖3g），由于頁理發(fā)育，野外露頭破碎嚴(yán)重（圖4h）。

圖4

圖4   華北龍山地區(qū)長龍山組沉積構(gòu)造特征

a—f.長一段； g.長二段； h.長三段

Fig.4   Sedimentary structure of the Changlongshan Formation， Longshan area， North China

2.3 景兒峪組

研究區(qū)景兒峪組出露約94 m，根據(jù)巖性組合差異，并結(jié)合區(qū)域研究成果［22，33］，自下而上將景兒峪組分為3段（圖2）。景一段底部局部發(fā)育有一薄層鈣質(zhì)石英砂巖，鐵質(zhì)含量高，局部在砂巖底部發(fā)現(xiàn)不規(guī)則漂礫，為泥質(zhì)灰?guī)r漂礫（圖5a，b），大部分地區(qū)為一套灰紫色、夾灰綠色的薄層狀灰質(zhì)板巖（圖5c），為泥質(zhì)灰?guī)r發(fā)生了初級變質(zhì)而成，易破碎成小塊狀。之上過渡為薄層蛋青色含云灰?guī)r（圖5d），向上變?yōu)楸訝罨野咨瀑|(zhì)灰?guī)r，較破碎。景二段為紫紅色塊狀含泥云質(zhì)灰?guī)r（圖5e）和灰色中厚層含白云質(zhì)條帶灰?guī)r（圖5j）。景三段為豹斑（云質(zhì)）灰?guī)r夾灰?guī)r透鏡體，上部灰?guī)r和云巖中泥質(zhì)含量較高，白云巖具準(zhǔn)同生特征，在龍山中部北坡可見到兩個(gè)由灰質(zhì)云巖過渡到褐紅色和灰綠色泥質(zhì)云巖的旋回疊加，下部旋回泥巖厚度較大（圖5f），顯示潮上帶陸源碎屑沉積少量出現(xiàn)。在龍山南坡見一生物丘（圖5g），與上覆寒武系昌平組底部角礫巖（圖5h）呈平行不整合接觸。

圖5

圖5   華北龍山地區(qū)景兒峪組巖性特征

a，b.景兒峪組底部風(fēng)暴巖； c.景兒峪組底部板巖； d.景一段上部淡青色含云灰?guī)r； e.景二段褐紅色云質(zhì)灰?guī)r； f.景三段灰質(zhì)云巖-泥質(zhì)云巖； g.景兒峪組頂部生物丘； h.寒武系底部昌平組底礫巖； i.層面波痕構(gòu)造； j.云質(zhì)條帶灰?guī)r

Fig.5   Lithology of the Jingeryu Formation， Longshan area， North China

3 層序地層格架的建立

層序是一套相對整一的、成因上有聯(lián)系的、以不整合和可以與之對比的整合為界的地層［34-35］。通過前期對野外露頭剖面的觀察和各組巖性序列旋回分析，并參考前人在華北地區(qū)元古界構(gòu)造演化［18-19，21，23］、層序地層［14-15，22，29，33，36-37］和沉積相方面 ［16，20，26-29，31-32］的研究成果，對研究區(qū)青白口系進(jìn)行了層序邊界的識(shí)別和層序劃分，建立了等時(shí)層序地層格架（圖2）。本文將龍山地區(qū)青白口系劃分為3個(gè)三級層序，從下向上SQ1，SQ2和SQ3層序分別對應(yīng)于下馬嶺組、長龍山組和景兒峪組。

SQ1底界，即下馬嶺組與下伏中元古界鐵嶺組之間的界面是由“芹峪運(yùn)動(dòng)”形成的區(qū)域性平行不整合（圖1）。受“芹峪運(yùn)動(dòng)”的影響，下馬嶺組與下伏薊縣系鐵嶺組疊層石白云巖之間存在著明顯的沉積間斷［15，18-19，21］。在研究區(qū)此沉積間斷表現(xiàn)為高低不平的侵蝕面，在下伏鐵嶺組的頂部可見到古風(fēng)化殼。龍山地區(qū)下馬嶺組與鐵嶺組之間的地層產(chǎn)狀基本一致，呈典型的平行不整合接觸關(guān)系［21］。在鐵嶺組上部普遍發(fā)育有紅土型風(fēng)化殼和鐵礦層［19］，具有明顯的陸上風(fēng)化侵蝕標(biāo)志，在下馬嶺組底部局部發(fā)育底礫巖，在薊縣系剖面更為典型，說明在下馬嶺組沉積前，華北地區(qū)曾發(fā)生過大規(guī)模的抬升和風(fēng)化剝蝕作用，龍山地區(qū)下部粗粒沉積并不明顯，因而缺失低位體系域（LST），只發(fā)育了海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）。下一段、下二段構(gòu)成TST，由大套泥頁巖和炭質(zhì)頁巖為主，夾薄層粉砂巖，且泥頁巖顏色逐漸加深，組成向上水體加深的退積型準(zhǔn)層序組；下三段、下四段構(gòu)成HST，下三段為含海綠石砂巖和粉砂巖為主，向上下四段發(fā)育雜色粉砂巖及頁巖的頻繁互層，整體構(gòu)成了水體逐漸變淺的進(jìn)積式準(zhǔn)層序組（圖2）。TST和HST之間的最大海泛面為下二段頂部的炭質(zhì)頁巖頂面，向上變?yōu)镠ST的粉砂質(zhì)泥巖（圖2），其中HST頂部由于后期剝蝕而發(fā)育不全。

SQ2底界，即長龍山組與下馬嶺組之間的界面為“蔚縣上升”形成的區(qū)域平行不整合面［15，18-19，21］，在整個(gè)華北地區(qū)普遍見到下馬嶺組的較深水細(xì)粒碎屑巖突變?yōu)殚L龍山組底部的相對淺水粗粒沉積（圖1，圖2），期間具有明顯的沉積間斷。下馬嶺組頂部的深水頁巖容易發(fā)生風(fēng)化剝蝕，在龍山地區(qū)與長龍山組的分界易被植被覆蓋。長龍山組最底部以雙向交錯(cuò)層理細(xì)砂巖覆蓋于下馬嶺組頁巖之上，分布范圍廣，反映了潮坪相潮下砂坪的沉積環(huán)境，僅局部發(fā)育含礫粗砂巖，為潮下帶潮道沉積。而在薊縣地區(qū)長龍山組底部發(fā)育較粗礫巖，并能看到河流的下切作用。因此研究區(qū)SQ2也缺少LST，只識(shí)別出TST和HST兩個(gè)體系域。TST由長一段中-細(xì)砂巖夾上部旋回底部的含礫砂巖組成，構(gòu)成向上水體變深的退積式準(zhǔn)層序組；HST由長二段薄層含海綠石細(xì)砂巖、粉砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖和長三段的韻律頁巖構(gòu)成，構(gòu)成向上水體變淺的進(jìn)積式準(zhǔn)層序組（圖2）。TST和HST之間的最大海泛面位于長一段的頂部，為一套潮下帶砂質(zhì)淺灘沉積，向上過渡為長二段下部的潮間帶砂泥混合坪沉積（圖2）。

SQ3底界，即景兒峪組和長龍山組之間沒有明顯的地殼上升運(yùn)動(dòng)［19，21］，景兒峪組底界以發(fā)育區(qū)域性紫紅色夾灰綠色板巖為主，是由泥質(zhì)灰?guī)r經(jīng)過初級變質(zhì)而成，龍山的個(gè)別區(qū)域發(fā)育了薄層鈣質(zhì)砂巖，之后變?yōu)楹苹規(guī)r和云質(zhì)灰?guī)r為主的清水沉積，頂部有少量泥質(zhì)云巖，因此景兒峪組和長龍山組之間的層序界面沒有明顯的沉積間斷，由較深水的碳酸鹽巖沉積直接超覆在較淺水的碎屑巖之上（圖2），層序界面為一最大海退面，之后發(fā)生快速海侵，早期發(fā)育混合沉積，說明整體氣候變得比較干燥，陸源碎屑供給不甚充分。根據(jù)旋回序列，在SQ3內(nèi)部進(jìn)一步識(shí)別出TST和HST兩個(gè)體系域。TST由景一段鈣質(zhì)砂巖和紫紅色、灰綠色泥質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成，后者大部分蝕變?yōu)榘鍘r，總體構(gòu)成一水體變深的退積式準(zhǔn)層序組；HST由景二段、景三段云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖、泥質(zhì)云巖構(gòu)成向上變淺的進(jìn)積式準(zhǔn)層序組（圖2）。TST和HST之間的最大海泛面位于景一段下部泥質(zhì)灰?guī)r（板巖）的頂部，向上變?yōu)镠ST的蛋青色云質(zhì)灰?guī)r（圖2）。而SQ3頂界為長龍山組與古生界寒武系之間的“薊縣上升”造成的區(qū)域性不整合接觸界面［15，18-19，21］，在研究區(qū)可以見到寒武系下部昌平組的底礫巖覆蓋在景兒峪組頂部的灰質(zhì)白云巖之上，在龍山的南坡頂可見到灰質(zhì)角礫覆蓋在生物藻丘之上，呈角度不整合接觸關(guān)系（圖5g，h）。

4 各層序沉積相演化特征

根據(jù)前期微量元素分析物源區(qū)和源巖判別圖解研究結(jié)果［25］，龍山地區(qū)下馬嶺組和長龍山組物源區(qū)均為大陸島弧的構(gòu)造背景，且母巖以安山巖與長英質(zhì)混合巖為主。根據(jù)野外剖面觀察及巖性序列旋回分析，結(jié)合前人研究成果［16，20，26-29，31-32］，認(rèn)為研究區(qū)下馬嶺組主要為陸源碎屑淺海-潮坪沉積，長龍山組整體為一套陸源碎屑潮坪沉積，景兒峪組為碳酸鹽-陸源碎屑混積潮坪沉積（圖2）。

4.1 SQ1沉積相演化

龍山地區(qū)下一段屬于SQ1的TST早期，發(fā)育灰-灰黑色-灰綠色炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾薄層泥灰?guī)r透鏡體，有機(jī)質(zhì)含量較高，整體反映低能較深水沉積，主要為淺海陸棚沉積（圖2）。下二段屬于TST晚期，發(fā)育灰黑色、黑色紙片狀炭質(zhì)頁巖夾薄層粉砂巖，泥頁巖顏色更深，水體進(jìn)一步加深到最大，仍屬于淺海陸棚沉積。下三段屬于HST早期，發(fā)育黃綠色含海綠石砂巖、粉砂巖互層（圖6a，b），發(fā)育平行層理、低角度交錯(cuò)層理和水平層理（圖3a，b），海綠石的出現(xiàn)指示了弱氧化-弱還原環(huán)境，為潮下帶淺灘-砂坪沉積。下四段屬于HST晚期，發(fā)育含海綠石薄層細(xì)-粉砂巖、含鐵質(zhì)粉砂巖與頁巖的頻繁互層，向上泥質(zhì)含量增加，且為雜色，反映了從潮下帶上部向潮間帶過渡的沉積環(huán)境。綜上所述，研究區(qū)下馬嶺組從下向上為淺海陸棚、潮下帶淺灘和砂坪及潮間帶4種沉積環(huán)境，水體先加深后變淺，準(zhǔn)層序組疊置樣式由退積型演變?yōu)檫M(jìn)積型（圖2）。

圖6

圖6   華北龍山地區(qū)下馬嶺組和長龍山組鏡下微觀特征

a，b.下三段含海綠石石英細(xì)砂巖，普通薄片； c.長一段鐵質(zhì)石英砂巖，普通薄片； d.長一段海綠石石英砂巖，普通薄片； e.長一段膠結(jié)物狀海綠石，掃描電鏡； f.長一段海綠石裂片狀，掃描電鏡

Fig.6   Microscopic photos showing the Xiamaling Formation and Changlongshan Formation rocks， Longshan area， North China

4.2 SQ2沉積相演化

華北地區(qū)長龍山組與下馬嶺組之間存在明顯的沉積間斷，下馬嶺組頂部長期出露遭受風(fēng)化剝蝕，為長龍山組提供了陸源物質(zhì)基礎(chǔ)［25］。長一段中下部屬于SQ2的TST早期，以發(fā)育較厚層鐵質(zhì)石英砂巖夾薄層泥巖為主，砂巖中發(fā)育雙向交錯(cuò)層理，向上海綠石發(fā)育，以潮下帶砂坪沉積為主（圖2）。長一段中部屬于TST的晚期，普遍發(fā)育一套含礫砂巖，龍山山脊上可見到層面上礫巖不規(guī)律分布，粒徑2～15 cm，局部分選較好，磨圓度以次圓狀-圓狀為主，剖面上可見礫石順層排列，呈疊瓦狀構(gòu)造，反映了潮下帶潮道沉積環(huán)境（圖3c，d）。向上變?yōu)橹?厚層黃褐色至黑紫色鐵質(zhì)石英砂巖（鐵質(zhì)呈條帶或斑塊狀）（圖3c，f，圖6c）和灰白色石英砂巖互層，主要以石英顆粒為主，石英次生加大較為發(fā)育，可見少量燧石發(fā)育，局部見鐵質(zhì)結(jié)核，發(fā)育大型槽狀交錯(cuò)層理（圖4a，c），層面上可見大型波痕構(gòu)造（圖3e），向上海綠石砂巖層增多（圖4d），可見小型交錯(cuò)層理、雙向交錯(cuò)層理、沖洗交錯(cuò)層理和平行層理（圖4）。普通薄片鏡下觀察海綠石一般呈膠結(jié)物狀或顆粒狀（圖6d）［38］，掃描電鏡下呈裂片狀發(fā)育（圖6e，f）。X射線衍射發(fā)現(xiàn)巖石中石英含量可達(dá)44.5 %～70.9 %，普遍含有赤鐵礦，可達(dá)8.2 %～26.5 %，粘土礦物在4.1 %～20.1 %，含少量黃鐵礦（表1）。海綠石的發(fā)育指示了弱氧化-弱還原環(huán)境為主，主要為潮下帶砂坪和淺灘沉積。長二段屬于HST早期，發(fā)育灰白色薄層石英砂巖夾黃綠色頁巖及紫紅色、黃綠色含泥粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖互層為主，可見水平層理或低角度沖洗交錯(cuò)層理（圖4），為潮間帶砂泥混合坪沉積。長三段屬于HST晚期，沉積物顆粒變細(xì)，主要為紫紅色頁巖夾灰綠色頁巖組成韻律層理（圖3g），局部發(fā)育灰黑色頁巖（圖3h），向上紅色頁巖增多，由于頁理非常發(fā)育，整體破碎嚴(yán)重，反映了水體變淺的潮上帶沉積。

表1   華北龍山地區(qū)長龍山組部分樣品X射線衍射全巖礦物組成

Table 1  X?ray diffraction?based whole?rock mineralogy of the Changlongshan Formation， Longshan area， North China

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綜上所述，研究區(qū)SQ2以碎屑潮坪沉積為主，從下向上依次為潮下帶砂坪、潮道、淺灘和潮間帶砂泥混合坪及潮上帶泥坪沉積，水體先加深后變淺，準(zhǔn)層序組疊置樣式由退積型演變?yōu)檫M(jìn)積型（圖2）。

4.3 SQ3沉積相演化

SQ3沉積時(shí)期，陸源供給明顯減少，以發(fā)育碳酸鹽潮坪沉積為主，同時(shí)夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r或泥質(zhì)云巖混合巖沉積（圖2）。景一段下部屬于TST時(shí)期，大部分地區(qū)早期為紫紅色夾灰綠色泥質(zhì)灰?guī)r，并發(fā)生變質(zhì)成為板巖，為潮下帶泥質(zhì)灰坪沉積，局部發(fā)育薄層含鐵鈣質(zhì)石英砂巖（圖7a，b），為潮下帶陸源碎屑淺灘沉積環(huán)境，其底部可見不規(guī)則漂礫（圖5a，b），漂礫成分為SQ3層序TST早期的泥質(zhì)灰?guī)r，分選差，棱角狀，無定向排列，反映了期間發(fā)生了一次大的風(fēng)暴潮，將早期塑性的泥質(zhì)灰?guī)r沉積進(jìn)一步攪起、打碎、再次搬運(yùn)和沉積而形成風(fēng)暴巖。景一段上部進(jìn)入SQ3層序HST早期，為薄層的蛋青色含云灰?guī)r（圖5e，圖7c）過渡為薄層狀灰白色云質(zhì)灰?guī)r，較破碎，屬于潮間帶云質(zhì)灰坪沉積。景二段屬于HST中期，為紫紅色塊狀云質(zhì)灰?guī)r和灰色中厚層含白云質(zhì)條帶灰?guī)r（圖5j），可見到波痕構(gòu)造（圖5i），上部夾水平層理的薄層云質(zhì)灰?guī)r（圖7d），指示了潮間帶水上和水下頻繁交替的中-低能環(huán)境，因此景一段上部與景二段都為潮間帶含云-云質(zhì)灰坪沉積。景三段屬于HST晚期，自下向上依次發(fā)育含有藻類有機(jī)質(zhì)的淺灰色（圖7e）與淺綠色灰質(zhì)白云巖互層，同時(shí)在巖石中發(fā)育有石膏、藻類，且向上白云質(zhì)條帶或豹斑和有機(jī)質(zhì)增多，發(fā)育微波狀-水平層理的藻紋層和泥質(zhì)條帶（圖7f），指示了含有陸源碎屑的潮上帶沉積環(huán)境。在龍山中部北坡可見到由云質(zhì)灰?guī)r過渡到褐紅色和灰綠色泥質(zhì)云巖的兩個(gè)類似的旋回疊加，下部旋回泥巖厚度較大（圖5f），整體顯示為一套進(jìn)積式準(zhǔn)層序組。

圖7

圖7   華北龍山地區(qū)景兒峪組鏡下巖性特征

a，b.含鐵鈣質(zhì)石英砂巖，普通薄片； c.蛋青色含云灰?guī)r，普通薄片； d.富含有機(jī)質(zhì)的云質(zhì)灰?guī)r，普通薄片； e.富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)條帶云巖，普通薄片； f.白云質(zhì)條帶灰?guī)r，普通薄片

Fig.7   Microscopic photos showing lithologies of the Jingeryu Formation， Longshan area， North China

綜上所述，龍山地區(qū)景兒峪組從下向上分為潮下碎屑淺灘和泥質(zhì)灰坪、潮間含云-云質(zhì)灰坪、潮上灰質(zhì)云坪-泥質(zhì)云坪等沉積環(huán)境（圖2）。整體水體由深變淺，且由陸源碎屑渾水沉積變?yōu)樘妓猁}巖清水沉積和后期的陸源碎屑-碳酸鹽巖的過渡沉積。

5 層序地層發(fā)育模式

通過對華北龍山地區(qū)青白口系層序地層、沉積特征的研究，并結(jié)合華北地區(qū)前寒武紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［18-19，21，23］和古地理背景［16，20，26-29，31-32］，整個(gè)華北地區(qū)中、新元古代的濱淺海具有陸表海特征［39］，地形坡度極緩，水體淺，范圍廣，海岸波浪能量較小，以潮汐為主［40—41］，因此海岸以發(fā)育開闊的潮坪相為主，發(fā)育陸源碎屑潮坪、碳酸鹽潮坪和陸源碎屑-碳酸鹽混積潮坪3種類型，SQ1和SQ2為陸源碎屑潮坪型沉積，SQ3層序TST和HST上部都發(fā)育陸源碎屑-碳酸鹽混合沉積，SQ3層序HST下部主要為碳酸鹽潮坪沉積，在此基礎(chǔ)上建立了研究區(qū)青白口系潮坪-淺海陸棚相為主的陸源碎屑-碳酸鹽混積型層序地層發(fā)育模式，具有開闊陸表海特征（圖8）。

圖8

圖8   華北龍山地區(qū)青白口系層序地層發(fā)育模式

Fig.8   Sequence stratigraphic model of the Qingbaikouan System， Longshan area， North China

SQ1即下馬嶺組底界是由“芹峪運(yùn)動(dòng)”形成的區(qū)域性平行不整合面，發(fā)育有鐵質(zhì)風(fēng)化殼和底礫巖，具有明顯的陸上風(fēng)化侵蝕標(biāo)志［18-19，21，23］。在龍山地區(qū)低位體系域不發(fā)育，TST為淺海陸棚相沉積，黑色頁巖大套出現(xiàn)（圖2），顯示了沉積范圍不斷擴(kuò)大、水體逐漸加深的過程。HST為潮下帶淺灘、潮下帶砂坪沉積。從沉積特征上來看具有明顯的沉積韻律，總體上構(gòu)成一個(gè)先海侵后海退的沉積旋回（圖8）。

SQ2即長龍山組底界為“蔚縣上升”形成的區(qū)域平行不整合面［18-19，21，23］，TST由潮下帶潮道、砂坪和淺灘組成，沉積厚度大，總體表現(xiàn)為砂巖厚度變薄，砂/泥比值降低（圖2），由水體逐漸變深的退積型準(zhǔn)層序組成，與下馬嶺組具有相似性。HST由潮間帶過渡為潮上帶，主要由粉砂巖、頁巖組成向上水體逐漸變淺的進(jìn)積型準(zhǔn)層序組（圖2）。整體來看也具有明顯的沉積韻律，總體上構(gòu)成一個(gè)先海侵后海退的沉積旋回（圖8）。

SQ3即景兒峪組底界為一巖性突變面，以碎屑巖突變?yōu)樘妓猁}巖為主，層序界面為一最大海退面，之后發(fā)生快速海侵，早期局部為純陸源碎屑沉積，過渡為陸源碎屑和碳酸鹽巖的混合沉積，逐漸變?yōu)榧兲妓猁}巖沉積，后期又變?yōu)榛旌铣练e，說明此時(shí)整體氣候開始變得比較干燥［22-23］，陸源碎屑供給不充分，以清水環(huán)境中形成的碳酸鹽巖層序?yàn)橹?，早期TST由潮下帶淺灘和泥質(zhì)灰坪組成，后期HST由潮間帶含云灰坪和潮上帶灰質(zhì)云坪和泥質(zhì)云坪組成，總體上也構(gòu)成一個(gè)先海侵后海退的沉積旋回（圖8）。

6 結(jié)論與建議

1） 華北龍山地區(qū)青白口系下馬嶺組下部以發(fā)育炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，中部以細(xì)砂巖-粉砂巖，上部以粉砂巖及頁巖的頻繁互層為特征。長龍山組以自下而上依次發(fā)育大套砂巖、薄層粉砂巖和大套韻律頁巖為特征；景兒峪組以自下而上依次發(fā)育含鐵質(zhì)砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r（板巖）、白云質(zhì)條帶灰?guī)r、灰質(zhì)和泥質(zhì)云巖混積巖為特征。

2） 以“芹峪運(yùn)動(dòng)”“蔚縣上升”和“薊縣上升”造成的不整合界面、長龍山組-景兒峪組的碎屑巖和碳酸鹽巖巖性界面為界，將青白口系劃分為3個(gè)三級層序，每個(gè)層序分別由海侵體系域和高位體系域構(gòu)成。

3） 下馬嶺組主要發(fā)育陸源碎屑淺海陸棚-潮坪相沉積，長龍山組為陸源碎屑潮坪沉積，景兒峪組以陸源碎屑-碳酸鹽巖混積型潮坪沉積層序?yàn)橹?。建立了青白口系潮?淺海陸棚相為主的陸源碎屑-碳酸鹽巖混積型層序地層發(fā)育模式，具有開闊陸表海特征。

4） 青白口系層序地層格架的建立和沉積相演化對于華北地區(qū)中、新元古代古地理?xiàng)l件恢復(fù)具有重要意義。由于目前露頭取樣資料有限，建議下一步針對不同層序的不同體系域進(jìn)行系統(tǒng)取樣，進(jìn)行微量元素實(shí)驗(yàn)分析，并結(jié)合古生物方面的資料，進(jìn)一步恢復(fù)古氣候、古水深、古鹽度，為高分辨率層序地層格架的建立及古環(huán)境恢復(fù)提供更可靠的依據(jù)。