关秀宇
, 郭杰, 修迪
Guan Xiuyu, Guo Jie, Xiu Di
中图分类号: P534.42;P588.2
文献标识码: A
文章编号: 1001-8166(2018)05-0545-09
通讯作者:
收稿日期: 2017-08-11
修回日期: 2018-03-27
网络出版日期: 2018-05-20
版权声明: 2018 地球科学进展 编辑部
基金资助:
作者简介:
First author:Guan Xiuyu(1984-),female,Langfang City,Hebei Province,Engineer. Research areas include regional geological and mineral resources surveys. E-mail:286387297@qq.com
作者简介:关秀宇(1984-),女,河北廊坊人,工程师,主要从事区域地质矿产调查研究.E-mail:286387297@qq.com
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摘要
通过1∶ 5万区域地质调查,在冶里组中发现了叠层石,识别为雅库特叠层石Jacutophyton,颈状叠层石Collumnacollenia,卡塔夫叠层石Katavia f.和拟锥叠层石Paraconophyton,填补了区域上冶里组生物地层该项空白,丰富了奥陶纪生物地层内容。叠层石的形态特征说明其主要生长在潮下带中下部能量较低的环境中,有时转变成潮下带中上部能量较高的环境,可能代表了由下而上由深而浅的副层序模式。结合岩性岩相和基本层序分析,冶里组整体相序特征为:浅海陆棚相页岩→缓坡相含海绿石砂屑灰岩→潮下—潮间带亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、亮晶团块灰岩、叠层石灰岩→潮间带白云石化泥晶灰岩,构成向上水体变浅的沉积序列,推断冶里组沉积环境整体为浅海陆棚至潮间带环境。这一结论与根据冶里组岩性岩相及基本层序得出的沉积环境的结论吻合较好。
关键词：
Abstract
On the basis of our regional geological survey report of Chengde Basin on the scale of 1∶ 50000, it was the first time to discover the stromatolites in Yeli-Formation with stratigraphic determination techniques and isotope analysis techniques. It is well known that Yeli Formation is consisted of gray-green thin limestone with yellowish-green and gray-black shale. The bottom of Yeli Formation is thick black limestone with pyrite nodules. According to the characteristics of lithology, structure, sedimentary structure and microscopic microfacies, Yeli Formation can be divided into shale facies and limestone facies. Yeli Formation can be identified into six kinds of basic sequence according to the limestone assemblage, lithological facies characteristics and phase sequence rule. The ingredient of these stromatolites was recognized as Jacutophyton, Colloumnacollenia, Katavia and Paraconophyton. The discovery of stromatolites as shown in Chengde Basin amplitude regional geological survey report has filled the gap in the biogenic strata of the Yeli Formation. Besides, the contents of Ordovician biostragraphy have been enriched according to our regional geological survey of Chengde Basin. The growing environment of stromatolites was mainly in the lower tidal zone with the lower energy environment, sometime transformed the upper tidal zone with the upper energy environment. The growing environment of stromatolites can be concluded through the morphology of stromatolites. From the morphology of stromatolites, it also revealed that Ordovician biostragraphy belongs to vice-sequence stratum deposition mode from bottom up, deep and shallow. Combination of lithological facies and basic sequence analysis, the overall phase sequence characteristics of Yeli-Formation can be described as follows: Shales in shelf facies→glauconite sandstone in ramp facies→sparite spergenite, lump sparite, laminated limestone in subtidal-intertidal belt→dolomitization-micrite in intertical belt. The shallowing upwards sedimentary sequence was formation ultimately. According to the shallowing upwards sedimentary sequence, it could be deduced that the environment of Yeli Formations was from shallow sea shelf to intertidal environment by the Shallow sea shelf to intertidal environment. This conclusion was in good agreement with the conclusion of its sedimentary environment based on the lithologic facies and the basic sequence of the Yeli Formation. Our regional geological survey report of Chengde Basin provides a new understanding of stromatolites.
Keywords：
冶里组一名,源自1920—1922年孙云铸等在唐山市开平镇冶里村附近所称的冶里灰岩,位于寒武纪地层之上,底部有砾岩[1]。现在定义为:由灰色厚层、中厚层状灰岩夹少量砾屑灰岩及少量黄绿色薄层页岩组成,其下与炒米店组薄层灰岩整合接触;其上被亮甲山组含燧石结核灰岩整合覆盖,岩性岩相稳定,构成陡峭的悬崖地貌[1,2]。
叠层石的发现距今已有200多年历史[3,4,5,6]。在这期间,人们对叠层石的认识不断深化[7]。一些沉积学家运用物理和机械作用解释叠层石的特征和动力学,认为叠层石形态主要受环境因素控制[8,9,10,11,12]。随着研究的深入,取得以下共识:叠层石形态特征既受环境因素影响,又受微生物类群的制约;叠层石礁和柱体某些宏体特征受环境影响较大,而叠层石的细小特征,如柱体分叉、侧部装饰、层理和微构造等主要受微生物群进化所控制[6,9]。
前人对石灰窑一带冶里组沿革、层型、地质特征、区域变化的研究较为详细[2,13,14],但对冶里组的沉积环境鲜有研究[14],对具体的沉积环境报道较少,而近年来,对于沉积环境的研究越来越受到专家学者的重视[9,10,11]。以往石灰窑一带叠层石的报道仅见于寒武纪地层中,作者本次在承德奥陶纪冶里组地层中发现大量叠层石,并分析总结了石灰窑一带冶里组岩性、岩相及基本层序特征,结合叠层石的形态特征,初步探讨了冀北承德盆地冶里组地层的沉积环境。
研究区位于华北陆块北缘燕山褶断带东段,早古生代为一套海相沉积的碳酸盐岩地层[2],本区冶里组出露于平泉县铁虎山—石洞—乌龙矶一带(图1),底部以浅黄色页岩夹灰色中层砾屑灰岩与炒米店组鲕粒灰岩为界,与下伏炒米店组呈整合接触。下部为灰色泥质条带灰岩、灰色砂屑生屑鲕粒灰岩、白云质灰岩、白云石化亮晶团块灰岩、叠层石灰岩、海绿石砂质生屑灰岩、薄层链状灰岩及紫红色页岩;上部为灰色中层竹叶状砾屑灰岩、灰黄色含泥质灰岩、生屑泥晶灰岩、浅黄色页岩、灰绿色页岩。厚度不小于323.4 m。本次工作新发现的叠层石为卡塔夫叠层石(未定形)Katavia f.,拟锥叠层石Paraconophyton.,雅库特叠层石?Jacutophyton f.,颈状叠层石Collumnacollenia,位于冶里组中下部巨厚层亮晶灰岩中(图2)。
图1 承德盆地石灰窑一带地质简图
Fig.1 Simplified geological map from Shihuiyao belt of Chengde Basin
石灰窑冶里组实测剖面,描述如下(图2)。
图2 承德盆地石灰窑一带冶里组实测剖面图
Fig.2 Surveyed geological profile from Shihuiyao belt of Chengde Basin
研究区冶里组主要为富含内碎屑、生物碎屑的灰岩类,包含砂屑砾屑泥晶灰岩、海绿石砂质生屑灰岩、弱白云石化泥晶灰岩等,其岩石学特征叙述如下:
砂屑砾屑泥晶灰岩:岩石由方解石(50%±)、内碎屑(45%±)、少量生屑(5%-)和少量陆源粉砂组成。方解石呈它形粒状,以小于0.01 mm的泥晶为主,粒间似镶嵌状分布,重结晶,少量泥晶重结晶为粉晶,颗粒细小,边缘模糊。内碎屑呈条带状、椭圆状、圆状等,似竹叶状顺层排列,大小以2~17 mm的砾屑为主,0.05~2 mm的砂屑次之,由泥晶灰岩、含生屑泥晶灰岩等组成。生屑由腹足类、双壳类、海百合等组成。陆源粉砂由石英组成。岩石经成岩后白云石化,白云石自形—半自形菱形,裂隙沿缝合线分布。
海绿石砂质生屑灰岩:岩石由生屑(50%)、陆源碎屑(25%)、海绿石(20%)、亮晶胶结物(5%)和少量砂级内碎屑组成。生屑由海百合、腕足类、介形虫等组成,杂乱分布,大小为0.02~2.7 mm,组成矿物成分为方解石,杂质含量不同略显纹层状、条带状分布。陆源碎屑由长石、石英、岩屑、云母组成,次棱角状—次圆状,以0.05~0.2 mm的砂屑为主,0.02~0.05 mm的粉砂少,相对富集呈纹层状、条带状分布。海绿石呈粒状、卵状,杂乱分布,大小为0.03~0.15 mm。亮晶胶结物:由方解石组成,它形粒状,大小为0.02~0.3 mm,填隙状分布。砂级内碎屑磨圆好,零星分布,大小为0.05~0.35 mm,由泥晶灰岩等组成。
弱白云石化泥晶灰岩:岩石由方解石(85%+)、生屑(10%~15%)和少量陆源粉砂组成。方解石呈它形粒状,以小于0.01 mm的泥晶为主,0.01~0.02 mm的泥晶少,粒间似镶嵌状分布,略显重结晶,颗粒细小,边缘模糊。生屑由腕足、海百合、双壳类等组成,零星分布,大小为0.02~0.5 mm,组成矿物成分为方解石。陆源粉砂由石英组成,次棱角状,零星分布,大小为0.02~0.05 mm。岩石经成岩后白云石化,白云石自形—半自形菱形,呈堆状分布或沿缝合线分布。
根据岩性、结构、沉积构造和镜下微相特征,冶里组可划分为页岩相和灰岩相。页岩相主要为浅海陆棚相页岩;灰岩相包括:风暴作用砾屑灰岩;潮下—潮间带亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、白云石化亮晶团块灰岩、叠层石灰岩;缓坡相含泥质条带灰岩、海绿石砂质生屑灰岩;潮间带白云石化泥晶灰岩(表1)。
表1 冶里组岩相特征表
Table 1 Facies characteristics Yeli Formation
| 岩相 | 岩性 | 特征描述 | 环境解释 |
|---|---|---|---|
| 页岩相 | 页岩 | 灰绿色、浅黄色,夹灰色薄层状透镜状灰岩 | 浅海陆棚 |
| 灰岩相 | 砾屑灰岩 | 灰色,中层,亮晶砾屑结构,砾屑呈条状、竹叶状 | 风暴作用 |
| 亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、 白云石化亮晶团块灰岩、 叠层石灰岩 | 灰色,厚层,岩石由砂屑、鲕粒、生屑、团块组成, 亮晶胶结,发育大量锥柱状叠层石 | 潮下—潮间带 | |
| 泥质条带灰岩 | 灰红色、灰黄色,中层,层内含黄色泥质条带 | 缓坡 | |
| 海绿石砂质生屑灰岩 | 灰色,中层,岩石由生屑、砂、海绿石组成,亮晶胶结 | 缓坡 | |
| 白云石化泥晶灰岩 | 灰黄色,厚层,岩石发生白云石化 | 潮间带 |
根据冶里组岩石组合、岩相特征及相序规律,共识别出6种基本层序(图3)。基本层序a位于冶里组底部,形成于缓坡—浅海陆棚环境,属潮下型基本层序,由浅海陆棚相页岩夹薄层灰岩与缓坡相砾屑灰岩组成。基本层序b与c结构相似,粒度向上逐渐变粗,由缓坡相海绿石砂质生屑灰岩、泥质条带灰岩与潮下高能带—潮间带鲕粒灰岩、砾屑灰岩组成。基本层序d发育在冶里组中部,由潮下带巨厚层泥晶灰岩与潮间带厚层白云质灰岩组成。基本层序e形成于水体能量较高、较稳定的环境,厚度较大,由潮下高能巨厚层亮晶团块灰岩与潮下—潮间带厚层叠层石灰岩组成,叠层石呈锥柱状。基本层序f发育在冶里组上部,由潮下带亮晶砂屑砾屑灰岩与潮间带燧石条带砂屑生屑灰岩组成。
本次发现的叠层石经生物地质与环境地质国家重点实验室中国地质大学(武汉)天津地质矿产研究所朱士兴研究员详细鉴定,大体分为柱状、锥状和拟锥状,可分为4类(图4),其特征分述如下:
(1) 雅库特叠层石Jacutophyton:由下部锥或拟锥叠层石和上部向上扩散分叉的冠状柱状(穹形)叠层石组成,基本特征类似于前寒武纪的雅库特叠层石Jacutophyton。但下部锥叠层石的轴带不是很清楚,因此仅鉴定到?Jacutophyton f.(图4a)。
(2) 颈状叠层石Collumnacollenia:由半球状基本层叠置而成的不分叉圆柱状叠层石,但基本层叠置的继承性差,内部有侵蚀现象,因而区别于规则的圆柱叠层石Colonnell,归于不规则的颈状叠层石Collumnacollenia,相似于Collumnacollenia cf. talassica Kololiyk(图4b)。
图4 冶里组叠层石野外照片
(a)雅库特叠层石;(b)颈状叠层石;(c)卡塔夫叠层石;(d)拟锥叠层石
Fig.4 Stromatolites from Yeli Formation
(a) Jacutophyton;(b) Collumnacollenia;(c) Katavia;(d) Praconophyton
(3) 卡塔夫叠层石Katavia:柱状,边部不规整,多瘤状突起,上部具分枝,分枝不加粗,微散开。本叠层石总体面貌,特别是边缘多瘤状突起,最相似于卡塔夫Katavia叠层石,故定为卡塔夫叠层石(未定形)Katavia f(图4c)。
(4) 拟锥叠层石Paraconophyton:本叠层石多数由锥形或深筒形基本层组成,但轴部不形成轴带。因此应归于拟锥叠层石Paraconophyton。但需指出,个别叠层体顶部也似有不加粗的细分枝,说明有向?Jacutophyton过渡的现象(图4d)。
雅库特叠层石带状微构造可见明显的黑白节律带(图5a,b),代表古地理环境呈明显的干湿交替过程,推测该叠层石生长在浅海陆棚至潮间带环境。
雅库特叠层石链球状、缠绕状微生物组构(图5c,d):垂直丝体和丝簇相互缠绕紧密堆积,代表丝体生长变缓,并捕捉高密度的颗粒,造成光学上的不透光性,呈微粒状。当前图版亮层不明显,而由藻席组成的有机质层(暗层)大面积分布,推测该叠层石生长在潮下带中下部沉积速率较低的环境中。
图5 冶里组叠层石显微照片
(a)雅库特叠层石带状微构造;(b)带状微构造示意图;(c)雅库特叠层石链球状、缠绕状微生物组构;(d)链球状、缠绕状生物结构示意图
Fig.5 Microphotographs of stromatolites from Yeli Formation
(a)The microstructure as banding in Jacutophyton stromatolites;(b) The sketch map of microstructure as banding;(c)The biological structure as hammer and twining shape in Jacutophyton stromatolites;(d)The sketch map of biological structure as hammer and twining shape
奥陶系叠层石由朱士兴研究员鉴定,他认为作者在华北地区下奥陶统冶里组首次发现了含叠层石的层位,大大丰富了华北地区显生宙叠层石的内容。冶里组的叠层石主要由锥形或深筒形的基本层组成,推测其主要生长在潮下带中下部能量较低的环境中。但也有分叉的、边缘有瘤、内部有侵蚀面的类型存在(如Katavia和Collumnacolleina),它们又表明有时转变成潮下带中上部能量较高的环境。本组还常见有疑问的雅库特叠层石(?Jacutophyton),其下部由锥状叠层石或拟锥叠层石(?Conophyton或Paraconophyton)组成,上部由分枝的柱状叠层石组成,表明可能代表了由下而上、由深而浅的副层序模式。
冶里组岩性主要为浅黄色页岩、泥质条带灰岩、砂屑生屑鲕粒灰岩、白云质灰岩、叠层石灰岩及海绿石砂屑灰岩等,发育大型锥柱状叠层石。完整相序特征为:浅海陆棚相页岩→缓坡相含海绿石砂屑灰岩→潮下—潮间带亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、亮晶团块灰岩、叠层石灰岩→潮间带白云石化泥晶灰岩,从而构成向上水体变浅的沉积序列(图2)。根据以上岩相和相序特征分析,本区冶里组沉积环境整体应为浅海陆棚至潮间带环境,间夹风暴沉积。
现将本区承德县石灰窑冶里组剖面与兴隆大石洞剖面及唐山赵各庄剖面进行对比(图6)。从图6中可以看出冶里组岩性和厚度横向变化均较大。本区冶里组为浅黄色页岩、含海绿石砂屑灰岩、亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、叠层石灰岩等组成的向上岩层逐渐变厚、内碎屑增多变大的3个沉积旋回,未见顶,厚度大于300 m。向西南、南方向厚度减薄。区外兴隆县大石洞一带,厚度为187 m,岩性为灰色厚层泥晶灰岩、虫孔灰岩、条带状灰岩和亮晶砾屑灰岩[15]。唐山赵各庄一带,厚度96 m,岩性为厚层泥晶灰岩、砾屑泥晶灰岩、含海绿石灰岩[16]。从冶里组横向厚度变化可以看出,本区厚度较大,更靠近盆地沉积中心,并发育大量深水相页岩、富含海绿石灰岩,说明水体相对较深。
图6 河北北部冶里组柱状区域对比图
1.砾屑灰岩;2.生屑灰岩;3.泥质条带灰岩;4海绿石灰岩;5.泥质灰岩;6.砂屑灰岩;7.叠层石灰岩;8.虫孔灰岩;9.页岩
Fig.6 Columnar correlation of the Yeli Formation in Northern Hebei Province
1:Calcirudyte; 2:Bioclastic limestone;3:Argillaceous strip limestone;4:Glauconitic limestone; 5:Argillaceous limestone; 6:Calcarenite;7:Laminated limestone; 8:Wormhole limestone; 9:Shale
东北部邻区平泉县双洞子常杖子剖面冶里组底部产“Asaphellus”,为穆恩之等所建立的冶里组底部化石带Dictyonema-Asaphellus的组成分子,该属见于亚洲、欧洲、北美的早奥陶世[17]。根据这些化石时代分布,冶里组地质时代为早奥陶世。
冶里组岩性主要为砂屑砾屑泥晶灰岩、海绿石砂质生屑灰岩、弱白云石化泥晶灰岩等,发育大型锥柱状叠层石。完整相序特征为:浅海陆棚相页岩→缓坡相含海绿石砂屑灰岩→潮下—潮间带亮晶生屑鲕粒砂屑灰岩、亮晶团块灰岩、叠层石灰岩→潮间带白云石化泥晶灰岩,从而构成向上水体变浅的沉积序列。根据岩相和相序特征分析,本区冶里组沉积环境整体应为浅海陆棚至潮间带环境。从冶里组横向厚度变化可以看出,本区发育大量深水相页岩,说明水体相对较深,更靠近盆地沉积中心。
奥陶统冶里组叠层石的发现,丰富了华北地区显生宙叠层石的内容,指示冶里组在潮下带中下部能量较低的环境之中沉积,时则转变成潮下带中上部能量较高的环境。本组上下叠层石组成特征,可能表明该组由下而上由深而浅的副层序模式,这一结论与根据冶里组岩性岩相及基本层序得出的其沉积环境的结论吻合较好。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Evolving concepts on the nature and the ecological significance of stromatolites [M] |
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A review of Earth system change impacts on the stromatolite decline [J].地球系统变化对叠层石衰减影响的研究综述 [J]. |
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Oolithandstromatolith in norddeutschen Buntsandstein [J].
1. 脺ber die Entstehung der Oolithe sind seit nahezu zweihundert Jahren die mannigfaltigsten Ansichten ausgesprochen worden, die sich auf mancherlei Beobachtungen, besonders aber auf theoretische Studien st眉tzten. Es gewann wohl die Ansicht das 脺bergewicht, die in den Kalkk眉gelchen der Oolithe anorganische Niederschl盲ge aus dem Meereswasser in der N盲he des Strandes erblickte. Neuerdings sind nun die Kalkk眉gelchen als phytogen gedeutet worden, als erzeugt durch die Lebenst盲tigkeit niedriger Pflanzen. Unter allen Oolithen sind es die Rogensteine im Buntsandstein Norddeutschlands, die den Anla脽 zur Benennung dieses Kalksteintypus gegeben haben; das Vorkommen und die Verbreitung dieser Kalksteine ist allgemein bekannt, so da脽 dar眉ber an dieser Stelle nichts gesagt zu werden braucht. 2. Mikroskopische Untersuchungen der Rogensteine sind bereits mehrfach ausgef眉hrt, aber vielleicht nur zum Teil ver枚ffentlicht worden. Aber sei es, da脽 das Material nicht in gen眉gender Weise zur Verf眉gung gestanden hat, sei es, da脽 die Untersuchungen von einem unzutreffenden Gesichtspunkte aus ausgef眉hrt wurden, es ergibt sich, da脽 眉ber viele Erscheinungen des Aufbaues der K枚rner der Rogensteine bisher keine Mitteilungen ver枚ffentlicht worden sind. Aus dem Aufbau der K枚rner ergibt sich die Art der Entstehung in unzweideutiger Weise, sobald man dabei au脽er den Oolithen auch die Stromatolithe ber眉cksichtigt.
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Classification and environmental significance of algal stromatolites [J].
Stromatolites are laminated structures that have been previously termed fossil algae. It is now recognized that such structures may be formed by a number of different processes and organisms. Recognizable algal stromatolites are more validly treated as organosedimentary structures than fossil organisms. This paper proposes a new classification of algal stromatolite structures based upon their geometric forms and relates these forms to their sites of growth relative to sea-level environments. The classification uses the arrangement of the basic geometric units (hemispheroids and spheroids) from which common stromatolites and oncolites are built. Three main arrangements of these geometric structures occur in Recent algal stromatolites and oncolites; (1) laterally linked hemispheroids (LLH), (2) discrete, vertically stacked hemispheroids (SH), and (3) discrete spheroids-either as randomly stacked hemispheroids or concentrically arranged spheroids (SS). The abbreviations are used to designate the various structures conveniently. Since certain restricted environments are associated with modern stromatolites, ancient environments may be interpreted by recognition of fossil stromatolite forms. For example, protected intertidal mud flats, where wave action is slight, may be inferred by the presence of type-LLH stromatolites (Collenia). Exposed, intertidal mud flats, where scouring action of waves and other interacting factors prevent growth of algal mats between stromatolites, are inferred by the presence of type-SH structures (Cryptozoon). Low intertidal areas that are exposed to waves and agitated shallow water below low-water mark are inferred by the presence of type-SS structures (oncolites). In addition, the arrangement of laminae in these structures reflects frequency of movement, frequent motion resulting in concentrically arranged spheroids and occasional motion in randomly stacked hemispheroids.
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A Regional Geological Survey Report of Tianjin on the Scale of 1∶ 250000[R] .1∶ 25万天津市幅区域地质调查报告[R] . |
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A Regional Geological Survey Report of Pingquan on the Scale of 1∶ 200000[R] .1∶ 20万平泉幅区域地质调查报告[R] . |
甘公网安备62010202000687
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