冀北圍場山灣子中生代地層層序的重新厘定

孫肖，鄧紹穎，吳洋，劉洪章，申晉青

（河北省區域地質礦產調查研究所，河北 廊坊 065000）

冀北圍場山灣子中生代地層層序的重新厘定

孫肖，鄧紹穎，吳洋，劉洪章，申晉青

（河北省區域地質礦產調查研究所，河北 廊坊 065000）

冀北圍場縣山灣子中生代地層為一套以中酸性火山巖為主夾碎屑巖的建造。在1/5萬地質調查中新發現4套厚度大小不等、橫向延伸較穩定沉積巖層，2個平行不整合面及火山巖鋯石U－Pb LA－ICP－MS年齡128～155 Ma。經區域對比分析，將平行不整合面之上一套形成時限約為143～155 M的酸性火山巖夾中性火山巖、碎屑巖建造厘定為上侏羅統滿克頭鄂博組、瑪尼吐組；其下形成時限為128～141 Ma的中酸性火山巖夾碎屑巖建造厘定為下白堊統張家口組、大北溝組和義縣組。

地層序列；劃分方案；河北??；內蒙古；山灣子

山灣子中生代火山-沉積盆地位于中生代冀北火山噴發帶與大興安嶺中南部火山噴發區的過渡地帶。自20世紀50年代以來，京、津、冀地質單位和院校在本區及北臨內蒙古大興安嶺地區開展過大量地質調查工作。1959年，河北省區測隊[1]將其歸為上侏羅統酸性、亞堿性碎屑巖；1960年，承德綜合地質大隊[2]將其歸為下白堊統五化組；1979年，河北省第二區域地質調查大隊[3]將該套火山沉積地層主體劃為大北溝組（J3d），下部酸性火山巖劃歸張家口組（J3z），時代置于晚侏羅世；1996年，河北省地質礦產局[4]將其劃歸為上侏羅統張家口組（J3z）、大北溝組（J3d）和義縣組（J3y）；內蒙古自治區地質礦產局（1996）[5]將北臨內蒙古大興安嶺地區的該套地層劃歸為上侏羅統滿克頭鄂博組（J3mk）、瑪尼吐組（J3mn）、白音高老組（J3b）和下白堊統梅勒圖組（K1m）。中國地質科學院地質研究所（1996）[6]將該套地層形成時代置于早白堊世，下部中酸性火山巖夾沉積巖劃歸張家口組，細分為一、二、三段；中部富含化石沉積巖夾酸性火山巖劃歸為大北溝組（K1d）；上部中性火山巖夾沉積巖、酸性火山巖劃歸義縣組（K1y）（表1）。由此可見，對該套地層的劃分與時代歸屬仍存在較大爭議。

筆者基于“河北1/5萬三義號（K50E009015）、大杖房（K50E009016）、竹笠溝（K50E010015）、山灣子（K50E010016）幅區域地質礦產調查”項目（2012年），針對山灣子中生代火山-沉積盆地構造位置的特殊性，結合華北陸塊燕山期板內造山新理論[7]，對其地層層序、物質組成和地質時代進行調研工作，重新厘定為上侏羅統滿克頭鄂博組（J3mk）、瑪尼吐組（J3mn）和下白堊統張家口組（K1z）、大北溝組（K1d）、義縣組（K1y）。

1 區域地質概況

山灣子地區晚中生代陸相火山-沉積地層位于中生代冀北火山噴發帶與大興安嶺中南部火山噴發區的過渡地帶，地跨冀北、蒙東南分屬不同的行政區劃。大地構造位置位于康保-赤峰斷裂北側。按照“槽臺學說”位于內蒙-大興安嶺古生代地槽褶皺系之赤峰晚華力西地槽褶皺帶；據“板塊構造理論”，一級構造單元為華北陸塊（Ⅱ），二級構造單元為華北陸塊北部大陸邊緣（Ⅱ2），三級構造單元為鑲黃旗-赤峰晚古生代活動陸緣（）（圖1）。

中生代以來，本區已納入濱太平洋構造域大興安嶺-太行山板內造山帶，大興安嶺中南段中生代火山噴發帶南緣（內蒙古）與豐寧-圍場-赤峰火山噴發帶（河北）的過渡地帶。受瀕太平洋構造控制，地殼區域構造應力場表現為NW-SE伸展，在區內形成了一系列NE－NEE向展布的斷裂和巖漿活動帶，以及配套的北西向斷裂等構造形跡；至喜馬拉雅期，構造運動繼承了燕山期構造線方向，早期以斷裂和中基性巖漿噴發為主，晚期以地殼差異性升降為主，形成并奠定了現代地貌格局（圖2）。斷裂構造總體上以NE、NE向脆性正斷層為主，褶皺變形相對較弱，顯示NNE向展布的上黃旗-烏龍溝深大斷裂向NEE延伸的特點；近EW向的圍場-赤峰深大斷裂造成了“壩上高原-壩下山地”的地貌差異[9]。符合區域性斷裂控制了褶皺構造的分布和幾何學型式[10-12]。

2 山灣子中生代盆地地層層序特征

在山灣子中生代盆地陸相火山-沉積建造中，新生代中新世漢諾壩組覆蓋在中生代地質體之上的角度不整合面代表了中生代地層發展演化歷史結束，本次野外地質調研又新識別出兩個平行不整合面，通過地質剖面測制建立了本區中生代地層序列（圖3）。

2.1 沉積巖層特征

不同階段的沉積作用具有不同特點，對區內地層層序的識別具有一定標志層作用。盆地中從下向上發育4套沉積巖層（圖2、圖3）：第①套分布于測區南東部紅旗柳、二龍庫、白家窩鋪、新店、德合公、白家店一帶，巖性以紫紅色凝灰質長石巖屑砂巖、凝灰質含礫砂巖、沉凝灰巖為主，夾薄層酸性火山巖，發育平行層理，楔狀交錯層理，具河湖流相沉積環境。不同地段出露厚度不等，大致在0～152.50 m之間，以白家窩鋪北出露最厚，南部德合公等地厚度不足10 m，北部橫溝子一帶缺失。此層為上侏羅統瑪尼吐組與下伏滿克頭鄂博組劃分的標志層。第②套出露于測區裴家窩鋪、山灣子區、新店、王家店村、樺木杖子、三道溝村等地，巖性以灰紫色、紫紅色復成分礫巖、凝灰質砂礫巖、鈣質砂礫巖、凝灰質中粗粒巖屑砂巖、含凝灰質中粗粒巖屑長石砂巖等組成，以裴家窩鋪出露最厚，約134.06 m。下部以礫巖為主，發育沖刷面、塊狀層理、具沖積扇相環境，從沉積作用的構造意義來看，具有同構造沉積的磨拉石性質[13]，與下伏酸性火山巖呈平行不整合接觸。上部以砂巖為主，發育平行層理，板狀、楔狀交錯層理，屬河流相沉積環境。此層為下白堊統張家口組與下伏瑪尼吐組劃分標志層。第③套分布于測區南部北山根、山灣子一帶，巖性以褐黃色、紫灰色、淺灰綠色粉砂巖、粉砂質泥巖、砂巖、礫巖、泥晶藻屑灰巖、白云巖等沉積巖為主，富含Megaumbonia fengwuliangensisNiu（峰窩梁大胎殼葉肢介）、Nestoriasp.尼斯托葉肢介（未定種）等生物化石（由南京古生物研究所鑒定），均為冀北早白堊世大北溝組Nestoria pissovi組合帶常見的分子。發育平行層理、波狀水平層理、波紋層理、板狀層理、槽狀交錯層理等，其沉積環境湖相為主，河流相次之。第④套分布于測區南部北山根、西山灣、五號村、大水泉等地。巖性為灰、灰紫色凝灰質含砂質礫巖、含礫粗砂巖、中粒砂巖、細粒砂巖，厚度不穩定，多小于20 m。發育平行層理、楔狀交錯層理，屬河流相沉積環境。此層為下白堊統義縣組與下伏大北溝組劃分標志層。

2.2 兩個平行不整合面

山灣子陸相火山-沉積建造中新發現的兩個平行不整合面，對中生代地層層序的劃分和建立具有重要地質構造意義。PM06剖面（圖3）第②套沉積層與下伏酸性火山巖之間平行不整合面，沉積層下部以沖積扇沉積為主，具底礫巖特點，為上侏羅統（J3）與下白堊統（K1）分界面。PM05剖面大斑安山巖與下伏酸性火山巖之間平行不整合面，安山巖底部發育古風化殼[14]，表明在張家口期之后本區地殼相對抬升遭受風化剝蝕。

2.3 火山巖特征

研究區火山巖具有復雜性、多期性和源區多樣性的特點，不同噴發期次形成不同的巖石組合，由下至上分為7套火山巖組合（圖3）：A為流紋質角礫凝灰巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋巖、流紋質凝灰巖等，為一套酸性火山碎屑巖、酸性火山熔巖組合；B為氣孔狀玄武巖、玄武安山巖，為一套中基性熔巖組合；C為石英粗面質熔結凝灰巖、熔結角礫凝灰巖、粗面巖、安山巖，流紋質熔結凝灰巖、熔結角礫凝灰巖、凝灰巖，流紋巖等，為一套酸偏堿性火山巖；D為流紋質熔結角礫凝灰巖、石英粗面質熔結角礫凝灰巖、流紋巖、流紋質凝灰巖等，為一套酸性火山巖；E為安山質集塊巖、集塊角礫巖、角礫凝灰巖、安山巖，為一套中性火山巖；F為流紋質凝灰巖、流紋質角礫凝灰巖等，為一套酸性火山巖；G為灰綠、灰紫、黑灰色安山巖、氣孔杏仁狀安山巖，安山質凝灰熔巖、安山質角礫熔巖，安山質角礫凝灰巖，安山質角礫巖、集塊巖等，為一套中性火山巖。

在不同火山巖組合中選擇11個具代表性的火山巖樣品（圖2），探討其巖石學、巖石地球化學特征、時代歸屬和形成的構造環境。巖礦鑒定、主量、微量、稀土元素測試，以及鋯石挑選由河北省區域地質礦產調查研究所中心實驗室完成，鋯石制靶和透射光、反射光、陰極發光照相在北京鋯年領航科技有限公司完成，鋯石U-Pb同位素LA-ICP-MS測年工作由天津地質礦產研究所實驗室完成。

2.3.1 巖石學特征

A-G組合代表性火山巖顯微鏡下鑒定巖石名稱為：A流紋巖（D2221）、流紋巖（PM37-1）、流紋質凝灰巖（PM02-1）；B玄武安山巖（PM02-2）；C流紋質含角礫凝灰巖（PM06-1）；D流紋質-粗面質熔結凝灰巖（PM33-1）、粗面質含角礫熔結凝灰巖（PM03-1）；E斑狀安山巖（PM03-2）；F流紋質含角礫熔結凝灰巖（PM05-2）；G安山巖（PM28-1）、安山巖（PM26-1）。自下而上具有以下特征：下部（A-C）流紋巖中斑晶為長條狀鉀長石、他形粒狀石英（12%～18%），基質為微粒狀長英質（65%～70%）和火山角礫（23%～12%）等組成，流紋質凝灰巖中火山角礫（2%～3%）、晶屑（20%～25%）、巖屑（1%～3%）和玻屑（70%～75%），向上火山角礫（20%）、巖屑（15%）增加，火山爆發指數增高；上部（D-G）酸性火山碎屑巖出現大量塑性漿屑（10%±）、塑性玻屑（80%±），部分具粗面結構，假流動構造，屬碎屑流相；中基性火山巖多呈斑狀結構，斑晶以斜長石（20%～35%）為主，安山玄武巖中見有輝石，基質多為隱晶質（圖4）。

2.3.2 巖石地球化學特征

研究區晚中生代晚侏羅世-早白堊世火山巖類巖石地球化學分析數據見表2。

（1）主量元素特征

從研究區火山巖主量元素分析，總體上顯示硅質、鉀質系列火山巖（圖5、圖6），這與冀北晚中生代火山巖特征基本一致。

上侏羅統火山巖由酸性→（噴發間歇）→中-基性→酸性，SiO2平均含量：74.91%→52.91%→77.74%；鎂鐵質平均含量（MgO+FeO+Fe2O3）：2.48%→12.26%→1.36%；堿性物質含量（K2O+Na2O）：8.70%→6.31%→7.65%?？梢钥闯錾腺_統火山巖經火山間歇期后，硅質減少，鎂鐵質增加，堿性物質變化不大。在堿-二氧化硅圖解中（圖7），所有酸性火山巖樣品均落入亞堿性區（S），與里特曼指數（平均值為2.28）基本一致，屬堿性巖系列中的亞堿性系列。中基性火山巖屬堿性系列。

下白堊統火山巖由酸性→（噴發間歇）→中性→（噴發間歇）→酸性→（噴發間歇）→中性，SiO2平均含量：72.48%→55.82%→78.53%→60.04%；鎂鐵質平均含量（MgO+FeO+Fe2O3）：2.27%→9.61%→3.56%→6.80%；堿性物質含量（K2O+Na2O）：9.51%→6.97%→3.82%→8.45%?？梢钥闯鱿掳讏捉y火山巖具有多噴發旋回特點，由亞堿性系列向堿性系列演變的特征。

（2）稀土、微量元素特征

區內上侏羅統-下白堊統火山巖稀土配分曲線（圖8），多數表現為右傾輕稀土富集型，（La/Yb）N為3.68～23.75，輕、重稀土分餾程度較高，輕稀土呈明顯富集，重稀土虧損。

酸性火山巖負銪異常強（0.09～0.49），巖漿分異強。Rb/Sr值1.99～20.0，大于上地殼（0.25）。大離子親石微量元素Rb、K相對富集，Sr、Ba相對虧損，高場強元素Zr相對富集、Nb相對虧損和放射性元素Th相對富集、U相對虧損、親鐵元素Ti相對虧損，輕稀土元素La、Ce相對富集（圖9），與殼源成因類型類似；中基性火山巖負銪異常弱（0.66～0.90），Rb/Sr值0.13～0.09，接近上地幔（0.02），但稀土總量偏高（209.85× 10-6～343.68×10-6），大離子親石元素Sr略有虧損，K略富集，輕稀土元素La、Ce相對富集，與殼?；煸刺卣骰疽恢?。因此，巖漿源區具有殼源-殼?；煸炊嘈靥卣?。

2.3.3 形成的構造環境

按照板塊構造的觀點，堿度不同的三個火山巖系列，在不同構造部位上分布是不同的。將上侏羅

統、下白堊統火山巖數據投入里特曼-戈蒂里圖解（據niltmann，1975）中（圖10）。本區中生代火山巖均以亞堿性巖系為主，樣品大多數落入造山帶火山巖區（B區）。兩件樣品投入派生火山巖區（C區），反映了板內造山火山巖特點。

一般認為堿度率（AR）的大小及變化范圍與巖漿作用的構造環境有關。AR=2.9～3.9，巖石堿度低，變化范圍小，多見于擠壓環境的巖漿?。ɑ驆u?。┘盎顒哟箨戇吘?；AR=4.3～9.1，堿度較高，變化范圍大，多見于拉張環境的穩定構造區。本區火山巖AR=1.6～5.13變化，說明晚侏羅世-早白堊世火山巖形成于拉張、擠壓交替的構造環境中，反映了火山噴發活動具多旋回性。與該時期太平洋板塊擴張，造成了華北陸塊地幔不均衡上隆，整個華北陸塊處于北西-南東向擠壓應力場中的環境一致。地幔上隆也造成了地殼北西-南東向伸展拉張應力作用。擠壓與松弛交替作用，控制著本區北東-南西向主斷裂構造形成，以及不同期次、不同巖漿源的火山噴發活動。

2.3.4 LA-ICP-MS年齡及形成時代討論

研究區僅獲得10個火山巖鋯石U-Pb LA-ICPMS年齡（圖11，圖12）（分析數據見參考文獻[15]）。A火山巖組合：TW2221、PM37-1和PM02-1的鋯石在Cl圖像上，所采集的鋯石多數為板柱狀、長柱狀，晶棱、晶面鋒銳、清晰，震蕩環帶特征明顯，鋯石成因單一，U-Pb年齡分別為：154.7±0.6 Ma、154.59±0.6 Ma和150±0.6 Ma，其成巖年齡在150～156 Ma之間。個別靠近核部采集點年齡值偏大（215、354 Ma），可能反映了石炭紀、三疊紀花崗巖的年齡[6]。B火山巖組合：PM02-2所挑選鋯石成因類型多，其中長柱狀、震蕩環帶特征明顯，成巖年齡為149.7± 0.7 Ma。短柱狀鋯石年齡異常（39～46 Ma），可能為始新世漢諾壩組混入鋯石[6]。暗色、形狀不規則為捕獲鋯石（385、1974 Ma），可能反映了石炭紀、新太古代花崗巖的年齡[6]。C火山巖組合：PM06-1多數鋯石晶形較好，鋯石成因單一。鋯石U-Pb年齡為143.1±0.7 Ma。D火山巖組合：PM03-1、PM33-1多數鋯石晶形較好，震蕩環帶特征明顯，鋯石成因單一，PM03-1樣品鋯石U-Pb年齡為140±1 Ma，PM33-1樣品同位素年齡為138.0±1.9 Ma，個別采集點偏向核部的年齡偏大。E火山巖組合：PM03-2樣品鋯石晶形大多數不完整，個別較好（19號點），局部鋯石多次生長（6號點），導致核部與外圍年齡不一致。大部分數據一致性較好，成巖年齡：149.7±0.7 Ma。該年齡與下伏酸性火山巖年齡值（143 Ma±）相比偏大，僅作為參考使用；F火山巖組合：PM05-2鋯石挑選差，缺數據。G火山巖組合：PM28-1、PM26-1鋯石U-Pb年齡分別為：129.5±0.7 Ma、130.6±1.1 Ma。由于安山巖在噴發過程捕獲了部分圍巖鋯石，出現了個別150 Ma±年齡值。

綜上，區內火山巖LA-ICP-MS年齡多介于128～155 Ma之間，其形成時代為晚侏羅世-早白堊世?！秶H地層表》晚侏羅世與早白堊世時限為145.5±4.0 Ma，冀北早白堊世張家口組火山巖鋯石U-Pb同位素測年數據范圍為143.0±3.7 Ma～136.1± 1.4 Ma（據韋忠良等，2008）[16]，同時充分利用平行不整合面在地層劃分中的作用。因此，以第1個平行不整合面之上劃分為早白堊世地層140±1 Ma～129.5± 0.7 Ma，之下劃分為上侏羅統143.1±0.7 Ma～154.7± 0.6 Ma。

3 冀北蒙東南地層對比與劃分

據山灣子中生代盆地沉積巖層的分布特征及生物化石、以及與火山巖層的接觸關系，參考火山巖同位素年齡，并充分利用平行不整合面在地層劃分中的作用，與“河北省巖石地層（1996年）”[4]、“河北省北京市天津市區域地質志（2013年）”[17]、“內蒙古自治區巖石地層（1996）”[5]進行對比，結合華北地塊北緣最新研究成果[18]，確立了本區中生代地層劃分方案如表3。

3.1 上侏羅統

研究區新解體出的上侏羅統主要為一套酸性火山巖夾中性火山巖及分布不穩定的碎屑巖建造，其地層序列及形成時代相當于“河北省巖石地層”中的土城子組。而土城子組為一套紅色碎屑巖少夾酸性火山巖建造[19]，二者巖性、巖相差異巨大，難以對比；與“內蒙古自治區巖石地層”相比較，巖石學、巖石化學特征及形成時代等與滿克頭鄂博組、瑪尼吐組基本一致，且與內蒙古自治區劃分的滿克頭鄂博組、瑪尼吐組緊密相連。本區距瑪尼吐組層型剖面位置僅100 km，距滿克頭鄂博組層型剖面亦不足400 km。故引用滿克頭鄂博組、瑪尼吐組對該套地層冠名，同時以第②套沉積層（141 Ma±）底部的平行不整合面為界，解決了兩套地層命名系統的交匯。滿克頭鄂博組（J3mk）為第①套沉積巖層下伏的酸性火山巖組合；瑪尼吐組（J3mn）為第①套沉積巖層及以上中基性、酸性偏堿性火山巖組合，并相應劃為3個段，體現了沉積-中基性火山噴發—酸性、偏堿性火山噴發的演化過程。

3.2 下白堊統

區內下白堊統與冀北中生代地層對比性好，基本沿用了1/25萬西老府幅[6]劃分方案，同時更加系統劃分其形成的底界面和形成時限。張家口組（K1z）底部為第②套紫紅色砂礫巖，上部為酸偏堿性火山巖，大致形成于137～141 Ma；大北溝組（K1d）底部為大斑安山巖，中部為第③套富含化石的沉積巖夾火山巖，上部為酸性火山巖，與下伏張家口組呈平行不整合接觸，大致形成于130～137 Ma；義縣組（K1y）底部局部出露第④套沉積巖層，中部以大套安山巖為主，頂部局部出露酸性火山巖，其大致形成于128～130 Ma。

4 結論

冀北圍場縣山灣子中生代盆地地層序列的建立和劃分，再次確認了上侏羅統地層（143.1±0.7 Ma～154.7±0.6 Ma）的存在，重新厘定為滿克頭鄂博組（150±0.6 Ma～154.7±0.6 Ma）、瑪尼吐組（143.1± 0.7 Ma～149.7±0.7 Ma）；同時將下白堊統（129.5± 0.7 Ma～140.06±0.59 Ma）重新厘定為張家口組、大北溝組和義縣組。該劃分方案能正確反映本區處于冀北與內蒙古大興安嶺中南部過渡地帶的特色，也便于野外識別和劃分。冀北-冀蒙過渡帶-蒙東南中生代地層巖性組合的變化，與其構造環境（如構造強度、基底地殼、蓋層厚度等）不同有關。冀北上侏羅統土城子組由南向北，越靠近基底陸緣的位置出露厚度逐漸減少，而一些偏大（150 Ma以上）的中酸性火山巖年齡值時有出現（康保、豐寧、隆化一帶），北至陸緣基底之上的大興安嶺中南段滿克頭鄂博組、瑪尼吐組則以中酸性火山巖為主，反映了由南向北晚中生代火山噴發活動區域性和差異性特點。

[1]河北省區測隊.河北1/100萬K-50（張家口幅）區域地質報告[R].河北省區域地質礦產調查研究所，1959.

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Redefinition of the Shanwanzi Mesozoic stratigraphic sequence in the north Hebei province

SUN Xiao,DENG Shao-ying,WU Yang,LIU Hong-zhang,SHEN Jin-qing

（Regional geology and Mineral Resources Research Institute of Hebei Province,Langfang Hebei 065000,China）

The Shanwanzi Mesozoic basin,located in the north margin of the North China Block,consists of maily a set of acidic volcano formation with sedimentary rocks.Four stable sedimentary layers and two parallel unconformity surfaces were discovered the 1/50 000 geological survey.The zircon LA-ICP-MS U-Pb ages of the volcanic rocks in the study area are 128～155 Ma.The composition,stratigraphic sequence,formation age and tectonic environment of the Mesozoic basin were redeterminated.The upper Jurassic system(143～155 Ma) partition for the Manketouebo Formation and Manitu Formation;while the Lower Cretaceous(128～141 Ma) division for the Zhangjiakou Formation,Dabeigou Formation and Yixian Formation.

stratigraphic sequence;partition scheme;Shanwanzi;Hebei province;Inner Mongolia

P539.2

A

1672－4135（2017）01－0001-12

2016-12-07

國家地質調查項目“河北1/5萬三義號、大帳房、竹笠溝、山灣子幅區域地質礦產調查（1212011220488）”

孫肖（1974-），男，高級工程師，從事區域地質礦產調查工作，Email：sunxiao1028@sohu.com。