内蒙古北山地区三道明水一带早白垩世赤金堡组沉积特征及时代厘定

2017-03-05张金龙潘志龙陈超张桂凤张欢李庆喆王硕张立国张运强

华北地质 2017年1期

关键词：砾岩层理白垩

张金龙，潘志龙，陈超，2，张桂凤，张欢，李庆喆，王硕，张立国，张运强，3

（1.河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊 065000；2.中国矿业大学（北京），北京 100083；3.中国地质大学（北京），北京 100083）

内蒙古北山地区三道明水一带早白垩世赤金堡组沉积特征及时代厘定

张金龙1，潘志龙1，陈超1，2，张桂凤1，张欢1，李庆喆1，王硕1，张立国1，张运强1，3

（1.河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊 065000；2.中国矿业大学（北京），北京 100083；3.中国地质大学（北京），北京 100083）

在进行内蒙古基东地区1/5万区域地质调查项目实施中，对内蒙古北山地区三道明水一带原来划归上侏罗统赤金堡群进行剖面测制，发现其为一套成熟度较低的粉灰色、绿灰色细碎屑岩与紫灰色粗碎屑岩组合。在该套地层中发现了大量的双壳类、腹足类、介形类、植物类及大型爬行动物类等生物化石，并对其进行了组合的划分。双壳类：Sphaeriumcf.jeholense(Grabau)-Arguniella subcentralis Chernyshev组合，时代为早白垩世；腹足类：Lioplacodesgansuensis Pan-Sinorificium yumenensisGuo组合，时代为早白垩世；介形类：Cypridea-Mongolocypris-Lycopterocypris组合，多出现于早白垩世；苏铁类：Nilssonia sinensis Yabe&Oishi组合，时代为早白垩世；银杏类：Ginkgoitessp.组合，具有代表性，时代为早白垩世。通过综合分析，认为此套地层应归属为早白垩世。

内蒙古北山地区；赤金堡组；古生物化石；早白垩世

内蒙古北山地区位于西伯利亚板块、塔里木板块、华北板块和哈萨克斯坦板块交汇处，经历了早古生代的板块间相互作用阶段和晚古生代以来的板块内部发展阶段[1]，晚中生代时期发生广泛的断陷作用，形成众多的断陷沉积盆地[2]。

研究区位于北山地区三道明水一带，区内白垩系地层广泛分布于山间盆地之中，与各前中生代地质体角度不整合接触，局部断层接触（图1）。虽然该地层分布范围广，但产状平缓，风化剥蚀及覆盖严重，多呈残丘状出露，地层层序表现为不完整、不连续，不利于地层研究。甘肃省地质调查研究院[3]在1/20万公婆泉幅地质调查（1969）时，将分布于三道明水一带的紫红色、灰绿色砾岩、砂岩砂质泥岩及页岩等划分为上侏罗统赤金堡群；内蒙古自治区地层[4]清理时（1996），将内蒙古北山地区早白垩世地层下部采用赤金堡组，上部为新民堡群（包括下沟组、中沟组）。本次1/5万区域地质调查中，根据其岩石组合特征及所采取的丰富古生物化石等资料，将甘肃省地质调查研究院在三道明水一带所划早侏罗世赤金堡群重新划归为赤金堡组，时代厘定为早白垩世（表1）。

1 实测剖面描述

区内赤金堡组出露极差，地层近于水平，故本次工作测制了三条短柱状剖面（图2）对研究区赤金堡组进行了控制，现分述如下：

剖面①位于红山头南侧约2.0 km的一处天然陡壁处，其特征如下：

（未见顶）

赤金堡组（K1c^）＞5.70 m

4.褐红色泥岩夹浅灰色薄层粉砂岩 1.6 m

3.灰白色块状泥岩，介形类：Cypridea concinaHou,C. unicostataGaleeva,C.sp.,Limnocypridea?symmetricaQi, Rhinocypris yumenensisOi；植物类：Ginkgosp., Nilssonia sinensisYabe&Oishi 1.5 m

2.灰白色中层泥岩夹浅灰色中薄层泥岩，发育水平纹层。含介形类：Cypridea concinaHou,C.sp.（内膜、碎片）,Yumeniasp.（内膜、碎片）,Candona vescitimbalisZhang, Candoniella bitruncataZhang；腹足类：Prbaicalia VitimensisMartinson,Mesolanites solidesPan；双壳类：Arguniella jorekensisChernyshev,Sphaerium anderssoni(Grabau),Arguniella subcentralisChernyshev,Sphaerium pujiangenseGu et Ma 0.8 m

1.灰白色块状泥岩，含介形类：Cypridea concinaHou,C.sp.,Lycopterocypris debilisLübimova[=Eucypris debilis(Lübimova)],Yumeniasp.,Mongolocypris gansuensisQi, Darwinula contractaMandelstam;腹足类：Probaicalia VitimensisMartinson,Mesolanites solidesPan;双壳类：Arguniella jorekensisChernyshev,Sphaerium anderssoni(Grabau),Arguniella subcentralisChernyshev,Sphaerium selengiensis(Martinson) 1.8 m

（未见底）

剖面②位于红山头北西侧约4.0 km的一处天然陡壁处，其特征如下：

（未见顶）

赤金堡组（K1c^）＞9.70m

4.褐红色粉砂质泥岩，层理不发育，偶含灰绿色砂岩透镜体 0.90 m

3.灰绿色含砾粗砂岩，向上砾石含量减少、粒径减小，构成正粒序层理 0.70m

2.浅灰绿色中层粗中粒岩屑砂岩，发育平行层理、楔状交错层理，底部含少量砾石 2.10 m

1.褐红色中层状粉砂质细砂岩，发育不明显的平行层理 6.00 m

（未见底）

剖面③位于红山头北侧约3.0 km的一处天然山丘处，其特征如下：

（未见顶）

赤金堡组（K1c^）＞10.60 m

13.灰紫色中厚层细砾岩，磨圆较好，分选差 1.60 m

12.灰紫色中层含砾粗砂岩，发育平行层理 0.20 m

11.灰紫色块状细砾岩，向上发育逆粒序层理 1.30 m

10.灰紫色厚层状细砾岩夹砂岩透镜体，细砾岩中发育逆粒序层理 1.20 m

9.灰-灰紫色块层状砾质粗砂岩 1.20 m

8.棕褐色中层状粉砂岩，层理不发育，偶含砂岩透镜体 0.70m

7.灰绿色中薄层中粗粒岩屑砂岩 0.30 m

6.浅灰色中层状细砾岩，岩层内发育正粒序层理，底部发育冲蚀充填构造 0.40 m

5.褐红色中层泥质粉砂岩夹灰绿色薄层含砾粗砂岩 1.10 m

4.浅灰色中层状粗粒岩屑砂岩夹透镜状含砾粗砂岩 0.50 m

3.浅灰色中层状含砾粗砂岩，岩石向上砾石含量逐渐减少，底部发育侵蚀面 0.40 m

2.褐红色中层状粉砂岩，层理不明显 1.00 m

1.浅灰绿色中薄层状粗中粒岩屑砂岩，发育平行层理 0.70 m

（未见底）

2 岩性、岩相特征

2.1 岩性组合特征

该套地层以杂色陆源细碎屑岩为主，在现存露头情况下，主要岩石组合为灰绿色、黄绿色泥岩、粉砂岩，灰绿色、褐红色细中粒岩屑砂岩，褐红色、灰紫色细砾岩、含砾粗砂岩，局部夹中薄层状炭质泥岩。与区域上赤金堡组岩石组合特征基本一致。其中泥岩、粉砂质泥岩组合为赤金堡组下部单元组合（图3a），整体为绿灰色。该岩石组合水平层理极发育，单层厚1～2 cm，含大量淡水动、植物化石碎片，垂向上局部具有向上加厚的趋势。

细中粒岩屑砂岩、含砾粗砂岩组合为赤金堡组中部单元组合，其中岩屑含量50%～60%，成分简单，主要为石英岩、花岗岩岩屑；长石碎屑含量20%～30%；石英碎屑含量约10%。碎屑常杂乱分布，泥钙质胶结，岩内常发育正粒序层理、平行层理、楔状交错层理以及侵蚀充填（图3b）等构造，且指示古水流方向为150°。

细砾岩、含砾粗砂岩组合为赤金堡组上部单元组合（图3c），中厚层-块层状，该岩石组合零星分布，地势略高，地貌上均呈突起的山包状。砾石成分主要为石英岩、花岗岩、变质石英砂岩等，粒径主1～4 cm，少量可达6 cm以上，分选性较差，中等磨圆，呈次棱角-次圆状，填隙物主要为砂级岩屑，泥、钙质胶结。该组合底部多呈凹凸不平状，发育侵蚀充填构造，且向上发育变细的粒序层理，局部含粗砂岩透镜体。

赤金堡组碎屑岩岩屑含量较高，且长石多于石英，岩石的成分、结构成熟度低，且暴露的氧化环境致其以紫灰色为主，加之含大量陆相淡水动植物化石的特点，反映了本区赤金堡组主要为陆相湖泊沉积晚期产物的特征。

2.2 岩相特征

根据赤金堡组岩性、结构和沉积构造等特征，共划分出4种岩相类型：1）半深湖-浅湖亚相沉积粉砂岩、泥岩，化石丰富；2）河床滞留微相沉积砂质砾岩；3）边滩微相沉积砂岩、粉砂岩；4）冲积扇扇根亚相细砾岩、砂质砾岩等（表2）。

3 沉积环境及沉积模式分析

3.1 沉积环境分析

赤金堡组下部主要为灰绿色砂岩、粉砂岩、泥岩组成的下粗上细的韵律性沉积，单韵律厚度一般为10～30 cm（图4a），岩石特征均一稳定，富含动植物化石。该沉积韵律向上泥岩逐渐增多，且水平纹层极发育，反映当时水体逐渐加深、水动力条件逐渐减弱的趋势，最后形成水动力条件极弱的静水还原环境，结合岩性及沉积构造等特征判断为湖泊扩张期的半深-浅湖亚相沉积环境。赤金堡组中部主要为含砾砂岩→砂岩→粉砂岩组合（图4b），垂向上构成正粒序层理，下部常发育小型槽状交错层理及侵蚀充填构造，上部则以交错层理、平行层理为主，大致与河床滞留-边滩微相沉积特征相当。赤金堡组上部主要为灰紫色细砾岩→含砾粗砂岩组合（图4c），反映当时以暴露的氧化环境为主，细砾岩顶部多发育冲刷面，内部常发育正粒序层理，局部夹少量含砾粗砂岩透镜体，向上砾石砾径减小、含量变少，逐渐过渡为含砾砂岩，发育不明显平行层理，符合冲积扇扇根亚相的沉积特征。根据以上岩石学特征、岩相及基本层序特征等分析，研究区赤金堡组整体表现为陆相湖盆演化中后期的沉积特点。

3.2 沉积模式分析

前人对本区早白垩世盆地做了多方面的深入研究，认为北山地区构造以坳陷-断陷为主[7，8]，其沉积明显受控于构造的发展。不同的构造发展阶段具有不同的沉积环境[9]，研究区内早白垩世沉积环境主要为河流-湖泊相，在沉积早期或靠近断陷的陡坡一侧发育冲积扇-扇三角洲相[10]。

研究区内赤金堡组属于潮湿-半干旱陆相盆地沉积，为敞流湖盆，由于露头差，区内未见滨湖相砾岩、砾质砂岩沉积建造。岩性主要为灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、灰粉色泥质粉砂岩、细砂岩、灰紫色块状细砾岩、含砾砂岩等，经历了半深湖（浅湖）-河流-冲积扇这样一个充填序列，该组垂向上表现为由底到顶粒度逐渐变粗的特点。

本区赤金堡组从地层沉积序列上反映了该盆地保留不完整，未出露盆地早期扩张阶段的沉积产物，只保留了扩张晚期半深湖（浅湖）亚相→萎缩期河流相→晚期冲积扇相的演化过程。根据沉积地层及构造格局分析，在湖盆断陷初期，盆地西北边缘水系比较发育，在山谷出口处发育冲积扇沉积物，而湖盆中心为细碎屑沉积。在湖盆发展中期，湖泊进一步扩张，冲积扇向源区逐渐退积萎缩，湖盆面积扩大，在本区保留湖盆泥岩、粉砂岩等细碎屑岩沉积，这构成本区赤金堡组的主体岩性。随之盆地萎缩，河流泛滥，在其上沉积河流相含砾砂岩、细砂岩及粉砂岩等碎屑岩建造。在盆地发展末期，湖面进一步萎缩，大量粗碎屑物质向湖盆充填，在地层序列中保留下冲积扇相砾岩、含砾粗砂岩沉积（图5）。由此，本区仅记录下自湖泊经河流到冲积扇的沉积环境演化史。

4 古生物特征

本次工作在赤金堡组中采集到了较多的古生物化石碎片（图6），部分保存较好，其中主要以淡水生物为主，主要赋存于泥岩、粉砂质泥岩及炭质泥岩之中，且纹饰清晰，未见变形特征，应属于近原地埋藏。化石经河北地质大学古生物研究室庞其清教授鉴定，介形类共计9属12种，其余化石由于保存不完整，未作详细分类。

剖面①第1、2层：双壳类Arguniella jorekensisChernyshev（若瑞额尔古纳蚌），Sphaeriumcf.jeholense(Grabau)（热河球蚬），Sphaerium selengiensis(Martinson)（色楞格球蚬）；腹足类Lioplacodes gansuensisPan（甘肃平滑螺），Sinorificium yumenensisGuo（玉门凹口螺），Psendarinia giganteaWang（大型假喙螺）；介形类Cypridea concinaHou（灵巧女星介），C.unicostataGaleeva（单肋女星介），C.sp.（女星介（未定种）），Mongolocypris gansuensisQi（甘肃蒙古金星介），Limnocypridea?symmetricaQi（对称湖女星介），Lycopterocypris debilisLübimova（微弱狼星介）[= Eucypris debilis(Lübimova)（微弱真星介）]，Rhinocypris yumenensisOi（玉门刺星介），Candona vescitimbalisZhang（小边玻璃介），Candoniella bitruncataZhang（双切小玻璃介），Darwinula contracta Mandelstam（窄达尔文介），Yumeniasp.（玉门介（未定种））。上述化石主要为早白垩世的分子，反映的地质时代为早白垩世。

剖面①第3层：介形类Cypridea concinaHou（灵巧女星介），C.unicostataGaleeva（单肋女星介），C.sp.（女星介（未定种）），Mongolocypris gansuensisQi（甘肃蒙古金星介），Limnocypridea?symmetricaQi（对称湖女星介），Lycopterocypris debilisLübimova（微弱狼星介）[=Eucypris debilis(Lübimova)（微弱真星介）]，Rhinocypris yumenensisOi（玉门刺星介），Candona vescitimbalisZhang（小边玻璃介），Candoniella bitruncataZhang（双切小玻璃介），Darwinula contractaMandelstam（窄达尔文介），Yumeniasp.（玉门介（未定种））；植物类：Ginkgosp.（似银杏），Nilssonia sinensisYabe&Oishi（中国蕉羽叶）。上述化石主要为早白垩世的分子，反映的地质时代为早白垩世。

此外，在三道明水北东一带，本次工作发现了大量的硅化木及大型爬行动物类化石碎片，由于保存极不完整，尚未确定其属种。

根据所采集的双壳类、腹足类与介形类化石，将本区赤金堡组介形类等生物化石划分为2个生物组合。下部为Arguniella jorekensis-Lioplacodes gansuensis组合，对应第1层，由以下分子组成：双壳类Arguniella jorekensisChernyshev（若瑞额尔古纳蚌），Sphaerium cf.jeholense(Grabau)（热河球蚬），Sphaerium selengiensis(Martinson)（色楞格球蚬）；腹足类Lioplacodes gansuensisPan（甘肃平滑螺），Sinorificium yumenensisGuo（玉门凹口螺），Psendarinia giganteanWang（大型假喙螺）；上部为Cypridea-Mongolocypris-Lycopterocypris组合，对应第1-3层，由以下分子组成：灵巧女星介Cypridea concinaHou，单肋女星介C.unicostataGaleeva，女星介（未定种）C.sp.，甘肃蒙古金星介Mongolocypris gansuensisQi，对称湖女星介Limnocypridea? symmetricaQi，微弱狼星介Lycopterocypris debilisLübimova[= 微弱真星介Eucyprisdebilis(Lübimova)]，玉门刺星介Rhinocypris yumenensisOi，小边玻璃介Candona vescitimbalisZhang，双切小玻璃介Candoniella bitruncataZhang，窄达尔文介Darwinula contractaMandelstam，玉门介（未定种）Yumeniasp.。

前人资料中[11-14]，北山地区赤金堡组生物组合以双壳类、腹足类等为主，少见植物类，而本研究区则以大量的双壳类、腹足类、介形类、植物类及大型爬行类为特点，所含化石保存较好，种属较多，特别是淡水动物类及植物类，经鉴定均给出了较明确的生存时代。研究区内的化石在区域上的赤金堡组中均有分布，说明本研究区的赤金堡组与区域上的赤金堡组在古生物特征上有着紧密的联系。但该区的生物群落以介形类及大型爬行动物的大量繁衍为特征，表现了本区的独特性。