河北尚义含玛瑙硅质砾石层地质特征及成因探讨

廉兴茂

摘要张家口尚义县鸳鸯河流域一带广泛分布含玛瑙硅质砾石层，通过野外地质调查，追索砾石层物源地，分析砾石形成时代和成因，认为该套砾石是上新世“尚义古湖”沉积物，是晚新生代古环境变迁及新构造运动的产物。

关键词尚义；玛瑙；晚新生代；石匣组；古环境

在张家口尚义县鸳鸯河流域一带，广泛分布一套由中细砂和硅质砾石互层构成的晚新生代沉积物，砾石层中含有玛瑙，当地人称之为“玛瑙石”或“肉冻石”；可能因为玛瑙品级等方面的原因，以往资料鲜有记载。2015年夏，在尚义城南公路施工过程中，砾石层内发现了品级较好的玛瑙，曾一度引起大规模群体挖掘。至此，该区硅质砾石层中的玛瑙才重新被人所重视。

尚义县含玛瑙硅质砾石层具有一定的研究意义：其一，它是冀西北坝上地区晚新生代地层的重要组成部分；其二，它同时是该区晚新生代地理环境变迁和坝上古湖泊形成、发展、消亡的重要的信息载体；其三，硅质砾石和玛瑙有一定的观赏价值，具有一定的经济价值。为此，结合野外工作中的发现和认识，对该区含玛瑙硅质砾石层地质特征及成因进行初步探讨。

1地理地貌

含玛瑙硅质砾石层位于位于尚义县城东一带，地貌属坝上丘陵区，相对高差小于50m，起伏较小，多宽缓河谷。区内主要河流为鸳鸯河，鸳鸯河由北、东、南汇入南壕堑水库后向西南进入内蒙古，再向东南折返回河北，最后汇入洋河支流一东洋河（见图1）。

坝上地区位于内蒙古高原南缘，地势平坦辽阔，地形呈南高北低展布，坝头一带海拔较高，向北地势逐渐变平缓；坝下属中低山区，地势高差较大。以坝上、坝下分界线为分水岭，坝上地区多发育由南向北的内陆河流；坝下地区多发育由北向南的外流河。鸳鸯河较为特殊，其发源于坝上，几经折返，最后汇入坝下外流水域。

2区域地质背景

研究区南部毗邻尚义一赤城深断裂，大地构造位置处于内蒙地轴张北台凹内。区域地层为新太古界红旗营子群、古元古界化德群、中元古界长城系地层、侏罗系地层、中新统汉诺坝组、上新统石匣组、上更新马兰组和全新统。局部海西期花岗岩侵入到红旗营子群和化德群内。

3地质特征

3.1地层层序

尚义含玛瑙硅质砾石层下伏地层为新太古界红旗营子群、元古代花岗岩或中新世汉诺坝组，除在近丘顶处出露外，其上常被晚更新世马兰黄土、全新统松散堆积物所覆盖。

3.2砾石层特征

砾石分布范围面积大，砾石含量巨大。其中含玛瑙硅质砾石层与中细砂层互层，沉积韵律明显，局部发现小型斜层理。砂层物质组成以石英为主，石英颗粒多被粘土质物质包裹，多为假粒级。砾石层厚几厘米至几米，各处厚度不一，受地形影响显著。砾石层与砂层多为灰白色，粒间疏松，未见胶结，砂、砾空隙基质为含砂泥灰质；局部受后期含鐵离子地表水影响，砂、砾层染色呈黄褐色，染色带多为不规则条带状。

3.3砾石特征

砾石成分非常单一，均为硅质，隐晶质，硬度高，不透明。颜色以土黄色为主，还有黑色、深红色、深绿色、黄白相间色、黑白相间色等。砾径大小不一，磨圆较好，个别可达5cm以上。砾石多含石英条带，条带呈平行状，流线、流面特征明显。个别大砾石表面具明显蜂窝状。

3.4玛瑙特征

硅质砾石层中见少量玛瑙，黄褐色为主，表面发育小凹坑，形状以椭圆、长圆为主，个体较小，直径多小于2cm；个别玛瑙个体较大，直径可达10cm，但色彩层次较差，以灰白色为主，呈同色圆状。

4成因分析

4.1物源来源

在野外调查过程中，在几处汉诺坝玄武岩裂隙内了发现有深红色、土黄色硅质脉体充填，脉体宽5cm～0.5m，呈带状、眼球状，局部流线、流面特征明显，个别处见色带分明的玛瑙。硅质脉体受同期或后期构造应力作用，脉体多呈碎裂状，为后期风化剥蚀、搬运提供了可能。

含玛瑙硅质砾石层范围广，厚度大，砾石量巨大，砾石磨圆好，为搬运产物。所以有理由推测有体积较大的硅质脉体作为物源，而非由若干单一硅质脉体提供。随着地质时代变迁，硅质砾石物源地后期又被沉积物、风积物所覆盖。

4.2形成时代

硅质脉体侵入到汉诺坝组玄武岩裂隙内，硅质脉体的形成时代可能为汉诺坝玄武岩喷发的晚期，或是在汉诺坝玄武岩形成后（上新世）由于构造运动侵入而形成。所以硅质脉体的形成时代应为中新世晚期或上新世。

通过野外调查，发现含玛瑙硅质砾石层多直接上覆于汉诺坝玄武岩之上，其上多被晚更新世马兰黄土覆盖。另外，局部见砂、硅质砾石层与红色粘土互层，根据以往地质资料，坝上地区红色粘土层为上新世石匣组。所以，有理由推测含玛瑙硅质砾石层形成时代应为中新世以后，晚更新世以前，属于上新世的可能性非常大。

4.3尚义古湖演化

根据区域研究表明，尚义古湖盆四周为玄武岩高台地和山脉，白上新世初期开始形成，由于地势低洼，而将鸳鸯河等河流逐渐吸引到该盆地中来；从而在尚义盆地形成内陆古湖，此时鸳鸯河为内陆河流。湖泊形成过程中，河流冲积相、冲积相和洪积相交替发育，为硅质砾石层形成提供水动力条件。

古湖盆地在这个时期内，随着湖水面积扩大，沉积物增多，到上新世末期在尚义古湖盆地内沉积了厚度可观的沉积物。古湖盆地盆地经历了不对称的隆升过程，原来的沉积物有多次再搬运、沉积的可能。在周而复始的搬运、沉积过程中，其它砾石由于硬度较低，逐步磨损形成了细砂，而硅质砾石硬度大，在动荡水流的作用下形成了含玛瑙硅质砾石层。

上新世末、第四纪初，喜马拉雅造山运动进入一个全新的时期，即新构造运动期。这一地质时期内，阴山、燕山迅速抬升，到上新世晚期，尚义古湖盆地东部因为构造活动而抬升，鸳鸯河向西南侵蚀下切，最后尚义古湖打开，湖水经内蒙古西流外泄，内陆水系变成了外流水系。受地形影响，鸳鸯河在内蒙受阻折向东流回河北，最后与洋河汇合，尚义地区现代水系格局基本形成；鸳鸯河几经折返，新构造运动的标志，是构造运动的产物。另外，通过地理地貌推测南壕堑水库可能为尚义古湖的遗留痕迹。

4.4古环境变迁

在尚义县城北见大面积泥灰质松散沉积物分布，局部见灰白色泥灰质沉积物和砖红色粘土互层，另外在含玛瑙硅质砾石、砂层内普遍见泥灰质胶结物。上述地质现象都说明尚义古湖属封闭（或半封闭）湖泊，浅水半深水环境，高盐度。随着大地构造活动的加剧，古湖盆地海拔上升，温度下降，湖泊进入蒸发环境，泥灰质正是这种环境下的产物。灰白色泥灰质沉积物和砖红色粘土层的沉积韵律，可能代表沉积期气候在干燥炎热的大背景下的多期小旋回变化。

5结论

1）地质体的地层层序建立是解决地质问题的基础，为了更加深入了解和认识含玛瑙硅质砾石层的地质时代和成因，在以后工作中，应加强该区晚新生代地层层序研究。

2）由于砾石层本身的复杂性，且缺少系统的专门研究，随着研究工作的深入，砾石层的地质时代和成因待进一步探讨。

3）尚义含玛瑙硅质砾石层最主要的地质环境意义应为新构造意义，并对尚义古湖形成和发展有一定的指示意义，是尚义古湖消亡及坝上高原隆起的一个重大地质地貌事件。