秦皇岛柳江盆地二叠系地层特征研究

任志扬，付芳芳，杨兴彬，陈 峰

（1.中国地质大学长城学院，河北 保定 071000；2.中国地质大学（北京），北京 100083）

柳江盆地位于秦皇岛市以北28 km 处的石门寨地区，占地240 km2，整体上呈南北长、东西窄的形态分布，出露了从新元古界到中生界的华北地台盖层沉积序列，完整记录了从新元古代以来华北地台的沉积序列及构造演化活动。地质现象典型，在华北地区具有代表性，很多地质类院校，如中国地质大学、中国矿业大学、中国石油大学等高等院校都在此设立教学基地，是地质学家的摇篮，被地学界公认为“天然地质博物馆”。

吴承龙、陈耀明、任学义等人均对柳江盆地地层岩石学特征和沉积环境进行过研究[1-2]。本文在前人研究的基础上对柳江盆地二叠系地层特征和岩相古地理环境进行研究，为本区科研和野外实践教学提供资料。

1 地质概况

本区处于燕山沉降带东段、山海关隆起东南缘，主要构造线方向NNW-SSE。太古代以前，该区域经历了地槽发展阶段，形成了一套变质程度不同的变质岩组合，后经过风华剥蚀，残留的混合花岗岩部分形成了现在的结晶基底，即绥中花岗岩。到了元古代，该地区进入裂陷地槽的发展阶段，形成了长城系、蓟县系、青白口系地层覆盖于绥中花岗岩之上。震旦纪—二叠纪，该区域处于相对稳定阶段，为地台发展阶段，形成典型的稳定地台型沉积。从地层分区来看，本区属燕山构造带、山海关小区，地层按出露特征属华北型。该区地层出露普遍缺失的中、上奥陶统至下石炭统、三叠系、白垩系、第三系，就华北型地层而言，出露相对较齐全，各组地层中标志性化石较丰富，地层间划分标志清楚，特征明显，具有一定的代表性。主要的区域性不整合有中奥陶统马家沟组与中石炭统本溪组间的平行不整合及上二叠统石千峰组与下侏罗统北票组之间的角度不整合。

2 地层特征

二叠系地层在本区主要有山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh），其特征分别如下。

2.1 山西组特征

研究区内山西组岩性特征为灰色到灰黑色中细粒长石岩屑杂砂岩、粉砂岩、炭质页岩及黏土岩构成的两个沉积韵律[3]。下韵律层底部的长石含量相对较高，含有砾石，砾石直径2 ～3 mm，韵律层顶部为灰白色细腻状黏土层，可见煤层（可采煤层），地表可见明显出露的煤线，在石门寨养鸡场附近，煤线厚度3 ～5 mm，且向北侧延伸进入柳江煤矿矿区[4]。上部韵律层顶部为薄层状，灰白色B 层铝土矿，与上覆下石盒子组底部含砾粗砂岩层以整合方式接触。

本组与下伏太原组地层呈整合接触关系，分组标志为：太原组顶部出现土黄色细砂岩及粉砂岩，具球形风化，且岩层中具有泥灰岩透镜体；山西组底部岩性为灰色、灰白色长石岩屑杂砂岩，在横向上有时变为含砾中粗粒或中细粒长石岩屑杂砂岩，颜色由灰白色变为黄灰色，层位稳定，产状变化不大。

2.2 下石盒子组特征

下石盒子组主要为灰白色粗粒长石岩屑杂砂岩、细粒岩屑杂砂岩、泥质粉砂岩、黏土质粉砂岩及泥质页岩构成的三个沉积韵律层。三个韵律层岩石颗粒均具有粗粒—中粒—细粒的正粒序特征。改组地层也以韵律层为界分为三段。第一段可见明显的粒序层理，底部岩性为含砾粗砂岩（小豆砂岩），以砾石含量在剖面上自下而上明显减少为标志，表现出正粒序层理特征，依次出现含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩，顶部为泥质粉砂岩；第二、三韵律均为正粒序层理，但分层标志出露较差，顶部分别为A2 和A1 层紫红色泥质页岩。该组地层厚度约为115 m。

粉砂岩中产植物化石：带科达、多脉带羊齿、中芦木。

本组地层与下伏山西组呈整合接触关系且分界清楚。分组标志为：山西组顶部出现灰白色细腻B 层铝土矿；下石盒子组底部为黄褐-灰褐色含砾粗粒岩屑长石杂砂岩（即小豆砂岩）。

2.3 上石盒子组特征

本组地层在研究区内出露较为局限，以石门寨西门至瓦家山一带，175 高地附近出露较好。上石盒子组地层主要由两个沉积韵律组成，以沉积韵律分为上下两段。第一段底部为灰白色中厚层含砾粗粒长石砂岩，泥质胶结，岩石中石英颗粒粗大，约1.5 mm，且磨圆度高，岩石风化后呈明显亮黄色-土黄色，剖面上自下而上岩石中碎屑粒度逐渐变小，依次出现粗砂岩、中砂岩、细砂岩，同时砾石含量减少且直径减小；第二段底部为一层灰白色粗粒含砾砂岩，横向上，砾石直径变化较大，例如，175高地附近出现砾石直径在15 cm以上的巨砾岩，反映出陆相河床沉积的特征，向上岩石中碎屑粒度及砾石直径逐渐变小。此层厚为72 m。该组地层与下石盒子呈整合接触关系，其分组标志为：下石盒子组的三段顶部出现紫红色泥质-粉砂质页岩；上石盒子组一段底部出现土黄色-黄色含砾粗粒长石砂岩。

2.4 石千峰组特征

石千峰组在本区出露较为局限，在欢喜岭至黑山窑一带，以及175 高地到瓦家山东侧采坑接触带上出露较好。石千峰组地层岩性特征为一套由河流相沉积形成的紫红色砂岩组合，底部岩性为紫红色含砾粗粒岩屑长石杂砂岩，剖面上自下而上碎屑粒度逐渐变细，依次出现细砂岩、粉砂岩及部黄绿色泥岩，反映出明显的沉积韵律。与下伏上石盒子组地层呈整合接触关系，分组标志为上石盒子组顶部土黄-黄白色细砂岩及粉砂岩；石千峰组底部紫红色含砾粗粒岩屑长石杂砂岩。石千峰组与上覆北票组地层呈角度不整合接触关系，分组标志为产状变化（见图1）。厚度为150 m。

图1 北票组与石千峰组角度不整合示意图

3 岩相古地理分析

国内外学者大量研究表明，从晚石炭世开始，华北地台经历了多次海进—海退的过程，随着时间的推移，海进的规模、方向和中心位置都在不断变化，在此背景下，研究区内C-P 地层出现了明显的海陆交互相沉积特征[5-6]。二叠纪后，在海退作用的控制下，本区开始全面进入陆相沉积环境。

山西组岩性以炭质页岩和粉砂质泥岩等细粒碎屑沉积岩为主，并呈现向上变粗、层系变厚的特征，表明此时本区进入三角洲沉积。早二叠世，本区处于气候潮湿、地势低平、植物茂盛、沼泽广布的环境，当时是华北地区重要的成煤期[7]。上下石盒子组由灰白色岩屑石英杂砂岩、紫红色粉砂岩、泥岩、页岩等组成，夹黏土矿，属于河湖相沉积体系。石千峰组主要岩性为红色-紫红色砾岩、含砾砂岩、长石砂岩及砂质泥岩，泥岩中可见钙质结核，表明此时该区域气候相对干燥，海水基本退出整个区域，沉积环境已经有海陆过渡相演变为陆相河流亚相沉积。

概而言之，二叠纪从早到晚本区由宽广的沿海滨岸成煤沼泽环境到内陆盆地的转变过程，相应地层的岩性也从海陆交互相变成陆相，其粒度变粗，颜色从暗色转变成黄绿色甚至红色：厚度加大，分异加剧，反映了随着北侧兴蒙褶皱系石炭纪后因大陆碰撞而隆起，使华北板块自北向南逐渐抬升，地形切割加剧，气候干燥化及远离海洋的过程。

4 结论

柳江盆地二叠系地层岩性主要为灰黑色中细粒长石岩屑杂砂岩、黄褐色-灰白色含砾粗粒长石岩屑砂岩和紫红色中粗-中细含砾砂岩。受石炭纪后大陆碰撞的影响，本区二叠纪沉积环境逐渐由宽广的沿海滨岸成煤沼泽环境的海陆交互相转变为内陆盆地的大陆河湖相沉积。