李辰卿 董琳 沈冰

北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第59卷 第3期 2023年5月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 59, No. 3 (May 2023)

10.13209/j.0479-8023.2023.017

國(guó)家自然科學(xué)基金(41402025)資助

2022–05–07;

2022–05–30

北京下葦?shù)榈貐^(qū)新元古代景兒峪組–寒武紀(jì)府君山組界線硅質(zhì)角礫形成模式

李辰卿 董琳?沈冰

造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871; ?通信作者, E-mail: lin.dong@pku.edu.cn

為探討華北板塊在新元古代與寒武紀(jì)之間沉積間斷后再次接受沉積的具體過(guò)程和環(huán)境變化, 選取北京西山地區(qū)下葦?shù)槠拭媲喟卓谙稻皟河M和下寒武統(tǒng)府君山組的硅質(zhì)沉積作為研究對(duì)象, 通過(guò)沉積學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)分析, 發(fā)現(xiàn)景兒峪組頂部硅質(zhì)層及府君山組底部硅質(zhì)條帶角礫具有相似的接近海水的Ge/Si比值和稀土配分特征, 揭示府君山組硅質(zhì)條帶角礫可能來(lái)自下伏景兒峪組。研究結(jié)果還表明, 府君山組底部含角礫白云巖不具有層理, 且其中角礫成分復(fù)雜, 磨圓分選程度較低, 排列雜亂, 可能代表一次冰川沉積。

景兒峪組; 府君山組; 古風(fēng)化殼; Ge/Si; 稀土元素

前寒武紀(jì)與寒武紀(jì)之交是地質(zhì)歷史上重要的轉(zhuǎn)折期[1–4]。華南板塊因保存了較好的剖面和豐富的化石, 受到全球科學(xué)家的關(guān)注。然而, 目前對(duì)華北板塊前寒武系與寒武系界線的研究程度卻較低。前人主要關(guān)注化石研究以及寒武紀(jì)的地層對(duì)比[5–8], 較少關(guān)注界線附近的地層學(xué)研究。

在華北的天津薊縣、北京房山和門頭溝等地區(qū), 均保存了前寒武紀(jì)與寒武紀(jì)界線的地層[9–12]。前寒武紀(jì)至寒武紀(jì)地層序列, 自下而上為新元古界青白口系景兒峪組、風(fēng)化殼(沉積間斷)和下寒武統(tǒng)府君山組。史書婷等[12]通過(guò)對(duì)華北板塊天津薊縣中新元古界剖面的研究, 發(fā)現(xiàn)在新元古界青白口系景兒峪組青灰色薄板狀泥灰泥石灰?guī)r之上, 下寒武統(tǒng)府君山組淺灰色白云巖之下, 發(fā)育一套厚達(dá) 155 m 的塊狀角礫巖, 被認(rèn)為是典型的冰磧巖。該冰磧巖與其下的景兒峪組和其上的府君山組之間均呈突變接觸, 可能為平行不整合。史書婷等[12]根據(jù)角礫組成, 認(rèn)為天津薊縣剖面的角礫來(lái)自元古代, 且沒(méi)有見(jiàn)到三葉蟲(chóng)化石, 故命名為西井峪組。

目前, 華北地區(qū)的其他剖面尚未見(jiàn)有關(guān)西井峪組冰期沉積記錄的報(bào)道。前寒武系與寒武系界線在華北板塊其他區(qū)域呈現(xiàn)出不同的風(fēng)化殼以及上覆地層巖性差異, 例如, 在北京房山地區(qū)的 4 個(gè)剖面, 風(fēng)化殼上覆的府君山組底部?jī)H有 10～30cm 厚的角礫狀白云巖[10]; 北京西山下葦?shù)槠拭骘L(fēng)化殼厚 2～5 cm, 其上為厚約 1m 的含角礫白云巖; 河北唐山趙各莊杏山溝剖面景兒峪組與府君山組之間夾有約 2m 厚的黃色白云質(zhì)風(fēng)化殼[11]。府君山組底部巖性及風(fēng)化殼特征的差異表明, 在地殼抬升之后再次接受沉積時(shí), 不同區(qū)域的沉積環(huán)境有較大的差異。

硅質(zhì)沉積是一種化學(xué)沉積, 在成巖過(guò)程中被改造的程度較低[13], 并且通常形成于獨(dú)特的環(huán)境。因此, 硅質(zhì)巖能夠保存古海洋、沉積盆地以及構(gòu)造活動(dòng)等方面的信息, 并為人們提供研究這些信息的窗 口[14–17]。北京西山下葦?shù)槠拭骘L(fēng)化殼下部的景兒峪組地層中出現(xiàn)硅質(zhì)層, 府君山組底部角礫白云巖中也存在大量硅質(zhì)角礫[11]。硅質(zhì)角礫可能記錄了府君山組底部的物質(zhì)來(lái)源信息, 可為理解華北板塊在沉積間斷后再次接受沉積這一過(guò)程提供直接的地質(zhì)證據(jù), 并且可能為角礫白云巖的形成模式提供更多信息。

本研究選取北京西山下葦?shù)槠拭嫘略糯c寒武紀(jì)界線作為研究對(duì)象, 進(jìn)行沉積學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)研究, 通過(guò)下寒武統(tǒng)府君山組底部的硅質(zhì)角礫進(jìn)行示蹤, 并與下伏地層景兒峪組的硅質(zhì)條帶進(jìn)行對(duì)比, 以期為西井峪冰期在華北地塊其他位置是否存在沉積記錄提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一, 具有 38 億年的歷史, 在前寒武紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶基底之上接受了一套自晚前寒武紀(jì)至顯生宙的蓋層沉積[18–20]。華北克拉通位于中亞造山帶的北邊, 南邊是昆侖–秦嶺–大別造山帶與蘇魯斷裂, 西邊為祁連造山帶[21–22]。華北板塊新元古代地層包括駱駝嶺組和景兒峪組, 駱駝嶺組與下伏新元古代下馬嶺組不整合接觸, 景兒峪組與駱駝嶺組整合接觸[23]。華北地臺(tái)薊縣地區(qū)和北京地區(qū)的新元古代青白口系缺乏較好的絕對(duì)年齡約束, 僅通過(guò)海綠石40Ar-39Ar 定年, 測(cè)得 810±10～900±10Ma 的年齡[24]。受薊縣運(yùn)動(dòng)影響, 景兒峪組與上覆寒武紀(jì)府君山組不整合接觸, 存在 2～3 億年的沉積間斷, 發(fā)育一套古風(fēng)化殼。新元古代景兒峪組與下寒武統(tǒng)府君山組界線上的風(fēng)化殼廣泛出現(xiàn)在京津冀地區(qū), 在不同區(qū)域存在厚度和巖性的差異[9–10]。

圖1 北京下葦?shù)榈貐^(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(修改自文獻(xiàn)[25])

圖2 北京下葦?shù)榈貐^(qū)景兒峪組至府君山組地層柱狀圖

北京西山下葦?shù)槠拭娉雎读己玫男略糯昂浼o(jì)地層(圖 1 和 2), 風(fēng)化殼保存較為完好。風(fēng)化殼上覆地層為寒武紀(jì)府君山組底部的 1m 厚的含角礫白云巖, 白云巖與風(fēng)化殼的接觸面具有一定的起伏性。白云巖中含大量硅質(zhì)條帶, 邊界明顯, 多呈長(zhǎng)方形(寬 5mm 至 2cm, 長(zhǎng)度可至 5cm), 棱角明顯, 形態(tài)和大小差異較大(圖 3(a)和(b), 圖 4(a)～(c))。風(fēng)化殼為一層 3cm 厚的土黃色黏土(圖 3(e))。風(fēng)化殼下伏地層為景兒峪組薄層泥晶灰?guī)r(圖 3(c)和(d), 圖4(d)和(f)), 內(nèi)部含藻紋層, 代表潮間帶至潮下帶的沉積環(huán)境。景兒峪組頂部為薄層泥晶灰?guī)r與薄層硅質(zhì)巖互層。硅質(zhì)條帶的沉積方向雜亂, 僅少量與地層平行, 多數(shù)與地層斜交。除硅質(zhì)條帶外, 角礫中還包括碳酸鹽巖碎塊及疊層石等, 成分復(fù)雜。含角礫白云巖之上為府君山組厚層豹皮灰?guī)r及核型石灰?guī)r, 代表潮下帶的沉積環(huán)境[11]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

1)巖石學(xué)觀察。巖石薄片的顯微鏡下觀察和鑒定在北京大學(xué)生物地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。利用偏光顯微鏡(Nikon Eclipse LV100N POL), 在單偏光、正交偏光及反射光下對(duì)硅質(zhì)條帶中賦存礦物進(jìn)行識(shí)別, 并鑒定晶型。碳酸鹽巖中礦物均用茜素紅 S 溶液進(jìn)行染色, 鑒別白云石(不被染色)與方解石(染成紅色)。

2)碳酸鹽巖組分溶解。稱量約 100mg 約 200目的樣品粉末置于 15mL 試管中, 加入 10mL 0.5N的 HAc。為保證樣品充分反應(yīng), 避免樣品表面氣泡影響反應(yīng), 將試管震蕩后放入超聲儀中, 使樣品充分混合, 每 8 小時(shí)一次, 共 3 次, 反應(yīng)完成后進(jìn)行離心分離。

3)硅質(zhì)組分溶解。碳酸鹽巖溶解后, 對(duì)殘余粉末加入 5mL 1N 的 HCl 進(jìn)行清洗, 去除碳酸鹽巖殘留。之后, 加入去離子水清洗, 并離心分離 5 次, 充分洗去殘留的 Cl?, 避免因形成揮發(fā)性的 GeCl4而降低 Ge 的測(cè)量值。清洗后, 用錫紙包裹試管, 置于65℃烘箱烘干 12 小時(shí)。然后, 進(jìn)行下一步溶解。稱取約 50mg (30～50mg)碎屑于干凈的聚四氟乙烯瓶(PTFE/Teflon, 7mL)中, 加入 1mL 濃 HNO3和 3mL濃 HF, 置于電熱板上, 130℃加熱 12 小時(shí)。打開(kāi)蓋子蒸干, 加入 1mL 濃 HNO3和 3mL 濃 HF, 置于電熱板上, 130℃加熱 12 小時(shí), 保證充分溶解。打開(kāi)蓋子蒸干, 加入 5mL 濃 HNO3, 置于電熱板上, 加熱12 小時(shí)。如果溶液澄清, 則蒸干后加入 5mL 2%的HNO3, 倒入試管內(nèi)待測(cè); 如果還有明顯的沉淀物, 則進(jìn)行重新溶解, 直至溶液澄清為止, 將液體蒸干, 加入 5mL 2%的 HNO3溶解, 倒入試管內(nèi)待測(cè)。

4)元素含量分析。主量元素測(cè)定在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院地球生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成, 使用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(Spectra Blue Sop Indu-ctively Coupled Plasma Optical Emission Spectro-meter, ICP-OES)測(cè)定硅質(zhì)沉積組分的主量元素含量, 測(cè)試精度為 5%。Ge 和稀土元素分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成, 使用 Nex-ION 300D ICP-MS (Inductively coupled plasma massspectrometer, 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)測(cè)試元素含量, 測(cè)試精度為 10%。測(cè)試過(guò)程中均加入標(biāo)樣GSR-13 (石灰?guī)r)和 GSR-5 (頁(yè)巖), 用于確定測(cè)試準(zhǔn)確度。

(a)和(b)寒武系府君山組底部硅質(zhì)條帶; (c)和(d)新元古代景兒峪組薄板狀泥晶灰?guī)r夾硅質(zhì)層; (e)界線組成, 包含硅質(zhì)層和風(fēng)化殼

3 結(jié)果及討論

3.1 沉積學(xué)及巖石學(xué)觀察

野外觀察發(fā)現(xiàn), 北京西山下葦?shù)槠拭骘L(fēng)化殼下部沉積了景兒峪組的薄板狀泥晶灰?guī)r夾硅質(zhì)條帶。風(fēng)化殼由 3cm 厚的土黃色黏土組成。風(fēng)化殼上方為府君山組底部的含角礫白云巖, 內(nèi)部含大量具清晰邊界的硅質(zhì)條帶, 厚度(5mm 至 2cm)差異較大。硅質(zhì)條帶雜亂地賦存在府君山組白云巖中, 呈現(xiàn)快速搬運(yùn)的特征。除硅質(zhì)條帶外, 府君山組底部的白云石中含碳酸鹽巖碎塊和疊層石等角礫。

顯微鏡下茜素紅染色觀察發(fā)現(xiàn), 景兒峪組上部碳酸鹽巖層的主要礦物為泥晶方解石, 硅質(zhì)層的主要礦物為隱晶質(zhì)石英, 總體巖性為薄板狀泥晶灰?guī)r夾硅質(zhì)層(圖 4(d)和(f))。府君山組底部角礫狀白云巖中, 硅質(zhì)條帶的主要礦物為隱晶質(zhì)石英, 含少量黃鐵礦等礦物, 硅質(zhì)條帶具有明顯的邊界(圖 4(a)～ (c))。此外, 顯微鏡下觀察到更細(xì)小的硅質(zhì)條帶, 長(zhǎng)約 50μm, 寬約 100μm。府君山組白云巖中的角礫還有碳酸鹽巖碎塊, 主要由泥晶方解石或白云石構(gòu)成, 極少量角礫中能識(shí)別藻紋層或疊層石。

(a)～(c)寒武系府君山組硅質(zhì)條帶; (d)和(e)景兒峪組泥晶灰?guī)r及硅質(zhì)層; (f)府君山組底部硅質(zhì)角礫。比例尺: (a)～(e)中為500 μm, (f)中為1 cm

3.2 主量元素及Ge/Si比值

北京門頭溝下葦?shù)榈貐^(qū)新元古代景兒峪組及寒武紀(jì)府君山組底部樣品元素含量的測(cè)試數(shù)據(jù)如表 1和表 2 所示。

景兒峪組的 SiO2含量為 58.81%～92.80% (平均78.83%), Al2O3含量為 3.60%～24.21% (平均 12.45%), Fe2O3含量為 1.40%～6.95% (平均 3.48%), K2O 含量為 1.11%～8.14% (平均 3.98%), MgO 含量為 0.35%～ 1.73% (平均 1.12%), CaO 含量為 0.02%～0.18% (平均0.05%), Na2O 含量為 0.03%～0.15% (平均 0.08%。樣品的 Ge/Si 比值(μmol/mol)為 1.21～2.73 (平均 1.81), 與主量元素的氧化物含量呈線性關(guān)系(圖 5)。

府君山組底部硅質(zhì)條帶的 SiO2含量為 72.36%～ 90.48% (平均 84.50%), Al2O3含量為 4.86%～16.22% (平均 8.54%), Fe2O3含量為 1.16%～5.10% (平均2.81%), K2O 含量為 1.72%～5.34% (平均 2.96%), MgO含量為 0.55%～1.67% (平均 0.91%), CaO 含量為0.12%～0.38% (平均 0.23%), Na2O 含量為 0.03%～ 0.08% (平均 0.05%)。樣品的 Ge/Si 比值(μmol/mol)為 1.22～2.02 (平均 1.43), 與主量元素的氧化物含量呈明顯的線性關(guān)系(圖 5)。

3.3 稀土元素

稀土元素選取澳大利亞后太古代頁(yè)巖(PAAS)[26]作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

景兒峪組硅質(zhì)條帶總稀土含量為 14.79～162.60μg/g, 稀土配分模式(圖 6)為輕稀土(LREE)略微虧損和較低的 LaN/YbN值(平均值為0.80,=22)。樣品均表現(xiàn)出 Ce 負(fù)異常(CeN/Ce*N平均值為 0.93,= 22), YN/HoN值大于 1 (平均 1.09,=22), 大多數(shù)樣品無(wú) Eu 正異常(EuN/Eu*N平均值為0.84,=22)。

府君山組底部樣品總稀土含量為 48.39～ 127.89μg/g, 稀土配分模式(圖 6)為 LREE 略微虧損和較低 LaN/YbN值(平均值為 0.80,=8)。樣品均表現(xiàn)出不明顯的 Ce 負(fù)異常(CeN/Ce*N平均值為 0.90,=8), YN/HoN大于 1 (平均值為 1.13,=8), 無(wú) Eu 正異常(EuN/Eu*N平均值為0.94,=8)。

4 討論

4.1 下寒武統(tǒng)府君山組底部角礫巖中硅質(zhì)條帶來(lái)源

本研究利用硅質(zhì)條帶的 Ge/Si 比值區(qū)分硅質(zhì)的來(lái)源。Ge 和 Si 屬于元素周期表的第四主族, 具有非常相似的化學(xué)性質(zhì)和相似的離子半徑[27]。不同地質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)中的 Ge/Si 比值有較大差別, 在硅酸鹽巖石風(fēng)化過(guò)程中, 金屬氧化物和鋁硅酸鹽黏土等次生礦物的形成會(huì)以 Si 的類質(zhì)同象或通過(guò)吸附方式結(jié)合 Ge[28], 導(dǎo)致黏土等次生礦物具有更高的 Ge/Si 比值(約為 4～6μmol/mol)[29–32]。因此, 河水中溶解的鍺酸和硅酸(或 Ge(OH)4和 Si(OH)4)含量較低, 河水Ge/Si 比值的范圍為 0.1～3μmol/mol[33]。熱液流體中, Ge/Si 比值在很大程度上受 Ge 和 Si 化合物熱力學(xué)性質(zhì)差異影響, 需要在高溫下建立水–巖反應(yīng)平衡, 因此熱液流體往往具有更高的 Ge/Si 比值(通常為 4～25μmol/mol)[34–37]。依據(jù)巖石的 Ge/Si 比值, 可以判斷硅質(zhì)沉積物中 Si 的來(lái)源, 進(jìn)而對(duì)其成因及來(lái)源做出一定的解釋。

表1 北京下葦?shù)槠拭娓浇M及景兒峪組硅質(zhì)條帶元素測(cè)試數(shù)據(jù)

本研究中, 由于黏土及金屬氧化物具有較高的Ge/Si 比值, 且測(cè)定過(guò)程中無(wú)法區(qū)分黏土與硅質(zhì)組分, 因此在判斷硅質(zhì)來(lái)源之前, 需要去除黏土 Ge/ Si 比值的影響。景兒峪組和府君山組底部的硅質(zhì)條帶中, 均具有 Ge/Si 比值與 Al2O3含量的正相關(guān)關(guān)系(景兒峪組2= 0.61, 府君山組2= 0.83)(圖 5(e)和(f)), 表明硅質(zhì)條帶中有黏土混合。由于僅黏土中富含 Al, 因此利用質(zhì)量平衡模型可以推算硅質(zhì)組分的 Ge/Si 比值[38–39]。模型的計(jì)算結(jié)果展示為 Al2O3(%)-Ge/Si (μmol/mol)散點(diǎn)圖(圖 5(e)和(f)), 其中硅質(zhì)組分的 Ge/Si 比值可以通過(guò)將 Al2O3含量線性回歸至 0 獲得。根據(jù)此方法, 景兒峪組硅質(zhì)組分的Ge/Si 比值為 0.89μmol/mol, 府君山組硅質(zhì)組分的Ge/Si 比值為 0.93μmol/mol, 具有幾乎一致的低Ge/Si 比值, 指示硅質(zhì)條帶中的 Si 主要來(lái)源于正常海水。圖 5(e)和(f)中趨勢(shì)線的斜率代表黏土的Ge/Si 比值, 也表現(xiàn)出相似的特征。

表2 北京下葦?shù)槠拭娓浇M及景兒峪組硅質(zhì)條帶澳大利亞后太古代頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素?cái)?shù)據(jù)

圖5 北京下葦?shù)槠拭娓浇M和景兒峪組硅質(zhì)條帶地球化學(xué)數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖

除 Ge/Si 比值之外, 稀土元素也是示蹤硅質(zhì)來(lái)源的有效手段。景兒峪組和府君山組的稀土配分圖譜表現(xiàn)出一致的特征: 輕稀土虧損, 重稀土富集((LaN/YbN)JEY平均值為 0.80,=22; (LaN/YbN)FJS平均值為 0.80,=8); YN/HoN為正值((YN/HoN)JEY平均值為 1.09, (YN/HoN)FJS平均值為 1.13); Ce 負(fù)異常((CeN/Ce*N)JEY平均值為 0.93, (CeN/Ce*N)FJS平均值為 0.90)。稀土配分模式與海水較為相似, 同樣表明硅質(zhì)條帶中Si來(lái)源于海水。

圖6 北京下葦?shù)槠拭娓浇M及景兒峪組硅質(zhì)條帶澳大利亞后太古代平均頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖

4.2 府君山組底部角礫白云巖中硅質(zhì)條帶形成模式

沉積學(xué)及地球化學(xué)分析結(jié)果表明, 府君山組底部的硅質(zhì)條帶主要來(lái)自下伏景兒峪組碳酸鹽巖中的硅質(zhì)層, 表現(xiàn)出海水來(lái)源特征。關(guān)于府君山組底部含角礫白云巖中角礫的來(lái)源, 目前主要有以下幾種觀點(diǎn): 1)沉積初期暴露, 遭受風(fēng)化, 經(jīng)膏溶角礫化形成[11]; 2)風(fēng)化殼頂部被寒武世早期海進(jìn)破壞, 為具泥石流、顆粒流和滑動(dòng)流特征的碎屑流沉積[40]; 3)冰川沉積[12]。

巖溶垮塌形成的角礫巖通常具有單一的角礫成分, 幾乎均由碳酸鹽巖組成。然而, 府君山組底部角礫成分復(fù)雜, 硅質(zhì)角礫的大小差異較大, 賦存角度也復(fù)雜。因此, 我們認(rèn)為巖溶垮塌很難形成府君山組底部的含角礫白云巖。此外, 府君山底部的硅質(zhì)角礫呈長(zhǎng)方形, 棱角明顯, 幾乎沒(méi)有被磨圓, 如果這種角礫是通過(guò)碎屑流搬運(yùn)形成, 那就需要較強(qiáng)的水動(dòng)力條件及近距離物源供給。碎屑流會(huì)帶來(lái)大量碎屑物質(zhì), 在海洋中會(huì)抑制碳酸鹽巖的沉積, 很難形成碳酸鹽膠結(jié)的角礫巖。據(jù)此, 我們認(rèn)為上述“膏溶角礫化”和“碎屑流沉積”這兩種針對(duì)含角礫白云巖的成因解釋值得商榷。

結(jié)合硅質(zhì)條帶來(lái)源、風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)和上覆府君山組含角礫白云巖的特征, 我們認(rèn)為府君山組底部含角礫白云巖的形成可能與冰川沉積有關(guān)。府君山組含角礫白云巖具有大量成分復(fù)雜、分選度和磨圓度差的角礫, 與冰磧巖的特征[41]極為吻合。同時(shí), 含角礫白云巖呈塊狀構(gòu)造, 沒(méi)有觀察到層理, 與冰磧巖無(wú)層理的特征一致。此外, 白云巖中的角礫沒(méi)有粒序?qū)永? 表明角礫堆積過(guò)程中很可能沒(méi)有受到水流的作用, 更類似冰川的搬運(yùn)。

府君山組底部的角礫是否是由冰川形成, 這一問(wèn)題需要進(jìn)一步討論。識(shí)別冰磧巖的主要證據(jù)為冰川擦痕或墜石構(gòu)造[42]。但是, 府君山組底部的角礫被膠結(jié)在塊狀白云巖中, 很難觀察到墜石構(gòu)造, 同時(shí)冰川擦痕在冰川沉積物中也不一定能保留, 因此無(wú)法直接證明含角礫白云巖是冰磧巖。大多數(shù)冰川沉積層為泥質(zhì)膠結(jié)(如華南揚(yáng)子板塊典型的南沱組冰磧巖沉積[43]), 然而府君山組底部含角礫白云巖是由碳酸鹽膠結(jié)的, 該含角礫白云巖可能形成于比較特殊的環(huán)境。我們推測(cè)一個(gè)可能的成因是, 冰川搬運(yùn)大量不同成分的角礫到達(dá)現(xiàn)在沉積的位置, 冰消融后在原地堆積, 最后在府君山組沉積時(shí)海侵, 形成含角礫白云巖(圖 7)。這一成因模式也可以解釋府君山組含礫白云巖中為何缺乏擦痕和墜石等典型的冰川特有構(gòu)造。

綜上所述, 新元古代青白口系景兒峪組至寒武系府君山組沉積期間, 下葦?shù)榈貐^(qū)可能經(jīng)歷的地質(zhì)過(guò)程和沉積模式如下: 薊縣運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致景兒峪組沉積時(shí)地殼抬升, 在地殼持續(xù)抬升和暴露過(guò)程中, 可能形成風(fēng)化殼; 冰川作用搬運(yùn)來(lái)大量前寒武系的角礫; 寒武紀(jì)發(fā)生海侵時(shí), 角礫參與碳酸鹽巖沉積; 之后, 經(jīng)白云巖化形成如今府君山組底部的含角礫白云巖。

(a)景兒峪組正常沉積(碳酸鹽巖與硅質(zhì)層互層); (b)地殼抬升, 大陸剝蝕之后累積風(fēng)化殼, 冰川搬運(yùn)帶來(lái)硅質(zhì)條帶角礫; (c)府君山組沉積時(shí)形成含角礫白云巖

4.3 下葦?shù)槠拭娓浇M底部含角礫白云巖與西井峪冰期的關(guān)系

本研究中, 我們推測(cè)府君山組底部角礫狀白云巖可能為冰川沉積, 而在史書婷等[12]對(duì)天津薊縣的研究中, 景兒峪組以上, 府君山組以下的大套角礫巖被認(rèn)為是晚元古代的地層, 并命名為西井峪組。由于絕對(duì)年齡的缺失及巖性的差異, 下葦?shù)槠拭娓浇M底部含角礫白云巖與西井峪冰期的關(guān)系仍然難以確定。首先, 西井峪組厚度較大(15m), 下葦?shù)槠拭娴湫偷母浇M豹皮灰?guī)r下方僅含有 1m 厚的白云巖, 且僅在接近風(fēng)化殼的部分存在角礫。其次, 西井峪組角礫組成隨地層變化而變化, 白云巖角礫、灰?guī)r角礫及燧石角礫的比例在不同層位不同; 在下葦?shù)槠拭? 卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)角礫隨地層變化的趨勢(shì)。最后, 雖然西井峪組填隙物為白云質(zhì)泥和粉砂, 與下葦?shù)槠拭婺嗑О自剖z結(jié)相似, 但西井峪組角礫的含量遠(yuǎn)高于下葦?shù)槠拭娓浇M底部角礫白云巖, 這種差別一方面可能是相變導(dǎo)致的, 另一方面也指示下葦?shù)槠拭娓浇M底部角礫白云巖可能與西井峪冰期的期次有所不同。

5 結(jié)論

本文通過(guò)分析北京西山下葦?shù)榈貐^(qū)新元古代青白口系景兒峪組頂部與下寒武統(tǒng)府君山組底部硅質(zhì)條帶的沉積學(xué)特征、地球化學(xué)特征及硅質(zhì)來(lái)源, 得到如下結(jié)論。

1)下寒武統(tǒng)府君山組底部含角礫白云巖中角礫成分復(fù)雜, 其中硅質(zhì)角礫呈長(zhǎng)方形, 棱角明顯, 大小差異較大, 賦存角度復(fù)雜, 表明其未經(jīng)歷長(zhǎng)距離搬運(yùn)。

2)府君山組底部硅質(zhì)條帶角礫和景兒峪組硅質(zhì)層中硅的來(lái)源為海水, 二者具有相似的地球化學(xué)特征, 表明府君山組底部硅質(zhì)條帶來(lái)自景兒峪組沉積物。

3)經(jīng)歷薊縣運(yùn)動(dòng)的地殼抬升后, 下葦?shù)榈貐^(qū)經(jīng)歷暴露剝蝕, 形成土黃色泥質(zhì)風(fēng)化殼, 之后可能通過(guò)冰川作用搬運(yùn)來(lái)大量角礫, 在寒武紀(jì)海侵后沉積, 形成角礫碳酸鹽巖, 最后形成白云巖。因此, 北京下葦?shù)槠拭骘L(fēng)化殼上方的府君山組底部角礫巖可能代表一次冰川沉積。

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Formation of Chert Breccia from the Transitional Beddings between Neoproterozoic Jingeryu Formaiton and Cambrian Fujunshan Formation in Xiaweidian Section, Beijing

LI Chenqing, DONG Lin?, SHEN Bing

Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; ? Corresponding author, E-mail: lin.dong@pku.edu.cn

To investigate the specific processes of deposition and environmental changes in the North China Block during Late Neoproterozoic to Early Cambrian when it received deposition again after a depositional hiatus, chert breccia of the Qingbaikou Series Jingeryu Formation and the Lower Cambrian Fujunshan Formation in the Xiaweidian section of Xishan area of Beijing was analyzed. Based on petrological and geochemical studies, chert layers in Jingeryu Formation and chert breccia in the bottom of the overlying Fujunshan Formation have similar Ge/Si ratios and rare earth element patterns. It indicates that Fujunshan chert breccia might originated from Jingeryu Formation. Breccia-bearing dolomite in the bottom of the Fujunshan Formation is block-shaped, without bedding. The breccia is mixed in component and size, with poor sorting and roundness, and disorderly arranged. Breccia-bearing dolomite in the bottom of Fujunshan Formation may represent glacial deposits.

Jingeryu Formation; Fujunshan Formation; paleo-regolith; Ge/Si; rare earth element