Question

（二）沉积环境及沉积相

Answer 1

华北地区以碳酸盐岩沉积为主。由于中条、吕梁等陆岛的存在，导致吕梁山以东广大地区成为古陆边缘沉积区和相关相带的空间展布；吕梁山以西，因毗连秦岭和祁连海槽，故以台地边缘和盆地沉积区为主。下古生界沉积相的划分及沉积特征见图1-3-2。

1.古陆边缘沉积区

古陆边缘沉积区和碳酸盐台地沉积区是本区沉积类型的基本特征，前者根据其沉积岩的岩石类型、层理及结构、构造特点，生物组合及其他标志，可分成潮坪相和近岸浅滩相；后者又可分为局限海、台地浅滩和开阔海等微相。

古陆边缘沉积区主要指沿古陆、古岛边缘分布的潮汐作用带。此带具有海水极浅，有时暴露，蒸发作用强，盐度高不宜于生物繁衍，间歇性水流能量弱，并常接受来自古陆剥蚀区的陆源砂、泥物质以及席状藻普遍发育等特点。常形成泥、粉晶白云岩，叠层藻白云岩，膏质白云岩，泥质或云质条带泥晶灰岩和竹叶状灰岩等，并常夹有粉砂岩、页岩。多具薄层、页状或微细纹层构造，石灰岩中不溶组分偏多。岩石颜色普遍具强氧化或氧化色，其中的颗粒（如砾屑）常有氧化边。有时伴有异地生物屑和砂屑、球粒等。化石少，组合单一，在潮汐流作用下，扁平砾石和生物屑多呈定向或叠瓦状、扇状、菊花状或涡流状排列。干裂、膏盐假晶、雨痕、岩溶角砾、鸟眼、帐篷等浅水标志及爬痕、垂直潜穴等构造较普遍发育。淡水渗流作用形成的渗流砂、重力胶结和溶蚀等成岩标志均较常见。根据沉积部位、海水盐度、水体能量及沉积物性质可进一步划分微相。

（1）潮坪相

包括潮上带、潮间带及潮上、潮间潟湖环境，有时也包括部分浅潮下带。潮上环境最靠近古陆边缘，只有风暴高潮可以淹没的地带。平缓的潮上坪在干旱炎热气候下由强蒸发引起的“毛细管浓缩作用”常形成泥、粉晶白云岩，泥晶泥质白云岩或藻席白云岩，并构成云坪亚相。当有大量陆源物质混入时，可形成泥云坪、砂云坪，甚至泥坪亚相。潮间及部分浅潮下环境除具潮坪相常见的沉积特征外，泥质或云质条带泥晶灰岩为此带典型微相，有时其中夹有潮道或潮池沉积，其微相以竹叶状灰岩为主。

总之，潮坪环境是以紧邻古陆、岛屿，时而暴露，时而被极浅水淹没，介质能量主要来自潮汐作用而具间歇性，缺乏有利生物繁衍条件，微相组合简单为基本特点，空间上随古陆边缘地貌条件而呈宽窄不一的展布。潮坪相的识别与圈定是判定古陆位置和剥蚀程度的主要依据，因此，在华北地台东部潮坪相极为发育的广大地区，其研究意义甚为重要。

早寒武世海侵初期，古陆边缘沉积区较为发育。华北东部的南部及北部、东北部主要为碎屑、粘土岩组合，靠近东部西侧的陆岛或水下隆起区则以潮上云坪、灰云坪为主。淮北的猴家山组和郑州一带的辛集组是最早出现的潮坪沉积，因为海侵刚刚开始，这些相带正处于淮阳古陆北侧，故以含磷石英砂岩、砾岩、粉砂岩和泥岩为主，但在鲁南、鲁西南则为碳酸盐潮坪沉积，并以泥质灰岩、准同生白云岩、角砾云岩、紫色页岩等为主。长治、林县、范县、枣庄一带为潮上和上潮间泥云坪亚相，总厚度33～70m以上，岩石中少见生物碎屑，具纹层、干裂、鸟眼和变形层理等指相构造。在沛县发育了膏质云坪，石膏层占10%以上。至馒头、毛庄期海侵范围加大，波及全区，潮坪亚相继而广为发育，东部各区以紫、紫红色粉砂质页岩和钙质页岩为主，夹薄层泥晶灰岩。徐庄期至凤山期在鄂尔多斯古隆起以东广大地区内，仍不时出现潮坪沉积，如东部早、中徐庄期继承了潮坪环境，从山海关往西经唐山、京西、曲阳至峰峰和聊古1井、古2井、东1井、大1井等钻孔揭露的平原区以及济南、皖北等地均以潮上及潮间带为主，局部为潮下带沉积。在鄂尔多斯古隆起东缘文水、沁源以西地区，在柳林、离石残留岛屿控制下，自馒头期至上寒武世，接受了大量陆源粗粒碎屑后发育了含砂泥云坪，其中临县泥云坪中泥云岩占60%以上。临县、离石、中阳以西亦沉积了60%以上的潮上含砂泥质泥晶白云岩。地台东部凤山组由泥质条带泥晶灰岩和钙质页岩组成的韵律性沉积也是潮间带沉积的典型产物。

图1-3-2 华北地区下古生界沉积相的划分及其主要特征示意图

潮坪环境下，沉积多由海退沉积序列组成。如平顺、峰峰一带下奥陶统冶里组-亮甲山组厚度为178～411m，主要为灰黄色细、粉晶白云岩、叠层石白云岩、角砾白云岩夹少量竹叶白云岩，堂邑地区则有石膏夹层，岩石层面上多角形干裂发育，层间角砾构造、鸟眼构造、膏盐铸模多见，化石及虫迹稀少，应属典型潮上带沉积。

曲阳、登封及鲁西等地冶里组由中、薄层云斑泥晶灰岩、含球粒泥晶灰岩、生屑泥晶灰岩、竹叶泥晶灰岩、泥质条带泥晶灰岩及页岩夹层组成，岩层局部见冲刷、干裂、鸟眼、虫孔及石膏假晶等构造，生屑则以三叶虫、海百合、介形虫、腹足类及骨针等常见，但含量不高。这套微相构成了潮下至潮间带的潮坪沉积组合。亮甲山组由中、厚层含燧石的生物泥晶灰岩、泥质条带泥晶灰岩演变为云质条带灰岩和泥晶白云岩或角砾泥晶白云岩。这一微相组合显示了潮下带至潮上带的海退沉积韵律。如偏关-岐山泥云坪由含燧石的细晶、粉晶白云岩组成，是冶里组潮坪环境持续发展而形成的继承性云坪。下马家沟组底部（旧称贾汪组）在华北地台东部许多地区都由底部含砾的褐黄色泥粉晶白云岩和浅灰色泥晶灰岩组成，岩石中微细纹层、干裂、鸟眼和石膏假晶等浅水、暴露标志极常见，生物碎屑则较罕见，应属潮上泥、云坪亚相。在离石、河津、辉县一带及昔阳-五台、韩城-蒙阴、濮阳、邯郸、阳泉、徐淮等地，均有云坪或泥云坪分布。各地准同生白云岩的陆源物质含量不一，徐州、登封等地可高达30%。中、上马家沟组在淮阳古陆北侧，在五台、鲁西古隆起周围，均有由薄层泥晶灰岩，云豹斑泥晶灰岩和泥、粉晶白云岩组成的潮坪沉积。

潮上坪和潮间坪中的一些洼地，易于在退潮后积水，涨潮时得到补给，从而形成潮上、潮间潟湖环境。在古陆边缘沉积区如有浅滩、堤坝存在，则在滩坝后侧多伴有潟湖出现。潮坪洼地规模较小，介质能量低，多为典型静水沉积。早寒武世砂、泥坪中的白云岩和泥质泥晶灰岩，以及云坪、灰云坪中的粉砂质页岩、粉砂岩可能为咸化或淡化潟湖产物。规模较大的滩后潟湖，由于滨岸滩坝的阻隔，海水循环不畅，水体能量很弱，生物稀少，水体深度与地形起伏有关，水体较深时可有潮下沉积。由于咸化海水回流渗透，可形成潟湖环境下的泥粉晶白云岩、球粒泥、粉晶白云岩和膏盐类岩石。

由于潮坪环境和台地浅滩发育，而空间上潟湖环境又依附于上述两种环境，故地台上潮坪相展布的地区以及滨岸滩坝后侧和台地浅滩间均可有此类潟湖环境沉积产物出现。台地东部馒头组紫色粉砂质页岩、夹泥晶白云岩，在广大地域内含石盐假晶，个别地区有膏盐，在一些短距离内地层厚度及岩相变化较大的地区，如山东济南，河北石门寨等地，应属潟湖沉积。奥陶纪潮坪沉积相中局部亦有石膏层，例如临清坳陷的东1井、聊古1井、堂古1井及峰峰地区均有石膏层，聊古1井亮甲山组有三层石膏分布，因此，这一带应以潮间潟湖与局限海交替沉积为主，间或有潮上环境出现。长治-邯郸冶里组泥、云坪西部的临汾膏云坪和东部聊城膏云坪的出现，说明了泥云坪高地两侧低洼潮间或潮上潟湖的存在。这两个潟湖潮坪沉积区一直延续到上马家沟时期，其沉积岩系中石膏层含量达50%以上。

总之，潮上、潮间潟湖环境产物多分布于潮坪沉积相中，其展布范围和厚度一般小于潮坪沉积产物，但其微相组合和沉积相标志远较潮坪相清晰。

（2）滨岸浅滩相

该相位于古陆边缘沉积区外侧，多居潮间作用带，局部可延伸至浅水潮下带中。滨岸浅滩环境具有潮汐流较通畅，但水体能量间歇性较弱，水浅而盐度正常，有适量异地生物碎屑沉积，分选不完全，常有暴露标志。其微相组合则以竹叶灰岩、条带泥晶灰岩或球粒泥晶灰岩为主，有时亦有少量粉砂岩或页岩。竹叶灰岩是以扁平砾屑为主并伴有三叶虫、海百合等生物碎屑和少量砂屑、球粒等组成的颗粒灰岩，由泥晶填隙，有时可有少量亮晶。扁平砾屑主要来自潮下和潮间带先期干裂的泥晶灰岩经短距离搬运、再沉积而成，遇有风暴时，常形成扁平砾屑直立，或呈放射状或菊花状排列的砾屑灰岩与代表好天气的泥晶灰岩互层的韵律性沉积，此类薄层砾屑灰岩夹层或透镜体实际上是风暴流产物。条带灰岩与泥晶灰岩中可见对称波痕、水平层理、泥裂、虫孔等构造。

早在辛集期，地台东部地区就已具有潮间低能滩的性质，如京西、唐山一带厚达40～90m的府君山组中的颗粒泥晶云质灰岩较发育，徐州大北望猴家山组中厚度大于10m的颗粒泥晶云质灰岩，两者颗粒类型均以砾屑、砂屑，三叶虫、棘皮类、腹足类等生物屑为主，含少量陆源砂，颗粒具一定磨圆分选，总含量为28%～37%，灰泥填隙。徐庄中、晚期太原、明水、东明、沛县、平顶山等地含放射鲕、云质鲕和晶粒鲕，粒间常见三叶虫碎片和陆源砂，颗粒一般含量为10%～16%，局部鲕粒夹层可达40%左右。明显而常见暴露标志，大气淡水渗透成岩的表现及包心菜状叠层石的偶尔出现和陆源泥、砂的普遍存在表明了其滨岸、浅水的潮间带环境。京西、宿县等地徐庄组岩性与之类似，但砾屑含量有所增加，颗粒总量为7%～20%不等，交错层、干裂和虫迹等标志亦较多见。

崮山组、长山组内此类沉积较发育，唐山、京西、五台以及山东境内的长山组主要由泥质灰岩、泥质条带泥晶灰岩夹大量竹叶状灰岩组成，竹叶状砾屑多具氧化圈、含量高，定向或杂乱排列。砾屑间含三叶虫等生物屑和少量鲕粒、石英砂、亮晶或泥晶填隙。泥晶灰岩中有干裂、垂直虫孔，偶见对称波痕。条带灰岩常过渡为断续条带、链状灰岩，有时可形成“准竹叶”泥晶灰岩。这种构造虽曾被解释为成岩压实破碎，但仔细观察则不难发现碎屑仍有错位和近距离移位，它们是在水动力条件不足或作用时间持续性差的间歇弱动荡水中形成的，因此，“准竹叶”状构造的普遍存在恰恰反映了近岸潮汐低能浅滩沉积环境的基本特点。在这一相带中常有柱状和半球状叠层石发育，叠层柱高一般不超过20cm，柱宽仅数厘米，柱间为同心或晶粒鲕、砂屑和三叶虫碎屑等（图1-3-3）。

图1-3-3 北京西山下苇甸崮山组中的柱状叠层石

早奥陶世的大面积海侵，导致滨岸浅滩向台地浅滩转化。怀远运动后，马家沟海侵初期，准同生白云岩较普遍地发育于全区。根据1987年华北石油局等单位以颗粒含量10%为准滩界限勾划出的几个准滩，其颗粒以藻屑、砂、砾屑及核形石为主，就其与潮汐云坪的关系而言，准滩应为潮间低能浅水沉积物。此类低颗粒量碳酸盐岩能否作为水体具一定能量的水下浅滩或滨岸潮间浅滩沉积环境的微相，还值得讨论，总的看来，由于奥陶纪是继寒武纪以来华北地台的最大海侵期，加之地台本身长期剥蚀、夷平，致使全区滨岸浅滩环境分异不明显也是可以理解的。

2.碳酸盐台地沉积区

这一沉积区是与古陆边缘沉积区紧相毗邻的广阔陆棚内侧，与浅海盆地多有台地边缘相区相隔。其沉积界面大都在低潮面和浪基面之间，个别直达氧化还原界面附近。沉积作用主要发生在潮下带，海底地形和水体深度均有较大变化。水深可由数米至数十米，但一般不超过百米。海水盐度正常，低洼处略有增高，生物较为常见，水体能量则介于较弱至中等之间，并以潮下低能为主。这一沉积区在华北地台甚为发育，据其水下地貌-海水通畅状态、水体深浅和能量大小可将其细分为局限滩间海、开阔滩间海和台地浅滩等环境。

（1）局限滩间海（局限海）

随海底地形变化，常因浅滩遮挡、相对低洼而形成局限滩间海沉积环境。其中海水虽与广海相通，但循环受阻，持续低能，盐度稍高，不利于广海生物发育，化石种类少。主要岩石为泥晶灰岩、球粒泥晶灰岩、泥质条带泥晶灰岩、云斑泥晶灰岩及准同生后白云岩等，其基本特点为缺乏高能颗粒。岩石中常见生物碎屑则多为广盐性生物。当这一沉积区受滨岸滩坝或水下隆起封闭时，可因盐度激增形成白云岩为主的潟湖沉积。

地台东、北部府君山晚期局限海较为发育，山海关、唐山、京西至易县，府君山组厚度由150m递减为15m，其上部地层均以灰、深灰色中—厚层云斑泥晶灰岩、泥晶云质灰岩为主，北京地区常见少量球粒泥晶灰岩，岩石均具水平层理，生物稀少，陆源物含量不超过10%。莒县地区则以云斑泥晶灰岩、粉砂质页岩和白云岩为主。任丘古2井，聊古1井及峰峰地区则为薄层泥晶灰岩与页岩互层。张夏组以台地浅滩与滩间海沉积环境为主，滩间海如受多滩围阻则为局限海环境。如京西、大同等地张夏组下部，唐山和易县上部虽均属张夏组，但其岩石及普遍具有的高能颗粒含量低，生物单一，水平层理、层面罕见冲刷痕遗迹，偶含少量球粒，虫迹不发育等特点，均反映受古陆、水下隆起或台地浅滩遮挡的局限海环境。

下奥陶统，华北地台虽可据岩性划分为以准同生后白云岩为主的南区和以泥晶灰岩、生物泥晶灰岩、云斑灰岩、泥质条带灰岩和含燧石条带或结核的灰岩或粉晶白云岩为主的北区，以及本次工作区以外的西区，但大部分白云岩均为准同生后交代白云岩，其原岩岩性多为生物泥晶灰岩、球粒泥晶灰岩，故唐山、曲阳、京西及峰峰等地和聊城一带均为局限台地沉积。

中奥陶世的广泛海侵，使局限海多与广海连通，地台东部南北岩性分异为白云岩和石灰岩的局面被打破，出现了岩性组合更为复杂的浅水沉积环境。如曲阳任2井、古2井一带及鲁西地区下马家沟组沉积的泥晶灰岩夹泥灰岩、白云岩多具水平层理，并含三叶虫、海百合、头足类等化石碎屑，底部常见冲刷构造，应为局限海与陆棚海交替沉积。工作区以外的西部，马家沟早期受乌兰格尔、阿拉善、庆阳和延安古陆的阻隔，属典型局限海沉积。

（2）开阔滩间海（开阔海）

指地台中部或外侧开阔地区及台地与外海畅通的广阔浅水区。由于华北地台以发育台地浅滩为特征，所以浅滩间的开阔浅水台地可称为开阔滩间海。其沉积界面多位于低潮面与浪基面之间，盐度正常，水深一般为数米至数十米，具中等能量。以颗粒灰岩、含颗粒灰岩及泥晶泥质灰岩为主，时含页岩及粉砂岩夹层。岩石中颗粒类型较单一，偶有内碎屑、鲕粒等高能颗粒。化石较为丰富，可有介形虫、软体动物、棘皮动物、三叶虫和腕足类。其中窄盐性生物相对含量少。层理以水平层理多见，偶有斜层理。小型单柱、半球状叠层构造偶有出现，水平虫孔及生物搅动构造常见。

地台东部毛庄、徐庄期某些厚层段的泥岩夹粉砂岩、海绿石细砂岩及砂质石灰岩具弱还原色，并含较多的海相化石，可能属于开阔海非清水沉积。燕辽地区和徐淮等地，本组地层中夹藻屑泥晶灰岩、生物屑泥晶灰岩、海绿石泥晶砂质灰岩和瘤状泥晶灰岩也应是开阔海的产物。中寒武纪张夏期海侵达到高潮，水下隆起多成浅滩，滩间海环境较为发育。其特点是鲕粒含量普遍小于30%，岩石多以深灰色生物泥晶灰岩为主，浅海生物含量较丰富，粘土岩含量变化较大等特征。如曲阳、任丘及山西某些地区张夏组的某些岩段，以生物泥晶灰岩或藻屑泥晶灰岩为主，多含10%以上的粘土夹层，鲕粒小于20%，岩石中有机质含量较高。

早奥陶世，地台北部的唐山及京西地区以灰色厚层生物泥晶灰岩、条带泥晶灰岩夹不具氧化边的竹叶状砾屑或砂屑泥晶灰岩为主。岩石中常见三叶虫、头足类、腹足类、棘皮类、腕足类等化石，时见水平虫孔，为典型开阔海沉积。徐州-郑州一带开阔海沉积以夹黄绿色或灰绿色页岩为特征；平原区如任丘、港59井、古2井一带，除生物泥晶灰岩外，尚有条带泥晶灰岩、含燧石结核白云岩与其互层，颗粒石灰岩较少发育；在鲁西、莱芜一带白云岩中有腕足类、棘皮类、苔藓类等广海生物碎屑，水平层理及虫孔发育，为开阔海与水下竹叶滩沉积。下马家沟组在唐山、京西、曲阳、任丘等地均以泥晶灰岩为主，间有云质灰岩、泥灰岩等，化石以腕足类、棘皮类、头足类为常见，水平层理发育，为开阔海与局限海交替沉积。上马家沟组上部开阔海以生物泥晶灰岩、含燧石泥晶灰岩、云斑泥晶灰岩为典型组合，生物以头足类为主。

峰峰组上部的泥晶灰岩含较多正常海化石，但仅残存于峰峰和鲁西等地。

总之，华北东部开阔海多受水下浅滩控制，呈滩间海展布；工作区外的地台西部，多受古陆、古隆起或台地前缘相带阻隔而分布在其后，纵向上多与浅滩、局限海交替出现，空间上多绕古隆起带呈半环状分布，东部工作区内则大致呈带状或不规则等轴状展布。

（3）台地浅滩

华北地台上有许多大小不一，形态不同的水下隆起。这些地区多处于浪基面之上，水体浅，长期遭受中等能量海水的作用，使之成为滩相沉积环境，并形成孤立于台地中的浅滩。台地浅滩主要为潮下高能带沉积，亮晶鲕粒灰岩，亮晶砂屑灰岩和亮晶生屑灰岩或亮晶核形石、藻屑灰岩较常见。粒序层理、交错层理，柱状、掌状叠层石时有发现。流水波痕、冰雹痕、鲕铸模、重力胶结等成岩现象均甚发育。

图1-3-4 地台东部寒武系沉积模式

华北东部徐庄期，在北京、曲阳、任丘、莒县等地均有厚层鲕粒灰岩分布，表明水下浅滩环境已间歇性出现。至张夏期，鲕滩分布较广，自唐山、京西、曲阳至峰峰等地，鲕粒灰岩产出部位各异，从而反映纵向上随地壳升降，浅滩间歇性发育和横向上，相带有规律展布（图1-3-4）。

此外，环吕梁陆岛的河津、洪洞、昔阳、平鲁等地，以及地台南部的徐淮、嵩山、洛阳等地，均有点状浅滩出现。在黄骅、济阳、任丘坳陷等掩盖区，经钻井揭露亦有点滩发育，如港59井、堂2井等均为岩性稳定的厚层亮晶鲕粒灰岩。

张夏期广泛发育浅水高能滩环境，滩间多局限海或开阔海环境。浅滩环境稳定，鲕灰岩单层厚度大，水体能量高，多以亮晶鲕或豆粒灰岩为主，竹叶砾屑滩或砂屑滩少见。浅水鲕滩易出露水面之上，在山东张夏、徐淮和峰峰等地均在张夏组厚层块状鲕粒灰岩内部发现暴露标志。大气淡水淋溶和淡水胶结等成岩标志也常见。

冶里期浅滩主要为竹叶状砾屑灰岩，据冯增昭所倡导的单因素定量统计综合分析方法，以组颗粒含量15%为依据，曲阳、津塘、鲁中和莒县均为浅滩。竹叶灰岩或白云岩中，砾屑含量多＞50%，填隙物以灰泥为主，亮晶不时出现。砾屑多不具氧化边，呈扁平状，磨圆好，分选中等，砾间常见砂屑、生屑。水体一般浅，盐度正常。中奥陶世第二次大规模海侵，导致沉积环境以云坪-局限台地、开阔台地为主，有时虽夹竹叶灰岩，但厚度较小，横向不稳定，已基本不具浅滩沉积特点。在工作区外的地台西部，在鄂尔多斯古隆起、秦岭祁连海槽和淮阳古陆控制下，沉积区狭窄，台地浅滩沉积不甚典型，而台地边缘斜坡相和盆地相较发育。鄂尔多斯古隆起以东的华北地台东部，台地边缘相和盆地相不典型。