Question

寒武系——寒武纪地层

Answer 1

嵩山地区的寒武系主要分布在嵩山主体的周边地区。嵩山北坡西起偃师上徐马，向东经佛光峪，登封五乳岭、唐窑至巩县窖粮统一线，南麓青石岭、红石寨、送表、西白里坪、告城等地也有连续分布。

嵩山寒武系发育完整，出露良好，化石丰富，历年来为地质学界所重视。1933年孙健初先生在调查禹县、密县煤田地质时就曾描述过寒武系，并做了最初的划分。以后随着对岩性组合、岩层对比，特别是古生物化石研究的不断深入，地层划分也在不断变化。曹世禄、冯景兰、张伯声、张尔道、王曰伦、杨志坚、刘印环、裴放等及中南煤田局、北京地质学院、河南地质研究所、河南区调（测）队、河南地矿局（厅）等都曾做过地层划分研究，随着时间的推移可以有几种划分方案。这表明人们对嵩山寒武系的认识在不断深化。由于划分方案繁多，只能摘其要者列表如下（表8-1），以示其沿革脉络。

表8-1　河南省华北地层区寒武系划分沿革表

嵩山寒武系属于华北台区沉积类型，根据岩性组合特征和化石可分为三统八组。寒武系与上覆中奥陶统下马家沟组为假整合接触，与下伏元古宇五佛山群或震旦系罗圈组假整合接触。

嵩山寒武系以登封市唐庄乡关口—巩义市涉村乡窖粮坑出露较全，研究程度相对较高。1973年北京地质学院在该地曾经实测过剖面，称为“登封关口至巩县王顶剖面”，1975年河南地质局区测队在巩义市窖粮坑重测了北段张夏组顶界以上部分。1983年编写《河南省区域地质志》时，区调队再次重测了这条剖面，采集了数量众多的化石。这条剖面在嵩山国家地质公园五指岭景观区内，为“七（五）代同堂”地层剖面遗址之一。为了仔细了解嵩山寒武系的面貌，便于地质旅游者参观考查，将剖面详细描述如下（如图8-5）。

图8-5　登封关口—巩义窖粮坑寒武系剖面图（上图1973年北京地院实测，下图1975年河南区调队重测）

1—元古宇嵩山群五指岭三段（Pt₁w³）；2～8—下寒武统辛集组（

）;9～10—寒武系下统馒头组（

）；11—寒武系中统毛庄组（

）；12～14—寒武系中统徐庄组（

）;15～18—寒武系中统张夏组（

）;2～6—寒武系上统崮山组（

）;7～8—寒武系上统长山组（

）；9～14—寒武系上统凤山组（

）；15～24—奥陶系中统马家沟组（O₂m）;25—石炭系中统本溪组（C₂b）

登封关口—巩义窖粮坑寒武系剖面（加括号的层号为1975年重测编号）：

上覆地层　奥陶系下马家沟组（O₂x）

15.浅黄色薄层状泥灰岩，底部具砂砾岩

假整合

寒武系上统（

）

凤山组（

）

14.灰白色中粒白云质灰岩　20.2m

13.浅灰色细粒含硅质团块白云质灰岩　6.0m

12.灰白色中—粗粒含燧石结核白云质灰岩　8.4m

11.灰白色中—粗粒含硅质白云质灰岩　26.5m

10.白色粗粒白云岩　2.5m

9.灰白色厚层状含硅质团块白云质灰岩　29.9m

整合

长山组（

）：

8.淡黄色泥质白云质灰岩，产三叶虫Changshania（长山虫）、Shirakiella？（小白井虫？）、Sanduspis？（三都虫？）、Lioparia（光颊虫），腕足类Obolus trigonalis（三角圆货贝）等　12.1m

7.灰色厚层状白云质灰岩　40.2m

整合

崮山组（

）：

6.黄色薄板状含泥质条带白云质灰岩，产三叶虫Blackwelderia（蝴蝶虫），腕足类Dicellomus（锄形贝）　27.5m

5.深灰色厚层鲕状白云质灰岩　97.0m

4.白云质灰岩　4.2m

3.灰色厚层鲕状白云质灰岩　8.5m

2.灰、深灰色厚层鲕状白云质灰岩　34.2m

整合

寒武系中统（

）

张夏组（

）:

18.深灰色厚—巨厚层鲕状白云岩　85.9m

17.灰色薄层鲕状白云质灰岩，产三叶虫Manchuriella（小满洲虫）、Solenoparops taitzuensis（太子沟颊形虫）　53.7m

16.灰色中厚层鲕状白云质灰岩　13.9m

15.灰色薄层鲕状白云质灰岩夹厚层鲕状白云岩　54.8m

徐庄组（

）

14.黄绿色页岩与青灰色中厚层泥质鲕状灰岩互层　59.4m

13.灰色薄层泥灰岩、黄绿色页岩及巨厚层鲕状白云质灰岩，产三叶虫Anomocarella（小无肩虫）　16.3m

12.黄绿色页岩与薄层砂岩互层，上部为灰岩，产三叶虫Anomocarella miaogouensis（庙沟小无肩虫），腕足类Obolus（圆货贝）、Westonia（魏斯顿贝）　32.4m

整合

毛庄组（

）：

11.紫红色砂质页岩夹黄绿色泥灰岩透镜体，产三叶虫Shantungaspis aclis（刺山东盾壳虫）、“Ptychoparis”（“褶颊虫”）　126.3m

整合

寒武系下统（

）

馒头组（

）:

10.灰色条带状泥灰岩夹紫红色泥灰岩　4.9m

9.紫红色薄层状泥灰岩夹灰色厚层状灰岩透镜体　30.6m

8.深灰色白云质灰岩，含三叶虫Redlichia（莱得利基虫）　54.4m

整合

辛集组（

）

7.青灰色厚层含燧石团块白云岩　32.5m

6.黄白色泥灰岩　3.2m

5.紫红色含泥质砂质灰岩　7.0m

4.紫红色钙质石英砂岩　11.8m

3.紫红、黄绿色薄层状石英砂岩　0.6m

2.石英砂砾岩　0.4m

不整合

下伏地层　古元古界五指岭组三段（Pt₁w³）

嵩山寒武系根据化石和岩性组合特征，划分为三统八组，各组之间均为整合接触。

辛集组（

）　1962年河南地质研究所在鲁山县辛集创名“辛集含磷组”。其上的灰岩、白云质灰岩为张伯声、冯景兰（1950）划分的“朱砂洞灰岩”（早期资料还曾称“搬倒井灰岩”）。1964年区调队在1∶20万临汝幅区域地质调查时，将二者合并称为辛集组。《河南省区域地质志》编写时，区调队在原朱砂洞灰岩顶部采得馒头组的带化石中华翼莱德利基虫，将顶界下移，以稳定的豹皮状灰岩作为与馒头组的分组标志。《河南省岩石地层》仍然分为辛集组和朱砂洞组。辛集组在嵩山南麓较厚，如送表厚97m，北坡较薄，偃师山张厚59m，关口厚56m。《河南省的寒武系和奥陶系》一书将辛集组分为四段，经全省对比，辛集组厚度由南向北逐渐变薄，底界由南向北逐渐抬高，豫南的黑色含炭泥页岩段和含磷砂岩段，在嵩山完全缺失。嵩山辛集组化石极为缺少，曾有报道在登封大贾沟、唐窑等地采到诺氏莱德利基虫，其层位在原朱砂洞灰岩顶部，以划归馒头组为宜。辛集组在河南省中南部产磷、石膏、铅、锌等矿产，但嵩山地区未曾发现。

图8-6　中华翼莱德利基虫（×1）（引自河南区调队，1989）

馒头组（

）　馒头组创名于1907年，创名地点在山东省长清县张夏镇馒头山。20世纪30年代在河南多称馒头页岩。嵩山地区建立馒头组始于1958年，初期所包括的层位多有差异，1960年后渐趋一致。嵩山地区馒头组下部深灰色白云质灰岩，上部紫红色薄层状泥灰岩夹紫红色页岩及灰黄色厚层状灰岩透镜体。局部可见叠层石泥灰岩。其下以出现灰色豹皮状灰岩与辛集组分界；上部以紫红色页岩大量出现与毛庄组分界。1983年河南区调队重侧剖面时在中、下部三个层位采到三叶虫化石中华翼莱得利基虫（图8-6）、村上氏翼莱德利基虫、著目莱德利基虫。所产化石与华北其他地区的馒头组完全可以对比，相当于早寒武世龙王庙期。嵩山馒头组厚度相对较稳定，登封送表68m，偃师唐窑86m，山张59m，佛光峪91m，登封关口90m。

毛庄组（

）　最早命名地点在山东长清县张夏镇与馒头山之间的毛庄，20世纪60年代初对比到嵩山时认识基本一致，但60～70年代多将其置于下寒武统，80年代以后改为中寒武统。嵩山毛庄组岩性为紫红色含云母砂质页岩、页岩夹灰色鲕状灰岩（图8-7）、黄绿色泥灰岩透镜体。顶底界各家颇有争议，顶界常以一层含有山东盾壳虫（图8-8）的灰岩与徐庄组的含海绿石砂岩分界。其厚度在登封送表为185m、唐窑66m，偃师山张157m，佛光峪56m,登封关口126m。除剖面所列化石外，1983年河南区调队又在毛庄组5个层位采到了三叶虫化石。加上其他剖面采到的三叶虫化石，计有以下种属：褶颊虫、刺山东盾壳虫、瘤状小姚家峪虫（图8-9）、本溪本溪虫、后野营虫、柯赫氏虫、裸颊虫、登封原波曼虫、小武安虫、宽武安虫、窄边昆明壳虫、唐瑶山东盾壳虫、称山称山盾壳虫等。以上化石中山东盾壳虫、瘤状小姚家峪虫等均为毛庄组重要分子，前者普遍见于华北及东北南部，后者常见于山东博山、张夏及芮城等地，时代为中寒武世早期。

图8-7　潮道沉积砾屑鲕状灰岩的显微图像（引自刘印环等，1991）

图8-8　山东盾壳虫（引自《地质词典》，1979）

徐庄组（

）　1953年卢衍豪等创名于山东长清县张夏镇馒头山北麓的徐庄。嵩山毛庄组岩性下部为黄绿、暗紫色页岩与薄层含海绿石石英砂岩互层，中部深灰色中厚层状泥质条带灰岩、鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质页岩互层，上部黄绿色页岩与青灰色中厚层状泥质鲕状灰岩互层，鲕状灰岩发育板状交错层理（图8-10）。本组顶部以薄至中层泥质条带鲕状灰岩与张夏组厚层鲕状灰岩分界。其厚度在登封送表为99m，偃师佛光峪79m。山张143m，登封关口108m。徐庄组是嵩山寒武系内化石最丰富的一组。1983年河南区调队在关口—窖粮坑剖面的21个层位采到大量三叶虫化石，有30个不同种属，加上其他剖面所产三叶虫，主要有：原附节虫、河南原附节虫（图8-11）、矢部原附节虫、芦店原附节虫、五指岭原附节虫、光颊虫、长小光颊虫、太子河南虫、宽边河南虫、小满洲虫、扇形小满洲虫、宽井上虫、武安虫、小武安虫、宽武安虫、风雅武安虫、小型毛孔野营虫（图8-12）、五台劳伦兹虫、王家沟劳伦斯虫、大贾沟毛孔劳伦斯虫、孙氏盾壳虫、光滑盾壳虫、宽边小孙氏盾壳虫、微小河南盾壳虫、光滑孙氏盾壳虫、河南盾壳虫、河南河南盾壳虫、卢氏孙氏盾壳虫、三角形小水峪虫、褶颊虫、太子河胸针球节子、宽边登封虫、徐庄虫、吕梁山徐庄虫等。此外还见到腕足类化石圆货贝、魏斯盾贝等。丰富的三叶虫化石给古生物研究者提供了充分的条件。《河南省区域地质志》在河南寒武系徐庄组建立了8个生物带，嵩山关口—窖粮坑剖面就可以找到其中4个带的带化石。这些带化石与山西、陕西、宁夏、内蒙古等地的同名地层中的三叶虫化石可以对比，徐庄组时代为中寒武纪中期。

图8-9　瘤状小姚家峪虫（×2）（引自刘印环等，1991）

图8-10　毛庄组鲕状灰岩中的板状交错层理素描图

图8-11　河南原附节虫（×4）（引自河南地矿厅，1989）

图8-12　小型毛孔野萤虫（×15）（引自刘印环等，1991）

张夏组（

）　1907年创名于山东长清县张夏镇，原称“张夏石灰岩”。1936年曹世禄首次在河南划分出张夏石灰岩。该组在嵩山地区仍以关口—窖粮坑一带出露最好，研究较详细。本组岩性下部为中厚层鲕状灰岩夹厚层鲕状白云质灰岩。中部灰色薄—厚层鲕状白云质灰岩，上部厚层鲕状白云岩。以具有鲕状、豆状结构为其特征。其顶部以见到深灰色厚层白云岩与崮山组分开，二者岩石风化外表较易区别。本组厚度在送表、山张均为110m，佛光峪128m，窖粮坑208m，变化无规律。张夏组化石较徐庄组少，且多集中于中下部，上部除在送表采到小无肩虫，在佛光峪采到小裂头虫外，窖粮坑在上部105m无所获。本组所采化石计有：光滑太子虫、大型太子虫、双疣太子虫、标准小满洲虫、磨坡斯氏盾壳虫、宽河南虫、满瘤小裂头虫、小平凡虫、矢部原附节虫、小脊状虫、宜阳小井上虫、大野营虫、辽东大野营虫、登封大野营虫、太子沟颊形虫、康家沟小无肩虫、北山虫等。河南省张夏组三叶虫可建立三个生物带，其中两个生物带的带化石在嵩山都已找到。张夏组属于中寒武世晚期。

崮山组（

）　1907年创名于山东长清县崮山唐王寨。原称“崮山页岩”，1936年曹世禄引入河南。嵩山崮山组以深灰色厚层鲕状白云质灰岩为主，顶部有一层橘黄、灰黄色薄板状泥质条带白云质灰岩。可作为标志与长山组分界。其下以张夏组厚层鲕状灰岩结束，灰黄色薄层灰岩出现为底界。在关口—窖粮坑剖面本组厚度171m。崮山组化石相对稀少，嵩山已采到的有：蝴蝶虫、临城中华蝴蝶虫、蝙蝠虫（图8-13）、锯齿形孟克虫、凸出等称球节子、田师傅方形等称球节子、李氏王冠头虫、开平贝氏虫、辽宁宽甲虫等。《河南省区域地质志》在河南本组建立了两个三叶虫生物带，带化石在嵩山都已发现，地层完全可以与华北、东北对比，属于晚寒武世早期。

图8-13　蝙蝠虫（引自《地质词典》，1979）

图8-14　锥形长山虫（×2.5）（引自刘印环等，1991）

长山组（

）　最初命名地点在河北唐山任庄的长山沟。旧称“长山沟建造”或“长山层”，是孙云铸1927年创立的。嵩山地区以关口—窖粮坑剖面研究最详。长山组岩性中下部为灰色厚层状白云质灰岩，上部为淡黄色泥质白云质灰岩，厚52m。本组顶部灰黄色薄层状泥质白云质灰岩，可作为标志层与凤山组分界。长山组化石较少，关口—窖粮坑剖面采到三叶虫和腕足类化石计有：锥形长山虫（图8-14），似铲头形头虫、小白井虫？、三都虫？、光颊虫、巩县似铲头虫、三角圆货贝等。河南境内长山组三叶虫可建立两个生物带，嵩山已发现其中一个带的带化石锥形长山虫，这个三叶虫在华北与东北南部长山组内稳定分布。本组时代为晚寒武世中期。

凤山组（

）　最初命名地点在河北开平盆地冶里附近马家沟的凤山，旧称“凤山层”。在嵩山岩性单一而稳定，为灰白色白云岩、含燧石结核或团块的白云质灰岩，尤以上部含硅质团块或条带为多。与上覆奥陶系下部的砂砾岩呈假整合接触。关口—窖粮坑剖面本组厚93m，登封高家沟本组厚116m。由于白云岩普遍发育，本组化石十分稀少，嵩山地区仅有零星报道。1960年西北大学豫西地层队曾在登封唐窑采到三叶虫Homagnostus（等称球节子），河南区调队在嵩山北坡的巩义岸河本组下部采到Changia（章氏虫）化石。Changia是凤山组的带化石，本组时代属晚寒武世晚期。

4.嵩山寒武系的对比

嵩山地区所建立的寒武系的岩性组合与河南、华北相似，完全可以对比。所产三叶虫化石与豫西地区乃至华北地区极为相似。《河南省区域地质志》在我省华北地层区建立了23个三叶虫化石带或层位，据目前掌握的资料，嵩山地区已经找到了其中13个带的带化石，详细如下：

寒武系最下面的辛集组，是非常有趣的一个地层单位。嵩山就地理位置而言，正处于华南、华北寒武系两个地层分区的过渡地带。在早寒武世时恰处在由南向北海侵的主要通道上，随着海侵的不断扩大。早寒武世中期的沉积物以超覆不整合覆于前寒武系不同层位之上，而且愈向北寒武系出现的层位愈新。刘印环等（《河南的寒武系和奥陶系》，1991）将河南省内寒武系各分布区的辛集组进行了详细对比，在叶县杨寺庄剖面将辛集组划分为四段，从下而上依次为①炭质页岩段、②含磷砂岩段、③砖红色砂岩-盐溶角砾岩段和④豹皮状灰岩段。在豫南卢氏、叶县、舞阳、确山一带，辛集组四个段发育完整，与其下的震旦系罗圈组假整合接触。向北在灵宝、汝阳、临汝、宝丰、鲁山、平顶山一带，辛集组缺少①段，②段假整合于罗圈组之上。而到了嵩山及其以西的宜阳、渑池、陕县一带，缺少了①段和②段，③段分别覆盖在罗圈组和前震旦系不同层位之上。到了太行山地区的林县、辉县等地，辛集组完全缺失，馒头组直接超覆在中元古界汝阳群之上。鲁山辛集一带沉积②段浅海相含磷砂岩时，嵩山还是一片陆地，没有形成含磷层位，这就是为什么临汝以南寒武系底部含磷，而在嵩山不含磷的症结所在。

嵩山地区中寒武统发育完整，化石丰富，层位稳定，可以与全省及华北南部相同地层对比。

区内上寒武统和华北南部一样，是一套巨厚的白云质灰岩、白云岩，自1923年谢家荣在江苏贾汪创名“三山子灰岩”以来，时代就有争论。豫西地区原来将张夏组以上的这套白云质灰岩划归下奥陶系冶里组。但是1956年以后，不断在此层中发现晚寒武世的三叶虫化石，找到了Drepanura（蝙蝠虫）、Blackwelderia（蝴蝶虫）、Changshania（长山虫）、Calvinella（卡尔文虫）、Quadraticephalus（方头虫）、Changia（章氏虫）等上寒武系标准分子，证明这套白云质灰岩不仅属寒武系上统，而且可以划分为崮山、长山、凤山三组。原来所谓的“三山子灰岩”，实际上是一个“穿时”性岩石地层单位，它的顶界和底界由南往北都在逐渐抬高，在嵩山“三山子灰岩”的底界在张夏组下部，顶界在凤山组下部（图8-15）。受“怀远运动”的影响，嵩山地区在凤山组沉积以后普遍上升，遭受剥蚀，现在所见的凤山组应该是侵蚀残留厚度，各地残留的最高层位有愈北愈高的趋势，如在宝丰、平顶山以南寒武系最高层位是崮山组，嵩山南麓为长山组，嵩山北坡即能见到凤山组。

图8-15　“三山子灰岩”穿时关系示意图（据刘印环等，1991修改）

寒武系与其上的中奥陶统应以怀远运动形成的不整合面为界，奥陶系的“贾旺页岩”之下有一层厚度不等的砂砾岩层，是两系分界的标志层。