碳酸盐岩中燧石条带成因争鸣——以北京西山中元古界雾迷山组为例

北京地区中元古界雾迷山组主要由燧石条带白云岩、燧石结核白云岩、叠层石白云岩和少量含陆源粉砂质碎屑的白云岩组成,广泛出露于北京山区,厚度2000~3500 m。以雾迷山组为代表的大量中元古代硅质沉积物的物源和形成原因,一般教科书均认为层状燧石为生物成因,结核状燧石为成岩交代成因。笔者等在北京西山等地多次野外考察发现,剖面上的硅质条带或硅质结核（下一般称燧石席或硅胶席）。 燧石席内部常包裹或胶结有下伏白云岩的砾石并且因混有有机质等,表现为各种暗色或杂色。硅胶席在上覆白云质沉积物堆积之前与其周围的白云质灰泥和粒屑几乎同时形成,燧石透镜体与白云质沉积物之间存在着相互穿插、包裹的关系,但彼此之间边界清晰,无论是白云石粒屑还是硅胶席都没有任何被交代痕迹。因此,笔者等认为：燧石“结核”是硅胶聚集成席,再经压实、固化的结果,其浑圆状边缘是水下硅胶与沉积介质的相变面。硅胶固化作用是雾迷山组中原生燧石的唯一成因。在成岩重力压实过程中,连续分布的原生硅质沉积物会形成布丁或“结核”构造。白云质灰泥和粒屑的胶结速度与硅胶的固化速度之间存在着明显的差异,遇地震等外力作用,软的硅胶席会沿着弱固结的白云岩裂隙向上侵入或向下挤入,形成硅质脉。遇有后期的岩浆侵入或热变质作用的改造,硅质条带和硅质结核的成分和颜色会发生相应的变化,质地变纯,颜色由深变浅,但是仍然保留原生的层理或纹理,容易被误认为是成岩期或成岩后硅质交代碳酸盐矿物而成。     

显生宙碳酸盐岩中燧石结核的几种成因模式

显生宙以来,碳酸盐岩地层中有燧石结核产出的现象十分普遍。现有研究认为,硅质生物壳体是燧石结核最主要的硅质来源,随着地质历史上主要硅质生物类型的演变,燧石结核的产出环境逐渐从浅水变为深水。不同地区不同层位的燧石结核往往具有一些共同特征,包括呈孤立分散的结核状产出、硅质选择性交代方解石颗粒而保留晶形完好的白云石、硅质矿物具有隐晶硅质-微晶石英-粗晶石英的规律性变化等。基于上述主要特征及不同研究实例的特点,前人总结出了有机质氧化模式、半透膜模式、混合水硅化模式、重结晶应力控制交代模式等燧石结核成因模式,从不同角度对燧石结核的典型特征进行了解释。然而由于燧石结核成因的复杂性及其可形成于沉积-成岩的不同阶段,各个成因模式均存在一定的局限性,只可用于解释部分地质特征。鉴于燧石结核对研究区的沉积环境、成岩历史等具有很好的指示作用,对其成因的研究具有重要意义,尽管上述模式的提出时间较早,但针对特定问题的研究非常深入,在以后的研究中应加以借鉴。     

华北蓟县中元古界剖面中燧石条带的形成机制——硼硅同位素证据

天津蓟县中新元古界海相沉积碳酸盐岩建造中分布大量燧石条带,特别是雾迷山组燧石条带与白云岩互层密集产出,沉积韵律非常明显,记录了其形成时海洋的化学和生物等信息,但关于其成因和形成机制还存在不同的认识。我们对蓟县中元古界剖面中碳酸盐岩的硼同位素和燧石条带的硅氧同位素进行了系统研究。燧石条带的 δ 30 Si NBS 28 值为0. 6‰~3. 3‰,平均2. 2‰,较热水化学沉积硅质岩的 δ 30 Si NBS 28 值显著偏高,与浅海生物沉积硅质岩的硅同位素组成相近。燧石条带的 δ 18 O V SMOW 值为21. 7‰~27. 8‰,平均25. 5‰,较热液成因硅质岩的值明显偏高,而与常温海相硅质岩的 δ 18 O值相似。蓟县剖面白云岩和灰岩等碳酸盐岩的 δ 11 B SRM 951 值为0‰~11. 0‰之间,平均4. 8‰,较现代海相碳酸盐的值明显偏低。高于庄组至雾迷山组燧石条带白云岩的 δ 11 B值普遍高于白云岩和灰岩的值,在3. 3‰~12. 9‰之间,平均8. 4‰。在酸性条件下富集重硼同位素的B(OH) 3掺入碳酸盐的比例增加,可导致其 δ 11 B值升高。这表明燧石条带白云岩可能形成于局部酸性水环境。结合碳酸盐和SiO 2溶解/沉淀与pH之间相互关系,提出蓟县剖面中的燧石条带是一种具有时代特征的同沉积的生物化学沉积硅质岩。中元古代海水中SiO 2浓度高,基本呈饱和状态,Mg/Ca比值高,生物活动已成为影响海洋环境的重要因素。在生物活动繁盛期大量有机质沉积于海底,导致海水-沉积物界面附近pH值大幅下降(pH＜7. 8),白云石等碳酸盐溶解度升高,难以沉淀;与此相反,SiO 2溶解度降低,达到过饱和,大量沉淀形成燧石条带/透镜体。生物活动羸弱期,海底pH值升高恢复到正常水平,SiO 2溶解度升高,碳酸盐溶解度降低,形成白云岩等碳酸盐沉淀。生物活动的周期性变化,则形成白云岩与燧石互层的条带状韵律层。燧石条带白云岩的硼同位素组成反映的是局部流体的 δ 11 B和pH值,不适合用来反演海水的硼同位素组成。     

华南地区二叠纪栖霞组燧石结核成因研究及其地质意义

燧石结核是华南地区二叠纪栖霞组的重要识别特征之一，其成因具重要的古地理、古海洋意义。通过对湖北黄石、江苏南京和广西来宾三地栖霞组燧石结核的岩石矿物学研究，确定了栖霞组燧石结核的矿物组成和成岩作用序列。研究区燧石结核主要由微石英、负延性玉髓、粗晶石英组成，并含少量白云石、方解石及生物碎屑。其中，微石英、负延性玉髓、正延性玉髓、白云石形成于早期成岩作用，方解石晶粒形成于晚期成岩作用，粗晶石英的形成则具有多期性。结合栖霞组菊花状天青石和海泡石成因研究结果，本文认为组成栖霞组燧石结核的硅质来源与当时全球硅质生物的繁盛有关。燧石结核内玉髓和白云石形成环境条件及形成时间的确定，为建立更加合理的燧石结核成因模式和白云岩化模式提供了重要资料，同时也对深入探讨本区二叠纪层状硅质岩的成因具启发意义。     

蓟县地区雾迷山组硅质岩成因研究

中晚元古代华北地台处于燕辽拗拉谷的张裂期,有利于形成风暴流。蓟县雾迷山组广泛发育风暴沉积,在硅质条带白云岩中发育硅质砾屑具奇特的菊花状构造,这种构造形成于成岩作用后期,在尚未完全固结成坚硬的岩石时期,遭遇风暴破坏,将原有水平层理打碎,继而被风暴流搅起,风暴流的涡动使得岩石碎片直立,或者呈发散状,后经成岩作用保留了这种构造形态,与上下岩层形成典型的风暴沉积序列。通过野外与镜下观察并结有机地球化学分析得出,蓟县地区雾迷山组硅质条带白云岩发育典型的风暴沉积序列和挤压滑塌序列,风暴硅质岩具丘状形态,内部菊花状构造为近源风暴产物,其中硅质岩来源于海底热水活动。沉积环境推测为碳酸盐台地前缘斜坡。     

蓟县地区雾迷山组硅质岩沉积序列研究

中新元古代华北地台处于燕辽拗拉谷的张裂期,蓟县雾迷山组广泛发育叠层石生物层、凝块石生物丘和硅质条带白云岩.     

纽芬兰西部寒武——奥陶系牛头群中生物成因燧石

牛头群中的燧石岩主要是交代灰岩和页岩的产物，少量呈粒间胶结物出现。在野外，燧石的产状有以下几种明显不同的形式，（1）粗砾石和薄板状灰岩边缘的硅化边；（2）灰央和页岩内的结核；（3）达，夺和页岩的硅化层；（4）砾岩内的碎屑或屑的部分交代产物。放射虫和海绵骨针山微晶石英或方解石组成，在燧石集中出现的该套地层的奥陶系部分，放射虫和海绵骨针最为常见。在与燧石伴生的灰岩中，通过阴极发光发现，被方解石交代的放射虫和骨针的数量要比通过岩石显微镜观察到的更多。在硅质和极少量黄铁矿化放射虫之间的岩石学关系进一步说明，这些生物骨粒在压实之前以被溶解。除了间接通过硅化灰岩和页岩存在外，放射虫没有留下它们先前存在的任何痕迹。压碎的内粒被玉髓胶结表明，燧石沉淀发生在压实期间或压实之后。硅化的历史和硅质生物碎屑被溶解或交代的延续时限是从沉积物－水界面附近（此时伴随着灰岩的早期固结石化）到较深埋藏的机械压实作用之后。     

会泽铅锌矿床蚀变白云岩特征及岩石-地球化学找矿标志

白云岩是滇东北、黔西北、川南地区广泛出露的岩石之一,也是川滇黔铅锌多金属成矿域最主要的容矿围岩。该成矿域内铅锌矿床(矿点、矿化点)主要产于粗晶白云岩、硅质白云岩、硅质条带白云岩中,其次为白云质灰岩。在会泽铅锌矿区,按其成因可以划分为沉积成岩成因和热液蚀变成因。沉积成岩成因白云岩呈层状、产状稳定,而热液蚀变成因白云岩呈团块状、不规则状     

燕山地区中新元古界高于庄组和雾迷山组风暴沉积特征分析

燕山地区中、新元古界高于庄组和雾迷山组地层发育典型的风暴沉积,主要有砂砾屑白云岩和灰岩、风暴硅岩、泥晶白云岩、含硅质条带白云岩和藻叠层白云岩5种岩石类型,砾屑放射状构造、底模构造、冲刷构造、丘状交错层理和波状层理等5种沉积构造。在野外剖面和岩心观察的基础上,根据风暴沉积的岩石学特征、沉积构造类型、规模和组合特点,并结合区域沉积背景分析,在辽宁凌源地区雾迷山组识别出一个标准的5单元垂向沉积序列。通过野外和室内的观察、分析和研究认为,研究区风暴岩形成于碳酸盐台地相中水体较浅的潮间环境。该风暴岩的发现对重建燕山地区中新元古界古地理及区域地层对比具有重要意义。     

华北峡谷珍品--河北野三坡"百里峡构造-冲蚀嶂谷"的成因

野三坡国家地质公园位于紫荆关大断裂北端,河北涞水县境内。百里峡构造一冲蚀嶂谷由3条分裂嶂谷组成,总长达52．5h,发育在紫荆关大断裂东侧的中元古界雾迷山组燧石条带白云岩中。中一新生代4期宏大而直立的构造节理,特别是喜马拉雅期南北向追踪张节理,是嶂谷形成的先决条件;更新世阶段地壳迅速的抬升、外力的物理风化作用,特别是晚更新世间歇性山区洪水的冲蚀,是形成嶂谷的直接原因。百里峡构造一冲蚀嶂谷是喀斯特地貌中一种特殊的类型。     

北京周口店雾迷山组碳酸盐岩风暴沉积序列研究*

北京周口店地区中元古界雾迷山组以含硅质条带的白云岩为主,发育不规则硅质砾屑。这些硅质砾屑形态各异,具有强烈扰动的迹象,目前对其成因解释一直存在争议,如泄水构造、冲刷构造、震积岩、风暴岩等。文中选择北京周口店地区黄山店村恒顺厂剖面为研究对象,通过野外精细的沉积学分析,系统描述了岩性及沉积构造特征,确定了该套沉积地层发育典型的碳酸盐岩风暴沉积序列。该风暴沉积序列自下往上可分为5段: A段,为风暴前正常沉积的中厚层状泥晶白云岩;B段,具口袋构造的侵蚀冲刷面及硅质砾屑,为风暴高潮期产物;C段,灰色硅质条带白云岩,普遍发育平行层理和波状、丘状、洼状交错层理,是风暴衰减期产物;D段,灰白色薄层状泥晶白云岩,代表了风暴间歇期的正常沉积;E段,含硅质团块白云岩,为正常天气下海水局部扰动形成。该剖面上递变层理几乎不发育,结合侵蚀冲刷面特征、砾屑高含量以及杂乱堆积方式,认为该套沉积为典型的近原地风暴沉积。结合古地理资料,推测研究区在雾迷山组沉积时期可能处于热带海洋环境,热带气旋引发的频繁风暴潮导致了近原地碳酸盐岩风暴沉积的形成。上述研究成果不仅补充了燕山地区雾迷山组的风暴沉积记录,而且为该时期华北板块的古地理、古纬度和古气候研究提供了重要的沉积学证据。     

北京周口店雾迷山组碳酸盐岩风暴沉积序列研究*

北京周口店地区中元古界雾迷山组以含硅质条带的白云岩为主,发育不规则硅质砾屑。这些硅质砾屑形态各异,具有强烈扰动的迹象,目前对其成因解释一直存在争议,如泄水构造、冲刷构造、震积岩、风暴岩等。文中选择北京周口店地区黄山店村恒顺厂剖面为研究对象,通过野外精细的沉积学分析,系统描述了岩性及沉积构造特征,确定了该套沉积地层发育典型的碳酸盐岩风暴沉积序列。该风暴沉积序列自下往上可分为5段: A段,为风暴前正常沉积的中厚层状泥晶白云岩;B段,具口袋构造的侵蚀冲刷面及硅质砾屑,为风暴高潮期产物;C段,灰色硅质条带白云岩,普遍发育平行层理和波状、丘状、洼状交错层理,是风暴衰减期产物;D段,灰白色薄层状泥晶白云岩,代表了风暴间歇期的正常沉积;E段,含硅质团块白云岩,为正常天气下海水局部扰动形成。该剖面上递变层理几乎不发育,结合侵蚀冲刷面特征、砾屑高含量以及杂乱堆积方式,认为该套沉积为典型的近原地风暴沉积。结合古地理资料,推测研究区在雾迷山组沉积时期可能处于热带海洋环境,热带气旋引发的频繁风暴潮导致了近原地碳酸盐岩风暴沉积的形成。上述研究成果不仅补充了燕山地区雾迷山组的风暴沉积记录,而且为该时期华北板块的古地理、古纬度和古气候研究提供了重要的沉积学证据。     

火山—碱湖沉积岩中的燧石成因:以准噶尔盆地下二叠统风城组为例

准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组是一套罕见的碱湖沉积,活跃的火山背景和高pH值湖水性质,使风城组发育了碱岩—白云岩—燧石岩—泥岩—砂岩—砾岩—火山岩等复杂岩性组合.其中燧石岩和富硅泥页岩在风城组具有良好的油气显示,但整体研究较为薄弱.本次研究通过岩心观察、微观矿物学研究和主量、微量、稀土元素综合分析,划分出不同产状类型的燧石,以期揭示风城组火山—碱湖沉积中燧石成因.风城组燧石可分为层状、结核状和角砾状,其中层状燧石常发育帐篷构造和V字形收缩缝,燧石结核中发现硅质球体和交代残余的碳酸盐矿物,说明风城组燧石可能存在蒸发、生物、及交代成因.风城组燧石的Al/(A1+Fe+Mn)比值均在0.6左右,与生物成因燧石地球化学特征相似.总稀土含量介于2.26～116.17×10-6,平均36.65×10-6,LREE/HREE比值介于3.65～26.00,平均7.85,轻重稀土具有中等强度的分馏特征.Eu具有正异常和弱负异常特征,Ce大多落在正异常区域,反映风城组大部分燧石形成于较强的还原环境,且未受到明显热液活动的影响.结合碱湖—火山背景,本次研究提出风城组燧石主要以蒸发成因和生物诱导成因为主,交代成因也是风城组燧石岩的主要成因类型.     

蓟县地区雾迷山组风暴硅质岩沉积序列

从岩石学和沉积学方面对蓟县雾迷山组硅质岩沉积序列的研究表明,蓟县雾迷山组硅质岩沉积为典型的风暴沉积.蓟县雾迷山组广泛发育风暴沉积,在硅质条带状白云岩中发育的硅质砾屑具奇特的菊花状构造,这种构造形成于成岩作用后期,在岩石尚未完全固结成坚硬的岩石时期,遭遇风暴破坏,将原有的水平层理打碎,继而被风暴流搅起,风暴流的涡动使得岩石碎片或直立,或呈发散状,后经成岩作用保留了这种构造形态,与上下岩层形成典型的风暴沉积序列.通过野外与镜下观察并结合有机地球化学分析得出,蓟县地区雾迷山组硅质岩来源于海底热水活动.风暴硅质岩有两种沉积环境,对于异地搬运再沉积的风暴硅质岩,其沉积环境为潮上坪低能环境,即开阔台地中的泛溢沉积;而对于原地型的风暴硅质岩,其沉积环境应该是潮间带,因此推测其沉积环境为碳酸盐岩台地前缘斜坡.     

雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测

雄安新区蓟县系雾迷山组中赋存丰富的地热资源,研究雾迷山组岩溶热储特征及优质储集层发育的主控因素是地热资源勘探的基础。综合运用野外剖面、岩心、薄片、钻井、测井、录井等地质与地球物理资料,对雾迷山组岩溶热储特征和演化过程进行了深入研究,明确了优质储集层形成的控制因素,预测了有利靶区。结果表明,雾迷山组岩溶热储主要岩性为晶粒白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩等,溶蚀孔洞、裂缝及其组合为主要的储集空间类型。雾迷山组热储平均孔隙度为3. 18%,平均渗透率为91. 48×10-3μm2;其中角砾白云岩物性最好。雾迷山组岩溶热储经历了沉积—准同生期成孔(雾迷山沉积期)、Ⅰ期表生增孔(雾迷山沉积期后至青白口纪前)、Ⅰ期埋藏减孔(青白口纪前至三叠纪)、Ⅱ期表生增孔(三叠纪—古近纪)、Ⅱ期埋藏减孔(新近纪—第四纪) 5个阶段,岩性及岩相、成岩作用和构造应力是雾迷山组有利热储形成的主控因素。藻云坪—云坪相、表生岩溶、埋藏溶蚀、准同生岩溶、岩溶高地—斜坡和地层裂缝段比率大于0. 4的6项叠合区是研究区最有利的岩溶热储发育区。     

北京西山岩溶洞系的形成及其与新构造运动的关系

形成中国北方岩溶的地层主要为奥陶系马家沟组石灰岩和中元古界蓟县系雾迷山组硅质条带白云岩。上新世石林与第四纪岩溶陡壁组合成的房山地貌主要形成于雾迷山组中,岩溶洞穴发育在马家沟组和雾迷山组中。大石河南岸从上游至下游依次分布鸡毛洞、银狐洞、石花洞、清风洞和孔水洞,由一条地下暗河连为一体,称为石花洞系。石花洞系发育在北岭向斜东北扬起端的马家沟组顶部,与南面的周口店猿人洞系隔着房山闪长岩体。石花洞系中8层不同海拔高度的溶洞可以和永定河的8级阶地进行对比,也可以和8个华北地文期对比,代表了与之相互对应的北京西山新构造隆升的期次。     

北京西山首次在雾迷山组地层中发现微古化石

北京市地质调查所区测一队,1983年在西山沿河域幅1/5万区测工作中,于蓟县系雾迷山组黑色礈石条带白云岩中发现了保存极好的微体古生物化石。经天津地质矿产研究所张鹏远同志初步鉴定,计有:     

北京西山地区雾迷山组风暴硅岩沉积序列

北京西山地区雾迷山组发育硅质条带白云岩，在硅质条带中发育典型的风暴硅岩沉积。风暴硅岩砾屑具菊花状构造和底模构造，与上下围岩形成典型的风暴序列。该序列从底部至顶部可划分为五个单元。每个单元分别代表正常天气至风暴天气再至正常天气的沉积特征。研究认为，风暴硅岩为在风暴流的影响下近源快速堆积的产物，并建立了风暴硅岩的沉积模式。     

雾迷山旋回层的基本相序模式—兼论其马尔柯夫链分析及在长周期三级层序中的有序叠加形式

天津蓟县剖面的中元古界雾迷山组是一套厚达3300m、形成时限近亿年(1310±20Ma,?1207±10Ma)的碳酸盐岩地层。在该套地层中,具近似对称相序组构的环潮坪型碳酸盐米级旋回层序特别发育。其近似对称的相序组构,以及普遍的1:4叠加形态,表明它们与短偏心率旋回具有成因关联,被形象地命名为雾迷山旋回层,用来代表真正的碳酸盐沉积旋回。总的来讲,构成叠层石生物层及凝块石生物丘的厚层块状灰质白云岩及白云质灰岩组成旋回层之中部,其上和下则为潮坪相白云岩及砂泥质白云岩,旋回层之顶为具古土壤层帽的泻湖相白云质泥页岩,最终形成一个类似于生物礁相序的近对称     

雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测*

雄安新区蓟县系雾迷山组中赋存丰富的地热资源,研究雾迷山组岩溶热储特征及优质储集层发育的主控因素是地热资源勘探的基础。综合运用野外剖面、岩心、薄片、钻井、测井、录井等地质与地球物理资料,对雾迷山组岩溶热储特征和演化过程进行了深入研究,明确了优质储集层形成的控制因素,预测了有利靶区。结果表明,雾迷山组岩溶热储主要岩性为晶粒白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩等,溶蚀孔洞、裂缝及其组合为主要的储集空间类型。雾迷山组热储平均孔隙度为3.18%,平均渗透率为91.48×10^-3 μm²;其中角砾白云岩物性最好。雾迷山组岩溶热储经历了沉积—准同生期成孔(雾迷山沉积期)、Ⅰ期表生增孔(雾迷山沉积期后至青白口纪前)、Ⅰ期埋藏减孔(青白口纪前至三叠纪)、Ⅱ期表生增孔(三叠纪—古近纪)、Ⅱ期埋藏减孔(新近纪—第四纪)5个阶段,岩性及岩相、成岩作用和构造应力是雾迷山组有利热储形成的主控因素。藻云坪—云坪相、表生岩溶、埋藏溶蚀、准同生岩溶、岩溶高地—斜坡和地层裂缝段比率大于0.4的6项叠合区是研究区最有利的岩溶热储发育区。