北京洼里砾岩成因浅析

北京洼里砾岩成因浅析

“whichpoe”是指从北京中关村以北、北京大学、地质大学、农业大学、北滩以北到清河和洼里地区的特征性角砾岩。由孔控制，埋深40.11m。它的东南端由黄庄高丽英断层支而成。由于这种角砾岩不同于通常所见的构造角砾岩,也不同于通常所见的沉积砾岩,于是前人按照它的分布地点将其称为“洼里砾岩”。关于它的形成时代和成因至今仍有争议。一种观点认为是构造角砾岩123;另一种观点,认为是一种底砾岩性质的沉积砾岩4。最近有一种新的认识,认为是层间沉积砾岩(即所谓的下部层位)。本文倾向于底砾岩性质的沉积砾岩观点。1上盘地层内的砾岩层和状况“洼里砾岩”主要分布于北京市黄庄—高丽营断层西侧(图1),覆盖于第四系之下,同时在北京西山大灰厂—辛庄一带也存在有同一性质的砾岩。该砾岩金凤英教授称为髫髻山组底砾岩。野外观察发现,该砾岩出露的层位在蓟县系雾迷山组之上,髫髻山组下部。野外没有发现该砾岩与雾迷山组白云岩的直接接触关系(因覆盖),通过测量两套地层产状,证实它与下覆雾迷山组白云岩呈角度不整合(图2)。该处砾岩层厚约36m±,砾岩层中夹有绿色钙质粉砂岩、灰紫色安山质凝灰岩、暗紫色泥灰岩(碎屑岩类)等夹层。砾岩层向东沿至凤凰顶,在大灰厂林场一带,钻孔中也揭露到有厚达1m左右的砾岩层。在凤凰顶西南大灰厂和晓幼营一带,发现髫髻山组不仅超覆于雾迷山组之上,而且超覆于八宝山断层带之上5,说明八宝山断层形成于髫髻山组之前。沿断裂向北东到中关村一带,钻孔中揭露的“洼里砾岩”(图3),洼里砾岩呈现层状特征,而非线状、带状。无论从层位上看,还是从岩性特征上看,同辛庄的底砾岩是一样的。《北京平原区基岩地质构造图说明书》指出,中关村砾岩层厚度巨大,660m未穿。2003年中国农业大学JR141井所见砾岩层厚达900余米。经对940m以下井内上返岩屑的镜下观察,未发现砾石,说明砾岩层之下940～1000m位置可能有一厚度较大的雾迷山组硅质条带白云岩,即该处为一不整合界面,砾岩直接覆盖在中上元古界蓟县系雾迷山组之上。此外,在沙热-10、京热-94、JR-130、来1孔(来广营东湖渠村西)及西直门索家坟等许多钻井中都见到“洼里砾岩”重复出现在侏罗系地层之中。总体上看也是一个层状体,而非线状(带状)特征。在奥运公园工作区内布置的所有E—W向的可控源大地电测深剖面(CSAMTⅡ-Ⅸ剖面),位于八宝山断裂与黄庄—高丽营断裂中间地段,都存在一个三角形的等值线为200～300的高阻值区,作者认为,这是八宝山断裂上盘蓟县系雾迷山组白云岩和“洼里砾岩”引起的。断层下盘是早侏罗世地层。2颗粒—砾岩砾石特征根据前人资料和对砾岩的观察,可以看出其主要特征有:①砾石为滚圆-半滚圆状,岩性较为单一,绝大多数角砾为雾迷山组燧石条带白云岩(图4a)、燧石团块、含砂泥质白云岩、隐晶和微晶白云岩以及少量棱角状的石英砾石成分,此外,尚可见有奥陶系灰岩和石炭系石英砂岩;②所见砾石直径不一,大者可达40～50cm,小者2mm±;③胶结物为泥质、硅质、碳酸盐质(白云质和灰质)和中、小砾石组成,胶结类型属孔隙式(图4b);④凡属硅质的砾石都为棱角状,而碳酸盐岩的砾石均有一定磨圆度;⑤镜下或手标本观察发现,碳酸盐岩的砾石边缘常有一圈铁质氧化圈,显示出成岩前,砾石遭受了风化作用,经历过一定距离的流水搬运,砾石分选性差,不同粒径的砾石堆积在一起,呈颗粒支撑或颗粒—杂基支撑,充填物为小砾石、细砾和粗砂,总之大砾石由中砾石支撑着,而中砾石又由小砾石支撑着,这是洼里砾岩的一大特点。这种颗粒—杂基支撑的砾岩反映着一种特殊的沉积环境。而以往认为是构造角砾岩的原因:“砾岩的成分既‘单一’又‘复杂’,‘单一’在于砾石成分为一套碳酸盐岩类岩石,其物质来源于震旦亚界;‘复杂’在于同一块岩芯上有多成分的灰岩砾石(硅质白云质灰岩、白云质灰岩、硅质白云岩、燧石条带白云岩、泥质灰岩等等),不同颜色(深灰色、浅灰色、紫红色、浅黄色等等),不同风化程度的砾石混杂相处,砾石的圆度也不相同,有的呈棱角状,有的则是半磨圆半棱角状,且互相挤压镶嵌在一起,看不到砾石的胶结物”。“看不到砾石胶结物”只是说胶结物很少而已,这只是砾石以颗粒支撑为主要支撑类型的一种砾岩,也是“洼里砾岩”的重要特征之一,而并非构造砾岩的特征。这同农业大学JR-141井350m至940m处打捞上的一块砾岩标本十分相像(图5),图5a(JR141-2)砂薄片:砾石成分以碳酸盐岩(中-细晶白云质灰岩)为主,亦可见少量砂岩角砾,胶结物为碳酸盐岩碎屑、石英砂岩,从粒级上看,多数在细砾-粗砂之间,体现了典型的颗粒支撑或颗粒—杂基支撑的角砾岩特征;图5b(JR141-7)砂薄片:砾石成份以碳酸盐岩(细晶-粉晶硅质条带灰岩白云质)为主,胶结物主要以硅质成分为主,两个大角砾之间的三角区即属于“多边状重结晶”、“梳状构造”,可以发现,它们是在砾岩形成之后,由硅质胶结物重结晶形成,右边角砾有一石英细脉穿插砾石和胶结物裂隙,应是砾岩形成之后的裂隙,另外延砾石边缘有一硅质壳,这也是硅质胶结物重结晶形成的。笔者认为,单凭“砾石遭受过不同程度的风化”这一点,就足以说明它是沉积成因的砾岩。至于以往认为的“花边构造”、“裂隙构造”、“多边状重结晶”、“梳状构造”等一些反映张裂构造的微观证据,就证据本身看,不是普遍现象,更重要的是,镜下观察发现,这些所谓的张裂岩构造均产生于砾岩形成之后,例如,裂隙构造,明显看出张裂隙切穿包括砾石和基质在内的整个砾岩,而梳状构造生于砾石之间,由原来硅质胶结物重结晶过程形成的类似于石英晶簇的矿物生长物。真正反映碎裂构造岩的压碎构造、糜棱构造、石英的波状消光、黄铁矿的压力影等一些微观构造现象尚未发现。事实上,任何一种岩石在形成之后,都会再度经历若干次的地质事件。尽管“洼里砾岩”经历过不同程度的所谓的后期构造影响,即便它在一些地区,遭受过十分强烈的构造和变质作用的改造,以至于原岩已完全被置换,从本质上看,原岩仍然属于沉积性质的沉积砾岩。3成因类型分析随着燕山运动早期强烈的褶皱作用和相伴而生的断裂构造(九龙山-香峪向斜和八宝山断裂)的活动,致使深部蓟县系雾迷山组地层,被推覆于石炭二叠系或侏罗系九龙山组等地层之上。随即产生强烈的碎裂、风化、剥蚀作用,使得被抬升的雾迷山组白云岩以及上覆地层其它岩石在新产生的拗陷盆地底部,迅速的堆积下来。由于盆地的沉降速率大于堆积速率,使得砾石的分选性极差,大小不等、磨圆不一的砾石堆积在一起,这样的沉降速率,使得盆地不断地加深,造成较大的堆积空间,进而为这些砾石提供了沉积场所,于是厚度巨大的“洼里砾岩”沉积在盆地之中。因此笔者认为“洼里砾岩”的成因类型属于拗陷盆地陡坡堆积类型的沉积砾岩,从它产生的剖面位置看,属底砾岩性质的沉积砾岩,具体说是侏罗系髫髻山组底部砾岩。北京地区的侏罗系地层,就其火山喷发岩石组合特征看,基本上属于双峰式火山系列。下部是被前人称之为辉绿岩的南大岭组玄武岩以及一些安山岩(因岩石中多发现有伊丁石化的橄榄石,作者更倾向性认为,它们属于基性火山岩),上部是流纹岩。这种双峰式火山系列反映出侏罗系纪时期是一个比较典型的裂谷环境。这种环境,造就了“洼里砾岩”分选性极差,大小不等、磨圆不一、颗粒支撑的砾石特征。4沉积砾岩的