摘  要  本文据2021年11月20日在北京市门头沟区妙峰山镇下苇甸-丁家滩一带的野外工作，总结该区域发育的岩石类型及岩相特征，并分析各层岩石的沉积环境，从而分析该处古环境特征甚至构造特征，为今后的工作提供基础。

关键词  被动大陆边缘盆地 镶边型碳酸盐岩台地 生物丘灰岩 局限台地 开阔台地 蒸发台地 台地边缘浅滩 台地生物礁 台地前斜坡 陆棚边缘 深水陆棚 盆地 泥质条带灰岩 鲕粒灰岩

analysis of lithofacies and Paleoenvironment from Xiaweidian to Dingjiatan

Abstract: Based on the field work from Xiaweidian to Dingjiatan, Miaofengshan Town, Mentougou District, Beijing on November 20, 2021, this paper summarizes the rock types and lithofacies characteristics developed in this area, and analyzes the sedimentary environment of each layer of rocks, so as to analyze the paleoenvironmental characteristics and even structural characteristics of this area, so as to provide a basis for future work.

Key words: Passive Continental Margin Basin; Marginal Carbonate Platform; Biological Mound Limestone; Restricted Platform; Open Platform; Evaporation Platform; Platform Margin Shoal; Platform Reef; Platform Front Slope; Shelf Edge; Deep Water Shelf; Basin; Argillaceous Banded Limestone; Oolitic Limeston

第一章 前言

2021年11月20日我们在北京市门头沟区妙峰山镇下苇甸-丁家滩一带的野外实习工作，主要目的有进行岩石类型与岩相类型的划分、识别并分析岩性组分和成因、进行沉积微相单元的识别、总结沉积相间的组合关系及沉积演化规律。实习期间我们观察了7个典型剖面并加以分析，划分并描述了31层的特征，观察路线长度约3km，其中点No.7为特殊现象观察点，其他均为剖面点。共计完成图件13张，拍照28张，采集0个样品。

第二章 地质背景

实习区主要发育馒头组上段（Є1-2m3）【即徐庄组（Є2x）】、张夏组（Є2z）、炒米店组（Є3c）【包括长山组（Є3ch）和凤山组（Є3f）】地层，鉴于没有明显的沉积间断，推测张夏组（Є2z）与炒米店组（Є3c）之间的覆盖区存在崮山组（Є3g）但未显示露头。该地层均属于寒武系（Є），其中馒头组上段（Є1-2m3）和张夏组（Є2z）属于中寒武统，炒米店组（Є3c）属于上寒武统。其中层1-10为馒头组上段（Є1-2m3），层11-28为张夏组（Є2z），层29-31为炒米店组（Є3c）。炒米店组（Є3c）中层29为长山组（Є3ch），层30-31为凤山组（Є3f）。主要沉积物是各种海相碳酸盐岩，几乎极少见到碎屑岩，还有少量侵入岩。

从构造角度来看，实习区处于下苇甸背斜南翼的东侧。下苇甸背斜发育于地层沉积以后，与当时的沉积环境无关。从整体来看，实习区的地层大都倾向接近正南，而倾角多为30-60°之间。但考虑到下苇甸背斜发育时间，可以发现这些地层沉积时大都接近水平。所以从构造背景来看，实习区地层发育环境应当为被动大陆边缘盆地。

第三章 岩石类型与岩相特征

本次实习共观察6个点的剖面，下面是对各剖面岩层的岩石类型和岩相特征的详细描述：

1.No.1

该点处自下而上发育有层1-5共计5层。这5层全部为馒头组上段（Є1-2m3）。下面将分别介绍这5层：

层1为灰色块状亮晶角砾化含云鲕粒灰岩。该层发育有平行层理和小型交错层理。鲕粒约2-3mm。白云质与灰质含量不均，有2-3个正韵律旋回。该层厚度约为2m。

层2为灰色中层泥晶灰岩。该层发育有水平层理。该层厚度约为0.6m。

层3与层1几乎完全一致，但鲕粒大小约1-2mm。该层厚度约为2.6m。

层4为深灰色薄层鲕粒灰岩，鲕粒大小约0.5-1mm。该层厚度约为0.2m。

若忽略层2，则层1、3、5构成一个正韵律旋回。

层5为深灰色块状亮晶含云鲕粒灰岩灰岩。该层发育低角度小型交错层理和其他斜层理，并发现有重荷模构造。发育2个有由鲕粒到泥晶的正韵律旋回。鲕粒大小约1-2mm。该层厚度约为1m。

2.No.2

该点处自下而上发育有层5-10共计6层。这6层全部为馒头组上段（Є1-2m3）。下面将分别介绍这6层：

层5在No.1已经介绍。该层厚度约为0.6m。

层6与层5几乎完全相同，但发育大型交错层理。该层厚度约为3.6m。

层7为深灰色中层鲕粒灰岩夹灰黑色薄层泥晶灰岩。其中鲕粒灰岩发育平行层理和小型交错层理，泥晶灰岩发育水平层理。鲕粒灰岩与泥晶灰岩大致以2:1比例分配。该层厚度约为2.2m。

层8为红色中层泥晶灰岩。该层厚度约为0.4m。

层9为深灰色厚层-块状鲕粒灰岩。该层发育平行层理。该层厚度约为0.6m。

层10为灰色厚层鲕粒灰岩夹灰黑色薄层泥晶灰岩。鲕粒灰岩与泥晶灰岩大致以4:1比例分配。该层厚度约为2.2m。

3.No.3

该点处自下而上发育有层11-14共计4层。这4层全部为张夏组（Є2z）。下面将分别介绍这4层：

层11为灰色薄层页状含砾屑泥质条带灰岩。该层厚度约为1m。

层12为绿色块状角闪二辉辉绿岩。该层厚度约为2m。该层与上下层为侵入接触。

层13为深灰色薄层-页状云质条带灰岩夹砾屑灰岩。该层厚度约为1.4m。

层14为灰色中层鲕粒灰岩。该层厚度约为0.8m。

4.No.4

该点处自下而上发育有层15-19共计5层。这5层全部为张夏组（Є2z）。下面将分别介绍这5层：

层15为灰色薄层-页状云质泥质条带灰岩夹砾屑灰岩。该层厚度约为0.8m。

层16为白色厚层生物丘灰岩。该层岩石与上覆岩石为超覆接触，底平底凸，其中发育有凹槽和砾屑。该生物丘自下而上可大致分为定殖、拓殖、泛殖、统殖阶段，各层厚度分别为0.2m、0.2m、1.2m、0.4m。其中定殖、统殖阶段主要为生物砾屑岩和粘结岩，而拓殖、泛殖主要为粘结岩和障积岩。该层厚度约为2m。

层17为红色中厚层泥岩。该层厚度约为1.6m。该层与层16间存在水淹不整合接触和超覆接触。

层18为灰色中厚层角闪二辉辉绿岩。该层厚度约为0.6m。该层与上下层为侵入接触。

层19为灰色薄层泥晶灰岩。该层厚度约为0.4m。

5.No.5

该点处自下而上发育有层20-28共计9层。这9层全部为张夏组（Є2z）。下面将分别介绍这9层：

层20为灰色厚层砾屑灰岩。该层厚度约为2m。

层21为红色薄层-页状泥质条带灰岩。该层厚度约为1m。

层22为灰色厚层鲕粒灰岩。该层厚度约为2.6m。

层23为红色薄层-页状泥质条带灰岩。该层厚度约为1.2m。

层24为灰白色中薄层鲕粒灰岩夹红色薄层-页状泥岩。鲕粒灰岩与泥质条带灰岩大致以1:1比例分配。该层厚度约为1m。

层25为白色厚层生物丘灰岩。该层厚度约为1.8m。

层26为灰白色厚层块状鲕粒灰岩夹红色薄层-页状泥质条带灰岩。鲕粒灰岩与泥质条带灰岩大致以9:1比例分配。该层厚度约为4m。

层27为红色薄层-页状泥质条带灰岩。该层厚度约为1m。

层28为灰色薄层-页状鲕粒灰岩。底部发育有正韵律的砾屑灰岩。该层厚度约为0.4m。

6.No.6

该点处自下而上发育有层29-31共计3层。这3层全部为炒米店组（Є3c）。其中层29为长山组（Є3ch），层30、层31为凤山组（Є3f）。下面将分别介绍这3层：

层29为红色薄层泥质条带灰岩夹砾屑灰岩。该层厚度约为7m。

层30为灰色厚层泥晶灰岩夹红色薄层泥质条带灰岩及红色薄层砾屑灰岩。泥晶灰岩、泥质条带灰岩与砾屑灰岩大致以18:1:1比例分配。该层厚度约为5m。

层31为灰色中厚层泥灰岩夹砾屑灰岩。自下而上灰质减少，泥质增多。层间界面多凹凸不平，且部分层发育有波状层理。该层厚度约为2m。

7.No.7

该点处发育有一个特殊层，主体部分为一个含有柱状叠层石的白色中厚层生物丘灰岩，生物丘之间填充有红色厚层长石石英砂岩，砂岩部分上窄下宽，二者之间接触面比平整且二者共层。

第四章 沉积相类型及其特征

经过整理，我们发现实习区沉积相可以试用标准的镶边型碳酸盐岩台地模式，即Wilson模式。实习区内Wilson模式种的各种相区及相均有所发育。下面将详细描述各观察点的沉积相类型及其特征：

1.No.1

该点处为碳酸盐岩台地的台地相区。理由是该点处大量发育有鲕粒灰岩和泥晶灰岩，其中可以发现较多的白云质成分，推测可能相当于Irwin模式的Z带即近岸地能带，由此推测可能属于为台地相区。

层1、层3、层5为开阔台地相。理由是这3层都发育的是较厚层的鲕粒灰岩，虽含有一定白云质成分但不多。鲕粒表明该处水体相对动荡，所以应该与外海有一定的联系，波浪作用可以影响此处，故推测为开阔台地亚相。

层2为局限台地亚相的泻湖亚相。理由是该层岩石为深灰色，表明为还原环境，故排除蒸发台地相。又由于主要为发育水平层理的泥岩，表明其低能环境，故排除开阔台地相和潮坪环境，故推测为局限台地的泻湖亚相。

层4为局限台地亚相的潮道亚相。理由为层4发育薄层鲕粒灰岩，薄层表明水体不是很深，鲕粒表明水动力较强，而潮道环境符合这一特征。

2.No.2

该点处为碳酸盐岩台地中台地相区，且除层5属于开阔台地相，层9属于蒸发台地相以外，其余均属于局限台地相。理由是该点处发育多个鲕粒灰岩与泥晶灰岩的互层，表明水动力变化频繁，海平面变化对沉积相影响巨大。所以该点处地形坡度可能很小，为潮汐主控，故推测可能为潮坪类型的局限台地相。

层6为局限台地相中的潮下坪亚相。理由是相比层5，此处发育大型交错层理，表明可能有较为持续的水动力作用，所以可能在浪基面以上，加上主要为鲕粒灰岩，推测水动力较强，故推测为局限台地相中的潮下坪亚相。

层7、层10均为局限台地相中的混合坪亚相。理由是这两层都是鲕粒灰岩与泥晶灰岩互层，表明水动力变化较大，时而有水时而无水，推测处于潮间带，且只可能为混合坪。

层8为蒸发台地相中的泥坪亚相。理由为该层岩石为红色，表明为氧化的暴露环境，故应当处于潮上带，属于蒸发台地，另外成分为泥晶灰岩也推测该环境更接近于泥坪。

层9为局限台地相中的潮道亚相。理由该点处发育鲕粒灰岩，说明水动力较强。但根据瓦尔特相律，该层代表的环境必须与层8的潮上带横向上连续，只能是潮间带，所以只能是局限台地中的潮道亚相。

3.No.3

该点处为依然属于台地相区。理由是该处仍然以深色的泥质灰岩为主，颜色深代表还原环境，泥质代表水动力较弱，而白云质的出现也表明水深不是很大，所以大半为类似泻湖的局限台地相，所以该点处依然属于台地相区。

层11、层13为局限台地相的泻湖亚相。理由是这两层以深色的泥质灰岩为主，颜色深代表还原环境，泥质代表水动力较弱，而白云质的出现也表明水深不是很大，故推测为类似泻湖的局限台地相。

层12为浅成侵入相。理由为层12发育辉绿岩，是一种浅成侵入岩。

层14为开阔台地相。理由为层14发育鲕粒灰岩，说明水动力较强，层厚中等说明沉积环境稳定，因此可能为开阔台地相。

4.No.4

层15-16主要为以生物礁和滩为核心的台地边缘相区。理由是因为这些层发育有生物丘灰岩，表明为浅水动荡环境，类似Irwin模式中的Y带即浅水高能带，故推测该地区应当属于台地边缘相区附近。

层15为台地边缘相区、台地边缘浅滩相、礁后亚相、礁后砂微相。理由是该层与生物礁接触，但有砾屑成分，表明为流体主控的礁后亚相。沉积物较细表明水动力较弱，故推测为礁后砂微相。

层16为台地边缘相区的台地生物礁相。自下而上为定殖、拓殖、泛殖、统殖阶段4个阶段，只有统殖阶段属于礁前亚相，其余都属于礁核亚相。

定殖阶段为礁坪微相，因为该区域生物碎屑较多，且主要为各种砾屑，但排列整齐，故推测为礁坪微相。

拓殖阶段为礁顶微相，因为该区域生物的障积作用和粘结作用较为明显，但并不是很厚，生物作用也不是特别强，故推测为礁顶微相。

泛殖阶段为礁骨架微相，因为该区域生物的障积作用和粘结作用十分明显，沉积非常厚，表明生物作用很强，故推测为礁骨架微相。

定殖阶段为礁坪微相，因为该区域生物碎屑较多，且主要为各种砾屑，并且砾石有较多滑塌成因现象，故推测为礁斜坡微相。

层17-19主要为盆地相区，因为这些层主要为各种粒度很细的灰岩，表明水动力很弱，类似Irwin模式中的Z带即深水低能带。

层17为陆棚边缘相（斜坡脚相）、礁前亚相、远侧蹋积微相。理由为虽然发育泥晶灰岩，但层系较厚且呈现红色，不可能为深水环境原地沉积形成，故推测为浅部泥岩崩坍形成，崩坍为主控因素。但由于生物成分几乎不见，故排除礁斜坡和近侧蹋积，只能为远侧蹋积，这一环境更类似于陆棚边缘的斜坡脚。

层18为浅成侵入相。理由为层18发育辉绿岩，是一种浅成侵入岩。

层19为开阔陆棚相。理由是该层发育细粒的泥晶灰岩，表明水动力极弱。灰色有表明为还原环境，指示深水环境。薄层表明滑塌作用较弱，主要为流体主控，故排除陆棚边缘相。而盆地相不可能大量发育碳酸盐岩而排除，故只有可能为开阔陆棚相。

5.No.5

层20-21、层23、层27为盆地相区的陆棚边缘相（斜坡脚相），理由是这些层以细粒的泥质条带灰岩和风暴成因的岩石组成，表明水动力很弱，类似Irwin模式中的Z带即深水低能带，属盆地相区。红色的泥质页岩与风暴岩表明原地沉积少，多为异地沉积后搬运至此，故推测为陆棚边缘相（斜坡脚相）。

层20为风暴沉积微相，理由是该层主要为砾屑灰岩。砾屑的存在说明存在较强的水动力条件且很可能为事件性沉积，风暴作用可以形成这种砾屑灰岩，故推测为风暴沉积微相。

层21、层23、层27为等深流沉积微相。理由是这些层薄且层间界面不平整，另外红色的泥质条带灰岩，表明不是深水原地沉积，但由于粒度细又不可能为风暴或重力流成因。故推测附近存在一个海底扇且上面有重力流成因由浅部进入深部的红色的混杂沉积，随后通过等深流的作用，使得这些形成是被氧化成红色的钙质成分迁移到该店形成红色的泥质条带灰岩，故推测为等深流沉积微相。

层22、层24-26、层28为台地边缘相，理由是这些层以粒度较高的鲕粒灰岩为主，且发育有生物礁，表明水浅且水动力强，类似Irwin模式中的Y带即浅水高能带，属台地边缘相。

层22、层24、层26、层28为台地前斜坡相。理由是这些层均发育大量鲕粒灰岩，表明水动力常年较强，应该位于浪基面以上，由这些层与上下层均为整合接触及瓦尔特相律可知，只能为台地前斜坡相。

层24、层26为礁前亚相的礁斜坡亚相，因为这些层鲕粒灰岩与泥质条带灰岩互层，表明水动力条件较稳定，并且有一定的坍塌成因，故推测为礁前斜坡的环境。

层25为台地生物礁相中的礁核亚相。理由是该层为生物丘灰岩集中发育，且有多个生物丘，故推测为礁核亚相。

6.No.6

该点处为盆地相区。理由是该点出发育的碳酸盐岩多以极细粒的泥质灰岩为主，说明水动力极弱，加上有风暴成因的砾屑灰岩，所以推测水深较深，类似Irwin模式中的Z带即深水低能带，属盆地相区。

其中泥质条带灰岩部分为等深流沉积亚相。理由是这些层薄且层间界面不平整，另外红色的泥质条带灰岩，表明不是深水原地沉积，但由于粒度细又不可能为风暴或重力流成因。故推测附近存在一个海底扇且上面有重力流成因由浅部进入深部的红色的混杂沉积，随后通过等深流的作用，使得这些形成是被氧化成红色的钙质成分迁移到该店形成红色的泥质条带灰岩，故推测为等深流沉积亚相。

而砾屑灰岩部分为风暴沉积亚相。理由是这些砾屑的存在说明存在较强的水动力条件且很可能为事件性沉积，风暴作用可以形成这种砾屑灰岩，故推测为风暴沉积亚相。

层29为陆棚边缘相（斜坡脚相），理由是该层以等深流沉积为主，等深流大多发育于陆坡坡脚位置，为一种底流和寒流。

层30为深水陆棚相。理由为该层主体发育有泥晶灰岩，说明水动力极弱，但仍以碳酸盐岩占绝对优势，所以还在CCD以上，故排除盆地相，故推测为深水陆棚相。

层31为盆地相。理由为该层岩石不但碳酸盐岩以泥灰岩为主，而且自下而上泥质成分变多，灰质成分变少，泥质成分开始占据优势，而碳酸盐矿物则变得少见，故推测该层为盆地相。

7.No.7

该特殊层主体为生物丘灰岩且发育叠层石，说明该层应当属于台地边缘相区的台地生物礁相。中间不协调的长石石英砂岩墙状体推测成因如下：生物丘形成后，该地突然因为河流改道而成为三角洲，且形成三角洲的为辫状河或者冲积扇直接入海，河水携带大量成熟度低的碎屑物质。由于水动力很强，生物丘之间的薄弱地带被水下河道冲蚀，随后大量的长石石英砂岩在生物丘之间的水下河道沉积，形成了这一不协调的长石石英砂岩墙状体。

第五章 该地点的沉积演化

经过分析我们得出了较为完整的该地点的沉积演化序列，下面将分别予以介绍：

该地点首先处于台地相区的开阔台地相环境，随后相继发生海退、海进、海退、海进事件，使得该地点相继处于局限台地相的泻湖亚相、开阔台地、局限台地的泻湖亚相、开阔台地。

之后海水发生较为连续的海退，该地点处依次处于局限台地中的潮下坪亚相、混合坪亚相，进而露出平均海平面，处于蒸发台地中泥坪亚相。

随后海水再次发生海进，该地点处再度进入海水之中，依次变为局限台地中的潮道亚相、混合坪亚相、泻湖亚相，进而再次变为开阔台地相。此后，该地相继处于台地边缘浅滩相、台地生物礁相。

但是此时海水的海进速度突然加快，海水快速上升造成造礁生物大量死亡形成水淹不整合，生物丘停止生长。接着该地依次变为陆棚边缘相（斜坡脚相）、深水陆棚相。

一段时间后，海水重新开始发生海退，虽整体上海退，但仍有一些海进现象。此阶段开始洋流作用明显，发育较多的等深流沉积。该地先是发生海退，使得该点依次处于陆棚边缘相（斜坡脚相）、台地前斜坡相，随后再度发生海进变为陆棚边缘相（斜坡脚相）。之后海退重新开始，该地又依次处于陆棚边缘相（斜坡脚相）、台地前斜坡相、台地生物礁相。随后海平面稳定，生物礁侧向生长。这期间有一次较大的风暴作用形成了一层较厚的砾屑灰岩。

接着海水再度发生海进事件，该地依次变为台地前斜坡相、陆棚边缘相（斜坡脚相）。随后海水短暂海退使该地变为台地前斜坡相。

之后海水再度海进依次变为陆棚边缘相（斜坡脚相）、深水陆棚相、盆地相。

经过统计该地点共计发生6次小的海退海进旋回，再从宏观上来看则发生了海进-海退-海进共计1.5个大旋回，平均1个大旋回包括4个小旋回。总体上看该地点的海水总体上呈现海进趋势，使得该地逐渐从滨岸变为半深海。

 

第六章 结论

本次实习我们观察并描述了各种碳酸盐岩的岩石类型和岩相特征，并分析了沉积相类型及特征，推演出了一种可能的盆地的沉积演化。我们可以发现实习区是在寒武纪时是一个典型的被动大陆边缘盆地环境，为一个典型的镶边型碳酸盐岩台地沉积。本次工作对该地区的岩相古地理有一个初步认识，对今后对该地区的进一步工作有一定贡献。

参考文献

[1]于福生，周子勇，鲜本忠等，京西地区地质认识实习指导书.北京：中国石油大学（北京）地球科学学院，2020.

[2]鲜本忠等，《沉积环境与相》沉积相野外实习手册.北京：中国石油大学（北京）地球科学学院，2018.

[3]朱筱敏，沉积岩石学（第五版·富媒体）.北京：石油工业出版社，2020.

致谢

本次实习及报告编写中离不开带队教师XXX教授的积极指导，也离不开XXXX级全体同学的积极配合，当然也离不开中国石油大学（北京）和地球科学学院的支持。在此对以上人员的辛勤付出表示感谢。