河北平原第四紀(jì)地層劃分研究

劉立軍,徐海振,崔秋蘋(píng),王 娟

(河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院,河北石家莊 050021）

河北平原第四紀(jì)地層劃分研究

劉立軍,徐海振,崔秋蘋(píng),王 娟

(河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院,河北石家莊 050021）

通過(guò)對(duì)以往地層巖性、成因類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、標(biāo)志層、14C、古地磁、鉆孔等資料的重新分析與對(duì)比,依照《中國(guó)地層指南》對(duì)河北平原第四紀(jì)地層進(jìn)行了重新劃分和修訂。以2.58 Ma為第四系下限,以0.78 M a為中更新統(tǒng)底界,以相當(dāng)深海氧同位素5階段開(kāi)始的0.128 Ma為上更新統(tǒng)底界,以大體相當(dāng)深海氧同位素1階段開(kāi)始的0.01 Ma為全新統(tǒng)底界,修訂后的河北平原第四系厚度減小40～220 m。該文是在以往研究基礎(chǔ)上對(duì)河北平原第四紀(jì)地層劃分的一次探討,其成果為建立華北平原含水層結(jié)構(gòu)模型搭建了平臺(tái)。由于一些小區(qū)缺乏古地磁測(cè)年資料,而標(biāo)志層、沉積物顏色特征界限又不明顯,故影響了第四系下限和各統(tǒng)底界劃分精度。

河北平原;第四紀(jì);地層劃分

0 引言

河北平原第四紀(jì)地層沉積厚度大,分布廣泛,成因類(lèi)型主要有沖洪積、湖沼沉積、海積、殘積以及風(fēng)積和火山堆積等。半個(gè)世紀(jì)以來(lái),河北省第四紀(jì)地質(zhì)研究不斷深入①陳望和,倪明云,王金海.河北第四系.1979.1-253.:如1962-1965年丁國(guó)瑜等對(duì)部分鉆孔巖芯進(jìn)行研究,根據(jù)堆積物色序劃分為灰黃、棕黃、橙黃、雜色堆積層,指出與Q4、Q3、Q2、Q1大體相當(dāng),并提出以平原區(qū)的泥炭、淤泥、埋藏古土壤、火山堆積等作為標(biāo)志層,與山區(qū)第四紀(jì)地層進(jìn)行對(duì)比; 1965年李應(yīng)培根據(jù)石油勘探鉆孔資料,首次根據(jù)微體古生物、重砂礦物進(jìn)行了地層劃分;1970s以來(lái),在平原區(qū)水文地質(zhì)勘探工作中,采用多種測(cè)試手段,加強(qiáng)了在古生物、礦物、巖石、化學(xué)、同位素及古地磁等方面的研究,在第四紀(jì)地層劃分、古生物、海侵、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及火山活動(dòng)等方面的研究有了新的進(jìn)展,建立了不同時(shí)代的地層組,研究成果顯著[1,2];1980年邵時(shí)雄等又對(duì)第四紀(jì)地質(zhì)進(jìn)行了專(zhuān)題研究[3],為進(jìn)一步進(jìn)行水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料;1988-1990年黃月環(huán)等[4]采用巖石地層學(xué)、生物地層學(xué)和氣候地層學(xué)等方法綜合分析對(duì)比,建立地層組,并以1982年莫斯科第四紀(jì)研究聯(lián)合會(huì)“關(guān)于第四系下限及內(nèi)分的建議意見(jiàn)”為依據(jù),充分分析了以往古地磁和同位素測(cè)年資料,探討了河北省第四紀(jì)地層時(shí)代劃分及第四系下限問(wèn)題。

但以往河北平原第四紀(jì)地層劃分及標(biāo)準(zhǔn)地層組與《中國(guó)地層指南》[5]存在分歧,雖經(jīng)再修訂[3]仍與華北平原各省劃分不統(tǒng)一②王強(qiáng).華北平原第四紀(jì)地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)模型專(zhuān)題研究報(bào)告.2002.1-65.。主要體現(xiàn)在:第四系下限差異較大,河北平原以3.06 Ma為第四系下限[1],而山東以1.80 Ma為第四系下限[6],北京[7]、河南③李廣坤.河南平原第四紀(jì)地質(zhì)研究報(bào)告.1985.1-218.、天津[8]以2.48 M a為第四系下限;第四紀(jì)地層內(nèi)分[1]也存在差異:河北平原上更新統(tǒng)代表地層組-歐莊組,實(shí)際上包括中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)地層組,河北平原楊柳青組實(shí)際是下更新統(tǒng)地層的一部分(表1）。開(kāi)展華北平原地下水可持續(xù)利用項(xiàng)目時(shí),為建立含水層結(jié)構(gòu)模型,需要華北平原各省采用同一地質(zhì)年代標(biāo)尺,故本文依據(jù)《中國(guó)地層指南》對(duì)河北平原第四紀(jì)地層進(jìn)行重新劃分和修正。

1 地層劃分方法與依據(jù)

本文第四紀(jì)地層劃分依據(jù)全國(guó)地層委員會(huì)發(fā)布的《中國(guó)地層指南》規(guī)定,以2.58 Ma為第四系下限(即原訂為2.48 Ma的古地磁松山-高斯極性時(shí)界線,簡(jiǎn)稱(chēng)古地磁M/G界線）,以0.78 M a(即原訂為0.69 Ma或0.73 M a的古地磁布容-松山極性時(shí)界線,簡(jiǎn)稱(chēng)古地磁B/M界線）為中更新統(tǒng)底界,以相當(dāng)深海氧同位素5階段開(kāi)始的0.128 M a為上更新統(tǒng)底界,以大體相當(dāng)深海氧同位素1階段開(kāi)始的0.10 M a為全新統(tǒng)底界。以已往基礎(chǔ)測(cè)試資料(如14C、古地磁定量資料）為基本依據(jù),綜合考慮沉積物顏色、巖性、結(jié)構(gòu)、韻律及沉積旋迴、標(biāo)志層(古土壤、泥炭層及淋濾層）等因素,采用巖石地層學(xué)、生物地層學(xué)和氣候地層學(xué)等方法進(jìn)行綜合分析對(duì)比,通過(guò)對(duì)728個(gè)鉆孔的分析,按新的觀點(diǎn)對(duì)河北平原第四紀(jì)地層進(jìn)行重新劃分和修訂[9]。

1.1 第四系下限(N/Q界限）的確定

根據(jù)河北平原10個(gè)典型鉆孔古地磁測(cè)試資料(表2）分析如下:

表1 華北平原各省第四紀(jì)地層系統(tǒng)Table 1 Quaternary stratum system in every province on the North China Plain

表2 河北平原古地磁極性柱解譯Table 2 The interpretation of Palaeomagnetic polarity of Hebei Plain

河北省雞澤縣Ⅲ-5孔 M/G界線[10]在367.90 m、371.17～375.00 m出現(xiàn)深棕色、紫紅色粘土, 492.57 m以下出現(xiàn)20小層紫紅色、5層棕紅色粉質(zhì)粘土。河北省臨西縣Ⅲ-9孔 M/G界線在320.00 m,該界線之上僅119.70～122.30 m為棕紅色粘土,308.70～314.40 m層段上部為棕紅色粘土,下部為灰黃、銹黃色粘土;M/G界線之下的320.00～323.20 m為棕紅色(偶有灰綠色粘土）,至473.00 m深度共有14層棕紅色粘土,473.00～489.00 m層段上部為棕紅色粘土,下部為紫紅色粘土,489.00 m之下為12層棕紅色、紫紅色粘土。由于固2孔、Ⅲ-5孔、Ⅲ-9孔皆為 M/G界線下即見(jiàn)厚層棕紅色粘土[10],符合進(jìn)入第四紀(jì)氣候突然轉(zhuǎn)型的古氣候背景,故采用厚層棕紅色粘土最高出現(xiàn)層位。

滄州市區(qū)基本坐落在滄縣隆起處,理論上M/G和B/M界線應(yīng)淺些,但滄補(bǔ)12孔這兩條界線較深。認(rèn)為B/M界線確定在190 m左右較好,現(xiàn)在確定的M/G界線之上依然出現(xiàn)厚層狀棕紅色粘土,是全區(qū)進(jìn)行古地磁測(cè)試鉆孔的特例(圖1）。

1.2 中更新統(tǒng)的確定

根據(jù)南堡倴5、臨西Ⅲ-9、饒陽(yáng)6、肅寧肅開(kāi)5、肅寧肅開(kāi)10孔等古地磁解譯結(jié)果,參考固安固2、雞澤Ⅲ-5、海興滄13、海興7-17-1、滄州滄補(bǔ)12孔等古地磁解譯結(jié)果,同時(shí)考慮凹陷和隆起構(gòu)造單元的影響,綜合確定中更新統(tǒng)底界在50～180 m。

1.3 上更新統(tǒng)的確定

晚更新世以來(lái)濱海地帶三次大海侵始自末次間冰期,即深海氧同位素5期的0.128 M a,上更新統(tǒng)底界在60 m左右。三次海侵層巖石地層特點(diǎn)明顯,皆呈灰色,且三個(gè)海侵層底幾乎皆可見(jiàn)基底泥炭或相近的富有機(jī)質(zhì)粘土。一般在第三海侵層下是垂向地層中雜色粘土或較大鈣質(zhì)結(jié)核、棕紅色粘土的最后出現(xiàn)層位。山前以S1古土壤為底界,中部平原以50～60 m深度的淋濾淀積層為底界,沒(méi)有此淋濾淀積層者,大體以60 m左右的砂層為底界。

1.4 全新統(tǒng)的確定

在沿海地帶,以0.01 Ma為全新世開(kāi)始時(shí)間,大體在基底泥炭之下。由海向陸方向,由于海水逐漸淹沒(méi)陸地,這一層序界面不等時(shí),從這個(gè)角度分析,不能在遠(yuǎn)離沿海地帶據(jù)泥炭層14C測(cè)年資料盲目下推一段以與0.01 Ma年數(shù)值吻合。由于晚更新世末次盛冰期是第四紀(jì)中最冷的階段,即使是泥質(zhì)沉積物亦普遍因海平面下降、地下水位下降遭受氧化,應(yīng)將此界線放在末次盛冰期砂層之上的銹黃色粘性土和無(wú)銹黃色粘性土之間。全新統(tǒng)底界大致在20 m左右。

2 修訂后的結(jié)果

修訂后的河北平原第四紀(jì)地層組(表3）為:下更新統(tǒng)(Q1P）—楊柳青組;中更新統(tǒng)(Q2P）—?dú)W莊組;上更新統(tǒng)(Q3P）—楊家寺組;全新統(tǒng)(Qh）—歧口組、高灣組。

圖1 河北平原部分鉆孔古地磁極性柱對(duì)比[9]Fig.1 The comparison of parts of the drilling Palaeomagnetic polarity on Hebei Plain

表3 修訂后河北平原各省第四紀(jì)地層系統(tǒng)Table 3 Emended Quaternary stratum system in every province on Hebei Plain

依據(jù)地層巖性組合特征及各小區(qū)典型鉆孔第四紀(jì)地層剖面對(duì)比圖,以2.58 Ma為第四系下限與以3.06 M a為第四系下限相比,河北平原第四紀(jì)地層厚度普遍“變薄”。冀中小區(qū)第四系下限提升80～155 m;天津—南宮小區(qū)提升45～110 m;黃驊小區(qū)提升50～140 m;埕寧小區(qū)提升45～80 m;邱縣—臨清小區(qū)提升40～100 m;唐山小區(qū)提升90～220 m;山海關(guān)小區(qū)由于缺失下更新統(tǒng)和中更新統(tǒng),第四系下限不變(圖2）。

3 結(jié)論

本文依據(jù)《中國(guó)地層指南》規(guī)定,以已往基礎(chǔ)測(cè)試資料(如14C、古地磁定量資料）為基本依據(jù),綜合考慮沉積物顏色、巖性、結(jié)構(gòu)、韻律及沉積旋迴、標(biāo)志層(古土壤、泥炭層及淋濾層）等因素,對(duì)河北平原第四紀(jì)地層進(jìn)行了初步修訂。與3.06 M a的第四紀(jì)下限相比,修訂后的河北平原第四系厚度減小40～220 m,各統(tǒng)厚度也有不同程度的變化。

圖2 河北平原第四紀(jì)地層小區(qū)分布Fig.2 The subset distribution of the Quaternary strata on Hebei Plain

本文是在以往研究基礎(chǔ)上對(duì)河北平原第四紀(jì)地層劃分的一次探討,其成果為建立華北平原含水層結(jié)構(gòu)模型搭建了平臺(tái)。由于一些小區(qū)缺乏古地磁測(cè)年資料,而標(biāo)志層、沉積物顏色特征界限又不明顯,故影響了第四系下限和各統(tǒng)底界劃分精度,有待今后進(jìn)一步完善。

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Study on Quaternary Stratigraphic Division on Hebei Plain

L IU Li-jun,XU Hai-zhen,CU IQiu-ping,WANGJuan
(H yd rogeology and Engineering Geology Survey Institute,Geology and M ineral Exp loration Bureau of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China）

Based on the past tested datum,such as carbon-14 age and paleomagnetism quantitative datum,integrating w ith the sediments color,lithology,structure,sedimentary rhythm and sedimentary cycles,marker bed included ancient soil,peat bed and leached ho rizon and so on,app lying stratigraphy,biostratigraphy and climate stratigraphy and other means,728 holes are analyzed and according to Guide of China Stratigraphy,Quaternary stratigraphies of Hebei Plain have been p reliminary revised. Taking 2.58 Ma as the lower boundary of the Quaternary,0.78 Ma as the lower boundary of the M iddle Pleistocene,0.128 Ma, about equation the fifth stage of deep-sea oxygen isotope o rigination,as the lower boundary of the upper pleistocene,0.01 Ma, about equation the first stage of deep-sea oxygen isotope origination,as the lower boundary of the holocene series.The thickness of the Quaternary of Hebei Plain reduces 40～220 m after revised.It is the classification fo r the Quaternary stratigraphies of Hebei Plain study to build a p latform for the aquifer structuremodel of the No rth China Plain.Due to lack of some palaeomagnetic datum in some individual small areas of the p lain,the accuracy of the Quaternary lower boundary,the subdivision of the Quaternary and the regional top-level are effected.

Hebei Plain;Quaternary;stratum division

P534.63

A

1672-0504(2010）02-0054-04

2009-10-14;

2009-12-24

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)家地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目(200110400001）

劉立軍(1964-）,男,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)。E-mail:llj8378@163.com