河北北部下寒武統饅頭組沉積環境及找礦意義

石立國，彭樹華

1.阜新市國土資源局，遼寧 阜新 123000；2.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170

河北北部下寒武統饅頭組沉積環境及找礦意義

石立國1，彭樹華2

1.阜新市國土資源局，遼寧 阜新 123000；2.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170

冀北下寒武統饅頭組底部有一套層位穩定的紫紅色、灰黃色白云質礫巖和頁巖。礫石具棱角狀或次棱角狀，粒度分選差，礫石成分與填隙物成分相同，主要為白云巖。根據對該層位巖石組成、沉積特征的分析，其成因與礫巖（碳酸鹽巖）中鹽類物質經次生變化形成溶塌角礫巖相關。由于該層位穩定，含鹽類物質較高，因此在一定層位有可能找到石膏礦。

下寒武統；饅頭組；頁巖；溶塌角礫巖

河北北部下寒武統饅頭組下部有一層位穩定的紫紅色、黃綠色頁巖和白云質礫巖。礫石成分多為疏松多孔的白云質灰巖，具棱角狀或次棱角狀，分選和磨圓差，礫石成分與填隙物成分相同，均為白云巖。該地區早寒武世饅頭期的巖相古地理與遼東本溪太子河流域、吉林通化地區早寒武世饅頭期的巖相古地理相似。由于本溪地區和通化地區的饅頭組底部頁巖、溶塌角礫巖層位穩定，已找到石膏礦[1-7]，并且冀北地區饅頭組常見溶崩或溶塌角礫巖及食鹽假晶等重要的石膏礦找礦標志。因此在該地區饅頭組底部的一定層位（地表風化層以下）有可能存在石膏礦。

1 河北北部的下寒武統饅頭組

冀北地區饅頭組地層分布廣泛，饅頭組的巖性特征，與遼東太子河地區基本相似。其紫色頁巖底部均發育一層層位穩定的溶塌角礫巖，礫巖具棱角狀、無分選、無磨圓、礫經大小不等。紫色頁巖中多具食鹽假晶、波痕、干裂。冀北地區代表性巖性—溶塌角礫巖在饅頭組中的層位位置如下。

1.1 河北唐山趙各莊東域山地區

該區饅頭組地層較發育，巖性主要為紫紅色頁巖、泥質粉砂巖、泥鈣質白云巖，底部以紫紅色含粉砂粉晶含鐵泥鈣質白云巖夾少量紫色鈣質頁巖、含砂、礫及灰白色含泥云鈣質礫巖，厚232.1 m。

1.2 河北撫寧地區

該區饅頭組下部以鮮紫紅色泥質頁巖為主，夾數層薄層泥灰巖、礫屑灰巖及泥晶白云巖，底部以厚1～2 m的棕黃色薄層含角礫泥灰巖與昌平組平行不整合接觸，厚397.2 m。

1.3 平泉董杖子地區

平泉董杖子地區巖性主要為：紫紅－暗紫色頁巖、粉砂質頁巖、鈣泥質粉砂巖，紫紅色－暗紫色薄片狀粉砂質、泥質白云巖，夾土黃色中薄層白云質灰巖、粉砂質泥質白云巖，巖層發育波痕、龜裂及石鹽假晶；底部均發育紫紅色角礫狀鈣質泥巖、土黃色角礫狀白云質灰巖，厚196.8 m。

2 沉積特征與蒸發沉積特點

冀北地區寒武紀時期沉積，基本承襲了晚元古代構造及古地理格局。早寒武世昌平期，由海侵形成了該地區寒武紀的沉積格局范圍，屬于半封閉的海盆。海盆的北部為內蒙古陸、鐵嶺靖宇古陸，太子河流域南部為千山狼林古陸。在太子河、吉林通化至撫松一帶形成了封閉的滯留海灣。饅頭初期開始，氣候干旱炎熱，冀北地區唐山—撫寧、平泉董杖子地區等水下高地的阻隔，形成了半封閉海灣接受潮上帶沉積；在太子河流域、以及吉林通化地區海盆處于滯流狀態，水體能量較低，海水循環條件差。冀北地區、遼西地區與遼東太子河流域及吉林通化地區相比，古地理環境相近(圖1)。饅頭晚期海侵范圍增大，冀北地區、太子河流域地區、遼西地區海水深度略有增加，接受潮下帶沉積。

2.1 沉積特征

依據下寒武統饅頭組的巖相組合，饅頭組屬潮下—潮間—潮上正常或咸化澙湖—潮上鹽泥坪灘沉積序列，表現出明顯的旋回性。

潮下帶：相當于威爾遜分類中的開闊海臺地相。受海盆內水下高地的阻隔，水流較弱，屬低能環境。沉積的巖石以中厚層狀灰巖、白云質灰巖為主，并含燧石結核。

潮間帶：相當于威爾遜分類中的局限海臺地相。此相帶海水較淺與外海不暢通，循環具有局限性。沉積的巖石主要以灰色、黃灰色、紫色泥質白云巖和含砂泥質白云巖為主，并見有石鹽假晶。

潮上帶：此相帶相當于威爾遜分類中的地臺蒸發相。此帶蒸發作用強烈，含鹽度較高，致使巖石顏色主要表現為紫紅色，形成紫紅色粉砂質泥晶白云巖、頁巖等，并可見烏眼構造以及石鹽和石膏的假晶。

2.2 蒸發巖沉積特點

根據化學沉積順序，首先沉積的是石灰巖或白云巖等碳酸鹽巖，其后為含有石膏、硬石膏、石鹽等礦物的硫酸鹽和氯化物等物質的沉積，通常石鹽的沉積厚度大于石膏、硬石膏的沉積厚度。一般情況下，在石膏或硬石膏硫酸鹽物質沉積后仍有石灰巖或白云巖等碳酸鹽巖的沉積，它們常呈互層狀產出。由于饅頭早期基底上升，氣候炎熱，海水的蒸發量大于補給量，使海水中鹵水濃度增大，鹽類結晶析出，因而在饅頭組中部、下部存在沉積鹽巖。

3 饅頭組頁巖、礫巖的沉積環境分析

圖1 遼吉東部—河北北部早寒武世饅頭期古地理示意圖Fig.1 Paleogeographic sketch map of the Mantou Period, the Early Cambrian epoch in the Eastern Liaoning-Jilin and Northern Hebei Province.

冀北地區下寒武統饅頭組的頁巖、礫巖，宏觀上為紫紅色和黃綠色，局部為暗灰色、雜色。頁巖多具石鹽假晶、波痕和干裂；礫石成分為紫色粉砂質白云巖、褐黃色泥質白云巖、暗灰色泥質自云巖和紫紅色頁巖等。巖石中可以見到烏眼構造以及石鹽和石膏的假晶和波痕、干裂，表明當時的沉積環境屬地臺蒸發相。由于氣候干旱、炎熱，蒸發量大于補給量，使滯流的海水中鹽類物質過飽和而逐漸沉淀。饅頭組巖石形成后，被其后的沉積巖所覆蓋，隨著后期的地質構造活動，使饅頭組地層上升，遭受風化剝蝕形成各種裂隙，并且在近地表的潛水作用下，使鹽類物質溶解流失，產生了一定的空間。由于淋濾作用的不斷進行，鹽類物質溶失的空間逐漸加大，導致部分巖石因重力作用產生塌陷。形成了層位穩定的溶塌角礫巖。

4 找礦方向的探討

綜上所述，冀北地區早寒武世饅頭期的巖相古地理與遼東本溪太子河流域、吉林通化地區早寒武世饅頭期的巖相古地理相似，處于干旱炎熱的氣候、蒸發量大于補給的半封閉海灣的古地理環境。在遼東本溪太子河流域和吉林通化地區均發現具有工業意義的石膏層。本溪地區的石膏礦體層位在地表的是一層溶塌角礫巖。通化東熱石膏礦礦石多呈灰色，塊狀構造，粒狀結構和纖維變晶結構，可見硬石膏斑狀殘晶。具有角礫狀和斑狀構造。由于冀北地區饅頭組下部出露的10～20 m厚的灰黃色角礫巖，與本溪地區的石膏礦體層出露在地表的巖性和吉林通化地區饅頭組的巖石組合及序列相似，以及巖石中出現石鹽假象、波痕及龜裂構造等具有找礦意義標志。表明在其一定的層位，可能存在石膏層，反映冀北地區饅頭組具有形成石膏礦的有利條件。

[1] 解立發，王繼梅，王抒群，丁 瑞，楊 雷，孟繁宇.白山市大陽岔石膏礦床地質特征及找礦標志[J].中國非金屬礦工業導刊，2013，（15）4:60-62.

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[3] 羅大有.遼吉海積寒武紀石膏礦床[J].礦床地質，1985，（4）:3.85-94.

[4] 喬秀夫，高林志.華北地臺上一個值得注意的含鹽層位[J].中國地質科學院地質研究所所刊，1986:66-68.

[5] 石力果，項海亭，姜景林.遼西地區下寒武統饅頭組下部角礫巖的成因及其找礦意義[J].遼寧地質，1986,（3）:254-259.

[6] 石立國，遼寧南部地區下寒武統饅頭組沉積環境及石膏找礦方向研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2012,（3）:55-57

[7]馬恩國，聶振聲，金正煥.太子河流域早寒武世饅頭期沉積環境及硬石膏礦床成因[J].遼寧地質，1991,（2）:176-183.

Sedimentary environment and prospecting signif cance of the Mantou Formation, Lower Cambrian in Northern Hebei Province

SHI Li-guo1, PENG Shu-hua2
1. Fuxin Bureau of Land and Resources, Fuxin123000, Liaoning, China; 2. Tianjin Center of Geological Surveys, China Geological Survey, Tianjin300170, China

A set of purple and grayish yellow dolomitic conglomerate and shale is stably distributed in the Mantou Formation, Lower Cambrian in Norhern Hebei Provinces. The gravels are angular or subangular, sorted badly, and gravel is mainly composed of dolomite, which same with interstitial materials. Based on analysis of composition of rocks and sedimentary features in the horizon, the authors think that causes related to salt substances in conglomerate (carbonate) formed karst collapse breccia by secondary changes. Because of the horizon is stable and contains high concentration salts, so it is mostly probable to f nd gypsum mine in some horizon.

Lower Cambrian; Mantou Formation; shale; karst collapse breccia

P512.2

A

1001—2427（2014）01 - 8 -3

2014-01-15；

2014-02-27

石立國(1956－) , 男, 遼寧北鎮人, 阜新市國土資源局高級工程師.