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        淺談第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成與分布的關(guān)系

        2021-03-08 08:17:04
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年21期

        季 虹

        (河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院,河北 廊坊 065000)

        第四系是地質(zhì)歷史演化新生代最新的一個(gè)系,它是在新生代新近系的基礎(chǔ)上形成的,是地殼的表層部分。由海相、陸相和海陸交叉相互沉積作用形成的沉積物組成。巖性有礫、砂礫、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂、粉砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂和粘土等,同時(shí)含有姜結(jié)石和鐵錳結(jié)核。不同時(shí)代形成的第四系沉積物巖性、巖性組合和所含姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核的多少存在一定的差異,反映了不同時(shí)代地質(zhì)的差異以及當(dāng)時(shí)氣候變化和活動(dòng)特點(diǎn)。

        由上可知,第四系的形成是在新生代新近系的基礎(chǔ)上形成的。新近紀(jì)早期至中期地殼運(yùn)動(dòng)處于隆升、剝蝕時(shí)期,地球表面較平坦,形成廣闊的臺(tái)地,局部伴有基性火山巖漿噴溢,形成火山臺(tái)地或火山熔巖被。在新近紀(jì)晚期,地殼運(yùn)動(dòng)處于下降狀態(tài),并接受沉積,因而形成了規(guī)模宏偉開(kāi)闊的主要由陸源沉積物組成的沉積盆地。巖性組成主要為粉砂巖、砂巖和礫巖等,顏色多呈紫色,反映了當(dāng)時(shí)氣候變化的特點(diǎn)。

        1 第四系及河北第四系劃分及其特征

        第四系按時(shí)間可以劃分為更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。前者又可以劃分為下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)。其沉積特征和物質(zhì)組成等存在一定的差異。華北平原下更新統(tǒng)地層固安組[1],中更新統(tǒng)地層為楊柳青組,上更新統(tǒng)地層為歐莊組。全新統(tǒng)因沉積物松散、未固結(jié)成巖尚無(wú)組的劃分,僅按成因類型劃分。

        全新統(tǒng):現(xiàn)代地貌已經(jīng)形成。山區(qū)只在沿溝谷、洼地堆積砂、土、礫石層和風(fēng)成砂丘;平原區(qū)為河流、沼澤相砂土、粘土質(zhì)砂土、粘土和風(fēng)成砂。

        更新統(tǒng):區(qū)域差異上升運(yùn)動(dòng)仍然活動(dòng),如華北平原西部和北部山區(qū)繼續(xù)上升,變得更加巍峨壯觀,低山、丘陵綿延起伏,形態(tài)多姿;平原區(qū)快速堆積、洼地填平,平原地貌初現(xiàn)。具體特征是:

        下更新統(tǒng):山區(qū)進(jìn)一步升高,形成階梯地形;平原區(qū)持續(xù)下降,遭受海侵。在山間盆地中沉積了泥河灣組,為一套河湖相的砂礫石、粘土、亞粘土(粉砂質(zhì)粘土)層夾鈣質(zhì)結(jié)核(姜結(jié)石)和石膏。平原區(qū)沉積了固安組,為一套沖積、洪積、冰川—冰水堆積及沖湖積粘土、亞粘土(粉砂質(zhì)粘土)夾砂礫石堆積,普遍含鐵錳結(jié)核。

        中更新統(tǒng):在山間盆地、溝谷兩側(cè),沉積了赤城組,為一套洪積紅色含鈣質(zhì)結(jié)核的亞粘土(粉砂質(zhì)粘土)、粘土及粉砂質(zhì)礫石層。在平原區(qū)沉積了楊柳青組,為一套沖、洪積與冰川—冰水堆積及沖湖積含砂亞粘土(粉砂質(zhì)粘土)夾礫石層堆積。

        上更新統(tǒng):山區(qū)沉積了馬蘭組,其下部為沖洪積或冰水冰緣成因的黃土礫石層,沿溝谷及山麓邊緣分布,平行不整合在赤城組之上;中部為洪、風(fēng)積成因的典型黃土層,覆蓋在中新統(tǒng)及更老的地層之上,經(jīng)常掩蓋了較低的分水嶺、山坡和洼地;上部為沖洪積、洪坡積、或冰水、冰緣成因的次生黃土夾砂、礫層,分布范圍與黃土層一致。平原區(qū)沉積了歐莊組,為一套沖積、洪積和湖積粉砂質(zhì)粘土、粘土夾砂礫石層。

        2 華北平原第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成與分布

        以華北平原某地第四系鉆孔為例,就華北平原第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成、分布與氣候的關(guān)系加以總結(jié)。該鉆孔孔深402.7m。其中315.50m是第四系沉積物與新近系沉積物分界處。新近系主要由含礫粘土、粉砂巖、砂巖、礫石層、卵石層組成。屬河流相和湖泊相形成的產(chǎn)物,鐵錳結(jié)核較少。

        2.1 華北平原第四系基本特征

        該鉆孔第四系形成的產(chǎn)物較為復(fù)雜,形成的巖性、巖性組合多樣,姜結(jié)石和鐵錳結(jié)核含量存在一定的差異。由地表到地下孔深315.50m可劃分為全新統(tǒng)地層(0m~12.35m)、上更新統(tǒng)地層(12.35m~46.45m)、中更新統(tǒng)地層(46.45m~84.00m)、下更新統(tǒng)地層(84.00m~315.50m)。

        全新統(tǒng)地層:主要沉積物為棕黃色粘土質(zhì)粉砂、棕黃色土黃色粉砂、深棕色青灰色粘土,其中部分粘土含有大量的銹斑、炭屑以及螺化石,并夾2層淤泥質(zhì)粘土。地層分布均勻,厚度變化較小,一般在6m~12m之間,由西北向東南呈逐漸增厚趨勢(shì)。底部以棕紅色含姜結(jié)石粘土層與下伏晚更新世歐莊組為界。

        上更新統(tǒng)地層:上部為灰黃色、灰褐色粘土、粘土質(zhì)粉砂,淺灰色粉砂夾薄層粘土,發(fā)育水平層理,普遍含鈣質(zhì)結(jié)核(姜結(jié)石),中部為灰棕色、棕黃色粘土夾薄層粉砂;下部為灰黑色、灰褐色粉細(xì)砂、中砂、含礫中砂、淤泥質(zhì)粉砂夾薄層粘土。底部以一層灰色粘土與下伏中更新世楊柳青組為界。姜結(jié)石可見(jiàn)6層,鐵錳結(jié)核1層(同生結(jié)核),屬歐莊組。

        中更新統(tǒng)地層:上部為棕紅色、灰綠色厚層狀粘土、粉砂質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土,含大量鐵錳結(jié)核;中部為淺灰色黃色粉砂、粘土質(zhì)粉砂、細(xì)砂、中細(xì)砂,粒序?qū)永戆l(fā)育;下部為棕黃色、灰褐色粘土,富含鐵錳結(jié)核,局部夾薄層粉砂。底部以一層潴育化棕紅色含鈣質(zhì)結(jié)核粘土與下伏早更新世固安組為界。姜結(jié)石可見(jiàn)11層,鐵錳結(jié)核6層(同生結(jié)核),屬楊柳青組。

        下更新統(tǒng)地層:上部為淺灰、灰綠色粉砂、細(xì)砂,平行層理發(fā)育;中部深棕色、灰黑色粘土、粉砂質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂、中砂,普遍含鈣質(zhì)結(jié)核;下部為黃棕色、灰棕色細(xì)砂、中砂夾薄層粘土。底部以一層淺灰色、灰棕色中砂與下伏第三紀(jì)(新近紀(jì))上新世明化鎮(zhèn)棕紅色含砂粘土為界。

        姜結(jié)石可見(jiàn)16層,鐵錳結(jié)核1層(同生結(jié)核),屬固安組。

        圖1 第四系地層平面變化圖

        2.2 華北平原第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成、分布與氣候的關(guān)系

        由上可知,第四系全新統(tǒng)含少量姜結(jié)石,不含鐵錳結(jié)核。而上更新統(tǒng)地層、中更新統(tǒng)地層和下更新統(tǒng)地層均含有姜結(jié)石和鐵錳結(jié)核,由下更新統(tǒng)到上更新統(tǒng),姜結(jié)石含量由多變少,鐵錳結(jié)核以中更新統(tǒng)最多,達(dá)6層。無(wú)論是姜結(jié)石的形成與分布,還是鐵錳結(jié)核的形成均與當(dāng)時(shí)的氣候息息相關(guān)。

        2.2.1 姜結(jié)石的形成、分布與氣候的關(guān)系

        姜結(jié)石指風(fēng)化作用下巖石中的鈣(Ca)被分解出來(lái),不溶于水,隨水介質(zhì)運(yùn)移,形成膠體溶液,在沉積作用過(guò)程中逐漸凝聚形成狀似生姜的結(jié)核,因?yàn)槠渫庑魏皖伾袼粕拭麨椤敖Y(jié)石”。其形成與分布主要與干旱的氣候風(fēng)化作用有關(guān)和潮濕的氣候?qū)е掠晁龆嘈纬伤鳎媪鳎┌徇\(yùn),干濕氣候交替,導(dǎo)致“潴育化”作用形成的結(jié)果。由此可知,由下更新統(tǒng)到上更新統(tǒng),姜結(jié)石含量由多變少是“潴育化”作用由強(qiáng)逐漸減弱,由炎熱干旱氣候氧化環(huán)境向低溫潮濕還原環(huán)境轉(zhuǎn)變。炎熱干旱氣候氧化環(huán)境導(dǎo)致鈣質(zhì)成分結(jié)晶增多,低溫潮濕還原環(huán)境導(dǎo)致巖石中鈣質(zhì)成分分解,并隨水介質(zhì)遷移,形成膠體溶液,補(bǔ)充已有姜結(jié)石形成的物質(zhì)成分來(lái)源,使其體積變大。在靠近河流一帶或古河道處,姜結(jié)石分布較多,主要見(jiàn)于河流相、河漫灘相粉砂、細(xì)砂、中砂等中。

        2.2.2 鐵錳結(jié)核的形成、分布與氣候的關(guān)系

        指風(fēng)化作用下巖石中的鐵(Fe)、錳(Mn)被分解出來(lái),不溶于水,隨水介質(zhì)運(yùn)移,形成膠體溶液,在沉積作用過(guò)程中逐漸凝聚形成各種形狀的結(jié)核,呈球狀、橢圓狀、馬鈴薯狀、葡萄狀、扁平狀、爐渣狀等。是鐵、錳氧化物的集合體。呈黑色和褐色。直徑的大小從幾微米到幾厘米。其形成與分布同樣主要與干旱的氣候風(fēng)化剝蝕作用有關(guān)(風(fēng)化剝蝕作用提供了物質(zhì)來(lái)源)和潮濕的氣候?qū)е掠晁龆嘈纬伤靼徇\(yùn),干濕氣候交替,導(dǎo)致“潴育化”作用形成的結(jié)果。由此可知,由下更新統(tǒng)到上更新統(tǒng),鐵錳結(jié)核由少增多到減少,反映了氣候由較高溫干旱氧化環(huán)境向低溫潮濕還原環(huán)境轉(zhuǎn)變,最終向較高溫干旱氧化環(huán)境演化。同樣是炎熱干旱氣候氧化環(huán)境導(dǎo)致鐵質(zhì)、錳質(zhì)成分結(jié)晶增多,低溫潮濕還原環(huán)境導(dǎo)致巖石中鐵質(zhì)、錳質(zhì)成分分解,并隨水介質(zhì)遷移,形成膠體溶液,補(bǔ)充已有鐵、錳結(jié)核形成的物質(zhì)成分來(lái)源,使其體積變大。主要分布在湖相粘土和粉砂質(zhì)粘土中。

        3 結(jié)論

        綜上所述,華北平原第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成、分布與氣候的關(guān)系密切。姜結(jié)石形成與分布主要與干旱的氣候風(fēng)化剝蝕作用有關(guān)和潮濕的氣候?qū)е掠晁龆嘈纬伤鳎媪鳎┌徇\(yùn),干濕氣候交替,導(dǎo)致“潴育化”作用形成的結(jié)果。鐵錳結(jié)核形成與分布同樣主要與干旱的氣候風(fēng)化作用有關(guān)和潮濕的氣候?qū)е掠晁龆嘈纬伤靼徇\(yùn),干濕氣候交替,導(dǎo)致“潴育化”作用形成的結(jié)果。因此,研究華北平原第四系“姜結(jié)石、鐵錳結(jié)核”形成、分布與氣候的關(guān)系,對(duì)于研究該區(qū)第四系的形成、發(fā)展、演化和古氣候、古環(huán)境變化具有一定的指示意義。

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