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三叠系——三叠纪地层

三叠纪形成的地层叫三叠系。分为三统六阶。中国北方除黑龙江、甘肃两省部分地区外,其余地方全为陆相沉积。嵩山地区为一套红、紫红、灰绿色交替的内陆碎屑岩复理式沉积建造。

三叠系在河南的划分开始于1933年孙健初在禹县、密县做煤田调查时,但直到1960年前划分较简单而且缺少古生物依据。1960年以后,华北石油普查大队、河南区调队、焦作矿业学院等单位,对豫西三叠系开展了详细的调查,采获了大量的化石,不断完善划分方案。本书按河南地矿厅1989年《河南省区域地质志》的方案叙述。河南省华北地层区三叠系划分沿革见表9-1。

三叠系主要分布在嵩山东南麓和南麓。景店、芦店、李沟、卷门水库、安庙、石道、颍阳、江左、丁流街等地都有分布,受新生代的覆盖,出露多不连续。

表9-1 河南省华北地层区三叠系划分沿革表

现分组描述如下。

1.下三叠统(T1)

刘家沟组(T1l) 1959年中国科学院山西地层队在山西省宁武县刘家沟命名,1982年河南区调队从本省原二叠系石千峰组中划出。与其下的二叠系石千峰组为整合关系。刘家沟组(亦称金斗山砂岩),为一套粗陆屑沉积建造。主要岩性为粗粒石英砂岩,夹少量粉砂岩和泥岩,含鲜红色泥质斑块。岩性、岩相稳定,岩层厚度由西向东变薄,岩石易加工,可作条石,是良好的建筑石料。该组在地貌上多形成单面山。以岩性单调、色调紫红为主要特征。砂岩中水平层理及斜层理(板状、楔状层理)发育。层面可见波痕、雨痕等。韵律层发育,在韵律层底面具重荷模。有适应较干旱条件下生长的植物Ephedripites(麻黄粉)及具二肋囊花粉为代表。据上述分析,该组为干旱炎热气候条件下的河流沉积环境。据《古生物学报》1982年6期报道,在登封安庙三叠系刘家沟组中***发现孢粉48属70种。其中裸子植物占64.1%,蕨类植物孢子占35.1%。该组合中早三叠世的种属占较大比例,尤其是Lycopodiacidites(拟石松孢)、Polycingulatisporites(多环三缝孢)、Podocarpidites(拟竹柏粉)、Aratrispories(单缝孢)和Lunde-bladispora(隆德孢)等的出现,证明本组合的时代为中生代早期是没有疑问的。

这里所说的“孢粉”即植物孢子和花粉的简称。孢子植物的孢子和种子植物的花粉,均是植物的生殖细胞。孢子花粉质轻量多,可散布到一定范围内,且有耐酸碱的外壁,各种类型的沉积岩层中均可保存,用以划分对比地层,恢复古地理、古气候等极有价值。

1977年当地群众在王堂水库东侧挖房基时,在本组下部发现Dicynodon(二齿兽)牙齿,参照新疆、陕甘盆地所产相同化石层位分析,二齿兽应该生存于晚二叠世—中三叠世。从以上孢粉组合特征和二齿兽的产出层位分析,刘家沟时代应为早三叠世早期。

登封县东金店卷门水库西侧下三叠统刘家沟组剖面(图9-2):

图9-2 登封市卷门水库下三叠统刘家沟组剖面图(引自河南区调队,1989)

上覆地层 和尚沟组(T1l)紫红色泥岩

整合

刘家沟组(T1l) 厚281.3m

8.紫红色中—厚层中粗粒石英砂岩,含鲜红色泥斑,水平层理及交错层理发育,矿物颗粒表面可见氧化铁薄膜 43.1m

7.紫红色薄层中粒石英砂岩与粉砂质泥岩互层 17.7m

6.紫红色中—厚层条带状石英砂岩,夹中—厚层石英砂岩,水平层理及交错层理发育,层面具波痕 43.5m

5.紫红色厚层石英砂岩,含鲜红色泥斑,交错层理发育,层面具槽状冲刷沟 28.6m

4.紫红色薄层中—细粒石英砂岩夹泥岩 9.5m

3.紫红色薄—中厚层石英砂岩,夹厚层中粒石英砂岩,厚层石英砂岩,顶面具河流冲刷槽沟 60.9m

2.紫红色厚层中粒石英砂岩 30.0m

1.紫红色中厚层石英砂岩,夹少量泥岩 48.0m

整合

下伏地层 石千峰组( )灰绿色泥岩

和尚沟组(T1h) 本组命名和划分沿革情况同刘家沟组。和尚沟组为一套细碎屑岩沉积建造。岩性主要为紫红、鲜红色钙质泥岩、粉砂岩夹灰白色泥灰岩,钙质结核较多,有时呈层状出现。本组以红色、岩石风化后呈沙土状、地貌上呈负地形为其特征。水平层理发育,层面可见小型波痕及泥裂,并可见生物腐烂后形成的灰绿色钙质网纹和斑点。岩性岩相稳定,厚度变化大,向西约5km王堂水库一带厚228.7m,向东变薄,直至尖灭。泥岩中遗迹化石丰富。据分析本组应属于干热气候条件下的滨湖—浅湖沉积环境。和尚沟组在区内缺乏生物化石,但在邻区义马韩沟下三叠统和尚沟组中采得植物化石Pleuromeria cf.jiaochengensis(交城肋木相似种)、Yuccites sp.(丝兰未定种),介形类Darwinula cf.triassiana(三叠达尔文介相似种)等。上述肋木出现于欧亚大陆下三叠统奥列尼克阶。丝兰是德国下三叠世斑砂植物群的重要化石。从岩性及层位关系来看,本组与义马地区的和尚沟组为同一层位,故将和尚沟组归于早三叠世晚期。介形类化石是一类具两瓣外壳的微小节肢动物。化石多仅保存其外壳,壳长一般0.5~4mm,最长可达30mm,壳面纹饰是鉴定介形类化石的重要特征。介形类从奥陶纪一直延续到现在,海相和陆相地层均有产出。

登封东金店卷门水库和尚沟组剖面(图9-3):

图9-3 登封市卷门水库下三叠统和尚沟组剖面图(引自河南区调队,1989)

上覆地层 二马营组(T2e)紫红色砂岩

整合

和尚沟组(T1h) 厚81.9m

4.暗紫红色钙质泥岩,夹石英粉砂岩、泥晶灰岩及同生砾岩 23.1m

3.紫红、鲜红色钙质泥岩与紫红色薄—中厚层长石石英砂岩呈不等厚的互层。泥岩中虫迹发育。 24.4m

2.下部为紫红色钙质泥岩,夹粉砂质微晶灰岩,含钙质结核,呈似层状;上部为紫红色泥岩夹长石石英砂岩 17.2m

1.灰紫色泥质钙质粉砂岩,含白色钙质结核,呈似层状 17.2m

整合

下伏地层 刘家沟组(T1l)石英砂岩

2.中三叠统(T2)

二马营组(T2e) 1959年中国科学院在山西宁武二马营命名。1960年河南地质局石油队首先在本省济源划出“二马营群”。二马营组为一套中细粒陆屑沉积建造。主要岩性为暗紫、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩、灰紫色长石石英砂岩互层,上部夹1~2层黄绿色长石砂岩和多层鲜蓝绿色微晶泥灰岩。在黄绿色长石砂岩中含植物化石(多为碎片),鲜蓝绿色泥灰岩中含丰富的轮藻和介形类化石。在暗紫红色泥岩、粉砂岩中虫迹极为发育,虫管直径3~10mm,形如蚯蚓,横七竖八无规律地分布于岩石中。该组以色调灰紫、暗紫,夹含轮藻、介形的鲜蓝绿色微晶泥灰岩薄层,虫迹大量出现为主要特征。韵律发育,由下而上、由粗到细组成多个韵律。砂岩具水平层理、微波状层理。反映为在缓慢水流作用下的河流三角洲—滨湖沉积环境,同时也反映了气候由干热逐渐向温湿条件过渡。在卷门水库二马营组剖面和李沟二马营组剖面中采得丰富的轮藻、介形类及少量的脊椎动物和植物化石。在卷门水库剖面中发现丰富的轮藻化石,经河南地研所鉴定,计有6属24种。主要有:Stellatochara hoellvicensis等星孔轮藻多种;Mashovichara dengfengensis等马氏轮藻多种;Stenuochara ovata等直立轮藻多种。其组合为:Stellatochara-Mashvichara-Stenochara轮藻植物群。以上轮藻组合与德国、瑞典、苏联的中三叠世轮藻组合大多数的种属相同或相似。在国内可与湖北巴东组,江苏黄马青组,山东聊城组及陕西二马营组等中三叠世的轮藻化石组合相对比。卷门和茶亭沟采得较多的介形类,经河南地研所鉴定有:陕西介属、斜达尔文介、高崖底陕西介等,都是陕甘宁盆地中三叠世早期二马营组的主要分子。在登封李沟剖面于本组上部发现Parakannemeyeria(副肯氏兽),可与陕甘宁盆地边缘的中三叠统纸坊组和山西宁武、沁水等地含中国肯氏兽动物群的二马营组对比。二马营组中的轮藻,是藻类植物中分化程度最高、构造比较复杂的一种,外形似有“根、茎、叶”的分化。我们看到的轮藻化石多是具有钙化能力的藏卵器(雌性生殖器官),表面具饰纹,呈球形,一般小于1mm。生活于淡水或半咸水中,从泥盆纪起至现代仍有延续。在中、新生代含油地层对比中应用较多(图9-4)。

图9-4 轮藻(引自《地质词典》,1979)

登封东金店庄河西二马营组剖面(图9-5):

图9-5 登封市卷门水库中三叠统二马营组剖面图(引自河南区调队,1989)

上覆地层 油房庄组(T2y)黄色砂岩

整合

二马营组(T2e) 厚463.0m

18~19.紫红色泥岩与灰褐色薄—中厚层细砂岩互层,夹鲜蓝绿色泥晶灰岩,含轮藻、介形类化石 85.6m

17.黄绿色中—厚层细粒长石石英砂岩,夹鲜蓝绿色微晶泥灰岩,底部产植物化石,微晶泥灰岩中产轮藻化石 7.8m

16.紫红色泥岩夹粉砂岩,层面具泥裂 27.6m

15.黄色薄—中厚层细粒长石石英砂岩 5.5m

14.紫红色泥岩夹灰紫色薄层粉砂岩 38.8m

13.紫红色含砾钙质石英砂岩 5.8m

12.上部暗紫红色泥岩夹灰绿色钙质泥岩及钙质砾岩,下部紫红色钙质长石石英砂岩夹棕红色粉砂岩,虫迹发育 41.2m

11.紫红色泥岩夹中厚层长石石英砂岩,含同生砾岩 3.4m

10.底部为紫红色砾岩,中部为细砂岩夹绿色泥岩及粉砂岩,上部暗紫红色中厚层细粒长石石英砂岩与鲜红色泥岩呈不等厚互层,虫迹发育 129.7m

9.暗紫红色中厚层砂岩,顶部为紫红色泥岩 10.9m

8.鲜红色薄层泥岩 7.4m

7.暗紫红色中厚层长石石英砂岩 8.4m

5~6.紫红色中厚层细砂岩、厚层亮晶砾屑灰岩 4.3m

4.灰绿色中厚层长石石英砂岩 4.4m

3.紫红色钙质泥岩,含鲜蓝绿色斑纹 4.0m

2.暗紫红色薄—中厚层长石石英砂岩,夹少量泥岩及同生砾岩 35.8m

1.暗紫红色细粒长石石英砂岩与粉砂质泥岩互层;底部为灰绿色砾岩,厚2~20cm,顶部为粉砂质泥晶灰岩,厚8~10cm,产轮藻化石 42.4m

整合

下伏地层 和尚沟组(T2h)紫红色泥岩

油房庄组(T2y) 1960年河南地质局石油大队在济源县油房庄命名。油房庄组为一套中—细粒陆屑沉积建造。以杏黄、米黄色长石石英砂岩为主,夹杂色泥岩,自下而上由粗到细组成两个沉积旋回及多个小韵律层,每个旋回厚30~60m。砂岩层面具冲刷槽沟,水平层理及斜层理发育,砂岩中含植物化石(多为碎片)。该组属于湿润气候条件下的河流—滨湖相沉积环境。油房庄组以杏黄、米黄色长石石英砂岩为独特标志,可与济源、义马地区的中三叠世晚期油房庄组对比。本组含较丰富的植物化石,但多为碎片,仅见有Neocalamites sp.(新芦木未定种),在济源仙口油房庄组中产Neocalamites carrerei(卡勒莱新芦木)、N.carcinoides(蟹形新芦木)、Equisetites arenaceus(砂地拟木贼)、E.tongchuanensis(东川拟木贼)等有节类植物,与陕西中三叠世晚期铜川组植物群相同。据该组岩性、岩相特征、层位关系及与邻区生物群对比,其时代应为中三叠世晚期。油房庄组提到的植物化石“新芦木”和“拟木贼”,都是楔叶植物茎化石的属,都是高大的木本植物。新芦木与芦木近似,拟木贼与现代木贼属也几乎没有区别。

登封李沟油房庄组剖面(图9-6):

上覆地层椿树腰组(T3c)灰黄色砂岩

整合

油房庄组(T2y) 厚106.8m

5.紫红色薄—中厚层粉砂岩与灰绿、紫红色泥岩互层,水平层理及斜层理发育 11.6m

4.米黄、黄绿色中厚层细—中粒长石石英砂岩,夹少许暗紫红色泥岩,砂岩含植物化石(多为碎片)Neocalamites sp.(新芦木未定种) 58.7m

3.紫红色薄—中厚层粉砂岩 8.0m

2.杏黄、黄绿色中厚层细—中粒长石石英砂岩,夹紫红色泥岩,水平层理及交错层理发育,层面具凹槽 25.3m

1.米黄色中厚层中粒长石石英砂岩,斜层理发育 3.2m

整合

下伏地层 二马营组(T2e)紫红色泥岩

图9-6 登封市李沟中三叠统油房庄组剖面图(引自河南区调队,1989)

3.上三叠统(T3)

椿树腰组(T3c) 1960年河南省地质局石油地质队命名,本组以济源西承留椿树腰发育较好。椿树腰组为一套灰黄、黄绿色长石石英砂岩与灰紫色粉砂质泥岩互层,夹泥灰岩、炭质页岩、油页岩。自下而上组成多个韵律。沉积物内含丰富的双壳类及有节植物化石,指示了淡水湖泊的沉积特征。炭质泥岩及油页岩的形成,反映出某一阶段湖泊沼泽的沉积环境。在湖盆的边缘为河流相沉积。总之,该组为温暖潮湿气候条件下的河流—沼泽—湖泊环境。1982年省煤炭勘查公司在芦店13701及11003钻孔中发现本组的砂岩、泥岩中产双壳类Shaanxiconcha(陕西蚌)等及植物化石Neocalamites carrerei(卡勒莱新芦木)、Equisetites(拟木贼)等。上述双壳类和植物化石多见于济源上三叠统椿树腰组,也与陕北延长群二段,在岩性、岩相及沉积特征方面相似,故将椿树腰组归属晚三叠世早期。

登封李沟椿树腰组剖面(图9-7):

图9-7 登封市李沟上三叠统椿树腰组剖面图(引自河南区调队,1989)

上覆地层 谭庄组(T3t)钙质砂岩

整合

椿树腰组(T3c) 厚168.8m

10.紫红色薄层粉砂岩夹泥岩 8.5m

9.杏黄色中厚层中粒长石石英砂岩,含植物化石,多为碎片 17.0m

8.暗紫红色薄层砂岩与泥岩互层,夹黄绿色钙质泥岩,韵律发育 29.9m

7.黄、黄绿色中厚层中粒长石石英砂岩,水平层理及交错层理发育 14.8m

6.紫红色薄—中厚层粉砂岩,夹灰绿色泥岩,砂岩中产植物化石:Neocalamites sp. 10.4m

5.灰白色薄层粉砂岩 9.9m

4.下部紫红色中厚层粉砂岩,上部为灰绿与紫红色泥岩互层,夹灰黑色炭质泥岩 6.2m

3.黄、灰黄色中厚层长石石英砂岩,交错、水平层理均发育 15.1m

2.紫红色薄—中厚层粉砂岩、灰绿色钙质泥岩与灰色泥岩互层,夹灰黑色薄层油页岩,韵律发育 53.0m

1.黄、灰黄色中厚层中粒长石石英砂岩 4.0m

整合

下伏地层 油房庄组(T2y)紫红色粉砂岩

谭庄组(T3t) 1960年河南省地质局石油队在河南济源县谭庄命名。与下伏椿树腰组整合接触,其上为第三系或第四系不整合覆盖。谭庄组为黄绿、紫红、灰绿色砂岩、钙质泥岩与粉砂岩互层,夹少量泥灰岩、炭质泥岩及煤线,偶夹菱铁矿结核。自下而上由粗到细组成多个韵律。水平层理发育,层面具微波痕。砂岩、泥岩中含丰富的双壳及有节类植物化石。该组应为温湿气候条件下的沼泽—湖泊沉积环境。谭庄组植物群组合面貌与陕北延长群、济源、义马地区的谭庄组植物组合是一致的。双壳类中的三角陕西蚌、斜卵陕西蚌、近卵陕西蚌等,多出现于陕北延长群二、三段及山西延长组二段和济源谭庄组等地三叠纪地层中。故将谭庄组归属晚三叠世晚期。

登封市宋家沟上三叠统谭庄组剖面(图9-8):

图9-8 登封市宋家沟上三叠统谭庄组剖面图(引自河南区调队,1989)

上覆地层 第四系(Q)黄土

不整合

谭庄组(T3t) 厚95.8m

13.灰色中厚层长石石英粉砂岩 3.8m

12.黄绿色薄层泥岩,产植物化石:拟木贼、霍尔新芦木、卡勒莱新芦木、多皱新芦木等 1.3m

11.黄绿色薄层粉砂岩、泥岩,含植物碎片 3.8m

10.灰白色薄—中厚层中粒砂岩 1.6m

9.紫红色薄层泥岩,夹黄绿色中厚层钙质粉砂岩 6.8m

8.黄绿色钙质泥岩,夹紫红色泥岩,产卡勒莱新芦木 6.3m

7.紫红色薄层泥岩夹黄色透镜状泥岩 6.5m

6.灰色中厚层细砂岩,夹紫色、黄绿色泥岩及炭质泥岩 7.9m

5.紫红色薄层泥岩,夹灰白色薄层泥晶灰岩 12.5m

4.黄绿色薄层钙质泥岩,夹紫红色泥岩 2.3m

3.黄绿色薄层钙质泥岩与黄绿色中厚层细砂岩互层,产双壳类化石:三角陕西蚌、斜卵陕西蚌、近卵陕西蚌等 24.1m

2.灰黄色中厚层含生物碎屑长石石英砂岩 2.7m

1.灰、灰黄色钙质砂岩 16.2m

整合

下伏地层 椿树腰组(T3c)黄色泥岩

区内三叠系主要分布于向斜盆地中。由于受印支运动的影响,早三叠世后期,嵩山东部地壳抬升,使密县、大隗一带缺失中、上三叠统,仅沉积了厚约60~100m的下三叠统刘家沟组及部分和尚沟组。西部芦店和东金店向斜仍处于大幅度下降阶段,形成三叠纪沉积盆地中心,连续沉积了厚达1200余米的三叠纪地层。三叠系各组岩性特征、化石类型、沉积环境、气候条件变化情况如表9-2。

表9-2 嵩山三叠系主要特征简表