辽西冀北地区中生代地球物理场特征及其指示意义

辽西冀北地区具有与其他地区不一样的产生新事物的地质构造与环境。例如，”热河生物群”这一专有名词的出现是因为种类繁多，世界罕见的古生物化石在辽阳朝阳及其周边地区大量的出现。美国著名地质学家葛利普首次在第二十世纪发现和提出了“热河生物群”这个名词。中国著名地质古生物学家顾智伟教授在他最著名的作品是中国的侏罗纪和白垩纪”一书，整理出叶肢介和狼鳍鱼为“热河生物群”或“热河化石代表。冀北辽西地区也因为这一发现而世界闻名，被业界称为世界第一大化石群，甚至被某些专家学者称为地质学的摇篮。1.2该地区的研究意义伴随着金属矿和油气勘探的发展，地球物理的重要性渐渐被人所知.随着对于地球物理认识的进一步深化改革，尤其是在地球物理勘探方法、仪器设备的更新换代、以及对于资料的收集和处理方面的显著进步，使得其勘探能力显著提高.当前国内地表区域范围内的大部分油气和矿产已被查明，但是在地表1000米及其以下地区仍蕴藏着大量的化石能源，然而传统的技术勘查手段已经被证明具有很大的局限性且得到的数据不太准确，所以更加准确和科学以及安全的地球物理的找矿找油气方法开始焕发光彩，而在所有的时代中，中生代一直是国内外研究领域中的重中之中，因为工业它独特的气候条件以及生物大爆炸等原因，导致这里富集有丰富的矿产、油气、煤等重要的血脉。所以研究辽西冀北地区中生代的地球物理场特征，对利于用物探的方法来找矿找油气具有极大的指示意义。1.3国内外研究现状本论文需要考虑到辽、冀、蒙三省交界及其相邻地区，以及有关重力场和磁场的相关理论，前期在对这两方面的文献进行了搜集的基础之上，对其进行了整理和归类，如下表所示：表1-1收集到的相关的文献资料的归纳研究领域中文文献数量外文文献数量备注辽西冀北地区古生物及生物地层归属3040所有的外文文献均来自于SCI及sciencedirection盆地构造背景及大地演化288火山岩地球化学特征及测年237盆地沉积特征，层序及地层界线204重、磁场特征82总计109篇61篇总计：171篇1.3.1辽西冀北地区的研究现状根据近10年的科研论文汇总表和分类（表1-1），在河北北部和辽宁西部地区的研究发现是最大的古生物学和地层学方面。此外，关于盆地构造背景和大地演化以及火山岩特征和盆地沉积特征和地层界线等方面也有不少的研究，而对于该地区地球物理场特征方面的研究却少之又少。本文的切入点是研究该地区中生代地球物理场的特征，从而与地球物理找矿找油气的方法结合起来，为该地区的找矿，提供新思路。下面将对收集到的文章从以下三个方面进行归纳1.古生物及生物地层归属2.盆地构造背景及大地演化3.重、磁场研究成果1.3.2古生物及生物地层在河北北部和辽宁西部地区主要属于两生物群的古生物化石：热河生物群和热河生物群在道虎沟生物（道虎沟生物群）。热河生物群：辽西区域凌源、朝阳那片（上世纪初属于热河省）散布在下义县组（K1y）、九佛堂组（K1j）中，以叶肢介、三尾蜉蝣生物、狼鳍鱼为代表的化石群。从侏罗纪到白垩纪阶段，亚洲东部地区涌现出了奇特的生物地理区系，囊括了中国北部大多数地域和东南沿海部分区域、蒙古南部和俄罗斯外贝加尔地区。这个生物地理区系以产丰富多彩的在陆地环境生活的动植物为特点，形成了东亚地区中生代陆相化石群—“热河生物群”。据不完全统计，热河生物群目前已包括恐龙、蜘蝎、鳄类、翼龙、鸟类、哺乳类、乌龟类、青蛙、蜘蛛螺、鱼、叶肢介、介形虫、双壳类、腹足类、虾、玄类、蜘蛛、昆虫、植物、孢粉、藻类和其他20多个化石。1.3.3盆地构造背景及大地演化对河北北部和辽宁西部的演变的构造格局分为2种观点。第一类看法以为与太平洋板块向华北板块俯冲相关。从中侏罗世到早白垩世，让太平洋构造域与古亚洲洋构造域，河北北部和辽宁西部地区从西北向东南挤压逆冲形成的逆冲推覆构造。半途呈现暂时的拉伸造成断面倾向北西的正断层体系，然后到受郯庐断裂影响导致一连串左旋走滑断层操控的张扭盆地，奠基了该区中生代盆地模式。中国东部盆地的形成与中国东部地壳和岩石圈的伸展、细化有着密切的关系，这是从二次视图中得到的。MZ早期华北克拉通通过东部陆壳增厚，其次是岩石圈减薄，而沉淀效果的拆迁是由薄的岩石圈减薄的主要机制引起的，导致在辽西地区MZ的构造应力场从压缩的张力，，因此，有广泛的火山岩浆活动，然后形成一个大型断裂盆地群或其他拆除的影响。1.3.4地球物理的方法在找矿中的应用在科学技术的强劲发展的前提下，有很多的矿产勘查方法，现在寻找矿物技术逐渐向方向的一个简单的操作，和相关学科也涉及到更广泛。所以我们必须寻找继续学习的方法。充分利用综合技术领域，探索从表面到深的矿产资源的分布。同时，利用各种精密仪器测量仪器，以获得准确的数据，同时也充分利用信息系统，将各种数据转换为参考图标。1.4研究内容及方法由于此论文的重点在于整理分析以及归纳该地区的地球物理场特征，且由于经费和时间的原因，以及研究地区范围过大，故无法到具体的某一个地区实地考察，所以目前并无实际研究成果。本论文的研究工作主要为查阅该地区相关中外文文献，收集有用的信息，并选取具有代表性的地区作为论文的分析重点。进一步学习地球物理场方面的知识，如布格重力常数数值的异常对不同地质特征的体现，以及如何看懂该地区相关的重力场，磁场图反应出的该地区的地质特点。将辽西冀北地区根据重力场和磁场等地球物理场的特征进行归类，如，根据不同区域（归类后)之间的重力场特征的差异，可以大致了解该地区在地质上的差异，从而为地质研究提供参考价值。然后根据各个典型地区的数据进行整合，得出新的数据，并作出相应的图表，以此来分析整个辽西冀北地区的地球物理场特征，并提供找矿找油气新思路。研究方法：首先进行文献资料的收集和综述，确定论文研究的主要内容和预期成果，确定主要的研究方法、任务和进程安排；接着进行充分的野外研究工作，主要是进行早期的野外踏勘和地质观测，对辽西冀北地区的岩性分布、岩性段划分、旋回性和地理空间分布有个具体的认识；以及进行岩石地球物理取样；然后进行室内研究工作，首先是对所选取的具有代表性的地点进行年代学研究，探究该研究区的活动年代—中生代；其次是利用数据处理的方法，将所得到的数据，进行计算机模拟，制成图表，最后根据图表所反映的特征，结合前人的研究结果，以及参考文献，得出合理的结论。1.5工作量表主要完成的工作量可分为以下三个部分（表1.4）：（1）.前期的文献综述：查阅并研读中外文献30余篇，其中精读并翻译外文文献一篇（见附录），粗略翻译外文文献5篇。（2）.暑期生产实习一周，首先是柳江盆地及周边为期一周的火成岩实习，对于冀北火山岩分布获得概括性的认识，开阔研究思路；秦皇岛青龙地区野外工作一周，主要利用地球物理设备对该地区进行数据收集，并采集相关的岩石标本，方便进行镜下观察。其中岩石手标本样10件，相关图片50张，根据数据绘制的区域地球物理场特征两张（磁法一张，电法一张）进行岩石地球物理样品的测量和地球物理数据的分析研究工作，并绘制相关岩石地球物理图件。2.区域地质概况2.1区域地质背景冀北辽西区域是我国中生代陆相地层和热河生物群科研的著名区域，对本地区最先的钻研可追溯到上个世纪20年代（Grabau，1923，1928）[4，70]。顾知微（1962）中国北方地区沉积地层的狼鳍鱼称“热河群”（热河组），并将以狼鳍鱼类和三尾蜉蝣和东方叶肢介为代表的化石群称作”热河生物群”(JeholBiota)。在70年代以前，特别是在过去的15年里，河北北部和西部辽宁地区的研究逐渐增多，许多科学家在这方面做了大量的工作。2.2华北克拉通区域地质特征华北克拉通被分为两个主要的板块（东部板块和西部板块），但是介入造山带的边界和年龄一直是一个目前争论的主题。一组表示边界是中央造山带的晚期太古代-古元古代造山带。随后在18.5亿年遭受了后期变形作用。另一个研究小组表明，该造山带是大约1.85Ga叫做华北造山带代表两个板块在1.85Ga发生了碰撞。值得一提的是中央造山带与赵教授所提的华北中部造山带是不一样的。图2-1：华北克拉通地质图COB是太古代的造山带是由太古代的构造来定义边界的，而华北中部造山带却被定义为元古代的造山带，尽管它与中生代的结构构造相邻。前寒武纪的地质状况在任何一边的中生代断层都及其相似，华北克拉通外部和内部岩石的唯一显著区别就是赵所定义的华北克拉通中出露与非出露的太古代到古元古代的基地，以及分别在东西部板块区域出露和非出露的太古代到古元古代的沉积基地。在本篇综述中我们将根据最新的地球物理和地球化学方面的实验数据来为华北克拉通的构造演化评估不同的模式，并且提出一个新的与当前得到的数据相一致的统一模式。东西部板块被一个造山带隔开，而造山带中几乎所有的U-Pb年龄都落在2.55到2.5GA之间，稳定的西部板块也被称作鄂尔多斯板块，该稳定板块自前寒武系以来便具有厚地幔根，无地震，低热流，以及缺乏内部变形的造山带，西部板块具有很厚的沉积盖层，沿东部边缘该断层由一条狭长的2.55-2.5Ga的岛弧深成岩体所侵入，大部分西部板块的太古代地质出露情况并不好，由于存在较厚的太古代到白垩纪的地台盖层。相反，东部板块是非典型的克拉通，其在构造上非常活跃并且有许多的地震发生，伴随着高热流，稀薄的岩石圈反映了缺乏厚地幔根，东部板块包含各种3.5-2.8Ga的片麻岩和绿岩带，部分区域被2.5-2.55Ga的砂岩和碳酸岩单元所覆盖。变形复杂且多期，说明从早太古代到中原古代经历过复杂的碰撞、裂解和低侵历史，并在中生代-新生代又经历了一次。图2-2：华北克拉通板块分类图2-3:根据年代对华北克拉通的划分注：2.5Ga麻粒岩高压麻粒岩超高温麻粒岩图2—4燕山造山带构造示意图（辽西地区）注：1-侏罗-白垩纪蒙古-缝合带；2古太平洋俯冲带；3拉木伦河缝合带4二叠纪到三叠纪秦岭缝合带；5郯庐断裂带；6中新生代沉积盆地燕山西辽宁盖层可分为两层结构：由严廖夫向斜和秦皇岛回来的形状相互叠加和相应的推覆构造阶段，包括内蒙古和燕山沉降带复杂轴倾斜范围。是矩形的三个背斜和两个向斜相间组成，及相应的东西向纵断裂，南北向横断裂以及东西向、北西向的共轭断裂形成。2.3区域地层概括在河北北部和辽宁西部地区地层各不相同，在河北省中生代主要出露侏罗系和上侏罗统北、辽西地区中生代出来，露水更完整。当前，在河北北部和辽宁地区，部分地区的地层归属问题尚未达成共识，两者之间的地层对比也多点。图2—5辽宁西部地区的结构构整体图注:F1-北票-凌源反盖故障；F2-郭佳店-营子反盖层断裂；F3唐寺反盖故障；F4-建昌—朝阳逆掩断层；SF1—套格河包堡—凌源走滑断层；SF2—朱碌科—中王家走滑断层；SF3—八家子—药王庙—朝阳走滑断层；SF4—哈尔套—锦州走滑断层；1—逆掩断层；2—推断逆掩断层；3—正滑断层；4—走滑断层；5—逆掩断层编号；6—走滑断层编号。涉及更广泛的地区，包括河北北部和辽宁西部地区，各不相同的两区域地层，在河北省中生代主要暴露j2-k1北。表2-6.辽西地区地层特征而在辽宁省西部，中生代的发展更为彻底。这给两地的地层对比带来了很大的困难，也是近年来学者们争论的焦点。不仅如此，在不同学者的研究成果中，这两个区域各自的地层归属也存在不同看法。因为本文主要研究地球物理场的特征，所以只选取几个具有表达性的组进行阐述。2.3.1土城子组在辽宁和河北地区分布都比较多。在滦平地区及其西部的盆地中，土城子组与张家口组之间以喷发性的不整合接触特征为主，当然也存在部分的整合接触，主要体现为张家口组中的酸性火山熔岩直接把土城子组的沉积岩给覆盖了。在张家口组合土城子组的接触面的周围，土城子组顶上的砾岩跟整体的砾岩并不存在显著的差别；张家口组火山熔岩的底部周围也并没有出现特别的跟土城子组的砾岩层不同的情况出现2.3.2张家口组以酸性火山熔岩为主，在冀北地区很发育。滦平地区的张家口组主要是一套紫灰、灰紫、灰绿色石英粗面质熔结凝灰岩、角砾凝灰岩，安山岩、粗面岩和流纹岩等较少。2.3.3北票组北票组底部为砾岩，下部为黄褐、深灰色页岩、砂岩夹砾岩、粉砂岩夹砾岩；上部为黄褐