引言

赵家庄组是杜汝霖研究太行山中南段地层时建议命名的一组地层，地质年龄约2 000 Ma^[1-2]，属于中元古界长城系早期的一个地层单位。提到长城系，地学工作者通常对常州沟组较为熟悉^[3-10]，而赵家庄组仅在少数文献中有所提及^{[1, 2-11]}。究其原因，一是由于赵家庄组分布范围较为局限，仅在太行山中南段部分地区有所发现；另一种可能就是其地层界线及沉积特征不为大家熟知。因而，即使在对长城系进行研究的过程中有所发现，也大多被归属到常州沟组。近年来，作者在河北井陉-赞皇地区针对太行山中南段长城系开展了一些野外地质研究工作，认为赵家庄组是长城纪早期的一个特有地层单位，其沉积特征明显，地层层序完整，地层界线清晰，与常州沟组具有显著不同的岩石组合特征，作为前寒武纪的一个特殊地层单位，有必要对其进行详细研究。

1 地质背景

研究区位于太行山南段，行政区划属于河北省西南部井陉-赞皇一带(图 1)，构造上位于燕辽裂陷槽西南端太行湾中北部。目前发现的、出露较全的剖面位于井陉县张河湾镇和赞皇县院头镇一带。

早元古代，鄂尔多斯陆块与阴山陆块碰撞接合形成的西部陆块，后来又与东部地块对接并最终形成了较为稳定、统一的华北克拉通^[12-13]。中元古代进入伸展阶段，华北克拉通北缘形成燕辽裂陷槽(又称燕辽拗拉谷) ^[14-20]。裂陷槽内主要为碎屑岩和碳酸盐岩，局部层位广泛发育火山岩。

中元古代早期，除北东方向外，太行湾周边均为古陆环绕，不同地区可接受冲、洪积作用带来的陆源碎屑沉积。随着伸展构造运动的进行，燕辽裂陷槽逐渐形成，北部元古亚洲洋的海水沿燕辽裂陷槽从北东向南西侵入，太行湾逐渐演变为陆表海—滨浅海环境，水体较清、浅，开始接受海相沉积。

2 野外剖面及地层特征 2.1 野外剖面特征

剖面位于河北省井陉县测鱼镇北山，该剖面紧邻测鱼镇政府和测鱼镇小学，交通较为便利。北山剖面为一地势变化不大的小山坡，坡度在15~35°，山脚下为农田，向上可见几处小规模陡坎，剖面出露较为完好。实测剖面如图 2所示，具体剖面描述如下。

上覆地层：中元古界长城系常州沟组(Chc)

15常州沟组中厚层状杂色底砾岩

     ------平行不整合------

中元古界长城系赵家庄组(Chz，总厚83.2 m)

14中厚层状藻灰岩、灰质白云岩夹薄层紫红色灰质页岩。页岩风化严重，呈碎片状，新鲜处可见纵向、斜向裂隙，其间充填浅黄绿色泥质充填物；藻灰岩、灰质白云岩具叠层构造，层面上发育泥裂、波痕等     9.5 m

13紫红色、猪肝色页岩为主，夹数层极薄灰绿色—灰白色页岩、粉砂质页岩，风化较为严重，碎片状，新鲜裂隙处可见白色钙质、石膏质充填物  7.2 m

12灰白色灰质白云岩、白云岩   0.5 m

11紫红色、猪肝色页岩，夹数层极薄层灰绿色—灰白色页岩、粉砂质页岩    19.5 m

10灰白色中薄层中粗粒石英砂岩、长石石英砂岩，发育羽状交错层理、楔状交错层理、槽状交错层理、波痕等     5.5 m

9灰白色中薄层中细粒石英砂岩、白云质长石砂岩夹浅红色页岩，可见小型交错层理、波痕    5.1 m

8紫红色、猪肝色页岩    2.8 m

7灰白色白云质石英砂岩，夹薄层紫红色页岩  2.1 m

6灰白色石英砂岩、钙质石英砂岩，发育羽状交错层理等多种小型层理及波痕   7.7 m

5灰白色白云质长石石英砂岩，发育小型层理及波痕   2.8 m

4紫红色、猪肝色页岩、钙质页岩、粉砂质页岩，风化严重    6.4 m

3紫红色、铁锈色中薄层铁质石英砂岩，发育中小型层理、波痕等    7.8 m

2紫红色、铁锈色铁质含砾石英砂岩、粗砂岩，砾石主要成分为石英、石英岩和砂岩，粒径2~45 mm，可见多种小型层理，偶夹薄层页岩      3.9 m

1杂色底砾岩，砾石主要成分为石英、石英岩和砂岩，粒径粗大，主体粒径10~70 mm，杂乱排列，白色、红色各异，向上砾石渐少，渐变为含砾石英粗砂岩      2.4 m

~~~~~~~~沉积不整合~~~~~~~~

下伏地层：古元古界滹沱系南寺组(Hns)，灰绿色变质安山岩

2.2 地层特征

通过野外剖面测制及前人资料，发现中元古界长城系赵家庄组主要分布在河北省井陉县测鱼镇和赞皇县院头镇一带^{[5, 11, 21]}，厚0 150 m，与上覆中元古界常州沟组呈明显的平行不整合接触，与下伏古元古界呈沉积不整合。

通过野外地质资料综合分析和归纳总结，赵家庄组可划分为4段。

一段：粗碎屑岩层，主要出露于测鱼镇北山、张河湾水库北侧、六庙等剖面，发育在赵家庄组底部。以杂色底砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩为主。砾石粒径从几毫米至上百毫米大小不等，常见红色、白色、绿色(图 3)，主要为硅质岩、石英岩、砂岩、火山岩等，分选很差，棱角状—次圆状，分布局限，杂乱排列，不具方向性。在北山剖面可见整体上呈正粒序层理，岩层厚度也向上变薄。该段地层与下伏古元古界变质火山岩呈沉积不整合接触。

二段：砂岩与页岩互层，在测鱼镇及院头镇均有出露。以中薄层状、透镜状中细粒石英砂岩、长石石英砂岩、白云质石英砂岩、铁质石英砂岩、海绿石石英砂岩及粉砂岩为主，夹紫红色页岩及薄层状灰绿色、灰白色页岩(图 4)。砂岩中发育平行层理、羽状交错层理、槽状交错层理、楔状交错层理、泥裂(印痕)、波痕等多种沉积构造(图 4)，在阳坡剖面砂岩中还可见大量遗迹化石(似海藻迹Thalassinoides sp.、针管迹Skolithos sp.、罗斯托洛万迹Torrowangea sp.、蠕虫迹Helminthoida sp.、线形迹Gordia sp.等) ^{[11, 21]}。页岩多为紫红色、浅红色，主要是富含Fe³⁺导致；其间夹有数层极薄灰绿色、灰白色页岩，为富含鲕绿泥石、海绿石等矿物导致。

三段：页岩层，在测鱼镇及院头镇均有广泛出露。以紫红色、猪肝色页岩、粉砂质页岩、钙质页岩为主，夹中薄层、透镜状细粒白云质砂岩、海绿石石英砂岩、砂质白云岩、叠层石鲕粒白云岩，并可见数层极薄层状灰绿色、灰白色页岩。白云岩、砂岩中可见各种小型交错层理，层面发育小型浪成波痕(图 5)。页岩裂隙发育，多被灰白色白云石、石膏、方解石等矿物充填，易于风化破碎。

四段：叠层石藻礁层，主要出露于测鱼镇北山剖面。碳酸盐岩发育，主要为浅土褐色中厚层状灰质白云岩、砂质白云岩、藻灰岩、藻云岩，分布局限，局部可见点状、板状藻礁(亦叫点礁、斑礁)，叠层构造发育(富含Gruneria sinensis、Xiayingella xiayingensis、Radiatia zhaojiazhuangensis、Collumnacollenia cf.、Katernia vitiformis等藻类) ^[21-23]，可见泥裂、波痕等，夹薄层紫红色页岩(图 6)。该段直接与上覆常州沟组呈平行不整合接触。

中元古界长城系赵家庄组沉积受沉积环境制约明显，分布范围较为局限，不同地区地层发育完整程度亦有较大差异。赵家庄组一段底砾岩，仅会在既具有充足物源、又具有聚拢地形的局部地区发育，推测为冲洪积沉积环境的产物；二段和三段分布较为广泛，推测为潮坪环境；四段碳酸盐岩，藻灰(云)岩叠层构造发育，需要较为清浅的水体环境，只有当陆源碎屑沉积作用影响较为薄弱、藻类生长繁茂时，才有利于其形成^[23]，因而分布也很局限。

赵家庄组在一段和二段不发育时，三段和四段可直接与下伏古元古界变质火山岩呈沉积不整合接触，并直接与上覆常州沟组呈平行不整合接触。

3 沉积相分析

根据现代天文学的宇宙膨胀说，元古代的地球比现在要小。当时，地球表面覆盖广阔而平浅的陆表海、陆缘海，陆地面积较现在要小得多，因而大气中的尘埃稀少^[23]；加之当时臭氧层尚未形成，阳光辐射强烈，气候炎热，故海水蒸发量大，因而气候变化剧烈^[23]。尚无植被覆盖的古陆广泛出露富镁岩及富硅岩，风化剥蚀强烈，可向海洋源源不断地供应镁(白云岩需要)和硅(燧石条带、硅质岩等需要)等矿物质，加之大气圈及水圈富含二氧化碳，利于具有光合作用能力的蓝细菌及微体藻类繁盛^[23]。

结合北山剖面(图 2)、阳坡剖面^{[11, 21]}和前人资料^{[2, 5, 11, 21]}，建立了中元古界长城系赵家庄组沉积相综合分析图(图 7)。

研究表明，赵家庄初期(一段)可以发育陆相冲积相带，分选较差、棱角状—次圆状砾岩和含砾中粗粒砂岩主要为冲积扇相沉积，可发育扇根亚相主水道微相、扇中亚相分支水道微相和扇端亚相扇端泥微相。

赵家庄组沉积主体为陆表海局限海湾相带，以潮坪相为主。潮坪环境的形成与当时天体特点关系密切。元古代体积较小的地球自转速度比现在要快，海洋潮汐发生的频率比现在要高，此外月球与地球之间的距离比现在要近，引力强大得多^[23]，加之研究区所处的岩相古地理背景(图 1)，因而潮坪环境发育。赵家庄早期(二段)，发育潮上泥坪微相、潮间浅滩和潮下水道微相；中期(三段)以潮间泥坪和潮间云坪微相为主；晚期(四段)则以潮间云坪、潮间泥坪和潮间藻礁微相为主，富含多种藻类，叠层构造发育(图 7)。

4 沉积模式

由于形成时代久远，前寒武纪沉积地层大多受变质作用影响强烈，沉积作用研究难度较大，相对而言研究也较为薄弱。但古老沉积地层中蕴含着丰富的矿产资源^[24-28]，同时也是研究古老沉积环境及早期古生物的窗口。

结合现代沉积学理论，综合前文所述，建立了研究区沉积模式简图(图 8)。赵家庄初期，研究区未被海水覆盖，气候较为干旱，季节性降水产生的冲刷作用形成了规模较小的冲积扇沉积，沉积物以红褐色砾岩、砂砾岩、砂岩和泥岩为主，砾石多为硅质成分含量较高的燧石或硅质岩、石英岩等。后来随着海平面的缓慢上升，气候变得温暖湿润。先前形成的冲积扇沉积体逐渐被海水覆盖，研究区沉积环境由陆上冲刷环境逐渐转变为滨浅海海湾环境，潮汐作用的影响逐渐加强，先期沉积物不断被海水改造。由于研究区地势低平，水体深度很小，因而在赵家庄中晚期，潮坪环境较为发育，形成了潮下水道沉积和潮间坪(砂坪、泥坪、灰坪、云坪)为主的沉积体，此外在水下隆起区域(先期沉积物堆积区域)，藻类大量繁殖，形成了叠层石藻礁沉积体。

5 结论

(1) 太行山中南段中元古界长城系赵家庄组顶底界线清晰，易于识别。底部与古元古界变质火山岩呈沉积不整合接触，顶部与中元古界常州沟组呈平行不整合接触。

(2) 太行山中南段中元古界长城系赵家庄组地层特征明显，完整地层剖面可发育4段，包括粗碎屑岩层、砂岩页岩互层、页岩层和叠层石藻礁层。

(3) 太行山中南段中元古界长城系赵家庄组主要形成于冲积扇相和潮坪相，冲积扇相发育扇根、扇中和扇端亚相，潮坪相发育潮上带、潮间带和潮下带亚相。

(4) 太行山脉古老沉积地层发育别具特色，可以作为研究前寒武纪沉积环境及早期古生物的一个窗口。