宋與鄭與張
原文發表在《巖石礦物學雜誌》2000年第19卷第4期；本書做了以下修改和補充:①將原文中的黑白照片改為彩色照片；②補充了以K2O、∑REE、226Ra、U、187Os/186Os、Pt、Ir為代表的地震災害事件在事件分析中的意義，與原文差異較大。
北京十三陵元古界大紅峪組在不到4公裏的距離內發生了巖相的急劇變化，這在國內外確實罕見。自東向西，尾礦段由灰色角礫矽化巖+黑色粉砂質凝灰巖頁巖+黃色含長石應時砂巖組成，峰段由不純砂巖+泥質白雲巖組成，德勝口段由泥質白雲巖+應時砂巖+凝灰巖組成。本文僅對尾礦剖面大紅峪組的三種巖石進行了系統研究。宏微觀特征、地球化學和同位素地球化學分析數據表明，尾礦段大紅峪組灰色角礫巖矽化巖和黑色粉砂質凝灰巖頁巖是火山-地震事件形成的沈積巖，而覆蓋其上的黃色含長石應時砂巖形成於正常的海岸環境。最後，提出了包含事件信息的大紅峪組沈積巖建造模式圖。
北京的十三陵是著名的歷史遺跡和風景名勝。長期以來，該地區對元谷峪的研究積累了大量的資料，但關於長城系大紅峪組的文獻相對較少。燕山山脈的拗拉槽中，薊縣至平谷壹帶是大紅峪組的主要發育區，特別是火山巖分布廣，厚度大，局部達400米。根據北京地質調查局所在山頂的測量數據，北京十三陵地區大紅峪組總厚度為80m，未見火山巖。大紅峪組的角礫巖塊很大，有熔融和彎曲現象，表明它受到火山和地震事件的雙重影響。由於大紅峪期火山活動強烈發生在十三陵以東的平谷-薊縣壹帶，燕山拗拉槽的海侵由東向西延伸[8]，火山熱水矽化後的角礫巖滑塌也有向東傾斜的趨勢。
表1角礫巖傾角實測值及校正值(地層傾角152∠45°)。
圖2大紅峪組矽質角礫巖傾向和傾角圖(按表1校正)
1巖石的宏觀特征
1.1灰色角礫巖矽化巖
灰色角礫巖矽化巖位於尾礦段的最底層，厚度為1.8 m，角礫巖大小不壹，形態各異，有扁平狀、不規則狀、熔融彎曲狀(圖3-a、b、c)。角礫巖最大30cm，最小5cm。散在矽化巖基質中，壹般堅硬，塊狀。矽化巖本身也是由米粒狀、豆狀、帶狀的矽化顆粒組成，大小從1mm到5mm不等(圖3-d)。角礫巖和基質基本上都由二氧化矽組成。
1.2黑色粉砂質凝灰巖頁巖
巖石堅硬薄，單層厚2 ~ 3 cm，露頭厚約12cm，均勻覆蓋在角礫巖矽化巖層上。在每壹單層粉砂質凝灰巖頁巖上，都有交錯的膠縮溝，直溝的寬度為5 ~ 7 mm，反映了水下膠縮特征，與壹般的幹裂有明顯區別。值得指出的是，在峰值剖面上看不到這套黑色的粉砂質凝灰巖頁巖。後來，作者在山脊以西的德勝口地區的建築工地地基中發現了壹套凝灰巖。大紅峪組在東西不到4公裏的距離內產生如此完全不同的巖相組合，令人難以置信。
1.3含黃色長石的應時砂巖
含黃色長石的應時砂巖已被石英巖化，呈中厚層狀(約50厘米)。由於與下伏黑色粉砂質凝灰巖頁巖無直接接觸，兩者的傾向和傾角壹致，可視為整體過渡關系。砂巖層上部出現小角度交錯層理。趙等人[9]認為大紅峪組-高於莊組形成時，以陸面潮汐水動力為主，屬於淺水灘環境，符合小角度交錯層理的形成條件。
2巖石的微觀特征
顫藻的遺骸。在角礫巖矽化巖中發現[10，11]，在粉砂質凝灰質頁巖中發現凝灰質自生長石[2]。新的研究成果介紹如下。
圖3北京十三陵中帶有事件信息的沈積巖-角礫矽化巖和凝灰質粉砂巖。
2.1角礫巖矽化巖
矽化巖由1 ~ 2mm的矽化球粒組成，球粒核周圍常散布壹層鐵礦物點，其中發現鈦鐵礦自形晶。矽化球粒外圍由0.1 ~ 0.2 mm的放射狀應時圓柱體組成，並有不規則帶狀泥晶白雲石點交替交代殘余。
吸蟲屬的遺跡只在壹塊“眼狀”的矽化巖石中發現，估計是壹種藻類成核石的遺跡。
2.2黑色粉砂質凝灰巖頁巖
不連續條紋顯示層理結構、局部微層間錯動和砂土液化盲脈，顯示地震事件特有的沈積構造特征[12]。粒徑為粗粉砂(0.1 ~ 0.05 mm)，碎屑顆粒為長石晶屑和應時，凝灰巖雜基充填物占壹半以上。凝灰巖為析晶粘土質，其結構與德勝口大紅峪組凝灰巖明顯不同。粒度分析的概率圖是壹個懸浮液，系數為:
MD = 3.75φ(≈0.07毫米)
mz = 3.77φ(≈0.065毫米)
σ1=0.54
SK1=0.05
千克=0.83
平均圓度Po=1.54，屬於亞棱角；
綜合結構系數Td=9.93，屬於未成熟水平[13，14]。
2.3黃色長石應時砂巖
碎屑顆粒主要為0.15mm的細顆粒，含少量大於0.25 mm的粗砂，造巖礦物中應時占85%，長石占15%。長石為風化鉀長石和斜長石，部分為新鮮條紋長石碎屑。含少量磷灰石等重礦物，少量變質透閃石出現。粒度概率圖是三級跳轉通用公式，系數為:
MD = 2.75φ(~ 0.15毫米)
mz = 2.57φ(~ 0.16毫米)
σ1=0.6
SK1=-0.48
千克=1.09
平均圓度Po=3.07，屬於圓類；
綜合結構系數Td=68.29，屬於成熟砂巖[13，14]。
3巖石的化學成分特征
為了弄清事件沈積巖在地球化學特征上的反應，本文通過巖石化學、稀土元素、γ能譜、等離子體光譜和矽同位素分析對它們進行了對比研究。
3.1石油化學分析
黑色粉砂質凝灰巖頁巖是火山沈積事件的直接證據。元古代火山活動以堿性巖為特征，K2O含量是最敏感的化學成分。薊縣地區K2O含量為7.92% ~ 11.93%，德勝口地區為10.26%[3]，4km外的尾礦區為12.73%。任福根認為，薊縣大紅峪組含有四期火山活動產物，主要為熔巖、火山角礫巖和凝灰巖，均具有高鉀低鈉的特征[6]。根據白治民等人(1999)[15]的研究，平谷地區是燕山地區大紅峪組火山巖最集中的地方。富鉀火山巖與應時砂巖、白雲巖互層，厚度可達400m m，與K2O含量相比，尾礦中粉砂質凝灰巖頁巖含量也高於普通火山巖(表2)。
表2北京十三陵和薊縣大紅峪組火山巖化學成分對比(wB/%)
3.2稀土元素的分析
鄭軍等(1999) [19]討論了大紅峪組事件沈積巖的稀土元素特征。本文僅對十三陵臺尾地區大紅峪組三層巖石進行分析(表3)。
表3尾礦剖面大紅峪組三層巖石稀土元素分析數據(wB/10-6)
從表3和圖4可以看出，火山粉砂質凝灰巖中稀土總量最高(∑REE=222.0×10-6)，其次是角礫矽化巖(∑REE=123.2×10-6)。雖然主要成巖組分SiO2 _ 2接近砂巖，但砂巖中稀土總量最少(∑REE=54.2×10-6)，進壹步說明前兩者為事件沈積，後者為正常沈積。Eu/eu *分別為0.62、0.64和1.07，也說明了前兩者的密切關系。從圖4中還可以看出，粉砂質凝灰巖頁巖和角礫矽化巖均有明顯的Eu損失，而砂巖不明顯。
圖4尾礦大紅峪組三層巖石中稀土元素球粒隕石的標準化分布圖。
(1)角礫矽化巖；(2)粉砂質凝灰巖頁巖；(3)應時砂巖
3.3巖石的γ能譜分析
多道γ能譜儀用於分析粉砂質凝灰質頁巖、角礫矽化巖和砂巖。獲得的數據(表4)表明，角礫巖矽化巖和粉砂質凝灰質頁巖中Th、Ra、K、U的含量相對高於砂巖，這也說明前兩者是有成因聯系的事件沈積巖，而後者是在正常沈積環境下形成的。
表4尾礦段大紅峪組三層巖石γ能譜分析數據
3.4貴金屬元素的分析
貴金屬元素的分析數據如表5所示。從表5可以看出，粉砂質凝灰巖頁巖中含有較高的貴金屬元素，特別是187Os/186Os達到1.013。根據國外的研究數據，這個比值越接近1，就越與地質事件有關[18]。基於地質研究的數據，我們得出了壹致的結論。
表5尾礦段大紅峪組三層貴金屬元素分析值(wB/10-9)
3.5矽同位素(δ30Si)分析
尾礦區大紅魚組角礫巖矽化巖的δ30Si分析值為0.1‰，是火山熱水矽化成因的標誌[7]，而楊莊組、霧迷山組和高於莊組矽化結核的δ30Si分析值分別為2.7‰、3.4‰和2.04‰，遠高於大紅魚組角礫巖矽化巖。
楊莊組所含的紅色、綠色和黃色矽質結核由陸源Si組成，其中Fe3+和Fe2+也來自陸源，與該組地層間夾紅色泥灰巖白雲巖和砂質白雲巖等陸源沈積環境相壹致。假酵母屬霧迷山組的[11]是潮間帶的典型標誌，其矽化部分也來自陸源Si；高於莊組矽化成核石是藻席疊層石破碎後滾動形成的，矽化部分主要為陸源Si [7]。上述矽化物均為正值，只有大紅峪組的δ30Si值為0.1‰，反映了火山Si的影響。
值得註意的是事件地層中巖石化學分析、稀土元素分析、γ射線能譜分析和貴金屬元素分析的相關性；特別是K2O、∑REE、226Ra、U、187Os/186Os、Pt和Ir的比值。①K2O含量為10% ~ 12%。在華北元古宙沈積巖中普遍偏高，甚至與周邊地區的火山巖大致壹致，這是壹個重要的特征，表明了大洪峪期火山噴發的同源性。②∑REE含量較高，特別是∑LREE比北美標準頁巖(NASC)高許多倍。筆者認為華北元古宙富鉀、富稀土沈積巖是內蒙古白雲鄂博巨型稀土礦礦源層的壹個實例(宋等，2005)[16]；③大紅峪組角礫巖矽化巖中226Ra異常的出現是由地震事件引起的，表明Rn也會出現異常。④角礫矽化巖中Th的異常應與Ra、Rn的異常壹致，代表了火山-地震事件中的普遍現象。⑤黑色凝灰巖粉砂巖中187OS/186OS的出現是事件信息的反映之壹；⑥黑色凝灰巖粉砂巖中相對較高的Pt和Ir可能是碎屑中重礦物含量增加所致。
4討論
北京明十三陵元古宙大紅峪組含有地質事件沈積。尾礦區出露的角礫巖矽化巖是火山矽化和地震波沖擊等事件綜合作用的產物。其上覆蓋的黑色粉砂質凝灰巖頁巖是火山噴出的晶體碎屑經海浪沖刷後沈積而成，其上的含長石的應時砂巖屬於正常的海岸沈積物(圖5)。
圖5北京十三陵元古界大紅峪組事件沈積模式
1—白雲石；2-矽化巖石；3-粉砂質凝灰巖頁巖；4-砂巖；5-角礫巖結構；6-膠收縮結構；7-交錯層結構；8-地下室；9-火山灰；10——火山灰墜落；11-火山爆發；12-Si；13-地震波；14—海平面；15-火山Si進入；16-入射地震波
值得指出的是，在不到4km的距離內，從德勝口大紅峪組凝灰巖到山頂正常白雲巖、砂巖互層到角礫矽化巖+粉砂質凝灰巖頁巖+尾礦區應時砂巖存在如此劇烈的相變，這說明伴隨地震的火山活動對淺海地區的影響是很不均勻的。
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