江西瑞金—福建长汀地区青白口纪—奥陶纪地层对比分析

2018-05-09刘青帝尹宏伟

现代矿业 2018年4期

刘青帝尹宏伟熊伟

(南京大学地球科学与工程学院)

2013—2016年，江西省地质调查研究院和福建省地质调查研究院共同开展了“1∶5万罗屋、濯龙、横江、九堡、瑞金市幅区域地质矿产调查”、“1∶5万仙下、于都县、梓山幅区域地质矿产调查”和“1∶5万庵杰、长汀、南岩幅区域地质矿产调查”等3个研究项目，为进一步对比分析赣南闽西交界处青白口纪—奥陶纪地层提供了大量基础信息。研究区内变质基底地层属华南地层大区，以瑞林圩—秀丘断裂带(区域上称为鹰潭—安远断裂)为界，北西部为罗霄地层分区，南东部为武夷地层分区、南武夷地层小区[1-5]。本研究通过对研究区内青白口纪—奥陶纪地层岩性特征进行详细的对比分析，为该区后续地质工作提供借鉴。

1 研究区岩性组合与沉积环境

根据标志层、类标志层和岩性组合特征，本研究将南武夷地层小区进一步细分为大柏地地层亚区和樟坑地层亚区(图1)，两者以小姑—枫树排—泽潭断裂(区域上称河源—邵武断裂)为界[6-7]。

图1 研究区青白口纪—奥陶纪地层分区

1.1 南武夷地层分区大柏地地层亚区

南华纪—奥陶纪，从扬子地层区至东南地层区，随着地层降低，不同时代的沉积构造格局由滨岸斜坡向盆地相过渡，表明研究区当时海侵主要是由南至北推进，致使沉积物向北超覆[8-10]。研究区受武夷水下隆起控制，水体相对较浅，各时代变质地层中砂岩普遍发育。本研究依据砂岩成熟度并结合特征指相矿物对区内青白口纪—奥陶纪地层的沉积环境进行讨论。

1.1.1 青白口纪

(1)神山组。主要为一套泥砂质复理石建造，主要岩性为变质岩屑杂砂岩、变质含砾岩屑杂砂岩、灰黑色(含碳)千枚岩等，岩石中普遍含菱铁矿，沉积构造清晰，主要为薄层状—块状均质层理，局部见水平纹层、斜层理和粒序层理。岩石成熟度低，距离陆源剥蚀区较近，长石含量为0～4%，石英含量为10%～50%，形成环境应处于华南洋盆拉开早期构造不稳定的浅湖或沼泽环境。

(2)库里组。主要为一套火山喷发碎屑沉积建造，主要岩性为火山喷发碎屑岩(变流纹质岩屑晶屑玻屑凝灰岩、变流纹质熔结凝灰岩、变流纹质岩屑玻屑凝灰岩以及变沉凝灰岩)和变质岩屑杂砂岩、变余岩屑石英粉砂岩、千枚岩、变质硅质岩等喷发沉积岩，岩石层理不发育，呈巨厚层状—块状构造，形成环境应为华南洋盆拉开早期构造不稳定的陆相喷发—河湖相沉积环境。

1.1.2 南华纪

(1)上施组。基本继承了库里组的沉积环境，以块状变余不等粒岩屑杂砂岩夹中层状凝灰质绿泥绢云千枚岩，或与块状变沉凝灰岩、凝灰质千枚岩、粉砂质绿泥绢云千枚岩近等厚互层，正常沉积岩比例加大，火山岩以火山喷发沉积的沉凝灰岩为主，说明距离陆源火山喷发中心较远，喷发强度有所减弱。沉积环境应为不稳定构造环境下的河湖滨岸环境。

(2)沙坝黄组。为一套中薄层状—块状成熟度较低的含碳、含硅、含铁的砂千互层组合。下段岩性为块状变质细粒岩屑砂岩、变余微细粒长石岩屑砂岩、砂质绿泥绢云千枚岩；中段岩性为中层状变余不等粒岩屑石英砂岩与青灰色薄层状粉砂质绿泥绢云千枚岩呈近等厚互层，夹中层状灰白色含绿泥石石英岩(原岩为硅质岩)，局部为菱铁矿层，底部见一层黄铁矿层；上段岩性为块状千枚状变余粉砂质微细粒岩屑砂岩、含粉砂菱铁绢云千枚岩。该组砂岩岩屑含量为16%～66%，岩石成熟度低，长石含量为0～10%，石英含量为5%～65%，沉积环境可能为构造不稳定的泻湖或滞流海湾环境。

1.1.3 震旦纪

(1)坝里组。岩性为中—厚层状变质岩屑杂砂岩、变质砂岩夹中—薄层状绢云板岩及中层状变质粉砂岩或互层产出，偶夹含石英质砾石不等粒岩屑杂砂岩、灰黑—深灰色薄层状(弱含炭)绢云千枚岩、绢云板岩。岩石中普遍含菱铁矿，砂岩中岩屑含量为5%～67%，岩石成熟度低，长石含量为0～2%，石英含量为5%～81%，形成于稳定的陆棚环境。坝里组由下至上，砂岩单层厚度呈厚—薄—厚有序变化特，反映了一次海侵—海退的全过程。

(2)老虎塘组。岩性为含碳含硅砂千互层组合，主要由岩屑杂砂岩、变余含砾不等粒岩屑石英砂岩、含砂绿泥绢云千枚岩、厚层状条纹条带状石英岩组成。岩石普遍含菱铁矿，砂岩中岩屑含量为5%～39%、无长石，石英含量为40%～76%，其沉积环境总体与坝里组相当，为稳定的陆棚环境的泻湖或滞流海湾。老虎塘组由下至上，砂岩层由中厚层状向块状演化，砂岩类型由岩屑石英砂岩演化为岩屑杂砂岩，含砾砂岩中砾石为复成分砾，据此推断其水体较坝里组沉积时略浅，继承了坝里组的总体海退系列特征。

1.1.4 寒武纪

寒武纪继承了震旦纪古地理环境，东南区—扬子区水体由深变浅，由槽盆相向滨岸或台地相过渡。

(1)牛角河组。岩性为厚层状—块状黑色砂千互层组合，砂岩中岩屑含量为16%～50%，岩石成熟度低，长石含量为0～4%，石英含量为27%～55%，小于砂岩中的石英平均含量(约65%)，形成于构造不稳定的陆棚环境。该组自下而上，总体岩石粒度变大，千枚岩比例减少，碳质含量逐渐趋于0，下部常形成石煤层或碳质页岩，局部含菱铁矿，表明为滞流、还原环境下的闭塞海湾或盆地沉积，同时也反映了寒武纪继承了老虎塘组的海退序列，海平面逐渐下降。

(2)高滩组。海平面继续下降，形成了一套下粗上细的含菱铁矿砂千互层组合。下段岩性为中—厚层状变质砂砾岩、变质不等粒(含砾)岩屑石英砂岩、含菱铁岩屑杂砂岩与灰黑色变余砂质含碳绢云千枚岩、薄层状粉砂质菱铁绢云千枚岩互层；上段岩性为厚层状—块状变余不等粒岩屑杂砂岩、变余微细粒含菱铁岩屑杂砂岩与青灰色薄层状含粉砂黄铁菱铁绿泥绢云千枚岩近等厚互层。该组砂岩中岩屑含量为15%～65%，岩石成熟度低，不出现长石，石英含量为10%～83%，形成于构造稳定的陆棚环境。该组岩石中普遍含有菱铁矿，表明为滞流、还原环境下的闭塞海湾或盆地沉积。

1.2 南武夷地层分区樟坑地层亚区

1.2.1 南华纪—早震旦世

楼前组岩性为(中)酸性火山岩夹砂泥岩，沉积夹层中发育微细水平层理，偶见斜层理。

(1)楼前组一段。岩性为厚块状变流纹质熔结凝灰岩、变流纹质晶屑岩屑凝灰岩、变沉凝灰岩与凝灰质千枚岩、绢云千枚岩互层，局部夹灰黑色薄层状绿帘石化变质硅质岩，凝灰岩中局部可见火山弹，沉积环境应为陆相火山喷发环境，沉积岩夹层局部含有菱铁矿，表明沉积盆地为浅湖或沼泽环境。

(2)楼前组二段。总体为一套正常沉积变质岩，岩性为深灰色厚层状—块状变余不等粒岩屑砂岩与黑色薄层状—块状变余砂质含碳岩屑粉砂岩、含碳绢云千枚岩互层，夹灰白色厚层状条纹条带状石英岩。砂岩中岩屑含量为21%～78%，岩石成熟度低，说明沉积物来源于近距离搬运的小河沉积物；长石含量为1%～3%，接近海、湖浅滩沉积物平均值；石英含量为5%～55%，小于砂岩中石英的平均含量(约65%)，形成于构造不稳定的陆棚环境。综合上述特征，可推测该段可能形成于喷发间歇期的河湖环境。

(3)楼前组三段。岩性为灰白色厚块状变沉凝灰岩、凝灰质绢云千枚岩、含粉砂质二云千枚岩互层，偶夹块状变安山岩、变角闪安山岩，缺失杂砂岩，表明其距离火山喷发中心稍远，水体相对较深，已达到浅海环境。

(4)楼前组四段。岩性为巨厚层状—块状变质细砂质粉砂岩与角岩化斑点状二云千枚岩、粉砂质二云千枚岩互层夹变沉凝灰岩、变流纹质熔结凝灰岩、变余石英杂砂岩、变余长石石英杂砂岩，偶夹薄层状板状硅质岩。砂岩中不含岩屑，长石含量为1%～5%，石英含量为51%～65%，说明岩石结构成熟度较高，已达到远离陆缘的浅海—次深海环境；砂岩中的石英含量约65%，表明形成于构造稳定的陆棚环境。

(5)楼前组五段。岩性为块状弱角岩化中细粒岩屑石英杂砂岩夹巨厚层—块状石英二云千枚岩或互层。砂岩中岩屑含量为5%～10%，长石含量为0～1%，石英含量为50%～59%，表明岩石结构成熟度较高，进一步表明该段水体相对变浅，为浅海—次深海环境；石英含量略低于65%，表明形成于构造不稳定的陆棚环境。

1.2.2 晚震旦世

西溪组岩性为巨厚层状—块状变质细粒—中细粒岩屑石英砂岩与薄层状灰黑色碳质石英绢云千枚岩互层，夹巨厚层状变沉凝灰岩，底部岩性为似层状、透镜状白色块状微粒石英岩，顶部岩性为厚层状、条纹条带状白色变质硅质岩。砂岩中岩屑含量为5%～20%，长石含量为1%～3%、石英含量为62%～75%，岩石成熟度接近于楼前组五段，且出现了较多的硅质岩夹层，应为浅海—次深海环境。该组石英含量略高于65%，表明形成于构造稳定的陆棚环境。

1.2.3 寒武纪—奥陶纪

寒武系与奥陶系为一套厚度巨大、连续沉积的海相复理石建造，研究区内以砂岩为主的复理石韵律层广泛发育，为属于超补偿性的快速堆积的靠近物源区的次深海盆地—陆缘浅海沉积。

(1)林田组。岩性为一套低成熟度的杂砂岩与黑色千枚岩互层的复理石建造，下段岩性以厚层状—块状变质杂砂岩为主夹青灰—深灰色中薄层状、千枚状变余岩屑粉砂岩，粉砂质绿泥绢云千枚岩以及含碳粉砂绢云板岩，下部夹灰白色块状石英岩；上段岩性为中厚层状—块状变余不等粒岩屑石英杂砂岩与黑色中厚层状粉砂质含碳绿泥绢云千枚岩互层。该组砂岩中粒序层理、细小斜层理发育，千枚岩中水平层理发育，反映出成岩环境水动力条件不强。砂岩中岩屑含量为15%～49%、长石含量为0～4%，石英含量为30%～64%，岩石结构成熟度较低，表明形成于构造不稳定的陆棚环境。

(2)东坑口组。该组为林田组之上的继承性沉积，沉积物以细粒碎屑岩为主，岩性主要为中厚—厚层状变余石英杂砂岩夹薄层状含碳绢云千枚岩不等厚互层产出，小型斜层理、粒序层理，水平层理发育，偶见有透镜状层理，反映水动力条件较为平静。砂岩无岩屑，长石含量极低(0～1%)，石英含量为70%～79%，岩石结构成熟度极高，沉积环境属次深海盆地相沉积；石英含量高于65%，表明形成于构造稳定的陆棚环境。

(3)魏坊组。在早奥陶世，该组属产笔石的海相含砂硅泥质沉积，岩性为灰黑色中层—厚层状二云千枚岩偶夹中薄层状变质中细粒石英杂砂岩。砂岩中无岩屑，长石含量极低(0～3%)，石英含量为68%～75%，岩石结构成熟度极高，沉积环境属次深海盆地相沉积；石英含量高于65%，表明形成于构造稳定的陆棚环境。该组层理构造主要为水平条带状层理、水平层理，底部发育交错层理、波痕纹理等，反映魏坊组早期沉积时海水较为动荡，随之转为海水平静的沉积环境。

(4)罗峰溪组。在中—晚奥陶世，海水缓慢退出，剥蚀区范围逐渐扩大，继承魏坊组之上沉积了罗峰溪组，岩性为中—厚层状变质中细粒石英杂砂岩偶夹灰黑色中层状含粉砂绢云千枚岩或两者互层，韵律层发育。砂岩中不含岩屑，长石含量极低(1%～5%)，石英含量为64%～78%，岩石结构成熟度极高，沉积环境属次深海盆地相沉积；石英含量高于65%，表明形成于构造稳定的陆棚环境。

2 地层对比标志

本研究通过对研究区内变质地层进行对比分析(图2)，总结出了如下标志。

图2 研究区青白口纪—奥陶纪变质地层区域对比

(1)厚层状—条纹条带状石英岩可以作为华南震旦系与寒武系分界的标志层。灰白色厚层状—条纹条带状石英岩(原岩为硅质岩)在华南具有稳定的区域延展性，可以作为震旦系与寒武系分界的标志层。该硅质岩之上的牛角河组、外管坑组(江西)与林田组(福建)都是一套黑色砂千互层组合，下部夹高碳质石煤层和黑色硅质岩，完全可以进行对比分析。牛角河组之上的高滩组以厚层砂岩、砂砾岩为标志，可与福建东坑口组进行对比分析，之上的水石组、茅坪组可以分别与福建魏坊组、罗峰溪组进行对比分析。江西境内的老虎塘组、洪山组四段与福建境内的西溪组、黄连组都是一套深灰—灰黑色含碳千枚岩、硅质岩组合，完全可以进行对比分析。西溪组局部夹变沉凝灰岩层，显示岩性组合略有差异。黄连组上部的岩性组合与老虎塘组完全一致，可以进行对比分析。坝里组在江西大部分地区以黑色砂千互层为特征，砂岩局部含砾、千枚岩含碳；北武夷地区洪山组三段变质程度较高，岩性以二云片岩、石墨石英片岩、含磁铁黄铁二云变粒岩为主，原岩特征可与坝里组进行对比分析；该组岩性与江西樟坑地区的楼前组四段、五段基本相似，但黑色碳质层消失，火山碎屑岩夹层增多，显示出一定的相变特征，两者可以进行对比分析。1∶5万长汀图组所划分的西溪组下部、楼前组上段(闽西北部地区)以及南岩组上段、中段(闽西南部地区)分别对应于坝里组和楼前组四段、五段。

(2)磁铁矿(化)层配合含碳含硅含砾等类标志层为全球南华纪冰川事件地层划分和对比的标志。南华纪冰川事件具有全球地层划分和对比的意义，江西北部和南部均有该事件的地层记录。赣北扬子地层大区称为扬子群，自下而上可以划分为古城组、大塘坡组、南沱组；赣南华南地层大区称为下坊组和沙坝黄组。下坊组自下而上可以划分为古家砾岩段、含铁岩段、大沙江砾岩段；沙坝黄组以往并未分段，但在研究区内的大柏地地区，本研究将其划分为下、中、上3段，上、下段岩性均为厚层—块状砂岩，中段岩性为中—薄层状砂千互层夹黑色含碳质千枚岩、石英岩、菱铁矿层，底部见黄铁矿层。向西至邻区仙霞图组，也可以划分为3段，上、下段岩性为中厚—巨厚层砂岩、凝灰岩组合，中段岩性为砂千互层夹磁铁千枚岩、磁铁矿层、石英岩、含碳绢云千枚岩，可与赣西南下坊组、北武夷地层分区洪山组二段进行对比分析。向东至江西樟坑地区相当于沙坝黄组的地层以火山岩发育为特征，表现为一定的岩性相变，福建省将其称为楼前组，本研究将其进一步细分为5段，第一段、第三段岩性为厚层状—块状火山喷发碎屑岩、火山喷发沉凝灰岩夹安山岩，第二段表现为喷发间歇期黑色砂板互层夹含碳千枚岩、石英岩，第一段、第三段岩石普遍发育弱磁铁矿化，完全可以与赣中南下坊组、沙坝黄组进行对比分析。1∶5万长汀图组所划分的楼前组下段(闽西北部地区)为一套火山岩组合，可以与江西樟坑地区楼前组三段进行对比分析；闽西南部地区楼子坝组上段为薄层状砂板互层组合，局部夹磁铁千枚岩，对应于沙坝黄组中段，南岩组下段、楼子坝组下段均为一套厚层状砂板互层组合，对应于沙坝黄组上段、下段。南华纪中晚世铁矿层之下为南华纪早世上施组以正常沉积的砂千互层夹火山喷发沉凝灰岩或两者互层，正常沉积的砂岩和千枚岩风化后呈紫红色，沉凝灰岩风化后呈灰白色，野外风化露头呈红白相间互层或条带，地层划分对比标志清晰。

(3)青白口系表现为下黑上白，划分对比标志明显。神山组以黑色(含碳)千枚岩为划分标志，砂千沉积韵律清晰，按砂岩单层厚度大小细分为段。库里组则表现为成层性差的巨厚层状—块状构造的陆相火山喷发碎屑岩夹正常沉积的砂岩、泥岩，岩石新鲜色为灰绿色，风化呈灰白色，不出现黑色夹层。青白口系上地层以风化呈白色为填图标志，明显区别于上下地层。