贵州瓮安复向斜含铝岩系层序特征及层位归属*

2022-05-08蒙信礼马晓旻刘兴金梁国礼李艳桃施少亿3

现代矿业 2022年4期

蒙信礼马晓旻，刘兴金梁国礼李艳桃施少亿3

（1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队；2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局核资源地质调查院）

贵州是我国铝土矿资源大省之一，主要为早石炭世和中二叠世海相沉积型铝土矿，具体形成时代可依其上覆地层推断确定，整合于栖霞组之下的含铝岩系则为中二叠统栖霞阶梁山组。自1979 年以来，不少学者认为栖霞组之下的含铝岩系不是梁山组，而是假整合于栖霞组或梁山组之下的下石炭统大塘阶九架炉组（或与九架炉组同时异相），至今看法没有统一。

近年，在“贵州瓮安复向斜铝土矿整装勘查”“贵州瓮安—龙里地区铝土矿远景调查”中，新发现并查明了杉树坳、团寨、曾子坡、高洞、小白岩、羊肠街等一批铝土矿，进一步查明了两岔河、岩门铝土矿。该区铝土矿产于栖霞组碳酸盐岩之下，假整合于寒武系—泥盆系碳酸盐岩之上，含铝岩系具下铁中铝上煤（炭）层序特征，为典型的海相连续沉积建造，其间未发现假整合接触。为准确划定含铝岩系层位归属，对以往调查资料进行综合对比、分析。

1 地质背景及含铝岩系层序特征

1.1 地质背景

勘查区位于贵州中部，区域构造属扬子陆块南部被动边缘褶冲带之都匀滑脱褶皱带。地层区划以龙昌一带为界，北部属黔北分区之毕节—瓮安小区、南部属黔南分区之都匀—望谟小区，出露地层由老到新有前寒武系、寒武系、奥陶系、泥盆系、二叠系、三叠系、白垩系及第四系。至于是否存在石炭系则有争议，这也是本研究所讨论辨析的问题，相对传统、权威的观点［1-2］，认为石炭系分布仅限于马场坪以南，勘查区内不存在石炭系（图1）；但也有人认为勘查区内含铝岩系层位不属于中二叠统而属于下石炭统。

勘查区主体构造为近南北向的瓮安复向斜，次级褶皱主要分布于复向斜北段及南段，北段从西向东分别为黄家巷向斜、平定营背斜、鱼井向斜，南段次级褶皱主要为勘查区南东部的黎山向斜。各向斜两翼倾角一般为15°～30°，局部（瓮安NW）受断层挤压，倾角达75°左右。断裂构造中等发育，主要为NEE、NW、NNW、NE向等，对铝土矿体有一定破坏。

1.2 含铝岩系层序特征

勘查区现已发现的铝土矿体所属含铝岩系均整合于栖霞组碳酸盐岩之下、假整合于寒武系—泥盆系碳酸盐岩之上，传统上被定为梁山组，在区内分布稳定，但厚度变化较大，一般为1～37.37 m。在铝土矿分布区，上部为灰黑色炭质页岩夹煤层和浅灰色细砂岩，中部为灰白色黏土岩、铝质页岩和土状、豆鲕状、碎屑状及块状铝土矿，下部为褐红色铁质页岩、灰绿色含菱铁矿结核铝质黏土岩、黏土质粉砂岩。本次工作在勘查区测制了135条地质剖面（主要为梁山组短剖面），在上部含炭质层与中部铝质岩层之间没有发现假整合接触，而层间的厚度变化大致呈负相关，显示出沉积环境变化及成生联系。在牛场一带南北两侧5 km 范围内，中下部铁铝质岩层基本尖灭，仅见黏土岩、砂岩等出露，厚度明显减薄。铝土矿体相对集中分布于勘查区内南北2个区域，黄家巷向斜北段有两岔河、岩门、团寨等铝土矿，鱼井向斜北西端为杉树坳铝土矿，黎山向斜北段有高洞、羊肠街、小白岩等铝土矿，福泉向斜西翼有曾子坡铝土矿，主要矿点含铝岩系柱状对比图及钻孔柱状图见图2、图3。

2 含铝岩系层位归属争论

2.1 贵州省层位归属争论概述

栖霞组之下的含铝岩系属梁山组本是常规认识。但1979 年以来，不少学者认为其与九架炉组为同一层位，引起了长期争论，至今没有统一。

陶维义［3］最早提出，下石炭统的“修文式”铝土矿与栖霞组之下的“息烽式”铝土矿实为同一层位；朱霭林等［4］认为，整个黔中地区铝土矿，不论是栖霞组之下的“息烽式”“开阳式”“遵义式”，还是下石炭统的“修文式”“清镇式”，均属同一时代即早石炭世大塘期旧司时的沉积产物，息烽式等铝土矿假整合于梁山组之下。与之不同，周茂基［5］认为黔中九架炉组铝土矿时代为大塘期，息烽、开阳、遵义等地的铝土矿时代为二叠纪。

《贵州省区域矿产志》（1986）将分布在息烽、开阳、遵义、凯里等地的铝土矿统一划属大塘期祥摆时，梁山组铝土矿主要分布在道真、习水等地［6］。但是，作为阶段性基础地质工作的总结，《贵州省区域地质志》（1987）仅将石炭系分布主要限于修文—福泉一线以南；遵义至毕节一带，梁山组下层黏土岩中常赋存有铝土矿、菱铁矿、赤铁矿等［1］。《贵州省岩石地层》（1997）也把九架炉组限用于黔中；整合于栖霞组灰岩之下的梁山组，也是一套含铝岩系［2］。

陈有能等［7］将遵义、息烽、开阳及整个贵州北部含铝岩系时代限定为早石炭世，胡肇荣等［8］把包含瓮安在内的贵州中、北部铝土矿层统称九架炉组，认为该组时代在黔中—遵义—道真、正安一带从早石炭世旧司时至早石炭世末；廖士范［9］称黔中修文、贵阳、清镇、黔西的铝土岩系为九架炉组，息烽、开阳、遵义、瓮安、道真、正安等地另名苟江组，与九架炉组为同时异相地层；刘巽峰等［10］认为黔中九架炉组与黔北、川南的“含铝岩组”是统一的岩石地层单位，时代为早石炭世大塘期旧司时。

在福泉东侧的凯里地区开展“石炭纪铝土矿专题研究”时，高联达、秦典燮等［11-12］于栖霞组之下5 条含铝岩系剖面中发现并研究了相当丰富的栖霞早期孢粉材料，计有45 属、63 种（包括3 未定种，另见海相疑源类2 属2 种），进一步证实贵州境内不但有较大工业意义的早石炭世旧司期铝土矿层位，而且也存在栖霞早期的（梁山组）铝土矿层位。

2.2 瓮福地区之早石炭世观点

90 年代，贵州地矿局不同单位在瓮安复向斜铝土矿分布区，开展过1∶5 万瓮安、牛场、龙昌堡、福泉县等4 个图幅的1∶5 万区域地质调查，均提出含铝岩系属早石炭世观点。

地矿部贵州地勘局区域地质调查研究院第五调查队首先完成了龙昌堡幅区调，将测区原梁山组大部分定为祥摆组，但同时也指出测区内含铝岩系的时代存在争议［13］。

贵州省地质矿产局101 地质大队区调分队完成的福泉县幅区调，在黎山向斜大坪、口黄洞（高洞）剖面铁铝岩系下部含铁质黏土页岩鉴定出孢子组合［14］，认为其分子主要为贵州铝土矿常见的孢子种属，层位与遵义地区铝土矿大致相同，时代应该为早石炭世晚期，为黔中含铝土矿之重要层位［15］。

贵州省地矿局一一五地质大队区调分队完成的牛场幅区调，在测区南中部塘坎边剖面下部铝质黏土岩采获较丰富的孢粉，据高联达鉴定，认为该孢粉组合属早石炭世，所以根据岩类组合及孢粉组合特征，将原梁山组下部的含铝黏土岩段划出，设立九架炉组；在测区南西部牛路田剖面产孢粉，经鉴定属梁山组，假整合于九架炉组之上［16-17］。

1∶25 万遵义市幅区域地质调查（2004）认为古孢子资料日渐增多，采用了包括瓮安幅在内的1∶5万区调观点，将栖霞组之下的含铝岩系分割为九架炉组和梁山组。但未开展1∶5 万区调的玉山、草塘、朵丁等图幅内与瓮安幅相邻的含铝岩系则仍为梁山组，显然不合理［18］。

1∶25 万贵阳市幅区域地质调查（2013）在地质图中基本采用了牛场幅的划分；将龙昌堡幅东部（本次勘查区内的）祥摆组分解为九架炉组和梁山组；将福泉县幅黎山向斜的大部分含铝岩系则定为梁山组。但在文字报告中论述石炭系的分布时，采用的则是前述文献［1-2］的观点，且指出在贵定—凯里一线以北，梁山组底部常为厚几厘米至数十米的含铝岩系［19］，图文相左。

近年，在瓮福地区铝土矿勘查中，仍有采用九架炉组观点［20］。更有勘查项目，因设计评审、野外验收、报告评审等不同阶段服从不同观点的专家，出现了铝土矿含矿层位在原始资料中记录为梁山组、成果报告中却为九架炉组的矛盾乃至混乱现象。至今，瓮安—龙里地区含铝岩系层位归属认识没有统一［21］。

3 瓮福地区含铝岩系孢粉分析

3.1 瓮福地区孢粉组分总体分析

将瓮福地区含铝岩组层位归属早石炭世的观点，主要依据的是孢粉资料。本研究通过文献资料对比，对这些孢粉材料进行分析，进而提出该区含铝岩系层位归属的观点。

归纳前述4 个1∶5 万图幅资料，在含铝岩组中鉴定出孢粉36 种（20 属），其中定名24 种（16 属），未定种12 个。将其分别与中二叠统的凯里梁山组（铝质层）［11］、瓮安与牛场幅梁山组［16-17］、黔北大竹园组［22］，下石炭统的黔南（含独山、平塘及乌当等地）剖面［23］、贵阳（含修文、清镇、惠水、乌当田坝头等地）九架炉组［22-24］以及华夏孢粉植物群［25］、中国石炭系的孢粉组合［26］进行列表对比。

根据对比可以看出，在瓮福地区24个定名种中，有F.minutus 等8 个种仅出现于晚石炭世或二叠纪以后，包含L.pusilla 在内的9 个种可从早石炭世延续到中二叠世，只有R.knoxi 一个种局限于早石炭世。可见，依据孢粉资料将含铝岩组层位归属九架炉组的依据并不充分。

多种年轻分子的存在具有划时代的意义。值得一提的是Florinites，该属在西欧和北美始见于早石炭世最晚期，繁盛于晚石炭世，早二叠世极少；在中国则晚一些，在华北太原组（C24-P1

1）含量为5%～10%，而山西组（P12-P21）可含30%～35%或更多［11］；从华北至华南再至西南，裸子植物花粉优势的初现底界越来越高［25］，在贵州凯里梁山组，铝土矿层底板含量较少（＜2%），顶板则含量丰富且有多个种，有的样品可达40%，其后数量迅速减少［11-12］。在瓮安幅和牛场幅中均鉴定出Florinites［16-17］，将其划定为九架炉组显然是不恰当的。

个别老孢子属种的存在，可用孢粉化石的稳定性和铝土矿形成过程的长期性解释：植物的孢粉产量巨大，易于与粉砂级左右的碎屑同时搬运沉积。孢粉外壁致密而硬，不易氧化，能耐一定的温度和压力，加热到300 ℃也不破坏，能抗生物酶解，受强酸强碱的作用也不溶解，甚至在岩石风化剥蚀后，孢粉也不灭失，而是被水流等带走再次搬运沉积。因此，铝土矿形成过程的早期风化阶段接受的老孢子组分是有可能残存下来的。瓮福地区的含铝岩系，假整合于寒武系—泥盆系之上，至中二叠世形成沉积盖层，形成过程数千万年以上，其晚古生代孢粉组合的复杂性和广时性可想而知，在未建立孢粉图式的情况下，其沉积成岩（成矿）时代的判定可参考孢粉组合中的年轻分子，而不应依据其中少数的、可能为残存的老分子划定为九架炉组。

3.2 分图幅孢粉组分分析

龙昌堡幅区调，鉴定出孢粉仅4 属种（含2 未定种），且属晚石炭世维斯发期的可能性较大［13］，并未指向早石炭世。

福泉县幅区调鉴定出9 属种（含5 未定种），不必与遵义地区相比。其口黄洞剖面与凯里后庄（位于马场坪幅北东角）梁山组剖面［12］相距仅20 km，层序及顶底板基本相同，孢子种属也基本与凯里梁山组［11］对应，定名4 种分别见于凯里和瓮安幅梁山组［17］。所以，1∶25 万贵阳市幅将黎山向斜大部分含铝岩系重新划为梁山组，显然是合理的。

牛场幅区调鉴定出7 属10 种，认为其组合属早石炭世大塘晚期；但与凯里梁山组对比，其孢粉组分也基本对应。

孢粉资料相对丰富的瓮安幅区调，在原梁山组中鉴定出大量孢粉化石，建立了Florinites minutus（上）和Lycospora pusilla（下）2 个孢粉组合，认为2 个组合间为不整合，梁山组底界在不整合之上，其下则为九架炉组，并指出该九架炉组孢粉组合在贵州独山和贵阳乌当下石炭统旧司组出现［17］。但比对其列出的16 个孢粉种（不含未定种），只有L.pusilla 和R.knoxi与高联达（1991）建立的独山和乌当旧司组孢粉组合带［23］中的（含33 个孢粉种）相同；而与高联达等［11］描述的凯里梁山组孢粉组合比对，相同的却有（包含L.pusilla在内的）7个种。

3.3 含铝岩系内的“假整合”辨析

将含铝岩系割裂成中二叠统梁山组煤系和下石炭统九架炉组含铝岩组或铁铝岩系，其间必然要求为假整合接触。但是，本次工作在勘查区内观察了135 条含铝岩系剖面均未发现假整合接触现象（不排除沉积旋回及沉积间断）。4个图幅的1∶5万区调中，专业的区调单位完成的龙昌堡幅并未将含铝岩系割裂，另3 个图幅也均未描述出假整合接触现象，列举出的17条剖面分层标志不明确、分层岩性也不统一，界面上下没有明显的岩性突变［15-17］。

从孢粉资料来看，如果存在间断5 000 万a 左右的假整合，孢粉组合组间差异将明显大于组内差异。但实际上，剖面相距18 km 的瓮安幅与牛场幅梁山组孢粉组合没有相同的孢粉种，反映了组内植物群落的不同演化时期。组间差异明显小于组内差异，更合理的解释是组间不存在5 000 万a 左右的植物群落演化间断，即不存在假整合。

3.4 孢粉资料的有效性分析

孢粉采样分析一直都有较稳定的规范要求：需在相对典型的剖面连续采样，采样间距应能体现植物群落的连续演化（除非存在假整合面或地质事件），样品质量应达到加工后能统计孢粉250～450粒；每件孢粉样品鉴定其属种，用百分数统计各类含量即孢粉谱；将地层剖面自下而上的孢粉谱，做成反映植物群落演化的图表即孢粉图式，至此即可利用孢粉资料进行地层对比。前述可见，瓮福地区含铝岩系的现有孢粉资料中，福泉县幅2剖面采自下部铁质层，瓮安幅窝凼田、杉树坳与牛场幅塘坎边剖面采自铝质层，瓮安幅天星桥、牛场幅牛路田与龙昌堡幅叶家寨剖面则采自上部炭质层，均缺少剖面上的系统采样，鉴定结果缺少定量描述，未能建立孢粉图式，其成果资料完整性达不到进行地层对比、确定地层时代的规范要求。因此，本研究对现有孢粉资料只能是初步分析。

4 矿床类型及层位归属

根据经典表述，海相沉积铝土矿矿层往往产于海进层序底部，假整合面的上部，特别是在煤系的下部，矿层下部常是杂色铁质铝土岩。在含煤、铝土矿、铁质岩建造中，铁、铝、煤的沉积都有固定的位置。即铁先沉淀，接着是高岭石质和黏土质黏土岩的沉积，然后是铝土矿的形成，最后发育为煤系沉积。作为海相沉积型铝土矿的表现，贵州铝土矿含矿岩系自下而上也分为3 个岩性段：铁质段、铝质段和碳质段。

铁铝之上煤层的存在并不是偶然的，这与其成矿的气候因素有关，成煤所需的温暖潮湿气候亦是铝土成矿所需，这种气候条件以化学风化为主，同时植物生长茂盛，分解大量腐植酸，致使介质呈酸性，铝才会成胶体迁移沉积下来。或者说，铝土是由于长期在湿热气候条件下的风化和红土化作用，以及腐殖质的作用使黏土彻底分解而成。可见，瓮安复向斜含铝岩系不论是本次工作所查明的层序特征，还是各图幅区调工作所描述的特征，均表现出了下铁中铝上炭的海相沉积层序特征，铝土矿成因类型可明确为海相沉积型，其含铝岩系显然不宜割裂、层位应完整地归属为梁山组。