贵州毕节地区古生代以来的沉积相特征及沉积矿产的环境制约*

肖 腾 白 平 彭家林 陈 武

（1.贵州省地质矿产局区域地质调查研究院；2.贵州省地质调查院）

毕节地区位于贵州省西北部，西与云南省昭通—鲁甸一带毗邻，北靠云南省彝良—镇雄—威信一带、四川省叙永—古蔺一带及贵州省遵义市，东接贵州省贵阳市，南连云南省宣威市，贵州省六盘水市、安顺地区。其大地构造位置属扬子地块［1］中的上扬子地块［2］，地层区划为扬子地层区［3］。区内自古生代以来的沉积相特征明显，其类型多样。沉积环境通常是指在物理上、化学上和生物学上均有别于相邻地区的一块地球表面［4］，而沉积相是沉积环境的物质表现，是岩性特征和古生物特征的综合。沉积地层中蕴藏着丰富的沉积矿产，如煤、石油、页岩气和磷、锰、铁、铝及盐类矿产等。这些矿产与沉积环境密切相关，受到沉积环境的制约。区内在漫长的地质历史中保留了丰富的海相沉积及其次级陆相沉积记录。本研究根据相关的沉积环境与沉积相分类观点［3-6］，分析了区内的沉积相类型。在沉积相划分的基础上，讨论了沉积环境对相关矿产的制约因素。

1 沉积相特征

1.1 碳酸盐沉积相

（1）开阔台地相沉积。为清洁海水条件下的沉积，主要见于奥陶系红花园组、湄潭组中部，志留系石牛栏组，石炭系大浦组、黄龙组及马平组中。主要岩性为生物屑颗粒灰岩、泥粒灰岩，砂屑颗粒灰岩、泥粒灰岩等，见有少量粒泥灰岩和泥状灰岩。具有平行层理及交错层理，并见有冲刷构造等沉积构造。含有较多的浅水底栖生物化石。

（2）半局限台地相沉积。为与外海有一定连通性的浅水较低能环境下的沉积。主要发育于中二叠统栖霞组、茅口组，下三叠统嘉陵江组下部和中上部，中三叠统关岭组上部等组段中。主要岩性为生物屑粒泥灰岩、泥状灰岩、白云岩等，常夹有钙质页岩。岩石层次多为薄—中厚层，岩石层面常不平整。含有浅水底栖生物化石，关岭组上部见有生物扰动和遗迹化石。

（3）局限台地相沉积。为与外海连通性差的闭塞环境条件下的沉积。主要见于寒武系石冷水组和娄山关组、奥陶系桐梓组、三叠系嘉陵江组中部和上部、关岭组下部及杨柳井组等组段中。主要岩性为粒泥白云岩、泥状白云岩、泥质白云岩及角砾白云岩等。含有少量的浅水底栖生物化石，岩石中的颗粒多为藻团粒、藻砂屑及藻团块等。岩石具有水平层理及藻纹层等，并常见有鸟眼构造、膏盐溶孔、晶洞、帐篷构造、古风化壳等暴露标志。在潮上暴露带中常见有溶塌角砾白云岩（图1）。

（4）缓坡型台地相沉积。为向海缓倾斜的浅水碳酸盐缓坡相沉积，主要见于寒武系戈仲伍组和奥陶系十字铺组、宝塔组等层位中。以早寒武世的戈仲伍组碳酸盐（磷酸盐）缓坡沉积为例，其发育在织金大院—毛稗冲一带，沉积中心在戈仲伍—打麻厂区域，主要为深灰色条带磷块岩、白云质磷块岩和灰白色含磷白云岩组成（图2）；具有平行层理与交错层理，矿石构造主要有条带状构造、纹层状构造及块状构造；含有丰富的小壳化石；稀土元素的丰度高。

1.2 陆源碎屑沉积相

1.2.1 海相沉积

1.2.1.1 滨岸相沉积

滨岸相沉积可进一步分为无障壁滨岸相沉积和潮坪相（障壁滨岸相）沉积。前者主要见于奥陶系湄潭组、二叠系梁山组中，是以波浪作用为主的一套沉积。以梁山组为例，主要由石英砂岩、粉砂岩及黏土岩组成，具有平行层理、交错层理。常与沼泽相的碳质粘土岩及煤构成滨岸—沼泽相体系，在垂向上反复出现。后者主要见于三叠系飞仙关组、二叠系龙潭组及志留系韩家店组中，其形成的气候条件不一致。韩家店组与飞仙关组中潮坪沉积形成于干燥气候条件下，龙潭组中的潮坪沉积则形成于潮湿气候条件下。

飞仙关组中的潮坪沉积可分为潮下、潮间和潮上3种亚相沉积：①潮下沉积，为薄—中厚层粉砂岩，具有条带状层理（图3）、平行层理、小型交错层理；②潮间沉积，主要为薄层粉砂质黏土岩及黏土质粉砂岩；③潮上沉积，紫红色黏土岩，有时显水平层理。

龙潭组中的潮坪沉积主要由灰色黏土岩、黏土质粉砂岩及中—厚层粉—细砂岩组成，含腕足类和双壳类等海相化石。其常与沼泽相的黑色碳质黏土岩夹煤层相伴生（图4）。

1.2.1.2 陆棚相沉积

根据沉积特征的差异，陆棚相沉积可分为内陆棚相沉积和外陆棚相沉积。前者主要见于寒武系明心寺组、金顶山组及奥陶系湄潭组等地层中。常由灰、灰黄及灰绿色粉砂岩、粉砂质黏土岩、黏土岩夹灰岩等组成，具有水平层理、小型斜层理及波痕（图5）等沉积构造，见有底栖和浮游生物化石，在垂向上常夹有滨岸相沉积。后者主要见于寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组中。以牛蹄塘组为代表，主要为黑色碳质页岩，夹少量黄绿色粉砂质黏土岩。含浮游类型的三叶虫和海绵骨针，不见底栖类生物化石；具有水平层理（图6），见星散状黄铁矿，富含有机质；在垂向序列中未见滨岸相陆源碎屑沉积。

1.2.2 过渡相沉积

过渡相沉积主要为三角洲相沉积，见于二叠系龙潭组含煤岩系中。由前三角洲、三角洲前缘及三角洲平原组成，具有各自沉积特点。①前三角洲沉积，主要由暗灰、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩组成，发育水平层理和块状层理，含广盐度化石。②三角洲前缘沉积，为一套灰色薄—厚层钙质粉砂岩，具有交错层理、波状层理及水平层理等，化石稀少。③三角洲平原沉积，由多个向上变细旋回组成。旋回的下部为灰色中—厚层粉砂岩、砂岩，在一些部位见有分流河道沉积，见槽状交错层理和板状交错层理；旋回上部为灰、深灰色中—厚层黏土岩、碳质黏土岩及煤层等，见水平层理、块状层理，具有古植物根系生长痕迹、菱铁矿结核等。

1.2.3 陆相沉积

（1）湖泊相沉积。主要见于侏罗系自流井组和沙溪庙组中。自流井组特征明显，其亚相沉积可分为滨湖相沉积、浅湖相沉积及半深湖相沉积，它们常在纵向上组成旋回。①滨湖相沉积，以綦江段和马鞍山段的碎屑岩为代表；②浅湖相沉积，由东岳庙段和大安寨段下部的碎屑岩和少量碳酸盐岩组成；③半深湖相沉，以大安寨段上部为例，沉积物颜色深、粒度极细、有机质含量高。

（2）沼泽相沉积。主要见于二叠系的龙潭组和梁山组中。多由黏土质粉砂岩、粉砂质黏土岩、黏土岩、碳质黏土岩与煤组成。具有水平层理，含丰富的植物化石，见垂直虫孔。常与滨岸相沉积一起构成海陆交互相组合。

（3）河流相沉积。主要见于晚三叠世晚期及中晚侏罗世地层中。以上三叠统二桥组中的河流沉积为例，其主要组成部分为：①边滩沉积，为灰色中—粗粒长石岩屑砂岩；②堤岸沉积，为灰色薄层黏土岩与细粒长石岩屑砂岩互层，具有沙纹层理、小型交错层理等。

（4）冲积扇沉积。主要见于白垩系茅台组中，主体由砾、砂和泥岩混合杂乱堆积而成，其中砾石的磨圆度中等—差，含量高（图7）。以黔西五险台的茅台组红色岩系为例，根据其剖面结构和岩石特征分析，这套红色岩系由多个冲积扇叠置组成。每个扇体都显示正粒序结构，下部（扇体的主要部分）为块状砾岩、含砾石英砂岩泥石流沉积；上部为粉砂质黏土岩或黏土质粉砂岩片泛沉积。

（5）内陆山地多成因松散堆积。主要为第四纪的堆积物，其分布广，普遍未固结，其分布及成因类型与近代山岳地貌有紧密的依附关系。区内主要成因类型有残积层、冲积层、滑塌堆积层等。

2 沉积矿产的环境制约因素

区内沉积矿产丰富，主要为煤、磷、铝、镍钼、页岩气及盐类矿产等，它们明显受沉积环境制约，其形成与沉积环境密切相关。

（1）晚二叠世的煤矿。晚二叠世该区除了西部威宁—赫章一带为泛滥平原外，大部分区域位处潮坪—泻湖地带［6］。晚二叠世区内处于温暖潮湿的气候条件，海岸带潮坪环境的地形相对平缓，加之当时海侵海退频繁，海退导致潮坪上易发生沼泽化，沼泽上的植物群以蕨类和种子蕨类为主［7］，这些植物被埋藏后，在温度、压力等长期作用下，逐渐演变为煤。

（2）早寒武世初期的磷矿。早寒武世初期，海水由东向西侵入织金地区，使该区形成上升流区［8］。当时扬子区处于低纬度热带地区［9］，属热带—亚热带气候条件［10］，区内戈仲伍组中含有丰富的多门类带壳小动物化石［11］，说明当时的水体条件适宜小壳动物繁衍。上升洋流带来的磷质，在织金地区的缓坡型台地上经过化学和生物化学作用下，沉淀下来形成了早寒武世的磷块岩矿床。

（3）早石炭世的铝土矿。早石炭世大塘期海水向北至赫章、安顺、贵阳连线，连线以北为残积平原，其上在织金—修文一带有岩溶盆地，盆地内发育有河流沉积、冲积扇沉积及湖泊沉积，是铝土矿的产地［6］。区内铝土矿主要产于织金县东部的马桑林—牛场坝一带，多为中小型矿床［12］。如马桑林矿床，赋矿层位为下石炭统九架炉组，含矿岩系具有明显的二分系列，下段称含铁岩系，上段称含铝岩系。含铝岩系由黏土岩、含黄铁矿黏土岩、铝土矿及铝土岩等组成［13］。此外，在纳雍县董地一带及大方县与金沙县交界处的坪寨一带也有铝土矿产出［14-15］，应是今后进一步开展工作的远景区域。

（4）早寒武世早期的镍钼矿。区内早寒武世早期的沉积—牛蹄塘组，为一套黑色岩系，是缺氧事件的产物，其不仅在华南广泛分布，而且在印度、英格兰、澳大利亚等地均有分布［9］。这套黑色岩系中赋存有页岩气藏和镍钼钒等贵金属矿产。区内牛蹄塘组分布较广，已在织金大院、纳雍水东等地的牛蹄塘组中发现镍钼矿床［16］。关于镍钼矿的成因观点较多，涉及区内矿床的成因观点有海底喷气沉积［17］和热水（液）喷流沉积成因［18］。因此，镍钼矿可能为海底喷流提供金属元素，缺氧环境下的生物、有机质及黏土矿物等对这些金属矿物具有富集作用。

（5）中晚寒武世和早中三叠世的盐类矿产。在中晚寒武世和早中三叠世，区内具备良好的成盐条件：古气候条件是形成盐类矿产的重要条件，扬子区为干旱炎热气候［9，19］。古地理条件也是聚盐的主要条件，区内沉积环境为半封闭—封闭的局限台地，由于水体浅，经常暴露于水面，形成萨布哈式的盐滩。在大方县张家寨钻孔中，于中晚寒武世地层中见有石膏质白云岩和石膏层，地面也常见溶塌角砾岩；区内早三叠世晚期和中三叠世晚期地层中常见膏盐流失后的晶洞和溶塌角砾岩，部分地方尚可见有石膏。因此，这两个时代地层的深部部位是寻找盐类矿产的最佳层位。

（6）早寒武世和晚二叠世的页岩气藏。区内黑色碳质页岩赋存的地层分别为早寒武世的牛蹄塘组、晚奥陶世—早志留世的五峰组—龙马溪组及晚二叠世的龙潭组。由于受到黔中隆起的影响，五峰组—龙马溪组黑色页岩仅分布在毕节以北的下水一带，分布面积小，成藏潜力不大。牛蹄塘组黑色碳质页岩分布较广、厚度大、有机质丰度高、热演化程度较高［20-24］，具有较好的页岩气成藏条件。龙潭组黑色碳质页岩分布广（除西部威宁地区主要为陆相沉积外，其余地区均为海陆交互相沉积），厚度大，有机质丰度高，热演化程度较高，处于过成熟阶段，具有良好的页岩气富集的物质基础［25-27］。因此，缺氧条件下的深水陆棚和沼泽环境导致了高的有机质丰度，成为形成页岩气成藏的重要因素。

3 结论

（1）贵州毕节地区的沉积相体系主要为滨浅海环境形成，可分为碳酸盐沉积相和陆源碎屑沉积相两类。前者主要为浅水碳酸盐沉积，可进一步分为开阔土地相沉积、半局限台地相沉积、局限台地相沉积及缓坡型台地相沉积；后者可进一步分为陆相沉积（湖泊相沉积、沼泽相沉积、河流相沉积、冲积扇沉积和多成因松散堆积），海陆过渡相沉积（三角洲沉积）及海相沉积（无障壁型滨岸相沉积、潮坪相沉积、陆棚相沉积）。

（2）区内沉积矿产明显受沉积环境制约，即晚二叠世的沼泽环境控制了煤和页岩气藏的形成，早寒武世初期的缓坡型台地环境制约了磷块岩矿床的形成，早石炭世铝土矿形成于河湖环境，中晚寒武世和早中三叠世盐类矿产的形成受控于炎热干旱气候条件下局限台地上的萨布哈环境，早寒武世早期镍钼矿和页岩气藏的形成与缺氧还原的深水陆棚有关。