湖南省醴陵李畋—王仙地区石炭系岩相特征及其石英砂岩资源潜力分析

2023-11-23刘守林汤贺军李燕普刘鹤群王淑军刘一帆

地球学报 2023年6期

文亭, 刘守林, 汤贺军, 李燕普, 刘鹤群, 王淑军, 刘一帆

1)湖南省水文地质环境地质调查监测所, 湖南长沙 410100; 2)中国地质科学院, 北京 100037

湖南省沉积型石英砂资源丰富, 主要用于玻璃制造产业。近年来高性能电子玻璃产业发展迅速,对中低端高纯石英原料需求量猛增(贾德龙等,2019), 极大地促进了脉石英、石英岩和石英砂岩的利用, 由于脉石英、石英岩矿规模较小和开发程度低, 不能满足产业发展需求, 石英砂岩矿分布广、规模大, 采用成熟的低成本常规提纯技术即可满足中低端高纯石英砂ω(SiO2)≥99.9%(3N)原料矿需求,因此研究湖南沉积型石英砂岩沉积环境及资源潜力具有十分重要的意义。湖南省沉积型石英砂岩矿床主要产于泥盆纪—石炭纪地层, 前人对其沉积背景和古地理环境做了大量的调查与研究(杨式溥等,1979; 梅冥相等, 2003; 毛治超等, 2008), 还包括研究沉积特征来重塑古海洋学、古气候学及古板块位置等(魏钦廉等, 2011), 后来对沉积型石英砂岩的典型矿产特征研究也较多(姜文涛, 2016; 周邦国等,2018), 还对这类矿产的勘查类型也进行过探讨(李忠水等, 2019), 近年来, 关于研究沉积演化、沉积环境与成矿的关系也较多(王全伟等, 2011; 王子正等,2019; 李美烽, 2020; 祝乐江, 2020)。另外, 部分学者对沉积型石英砂岩的提纯技术进行了探究及归类,如通过对石英砂岩进行高梯度磁选及热酸浸等处理,最高可得ω(SiO2)≧99.99%(4N)的高纯石英粉(汪灵等, 2014; 王中荣, 2014), 取得了大量的研究成果。

李畋—王仙位于湘东北地区, 其石炭系地层中石英砂岩较为发育, 是长株潭地区建筑用砂、玻璃用砂等硅产业的重要支撑矿产资源区。该区目前已发现旺达、红日、十八坡等多处大型石英砂岩矿床,并于2005 年开采利用, 年产量可达300 万吨。因此,研究该区石炭系地层沉积序列及其石英砂岩的分布具有重要的现实意义。但近20 年来对李畋—王仙地区泥盆系和石炭系的调查研究较少, 该区沉积地层的沉积序列、差异及其与盆地演化的关系尚不清楚,制约了对该区石英砂岩矿的资源产量的勘探和找矿实践, 亟需深入研究。因此, 本文通过醴陵地区石炭系主要剖面, 结合钻孔资料, 剖析该区沉积序列及演化特征, 探讨其形成的大地构造背景及其对古地理格局的控制, 分析其对于石英砂岩矿层位的制约,以完善本区石炭系石英砂岩矿床的沉积成矿机理。

1 区域地质背景

李畋—王仙石英砂岩矿区位于江南造山带湘东北地区(图1)。区内发育有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系及第四系沉积地层, 其中石炭系地层为石英砂岩矿的主要赋矿层位, 呈北东向展布, 上覆二叠系地层, 下伏泥盆系地层, 呈不整合接触关系。

图1 湘东北地区地质简图(据许德如等, 2017)Fig. 1 Geological map of Northeast Hunan (modified from XU et al., 2017)

区域构造经历了元古代、早古生代、晚三叠纪以及中侏罗—白垩时期的多期构造运动事件(傅昭仁等, 1999), 湘东北地区大致展布为“两隆三盆”的构造框架, 自北西向东南分布为汨罗断陷盆地、幕阜山—望湘断隆、长沙—平江断陷盆地、浏阳—衡东断隆、醴陵—攸县断陷盆地(许德如等, 2017)。研究区位于浏阳—衡东断隆与醴陵—攸县断陷盆地的交接部位。

区域岩浆活动频繁, 集中出露于本研究区的西南部, 主要出露加里东晚期板杉铺岩体(花岗闪长岩), 局部出露一套加里东早期的江家渡组火山碎屑岩, 发育石英斑岩脉、花岗斑岩脉、辉绿岩脉、煌斑岩脉和花岗闪长岩枝。根据李畋—王仙地区沉积地层的形成时间推测, 该岩体形成时间更早, 应为区内石英砂岩矿的物质来源之一。

2 湘东北石炭系地层主要特征

该区石炭系地层位于华南大区之湘中-湘南区的怀化-长沙小区的东部, 区内石炭系发育不全, 零星分布, 不同层位与下伏地层呈平行不整合或角度不整合接触, 下石炭统以滨海泥砂碎屑沉积为主,夹碳酸盐和硅质沉积, 古生物群以植物和腕足类为主, 珊瑚次之, 分尚保冲组、樟树湾组、梓门桥组;上石炭统为台地相碳酸盐沉积, 可分为大埔组和马平组。为与研究区内石炭系地层进行对比, 根据湖南地质志, 现将各地层简述如下。

尚保冲组分上下二段, 下段为砂泥质碎屑沉积,总厚度50～90 m, 由灰白色细中粒石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩夹石英砾岩及少量炭质页岩组成, 富含植物及少量腕足类化石, 与下伏泥盆系岳麓山组呈平行不整合接触; 向上逐渐过渡为上段的钙泥质沉积, 上段由泥质灰岩、灰岩、页岩夹炭质页岩组成, 富含腕足类, 与上覆樟树湾组呈整合接触。

樟树湾组为河口湾及三角洲沉积, 总厚度179.9～424.7 m, 由灰白色中厚层状石英砾岩、石英砂岩、粉砂岩夹砂质页岩组成, 偶夹劣质煤层, 其上部以石英砾岩为主, 底部具冲蚀特征, 发育大型透镜状、楔状层理。与下伏尚保冲组、上覆梓门桥组均呈整合接触。本组地层为该区石英砂岩矿的主要含矿地层。

梓门桥组为一套浅海碳酸盐岩沉积, 下部为页岩、泥质灰岩、灰岩互层或互为夹层, 上部则为灰岩、泥质灰岩夹少量页岩和白云岩, 灰岩中多含硅质岩团块和条带, 厚度121.3～147.3 m, 与下伏樟树湾组及上覆大埔组均呈整合接触关系。

大埔组为一套台地相碳酸盐岩, 主要为浅灰色厚层状白云岩夹灰岩为主, 局部全为白云岩或全为灰岩。

马平组为一套台地相碳酸盐岩, 以灰白色厚层状生物屑灰岩为主, 夹白云质灰岩及白云岩。

3 李畋地区石英砂矿地质特征

3.1 构造

区内构造较为发育, 主要为断裂构造、褶皱构造, 控制了石炭纪含石英砂岩地层的分布。

(1)断裂构造

区内断裂构造主要发育NE、NW 向两组, 其中NE 向断裂构造规模较大, 为区域性断层, 断层性质为逆冲断层, 如西源冲—桃园冲断层(F15)、长塘—高棚断层(F59); NW 向规模相对较小, 倾角较陡,为平移断层, 如樟树湾断层(F73)、铁炉冲断层(F64)(图2)。该二组构造整体控制着本区石英砂矿资源的分布形态。

图2 李畋至王仙一带区域地质图(据湖南省地质调查院, 2017)Fig. 2 Regional geological map of Litian-Wangxian (modified from Hunan Institute of Geological Survey, 2017)

(2)褶皱

区内整体为单斜构造, 褶皱构造不发育, 多为小型层间宽缓褶皱, 规模较大的只有棋盘石背斜。

3.2 石英砂岩矿床特征

研究区内石炭系樟树湾组地层中普遍发育石英砂岩矿, 为中浅层单斜矿体, 厚度稳定, 矿体具有埋藏浅、开采技术条件简单等特点, 矿石组合为石英砾岩(图3a)、石英砂岩(图3b), 二组矿石呈渐变过渡关系, 接触界线不明显, 从其出露地理位置来看, 石英砾岩主要集中分布于远离该区古地理环境古陆端(图7)。该带内已设矿山包括鑫鼎、红日、旺达、南桥星湖、十八坡等5 个(图2), 各矿床地质特征见表1。

表1 已知各矿区的矿床地质特征Table 1 Geological characteristics of ore deposits in known mining areas

图3 李畋至王仙一带典型矿体照片Fig. 3 Photos of typical ore bodies in Litian-Wangxian

通过对比研究区内已知的5 个矿床地质特征可知, 自南西向北东矿石中SiO2含量整体变化不明显,但其含量的最低值及最高值均呈现出逐渐升高的特征, 且在同一矿床中, 石英砂岩中SiO2的含量明显低于石英砾岩, Al2O3及Fe2O3的含量明显高于石英砾岩, 究其原因, 主要是石英砂岩中石英颗粒粒径较小, 同体积范围内, 石英砂岩中石英颗粒与颗粒间的缝隙空间要明显大于石英砾岩, 导致石英砂岩中杂质的容量空间要大, 这间接说明了石英砾岩的矿石品质要高于石英砂岩。另外, 区内已知矿山矿石质量差别不大, 均作为建筑用的低端产业原料供用地, 但十八坡矿区却可作为玻璃用的中-低端产业原料供用地, 主要原因是十八坡矿区成立时间较晚, 通过新的选矿工艺升级, 经工业论证, 可用于生产色玻及白玻, 这间接反映了该区矿石品质较好, 其它矿区经过选矿工艺改造, 同样可用于生产中低端产品的原材料。

4 区内石炭系地层特征

李畋至王仙地区石炭系地层, 走向北东或南西,受构造分割影响, 出露地层形状不规则, 但整体呈条带状分布, 出露宽度1.5～3 km 不等, 呈中间宽二侧窄的形态, 南西方向呈尖灭状(图2)。本次研究在区内A-A’直接距离约18 km 范围内, 调查了3 条剖面, 编录了十八坡矿区典型钻孔1 个, 收集了其它矿区钻孔编录数据5 个, 对其揭露的地层特征进行了归类、对比研究, 总结其基本特征如下。

4.1 醴陵市李畋镇凤形村剖面

该剖面起点坐标(38465152, 3084457), 终点坐标 (38465557, 3084554), 结合鑫鼎矿区ZK1(38466825, 3085221)钻孔资料, 调查石炭系尚保冲组、樟树湾组及梓门桥组, 泥盆系见岳麓山组,各组特征如下:

上覆梓门桥组: 灰白、灰黑色中层状硅质岩、泥质灰岩夹页岩。＞10 m

——整合——

樟树湾组厚度336.9 m

31. 紫红色薄至中层石英砂岩。 8.8 m

30. 灰白、浅灰色巨厚层石英砾岩。 48.5 m

29. 紫红色薄至中层石英细砂岩, 普遍含铁质物。 23.1 m

28. 浅灰、灰白色砂质页岩。 5.5 m

27. 灰白色中至厚层石英砾岩夹少量黑色泥质页岩(图4a)。 8.1 m

图4 李畋镇凤形村ZK1 钻孔岩性特征Fig. 4 Lithologic characteristics of the ZK1 borehole in Feng-shaped village in Litian town

26. 灰白色薄至中层含铁质石英砂岩(图4b)。5.6 m

25. 灰白、浅黄色粉砂质页岩夹浅灰色石英砂岩。 11.1 m

24. 灰白色厚至中层石英砾岩。 27.6 m

23. 浅黄色、紫红色薄层粉砂质页岩。 4.7 m

22. 灰白色厚至巨厚层石英砾岩。 9.9 m

21. 浅黄、灰绿色薄层石英细砂岩与砂质页岩互层。 4.1 m

20. 灰白微带肉红色中至厚层含砂石英细砾岩。 11.6 m

19. 灰白色薄至中层石英细砂岩。 3.1 m

18. 灰白色中至厚层石英细砂岩。 8.2 m

17. 灰白色薄层石英砂岩夹砂质页岩。 5.4 m

16. 灰白微带紫红色厚至巨厚层石英细砂岩。10.2 m

15. 浅黄、灰白色薄至中层石英细砂岩、砂质页岩夹炭质页岩与煤线。1.8 m

14. 灰白色巨厚至中层石英砾岩。 7.9 m

13. 黄褐、浅灰色砂质页岩。 5.5 m

12. 灰白色薄至中层石英砂岩。 13.2 m

11. 浅黄、灰白色薄层砂质页岩。 6.6 m

10. 灰白色厚至中层粗粒石英砂岩。 11.2 m

9. 灰白色中层石英细砂岩夹砂质页岩。 15.5 m

8. 灰白带肉红色中厚至巨厚层石英砂岩及石英砾岩。 12.7 m

7. 灰白色中至薄层石英细砂岩夹灰色砂质页岩, 底部为含砾石英砂岩。 20.3 m

6. 紫灰色页岩。 6.1 m

5. 灰白色厚至中层细至中粒石英砂岩。 10.8 m

4. 灰白色薄层细粒石英砂岩夹砂质页岩。8.7 m

3. 黄褐色薄层细砂岩夹炭质页岩。 2.5 m

2. 灰白色中至厚层石英细砂岩, 夹灰白色粉砂质页岩。 13.8 m

1. 浅灰色中层石英砂岩。 4.8 m

——整合——

尚保冲组厚度58.4 m

上段厚度11.9 m

12. 灰黑色中至厚层泥灰岩。富含腕足类。4.5 m

11. 灰黑色中层砂质泥灰岩夹砂质页岩。产腕足类。 2.2 m

10. 灰黑色页岩, 含铁泥质结核。 2.9 m

9. 灰黑色薄至中层砂质泥灰岩, 夹薄层炭质页岩。 2.3 m

下段厚度46.5 m

8. 浅灰色薄至中层铁质石英细砂岩, 夹砂质页岩与少量炭质页岩。 2.3 m

7. 灰、浅黄色薄至中层石英细砂岩。 9.5 m

6. 灰黑色砂质页岩, 含铁质结核, 上部为砂质页岩与细砂岩互层, 细砂岩具对称波痕。 3.6 m

5. 灰白色带紫色中至厚层细至中粒石英砂岩,下部含砾石。 2.7 m

4. 上部为紫红色砂质页岩, 下部为薄至中层厚度1 m 的含铁细粒砂岩。 3.5 m

3. 灰白色薄至中层石英粉砂岩、粉砂岩与灰色薄层粉砂质页岩互层。 2.5 m

2. 灰白色中至厚层石英细砂岩, 局部含砾。6.3 m

1. 下部为灰白色中层石英细砂岩, 往上夹灰、灰白色条带状粉砂质页岩。 3.6 m

——平行不整合——

下伏泥盆系岳麓山组: 灰白色巨厚层细粒石英砂岩。＞15 m

该剖面重点调查了石炭系樟树湾组及尚保冲组, 对梓门桥组及泥盆系岳麓山组只做了简单测量。

樟树湾组厚度336.9 m, 为灰白色-浅灰-浅黄-紫红色薄-厚层状石英砾岩、石英砂岩、石英细砂岩及页岩互层, 上部以石英砾岩为主, 中部偶见煤线发育, 基本与建组地层一致, 自下而上砾岩由薄变厚, 砂岩由厚变薄, 页岩则由厚变无, 且在石英砾岩中极少见铁质物发育。

尚保冲组厚度58.4 m, 上段为灰黑色薄-中层状砂质泥灰岩夹砂质或炭质页岩, 富含腕足类, 在页岩中常见含铁质结核; 下段为灰白-浅灰-灰黑-紫红色薄中厚层石英砂岩、石英细砂岩、石英粉砂岩与页岩互层, 且在上部普遍见铁质物发育, 中间的含铁质层, 为上下段的区分标志层。与建组地层相比, 基本一致。

4.2 醴陵市白兔潭镇雪峰村剖面

该剖面起点坐标(38463178, 3079752), 终点坐标 (38463487, 3079892), 结合红日矿区ZK2(38466517, 3081175)、旺达矿区ZK3(38464438,3080633)及星湖矿区ZK4(38464083, 3078895)揭露情况, 对出露地层特征归纳如下:

上覆梓门桥组: 灰白、灰黑色中层状硅质岩、泥质灰岩夹页岩。＞20 m

——整合——

樟树湾组厚度354.4 m

10. 灰色中-厚层石英砂岩与巨厚层石英砾岩互层, 见少量紫红色层石英细砂岩。 105.2 m

9. 灰白色或紫红色薄层至中层石英砂岩夹大量砂质页岩, 普遍含铁质。 28.4 m

8. 灰白色中厚层状石英砾岩, 偶见少量紫红色薄砂质页岩或灰黑色炭质页岩。 36.7 m

7. 浅灰色薄层石英细砂岩与砂质页岩互层。6.8 m

6. 灰白色中至厚层石英细砂岩。 27.7 m

5. 浅黄、灰白色薄至中层石英细砂岩、砂质页岩夹炭质页岩。 5.6 m

4. 灰白色巨厚至中层石英砾岩夹砂质页岩。32.5 m

3. 灰白色中层石英砂岩。 45.2 m

2. 灰黑色、灰白色中层石英细砂岩夹砂质页岩。 53.7 m

1. 灰色薄至中层石英砂岩。 12.6 m

——整合——

尚保冲组厚度76.8 m

上段厚度16.5 m

5. 灰黑色中层泥质灰岩夹炭质页岩, 含铁质结核。 16.5 m

下段厚度60.3 m

4. 灰色-灰黑色薄至中层石英细砂岩夹炭质页岩, 局部见铁质结核。 25.2 m

3. 紫红色薄层砂质页岩, 含铁质。 9.9 m

2. 灰色薄层砂质页岩。 13.7 m

1. 灰白色中层石英细砂岩。 11.5 m

——平行不整合——

下伏泥盆系岳麓山组: 灰白色中厚层状石英砂岩。＞26 m

该剖面同样只重点调查了石炭系樟树湾组及尚保冲组。

樟树湾组厚度354.4 m, 为灰白-浅灰-浅黄-紫红色薄-巨厚层状石英砾岩、石英砂岩、石英细砂岩及页岩互层, 与建组地层相比, 石英砾岩与石英砂岩的互层产出在上部发育更集中, 且厚度大、SiO2纯度高, 反映了石英砂经过了多次反复冲洗的成矿环境。

尚保冲组厚度76.8 m, 上段为灰黑色中层泥质灰岩夹炭质页岩, 含铁质; 下段为灰白-灰-紫红色薄-中层石英细砂岩与页岩互层, 与建组地层相比,石英砂粒径更小, 下段未见石英砂岩发育, 体现了台槽开始形成, 海水上升, 浅水陆棚相沉积初步形成。

雪峰村剖面相对于凤形村剖面, 整体樟树湾组及尚保冲组均小幅增厚, 虽然石英粒径整体变化情况基本一致, 但石英砂岩及砾岩相对凤形村剖面,其含量增多, 体现了石英聚集的相对更加集中。

4.3 醴陵市浦口镇十八坡ZK5

该孔为湖南省水文地质环境地质调查监测所(原湖南省有色地质勘查局二一四队)为了完成十八坡矿区玻璃用石英砂岩矿详查而施工的钻, 通过岩芯编录总结, 其地层岩性特征主要如下:

上覆梓门桥组: 灰白、灰黑色中层状硅质岩、泥质灰岩夹页岩。 (钻孔中未见)

——整合——

樟树湾组厚度＞183.2 m

9. 灰白色、浅黄色、紫红色薄至中厚层状石英砂岩夹砂质泥岩。 12.3 m

8. 灰白-紫红色中厚层状石英砾岩夹砂质泥岩,局部见黄褐色铁质物。 51.1 m

7. 灰黑色-深红色薄层至中厚层砂质页岩与炭质页岩互层发育, 见污手现象。 4.8 m

6. 灰白色厚层状石英砾岩夹少量黑色薄层状炭质页岩, 其中裂隙面充填红褐色铁质。 29.1 m

5. 青灰色薄层至中厚层状石英砂岩, 局部见红褐色泥质胶结物。 9.1 m

4. 灰白色中厚层状石英砾岩与石英砂岩互层发育, 岩石较破碎(图5a)。 8.6 m

图5 浦口十八坡樟树湾组钻孔岩芯特征Fig. 5 Borehole core characteristics of the Zhangshuwan Formation in Shibapo, Pukou

3. 灰白色中厚层状石英砾岩(图5b), 局部夹褐红色或青黄色砂质页岩。 15.1 m

2. 灰白色中厚层状石英砂岩夹砖红色、青灰色砂质页岩。 29.6 m

1. 灰白色中厚层状石英砾岩与石英砂岩互层产出, 局部夹少量砂质泥岩。 23.5 m

——整合——

尚保冲组厚度＞42.2 m

上段厚度19.3 m

4. 灰黑色中至厚层状泥质灰岩 8.5 m

3. 灰色中厚层状灰岩夹砂质页岩。 4.6 m

2. 灰黑色薄至中层泥质灰岩夹薄层状黑色炭质页岩, 含铁质物。 6.2 m

下段厚度22.9 m

1. 灰色薄至中层状石英细砂岩夹砂质页岩,局部见少量石英砂岩。＞22.9 m

——平行不整合——

下伏泥盆系岳麓山组: 灰白色巨厚层细粒石英砂岩。 (钻孔中未见)

该剖面由于钻孔揭露地层的局限性, 未揭露到上覆梓门桥组及下伏岳麓山组地层, 且尚保冲组也未见底, 但对樟树湾组及尚保冲组地层的揭露整体较为理想。

樟树湾组厚度大于183.2 m, 为灰白-灰黑-青灰-浅黄-紫红色薄至中厚层状石英砾岩、石英砂岩、砂质泥岩及炭质页岩互层, 与建组地层相比, 含泥(页)岩明显增多, 石英砂岩及石英砾岩的单层厚度明显变薄。

尚保冲组厚度大于42.2 m, 上段为灰-灰黑色中-厚层泥质灰岩夹炭质页岩; 下段为灰色薄至中层状石英细砂岩夹砂质页岩, 与建组地层相比基本一致。

樟树湾组地层厚度相对于前2 个剖面显著减小,且夹页岩的层数及厚度明显增加, 石英砂岩及石英砾岩的完整性明显下降, 反映石英砂岩矿中夹层增多, 矿石品质变差。

4.4 醴陵市王仙镇枫树背剖面

该剖面起点坐标(38459932, 3071475), 终点坐标(38460107, 3071003), 结合 ZK6(38460172,3071475)钻孔揭露情况, 其岩性特征主要如下:

上覆梓门桥组: 灰白、灰黑色中层状硅质岩、泥质灰岩及页岩。 (未见)

——整合——

樟树湾组厚度85.9 m

6. 灰白、浅灰色中厚层至巨厚层状石英砾岩与石英细砂岩互层产出, 局部夹砂质页岩。 42.3 m

5. 紫红色中层石英砂岩夹石英细砂岩, 普遍见铁质胶结物。 8.6 m

4. 灰色薄至中厚层状石英细砂岩与砂质页岩互层。 7.3 m

3. 灰白色薄至中层状石英砂岩夹浅黄薄层状砂质页岩。 9.6 m

2. 黄褐色、薄层状石英细砂岩夹灰黑色炭质页岩。 2.5 m

1. 灰白色中至厚层石英砂岩夹砂质页岩。15.6 m

——整合——

尚保冲组厚度45.2 m

上段厚度12.1 m

5. 灰黑色中厚层状泥质灰岩。 5.3 m

4. 灰黑色薄层状炭质页岩。 2.4 m

3. 灰黑色薄至中厚层状泥质灰岩, 夹薄层炭质页岩, 见铁质物普遍发育。 4.4 m

下段厚度33.1 m

2. 浅灰色中层状石英细砂岩夹石英砂岩。26.0 m

1. 灰黑色中层状砂质页岩。 7.1 m

——平行不整合——

下伏泥盆系岳麓山组: 灰白色巨厚层细粒石英砂岩。＞18 m

该剖面位于A-A’南西部, 揭露了石炭系樟树湾组、尚保冲组及泥盆系岳麓山组, 但未发现梓门桥组地层。

樟树湾组厚度仅85.9 m, 为灰白-浅灰-黑-紫红色薄至中厚层状石英砾岩、石英砂岩、石英细砂岩、砂质页岩及炭质页岩互层, 与建组地层相比, 厚度明显变薄, 且含页岩及石英细砂岩增多。

尚保冲组厚度大于45.2 m, 上段为灰黑色薄-厚层泥质灰岩夹炭质页岩; 下段为浅灰中层状石英细砂岩、石英砂岩及砂质页岩互层, 与建组地层相比基本一致。

整体上, 樟树湾组厚度进一步变小, 且石英砂岩及石英砾岩主要集中在上部, 厚度为42.3 m, 下部主要为石英细砂岩及页岩, 反应了较差的成矿环境。尚保冲组变化不大。

5 讨论

5.1 醴陵李畋—王仙地区剖面沉积相对比

通过对以上收集的剖面数据进行处理分析, 绘制了柱状对比图(图6), 由图可知:

图6 李畋至王仙地区石炭系地层特征对比图Fig. 6 Correlation diagram of Carboniferous stratigraphic characteristics in Litian-Wangxian area

(1)同一地层、不同剖面, 其沉积序列虽然相似,但却有很大差异; 从各剖面中揭露的樟树湾组地层厚度来看, 雪峰村(ZK2、ZK3、ZK4)为中间最厚地段, 向南西枫树背(ZK6)方向呈逐渐变薄至尖灭趋势, 向北东凤形村(ZK1)方向也存在一定的变薄趋势。这说明, 在研究区较小范围内, 地层序列呈现出隆、凹相间的裂谷盆地特征, 正如前所述, 这与研究区处在浏阳—衡东断隆与醴陵—攸县断陷盆地的交接部位相关;

(2)各剖面中樟树湾组地层中, 石英粒径整体呈现上粗下细的规律, 从上至下依次以石英砾岩、石英砂岩、石英细砂岩为主, 且页岩主要出现在其下部。这反映了该地层经历过多次海侵海退的形成过程, 最开始海侵海退剥蚀古陆的地表层及动植物,形成了下部以页岩为主的地层, 随后经历反复多次的海侵海退, 根据海水搬运不同粒径大小的石英颗粒容易程度, 最先形成石英细砂岩, 其次是石英砂岩, 最后是石英砾岩;

(3)樟树湾组及尚保冲组中, 均发育一层明显的含铁石英砂砾岩夹页岩层, 反应了这一时期某一特定的历史事件发生;

(4)石炭系梓门桥组及泥盆系岳麓山组, 本次研究工作未做重点, 整理的数据较少, 代表性不强,但整体反映泥盆系岳麓山组主要以发育石英砂岩为主, 具有下一步在该地层中寻找优质石英砂岩矿的潜力。

5.2 沉积环境及构造背景分析

研究区位于扬子板块与华夏板块交接转换地带的江南造山带内(图1), 经过武陵运动、加里东运动和印支运动后, 湘东北地区在地形上表现为穹隆-盆地构造(张岳桥等, 2009)。至泥盆纪时期, 受其末期“柳江运动”的影响, 区内地壳发生了总体抬升,致使江南造山带古陆显著扩大, 随后由于海域明显海退, 华南地段上升成陆, 但此时基本缺乏石炭纪的沉积。之后石炭纪继承了晚泥盆世的古地理格架,从石炭世早期的杜内期至维宪期, 开始发生海侵,海侵时西南方向到达了江南造山带南缘的益阳和长沙一线, 湘西北到达了石门以北的湘鄂边缘, 江南造山带为陆屑主要供给区, 后来经过多期次的海侵海退活动, 形成了古陆南醴陵一带包括本次研究区的滨岸陆屑沉积区(图7), 主要为砂岩、泥岩夹页岩,生物以植物为主, 兼有少量腕足类、双壳类等, 属滨岸潮汐砂泥坪沉积。其岩石类型主要有石英砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、页岩、泥质灰岩等。

图7 醴陵李畋—王仙石炭系樟树湾-尚保冲组沉积环境图Fig. 7 Sedimentary environment map of the Carboniferous Zhangshuwan-Shangbaochong Formation in Litian-Wangxian of Liling

研究区见明显的沉积上超特点, 也间接说明了本区处于醴攸盆地的边缘相带。区内断裂构造多呈NE-NNE 向, 结合区内的构造演化背景, NE-NNE向断裂总体上为武陵运动、加里东运动、印支运动、燕山运动等多次构造运动的产物, 另处还发育有大量近NW 向断裂, 并在这一时期, 形成了许多同生断裂(图2), 包括边界断裂F15和主要断裂F59、F64、F73等, 在这些断裂构造的影响下, 该套地层才形成了现在的分布格局。同时, 从樟树湾组发育的大量高纯度石英砂岩, 可说明本区位于海水反复淘洗的滨岸地带; 另外梓门桥组、樟树湾组、尚保冲组揭露的泥质页岩, 硅质岩等反映了台槽的特征, 大埔组和马平组的灰岩及白云岩反映了台块的特征。由此可看出, 研究区石炭系地层自东南第四系到北西冷家溪群地层, 整体呈现台块—台槽—边缘相的规律变化。

晚古生代至中三叠世的沉积中, 是加里东构造运动所造成的全面海退之后相继发生的一轮新的巨型沉积旋回, 在这过程中, 石炭系地层的形成只是其中一小段过程。泥盆系的岳麓山组为一套高度成熟的石英砂岩, 反应了前一次海退的结束; 之后石炭系的尚保冲组的上部见灰岩发育, 反映了又一次海侵的开始, 海平面上升, 并受上一次海退后陆源上形成的淡水的影响, 故形成了灰岩或白云岩; 之后在樟树湾组下段, 见黑色页岩发育, 表明海水的持续上升, 并形成浅水陆棚相沉积, 同时开始形成石英砂岩; 之后在樟树湾组的上段, 见一套高度成熟的石英砂岩(图8), 镜下及分析结果表明石英含量可达98%, 表明随着海平面的提高至最高位后开始海退, 并在海退过程中, 石英砂岩经过了多次反复的冲洗。之后在梓门桥组见硅质岩、泥质灰岩及页岩发育, 表明了第二次的海侵开始, 包括之后大埔组及马平组的白云岩, 说明后续海侵-海退的持续过程。最后在后期控矿构造的影响下, 形成了该区李畋—王仙一带狭长的沉积体, 长达20 km, 规模约100 多km2的大型锥状沉积物堆积体。

由此可见, 该区石炭纪的沉积环境与区域构造背景演化有着密切的关系, 在横向上和纵向上具明显变化规律。醴陵北—浏阳南地处湘桂裂谷盆地的边缘相带, 海水淘洗充分, 因而, 樟树湾组石英砂岩纯度高, 为硅产业提供了高品质的石英砂原料。但由于处于边缘相带及盆地隆、凹相间格局, 其空间展布常不稳定。因此, 在该区的地质调查工作中需要加强对石英砂矿空间展布的认识。