張早勤

(福建省閩西地質(zhì)大隊，福建 三明 365001)

關(guān)健詞：船山組；沉積環(huán)境；大田縣北部；福建

0 引言

船山組是福建省重要的化工灰?guī)r產(chǎn)出層位，主要分布于龍巖、永安、大田等地[1]。前人通過對船山組豐富的類化石對比研究，曾經(jīng)一度將船山組置于晚石炭世[2-4]，本文側(cè)重于對船山組巖性組合、巖石、古生物等特征研究，未對其形成時代進(jìn)行探討，其時代歸屬參照2011年出版的《福建省區(qū)域地質(zhì)志》[1]，將其置于早二疊世。大田北部廣平地區(qū)在早二疊世時期為海盆—陸緣間的過渡地段，一般認(rèn)為其沉積厚度僅幾十米，并含較多碎屑，為灰?guī)r—含碎屑灰?guī)r組合[1]。2015年，閩西地質(zhì)大隊對大田北部獅古洞礦區(qū)開展黑色冶金用熔劑灰?guī)r礦詳查，施工鉆探約2萬米，除控制棲霞組灰?guī)r層位之外，還在其下發(fā)現(xiàn)了船山組厚度達(dá)數(shù)百米，區(qū)內(nèi)船山組由下往上至少發(fā)育3個完整沉積旋回，均為白云質(zhì)灰?guī)r-灰?guī)r組合。

根據(jù)詳查資料，對礦區(qū)船山組的巖性、巖相資料進(jìn)行了研究，系統(tǒng)總結(jié)了船山組沉積特征，劃分了沉積相和沉積環(huán)境，并對區(qū)內(nèi)船山組較大厚度的形成因素進(jìn)行了分析。其研究成果對闡明石灰?guī)r礦區(qū)域成礦地質(zhì)條件和古地理環(huán)境分析有指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于南武夷晚古生代拗陷區(qū)大田—龍巖拗陷帶的廣平—龍巖復(fù)式向斜北部，處在南平—龍巖推覆構(gòu)造帶北端[1]。區(qū)域上地層、侵入巖、斷裂構(gòu)造發(fā)育(圖1)。

1.1 沉積建造

區(qū)域出露的地層較簡單，為中—新元古代、晚古生代、晚侏羅世等三個構(gòu)造層。

中—新元古代構(gòu)造層：形成于陸緣裂陷海槽的拉張環(huán)境中，僅有大嶺組為海相火山沉積類復(fù)理石建造[1]。

晚古生代構(gòu)造層：是福建省加里東運(yùn)動后地殼進(jìn)入相對穩(wěn)定形成的準(zhǔn)地臺型沉積。早期天瓦崠組、桃子坑組、林地組為陸源粗碎屑沉積建造，中期船山組、棲霞組為淺海相(臺地)碳酸鹽建造，晚期童子巖組為陸相碎屑巖夾含煤建造。其中船山組、棲霞組是福建省主要的石灰?guī)r層位，且棲霞組在大田地區(qū)為硫、鐵、多金屬控礦層位[2]。

晚侏羅世構(gòu)造層：由于燕山運(yùn)動中期太平洋板塊俯沖作用，使深部巖漿大量噴發(fā)和侵入。由此區(qū)內(nèi)形成南園組陸相火山沉積建造，為酸性火山巖碎屑巖組合。

1.2 構(gòu)造特征

褶皺主要分布于南部，中心部位為二疊系，兩翼局部出露上泥盆統(tǒng)和石炭系，其中不同級別的褶曲發(fā)育。由于斷裂的破壞和后期巖漿侵入活動，使復(fù)式向斜的形態(tài)愈加復(fù)雜。

逆沖推覆斷層區(qū)內(nèi)分布較廣，主要表現(xiàn)為外來巖系中—新元古界大嶺組分布于廣大的晚古生代地層之上(F1)(圖2)；拆離滑脫斷層分布二疊系中，主要滑動界面有1條，即船山組于林地組之間(F0)。其中F0斷層是區(qū)域上重要的鐵、多金屬控礦斷層[4]。其次區(qū)內(nèi)還發(fā)育NE、NW向性質(zhì)不明斷層，多為一些陡傾角斷層。

1.3 巖漿活動

區(qū)內(nèi)侵入巖主要有志留紀(jì)黑云母花崗巖(湖源巖體)、中三疊世似斑狀黑云母花崗巖(嶺兜巖體)。其中中三疊世巖漿侵入作用與前述的硫、鐵、多金屬成礦作用關(guān)系密切[3]。

2 船山組地層沉積特征

獅古洞礦區(qū)船山組在地表呈“構(gòu)造窗”零星分布(圖1)，深部大面積保存(圖2)。已有鉆探表明，其上與棲霞組整合接觸，下與林地組斷層接觸，總體走向NNE，傾向SEE，傾角20°～40°，地層總體保存完好，船山組厚度從南東往北西方向厚度增大。

2.1 地層巖性組合

根據(jù)礦區(qū)船山組地層巖石、巖性組合、沉積旋回及古生物化石等特征，自下往上將船山組劃分為三個巖性段(圖3)，各段巖性特征如下：

船山組第一段：下部為生物碎屑白云質(zhì)灰?guī)r；中下部扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r，中上部為微晶灰?guī)r；上部為生物碎屑灰?guī)r和微晶灰?guī)r。具厚層狀—塊狀層理。化石以類為主，次為珊瑚、螺類等。厚度為59.2～163.8 m。其下與下石炭統(tǒng)林地組斷層接觸。

船山組第二段：下部為白云質(zhì)灰?guī)r，中部為生物碎屑灰?guī)r，上部為淺灰色微晶灰?guī)r。具厚層狀—塊狀層理?；陨汉?、螺類等為主，次為類。厚度為16.9～81.2 m。

船山組第三段：下部為白云質(zhì)灰?guī)r；中部為淺灰色微晶灰?guī)r，局部為扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r、豹紋狀灰?guī)r；上部總體淺灰色微晶灰?guī)r為主中，其中在上中部夾透鏡狀角礫狀灰?guī)r(見于獅古洞礦區(qū)北東部)，近頂部為深灰色含海百合生物碎屑泥晶灰?guī)r與灰色微晶灰?guī)r互層，前者常見鮞粒。一般具厚層狀—塊狀層理，水平層理僅見上部?；喜恳院０俸锨o化石為主，中、下部則主要為珊瑚、螺類等。厚度為94.2～239.2 m。

本區(qū)船山組巖層厚度為170.3～484.2 m。第一至第三段下部均為白云質(zhì)灰?guī)r，中部及上部主要為微晶灰?guī)r，局部見生物碎屑，在第一段下部見扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r，第三段中下部見扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r、豹紋狀灰?guī)r，上中部為角礫狀灰?guī)r，均為高能的沉積環(huán)境所致。第三段近頂部的泥晶灰?guī)r與微晶灰?guī)r互層是船山組與上覆棲霞組整合接觸的最好證據(jù)。

2.2 標(biāo)志層

標(biāo)志層Ⅰ：位于船山組第一段下部、白云質(zhì)灰?guī)r之上，巖性為扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r，礫屑占比30%～50%，個體較小，礫徑一般為(1～2) mm×(3～5) mm，呈長透鏡狀順層定向排列。該標(biāo)志層穩(wěn)定可靠，可作為地層、對比及連結(jié)依據(jù)。

標(biāo)志層Ⅱ：位于船山組第三段中下部，由1層扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r和之上的豹紋狀灰?guī)r組成。扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r具礫狀結(jié)構(gòu)，礫屑縱切面呈長透鏡狀，橫切面呈橢圓狀-圓狀，個體相對較大，礫徑一般為(3～5) mm×(10～200) mm，礫屑占比25%～60%，順層定向排列；豹紋狀灰?guī)r一般為1～2層，厚度為3～10 m，表現(xiàn)為深(泥晶)、淺(亮晶)兩色的微晶灰?guī)r呈豹紋狀、云彩狀、不規(guī)則條帶狀相間分布。該標(biāo)志層穩(wěn)定可靠，可作為地層對比及連結(jié)依據(jù)。

2.3 化石特征

研究區(qū)船山組化石主要有原米契林珊瑚 (Protomicheliniamicrostoma) (圖4a、4b)，袁氏珊瑚 (Yuanophyllumyu) (圖4c、4d)，螺 (圖5)，類和海百合莖等?；N類及其特征與閩西南龍巖[5-6]，閩北順昌[7]等地基本相同，時代應(yīng)歸屬于早二疊世。

2.4 沉積建造旋回

區(qū)內(nèi)船山組由三個較大的沉積旋回組成(圖3)，每個旋回底部均為局限臺地(臺內(nèi)盆地)形成的白云質(zhì)灰?guī)r。第一、第二旋回分別劃分出3個、1個亞旋回，分別由底部均為高能沉積相的扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r、豹紋狀灰?guī)r，上部為低能沉積相——開闊海陸棚環(huán)境中(含)生物碎屑微晶灰?guī)r，具厚層狀—塊狀層理，厚度為數(shù)十米。第4～10旋回由下至上可明顯劃分出7個亞旋回，每個亞旋回特征基本同第一、二旋回。各沉積亞旋回特征均為正旋回，由此說明區(qū)內(nèi)船山組為早二疊世海侵過程中，由數(shù)個高能沉積相→低能沉積相形成的若干相似的巖性呈現(xiàn)有規(guī)律的周期性重復(fù)形成。

3 沉積環(huán)境分析

3.1 巖相古地理環(huán)境

大田北部地區(qū)船山組主要有7種巖相類型，特征如下：

白云質(zhì)灰?guī)r相：分布于船山組各個巖性段的下部。具淺灰、灰色，微晶結(jié)構(gòu)、少量生物碎屑結(jié)構(gòu)。巖石由微粒方解石、白云石和少量生物碎屑類組成，方解石、白云石他形晶，粒徑為10～20 μm，沿其縫合線見炭質(zhì)分布；生物碎屑大多呈破碎狀。中厚層狀構(gòu)造，巖石厚度一般為5～8 m，厚度大于10 m時，一般夾數(shù)層微晶灰?guī)r。

微晶灰?guī)r相：為區(qū)內(nèi)船山組主要巖性，分布于各個巖性段的中部及上部。具淺灰色，微晶結(jié)構(gòu)，巖石主要由方解石和微量的石英組成。方解石呈微粒他形晶，粒徑為10～40 μm，閃突起，高級白干涉色，少數(shù)重結(jié)晶加大為細(xì)晶狀；石英呈不規(guī)則粒狀，粒徑為25～200 μm，無色透明，具弱波狀消光。厚—塊狀層理，局部為中厚層狀構(gòu)造，巖層厚度幾米至十幾米，厚度較大，成分單一且穩(wěn)定。

(含)生物碎屑微晶灰?guī)r：也為區(qū)內(nèi)船山組主要巖性，分布于各個巖性段的中部及上部。具淺灰色，微晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)。巖石由微粒方解石和部分生物碎屑類組成，方解石微晶占比60%～85%、生物碎屑占比15%～40%。方解石他形晶，粒徑為10～20 μm，沿其縫合線見炭質(zhì)分布；生物碎屑種類復(fù)雜，以類為主，少量珊瑚、螺類化石，多呈破碎狀，少數(shù)形態(tài)完整，大小在0.1～2 mm之間。類呈橢圓狀，單層結(jié)構(gòu)，殼壁褶皺。局部見較完整珊瑚、螺類化石，大小為10～30 mm。厚層狀構(gòu)造，巖層厚度幾米至十幾米，與微晶灰?guī)r呈漸變過渡接觸。

扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r相：本區(qū)船山組共見2層扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r，礫徑相對較小的分布于船山組第一段下部(圖6a-1)、相對較大的分布于第三段的中下部(圖6a-2)。巖石呈淺灰色，微晶結(jié)構(gòu)，礫狀結(jié)構(gòu)。礫屑占比25%～60%，呈扁豆?fàn)?縱切面呈長透鏡狀，橫切面呈橢圓狀-圓狀)，大小以3～10 cm多見，為微晶灰?guī)r，分選性較好?；|(zhì)成分也為微晶灰?guī)r，與礫屑相同。

豹紋狀灰?guī)r相：分布于船山組第三段的中上部。見1～2層，厚3～10 m，深(泥晶)、淺(亮晶)色的微晶灰?guī)r相間分布，呈豹紋狀、云彩狀、不規(guī)則條帶狀(圖6b)。

角礫狀灰?guī)r相：主要分布于礦區(qū)北部、東部的船山組第三段的中上部，呈透鏡狀、似層狀，厚度幾米至十幾米，變化較大。具角礫狀結(jié)構(gòu)，角礫成分為微晶灰?guī)r，呈棱角—次棱角狀，大小不一，分選性差，膠結(jié)物同為微晶灰?guī)r(圖6c)。

海百合生物碎屑泥晶灰?guī)r相：呈數(shù)層夾層分布于船山組第三段的上部，灰至深灰色，生物碎屑結(jié)構(gòu)。巖石由微粒方解石、生物碎屑類組成，局部見鮞粒。泥晶占比65%～80%，生物碎屑占比35%～20%。生物碎屑以海百合莖為主，多呈破碎狀，少數(shù)形態(tài)完整，大小在0.1～3 mm之間。中厚層狀構(gòu)造，局部見水平層理，巖石厚度為3～5 m。

3.2 巖相類型及沉積環(huán)境分析

根據(jù)上述船山組7種巖相類型，參照Wislon(1975)對碳酸鹽巖沉積環(huán)境的劃分方案，將區(qū)內(nèi)船山組劃分為局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣淺灘、開闊海陸棚和臺地邊緣斜坡等5種沉積環(huán)境類型。

3.2.1 局限臺地

巖相組合描述：該巖相組合位于每個沉積旋回的最底部，該組合為單一和白云質(zhì)灰?guī)r相組合。由下至上巖相厚度相應(yīng)變厚，最底部旋回中見破碎狀生物碎屑，最上旋回中夾數(shù)層微晶灰?guī)r，具明顯的沉積韻律。

沉積環(huán)境解釋：以單一白云質(zhì)灰?guī)r為標(biāo)識，該巖相組合形成靠近溫暖淺水、中等攪動的環(huán)境，產(chǎn)于局限臺地沉積中[8]。

3.2.2 開闊臺地

巖相組合描述：該巖相組合于每個沉積旋回的中、上部。該組合分別有微晶灰?guī)r相、(含)生物碎屑微晶灰?guī)r相組成，由下至上巖相厚度相應(yīng)變厚，生物碎屑主要分布于上部，常含珊瑚、螺、類化石，其中珊瑚代表了溫暖清澈的淺海環(huán)境。

沉積環(huán)境解釋：該巖相組合構(gòu)成船山組主體，巖相組合總體簡單。該巖相形成氣候溫暖的環(huán)境，產(chǎn)于穩(wěn)定的開闊碳酸鹽臺地沉積中[8]。

3.2.3 臺地邊緣淺灘

巖相組合描述：該巖相組合于第一旋回下部第三旋回中下、中上部。該組合分別有扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r、豹紋狀灰?guī)r相組成。扁豆?fàn)畹[屑灰?guī)r的礫屑占比25%～60%，呈扁豆?fàn)?縱切面呈長透鏡狀，橫切面呈橢圓狀-圓狀)，大小以3～10 cm多見，為微晶灰?guī)r，分選性較好。豹紋狀灰?guī)r表現(xiàn)為深(泥晶)、淺(亮晶)兩色的微晶灰?guī)r呈豹紋狀、云彩狀、不規(guī)則條帶狀相間分布。兩者均為較高能沉積相產(chǎn)物。

沉積環(huán)境解釋：該巖相組合應(yīng)為產(chǎn)于臺地邊緣的未完全固結(jié)的碳酸鹽巖，經(jīng)潮汐、地震等外力作用產(chǎn)生震蕩、來回滾動形成扁豆?fàn)?、橄欖狀，并?jīng)再次臺地沉積。因此該組合巖產(chǎn)于臺地邊緣淺灘沉積中，指示淺水風(fēng)暴潮環(huán)境[8-9]。

3.2.4 開闊海陸棚

巖相組合描述：該巖相組合于僅分布于第三旋回上部。該組合僅為海百合生物碎屑泥晶灰?guī)r組成。巖石由微粒方解石、生物碎屑類組成，局部見鮞粒。泥晶占比65%～80%，生物碎屑占比35%～20%。生物碎屑以海百合莖為主，多呈破碎狀，少數(shù)形態(tài)完整，大小在0.1～3 mm之間。中厚層狀構(gòu)造，局部見水平層理，巖石厚度為3～5 m。

沉積環(huán)境解釋：以含海百合生物碎屑和鮞為標(biāo)識，該巖相組合形成靠近淺灘的開闊海陸棚環(huán)境中[8]。

3.2.5 臺地邊緣斜坡

巖相組合描述：該巖相組合于僅分布于第三旋回上中部。該組合僅為角礫狀灰?guī)r組成。呈透鏡狀、似層狀，厚度變化大，幾米至十幾米。具角礫狀結(jié)構(gòu)，角礫成分為微晶灰?guī)r，呈棱角—次棱角狀，大小不一，分選性差，膠結(jié)物同為微晶灰?guī)r。

沉積環(huán)境解釋：該巖相組合應(yīng)為臺地邊緣的碳酸鹽巖，經(jīng)重力作用產(chǎn)生堋塌、滑塌，堆積于前斜坡，并經(jīng)再次沉積。屬前斜坡重力流沉積相[8]。

根據(jù)上述巖相組合及沉積環(huán)境分析，區(qū)內(nèi)船山組第一段沉積環(huán)境為局限臺地→開闊臺地→臺地邊緣淺灘，船山組第二段沉積環(huán)境對應(yīng)為局限臺地→開闊臺地，船山組第三段沉積環(huán)境為局限臺地→開闊臺地→臺地邊緣淺灘→開闊海陸棚→臺地邊緣斜坡→開闊海陸棚→臺地邊緣淺灘→開闊臺地。從巖性、巖相發(fā)育程度分析，區(qū)內(nèi)船山組總體以開闊臺地沉積環(huán)境為主。

3.3 沉積環(huán)境空間變化

早石炭末淮南運(yùn)動，大田北部地區(qū)遭受來自西南方向的海侵影響，在普遍沉積了晚石炭世經(jīng)畬組、老虎洞組的潮坪碎屑巖相—潮坪瀉湖泥巖相沉積后，此時的地形南低北高，西南部為濱海相，區(qū)內(nèi)為臺內(nèi)盆地，地形相對凹陷。于早二疊世船山期是前者的繼續(xù)，但是本期臺盆相繼消失，臺坪廣泛分布，這與區(qū)內(nèi)船山組總體以開闊臺地沉積環(huán)境為主是一致的。船山組中的三個旋回中均產(chǎn)類、珊瑚化石，屬于典型的淺水碳酸鹽巖臺地相。

區(qū)內(nèi)船山組處在大田—龍巖拗陷帶北段邊部，以往研究認(rèn)為邊部為海盆—陸緣間的過渡地段，沉積厚度相對較薄，且含較多碎屑[1]。但本次勘查在大田北部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了厚度達(dá)數(shù)百米的石灰?guī)r，基本不含或少含碎屑。研究認(rèn)為區(qū)內(nèi)船山組能沉積較大厚度的灰?guī)r，取決于二個因素：一是研究區(qū)處在水體較淺的場所，在物源充足的情況下，淺水區(qū)更有利于碳酸鹽沉積物形成，堆積速度也快；二是地殼下降幅度同沉積物堆積速度基本相同。反映了區(qū)內(nèi)船山期沉積碳酸鹽巖時的古地理景觀，是一定的古地理環(huán)境產(chǎn)物[10-14]。

4 結(jié)論

大田北部船山組總體上不含陸源碎屑，屬典型的陸表海清水沉積作用形成的碳酸鹽巖。根據(jù)巖性組將船山組合劃分為三個巖性段，且相應(yīng)構(gòu)成三個沉積旋回，每個旋回還包括有數(shù)個亞旋回。根據(jù)巖性、顏色、沉積構(gòu)造、化石等，將船山組沉積環(huán)境劃分為局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣淺灘、開闊海陸棚和臺地邊緣斜坡等5種類型，其中開闊臺地是主要沉積環(huán)境。

近年來在永安西北部的石碧礦區(qū)灰?guī)r勘查，施工的鉆孔在棲霞組之下的船山組厚度也有數(shù)百米，地層特征與本研究區(qū)基本接近。因此本研究成果，對類似地區(qū)石灰?guī)r找礦和古地理環(huán)境分析有一定的指導(dǎo)意義。

致謝：本文資料主要引用福建省大田縣獅古洞礦區(qū)黑色冶金用熔劑灰?guī)r礦詳查工作成果，參加該項目工作主要人員有童茜輝、劉檢生等同志，黃仁生教授級高級工程師對詳查工作進(jìn)行了指導(dǎo)。成文過程中承蒙邱盛安總工程師的悉心指導(dǎo)、審閱，并提出寶貴修改意見，在此表示衷心感謝。