海南文昌地區(qū)第四系沉積物特征及其地質(zhì)意義

莫位任，朱耀河，袁勤敏，龔 丹，謝群玲

MOWei-Ren,ZHUYao-He,YUANQin-Min,GONGDan,XIEQun-Ling

（海南省地質(zhì)調(diào)查院，?？谑?70206）

(Hainan Institute of Geology Survey,Haikou 570206,China)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于海南島文昌市東部沿海一帶（圖1），屬于華南褶皺系五指山褶皺帶。先后經(jīng)歷了加里東運(yùn)動、海西~印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動和喜山運(yùn)動的洗禮?？傮w表現(xiàn)為前海西期的固態(tài)流變和彈塑性褶皺變形，以及印支期、燕山期的斷裂變形。地層出露不全，地表主要分布新生界第四系下更新統(tǒng)秀英組、中更新統(tǒng)北海組、上更新統(tǒng)八所組、全新統(tǒng)煙墩組[1]，以及少量的下志留統(tǒng)空列村組和白堊紀(jì)鹿母灣組。是華南地區(qū)第四系發(fā)育較為典型的地區(qū)之一，出露面積699.31 km2。其分布受新生代晚期形成的新構(gòu)造格局的控制。其賦存有重要工業(yè)價(jià)值的鈦鐵礦、鋯英石砂礦以及大型玻璃砂礦床，礦床儲量名列全國前茅。巖漿活動較強(qiáng)烈，分布有三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)花崗巖及新近紀(jì)火山巖，但由于巖石風(fēng)化強(qiáng)烈或被第四系覆蓋，地表出露范圍較小。構(gòu)造主要以EW、NE、NW、SN向斷裂為主。

圖1 海南文昌地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of Wenchangarea，Hainan Province

2 第四系

2.1 秀英組

秀英組主要隱伏分布于東部龍樓—昌灑一帶，厚度由南向北、由西往東逐漸變厚，為瀉湖沉積環(huán)境。巖性上部以灰藍(lán)、藍(lán)綠、灰黃色粘土層及亞粘土層為主，下部為淺藍(lán)、深藍(lán)、藍(lán)綠色中細(xì)砂層及粉砂層。底板標(biāo)高-20~-30 m，地層厚度3~12.5 m。底部以淺藍(lán)、深藍(lán)、藍(lán)綠色中細(xì)、粉細(xì)砂與白堊紀(jì)及三疊紀(jì)花崗巖呈平行不整合接觸，頂部以灰藍(lán)、藍(lán)綠、灰黃色粘土及亞粘土與北海組及八所組呈平行不整合接觸。

2.2 北海組

北海組廣泛分布于公坡、昌灑、文教及邁號—清瀾等地，地貌上其疊覆于海成Ⅱ、Ⅲ級階地上，為山前剝蝕堆積平原區(qū)，階地形態(tài)呈波狀起伏，部分地段地形平坦，切割程度低，標(biāo)高一般在15~40 m，局部地段地面切割強(qiáng)烈，階面多呈平崗低丘狀，沖溝切溝等微地形發(fā)育，在邊坡地段有崩塌作用發(fā)生，標(biāo)高20~60 m，局部達(dá)80 m。巖性為灰黃、灰白、棕紅、褐紅色亞粘土、砂、砂礫、砂質(zhì)礫石層等，常含玻璃隕石和鐵質(zhì)結(jié)核，偶見不明顯的斜層理。礫石成分主要為石英、脈石英、變質(zhì)巖等碎屑，磨圓度相差懸殊，次棱角狀—圓狀均可見及。

本次在不同地點(diǎn)采取了北海組6個(gè)沉積物作粒度分析，根據(jù)正態(tài)概率曲線（圖2），ZK20-1樣品為多段型，其成因較復(fù)雜；其余樣品均為粗三段型，以某一組成分占主體，不同程度地含有不同粒級組分，且其余各組分含量往往接近，分選性差，認(rèn)為屬河成。綜合上述和結(jié)合島內(nèi)北海組沉積環(huán)境，認(rèn)為該區(qū)北海組沉積環(huán)境為沖洪積、河流相沉積。

圖2 北海組沉積物正態(tài)概率曲線圖Fig.2 Normal probability curveof sediments in Beihai Formation φ=-log2D（D單位為mm），3φ=0.125 mm.

2.3 八所組

八所組主要分布于東部昌灑、龍樓及東南部東郊一帶，其次為北部公坡一帶，厚度由南向北、由西往東逐漸變厚，地貌上表現(xiàn)為Ⅱ級海成階地，呈長條狀，由于透水性好，難于形成地表水流，故階地面保存完整，地形平坦。前緣以20°-30°的陡坡與Ⅰ級階地相連，后緣以陡坎或陡坡與Ⅲ級階地相接，階地寬200~800 m，長約4 km，標(biāo)高3~43 m。巖性總體以中細(xì)粒為特征，砂粒分選性較好，成熟度高，普遍含有鈦鐵礦、鉻鐵礦、鋯石及電氣石等。下部為灰白色中細(xì)砂，中部為褐黃—黃色中細(xì)砂，普遍含粘土或粘土團(tuán)塊，局部出現(xiàn)粘土夾層，上部褐灰—褐黑色中細(xì)砂，普遍含有碳質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等，層位較穩(wěn)定，頂部為淺灰、灰白色中細(xì)砂，厚度大于66 m，底部以灰白色中細(xì)砂與北海組棕黃色細(xì)砂土及秀英組灰、淺藍(lán)綠色粘土—亞粘土呈平行不整合接觸及不整合于印支—燕山期花崗巖和志留系之上。

八所組巖性與標(biāo)準(zhǔn)剖面的巖性基本上可對比。但本區(qū)上部巖性局部含有機(jī)質(zhì)和炭質(zhì)，顏色呈灰褐、褐黑色，層位穩(wěn)定，且含有粘土，厚度一般為1.0~7.0 m，具有滯水環(huán)境沉積特征，屬于瀉湖相沉積。本次在不同地點(diǎn)采取5個(gè)沉積物作粒度分析，根據(jù)正態(tài)概率曲線（圖3），ZK21-1為細(xì)粒二段型，以細(xì)砂為主，少量粉砂，分選性好，沉積環(huán)境一般為片流；ZK11-2為多段型，以粉砂占主體，其次為中粗砂，少量細(xì)砂，分選性差，屬風(fēng)成或河成；其余樣品為粗粒三段型，以中粗粒級和細(xì)粒級砂為主，含量平分秋色，兩者占90%以上，少量粉砂，分選性一般，其沉積環(huán)境一般為海浪成因。綜上所述及結(jié)合島內(nèi)八所組沉積環(huán)境，測區(qū)八所組沉積環(huán)境應(yīng)為海相沉積(瀉湖—濱海沉積)，期間并受到風(fēng)成或河成的擾動。

圖3 八所組沉積物正態(tài)概率曲線圖Fig.3 Normal probability curveof sediments in Basuo Formation φ=-log2D（D單位為mm），3φ=0.125 mm.

2.4 煙墩組

煙墩組分布于東部、東北部及東南部沿海一帶，為濱海砂堤—瀉湖系列沉積。巖性主要為灰、灰白色海灘砂，灰黑色含有機(jī)質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)砂，灰黃、黃白色粉細(xì)砂、細(xì)砂、含礫中粗砂、含生物碎屑中粗砂，普遍見貝殼、珊瑚等[2]。與下伏地層八所組、北海組呈平行不整合接觸或與老地層空列村組、白堊紀(jì)花崗巖等呈不整合接觸。地貌上構(gòu)成濱海平原的上部，并組成沿海砂堤、砂堤封閉的瀉湖以及新海灘巖、連島砂堤等。按其形成的不同機(jī)制可分為以下幾個(gè)成因類型：

(1)海灣堆積沉積

海灣堆積沉積分布于龍樓—東郊一帶，表面平坦，標(biāo)高一般2~8 m，位于海灘或砂堤內(nèi)側(cè)，微向海傾斜，呈條帶不規(guī)則狀，前緣陡緩不一，局部為陡坎，階地寬一般為500~2000 m，構(gòu)成海岸較低的微斜平原。巖性特征：灰、灰黃、灰白及灰黑色粉細(xì)砂、中細(xì)砂、含礫中粗砂及亞粘土、淤泥等組成，含貝殼、珊瑚等碎屑，砂、礫成份以石英為主，少量長石、巖屑，磨圓度一般，呈次棱—次圓狀，分選性中等。沉積物中普遍含有鋯鈦礦、獨(dú)居石等。

(2)現(xiàn)代砂堤沉積

現(xiàn)代砂堤沉積分布于測區(qū)龍樓—昌灑沿海一帶，呈條帶狀平行海岸線分布，標(biāo)高一般為5~55 m，相對高差達(dá)50 m，寬度一般350~3000 m。巖性特征：灰、灰白、灰黃色粉細(xì)砂、中細(xì)砂、粗中砂、中粗砂、含礫中粗砂及砂礫等，含有貝殼、珊瑚等碎屑，夾灰、灰白色海灘巖。砂、礫成份主要為石英，次為長石、巖屑等，砂粒大小多為0.25~2 mm，礫石多為2~8 mm，呈次棱—次圓狀，分選性一般。海灘巖成份主要為砂和生物碎屑，次為鈣質(zhì)等膠結(jié)物，砂粒大小0.25~0.5 mm，磨圓度一般為次棱—次圓狀，發(fā)育微斜層理。沉積物中含有大量的鈦鐵礦、鋯英石、電氣石、獨(dú)居石等，其中，鈦鐵礦含量基本達(dá)到工業(yè)品位。

(3)海漫灘沉積

海漫灘沉積呈條帶狀分布于海岸帶潮汐帶內(nèi)，多呈3°~14°的緩坡向海傾斜，標(biāo)高1~3 m，相對高差1~3m，寬10~150m不等，分布于東郊鎮(zhèn)以南沿海的海漫灘最寬可達(dá)400 m。巖性特征：灰、灰白、灰黃色粉細(xì)砂、中粗砂、砂礫及淤泥等，普遍含貝殼、珊瑚、螺殼等碎屑，礫石多呈次棱—次圓狀，分選性中等，土質(zhì)疏松，局部發(fā)育浪成波痕，可見蠕蟲穴居的小洞及爬行痕跡。

(4)瀉湖相沉積

呈不規(guī)則狀分布于文教河出海口處清瀾、頭苑、文教一帶的低洼地段，地形平坦，標(biāo)高1~3 m，其環(huán)境中的物化條件受潮汐影響。巖性特征：灰、灰黑、灰黃色粉細(xì)砂、亞粘土、亞砂土及淤泥等，普遍含有大量的螺殼、貝殼、珊瑚等碎屑及少量的礫石。

3 第四系沉積物重礦物特征

第四系沉積物重礦物特征對第四系沉積物的物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的分析具有重要的意義。于該區(qū)采取了第四系沉積物重砂樣(圖1)，其重礦物含量及鋯石特征[3-5]見表1和表2。

秀英組重礦物以褐鐵礦、鋯石、金紅石等最多，次為鈦鐵礦、電氣石等，大部分重礦物磨圓度較好。鋯石呈淺玫瑰、玫瑰色—無色，金剛光澤，粒徑長≤0.3 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1，主要鋯石晶形渾圓度好，以渾圓柱狀、粒狀為主，次要鋯石晶形較完整。其重礦物成熟度（ZTR指數(shù)）較低，說明形成于近濱海環(huán)境低能帶。

北海組重礦物以鈦鐵礦、鋯石、電氣石、金紅石等最多，次為鉻鐵礦、磁鐵礦等，大部分重礦物磨圓度較好。鋯石以白色、無色為主，少數(shù)淺玫瑰、玫瑰色，金剛光澤，粒徑長≤0.5~0.3 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1~4:1，鋯石顆粒較大，多數(shù)晶形呈渾圓粒狀，少數(shù)晶形較完整，反映其大部分沉積物所經(jīng)歷的搬遠(yuǎn)距離較遠(yuǎn)。

八所組重礦物以鈦鐵礦、鋯石、鉻鐵礦、電氣石、金紅石等為主，大部分重礦物磨圓度較好。鋯石呈無色、淺玫瑰、玫瑰色—褐色，金剛光澤，粒徑長≤0.3~0.1 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1~4:1，主要鋯石晶形渾圓度好，以渾圓柱狀、粒狀為主，次要鋯石晶形較完整。其重礦物成熟度（ZTR指數(shù)）很高，反映形成于潮下高能帶。

煙墩組重礦物以鈦鐵礦、鋯石、電氣石、金紅石、鉻鐵礦等最多，次為褐鐵礦、磁鐵礦等，重礦物磨圓度一般。鋯石呈無色、玫瑰色—褐色，金剛光澤，粒徑長≤0.3 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1，主要鋯石晶形渾圓度好，以渾圓柱狀、粒狀為主，次要鋯石晶形較完整。其重礦物成熟度（ZTR指數(shù)）很高，反映形成于潮下高能帶。

4 第四系物源示蹤

第四系松散沉積物賦存有豐富的金屬和非金屬礦產(chǎn)，是海南島海岸帶沉積礦產(chǎn)中的重要部分。為了追索第四系物源的來源物質(zhì)，我們于北海組、八所組和煙墩組中分別采取了單顆粒（各40粒）鋯石，由西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室蘇王春榮測試。采用美國Agilent7500型ICP_MS和德國Lambda Physik公司的ComPexl02 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF波長193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)上進(jìn)行。激光束斑直徑

為20μm。激光剝蝕樣品的深度為20~40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NISTSRM610進(jìn)行儀器最佳化。采樣方式為單點(diǎn)剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式。每測定5個(gè)樣品點(diǎn)測定一個(gè)鋯石91500和NIST610。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NISTSRM610作為外標(biāo)，Si作為內(nèi)標(biāo)。采用GLITTER(ver4.0，Macquarie University)程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M(jìn)行計(jì)算。北海組、八所組、煙墩組樣品U-Pb分析數(shù)據(jù)分別見表3-5。并選用206Pb/238U年齡做諧和年齡頻譜圖[6]。各樣品的加全平均年齡計(jì)算及諧和圖的繪制采用Isoplot(ver2.49)。

表1 第四系沉積物人工重砂礦物含量表（×10-6）Table 1 Artificial placer minerals content of the Quaternary sediments, Wenchang area, Hainan Province

表2 第四系沉積物鋯石形態(tài)特征表Table 2 Morphology of Zircons from the Quaternary sediments, Wenchang area, Hainan Province

表3 北海組樣品（D3216）U-Pb分析數(shù)據(jù)Table 3 Analysis results of U-Pb ages of zircons from Beihai Formation

表4 八所組樣品（D1138）U-Pb分析數(shù)據(jù)Table 4 Analysis results of U-Pb ages of zircons from Basuo Formation

表5 煙墩組樣品（D1951）U-Pb分析數(shù)據(jù)Table 5 Analysis results of U-Pb agesof zircons from Yandun Formation

北海組206Pb/238U年齡變化于100~2620 Ma之間，主要集中在130~470 Ma，主要峰值為130 Ma、260 Ma、470 Ma，次要峰值為370 Ma、420 Ma、559 Ma、840 Ma、1000 Ma（圖4A）。主要鋯石顆粒較大，多數(shù)晶形呈渾圓粒狀，少數(shù)晶形較完成，以白色、無色為主，少數(shù)淺玫瑰、玫瑰色，金剛光澤，粒徑長≤0.5 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1~4:1。結(jié)合鋯石年齡，表明其碎屑物質(zhì)主要來源于加里東期、海西—印支期、燕山期火成巖。

八所組206Pb/238U年齡變化于70~2420Ma之間，主要集中在160~620Ma，主要峰值為160、230Ma，次要峰值為380、450、620 Ma（圖4B）。主要鋯石其晶形渾圓度好，以渾圓柱狀、粒狀為主，次要鋯石晶形較完整，呈無色、淺玫瑰、玫瑰色—褐色，金剛光澤，粒徑長≤0.3 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3:1~4∶1。結(jié)合鋯石年齡，說明其物源主要來自海西-印支期、燕山期火成巖。

煙墩組206Pb/238U年齡變化于120~1610 Ma之間，主要集中在120~450 Ma之間（圖4C），主要峰值為140 Ma、230 Ma，次要峰值為130 Ma、370 Ma、420 Ma、830 Ma。主要鋯石其晶形渾圓度好，以渾圓柱狀、粒狀為主，次要鋯石晶形較完整，呈無色、玫瑰色-褐色，金剛光澤，粒徑長≤0.3 mm，寬≤0.1 mm，長寬比為3∶1。結(jié)合鋯石年齡，顯示其物源主要來源于海西-印支、燕山期火成巖。

上述結(jié)果表明，測區(qū)第四系松散沉積具有不完全相同的物源。八所組與煙墩組的沉積物源區(qū)具有一定的相似性，北海組的沉積物源區(qū)明顯不同于八所組和煙墩組源區(qū)。這種物源的差異性可能直接導(dǎo)致了第四系成礦作用的不同。

圖4 第四系碎屑鋯石206Pb/238U年齡頻譜圖Fig.4 The 206Pb/238Uagespectrogramof detrital zircons from Quaternary sediments

5 地層與礦床的關(guān)系

第四系松散沉積物重礦物中含有大量的鈦鐵礦、鋯石、電氣石、金紅石、鉻鐵礦、獨(dú)居石等有用礦物。北海組為陸相沉積，泥質(zhì)含量較高，其有用礦物按目前的技術(shù)條件無法利用，但大量有用礦物聚集的地方易形成砂礦，因此該組也是砂礦的賦存層位。八所組和煙墩組都為海相沉積，金屬和非金屬礦物經(jīng)過大量的海水沖刷、分選，在有利部位可以形成有用礦物的砂礦。

八所組中的中細(xì)砂，分選性較好，成熟度較高，是石英砂礦及伴生礦床鋯鈦礦的賦存層位。該組中石英砂的SiO2含量一般為96.05%~98.04%，單樣最高達(dá)到99.33%，F(xiàn)e2O3一般為0.04%~0.19%，Al2O3含量一般為0.18%~1.96%。礦石平均品位達(dá)到一類Ⅲ級品的要求。目前已在區(qū)內(nèi)八所組中發(fā)現(xiàn)有大、特大型石英砂礦及鋯鈦砂礦，分別為文昌市龍樓鎮(zhèn)赤筠村石英砂礦、文昌市龍樓鎮(zhèn)木堆村石英砂礦及鋯鈦礦、文昌市昌灑鎮(zhèn)竹堆村石英砂礦及鋯鈦礦等礦產(chǎn)地。

煙墩組砂堤地貌主要是鋯鈦礦的賦存層位,鋯英石品位一般為0.51~1.83 kg/m3，鈦鐵礦品位一般為0.9~6.2 kg/m3，品位基本達(dá)到工業(yè)品位。已知的礦產(chǎn)地有文昌市昌灑鎮(zhèn)土盧山鋯鈦砂礦等。

6 結(jié)論

綜上所述，第四系沉積物特征、重礦物分析可以提供第四系物源以下信息：

（1）根據(jù)重礦物的組合特征可以判別出物源區(qū)的母巖性質(zhì)：為火成巖，表現(xiàn)出高含量的鈦鐵礦、鋯石、鉻鐵礦、電氣石、金紅石等。

（2）研究區(qū)第四系松散沉積具有不完全相同的物源，這種物源差異性可能直接導(dǎo)致成礦作用不同。

（3）八所組與煙墩組的沉積物源區(qū)具有一定的相似性，都為海相沉積，金屬和非金屬礦物經(jīng)過大量的海水沖刷、分選、富集沉積成有用鋯鈦礦礦床。北海組的沉積物源區(qū)明顯不同于八所組和煙墩組物源區(qū)，北海組為陸相沉積，泥質(zhì)含量較高，其有用礦物按目前的技術(shù)條件無法利用，但其含有大量的有用礦物。

本文是一項(xiàng)集體勞動的成果，在成文過程中得到了地質(zhì)局林義華、云平高級工程師給予不少指導(dǎo)與幫助；參加該項(xiàng)目野外工作的還有周進(jìn)波、朱耀河、胡在龍、江宏偉、袁勤敏等同志；西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室蘇王春榮完成測年工作；在此一并志謝。

[1]海南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.海南省巖石地層(M).中國:地質(zhì)大學(xué)出版社,1997.12:96-104.

[2]宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,海南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.海南島地質(zhì)(一),地層古生物(M).北京:地質(zhì)出版社,1992:267-280.

[3]林曉彤,李巍然,時(shí)振波.黃河物源碎屑沉積物的重礦物特征[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2003.08:17-21.

[4]王中波,楊守業(yè),李萍,李從先,蔡進(jìn)功.長江水系沉積物碎屑礦物組成及其示蹤意義 [J].沉積學(xué)報(bào)，2006.04:570-578.

[5]曹立成,姜濤,王振峰,張道軍,孫輝.瓊東南盆地新近系重礦物分布特征及其物源指示意義[J],中南大學(xué)學(xué)報(bào).2013.05:1971-1981.

[6]龍文國.海南島東部黃竹嶺地區(qū)變質(zhì)火山巖鋯石U-Pb同位素年齡及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)通報(bào),2005,24(1):92-94.