湖北恩施硒富集區(qū)中二疊世孤峰組露頭層序地層研究

石先濱，翁茂芝，羅　紅，許露露，龔志愚，趙雪松，段先鋒

（湖北省地質(zhì)調(diào)查院，武漢430034）

湖北恩施硒富集區(qū)中二疊世孤峰組露頭層序地層研究

石先濱，翁茂芝，羅紅，許露露，龔志愚，趙雪松，段先鋒

（湖北省地質(zhì)調(diào)查院，武漢430034）

通過實(shí)測地層剖面的精細(xì)研究，結(jié)合微量元素地球化學(xué)分析，探討了恩施地區(qū)富硒地層中二疊世孤峰組層序界面識別、層序劃分與對比及其對硒元素空間分布的影響。研究區(qū)中二疊世孤峰組可總結(jié)為4種基本層序類型，分別為炭硅質(zhì)頁巖-炭硅質(zhì)巖、炭硅質(zhì)頁巖-炭硅質(zhì)巖夾灰?guī)r透鏡體、炭硅質(zhì)巖-含炭泥晶灰?guī)r和炭硅質(zhì)巖-含炭細(xì)晶白云巖；識別出3個(gè)層序界面，其中孤峰組與茅口組接觸界線處為Ⅲ型層序界面，孤峰組中部的巖性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面為Ⅱ型層序界面，龍?zhí)督M與孤峰組接觸界線處為Ⅰ型層序界面；劃分了2個(gè)三級層序（SQ1、SQ2）。通過層序?qū)Ρ确治?，隨著海侵作用的持續(xù)發(fā)展，區(qū)域上層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本層序類型分異明顯，沉積古地理格局表現(xiàn)為南淺北深的特征；通過層序地層與硒異常耦合關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)了孤峰組內(nèi)部Ⅱ型層序界面附近具高硒異常特征，確立了新的找礦標(biāo)志。

硒元素；孤峰組；層序地層；鄂西恩施地區(qū)

層序地層學(xué)是以地震地層學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，經(jīng)過幾十年的迅猛發(fā)展，層序地層學(xué)的理論體系和技術(shù)方法已基本形成并日趨完善［1-5］，層序地層學(xué)在生產(chǎn)應(yīng)用方面已取得許多的重要的研究進(jìn)展［6-10］。

圖1　研究區(qū)二疊紀(jì)盆地構(gòu)造背景略圖［21］及主干剖面位置圖Fig.1 The sketch map of Permian tectonic setting of the basin and location of main sections in the study area

研究區(qū)位于湖北省恩施市東部紅土溪-椿木營一帶（圖1），區(qū)內(nèi)研究程度較低，目前開展的1∶5萬區(qū)調(diào)工作為層序地層研究積累了豐富的野外露頭資料，野外露頭具有直觀性、完整性、精確性、可檢驗(yàn)性和便于大比例尺研究的特性［11］，為露頭層序地層研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。湖北恩施是我國稀有的硒過剩地區(qū)，硒含量遠(yuǎn)高于地殼豐度值，該區(qū)于上世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的漁塘壩硒礦床是國內(nèi)含硒品位最高的獨(dú)立硒礦床［12］，且是目前世界上唯一在二疊系黑色巖系中發(fā)現(xiàn)的獨(dú)立硒礦床［13］。國內(nèi)多位學(xué)者曾對該礦床開展了大量的研究工作［14-20］，分別從巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)、沉積學(xué)和礦床學(xué)等多個(gè)角度對該礦床進(jìn)行了深入研究，但對于該區(qū)的層序劃分與對比工作涉及較少，主要的富硒地層中二疊世孤峰組的精細(xì)層序地層研究工作尤為缺乏。本文運(yùn)用露頭層序地層分析方法，通過開展層序地層劃分與對比，結(jié)合微量元素地球化學(xué)分析，對硒富集區(qū)的富硒地層開展精細(xì)層序地層研究工作，結(jié)合區(qū)域硒異常分布特征，探討硒元素富集與層序地層的時(shí)空關(guān)系，為該區(qū)硒礦的找尋提供新思路。

1　研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)地處揚(yáng)子板塊八面山臺褶帶，主體構(gòu)造以NE向延展為主。二疊紀(jì)沉積盆地性質(zhì)為中上揚(yáng)子克拉通盆地［22］，二疊系出露面積較廣，富硒異常的主要層位為中二疊世孤峰組、晚二疊世下窯組和大隆組［23］。通過大量的巖石地化剖面測制，發(fā)現(xiàn)孤峰組含硒量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他層位。孤峰組主要巖性下部為灰黑色薄層狀含炭生物屑硅質(zhì)巖夾灰黑色炭硅質(zhì)泥巖，透鏡體狀生物屑細(xì)-粉晶灰?guī)r，上部為灰黑色薄層狀含炭硅質(zhì)巖、灰黑色含硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖、灰色中層狀含炭細(xì)晶白云巖、灰黑色-灰色中厚層狀含黃鐵礦粉-微晶灰?guī)r，層厚20～40 m。

2　露頭層序地層特征

圖2　恩施紅土溪-椿木營一帶層序界面特征Fig.2 Sequence boundary features in Hongtuxi-Chunmuying of Enshi area

研究區(qū)孤峰組巖相具明顯差異特征。在孤峰組內(nèi)識別具有明顯標(biāo)志特征的界面，結(jié)合基本層序特征調(diào)查，研究孤峰組基本層序疊置關(guān)系，為層序地層劃分提供依據(jù)。

2.1層序界面識別

孤峰組以一套炭硅質(zhì)巖、炭硅質(zhì)頁巖夾少量碳酸鹽巖為特征，下覆地層為中二疊世茅口組，根據(jù)湖北省巖石地層單位劃分方案，其接觸界線為整合接觸［24］，但近年來亦有報(bào)道在湖北建始茅口組頂部發(fā)育古巖溶和陸源碎屑巖［25-26］，與上覆的孤峰組呈似整合接觸。本次工作區(qū)位于建始一帶的南側(cè)，通過實(shí)測地層剖面和路線地質(zhì)調(diào)查，在漁塘壩-椿木營-深溝地區(qū)，茅口組頂部為一套塊狀含生物屑微晶灰?guī)r，頂部界面較為平直，雖古巖溶或陸源碎屑巖不發(fā)育，但局部可見花斑狀構(gòu)造，表現(xiàn)為淺灰色白云石化微晶灰?guī)r呈斑點(diǎn)狀分布，指示了水體變淺的特征。界線之上孤峰組為一套炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)泥巖，椿木營一帶孤峰組底部發(fā)育厚約5 cm的灰黑色含錳炭質(zhì)泥巖（圖2a），指示深水沉積環(huán)境，由此，茅口組與孤峰組界線處兩側(cè)巖性明顯差異，由具淺水沉積特征的生物屑微晶灰?guī)r直接變化為具深水沉積的含炭錳質(zhì)泥巖、炭硅質(zhì)巖或炭硅質(zhì)頁巖，巖相變化較為迅速，指示水體突然加深，該時(shí)期為一次迅速海侵過程，具Ⅲ型層序界面性質(zhì)。

深溝一帶孤峰組內(nèi)部發(fā)育兩套碳酸鹽巖，根據(jù)基本層序組合及疊加特征，孤峰組下部的碳酸鹽巖與下伏的炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖巖性差異（圖2b），野外露頭表現(xiàn)為由碳酸鹽巖向碎屑巖變化，界面上無明顯的標(biāo)志特征，但巖性突變面指示該時(shí)期水體突然變深，由下伏的進(jìn)積型結(jié)構(gòu)向上覆的退積型結(jié)構(gòu)變化，區(qū)域上，該時(shí)期相對海平面上升速率低于沉積濱岸坡折帶沉積速率，具Ⅱ型層序界面特征。

漁塘壩-紅土溪一帶，孤峰組內(nèi)部發(fā)育具兩套明顯標(biāo)志的碳酸鹽巖，巖性為灰色含炭微晶灰?guī)r，均呈透鏡狀，下部灰?guī)r透鏡體長軸達(dá)到1～1.5 m，順層理方向稀疏排列，上部灰?guī)r透鏡體長軸為0.2～0.5 m，順層理方向密集排列，往上巖性均以炭硅質(zhì)巖與炭硅質(zhì)頁巖互層為主。因此，由碳酸鹽巖向炭硅質(zhì)巖或炭硅質(zhì)頁巖變化，指示該時(shí)期水體突然變深，為下一個(gè)海侵作用的開始，該界面具巖相轉(zhuǎn)換面特征，具Ⅱ型層序界面特征。

綜上所述，根據(jù)露頭識別標(biāo)志和區(qū)域?qū)Ρ?，孤峰組內(nèi)部可以識別出1個(gè)層序界面，該層序界面為巖相轉(zhuǎn)換面，具Ⅱ型層序界面性質(zhì)。

根據(jù)野外露頭特征觀察，紅土溪-漁塘壩一帶，龍?zhí)督M與孤峰組界線處可見灰白色粘土層（圖2c），為風(fēng)化殘留的硅鋁層。該時(shí)期該區(qū)域水體相對較深，受隆升剝蝕作用相對較弱，但仍具明顯的滯留沉積標(biāo)志；椿木營一帶龍?zhí)督M與孤峰組界線附近存在明顯的暴露標(biāo)志，界線處發(fā)育灰褐色的鐵錳質(zhì)風(fēng)化殼（圖2d），指示該時(shí)期遭受隆升剝蝕及夷平作用，受區(qū)域上的東吳運(yùn)動影響，該界線具Ⅰ型層序界面特征。

2.2基本層序特征

通過實(shí)測地層剖面，在野外露頭尺度上可以識別出多種類型的基本層序，可總結(jié)為4種類型，即炭硅質(zhì)頁巖-炭硅質(zhì)巖（Ⅰ）、炭硅質(zhì)頁巖-炭硅質(zhì)巖夾灰?guī)r透鏡體（Ⅱ）、炭硅質(zhì)巖-含炭泥晶灰?guī)r（Ⅲ）和炭硅質(zhì)巖-含炭細(xì)晶白云巖（Ⅳ）類型（圖3）。

其中以炭硅質(zhì)頁巖-炭硅質(zhì)巖類型（Ⅰ）為主，該類基本層序垂向上有多種組構(gòu)樣式，即炭硅質(zhì)巖與炭硅質(zhì)頁巖互層類型（Ⅰ1）、炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖類型（Ⅰ2）、炭硅質(zhì)頁巖夾炭硅質(zhì)巖類型（Ⅰ3），不同疊加樣式反映了地層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程，指示其進(jìn)積、加積或退積結(jié)構(gòu)樣式特征。其他類型在局部區(qū)域不發(fā)育，但根據(jù)剖面上不同類型的基本層序特征，可以為層序地層劃分提供野外基礎(chǔ)資料，通過多個(gè)基本層序的疊覆關(guān)系，判斷不同時(shí)期垂向上的進(jìn)積、加積或退積結(jié)構(gòu)樣式特點(diǎn)。

2.3層序劃分

圖3　恩施硒富集區(qū)中二疊世孤峰組基本層序特征Fig.3 Basic sequential features of Middle Permian Gufeng Formation of selenium-rich area in Enshi

由南往北，工作區(qū)孤峰組不同區(qū)域巖性組合變化較為顯著。南側(cè)深溝一帶，孤峰組巖相變化明顯，尤其在孤峰組上段中發(fā)育較厚的粉-微晶灰?guī)r，且中部夾含炭細(xì)晶白云巖，巖性差異較大，橫向上具有可對比性；中部至椿木營一帶，孤峰組中碳酸鹽巖不發(fā)育，以一套炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖為主，垂向上巖性變化較小；北部在漁塘壩-紅土溪一帶孤峰組中碳酸鹽巖以透鏡體狀產(chǎn)出，下部以灰黑色薄層狀炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖為主，透鏡體稀疏排列，上部透鏡體順層理方向密集排列，巖性組合由炭硅質(zhì)巖與炭硅質(zhì)頁巖互層逐漸向炭硅質(zhì)頁巖夾炭硅質(zhì)巖過渡變化。由此，在深溝-漁塘壩-紅土溪地區(qū)，在孤峰組劃分了2個(gè)三級層序，其中SQ1對應(yīng)孤峰組的下段，SQ2對應(yīng)于上段，不同區(qū)域?qū)有虻貙觾?nèi)部結(jié)構(gòu)特征具明顯的差異性。

圖4　湖北省宣恩縣深溝剖面露頭層序地層綜合柱狀圖Fig.4 Synthesis column map of outcrop sequence stratigraphy of Shengou Section in Xuan'en county，Hubei province

通過在宣恩縣深溝地層剖面系統(tǒng)采集微量元素樣品，根據(jù)測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ni/Co比值與相對海平面升降變化曲線吻合較好（圖4）。Ni/Co比值可以指示沉積時(shí)期氧化還原環(huán)境，貧氧或缺氧環(huán)境Ni/Co比值較大，正常環(huán)境Ni/Co比值較小，該剖面上Ni/Co比值變化區(qū)間為8.0～119.8，指示該時(shí)期均為貧氧或缺氧環(huán)境，其中碳酸鹽巖的Ni/Co比值明顯低于炭硅質(zhì)巖，剖面上SQ1層序海侵體系域Ni/Co比值較大，指示該時(shí)期持續(xù)海侵作用，逐漸到達(dá)最大海侵期，為極度缺氧環(huán)境條件，向上海侵作用減弱，相對海平面逐漸下降，Ni/Co比值降低，局部形成碳酸鹽巖，表明海水的氧化還原環(huán)境發(fā)生了較大變化。綜上所述，結(jié)合微量元素Se含量分析（表1），Ni/Co變化趨勢與Se元素含量具有明顯的相關(guān)性，表明極度缺氧環(huán)境下Se含量更高。另外，該時(shí)期相對海平面升降變化與微量元素含量的變化具有一定的相關(guān)性，因此，微量元素地球化學(xué)分析可以作為露頭層序地層分析的一種輔助性標(biāo)志。

表1　湖北省宣恩縣深溝地層剖面微量元素含量Table 1 Trace element Content of Shengou section in Xuan'en county，Hubei province

3　層序地層對比分析

通過野外露頭層序地層劃分，研究區(qū)從南到北層序具明顯的變化特征，以深溝-漁塘壩-紅土溪主干剖面層序劃分為基礎(chǔ)，對中二疊世孤峰組層序地層進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，以分析該時(shí)期層序界面及不同層序內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)域變化特點(diǎn)（圖5）。

層序SQ1海侵體系域（TST）均以炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖為主，局部夾灰?guī)r透鏡體，巖性區(qū)域變化較小，韻律旋回較為明顯，總體顯示出由南向北退積旋回逐漸減少，沉積作用逐漸減弱的特征，反映了漁塘壩-紅土溪-帶受持續(xù)海侵作用影響，沉積厚度相對較小，高位體系域（HST）巖性差異較大。深溝一帶發(fā)育一套碳酸鹽巖，向北碳酸鹽巖基本不發(fā)育，局部僅發(fā)育少量灰?guī)r透鏡體，反映該時(shí)期不同區(qū)域?qū)有騼?nèi)部結(jié)構(gòu)特征出現(xiàn)分異，基本層序類型明顯不同，指示沉積古地理環(huán)境具南淺北深的特征。層序SQ2海侵體系域（TST）與上一層序的結(jié)構(gòu)特征具有繼承性，總體上海侵作用進(jìn)一步發(fā)展，在深溝一帶中部出現(xiàn)一套白云巖組合，表明該時(shí)期在持續(xù)海侵過程中，相對海平面逐漸變淺再加深的特征，而漁塘壩-紅土溪一帶持續(xù)海侵，以炭硅質(zhì)巖夾炭硅質(zhì)頁巖為主，沉積厚度較小，反映由南向北沉積古地理格局差異性進(jìn)一步發(fā)展；高位體系（HST）僅在深溝一帶發(fā)育碳酸鹽巖，漁塘壩-紅土溪一帶以炭硅質(zhì)頁巖夾炭硅質(zhì)巖為主，指示漁塘壩-紅土溪一帶，水動力條件較弱，沉積厚度較小，沉積速率較為緩慢，頂部受區(qū)域構(gòu)造隆升運(yùn)動影響，受到不同程度的剝蝕夷平，總體上表現(xiàn)為南淺北深的古地理格局。

4　層序地層與硒異常的耦合關(guān)系

通過實(shí)測地層剖面和微量元素測試分析，在深溝剖面上孤峰組Se元素含量平均值達(dá)到90.2 μg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Se元素的地殼豐度值0.05 μg/g，這表明該區(qū)為Se元素高異常區(qū)，垂向上，硒元素具有局部富集的特征，孤峰組頂?shù)讕r石中Se元素含量均相對較低，在孤峰組中部Ⅱ型層序界面附近含量較高，達(dá)到300 μg/g以上，在深溝剖面北側(cè)，該層序界面附近均具高異常特征，漁塘壩一帶Se元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)品位，最高達(dá)到7590 μg/g，紅土溪一帶Se元素含量接近工業(yè)品位，最高達(dá)到789 μg/g，總體表現(xiàn)為研究區(qū)中部漁塘壩一帶孤峰組中部Ⅱ型層序界面附近異常值最高，向四周異常值逐漸降低。

圖5　湖北省恩施硒富集區(qū)中二疊世孤峰組層序地層對比剖面圖Fig.5 Correlative sections ographic map of Middle Permian Gufeng Formation of selenium-rich area in Enshi，Hubei province

研究區(qū)中二疊世孤峰組中硒元素含量高于區(qū)域背景值，但形成獨(dú)立礦體的范圍較為局限，目前僅在漁塘壩發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立硒礦床，礦石的品位和厚度均不均勻變化，巖石中的微量元素具遷移和富集特征，因而硒礦的富集受后期改造作用影響，結(jié)合前人研究成果［27］，研究區(qū)硒礦應(yīng)屬沉積改造型。孤峰組內(nèi)部有多套碳酸鹽巖，但僅在特定的界面上才具高硒異常特征，中二疊世孤峰組內(nèi)部層序界面為巖性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換面，界面之下均發(fā)育碳酸鹽巖，呈層狀或透鏡體狀產(chǎn)出，深溝一帶碳酸鹽巖較為發(fā)育，碳酸鹽巖均呈層狀產(chǎn)出，而到漁塘壩至紅土溪一帶碳酸鹽巖發(fā)育較少，呈透鏡體狀產(chǎn)出，該套碳酸鹽巖在區(qū)域上分布較為穩(wěn)定，易于露頭識別和橫向?qū)Ρ龋摻缑嬷暇鶠樘抗栀|(zhì)巖，具典型的“硅鈣面”特點(diǎn)，且碳酸鹽巖上下炭硅質(zhì)巖中均具Se高異常特征，表明該層序界面對于Se元素的運(yùn)移或富集提供了良好的通道，界面附近的炭硅質(zhì)巖可以作為賦礦層吸附大量的Se元素，使Se元素在界面附近逐步富集。該界面在野外露頭上較易識別，區(qū)域上延伸較遠(yuǎn)，連續(xù)分布，這對于在該界面附近對該類型硒礦床的找尋提供了重要的找礦線索。

5　結(jié)論

（1）研究區(qū)中二疊世孤峰組劃分了2個(gè)三級層序，識別出3種層序界面類型，早期由于迅速海侵作用，形成Ⅲ型層序界面，中期海侵作用逐漸減緩，形成Ⅱ型層序界面，晚期海侵作用轉(zhuǎn)而增強(qiáng)，但受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動影響，遭受隆升剝蝕，形成Ⅰ型層序界面。

（2）在中二疊世孤峰組中總結(jié)了4種基本層序類型，即炭硅質(zhì)頁巖—炭硅質(zhì)巖、炭硅質(zhì)頁巖—炭硅質(zhì)巖夾灰?guī)r透鏡體、炭硅質(zhì)巖—含炭泥晶灰?guī)r和炭硅質(zhì)巖—含炭細(xì)晶白云巖。

（3）中二疊世孤峰組內(nèi)部層序界面附近Se元素具異常特征，層序界面可以作為Se元素運(yùn)移的良好通道，從而使Se元素在界面附近的炭硅質(zhì)巖中逐步富集，該界面具典型的“硅鈣面”特點(diǎn)，野外露頭較易識別，確立了研究區(qū)硒礦新的找礦標(biāo)志。

野外工作中承蒙湖北省地質(zhì)調(diào)查院胡正祥教授級高級工程師、吳傳榮教授級高級工程師、江麟生教授級高級工程師等現(xiàn)場指導(dǎo)，審稿專家給本文提出了十分寶貴的修改意見，在此深表謝意。

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Shi X B，Wong M Z，Luo H，Xu L L，Gong Z Y，Zhao X S and Duan X F.Sequence stratigraphy of Middle Permian Gufeng Formation from selenium-rich area in Enshi，Southwestern Hubei.Ge-ology abd Mineral Resources of South China ，2016，32（1）：1-9.

SHI Xian-Bin，WONG Mao-Zhi，LUO Hong，XU Lu-Lu，GONG Zhi-Yu，ZHAO Xue-Song，DUAN Xian-Feng

（Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan 430034，Hubei，China）

By researching the stratigraphic section，combined with trace element analysis，sequence boundary，sequence division and comparison，in addition the influence of the spatial distribution of selenium of selenium-rich Middle Permian Gufeng Formation was studied.Middle Permian Gufeng Formation of the study area can be concluded as four types of basic sequence，which were silica carbonaceous shale-silica carbonaceous rock，silica carbonaceous shale-silica carbonaceous rock inter-calated with limestone lenses，silica carbonaceous rock-micrite with carbon，and silica carbonaceous rock-fine crystalline dolomite with carbon.Three types of sequence boundary were identified，in which the boundary of Maokou Formation and Gufeng Formation wasⅢ-type sequence boundary，and the transition surface of rock character in middle of Gufeng formation wasⅡ-type sequence boundary，in addition，the boundary of Longtan Formation and Gufeng Formation wasⅠ-type sequence boundary，and two types of Three-grade Sequence Interface（SQ1，SQ2）was subdivided. Through comparison analysis，sequence-internal structures and types of basic sequence with transgressions of the area was obvious difference，and the sedimentation paleogeographic feature was formed in shallow water in the southern side and deep water in northern side.Through analysis of the coupling relationship of se-quence stratigraphy and selenium anomaly，high selenium anomalous character was discovered nearⅡ-type sequence boundary in Gufeng Formation，that the new prospecting criteria was established.

Selenium；Gufeng Formation；sequence stratigraphy；Enshi，Southwestern Hubei Province

中圖分類法：P534.46；P618.76A

1007-3701（2016）01-001-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.01.001

2015-12-14；

2016-2-24.

中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項(xiàng)目“湖北1∶5萬三岔幅、紅土溪幅、官店口幅、萬寨幅、椿木營幅、下坪幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”（12120113061800）資助.

石先濱（1986—），男，碩士，工程師，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，E-mail：shixianbin_000@163.com.