海南澄邁平坡嶺新近紀煤層的發(fā)現(xiàn) 及其對瓊北盆地演化的制約

吳 俊 ，張楗鈺，王 磊，楊文強，卜建軍， 龍文國，周 岱，梁定勇

1.中國地質調查局武漢地質調查中心（中南地質科技創(chuàng)新中心），武漢 430205；2.古生物與地質環(huán)境演化湖北省重點實驗室， 武漢 430205；3.中國地質調查局花崗巖成巖成礦地質研究中心，武漢 430205；4.海南省地質綜合勘察院，?？?570206

研究區(qū)位于海南省北部，地理范圍包括儋州市、臨高縣和澄邁縣，該區(qū)于20世紀50年代末至 60 年代初先后完成了1∶20 萬區(qū)域地質測量（廣東省地質局區(qū)測大隊，1964），1∶10 萬航空物探，1∶20 萬磁法、重力及電法測量等基礎地質工作。區(qū)內地勢整體上南高北低，大地構造上位于華南大陸邊緣雷瓊裂谷。區(qū)內新生代地層發(fā)育，火山活動強烈，地表多為中更新世多文組、晚更新世道堂組、全新世石山組玄武巖和更新世北海組、全新世松散層覆蓋，古近紀-新近紀地層多隱伏于地下，其中火山巖多分布于南渡江以北。區(qū)內發(fā)育一系列東西向、北東向和北西向斷裂構造，控制了裂谷及其內部次級構造單元的分布和演化。20世紀50-70年代，為改變北煤南運的現(xiàn)狀，滿足海南島工農(nóng)業(yè)對煤炭資源的需求，廣東省地質局、廣東省煤田地質勘探公司等單位在海南島開展了大范圍的煤炭勘探，發(fā)現(xiàn)長昌組煤系和長坡組煤系具有較大潛力（倪耀祥，1960；陳仁明和陳龍，1963；陳仁明和賴仁愛，1963；陳仁明，1965；黃定香，1972；周永清等，1973,1975；廖耀昌，1975；武緒東等，1977）；其中長昌組時代為古近紀始新世（雷奕振等，1992），主要分布于王五-文教斷裂以南的瓊東北瓊山長昌盆地，在地層區(qū)劃上屬于華南沿海地層區(qū)五指山地層分區(qū)（李孫雄等，2017）；長坡組時代為新近紀中新世（雷奕振等，1992），主要分布于王五-文教斷裂以北的瓊西北儋州長坡盆地、臨高南寶-加來盆地，在地層區(qū)劃上屬于華南沿海地層區(qū)雷瓊地層分區(qū)（李孫雄等，2017）（圖1）。

圖1 瓊北地區(qū)新近紀盆地分布圖（據(jù)何玉生等，2013修改）Fig. 1 Distribution of Neogene basins in northern Hainan (Revised after He Y S et al., 2013)

周永清等（1975）對海南島儋縣（現(xiàn)儋州市）長坡盆地進行了比較詳細的煤田地質調查，發(fā)現(xiàn)長坡組煤層可達35層，其中可采煤層6層，可采煤層厚1.41～9.51 m，儲量達15758.41萬噸（周永清等，1975；陳沐龍等，2009，2011）；武緒東等（1977）在海南島北部加來—定安普查區(qū)找煤過程中發(fā)現(xiàn)長坡組含兩層局部可采煤層（普1孔、普8孔），煤層厚1～1.07 m和0.53～1.51 m，儲量119.4萬噸，并在瑞溪加巨華場群發(fā)現(xiàn)6層煤。華場群是廣東省地質局區(qū)測大隊（1964）在進行1∶20萬海南島區(qū)域地質測量時建立的，代表海南島長昌群以上的中、上新世海相地層。陳哲培等（1997）認為華場群在瓊南已分解為佛羅組及望樓港組，瓊北分解為下洋組、角尾組、燈樓角組及海口組，應予停用。在此基礎上，李孫雄等（2017）總結了瓊北新生代以來的盆地演化特征，其將瓊北作為一個整體，探討了其古地理環(huán)境的變化規(guī)律，但未討論其內部的沉積分異及控制因素。2019年，筆者在開展“海南昌江-廣東云浮地區(qū)區(qū)域地質調查”過程中，在澄邁瑞溪鎮(zhèn)平坡嶺發(fā)現(xiàn)有煤系地層出露，并將其與長坡盆地的長坡組進行了對比研究，結合本單位在研究區(qū)開展區(qū)域地質和水文地質調查中實施的鉆孔資料，探討了其對瓊北新生代盆地構造演化的意義。

1 澄邁瑞溪煤系地層特征

本次在澄邁縣瑞溪鎮(zhèn)平坡嶺（PM07）取土場中下部發(fā)現(xiàn)有煤系地層出露，其上覆地層為秀英組和北海組粘土及砂礫，出露面積較小。陡坎剖面地層出露較好，終點坐標：X=407064.23,Y=2175951.99，H=57.35 m。剖面出露寬度約70 m，高17.5 m，剖面自上而下分為14層，詳細描述如下（圖2）：

圖2 澄邁縣平坡嶺剖面地層柱狀圖（PM07）Fig. 2 Stratigraphic column of the Pingpoling Section in Chengmai County ( PM07 )

本剖面中下部為含煤地層，其上部巖性主要為青灰色粉砂質粘土夾灰色含礫粘土質粗中砂，中下部主要為粉砂質粘土和粘土質粉砂韻律互層，薄到中層狀，發(fā)育水平層理（圖3a），層間夾菱鐵礦結核，結核呈樹枝狀、不規(guī)則狀，結核大小不一，大的約12 cm，小的約1 cm（圖3c、d）。底部為青灰色粘土質粉砂夾厚約50 cm的黑色碳質泥巖（局部為煤層，煤層產(chǎn)狀平緩，出露厚度多為0.5-1.0 m，局部出露厚度大于1.5 m，未見底，面積大于300×300 m2），該層含大量黑色炭化木，樹木紋理清晰可見。在炭化木中見樹脂化石（圖3b），樹脂化石長約1-3 cm，在透射光下呈黃綠色，樹脂中目前尚未發(fā)現(xiàn)生物化石。

圖3 澄邁縣平坡嶺長坡組特征Fig. 3 Characteristics of the Changpo Formation at Pingpoling, Chengmai County（a）長坡組露頭特征；（b）透射光照射下柯巴樹脂；（c）、（d）菱鐵礦

2 海南新近紀含煤地層特征及澄邁煤系地層的劃分與對比

海南新近紀含煤地層為長坡組，是瓊北地區(qū)油頁巖和煤炭的主要賦存地層。

2.1 長坡組地層特征

長坡組系海南地質隊在瓊北儋州市長坡煤礦勘探時命名，但當時未指定代表性剖面（周永清等，1975）。代表性剖面為長坡盆地ZK107孔100.49-422.53 m井段，位于儋州市長坡鎮(zhèn)。

根據(jù)巖石組合特征，長坡組自下而上共劃分為五段。一段為灰色或雜色半膠結礫巖、砂礫巖夾少量粘土質砂，厚0-67 m。二段下粗上細，下部巖性變化大，為紫紅、藍灰雜色含礫粘土質中粗砂與雜色塊狀粘土、砂質粘土或粘土質粉細砂不等厚互層，或以粘土質砂為主夾粘土、砂礫及含礫粘土質中粗砂等；上部則以雜色塊狀粘土、砂質粘土為主，夾粘土質中細砂或含礫粘土質砂，偶夾含碳粘土及炭化木，見植物根莖化石，厚22-155 m。三段為藍灰色塊狀含鈣粘土、粉砂質粘土夾泥砂質灰?guī)r或鈣質砂巖，局部夾菱鐵礦砂巖透鏡體，該組邊緣夾粘土質粉細砂，厚2-25 m。四段中部主要由灰褐色含碳油頁巖與含鈣油頁巖夾碳質油頁巖及褐煤組成，向上部與下部逐漸過渡為褐灰色-灰色塊狀含碳粘土及藍灰色塊狀粘土、粉細砂質粘土夾煤線。中部水平層理發(fā)育，產(chǎn)大量介形蟲、魚類、腹足類和植物碎片、藻類等化石，厚120-205 m。五段為淺灰、藍灰色塊狀粘土、粉細砂質粘土夾粘土質中細-粉細砂，偶夾含礫粘土質中粗砂及紫紅色塊狀粘土，厚0-95 m（圖2）（周永清等，1975；陳沐龍等，2009；李孫雄等，2017）。

長坡組分布較為局限，主要分布于瓊西北儋州的長坡盆地和臨高的南寶-加來盆地，為隱伏地層，沉積中心位于長坡—新成一帶（周永清等，1975；武緒東等，1977，李孫雄等，2017）。長坡盆地為一向西傾伏的近東西向向斜，向斜中心為長坡組，南、東、北三面為白堊紀或寒武紀地層出露（龍文國和汪迎平，2000），僅西部未封閉。長坡組主體為湖泊-沼澤相，沉積了含大量介形類、魚類和腹足類化石的鈣質層與含碳粘土，夾薄煤層，主體為淡水環(huán)境，但見有鯊魚牙齒，表明與海水有連通。在長坡盆地中心，長坡組厚度可達300 m，煤層可多達35層（周永清等，1975；郭敏等，2006；許之，2016；李孫雄等，2017）。

2.2 長坡組的地層時代

區(qū)域上長坡組中古生物化石較為豐富，在儋州長坡盆地產(chǎn)魚類Cyprinidae，Siluroidei，Hypophthalmichthys，Pseudobagrus fulvidraco（Rich.），鱉類Amydasp.，鱷魚Alligatorsp.（周永清等，1975）；袁保印（1975）認為其中Pseudobagrus fulvidraco最早見于中新世，其時代應為新近紀或中新世。耿良玉（1979）鑒定出長坡組四段的介形類有：Cyprinotus（Hemicypris）changpoensisGeng、Candonopsis kingsleii(Brady and Roberstson)、Potamocypris hainanensisGeng，認為其時代為新近紀，可能為上新世。長坡盆地ZK107孔、ZK94孔和加來盆地ZK2孔長坡組四段中部產(chǎn)孢粉Crassoretitriletes- Polypodiisporites usmensis- Quercoidites microhenrici組合。該組合中以Polypodiisporites usmensis高含量（13.79%）和蕨類孢子占主導地位為特征，可與北部灣海區(qū)、雷州半島和福山盆地下洋組的孢粉組合對比，雷奕振等（1992）認為其時代為中中新世，并認為長坡盆地ZK94孔和加來盆地ZK2孔長坡組第四段上部的孢粉Polypodiaceaesporites-Polypodiisporites usmensis- Ilexpollenites組合是以被子植物花粉（53.81%）為主，裸子植物花粉和蕨類孢子大體相當，分別為23.42%和22.77%，與北部灣盆地燈樓角組，珠江口盆地韓江組上段和鶯歌海盆地鶯歌海組下段晚中新世孢粉組合相似，時代應為晚中新世。加來盆地ZK2孔長坡組四段孢粉經(jīng)過湖北地質研究所（現(xiàn)武漢地質調查中心，下同）張清如鑒定時代應該為中新世-上新世（武緒東等，1977）。

長坡盆地長坡組四段產(chǎn)雙殼類Modiolus？ sp.；腹 足 類Hydrobiasp.、Pseudamnicolasp.、Bithyniasp.、Gyrdulussp.、Amnicolasp.；植 物Phyllitessp.、Betulasp.、Alnussp.、Corylussp.、Caryasp.等；介形 類Eucyprissp.、Cyprinotuscf.formalisMandelstam、C. immanusMandelstam、Ilyocypriscf.biplicata（Brady.）、I. gibba（Ramdohr）、Erpetocypris？ sp.、Candoniellacf.albicans（Brady.）、Candonopsissp.、Limnocytheresp.、Potamocypris hainandaoensisSun、Tuberocythere demisaSun等，時代應為新近紀（周永清等，1975；雷奕振等，1992）。

綜合以上化石組合特征，長坡組所含化石大多為新近紀以來生活的分子，其中孢粉組合時代應為中-晚中新世。鑒于長坡組與上覆晚中新世燈樓角組為平行不整合接觸，而古生物化石組合又產(chǎn)于長坡組的中上部，因此，長坡組時代劃為早-中中新世較合適 （雷奕振等，1992）。

2.3 澄邁煤系地層的劃分和對比

瑞溪鎮(zhèn)加巨地區(qū)（即現(xiàn)平坡嶺地區(qū)）的含煤地層，曾被稱為加巨煤系，早期研究者認為其層位與加來盆地的加來煤系層位一致，屬于早更新世，為第四紀煤層（廖耀昌，1975；周永清等，1975），武緒東等（1977）將加巨煤層歸入上新世華場群，置于長坡組之上。筆者經(jīng)過研究，認為瑞溪鎮(zhèn)的含煤地層可與中新世長坡組對比，理由如下：①產(chǎn)褐煤，產(chǎn)樹脂化石，并伴生菱鐵礦，是長坡盆地長坡組四段23層煤以上的重要標志層（廖耀昌，1975；周永清等，1975）；本處的含煤地層也具有此特征，可與長坡組四段進行對比；②武緒東等（1977）描述華場群下段中上部含海綠石粗砂、砂夾粘土，此為典型的燈樓角組特征，因此華場群下段下部含煤段應相當于長坡組。③雷奕振等（1992）依據(jù)湖北地質研究所張清如等鑒定的加巨地區(qū)黑色泥巖中的孢粉化石清單，認為其屬于Crassoretitriletes-Polypodiisporites usmensis- Quercoidites microhenrici組合，可以和長坡盆地長坡組第四段對比，時代為早-中中新世。④瑞溪含煤地層與上覆秀英組之間為平行不整合，指示含煤地層上部可能遭受剝蝕。綜上所述，鑒于瑞溪平坡嶺的含煤地層可很好的與長坡組對比，暫時將其劃歸中新世長坡組。

3 煤系地層對瓊北地區(qū)新生代盆地沉積構造分異的指示

3.1 瓊北地區(qū)新生代盆地分布及構造特征

綜合地球物理和鉆探資料，瓊北地區(qū)主要為古近紀—第四紀沉積盆地，其沉積厚度變化較大，總體厚度在630-5900 m內變化，自西往東分布10個新生代盆地（凹陷）（李孫雄等，2017），其分布主要受斷裂構造的控制（圖5）。其中長坡盆地、長昌盆地褐煤和油頁巖儲量較大，本次發(fā)現(xiàn)的平坡嶺煤層位于長安盆地（不同的資料文獻中也稱澄邁盆地、加巨盆地）（周永清等，1975；武緒東等，1977），相關盆地主要特征詳述如下：

圖5 瓊北重磁推斷沉積盆地及斷裂分布圖（據(jù)李孫雄等，2017修改）Fig. 5 Distribution of the sedimentary basins and faults inferred by gravity and magnetic features in northern Hainan Island (Revised after Li S X et al.，2017)

1）長坡盆地：位于儋州市長坡鎮(zhèn)一帶，面積約160 km2。重力異常正演擬合計算結果表明，盆地呈南翼緩、北翼稍陡、上寬下窄近于對稱的“V”字型，最大深度為1100 m左右。據(jù)長坡煤礦地質勘探資料，該斷陷盆地上覆地層為新近系，其中含褐煤和油頁巖，基底為上白堊統(tǒng)報萬組。

2）長安盆地：位于澄邁縣長安鎮(zhèn)一帶，呈北西向，其北東側以長安斷裂、南西側以山口-嶺口斷裂為界，面積約35 km2。地表為第四系覆蓋；重力推測最大深度為630 m。

本次發(fā)現(xiàn)的平坡嶺含煤地層位于長安盆地之中，其巖性組合和長坡盆地中的長坡組可以很好的對比。

3.2 瓊北新生代沉積構造特征和盆地演化

新生代以來，由于南海擴張，海南島形成了北面斷陷盆地區(qū)和南面隆起剝蝕區(qū)的構造格局。北面斷陷盆地區(qū)向北延入北部灣海區(qū)，包括福山盆地、南寶-加來盆地及長坡盆地等。

古新世，斷陷盆地開始接受洪沖積相沉積，盆地沉降中心大致位于?？?福山一帶，而在南寶-加來地區(qū)沉積厚度較?。皇夹率?，盆地進一步加深，形成湖泊相；漸新世，由于地殼差異性升降運動明顯，斷陷作用加劇，盆地進一步拓寬和加深，在福山及白蓮盆地，湖水加深，局部發(fā)生海侵，屬于湖泊相局部夾海相沉積。

中新世早-中期，盆地沉降作用加劇，海水完全侵入，湖盆消失，轉變?yōu)闉I海相沉積；中新世，海侵波及到西面長坡地區(qū)。在長坡盆地，從中新世早期-中期，沉積中心大致位于長坡鎮(zhèn)-東成鎮(zhèn)一帶，長坡組沉積物呈現(xiàn)出由粗至細的演化，總體為濱湖相—淺湖相沉積（周永清等，1975；郭敏等，2006；許之，2016；李孫雄等，2017），局部夾沼澤相和濱海相。在加來-南寶盆地，長坡組在加來一帶缺失一段沉積，二段沉積直接與古近系呈平行不整合接觸，沉積中心位于加來鎮(zhèn)及其東面一帶，五段沉積也缺失（李孫雄等，2017）。

晚中新世-上新世，由于海侵加劇、盆地沉降等作用，福山、南寶-加來及長坡等盆地開始聯(lián)成一片，形成統(tǒng)一的瓊北斷陷盆地。晚中新世時期，盆地沉積以粉砂、泥互層為特征，普遍含有海綠石，有孔蟲、介形類、苔蘚蟲、腹足類、雙殼類等生物較為繁盛，為燈樓角組沉積。進入上新世，盆地繼續(xù)沉降，海侵加深，其間發(fā)生過火山噴發(fā)，海相生物繁盛，為?？诮M沉積（李孫雄等，2017）。

3.3 澄邁長坡組的厘定對盆地構造分異的指示

中新世王五-文教斷裂以北的長坡盆地、南寶-加來盆地和斷裂以南的長安盆地沉積環(huán)境相同，均沉積了湖泊沼澤相含煤的長坡組，在地層區(qū)劃上應同屬雷瓊地層分區(qū)，且指示了南寶-加來盆地與長安盆地在中新世可能連通。在中新世中晚期，即長坡組沉積后期發(fā)生了構造運動，在長坡盆地表現(xiàn)為短暫的抬升，長坡組五段湖水變淺；在加來-南寶盆地和長安盆地則表現(xiàn)為缺失長坡組五段沉積或沉積后遭受剝蝕。郭敏等（2006）通過對長坡盆地長坡組內斷裂的研究，認為在長坡組沉積后、佛羅組（相當于燈樓角組）沉積前，即中新世末期發(fā)生了構造運動，局部引起煤層及地層缺失。

在中新世晚期（燈樓角組），由于王五-文教斷裂的控制，位于斷裂以北的長坡盆地、南寶-加來盆地和福山盆地（即統(tǒng)一的瓊北斷陷盆地）繼續(xù)發(fā)生沉降，并逐漸過渡到濱海相，接受了晚中新世燈樓角組和上新世?？诮M沉積（圖4）。而斷裂以南的長安盆地卻發(fā)生抬升，缺失了燈樓角組和海口組沉積，表明在此時期，王五-文教斷裂活動的結果是南升北降。

圖4 儋州長坡盆地新生代綜合地層柱狀圖（據(jù)許之，2016）Fig. 4 Cenozoic stratigraphic column of the Changpo Basin, Danzhou, Hainan Province （Xu Z，2016）

而后，長坡盆地、南寶-加來盆地?？诮M之上沉積了早更新世湖泊相（局部夾有濱海相）秀英組（圖4），長安盆地長坡組被秀英組平行不整合覆蓋（圖2），而長坡盆地海口組與秀英組之間的界面高于長安盆地長坡組與秀英組之間的平行不整合界面，表明在上新世晚期或早更新世，王五-文教斷裂的構造活動使得瓊北地區(qū)發(fā)生了南降北升的沉積構造分異。

3.4 福山盆地內沉積特征對盆地構造分異的指示

同樣，通過瓊北福山盆地澄邁地區(qū)北東向聯(lián)孔剖面（圖6），可以看出福山盆地南西側普遍缺失了?？诮M和秀英組沉積（CMSK7、CMZK03、CMSK6、ZKA03孔），北海組或全新統(tǒng)平行不整合于中新世濱海相燈樓角組之上。北東側?？诮M整合于燈樓角組之上，且燈樓角組頂面高程從南西往北東逐漸降低，也表明雷瓊斷陷盆地在中新世晚期（燈樓角組）發(fā)生了明顯的構造沉積分異，盆地南西側（澄邁長安段）相對隆升，北東側（瑞溪-美亭段）繼續(xù)斷陷沉降，從而使得盆地北東側沉積了上新世?？诮M，而盆地南西側缺失了?？诮M，即構造分異的結果是南升北降。斷裂位置大致位于鉆孔ZKA03與CMSK5之間（構造運動方向如圖6 ①所示）。

盆地北東側CMSK4孔?？诮M一段～四段發(fā)育齊全，而CMSK5孔僅發(fā)育海口組一段～三段，往北東方向海口組發(fā)育全且厚。湖相秀英組或沖積相北海組（CMSK4、CMSK5）平行不整合于?？诮M不同層位之上，結合北東側?？诮M頂面高于南西側燈樓角組頂面（ZKA03～CMSK5），表明上新世晚期或早更新世（秀英組），盆地北東側的美亭地區(qū)相對抬升，海水退出，逐漸過渡到湖相和沖積相。盆地南西側相對沉降，沉積構造分異的結果同樣是南降北升，構造運動方向如圖6 ②所示。

圖6 澄邁地區(qū)北東向聯(lián)孔剖面圖Fig. 6 Profile of boreholes in Northeast direction in Chengmai County

4 結論

（1）通過對長安盆地澄邁瑞溪平坡嶺剖面煤系地層巖性組合等特征的研究，認為其可與長坡盆地、南寶-加來盆地的長坡組很好的對比，暫將該套地層劃歸長坡組。同時也指示了南寶-加來盆地與長安盆地在中新世可能是連通的。

（2）通過對比王五-文教斷裂以北的長坡盆地、南寶-加來盆地和斷裂以南的長安盆地中新世-中更新世的沉積序列，以及福山盆地澄邁地區(qū)北東向聯(lián)孔剖面特征，均表明在中新世晚期，王五-文教斷裂兩側的沉積構造分異為南升北降，而在上新世晚期-早更新世，沉積構造分異的結果是南降北升，指示了王五-文教深斷裂對新近紀以來沉積的控制作用。

審稿專家和編輯部給本文提出了許多寶貴修改意見，在此表示誠摯感謝！