福建沿海一帶佛曇組地層特征及其穿時性探討

湯建榮

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州，350013)

佛曇組主要分布于閩南沿海漳浦、龍海、金門島、南碇島一帶，零星分布于明溪、寧化、泰寧等地，為一套陸相河流凹地和濱海相沉積的碎屑巖和海相或陸相噴發(fā)的基性火山巖[1]。目前，同位素年齡和古生物資料均反映佛曇組主要形成于中新世—早更新世[1]，具有穿時特征，不同學(xué)者進行了大量研究，佛曇組時代劃分具有較大爭議：張宗枯等[2]認(rèn)為佛曇群時代置于上新世—早更新世；王雨灼[3]根據(jù)K-Ar同位素年齡，將原佛曇群更新世的玄武巖劃分為下更新統(tǒng)流會組玄武巖及中更新統(tǒng)下部香山組玄武巖；何昭星等[4]根據(jù)第四紀(jì)地層露頭剖面的巖性、巖相、層序、接觸關(guān)系及年代學(xué)資料，將原佛曇群更新世玄武巖劃分為下-中更新統(tǒng)東吳組、中更新統(tǒng)金塘組—金塘(香山)玄武巖及上新統(tǒng)將軍澳組—湖前組；鄭曉云等[5]對關(guān)頭、二乾、牛頭山、香山及皇帝城剖面進行年代地層學(xué)研究，表明佛曇群的地質(zhì)時代屬于漸新世晚期至中更新世中期，劃分為漸新世將軍澳玄武巖及龍船山玄武巖、中新世佛曇群下部、上新世關(guān)頭組、早更新世鎮(zhèn)海組、中更新世關(guān)頭玄武巖及香山玄武巖；朱金芳等[6]從活動斷層探測及地震危險評估角度劃分為上新統(tǒng)沖洪積層，下更新統(tǒng)玄武巖、沖洪積層，中更新統(tǒng)殘積、沖洪積、玄武巖、沖積層。此次研究基于福建1∶5萬佛曇、港尾、赤湖幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，通過對福建沿海一帶實測地質(zhì)剖面及路線地質(zhì)剖面綜合研究，結(jié)合同位素年齡及古生物資料分析，認(rèn)為佛曇組的地質(zhì)時代跨度較大，屬于中新世早期至更新世中期，從西北到東南，由老到新具明顯的穿時性，且不同時期的地層特征差異明顯(圖1)。

圖1 福建沿海一帶佛曇組地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological brief map of Fotan Formation along Fujian coastal1—全新統(tǒng)；2—上更新統(tǒng)龍海組；3—佛曇組(地層時代為更新世)；4—佛曇組(地層時代為新近紀(jì))；5—上侏羅統(tǒng)南園組；6—早白堊世花崗巖；7—晚白堊世花崗巖；8—晚侏羅世花崗巖；9—地質(zhì)年齡和測年方法；10—剖面位置及編號；11—鉆孔位置及編號

1 佛曇組時代劃分歷史

佛曇組命名點在漳浦縣佛曇白土嶺，原指玄武巖之下、花崗巖之上的砂礫與黏土層，時代為上新世或第四紀(jì)[7]；候德封等[8]曾將廈門南海澄縣(今龍海市)海邊柳會社(流會)一帶出露于花崗巖之上的玄武巖稱為柳會社玄武巖；福建省區(qū)域地質(zhì)測量隊將佛曇一帶出露玄武巖及其下的砂礫巖稱佛曇群，時代置晚第三紀(jì)(1)福建省區(qū)測隊， 1∶20萬漳州幅地質(zhì)圖，1974。；“福建省區(qū)域地質(zhì)志”將沿海與內(nèi)陸第三系玄武巖統(tǒng)劃屬佛曇群，并分為下、中、上三部分，下部為砂礫巖、砂頁巖，中部為玄武巖夾砂礫巖，上部為砂礫巖、砂頁巖夾玄武巖，沿海主要出露下部和中部巖石；福建省巖石地層編制組將佛曇組進行重新劃分，時代置晚第三紀(jì)；“福建省區(qū)域地質(zhì)志”沿用福建省巖石地層[9]佛曇組一名及三分劃分方案，時代置新近紀(jì)中新世；福建省地質(zhì)調(diào)查研究院承擔(dān)的“海上絲綢之路核心區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)專項調(diào)查與對比”項目(2)福建省地質(zhì)調(diào)查研究院， 海上絲綢之路核心區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)專項調(diào)查與對比成果報告， 2018。將分布于漳浦深土及龍海關(guān)頭一帶的玄武巖及下伏沉積層從原佛曇組中劃分出東吳組，時代置于早-中更新世。

2 研究區(qū)典型剖面特征

由于佛曇組野外露頭分布相對較零散且不連續(xù)，通過野外典型實測剖面及路線地質(zhì)剖面調(diào)查研究，選取林埭村Ⅰ-Ⅰ′剖面、洋坪-紅土坪Ⅱ-Ⅱ′剖面、興古Ⅲ-Ⅲ′剖面、東吳ZKL2鉆孔剖面共4條典型剖面，代表不同區(qū)域佛曇組的巖性及巖性組合特征。

2.1 林埭村Ⅰ-Ⅰ′剖面

剖面位于漳浦林埭一帶，底部角度不整合覆蓋于早白堊世早期花崗閃長巖之上，未見頂?？刂频貙雍穸却笥?6.5 m，其中下段巖性為碎屑沉積巖，厚度49.2 m，上段巖性為基性火山熔巖，厚度大于7.3 m，其層序特征如下(圖2)。該剖面可劃分為佛曇組下段和佛曇組上段，其中下段巖性以碎屑沉積巖為主，剖面可劃分為9個沉積韻律旋回，其中1～7層以正遞變韻律為主，構(gòu)成整體由粗至細(xì)的湖進序列；8～9層以反遞變韻律為主，構(gòu)成由細(xì)至粗的湖退序列。上段在剖面中出露范圍較為局限，僅出露灰黑色玄武巖。

圖2 漳浦縣林埭村佛曇組實測剖面圖Fig.2 Measured section of Fotan Formation in Lindai Village, Zhangpu County

未見頂

佛曇組

總厚度>56.50 m

佛曇組上段

>7.30 m

10.灰黑色玄武巖

7.30 m

--------------------整合接觸--------------------

佛曇組下段

49.20 m

9.淺灰色中薄層狀砂巖與灰黃色中薄層狀砂巖互層，具交錯層理

8.90 m

8.灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，具水平層理，產(chǎn)植物Sterculiasp.?(梧桐)、Desmossp.(假鷹爪)、

26.40 m

Uvariasp.(紫玉盤)

7.灰黃色薄層狀油頁巖，具水平層理，產(chǎn)植物Sterculiasp.?(梧桐)

1.50 m

6.淺灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖，具水平層理，見硅藻土，產(chǎn)植物Sterculiasp.?(梧桐)、Desmossp.

8.80 m

(假鷹爪)、Uvariasp.(紫玉盤)

5.灰黃色中層狀花崗質(zhì)砂礫巖

0.80 m

4.灰色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖，具水平層理

0.70 m

3.褐紅色薄層狀含石英砂礫鐵錳質(zhì)層，具正粒序?qū)永?/p>

0.30 m

2.灰色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖，具水平層理

0.30 m

1.灰黃色中薄層狀砂巖，具平行層理

1.50 m

下伏地質(zhì)體：早白堊世早期花崗閃長巖

2.2 洋坪—紅土坪Ⅱ-Ⅱ′剖面

剖面位于龍海隆教畬族鄉(xiāng)西側(cè)，未見底，自然頂，控制厚度>558.55 m，巖性以基性火山熔巖為主，夾火山碎屑沉積巖。佛曇組上段巖性以基性火山熔巖為主，夾火山碎屑沉積巖，出露有玄武巖、含氣孔玄武巖、氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖夾中層狀凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖、薄層狀凝灰質(zhì)砂巖等。根據(jù)玄武巖的“紅頂綠底”特征及形成方式，剖面共劃分出5個火山噴發(fā)韻律(圖3，表1)。

圖3 龍海洋坪—紅土坪佛曇組上段實測剖面圖Fig.3 Measured section of the upper section of LonghaiYangping-Hongtuping Fotan Formation in Longhai City

表1 龍海洋坪—紅土坪佛曇組上段實測剖面地層層序及韻律劃分Table 1 Lsequence and rhythm division of measured sections of the upper section of LonghaiYangping-Hongtuping Fotan Formation in Longhai City

2.3 興古Ⅲ-Ⅲ′剖面

剖面位于龍海興古一帶，未見頂?？刂频貙雍穸?10.2 m，其中下段巖性以半固結(jié)碎屑沉積巖為主，厚度>5.3 m，可劃分為3個由粗至細(xì)的正韻律上段巖性主要為基性火山熔巖，其層序特征如下(圖4)。

圖4 龍海興古佛曇組實測剖面圖Fig.4 Measured section of Xinggu Fotan Formation in Longhai City

未見頂

佛曇組上段

>4.90 m

7.灰黑色玄武巖

>4.90 m

佛曇組下段

>5.30 m

6.淺灰色砂礫石，具塊狀層理

>2.00 m

5.灰褐色礫石，底部具沖刷充填構(gòu)造

0.25 m

4.淺灰色砂礫石，具塊狀層理

0.60 m

3.淺灰色粉砂，具正粒序?qū)永?/p>

0.25 m

2.淺灰色細(xì)砂，具平行層理

1.70 m

1.灰黃色砂礫石，具塊狀層理

>0.5 m

2.4 漳浦東吳ZKL2資料

漳浦東吳村的ZKL2資料揭示皇帝城一帶佛曇組完整的地層層序，其下段角度不整合覆蓋于早白堊世花崗巖之上，佛曇組下段與上段為噴發(fā)不整合接觸(整合接觸)。佛曇組下段巖性以碎屑沉積巖為主，控制厚度為48.10 m，整體可劃分為5個由粗至細(xì)的正韻律，其中Ⅰ～Ⅲ組成退積序列，Ⅳ～Ⅴ組成進積序列，構(gòu)成一個完整的退積-進積沉積序列；上段以基性火山熔巖為主，控制厚度大于7.20 m(圖5)。

圖5 漳浦東吳ZKL2柱狀圖Fig.5 Dongwu ZKL2 histogram in Zhangpu county

3 佛曇組地層時代梳理及厘定

基于此次獲得的K-Ar同位素年齡測試及孢粉化石資料，結(jié)合前人對該區(qū)域的大量同位素年齡及孢粉化石資料，分區(qū)域厘定福建沿海一帶佛曇組地質(zhì)時代。

3.1 佛曇—前亭—隆教一帶佛曇組地質(zhì)時代

此次研究在佛曇—前亭—隆教一帶佛曇組玄武巖中獲得3組K-Ar測試樣品，獲得的3組K-Ar法同位素測年年齡分別為(4.7±0.08)Ma、(8.5±0.09)Ma、(6.29±0.11)Ma(表2)。

表2 佛曇組火山巖K-Ar同位素年齡測定成果Table 2 K-Ar isotopic dating of Fotan Formation volcanic rocks

此外，前人在佛曇—前亭—隆教一帶的佛曇組火山巖中獲得大量的同位素年齡(表3)，結(jié)合此次測試成果按照不同地區(qū)進行梳理：流會一帶、鎮(zhèn)海一帶、牛頭山一帶、天馬山一帶、香山一帶同位素年齡為6.29～19.2 Ma，均顯示時代為中新世；前亭一帶同位素年齡為4.7～16.6 Ma，顯示時代為中-上新世；佛曇一帶前人再次開展了K-Ar及40Ar/39Ar同位素測年，其中40Ar/39Ar方法可解決樣品不均勻性問題及無需測量K和Ar的絕對含量，可獲得較高的年齡測量精度，所以在相同地區(qū)采集的玄武巖中獲得的K-Ar和40Ar/39Ar同位素年齡時，優(yōu)先選用40Ar/39Ar同位素年齡，即此次研究認(rèn)為佛曇一帶的同位素年齡為10.1～17.1 Ma，顯示時代為中新世。

表3 福建沿海佛曇—前亭—隆教一帶佛曇組火山巖同位素年齡Table 3 Isotope age of Fotan Formation volcanic rock in Xinggu-Guantou-Niutoushan-Huangdicheng area of Fujian coatal

此次研究在和坑一帶獲得孢粉測試樣，經(jīng)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所鑒定，共發(fā)現(xiàn)19個屬種，包括：佛曇淚杉粉Dacrydiumitesfotanensis、楓香粉Liquidambarpollenites、單/雙束松粉屬Abietineaepollenites/Pinuspollenites、亨氏櫟Quercoiditeshenrici、小亨氏櫟Quercoiditesmicrohenrici、小櫟粉Quercoiditesminutus、栗粉屬Cupuliferoipollenites、領(lǐng)春木粉屬Eupteleapites、楝粉屬Meliaceoidites、小榆粉Ulmipollenitesminor、樸粉Celtispollenites、胡桃粉屬Juglanspollenites、三角山核桃Caryapollenitestriangulus、擬樺粉屬Betulaceoipollenites、山礬粉屬Symplocospollenites、冬青粉屬Ilexpollenites、西里拉粉屬Cyrillaceaepollenites、毛茛粉屬Ranunculacidites、水龍骨單縫孢屬Polypodiaceaesporites。該孢粉組合以被子植物占絕對優(yōu)勢，以Liquidambarpollenites和Quercoidites構(gòu)成組合優(yōu)勢，揭露了時代為早中新世晚期—中中新世早期。

根據(jù)同位素與孢粉化石資料顯示，佛曇—前亭—隆教一帶佛曇組時代為中新世早期—上新世早期。

3.2 興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶佛曇組地質(zhì)時代

前人在龍?！钠忠粠Р捎肒-Ar、ESR等不同方法測定佛曇組火山巖或沉積巖的地質(zhì)年齡(表4)：興古一帶及牛頭山一帶玄武巖同位素年齡為(1.48±0.03)Ma，顯示時代為早更新世；關(guān)頭一帶玄武巖同位素年齡為0.7～1.07 Ma，顯示時代為早-中更新世；皇帝城一帶主要為電子自旋共振(ESR)測年所獲得的年齡，該測試方法測定年限范圍為幾萬年至2 Ma[15-16]，若超過2 Ma則以大于2 Ma表示，因此ESR測年數(shù)據(jù)可反映具體的更新世年齡。根據(jù)電子自旋共振(ESR)測年皇帝城一帶碎屑沉積巖年齡為0.43～1.08 Ma，顯示時代為早-中更新世。

表4 福建沿海興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶佛曇組測試年齡Table 4 Test age of Fotan Formation in Xinggu-Guantou-Niutoushan-Huangdicheng area of Fujian coastal

前人在關(guān)頭村北約600 m的佛曇組地層中做過孢粉分析(3)福建省地震綜合隊，福建龍海關(guān)頭佛曇群孢粉分析報告，1972。，地層中所含的植物花粉有柏科Cupressaceae、杉科Taxodiaceae、山核桃Carya、櫟屬Q(mào)uercus、栗屬Castanea、胡桃Juglans、榆Ulmus、桑Morus、松Pinus、禾本科Gramineae、水龍骨科Polypodiaceae等，顯示時代為上新世晚期至中更新世早期。

根據(jù)同位素與孢粉化石資料顯示，興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶佛曇組時代為上新世晚期—中更新世中期。

4 佛曇組地層特征及穿時性討論

4.1 地層特征

4.1.1 佛曇—前亭—隆教一帶佛曇組特征

佛曇—前亭—隆教一帶，佛曇組時代為中新世早期—上新世早期，巖性為一套基性火山熔巖與砂巖、粉砂巖、泥巖等組成的火山噴發(fā)和湖泊-三角洲沉積巖系，總體呈北東向展布。根據(jù)巖石組合、地層層序、接觸關(guān)系、沉積-噴發(fā)旋回，可進一步劃分為上、下2個巖性段。

佛曇組下段主要為碎屑沉積巖，巖性為砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、花崗質(zhì)砂礫巖、泥巖夾油頁巖、石英砂礫鐵錳質(zhì)層，顏色以灰色、灰黃色為主，巖石為薄層-中薄層狀，厚度26.12～72.26 m，見Sterculiasp.(梧桐)、Desmossp.(假鷹爪)、Uvariasp.(紫玉盤)等植物化石，及以Liquidambarpollenites和Quercoidites構(gòu)成組合優(yōu)勢的孢粉化石。

佛曇組上段主要為基性-中性火山熔巖夾火山碎屑沉積巖，巖性為灰色、灰褐色(含氣孔)(氣孔狀)(杏仁狀)玄武巖、含集塊氣孔狀玄武巖、含橄欖尖晶石玄武巖、(含氣孔)(角礫狀)粗玄巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、玄武安山巖、安山巖夾紫紅色凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、沉凝灰?guī)r等，厚度為26.12～290.1 m。火山巖中共采集18件地球化學(xué)樣品，顯示SiO2含量為46.97%～57.45%，平均51.39%，屬基性巖；Na2O+K2O含量為2.69%～6.39%，平均3.83%；Al2O3含量為14.18%～19.08%，平均15.16%；CaO含量為6.27%～10.13%，平均8.19%；MgO含量為4.86%～8.27%，平均6.83%；K2O含量隨SiO2的增加而升高。在TAS圖、K2O-SiO2圖、A/NK-A/CNK判別圖中均指示該火山巖為亞堿性-堿性系列準(zhǔn)鋁質(zhì)中基性火山巖。

4.1.2 興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶佛曇組特征

興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶，佛曇組時代為上新世晚期—中更新世中期，巖性為一套基性火山熔巖與砂礫石、砂等組成的火山噴發(fā)和山間盆地沉積巖系，總體呈北東向展布。根據(jù)巖石組合、地層層序、接觸關(guān)系、沉積-噴發(fā)旋回，可進一步劃分為上、下2個巖性段。

佛曇組下段主要為半固結(jié)碎屑沉積巖為主，巖性為淺灰、黃色砂礫石、中粗粒砂、細(xì)砂、粉砂夾粉砂質(zhì)黏土，厚度為5.3～48.1 m。

佛曇組上段主要以基性火山熔巖為主，巖性為灰、紫紅色(氣孔狀)(杏仁狀)玄武巖夾玄武巖風(fēng)化淋濾砂質(zhì)黏土、黏土層，厚度為2.3～7.2 m?；鹕綆r中共采集8件地球化學(xué)樣品，顯示SiO2含量為49.30%～52.99%，平均51.39%，屬基性巖；Na2O+K2O含量為2.84%～3.43%，平均3.13%；Al2O3含量為15.26%～15.91%，平均15.63%；CaO含量為8.90%～9.66%，平均9.31%，MgO含量為6.50%～7.68%，平均7.04%。在TAS圖、K2O-SiO2圖、A/NK-A/CNK判別圖中均指示該火山巖為亞堿性系列低鉀(拉斑)準(zhǔn)鋁質(zhì)基性火山巖。

佛曇—前亭—隆教一帶與興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶佛曇組地層在巖性、巖石組合、巖石面貌等方面具有相似性，在野外難以區(qū)分。但通過總結(jié)及對比，認(rèn)為二者在巖性、巖石組合、巖石化學(xué)、火山噴發(fā)期次、沉積環(huán)境及沉積序列、地層時代等方面具有差異性(表5)。

表5 佛曇組巖石組合及形成時代對比Table 5 Rock assemblage and age comparison of Fotan Formation

4.2 佛曇組穿時性討論

通過對地層巖性、巖石組合、層序的分析及測試年齡的重新梳理，綜合反映原佛曇組形成時代為中新世—更新世。原佛曇組中新世火山巖主要分布于佛曇—前亭—隆教一帶，而更新世火山巖主要分布于興古—鎮(zhèn)海—牛頭山—皇帝城一帶，均呈北東向展布，其火山噴發(fā)應(yīng)具有繼承性，同時更新世火山巖相較于中新世火山巖空間分布上更趨于靠近海岸，受喜馬拉雅期運動影響，火山噴發(fā)中心逐步向東部遷移。

5 結(jié)論

(1)研究表明福建沿海一帶佛曇組具有明顯的穿時性，從研究區(qū)佛曇—前亭—隆教一帶往東南方向興古—關(guān)頭—牛頭山—皇帝城一帶，佛曇組巖性、巖石組合、巖石化學(xué)、火山噴發(fā)期次、沉積環(huán)境及沉積序列、地層時代顯示規(guī)律性變化。

(2)巖性巖相變化規(guī)律，由基性-中性火山熔巖與砂巖、粉砂巖、泥巖等組成的火山噴發(fā)和湖泊—三角洲沉積巖系演變?yōu)榛曰鹕饺蹘r與半固結(jié)的砂礫石、砂等組成的火山噴發(fā)和山間盆地沉積巖系。

(3)火山噴發(fā)遷移穿時性規(guī)律，由中新世早期—上新世早期演變?yōu)樯闲率劳砥凇懈率涝缙?，火山巖噴發(fā)中心具有逐步向東部遷移的特征。(4)火山巖化學(xué)成分演化規(guī)律，由亞堿性-堿性系列準(zhǔn)鋁質(zhì)中基性火山巖演變?yōu)閬唹A性系列低鉀(拉斑)準(zhǔn)鋁質(zhì)基性火山巖。