貴州畢節(jié)地區(qū)古生代以來的沉積相特征及沉積礦產(chǎn)的環(huán)境制約*

肖 騰 白 平 彭家林 陳 武

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院；2.貴州省地質(zhì)調(diào)查院）

畢節(jié)地區(qū)位于貴州省西北部，西與云南省昭通—魯?shù)橐粠?，北靠云南省彝良—?zhèn)雄—威信一帶、四川省敘永—古藺一帶及貴州省遵義市，東接貴州省貴陽市，南連云南省宣威市，貴州省六盤水市、安順地區(qū)。其大地構(gòu)造位置屬揚子地塊［1］中的上揚子地塊［2］，地層區(qū)劃為揚子地層區(qū)［3］。區(qū)內(nèi)自古生代以來的沉積相特征明顯，其類型多樣。沉積環(huán)境通常是指在物理上、化學(xué)上和生物學(xué)上均有別于相鄰地區(qū)的一塊地球表面［4］，而沉積相是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)，是巖性特征和古生物特征的綜合。沉積地層中蘊藏著豐富的沉積礦產(chǎn)，如煤、石油、頁巖氣和磷、錳、鐵、鋁及鹽類礦產(chǎn)等。這些礦產(chǎn)與沉積環(huán)境密切相關(guān)，受到沉積環(huán)境的制約。區(qū)內(nèi)在漫長的地質(zhì)歷史中保留了豐富的海相沉積及其次級陸相沉積記錄。本研究根據(jù)相關(guān)的沉積環(huán)境與沉積相分類觀點［3-6］，分析了區(qū)內(nèi)的沉積相類型。在沉積相劃分的基礎(chǔ)上，討論了沉積環(huán)境對相關(guān)礦產(chǎn)的制約因素。

1 沉積相特征

1.1 碳酸鹽沉積相

（1）開闊臺地相沉積。為清潔海水條件下的沉積，主要見于奧陶系紅花園組、湄潭組中部，志留系石牛欄組，石炭系大浦組、黃龍組及馬平組中。主要巖性為生物屑顆粒灰?guī)r、泥?；?guī)r，砂屑顆?；?guī)r、泥粒灰?guī)r等，見有少量粒泥灰?guī)r和泥狀灰?guī)r。具有平行層理及交錯層理，并見有沖刷構(gòu)造等沉積構(gòu)造。含有較多的淺水底棲生物化石。

（2）半局限臺地相沉積。為與外海有一定連通性的淺水較低能環(huán)境下的沉積。主要發(fā)育于中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組，下三疊統(tǒng)嘉陵江組下部和中上部，中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組上部等組段中。主要巖性為生物屑粒泥灰?guī)r、泥狀灰?guī)r、白云巖等，常夾有鈣質(zhì)頁巖。巖石層次多為薄—中厚層，巖石層面常不平整。含有淺水底棲生物化石，關(guān)嶺組上部見有生物擾動和遺跡化石。

（3）局限臺地相沉積。為與外海連通性差的閉塞環(huán)境條件下的沉積。主要見于寒武系石冷水組和婁山關(guān)組、奧陶系桐梓組、三疊系嘉陵江組中部和上部、關(guān)嶺組下部及楊柳井組等組段中。主要巖性為粒泥白云巖、泥狀白云巖、泥質(zhì)白云巖及角礫白云巖等。含有少量的淺水底棲生物化石，巖石中的顆粒多為藻團粒、藻砂屑及藻團塊等。巖石具有水平層理及藻紋層等，并常見有鳥眼構(gòu)造、膏鹽溶孔、晶洞、帳篷構(gòu)造、古風(fēng)化殼等暴露標(biāo)志。在潮上暴露帶中常見有溶塌角礫白云巖（圖1）。

（4）緩坡型臺地相沉積。為向海緩傾斜的淺水碳酸鹽緩坡相沉積，主要見于寒武系戈仲伍組和奧陶系十字鋪組、寶塔組等層位中。以早寒武世的戈仲伍組碳酸鹽（磷酸鹽）緩坡沉積為例，其發(fā)育在織金大院—毛稗沖一帶，沉積中心在戈仲伍—打麻廠區(qū)域，主要為深灰色條帶磷塊巖、白云質(zhì)磷塊巖和灰白色含磷白云巖組成（圖2）；具有平行層理與交錯層理，礦石構(gòu)造主要有條帶狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造；含有豐富的小殼化石；稀土元素的豐度高。

1.2 陸源碎屑沉積相

1.2.1 海相沉積

1.2.1.1 濱岸相沉積

濱岸相沉積可進一步分為無障壁濱岸相沉積和潮坪相（障壁濱岸相）沉積。前者主要見于奧陶系湄潭組、二疊系梁山組中，是以波浪作用為主的一套沉積。以梁山組為例，主要由石英砂巖、粉砂巖及黏土巖組成，具有平行層理、交錯層理。常與沼澤相的碳質(zhì)粘土巖及煤構(gòu)成濱岸—沼澤相體系，在垂向上反復(fù)出現(xiàn)。后者主要見于三疊系飛仙關(guān)組、二疊系龍?zhí)督M及志留系韓家店組中，其形成的氣候條件不一致。韓家店組與飛仙關(guān)組中潮坪沉積形成于干燥氣候條件下，龍?zhí)督M中的潮坪沉積則形成于潮濕氣候條件下。

飛仙關(guān)組中的潮坪沉積可分為潮下、潮間和潮上3種亞相沉積：①潮下沉積，為薄—中厚層粉砂巖，具有條帶狀層理（圖3）、平行層理、小型交錯層理；②潮間沉積，主要為薄層粉砂質(zhì)黏土巖及黏土質(zhì)粉砂巖；③潮上沉積，紫紅色黏土巖，有時顯水平層理。

龍?zhí)督M中的潮坪沉積主要由灰色黏土巖、黏土質(zhì)粉砂巖及中—厚層粉—細砂巖組成，含腕足類和雙殼類等海相化石。其常與沼澤相的黑色碳質(zhì)黏土巖夾煤層相伴生（圖4）。

1.2.1.2 陸棚相沉積

根據(jù)沉積特征的差異，陸棚相沉積可分為內(nèi)陸棚相沉積和外陸棚相沉積。前者主要見于寒武系明心寺組、金頂山組及奧陶系湄潭組等地層中。常由灰、灰黃及灰綠色粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖夾灰?guī)r等組成，具有水平層理、小型斜層理及波痕（圖5）等沉積構(gòu)造，見有底棲和浮游生物化石，在垂向上常夾有濱岸相沉積。后者主要見于寒武系牛蹄塘組和志留系龍馬溪組中。以牛蹄塘組為代表，主要為黑色碳質(zhì)頁巖，夾少量黃綠色粉砂質(zhì)黏土巖。含浮游類型的三葉蟲和海綿骨針，不見底棲類生物化石；具有水平層理（圖6），見星散狀黃鐵礦，富含有機質(zhì)；在垂向序列中未見濱岸相陸源碎屑沉積。

1.2.2 過渡相沉積

過渡相沉積主要為三角洲相沉積，見于二疊系龍?zhí)督M含煤巖系中。由前三角洲、三角洲前緣及三角洲平原組成，具有各自沉積特點。①前三角洲沉積，主要由暗灰、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，發(fā)育水平層理和塊狀層理，含廣鹽度化石。②三角洲前緣沉積，為一套灰色薄—厚層鈣質(zhì)粉砂巖，具有交錯層理、波狀層理及水平層理等，化石稀少。③三角洲平原沉積，由多個向上變細旋回組成。旋回的下部為灰色中—厚層粉砂巖、砂巖，在一些部位見有分流河道沉積，見槽狀交錯層理和板狀交錯層理；旋回上部為灰、深灰色中—厚層黏土巖、碳質(zhì)黏土巖及煤層等，見水平層理、塊狀層理，具有古植物根系生長痕跡、菱鐵礦結(jié)核等。

1.2.3 陸相沉積

（1）湖泊相沉積。主要見于侏羅系自流井組和沙溪廟組中。自流井組特征明顯，其亞相沉積可分為濱湖相沉積、淺湖相沉積及半深湖相沉積，它們常在縱向上組成旋回。①濱湖相沉積，以綦江段和馬鞍山段的碎屑巖為代表；②淺湖相沉積，由東岳廟段和大安寨段下部的碎屑巖和少量碳酸鹽巖組成；③半深湖相沉，以大安寨段上部為例，沉積物顏色深、粒度極細、有機質(zhì)含量高。

（2）沼澤相沉積。主要見于二疊系的龍?zhí)督M和梁山組中。多由黏土質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、黏土巖、碳質(zhì)黏土巖與煤組成。具有水平層理，含豐富的植物化石，見垂直蟲孔。常與濱岸相沉積一起構(gòu)成海陸交互相組合。

（3）河流相沉積。主要見于晚三疊世晚期及中晚侏羅世地層中。以上三疊統(tǒng)二橋組中的河流沉積為例，其主要組成部分為：①邊灘沉積，為灰色中—粗粒長石巖屑砂巖；②堤岸沉積，為灰色薄層黏土巖與細粒長石巖屑砂巖互層，具有沙紋層理、小型交錯層理等。

（4）沖積扇沉積。主要見于白堊系茅臺組中，主體由礫、砂和泥巖混合雜亂堆積而成，其中礫石的磨圓度中等—差，含量高（圖7）。以黔西五險臺的茅臺組紅色巖系為例，根據(jù)其剖面結(jié)構(gòu)和巖石特征分析，這套紅色巖系由多個沖積扇疊置組成。每個扇體都顯示正粒序結(jié)構(gòu)，下部（扇體的主要部分）為塊狀礫巖、含礫石英砂巖泥石流沉積；上部為粉砂質(zhì)黏土巖或黏土質(zhì)粉砂巖片泛沉積。

（5）內(nèi)陸山地多成因松散堆積。主要為第四紀的堆積物，其分布廣，普遍未固結(jié)，其分布及成因類型與近代山岳地貌有緊密的依附關(guān)系。區(qū)內(nèi)主要成因類型有殘積層、沖積層、滑塌堆積層等。

2 沉積礦產(chǎn)的環(huán)境制約因素

區(qū)內(nèi)沉積礦產(chǎn)豐富，主要為煤、磷、鋁、鎳鉬、頁巖氣及鹽類礦產(chǎn)等，它們明顯受沉積環(huán)境制約，其形成與沉積環(huán)境密切相關(guān)。

（1）晚二疊世的煤礦。晚二疊世該區(qū)除了西部威寧—赫章一帶為泛濫平原外，大部分區(qū)域位處潮坪—瀉湖地帶［6］。晚二疊世區(qū)內(nèi)處于溫暖潮濕的氣候條件，海岸帶潮坪環(huán)境的地形相對平緩，加之當(dāng)時海侵海退頻繁，海退導(dǎo)致潮坪上易發(fā)生沼澤化，沼澤上的植物群以蕨類和種子蕨類為主［7］，這些植物被埋藏后，在溫度、壓力等長期作用下，逐漸演變?yōu)槊骸?/p>

（2）早寒武世初期的磷礦。早寒武世初期，海水由東向西侵入織金地區(qū)，使該區(qū)形成上升流區(qū)［8］。當(dāng)時揚子區(qū)處于低緯度熱帶地區(qū)［9］，屬熱帶—亞熱帶氣候條件［10］，區(qū)內(nèi)戈仲伍組中含有豐富的多門類帶殼小動物化石［11］，說明當(dāng)時的水體條件適宜小殼動物繁衍。上升洋流帶來的磷質(zhì)，在織金地區(qū)的緩坡型臺地上經(jīng)過化學(xué)和生物化學(xué)作用下，沉淀下來形成了早寒武世的磷塊巖礦床。

（3）早石炭世的鋁土礦。早石炭世大塘期海水向北至赫章、安順、貴陽連線，連線以北為殘積平原，其上在織金—修文一帶有巖溶盆地，盆地內(nèi)發(fā)育有河流沉積、沖積扇沉積及湖泊沉積，是鋁土礦的產(chǎn)地［6］。區(qū)內(nèi)鋁土礦主要產(chǎn)于織金縣東部的馬桑林—牛場壩一帶，多為中小型礦床［12］。如馬桑林礦床，賦礦層位為下石炭統(tǒng)九架爐組，含礦巖系具有明顯的二分系列，下段稱含鐵巖系，上段稱含鋁巖系。含鋁巖系由黏土巖、含黃鐵礦黏土巖、鋁土礦及鋁土巖等組成［13］。此外，在納雍縣董地一帶及大方縣與金沙縣交界處的坪寨一帶也有鋁土礦產(chǎn)出［14-15］，應(yīng)是今后進一步開展工作的遠景區(qū)域。

（4）早寒武世早期的鎳鉬礦。區(qū)內(nèi)早寒武世早期的沉積—牛蹄塘組，為一套黑色巖系，是缺氧事件的產(chǎn)物，其不僅在華南廣泛分布，而且在印度、英格蘭、澳大利亞等地均有分布［9］。這套黑色巖系中賦存有頁巖氣藏和鎳鉬釩等貴金屬礦產(chǎn)。區(qū)內(nèi)牛蹄塘組分布較廣，已在織金大院、納雍水東等地的牛蹄塘組中發(fā)現(xiàn)鎳鉬礦床［16］。關(guān)于鎳鉬礦的成因觀點較多，涉及區(qū)內(nèi)礦床的成因觀點有海底噴氣沉積［17］和熱水（液）噴流沉積成因［18］。因此，鎳鉬礦可能為海底噴流提供金屬元素，缺氧環(huán)境下的生物、有機質(zhì)及黏土礦物等對這些金屬礦物具有富集作用。

（5）中晚寒武世和早中三疊世的鹽類礦產(chǎn)。在中晚寒武世和早中三疊世，區(qū)內(nèi)具備良好的成鹽條件：古氣候條件是形成鹽類礦產(chǎn)的重要條件，揚子區(qū)為干旱炎熱氣候［9，19］。古地理條件也是聚鹽的主要條件，區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境為半封閉—封閉的局限臺地，由于水體淺，經(jīng)常暴露于水面，形成薩布哈式的鹽灘。在大方縣張家寨鉆孔中，于中晚寒武世地層中見有石膏質(zhì)白云巖和石膏層，地面也常見溶塌角礫巖；區(qū)內(nèi)早三疊世晚期和中三疊世晚期地層中常見膏鹽流失后的晶洞和溶塌角礫巖，部分地方尚可見有石膏。因此，這兩個時代地層的深部部位是尋找鹽類礦產(chǎn)的最佳層位。

（6）早寒武世和晚二疊世的頁巖氣藏。區(qū)內(nèi)黑色碳質(zhì)頁巖賦存的地層分別為早寒武世的牛蹄塘組、晚奧陶世—早志留世的五峰組—龍馬溪組及晚二疊世的龍?zhí)督M。由于受到黔中隆起的影響，五峰組—龍馬溪組黑色頁巖僅分布在畢節(jié)以北的下水一帶，分布面積小，成藏潛力不大。牛蹄塘組黑色碳質(zhì)頁巖分布較廣、厚度大、有機質(zhì)豐度高、熱演化程度較高［20-24］，具有較好的頁巖氣成藏條件。龍?zhí)督M黑色碳質(zhì)頁巖分布廣（除西部威寧地區(qū)主要為陸相沉積外，其余地區(qū)均為海陸交互相沉積），厚度大，有機質(zhì)豐度高，熱演化程度較高，處于過成熟階段，具有良好的頁巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)［25-27］。因此，缺氧條件下的深水陸棚和沼澤環(huán)境導(dǎo)致了高的有機質(zhì)豐度，成為形成頁巖氣成藏的重要因素。

3 結(jié)論

（1）貴州畢節(jié)地區(qū)的沉積相體系主要為濱淺海環(huán)境形成，可分為碳酸鹽沉積相和陸源碎屑沉積相兩類。前者主要為淺水碳酸鹽沉積，可進一步分為開闊土地相沉積、半局限臺地相沉積、局限臺地相沉積及緩坡型臺地相沉積；后者可進一步分為陸相沉積（湖泊相沉積、沼澤相沉積、河流相沉積、沖積扇沉積和多成因松散堆積），海陸過渡相沉積（三角洲沉積）及海相沉積（無障壁型濱岸相沉積、潮坪相沉積、陸棚相沉積）。

（2）區(qū)內(nèi)沉積礦產(chǎn)明顯受沉積環(huán)境制約，即晚二疊世的沼澤環(huán)境控制了煤和頁巖氣藏的形成，早寒武世初期的緩坡型臺地環(huán)境制約了磷塊巖礦床的形成，早石炭世鋁土礦形成于河湖環(huán)境，中晚寒武世和早中三疊世鹽類礦產(chǎn)的形成受控于炎熱干旱氣候條件下局限臺地上的薩布哈環(huán)境，早寒武世早期鎳鉬礦和頁巖氣藏的形成與缺氧還原的深水陸棚有關(guān)。