福建廈門灣口海域A礦區(qū)海砂地質(zhì)特征及其成因探討

闕萬焜

（福建省閩南地質(zhì)大隊(duì)，福建 漳州 363000）

本區(qū)區(qū)域上位于平潭—東山剪切斷裂帶南部，新生代的臺(tái)灣海峽陸槽區(qū)。礦區(qū)位于臺(tái)灣海峽西側(cè)，廈門灣口東南海域，領(lǐng)?；€以外至領(lǐng)海外部界限范圍內(nèi)，西距漳州市鎮(zhèn)海角約30km，距東碇島約11km，北距大金門島約20km。區(qū)內(nèi)大面積分布第四紀(jì)全新統(tǒng)長樂組地層(Qh2-3c)，海砂礦賦存于長樂組海積層中，層位穩(wěn)定、分布較連續(xù)。第四紀(jì)沉積的基底巖石主要為變粒巖、混合巖(T3-J)及混合花崗巖，部分為燕山早期黑云母鉀長花崗巖。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層單一，大面積分布新生代第四紀(jì)全新統(tǒng)長樂組海積層(Qh2-3mc)。

長樂組海積層(Qh2-3mc)：呈面狀分布于整個(gè)礦區(qū)，層厚大于15m。巖性主要為灰色砂混淤泥、灰色粉質(zhì)粘土、灰色砂混粘性土、灰—灰黃色粉細(xì)砂、灰—灰黃色中細(xì)砂和灰黃—灰白色中粗砂等。

灰—灰黃色中細(xì)砂和灰黃—灰白色中粗砂，中細(xì)—中粗粒砂狀結(jié)構(gòu)，松散狀，顆粒不小于0.15mm的海砂含砂率41%～100%，平均約95%。海砂成分以石英為主，含量一般為85%～90%，呈次棱角—次圓狀，無色—乳白色，透明—半透明，分選性一般—較好；含泥量一般小于5%，局部5%～15%；此外還有少量云母、貝殼，洗凈后氯離子含量小于0.06%，是回填用海砂礦的主要賦礦層位。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)新構(gòu)造主要表現(xiàn)為微弱地震頻繁及海岸階地發(fā)育等，反映出振蕩性的升降運(yùn)動(dòng)，尤其以間歇性小幅度持續(xù)上升為特征。

礦區(qū)位于環(huán)太平洋地震帶西側(cè)，地震較頻繁，但多以4.7～6 級(jí)地震為主，6 級(jí)以上地震較少。根據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》和《中國地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》福建省區(qū)劃一覽表資料，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

1.3 礦區(qū)地貌特征

根據(jù)水深測量，礦區(qū)位于海平面以下28.2～31.9m，地貌單元為淺海大陸架，北東和南西部稍高，中部略低，整體上地勢較平坦。

根據(jù)旁側(cè)聲納探測和單道地震探測結(jié)果：本區(qū)水深一般處于10～40m 之間，其地貌成因營力主要以海洋營力為主。微地貌圖主要有沙脊、拖痕以及疑似管道等微地貌類型。

側(cè)掃聲吶調(diào)查發(fā)現(xiàn)沙脊位于本區(qū)的西南角，沙脊高約3m，在本區(qū)單獨(dú)出現(xiàn)，沙脊一側(cè)沙波紋發(fā)育明顯，可見20～30m 長的沙波紋，與沙脊走向垂直。

本區(qū)是福建省漁民進(jìn)行海洋作業(yè)的主要區(qū)域之一。大量船只在該海域工作，海洋底拖作業(yè)在海床面上遺留下的拖痕、錨痕較為明顯，拖痕長短不一，從數(shù)百米到上千米均有，有深有淺，有的拖痕縱橫交錯(cuò)，有的并行排列。

2 礦床地質(zhì)

2.1 海砂礦體特征

回填用海砂礦體分布于全區(qū)，主要賦存于第四系全新統(tǒng)長樂組海積層（Qh2-3mc）中。礦體呈北東向面狀展布，與海岸線大致平行，近水平層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體底板為粉質(zhì)粘土層。已控制礦體長約4000m，寬約1300m，分布高程-28 ～-40m，礦層厚度主要集中在6～10m，平均厚度約8m，礦區(qū)中部礦層較厚，北東側(cè)次之，南西側(cè)較薄，總體上礦層厚度變化較小，較穩(wěn)定。

2.2 砂礦質(zhì)量特征

2.2.1 原砂礦物組成

區(qū)內(nèi)回填用海砂礦主要礦物以石英為主，含量占80%～95%，其次為泥質(zhì)，含量占3%～15%，貝殼約占2%～8%，少量云母、鈦鐵礦、十字石、電氣石、白鈦石、錳土質(zhì)、銳鈦礦、紅柱石；還有極少量的藍(lán)晶石、硅線石、黃玉、鋯石、獨(dú)居石、綠簾石、鉻鐵礦、方鉛礦、黃鐵礦、金紅石、褐鐵礦、綠泥石、尖晶石、磁鐵礦、板鈦礦、石榴子石、角閃石等。

礦物粒徑大小較為均勻，多在0.1～1mm 之間，部分石英大于1mm，少部分小于0.1mm。難熔礦物硅線石、藍(lán)晶石、黃玉、鉻鐵礦粒徑多為0.1～0.15mm，部分紅柱石粒徑0.2～0.25mm。礦物形態(tài)多為次磨圓—次棱角狀，少量為磨圓狀。礦物組合共有二十余種，但以石英含量為主體，除長石、巖屑外，其它礦物不足1%。

石英：無色、乳白色，部分（約40%）呈淺黃或黃褐色，透明、半透明，不規(guī)則粒狀，粒徑0.01～1.0mm，多數(shù)集中于0.10～0.71mm 粒級(jí)，大于0.30mm 粒級(jí)者磨圓度較好，小于0.30mm粒徑者多為次棱角、棱角狀，具玻璃、油脂光澤，其中約10%石英程度不等的包裹有黑色物質(zhì)，呈薄膜狀或滲入裂隙呈似條帶狀分布，為后期鐵質(zhì)或高嶺土質(zhì)浸染。

長石：白色、灰白色、瓷白色，晶形為板狀、粒狀，多呈半風(fēng)化，次棱角狀，少量仍可見聚片雙晶，粒徑一般0.2～0.3mm，解理較發(fā)育。

巖屑：灰黑色、褐棕色，不規(guī)則粒狀，磨圓度強(qiáng)，臘狀、土狀光澤，硬度低，粒徑一般0.2～0.3mm。主要由細(xì)小的石英、長石、高嶺土、云母或綠泥石等礦物膠結(jié)形成。

2.2.2 原砂粒級(jí)組成

按DZ/T14684-2011《建設(shè)用砂》中海砂礦顆粒度篩析方法，將本區(qū)海砂礦粒級(jí)劃分為：大于2.36mm、2.36～0.6mm、 0.6～0.3mm、 0.3～0.15mm、 小 于0.15mm五個(gè)粒級(jí)。

據(jù)粒級(jí)篩分統(tǒng)計(jì)，本區(qū)海砂礦體中以2.36～0.3 mm粒級(jí)為主，該區(qū)間粒級(jí)平均占76.74%，其次為0.3～0.15mm 粒級(jí)，該粒級(jí)含量占總量的10.55%左右，其它各粒級(jí)含量相對較少?？傮w上看，礦區(qū)回填用海砂礦粒級(jí)以粗、中粒級(jí)為主。

2.2.3 原砂其他指標(biāo)

本區(qū)海砂以粗、中砂為主，其他主要指標(biāo)如下：Cl-含量0.27%，SO3含量0.16%，含泥量14.15%，有機(jī)物含量皆合格，放射性內(nèi)照射指數(shù)0.1～0.4，外照射指數(shù)0.3～0.6。

2.3 礦砂類型

本區(qū)海砂屬淺海相沉積石英砂類礦，按自然類型可分為含泥中細(xì)粒石英砂和中粒石英砂兩類，大多呈松散狀。

2.4 礦體頂、底板及圍巖特征

礦區(qū)海砂礦體位于海底之下0～10m（標(biāo)高-28～-40m），巖性為灰黃、灰白色中粗粒石英砂或中粒石英砂，呈中粗粒、中粒砂狀結(jié)構(gòu)，松散狀，成分以石英為主，含量占80%～95%左右，含泥量約3%～15%，貝殼含量2%～7%，少量云母片及磁鐵礦、鈦鐵礦等礦物。大多數(shù)裸露海底，局部地區(qū)有蓋層，部分石英表面鐵染為黃色，含鐵質(zhì)、含泥質(zhì)明顯偏高，與礦體沒有明顯界線。

礦區(qū)海砂礦層中夾層極少，僅個(gè)別鉆孔可見0.1～0.3m厚的灰黑色砂質(zhì)粘土、含砂粘土層。

礦區(qū)海砂礦體底板為長樂組（Qh2-3mc）海積泥質(zhì)粉砂、粉質(zhì)粘土層，控制厚度大于5m，與海砂礦體界線較明顯。巖性為灰、灰黑、藍(lán)灰色粉質(zhì)粘土、泥質(zhì)粉砂加中細(xì)砂，呈細(xì)砂粘土狀或粉砂粘土狀結(jié)構(gòu)，粘塑狀，成份以粉砂、粘土質(zhì)礦物為主，占60%～90%，少量為石英、長石、云母及少量炭質(zhì)，局部有少量的貝殼碎片。

礦區(qū)回填用海砂礦體與頂、底板因成分、含量的不同，界線較明顯。

2.5 礦砂物性特征

海礦物性特征如下：表觀密度1.42t/m3、堆積密度2.649t/m3、空隙率43.57%、飽和面干吸水率2.06%、堅(jiān)固性2.57%、堿活性0.01%。

3 礦床成因及找礦標(biāo)志

3.1 礦床成因

本礦床海砂礦成因類型屬濱海海積，海積作用物質(zhì)來源主要有河流輸入、主要水團(tuán)輸入、海底沉積物再懸浮輸入及海岸侵蝕沉積物輸入，具體如下所述。

3.1.1 河流輸入

河流每年攜帶大量的泥砂進(jìn)入河口、海灣及其河口外的陸架區(qū)。九龍江是影響調(diào)查區(qū)的主要河流。九龍江干流全長263km，是福建省第二大河流。據(jù)草埔頭站資料，年平均徑流量148×108m3,最大年徑流量為288×108m3,最小年徑流量為99×108m3。年平均輸砂量250×104t，最多640×104t,最少100×104t。10年統(tǒng)計(jì)平均水流含砂量0.165mg/L，豐水期最大0.38mg/L。因此，該河流輸砂是調(diào)查區(qū)主要泥砂來源之一。徑流量及輸砂量季節(jié)性明顯，主要集中在每年4～9月的雨季，特別是臺(tái)風(fēng)暴雨、山洪爆發(fā)時(shí)期，是枯水期的600倍以上。自九龍江的中下游修筑水庫、水閘后，由于長期處于關(guān)閘截流狀態(tài)，所攜帶的泥砂多數(shù)在水閘上游河床或水庫內(nèi)堆積，僅在九龍江流域發(fā)生洪水時(shí)才開閘泄洪，洪水所攜帶的泥砂隨洪水泄入河口，較粗顆粒的泥砂在入?？诙逊e，較細(xì)顆粒的泥砂隨水流遷移到離河口較遠(yuǎn)的海域沉積。

3.1.2 主要水團(tuán)輸入

以往研究表明，不同來源的水團(tuán)影響著沉積物來源及輸運(yùn)特征。影響臺(tái)灣海峽的水團(tuán)主要有浙閩沿岸水、海峽暖水、海峽東北部高溫高鹽水、海峽混合水、粵東沿岸水、臺(tái)灣淺灘南部涌升水、近岸涌升水及次表層水及中層水，各水團(tuán)在不同季節(jié)的影響范圍及強(qiáng)度差別較大，這些水團(tuán)必然影響到臺(tái)灣海峽懸浮體物質(zhì)分布格局和表層沉積物分布情況。研究區(qū)主要受粵東沿岸水、海峽混合水的影響比較明顯。廈門灣及附近海域沉積物由灣內(nèi)向?yàn)惩廨斶\(yùn)，到灣外后受外部水流的影響較大，沉積物輸運(yùn)格局在空間上具有多變性。同時(shí)，在浙閩沿岸流的搬運(yùn)及再懸浮作用下，由長江入海的懸砂量的30%沿浙江及福建沿岸傳輸，匯集形成浙閩沿岸的泥質(zhì)區(qū)，輸送至福建平潭后還可往南輸送。

3.1.3 海底沉積物再懸浮輸入

海灣、河口地區(qū)及附近海域，底質(zhì)泥砂再懸浮是普遍現(xiàn)象。河口的懸浮泥砂除來自流域輸砂外，還來自床面泥砂的再懸浮。當(dāng)水體底部切應(yīng)力大于底質(zhì)泥砂臨界起動(dòng)切應(yīng)力時(shí)，底質(zhì)泥砂將發(fā)生再懸浮。

從九龍江口沿龍海海岸至鎮(zhèn)海角，島礁眾多，港道縱橫，岬灣相間，海底地形復(fù)雜，局部變化劇烈，島間和海灣潮流通道內(nèi)往往形成深槽，使得海底水動(dòng)力極其復(fù)雜，槽溝間發(fā)生沖刷，海底沉積物再懸浮現(xiàn)象多有發(fā)生。臺(tái)灣海峽平均水深60m 左右，在工程區(qū)附近海域水深小于50m。這些地區(qū)在低海面時(shí)期均出露于地表，隨著海平面的逐漸上升，臺(tái)灣海峽逐漸被海水淹沒，在低海面時(shí)期形成的各種堆積體在海平面不斷上升的影響下，不斷發(fā)生侵蝕、改造，在原地形成了殘留堆積體，而再懸浮起來的沉積物則被輸運(yùn)至其他地區(qū)堆積，使得海底沉積物的分布格局發(fā)生變化。

3.1.4 海岸侵蝕沉積物輸入

廈門灣以南海岸多港灣分布，岸線曲折，在港灣外分布砂質(zhì)海岸。臺(tái)灣海峽冬季受東北風(fēng)影響，波浪作用顯著，對近岸海域海底沉積物和開敞砂質(zhì)海岸產(chǎn)生較強(qiáng)烈的侵蝕；夏季受西南季風(fēng)的影響，波浪作用相對較小，但夏季臺(tái)風(fēng)作用強(qiáng)度大，臺(tái)灣海峽每年遭受多次臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)帶來的大浪也造成了一定程度的海岸侵蝕。海岸侵蝕的沉積物在漲落潮流的作用下逐漸向近岸陸架輸運(yùn)。

3.2 找礦標(biāo)志

根據(jù)礦床成因、礦區(qū)地質(zhì)、地貌特征，其主要找礦標(biāo)志為：

（1）區(qū)域上具備富含石英的酸性巖漿巖、火山巖、沉積巖類巖石，且風(fēng)化剝蝕作用強(qiáng)烈。

（2）在地貌上具備向東南面海的海灣環(huán)境，平緩的濱海大陸架是礦砂堆積的有利條件。海灣東南部開闊，基底平緩，則最易形成含砂率高、厚度大的回填用海砂礦層。

（3）全新統(tǒng)長樂組地層為回填用海砂體賦礦層位。

（4）海底砂層分布廣，砂呈灰白—灰黃色，松散狀，石英含量大于80%是海砂礦的直接找礦標(biāo)志。

4 礦床內(nèi)共生礦產(chǎn)綜合評價(jià)

海砂礦床中共生礦物主要有：硅線石、藍(lán)晶石、紅柱石、石榴石、鋯石、磁鐵礦、鈦鐵礦、白鈦礦、銳鈦礦、電氣石、綠簾石、尖晶石、獨(dú)居石、磷灰石、榍石、透閃石、角閃石、黃玉、剛玉、赤鐵礦等。

2013年海洋三所在工作區(qū)及其周邊采集了表層沉積物和柱狀沉積物樣品，并分析了15項(xiàng)沉積物礦物，經(jīng)分析，區(qū)內(nèi)沉積物中重礦物含量相對較低，百分含量在0.01%～0.57%之間，平均值為0.20%，總體上東部含量高于西部，且從東往西呈遞減的趨勢。其中含量相對較高的重礦物有7 種，輕礦物有3 種，具體如下：鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、角閃石、綠簾石、鋯石、白鈦礦、鉀長石、斜長石和石英。

礦體中的重礦物主要有磁鐵礦、鈦鐵礦、白鈦礦、綠簾石、角閃石、鋯石等，其中的有用礦物的含量都很低，不具有工業(yè)開采價(jià)值，因此，調(diào)查區(qū)內(nèi)海砂作為回填用砂等使用，不存在資源浪費(fèi)的問題。