第一作者简介 刘加强,男,1982年生,博士研究生,古生物学与地层学专业。E-mail:catwinner@sina.cn。
在对野外露头和钻孔资料分析基础之上,运用单因素分析多因素综合作图法,对滇东南地区晚二叠世吴家坪早期的岩相古地理进行了系统研究和编图,取得如下主要认识:( 1)吴家坪早期研究区西部为康滇古陆,西南部为屏马—越北古陆,沉积相带自南西向北东展布,依次为沼泽—潮上带、潮间带、潮下带和局限浅海;( 2)康滇古陆与屏马—越北古陆共同为研究区提供物源;( 3)天生桥地区在晚二叠世吴家坪早期沉积厚度较大,构成盆地的沉积中心;( 4)盆地中心位于研究区的东北部,水体较深;( 5)滇东南地区铝土矿主要分布于潮下带和局限浅海上部,该相带发育的地区应是今后滇东南地区的主要找矿远景区。
About the first author Liu Jiaqiang,born in 1982,is a Ph.D.candidate of China University of Geosciences(Beijing),and is mainly engaged in paleontology and stratigraphy.E-mail:catwinner@sina.cn.
Based on the quantitative and qualitative data of outcrops and well sections,according to the single factor analysis and multifactor comprehensive mapping method,the lithofacies palaeogeography of the Late Permian early Wuchiapingian in Wenshan,southeastern Yunnan Province,was studied and mapped.The research results are as following:(1)The Kangdian old land and the Pingma-North Vietnam old land was located to the western and southeastern of Wenshan during the Late Permian Wuchiapingian Age,and the sedimentary facies was distributed successively from the southwest to the northeast,including swamp-supratidal,intertidal,subtidal and restricted shallow sea facies;(2)The Kangdian old land and the Pingma-North Vietnam old land were the common material sources provider;(3)The sediments of Tianshengqiao area were deposited with large thickness,which constituted the depocenter;(4)The basin topographic center was located in the northeast of the study area;(5)Bauxites were mainly deposited in subtidal and restricted shallow sea area,and these sedimentary facies area should be the main perspective area for ore exploration.
滇东南地区是指云南省的东南部(图 1), 位于滇黔桂盆地西缘, 大地构造位置处于扬子准地台和华南褶皱系的过渡地带, 因其丰富的矿产资源而受到广泛关注。
中晚二叠世之交的东吴运动使华南地区大规模地壳抬升, 造成滇黔地区大面积的火山活动, 发生峨眉山玄武岩的喷发, 引起海水退却。康滇古陆也相对隆起, 古地形西高东低, 山前平原相对沉降, 主体发育冲积扇沉积, 冲积扇的辫状河道向东推移至滨岸潟湖潮坪上, 在滇东至滇黔交界处发育辫状河三角洲等沉积(邵龙义等, 1994), 而黔西则主要为潟湖潮坪沉积(邵龙义等, 1998)。前人对研究区晚二叠世吴家坪早期古地理研究也取得了很多成果。王鸿祯等(1985)认为研究区晚二叠世主要发育海陆交互含煤及硅质组合和浅海碳酸盐组合, 大致以丘北— 文山— 麻栗坡为界, 将晚二叠世包括滇黔桂地区在内的华南地区划为华南洋。嗣后诸多学者(刘宝珺等, 1994; 王立亭等, 1994; 冯增昭等, 1994, 1996, 1997; Metcalfe, 2002; 田景春等, 2004; 梅冥相等, 2004, 2007)研究了本区二叠纪古地理特征, 认识尚不统一。
滇东南地区晚二叠世吴家坪早期铝土岩发育, 铝土矿向海方向相变为灰岩, 为沉积型铝土矿(刘长龄, 1994)。前人通过沉积学、矿物学和地球化学的手段对铝土矿进行了大量研究(章柏盛, 1982; 廖士范, 1986; 孟祥化等, 1987; 刘长龄, 1987, 1988; 刘长龄和覃志安, 1989, 1990; 陈旺, 2007; 韩忠华, 2008; 李中明等, 2009), 取得了较大成果。刘长龄和覃志安(1990)认为胶体沉积矿石构造类型为块状构造铝土矿, 矿物多为隐晶质而很少微晶质, 呈致密块状而不显层纹, 豆鲕状构造一般具有同心层, 很少为正球形; 胶体与碎屑混合沉积铝土矿矿石构造类型为碎屑— 豆鲕状和碎屑— 叠层石状; 由碎屑及内碎屑机械沉积的铝土矿矿石构造类型, 有的显微层理的微碎屑状构造主要为水流沉积砂状碎屑构造和受水动力控制的粒序层构造。此外, w(Sr)/w(Ba)值已运用到沉积环境分析之中, 一般认为w(Sr)/w(Ba)值在淡水沉积物中常小于1, 而海水沉积物中大于1(陈建强等, 2004)。沉积环境是控制沉积型铝土矿沉积的主要因素。研究该时期岩相古地理, 对铝土矿的成矿远景分析具有重要意义。
作者主要运用冯增昭(1992, 1994, 2004)所倡导的单因素分析多因素综合作图法, 对滇东南地区晚二叠世吴家坪早期的岩相古地理进行定量研究, 试图为该区铝土矿找矿预测提供古地理方面的依据。
晚二叠世吴家坪早期研究区主要发育龙潭组和吴家坪组(表 1), 两者为同期异相产物。依据云南省地质矿产局(1996)所编《云南省岩石地层》, 吴家坪组在云南的次层型剖面为麻栗坡铁厂剖面(105° 02'E, 23° 22'N), 由云南二区测分队1978年测制, 主要分布于广南、海尾、里洋、板茂、麻栗坡及铁厂等地区, 其下部为褐黄、棕红色铝土岩和铝土质泥岩; 中上部为深灰、灰黑色中— 薄层灰岩、泥灰岩、生物灰岩、白云质灰岩, 局部夹硅质岩; 龙潭组在云南的次层型剖面位于文山者黑冲(104° 08'E, 23° 23'N), 由云南二区测分队1976年测制, 主要分布研究区的丘北、大铁、姑祖寨、文山者黑冲和焦煤厂等地, 为海陆交互相含煤沉积。其下部为灰褐色— 褐红色铁质泥岩、铁铝质泥岩和铝土岩。中部为灰色— 褐灰色粉砂质泥岩, 深灰色、灰黑色、黑色碳质泥岩夹煤线或煤层; 上部为灰岩、硅质灰岩夹硅岩。两者大致以丘北— 文山— 麻栗坡一线为界, 该界线以东地区多为吴家坪组, 以西地区多为龙潭组。
滇东南地区岩石类型主要有铝土岩、碎屑岩、灰岩、硅岩及煤等。铝土岩结构有致密状、碎屑状和豆鲕状等, 块状构造, 局部呈条带状构造。
致密状结构、块状结构铝土岩(图 2-a)颜色为灰、灰黑色, 具贝壳状断口。主要由团块和填隙物构成, 团块主要呈椭圆状、似透镜状、近圆状等, 有的边缘略显不规则状, 定向分布, 不具同心纹层, 表明其主要为胶体沉积。大小一般0.1~0.5, mm。团块成分以一水硬铝石为主(其中一水硬铝石呈近半自形— 他形柱状为主, 直径一般小于0.2, mm, 粒内多见铁泥质杂质); 少量团块成分以一水软铝石为主(一水软铝石呈鳞片状、纤状等, 无色— 浅黄色等)。填隙物由一水硬铝石、一水软铝石、铁泥质构成, 三者混杂分布于团块之间, 定向。其中一水硬铝石主呈近半自形柱状— 隐晶状, 直径小于0.1, mm。铁泥质呈黄褐色隐晶状。岩内见部分空腔, 主要呈不规则云朵状, 零散定向分布, 有的具铁泥质镶边。
碎屑状铝土矿(图 2-b)常呈砂状、粉砂状结构, 局部可见粒序层理(黄仁新, 1992), 为碎屑及内碎屑机械沉积。矿物主要由一水软铝石、铁泥质、一水硬铝石组成。一水软铝石呈隐晶状、纤维鳞片状等, 集合体多呈线纹状、条纹状和似透镜状等定向分布, 与铁泥质条纹相间排列。铁泥质呈土褐色隐晶— 微细鳞片状等, 集合体多呈线纹状等定向分布, 与铝质条纹相间排列。一水硬铝石近半自形— 他形柱状等, 粒径小于0.05, mm, 星散状分布。
豆鲕状铝土岩(图 2-c)颜色为灰、灰绿色, 豆鲕状结构鲕粒主要呈椭圆状、似透镜状等, 少量略显不规则状等, 定向分布, 具同心纹层, 显示其胶体沉积特征。大小一般0.05~2.0, mm。矿物以一水硬铝石为主, 铁质、泥质及一水软铝石少量(其中一水硬铝石呈近半自形— 他形柱状— 隐晶状, 直径一般小于0.15, mm, 粒内多见铁泥质杂质; 铁泥质主呈黄褐色; 一水软铝石隐晶— 显微鳞片状, 无色); 少量鲕粒成分以铁质为主(铁质主呈红褐色)。岩内见鲕粒、团块多呈条纹状或似纹层状富集。填隙物由一水硬铝石、铁质、泥质构成, 三者混杂分布于一水硬铝石及鲕粒之间, 定向。其中一水硬铝石主呈近半自形柱状— 隐晶状, 直径小于0.1 mm。泥质主由隐晶状黏土矿物构成。
此外, 从致密状铝土岩→ 碎屑状铝土岩→ 铝土岩其w(Sr)/w(Ba)值从9.3→ 2.9→ 2.5, 表明铝土岩均为海相沉积, 且海水盐度逐渐降低。
碎屑岩包括泥岩、粉砂质泥岩和粉砂岩。主要由铁质和泥质组成, 铁质呈黄褐— 深(或红)褐色, 泥质由隐晶— 显微鳞片状黏土矿物构成, 二者主要呈混杂状定向分布。
硅岩(图 2-d)多以层状、透镜状产出, 由隐— 微晶石英组成, 局部见黄铁矿晶体。
研究区龙潭组与吴家坪组的古生物特征有所差异。龙潭组与下伏峨眉山玄武岩或阳新组呈平行不整合接触, 局部超覆于上石炭统之上, 含植物Lobatannularia sp.; 腕足类Spiriferellina fastigata, Dielasma sp.; 类Sphaerulina sp., Codonofusiella sp., Nankinella sp.。吴家坪组则与下伏峨眉山玄武岩平行不整合接触或超覆于阳新组之上, 含腕足类:Squarnularia cf.grandis, Orthotetina rubber; Reichellina media, Codonofusiella kwangsiana, Palaeofusulina simplex, Nankinella minor; 珊瑚:Waagenophyllum indicum等。上述化石基本为浅水类型。
滇东南地区在晚二叠世吴家坪期处于陆表海的稳定构造环境, 康滇古陆位于本区西侧, 东部有岛屿散布, 阻碍了海水的正常流通, 水体能量较低, 使其成为受限的陆表海, 并形成了独特的低能泥质海岸沉积环境, 可以划分为局限浅海和低能泥质海岸两种主要的沉积相类型(表 2)。
低能泥质海岸相主要包括潮坪亚相和沼泽亚相。
潮坪亚相的主要岩石类型为内碎屑铝土岩、鲕状铝土岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、铝质黏土岩和泥岩等, 据岩石的组合特征可进一步划分为潮下带、潮间带和潮上带3种微相。潮上带能量低, 主要发育灰褐色、灰黄色、黄褐色泥岩及黏土岩(图 3-a); 潮间带能量稍高, 主要沉积灰黄色、黄褐色粉砂岩、粉砂质泥岩和铝质黏土岩(图 3-b); 潮下带能量较高, 岩石以灰色、灰黄色、黄褐色内碎屑铝土岩、鲕状铝土岩和粉砂岩为主(图 3-c)。
沼泽亚相岩石类型以黑色、灰黑色碳质泥岩为主, 夹煤层或煤线(图 3-d)。
作者所指局限浅海相为浪基面以下的浅海区, 其正常天气下波浪潮汐对其影响较小, 属于低能环境。可进一步分为局限浅海下部和局限浅海上部两个亚相, 大致与冯增昭等(1996)的局限海和开阔海对应。
局限浅海上部水体相对滨海较深, 陆源碎屑物质较少, 能量较低, 主要发育粉砂质泥岩、泥岩及呈胶体状态沉积的致密块状铝土岩(图 3-e); 浅海下部水体更深, 能量很低, 陆源物质供给极少, 主要沉积硅岩、灰岩、硅质灰岩及泥岩(图 3-f)。
笔者选取了厚度(m)、煤+碳质泥岩含量(%)、泥岩含量(%)、颗粒结构铝土岩含量(%)、化学沉积含量(致密块状铝土岩含量+硅岩+灰岩含量)(%)等单因素。采用冯增昭教授(1992, 1994, 2004)所倡导的单因素分析多因素综合作图法, 对滇东南地区晚二叠世吴家坪早期的岩相古地理进行定量研究。
选取50条剖面作为详细研究对象, 对其厚度(m)、煤+碳质泥岩含量(%)、泥岩含量(%)、颗粒结构铝土岩含量(%)、化学沉积含量(%)做出统计。
1) 地层厚度(m)等值线图(图4)。地层厚度主要反映该地区该层段沉积时期的相对隆起和相对沉降的格局, 而与水体深度并无必然的关系。运用地层厚度判断古大地构造格局时, 首先要确定厚度为零的地区为“ 沉积零” 还是“ 剥蚀零” (冯增昭等, 1994)。
由图4可看出:(1)马关地区地层厚度为零, 推测该地区晚二叠世吴家坪早期为无沉积, 反映该地区吴家坪早期可能为古陆, 既前人所确定的屏马— 越北古陆(王祖关等, 1995); (2)沉积厚度大致沿南西— 北东向发生有规律的变化, 大致以丘北— 富宁一线为界, 西南部自麻栗坡向北东向地层厚度逐渐增加。其东北部丘北东南侧沉积厚度呈环带状变化, 环带中心向外侧厚度逐渐增加, 但其厚度并未大于丘北— 富宁一线附近的沉积厚度。考虑该地区尚存在有上二叠统吴家坪阶下部沉积, 推断此处为水下隆起。
2) 煤+碳质泥岩含量(%)等值线图(图5)。煤、碳质泥岩主要形成于沼泽环境中, 在深水沉积区, 不能形成煤、碳质泥岩的含量较小, 而其含量越高表明其沼泽发育时期越长。文中所涉及的煤和碳质泥岩中的碳质泥岩主要以夹层或互层产出, 而非单纯以碳质泥岩形式产出, 与煤层为同期异相沉积, 故在此将其划分为沼泽相。
由图5可以看出:煤+碳质泥岩主要分布于研究区的西南部, 文山— 麻栗坡一线地区的含量高达40%以上, 且等值线图之间的间距较小, 与地层等厚度图中厚度较小的地区相吻合, 而在文山— 麻栗坡一线北东向煤、碳质泥岩等值线的分布间距增大, 在丘北— 富宁一线处接近于0%。
3) 泥岩含量(%)等值线图(图6)。泥岩主要沉积于能量较低的潮上带和局限浅海环境。泥岩含量越高说明其沉积环境能量越低。
由图6可以得出:泥岩主要分布于研究区的西南部和富宁西部地区, 西南部的等值线图最大值大致位于文山— 麻栗坡一线, 富宁西部地区达到50%以上, 以该线为最高值沿北东向、南西向等值线值逐渐减小。而东南部的泥岩含量等值线则为环带状分布。
4) 颗粒结构铝土岩含量(%)等值线图(图7)。颗粒结构铝土岩包括内碎屑铝土岩、鲕状铝土岩, 主要形成于能量较高的潮下带环境。
图7表明:颗粒结构铝土岩在研究区西部有广泛分布, 且沿砚山— 西畴一线两侧含量开始递减, 在麻栗坡和丘北— 富宁一线减少至0%。在丘北东南侧颗粒结构铝土岩含量等值线呈环带状分布。
5) 化学沉积含量(%)等值线(图8)。化学沉积主要包括硅岩、泥晶灰岩、硅质灰岩、致密铝土岩、致密铁质岩及铁铝岩, 形成于能量较低, 水体较深的局限浅海环境。
由图8可以看出:研究区西南部浅海化学沉积含量很低, 等值线间隔较大, 而向北东含量逐渐增加, 反应了水体逐渐变化的过程, 在丘北东南区域出现了含量的环带状变化。
在编制单因素图的基础之上, 将其叠加, 遵循一定的原则综合分析, 即可绘制出吴家坪早期的岩相古地理图。其分析思路及相带的确定如下:
1)根据厚度(m)等值线划分海陆分布及海岸线形态。将地层厚度(m)为零的地区定义为古陆, 可以确定研究区西南侧的屏马— 越北古陆, 其他地区则定义为海域。由于丘北东南侧沉积厚度的环带状结构, 结合其自内向外厚度逐渐增加的特点及存在吴家坪阶下部沉积的特征, 将其定义为水下隆起。
2)在确定基本的海陆分布后, 将煤+碳质泥岩含量大于和等于50%的地区划分为沼泽— 潮上带。沼泽— 潮上带总体位于研究区西南部, 分布于文山以南地区。
3)将(粉砂质)泥岩含量大于50%且化学沉积、粗碎屑沉积含量均小于30%的地区划分为潮间带。该相带在文山以西近北西向展布, 文山以东近东西向展布。
4)将颗粒结构铝土岩含量大于30%且化学沉积含量小于50%地区划分为潮下带。潮下带在砚山以西近北西向展布, 砚山以东和富宁以西则近东西向展布, 富宁以东近东— 北东向展布。
5)将化学沉积含量大于50%或化学沉积含量大于30%且泥岩含量大于50%的地区划分为浅海相, 该相带大致沿丘北— 富宁一线展布。
6)将粗碎屑沉积含量为零, 化学沉积大于50%且无铝土岩沉积的地区划分为局限浅海下部, 主要分布于研究区的东北部。
在此基础之上, 编绘出晚二叠世吴家坪早期岩相古地理图(图 9)。
由图9可以看出, 滇东南地区吴家坪阶早期, 沉积相带大致以麻栗坡及北西向延伸为界。该界线以南为古陆剥蚀区, 即屏马— 越北古陆, 以北和以东则为沉积区。依据岩性及沉积组合类型, 可将研究区划分为5个相区。由西南— 东北依次为沼泽— 潮上带、潮间带、潮下带、局限浅海上部和局限浅海下部。西南部靠近越北古陆为沼泽— 潮上带相区, 主要沉积碳质泥岩、煤和粉砂质泥岩; 文山以南— 麻栗坡一线以北为潮间带, 沉积灰黄色、黄褐色粉砂岩、粉砂质泥岩、铝质黏土岩; 砚山— 西畴一线为潮下带, 以灰色、灰黄色、黄褐色内碎屑铝土岩、鲕状铝土岩、粉砂岩、细砂岩为主; 丘北— 富宁一线为局限浅海上部, 主要沉积粉砂质泥岩、泥岩及致密块状或泥质结构铝土岩; 研究区东北部广南地区为局限浅海下部, 以泥岩、灰岩、硅质灰岩及硅岩为主。
结合岩相古地理图(图 9)和沉积联合剖面图(图 10, 图11)可以看出, 研究区吴家坪早期岩相古地理有如下特征:(1)研究区西南部为屏马— 越北古陆, 沉积相带自南西向北东展布, 依次为沼泽— 潮上带、潮间带、潮下带和局限浅海; (2)康滇古陆与屏马— 越北古陆共同为研究区提供物源; (3)文山天生桥地区地势可能相对低洼, 沉积厚度较大, 构成盆地的沉积中心; (4)盆地地貌中心位于研究区的东北部; (5)铝土岩主要分布于潮下带和局限浅海上部环境。
滇东南沉积型铝土矿主要发育在局限浅海上部和潮下带。通过对研究区铝土矿常量元素中Al2O3(%)的含量对比发现:局限浅海上部和潮下带的结合带铝土矿品质最好, 潮下带平均品位最高。
通过对滇东南地区晚二叠世吴家坪早期岩相古地理的研究, 取得如下主要认识:
1)滇东南地区晚二叠世吴家坪早期处于陆表海环境, 主要发育铁质岩、铝土岩、铁铝岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层。吴家坪早期该区可划分为局限浅海相和低能泥质海岸相, 潮坪、沼泽、局限浅海上部、局限浅海下部亚相及潮上带、潮间带、潮下带微相; 由于越北古陆和康滇古陆的共同作用使相带呈“ L” 型展布。
2)滇东南地区西南部为越北古陆, 西部为康滇古陆, 丘北东南发育水下隆起。物源主要由越北古陆和西部的康滇古陆提供。
3)文山天生桥地区沉积厚度较大, 构成盆地的沉积中心, 盆地地貌中心位于该区的东北部。
4)滇东南地区铝土岩主要分布于潮下带和局限浅海上部, 建议将处于该相带的地区作为该地区今后的主要找矿远景区。
致谢 参加野外工作的有中国地质大学(北京)尹超、郑义龙等及云南省有色地质局朱观强、李伟清、刘旭、徐自斌、王明,在此谨表感谢;感谢云南有色地质局郭远生局长、崔银亮总工、张道红处长给予的热情帮助,感谢中国地质大学(北京)温长顺教授、王行军、杜兵盈、何海军在野外细心指导;感谢中国矿业大学(北京)邵龙义教授和长江大学何幼斌教授对本文仔细评阅并提出中肯的修改意见,使学生受益匪浅。
作者声明没有竞争性利益冲突.
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