福建大田县北部船山组地层沉积特征及沉积环境分析

张早勤

(福建省闽西地质大队，福建 三明 365001)

关健词：船山组；沉积环境；大田县北部；福建

0 引言

船山组是福建省重要的化工灰岩产出层位，主要分布于龙岩、永安、大田等地[1]。前人通过对船山组丰富的类化石对比研究，曾经一度将船山组置于晚石炭世[2-4]，本文侧重于对船山组岩性组合、岩石、古生物等特征研究，未对其形成时代进行探讨，其时代归属参照2011年出版的《福建省区域地质志》[1]，将其置于早二叠世。大田北部广平地区在早二叠世时期为海盆—陆缘间的过渡地段，一般认为其沉积厚度仅几十米，并含较多碎屑，为灰岩—含碎屑灰岩组合[1]。2015年，闽西地质大队对大田北部狮古洞矿区开展黑色冶金用熔剂灰岩矿详查，施工钻探约2万米，除控制栖霞组灰岩层位之外，还在其下发现了船山组厚度达数百米，区内船山组由下往上至少发育3个完整沉积旋回，均为白云质灰岩-灰岩组合。

根据详查资料，对矿区船山组的岩性、岩相资料进行了研究，系统总结了船山组沉积特征，划分了沉积相和沉积环境，并对区内船山组较大厚度的形成因素进行了分析。其研究成果对阐明石灰岩矿区域成矿地质条件和古地理环境分析有指导意义。

1 区域地质背景

研究区位于南武夷晚古生代拗陷区大田—龙岩拗陷带的广平—龙岩复式向斜北部，处在南平—龙岩推覆构造带北端[1]。区域上地层、侵入岩、断裂构造发育(图1)。

1.1 沉积建造

区域出露的地层较简单，为中—新元古代、晚古生代、晚侏罗世等三个构造层。

中—新元古代构造层：形成于陆缘裂陷海槽的拉张环境中，仅有大岭组为海相火山沉积类复理石建造[1]。

晚古生代构造层：是福建省加里东运动后地壳进入相对稳定形成的准地台型沉积。早期天瓦岽组、桃子坑组、林地组为陆源粗碎屑沉积建造，中期船山组、栖霞组为浅海相(台地)碳酸盐建造，晚期童子岩组为陆相碎屑岩夹含煤建造。其中船山组、栖霞组是福建省主要的石灰岩层位，且栖霞组在大田地区为硫、铁、多金属控矿层位[2]。

晚侏罗世构造层：由于燕山运动中期太平洋板块俯冲作用，使深部岩浆大量喷发和侵入。由此区内形成南园组陆相火山沉积建造，为酸性火山岩碎屑岩组合。

1.2 构造特征

褶皱主要分布于南部，中心部位为二叠系，两翼局部出露上泥盆统和石炭系，其中不同级别的褶曲发育。由于断裂的破坏和后期岩浆侵入活动，使复式向斜的形态愈加复杂。

逆冲推覆断层区内分布较广，主要表现为外来岩系中—新元古界大岭组分布于广大的晚古生代地层之上(F1)(图2)；拆离滑脱断层分布二叠系中，主要滑动界面有1条，即船山组于林地组之间(F0)。其中F0断层是区域上重要的铁、多金属控矿断层[4]。其次区内还发育NE、NW向性质不明断层，多为一些陡倾角断层。

1.3 岩浆活动

区内侵入岩主要有志留纪黑云母花岗岩(湖源岩体)、中三叠世似斑状黑云母花岗岩(岭兜岩体)。其中中三叠世岩浆侵入作用与前述的硫、铁、多金属成矿作用关系密切[3]。

2 船山组地层沉积特征

狮古洞矿区船山组在地表呈“构造窗”零星分布(图1)，深部大面积保存(图2)。已有钻探表明，其上与栖霞组整合接触，下与林地组断层接触，总体走向NNE，倾向SEE，倾角20°～40°，地层总体保存完好，船山组厚度从南东往北西方向厚度增大。

2.1 地层岩性组合

根据矿区船山组地层岩石、岩性组合、沉积旋回及古生物化石等特征，自下往上将船山组划分为三个岩性段(图3)，各段岩性特征如下：

船山组第一段：下部为生物碎屑白云质灰岩；中下部扁豆状砾屑灰岩，中上部为微晶灰岩；上部为生物碎屑灰岩和微晶灰岩。具厚层状—块状层理。化石以类为主，次为珊瑚、螺类等。厚度为59.2～163.8 m。其下与下石炭统林地组断层接触。

船山组第二段：下部为白云质灰岩，中部为生物碎屑灰岩，上部为浅灰色微晶灰岩。具厚层状—块状层理。化石以珊瑚、螺类等为主，次为类。厚度为16.9～81.2 m。

船山组第三段：下部为白云质灰岩；中部为浅灰色微晶灰岩，局部为扁豆状砾屑灰岩、豹纹状灰岩；上部总体浅灰色微晶灰岩为主中，其中在上中部夹透镜状角砾状灰岩(见于狮古洞矿区北东部)，近顶部为深灰色含海百合生物碎屑泥晶灰岩与灰色微晶灰岩互层，前者常见鲕粒。一般具厚层状—块状层理，水平层理仅见上部。化石上部以海百合茎化石为主，中、下部则主要为珊瑚、螺类等。厚度为94.2～239.2 m。

本区船山组岩层厚度为170.3～484.2 m。第一至第三段下部均为白云质灰岩，中部及上部主要为微晶灰岩，局部见生物碎屑，在第一段下部见扁豆状砾屑灰岩，第三段中下部见扁豆状砾屑灰岩、豹纹状灰岩，上中部为角砾状灰岩，均为高能的沉积环境所致。第三段近顶部的泥晶灰岩与微晶灰岩互层是船山组与上覆栖霞组整合接触的最好证据。

2.2 标志层

标志层Ⅰ：位于船山组第一段下部、白云质灰岩之上，岩性为扁豆状砾屑灰岩，砾屑占比30%～50%，个体较小，砾径一般为(1～2) mm×(3～5) mm，呈长透镜状顺层定向排列。该标志层稳定可靠，可作为地层、对比及连结依据。

标志层Ⅱ：位于船山组第三段中下部，由1层扁豆状砾屑灰岩和之上的豹纹状灰岩组成。扁豆状砾屑灰岩具砾状结构，砾屑纵切面呈长透镜状，横切面呈椭圆状-圆状，个体相对较大，砾径一般为(3～5) mm×(10～200) mm，砾屑占比25%～60%，顺层定向排列；豹纹状灰岩一般为1～2层，厚度为3～10 m，表现为深(泥晶)、浅(亮晶)两色的微晶灰岩呈豹纹状、云彩状、不规则条带状相间分布。该标志层稳定可靠，可作为地层对比及连结依据。

2.3 化石特征

研究区船山组化石主要有原米契林珊瑚 (Protomicheliniamicrostoma) (图4a、4b)，袁氏珊瑚 (Yuanophyllumyu) (图4c、4d)，螺 (图5)，类和海百合茎等。化石种类及其特征与闽西南龙岩[5-6]，闽北顺昌[7]等地基本相同，时代应归属于早二叠世。

2.4 沉积建造旋回

区内船山组由三个较大的沉积旋回组成(图3)，每个旋回底部均为局限台地(台内盆地)形成的白云质灰岩。第一、第二旋回分别划分出3个、1个亚旋回，分别由底部均为高能沉积相的扁豆状砾屑灰岩、豹纹状灰岩，上部为低能沉积相——开阔海陆棚环境中(含)生物碎屑微晶灰岩，具厚层状—块状层理，厚度为数十米。第4～10旋回由下至上可明显划分出7个亚旋回，每个亚旋回特征基本同第一、二旋回。各沉积亚旋回特征均为正旋回，由此说明区内船山组为早二叠世海侵过程中，由数个高能沉积相→低能沉积相形成的若干相似的岩性呈现有规律的周期性重复形成。

3 沉积环境分析

3.1 岩相古地理环境

大田北部地区船山组主要有7种岩相类型，特征如下：

白云质灰岩相：分布于船山组各个岩性段的下部。具浅灰、灰色，微晶结构、少量生物碎屑结构。岩石由微粒方解石、白云石和少量生物碎屑类组成，方解石、白云石他形晶，粒径为10～20 μm，沿其缝合线见炭质分布；生物碎屑大多呈破碎状。中厚层状构造，岩石厚度一般为5～8 m，厚度大于10 m时，一般夹数层微晶灰岩。

微晶灰岩相：为区内船山组主要岩性，分布于各个岩性段的中部及上部。具浅灰色，微晶结构，岩石主要由方解石和微量的石英组成。方解石呈微粒他形晶，粒径为10～40 μm，闪突起，高级白干涉色，少数重结晶加大为细晶状；石英呈不规则粒状，粒径为25～200 μm，无色透明，具弱波状消光。厚—块状层理，局部为中厚层状构造，岩层厚度几米至十几米，厚度较大，成分单一且稳定。

(含)生物碎屑微晶灰岩：也为区内船山组主要岩性，分布于各个岩性段的中部及上部。具浅灰色，微晶结构、生物碎屑结构。岩石由微粒方解石和部分生物碎屑类组成，方解石微晶占比60%～85%、生物碎屑占比15%～40%。方解石他形晶，粒径为10～20 μm，沿其缝合线见炭质分布；生物碎屑种类复杂，以类为主，少量珊瑚、螺类化石，多呈破碎状，少数形态完整，大小在0.1～2 mm之间。类呈椭圆状，单层结构，壳壁褶皱。局部见较完整珊瑚、螺类化石，大小为10～30 mm。厚层状构造，岩层厚度几米至十几米，与微晶灰岩呈渐变过渡接触。

扁豆状砾屑灰岩相：本区船山组共见2层扁豆状砾屑灰岩，砾径相对较小的分布于船山组第一段下部(图6a-1)、相对较大的分布于第三段的中下部(图6a-2)。岩石呈浅灰色，微晶结构，砾状结构。砾屑占比25%～60%，呈扁豆状(纵切面呈长透镜状，横切面呈椭圆状-圆状)，大小以3～10 cm多见，为微晶灰岩，分选性较好。基质成分也为微晶灰岩，与砾屑相同。

豹纹状灰岩相：分布于船山组第三段的中上部。见1～2层，厚3～10 m，深(泥晶)、浅(亮晶)色的微晶灰岩相间分布，呈豹纹状、云彩状、不规则条带状(图6b)。

角砾状灰岩相：主要分布于矿区北部、东部的船山组第三段的中上部，呈透镜状、似层状，厚度几米至十几米，变化较大。具角砾状结构，角砾成分为微晶灰岩，呈棱角—次棱角状，大小不一，分选性差，胶结物同为微晶灰岩(图6c)。

海百合生物碎屑泥晶灰岩相：呈数层夹层分布于船山组第三段的上部，灰至深灰色，生物碎屑结构。岩石由微粒方解石、生物碎屑类组成，局部见鲕粒。泥晶占比65%～80%，生物碎屑占比35%～20%。生物碎屑以海百合茎为主，多呈破碎状，少数形态完整，大小在0.1～3 mm之间。中厚层状构造，局部见水平层理，岩石厚度为3～5 m。

3.2 岩相类型及沉积环境分析

根据上述船山组7种岩相类型，参照Wislon(1975)对碳酸盐岩沉积环境的划分方案，将区内船山组划分为局限台地、开阔台地、台地边缘浅滩、开阔海陆棚和台地边缘斜坡等5种沉积环境类型。

3.2.1 局限台地

岩相组合描述：该岩相组合位于每个沉积旋回的最底部，该组合为单一和白云质灰岩相组合。由下至上岩相厚度相应变厚，最底部旋回中见破碎状生物碎屑，最上旋回中夹数层微晶灰岩，具明显的沉积韵律。

沉积环境解释：以单一白云质灰岩为标识，该岩相组合形成靠近温暖浅水、中等搅动的环境，产于局限台地沉积中[8]。

3.2.2 开阔台地

岩相组合描述：该岩相组合于每个沉积旋回的中、上部。该组合分别有微晶灰岩相、(含)生物碎屑微晶灰岩相组成，由下至上岩相厚度相应变厚，生物碎屑主要分布于上部，常含珊瑚、螺、类化石，其中珊瑚代表了温暖清澈的浅海环境。

沉积环境解释：该岩相组合构成船山组主体，岩相组合总体简单。该岩相形成气候温暖的环境，产于稳定的开阔碳酸盐台地沉积中[8]。

3.2.3 台地边缘浅滩

岩相组合描述：该岩相组合于第一旋回下部第三旋回中下、中上部。该组合分别有扁豆状砾屑灰岩、豹纹状灰岩相组成。扁豆状砾屑灰岩的砾屑占比25%～60%，呈扁豆状(纵切面呈长透镜状，横切面呈椭圆状-圆状)，大小以3～10 cm多见，为微晶灰岩，分选性较好。豹纹状灰岩表现为深(泥晶)、浅(亮晶)两色的微晶灰岩呈豹纹状、云彩状、不规则条带状相间分布。两者均为较高能沉积相产物。

沉积环境解释：该岩相组合应为产于台地边缘的未完全固结的碳酸盐岩，经潮汐、地震等外力作用产生震荡、来回滚动形成扁豆状、橄榄状，并经再次台地沉积。因此该组合岩产于台地边缘浅滩沉积中，指示浅水风暴潮环境[8-9]。

3.2.4 开阔海陆棚

岩相组合描述：该岩相组合于仅分布于第三旋回上部。该组合仅为海百合生物碎屑泥晶灰岩组成。岩石由微粒方解石、生物碎屑类组成，局部见鲕粒。泥晶占比65%～80%，生物碎屑占比35%～20%。生物碎屑以海百合茎为主，多呈破碎状，少数形态完整，大小在0.1～3 mm之间。中厚层状构造，局部见水平层理，岩石厚度为3～5 m。

沉积环境解释：以含海百合生物碎屑和鲕为标识，该岩相组合形成靠近浅滩的开阔海陆棚环境中[8]。

3.2.5 台地边缘斜坡

岩相组合描述：该岩相组合于仅分布于第三旋回上中部。该组合仅为角砾状灰岩组成。呈透镜状、似层状，厚度变化大，几米至十几米。具角砾状结构，角砾成分为微晶灰岩，呈棱角—次棱角状，大小不一，分选性差，胶结物同为微晶灰岩。

沉积环境解释：该岩相组合应为台地边缘的碳酸盐岩，经重力作用产生堋塌、滑塌，堆积于前斜坡，并经再次沉积。属前斜坡重力流沉积相[8]。

根据上述岩相组合及沉积环境分析，区内船山组第一段沉积环境为局限台地→开阔台地→台地边缘浅滩，船山组第二段沉积环境对应为局限台地→开阔台地，船山组第三段沉积环境为局限台地→开阔台地→台地边缘浅滩→开阔海陆棚→台地边缘斜坡→开阔海陆棚→台地边缘浅滩→开阔台地。从岩性、岩相发育程度分析，区内船山组总体以开阔台地沉积环境为主。

3.3 沉积环境空间变化

早石炭末淮南运动，大田北部地区遭受来自西南方向的海侵影响，在普遍沉积了晚石炭世经畲组、老虎洞组的潮坪碎屑岩相—潮坪泻湖泥岩相沉积后，此时的地形南低北高，西南部为滨海相，区内为台内盆地，地形相对凹陷。于早二叠世船山期是前者的继续，但是本期台盆相继消失，台坪广泛分布，这与区内船山组总体以开阔台地沉积环境为主是一致的。船山组中的三个旋回中均产类、珊瑚化石，属于典型的浅水碳酸盐岩台地相。

区内船山组处在大田—龙岩拗陷带北段边部，以往研究认为边部为海盆—陆缘间的过渡地段，沉积厚度相对较薄，且含较多碎屑[1]。但本次勘查在大田北部地区发现了厚度达数百米的石灰岩，基本不含或少含碎屑。研究认为区内船山组能沉积较大厚度的灰岩，取决于二个因素：一是研究区处在水体较浅的场所，在物源充足的情况下，浅水区更有利于碳酸盐沉积物形成，堆积速度也快；二是地壳下降幅度同沉积物堆积速度基本相同。反映了区内船山期沉积碳酸盐岩时的古地理景观，是一定的古地理环境产物[10-14]。

4 结论

大田北部船山组总体上不含陆源碎屑，属典型的陆表海清水沉积作用形成的碳酸盐岩。根据岩性组将船山组合划分为三个岩性段，且相应构成三个沉积旋回，每个旋回还包括有数个亚旋回。根据岩性、颜色、沉积构造、化石等，将船山组沉积环境划分为局限台地、开阔台地、台地边缘浅滩、开阔海陆棚和台地边缘斜坡等5种类型，其中开阔台地是主要沉积环境。

近年来在永安西北部的石碧矿区灰岩勘查，施工的钻孔在栖霞组之下的船山组厚度也有数百米，地层特征与本研究区基本接近。因此本研究成果，对类似地区石灰岩找矿和古地理环境分析有一定的指导意义。

致谢：本文资料主要引用福建省大田县狮古洞矿区黑色冶金用熔剂灰岩矿详查工作成果，参加该项目工作主要人员有童茜辉、刘检生等同志，黄仁生教授级高级工程师对详查工作进行了指导。成文过程中承蒙邱盛安总工程师的悉心指导、审阅，并提出宝贵修改意见，在此表示衷心感谢。