广东连阳地区上二叠统九陂组岩石组合特征

广东连阳地区上二叠统九陂组岩石组合特征

谢睿捷

中国石化石油物探技术研究院有限公司，江苏南京，211100

摘要：上二叠统九陂组是广东地区重要的含煤地层且含有大量动、植物化石，其地层特征和沉积环境一直以来都是学界关心的重要科学问题。本文共实测阳山县小江镇凹头村剖面(PM202)和连州市九陂镇莲塘村剖面(PM206)，进一步厘定了九陂组岩石地层特征，连阳地区九陂组主要岩石类型为岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、硅质泥岩、碳质泥岩等细粒碎屑岩，且含有少量灰岩透镜体或夹层，灰岩中并未发现䗴类或其它生物，沉积构造包括水平纹层、泥裂等，并包含多个自下至上粒度由粗变细的基本层序；本文发现九陂组与长兴组并非前人所提出的单一的整合接触关系，其顶部与长兴组实则为相变关系，九陂组在局部地区与三叠系四望嶂组直接接触，四望嶂组覆于九陂组、长兴组二者之上。

关键词：连阳地区；九陂组；岩石组合；地层接触关系

0 引言

在连县、阳山（连阳）地区，南岭区测队称其为来坝口岩系，上世纪六十年代煤田普查勘探报告中称为龙潭组，广东区调队称其龙潭组上段。徐光洪等称宜章组九陂段，而后林甲兴和冯少南重新厘定地层关系，九陂组被相对精确地限于区内梅田组之上、麻田组之下，主要岩性为泥、砂岩，且含大羽羊齿植物群，表现为一套沉积于海陆交互环境的含煤碎屑岩地层，定名九陂组，沿用至今[1]。长兴期，连阳地区所在的华南板块均处在一次规模较大的海侵阶段，在此之前整体属于晚二叠世的广泛海退。因此，研究区长兴阶地层碎屑岩的产生基本可判定为海侵晚期的结果[2]。长兴期中，广东北部及东北部存在一次周期较短的海浸，使该区域内成为滨海潮坪环境，在此环境中存在大量䗴类、腕足类，以及头足类、珊瑚、瓣鳃类，并且生长有大量的植物，此时粤北、粤东北地区形成潮坪相硅泥质和钙质建造，且在连阳一带的滨岸沼泽环境中沉积形成含煤碎屑岩建造[3]。

1 实测剖面概述

研究区位于广东省西北部连阳地区，亦称“三连一阳”(连州、连山、连南、阳山)地区，本文主要以研究区内的阳山县小江镇凹头村剖面(PM202)和连州市九陂镇莲塘村剖面(PM206)两条剖面为研究对象，剖面位置如图1所示，基本位于连州市区和阳山县城连线地带之上。两剖面直线距离约20km（图1）。

图1 研究区与剖面位置图

PM202剖面位于广东省阳山县小江镇凹头村村口公路旁东北侧，由上二叠统水竹塘组、九陂组和长兴组组成总长度538.57m，总厚度173.6m(图2)。

图2广东省阳山县小江镇凹头村九陂组实测剖面图(PM202)

PM206剖面位于广东省九陂镇莲塘村-扒船塘山地小路旁，由上二叠统长兴组、九陂组和水竹塘组组成，总长度1310.9m，总厚度523.3m(图3)。

图3广东省连州市九陂镇莲塘村九陂组实测剖面图(PM206)

2岩石组合特征

经野外观察与剖面实测，结合样品采集后室内鉴定分析结果，连阳地区九陂组岩性主要以碎屑岩为主，包含粉砂质泥岩、泥岩、碳质泥岩、硅质砂岩、长石石英砂岩，其中存在少数的碳酸盐岩夹层或透镜体，其主要岩性为细晶灰岩。本项研究工作室内岩性分析鉴定主要手段为岩石薄片镜下观察与鉴定、主量元素地球化学测试以及粒度分析测试，样品均采自PM202剖面。

1）岩屑石英杂砂岩

连山县莲塘村上二叠统九陂组PM206剖面中存在少量岩屑石英杂砂岩分布。野外观察风化面呈暗黄色，新鲜面呈棕黄色。中厚层构造，单层厚约20~50cm。镜下观察，可见其主要成分为石英、岩屑及泥质基质。其中石英呈粒状，单偏光镜下为白色，油脂光泽，磨圆较差，一般呈棱角状—次棱角状，分选一般，粒度大小在0.05~0.2mm，约占整体含量的70%；岩屑多呈不规则的片状或板条状，磨圆和分选均较差，呈棱角状，粒径大小约为0.1~0.2mm，碳泥质成分，含量约为25%；其余成分为泥质基质（图4a, b）。

2）泥质粉砂岩

泥质粉砂岩是九陂组中重要的组成部分，野外露头常呈现风化面灰绿色，新鲜面灰黄—黄褐色的特征。镜下观察可见主要由粉砂质、泥质和少量钙质成分及微量金属矿物组成。粉砂质单偏光镜下为白色，油脂光泽，主要成分为石英，磨圆呈度较差，呈棱角状—次棱角状，粒度多在0.01~0.05mm之间不等，局部见呈条带状或团块状稍显聚集，成分主要为石英颗粒，偶见长石、白云母及黑云母，含量约占整体50%~60%；泥质呈暗褐色，隐晶质状，与铁锰矿物质相混杂，局部呈红褐色，充填在粉砂质颗粒之间，多呈条带状，稍显聚集，含量约30~35%；钙质多聚集呈团块状或条带状，混杂在粉砂质颗粒之间，含量约5~7%（图4c,d）。

3）泥岩

连阳地区九陂组中多层出现泥岩，在整组地层中占比较重。野外露头常表现有一定程度的风化，风化面呈黄绿色、新鲜面常呈灰黄—棕黄色。泥质结构，薄—中薄层构造，单层厚常在1~10cm。显微镜下观察，主要由泥质成分、粉砂质碎屑颗粒和少量碳泥质颗粒及微量其它矿物（金属）成分构成。其中，泥质成分一般呈灰黑色，局部较为聚集，常呈条带状，粒度均小于0.005mm，含量约占总含量的85~90%；粉砂质呈不规则的板片状，单偏光镜下为白色，油脂光泽，主要成分为石英，磨圆呈度为一般—差，多数呈次棱角—棱角状，分选一般，粒径约0.01~0.05mm，含量约占5~10%；碳泥质颗粒，黑色，常呈团块状或较为规则的圆球状，粒径大小约为0.01~0.02mm，含量约占5%。

4）粉砂质泥岩

区内粉砂质泥岩在九陂组内发育较好，风化面常呈灰绿色，新鲜面呈黄—黄褐色。泥质结构，薄—中薄层构造，单层厚常在1~10cm。镜下观察，可见主要成分由泥质成分、粉砂质碎屑颗粒和少量碳泥质颗粒（含量约占5%）及微量其它矿物成分构成。其中，泥质成为呈灰黑色，局部较为聚集呈不规则条带状，粒度均小于0.005mm，含量约占总含量的60~75%；粉砂质呈板片状，单偏光镜下为白色，油脂光泽，具有一定程度的磨圆，多呈次棱角状，分选一般—好，粒径约0.01~0.05mm，成分主要为石英，含量约占20~35%；碳泥质颗粒常呈团块状或较为规则的圆球状，粒径大小约为0.005~0.02mm，含量约占5%。在本组粉砂质泥岩中，可见近水平发育的纹层构造（图4e, f），镜下可观察到多条纹层发育，代表了当时水动力条件相对较弱的静水环境。

5）硅质泥岩

九陂组中部分层位含有硅质泥岩。野外露头及手标本表现为泥质结构、薄层状构造，坚硬致密、棱角相对分明，性脆，断口锋利。镜下观察可见其主要由泥质、硅质和粉砂质成分组成。其中泥质成分灰黑色，粒径均小于0.005mm，含量约占整体含量75~85%；粉砂质成分呈不规则的板片状，单偏光镜下为白色，油脂光泽，主要成分为石英，磨圆呈度为一般—差，多数呈次棱角—棱角状，分选一般，粒径约0.01~0.05mm，含量约占15~25%，；硅质成分呈泥晶分布于泥质物中。

6）碳质泥岩

本区九陂组中发育有若干层有机质含量较高的碳质泥岩。颜色较深，新鲜面常呈灰黑色，污手。泥质结构，条带（脉）状层理构造，单层厚常在1~15cm。镜下观察可见泥质暗黑色，粒径均小于0.005mm，含量约占整体含量的80%，碳质有机质呈灰黑色，多沿层面以条带状或脉状分布，含量为10~15%；粉砂质成分主要为石英，呈板片状，油脂光泽，磨圆呈度一般，呈次棱角状—次圆状，粒径约0.01~0.05mm，含量约为5%。

7）粒泥灰岩

在阳山县小江镇凹头村PM202剖面中，第8层为一套灰岩夹层（图4g, h），风化面呈灰绿色，新鲜面呈深灰色。室内镜下观察，为泥晶结构（灰泥结构），基质支撑。主要由方解石颗粒和泥晶基质组成。颗粒主要由方解石和少量碳泥质颗粒组成。方解石颗粒：白色，磨圆较差，呈次棱角状-棱角状，分选一般，粒径0.01~0.05mm，含量约占15%。碳泥质颗粒：黑色，具有一定程度的磨圆，多呈次棱角状-次圆状，分选较差，个体大小差异明显，小者粒径约0.01~0.05mm，大者粒径约0.03~0.05mm，含量约5%。泥晶基质主要为泥晶方解石，含量约占80%，粒径约0.002~0.005mm。且其中可见多条方解石脉体，宽度多在0.1~0.3mm。

图4 野外露头照片与岩石薄片镜下照片

a,b- PM206第16层岩屑石英杂砂岩与植物化石及其薄片镜下照片（单偏光）；c,d- PM206第21层泥质粉砂岩及其薄片镜下照片（单偏光）；e,f- PM206第9层粉砂质泥岩及其薄片镜下照片（单偏光）；g,h- PM202第8层灰岩夹层及其样品薄片镜下照片（单偏光）

通过主量元素地球化学测试，利用Herron(1988)的地球化学分类图解[4](图5），对本文所研究的连阳地区九陂组样品进行了分类。投图结果为多数样品均落在泥岩区域，少部分落在杂砂岩区域，个别样品落在岩屑粒屑砂岩和次岩屑粒屑砂岩区域，表明连阳地区九陂组的岩性基本为粒度较细的碎屑岩。

图5九陂组样品地球化学岩性判别图（底图据Herron M M et al.,1988）

通过对所研究的连阳地区九陂组样品的粒度分析测试，利用Sand（砂）- Clay（黏土）- Silt（泥砂）三角图解（图6）投图，结果显示所有九陂组测试样品均仅落在Silty Sand和Sandy Silt两个区域，且数量近乎平均，由此可见连阳地区九陂组样品粒度较细，为泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，与主量元素地球化学测试结果可相互印证，其中不含黏土或泥灰成分，代表了其所处环境的水动力条件较弱但同时具有一定程度的淘洗和筛选[5]。

图6九陂组样品粒度岩性判别图

另外，九陂组地层中存在有多种沉积现象和沉积构造。在连山县莲塘村九陂组PM206剖面中，第4层粉砂质泥岩中可见水平纹层发育（图7a），细层十分平直、连续且与层面平行，厚度约0.5~2mm，由此可反映九陂组粉砂质泥岩沉积时处于水动力较弱的低能环境中；第14层中，泥质粉砂岩中夹有煤层（图7b），代表此时环境水位下降，海平面相对较浅，转变成有利于有机质成煤的沼泽环境；第21层中，发现有泥裂构造（图7c），泥裂现象是沉积物露出水面、暴露在空气中，导致沉积物干涸、收缩而形成的，该处泥裂构造的出现，代表着沉积环境发生转变，海平面下降，沉积物已暴露在地表。在PM206中部，可见多个自下而上粒度逐渐由粗变细的基本层序，同时夹多层煤线（图7d）。

图7连阳地区九陂组典型沉积现象与沉积构造

a-PM206第4层发育水平层理；b-PM206第14层煤层；

c-PM206第20层泥裂构造；d-PM206九陂组中部基本层序与煤线

3  地层接触关系

值得一提的是，在所有以往关于广东九陂组的研究工作当中，九陂组碎屑岩与上覆长兴组灰岩的接触关系前人均认为是直接且单一的整合接触，但在本次工作当中，在连州市莲塘村PM206剖面附近，发现有九陂组碎屑岩与三叠系四望嶂组页岩夹泥灰岩（T1s）直接接触点（图8），接触关系为平行不整合，且该处地层发生倒转。因此，九陂组与长兴组并非完全的整合接触关系，而在本区局部地区内，九陂组顶部与长兴组为相变关系，且三叠系四望嶂组碎屑岩覆盖在二者之上。

图8 连阳地区二叠纪九陂组与三叠纪四望嶂组接触关系

4  结论与认识

（1）经野外观察与剖面实测，结合样品采集后室内鉴定分析结果，进一步判定了九陂组的岩石地层特征，连阳地区九陂组岩性主要以碎屑岩为主，包含粉砂质泥岩、泥岩、碳质泥岩、硅质砂岩、长石石英砂岩，其中存在少数的碳酸盐岩夹层或透镜体，其主要岩性为细晶灰岩；

（2）发现九陂组与长兴组并非单一的整合接触关系，而是九陂组顶部与长兴组为相变关系，三叠系四望嶂组覆于二者之上，造成九陂组与四望嶂组在局部直接接触。

参考文献

[1]林甲兴,冯少男,1981.试论广东省二叠系的划分与对比[J].中国地质科学院宜昌研究所所刊,4:18-33.

[2]董大啸,刘特辉,吴雷,等,2012.广东省二叠纪含煤岩系层序地层特征[J].中国煤炭地质, 24(10):1-7+13.

[3]广东省地质矿产局,1988.广东省区域地质志[M].北京：地质出版社,137-176.

[4]Herron M M, 1988, Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data[J]. Journal of Sedimentary Research, 58:820-829.

[5]莫滨,2018.粤北连州地区晚二叠世九陂组岩石组合特征及沉积环境分析[J].内江科技,6:71-72.