石先滨，翁茂芝，罗　红，许露露，龚志愚，赵雪松，段先锋

（湖北省地质调查院，武汉430034）

湖北恩施硒富集区中二叠世孤峰组露头层序地层研究

石先滨，翁茂芝，罗红，许露露，龚志愚，赵雪松，段先锋

（湖北省地质调查院，武汉430034）

通过实测地层剖面的精细研究，结合微量元素地球化学分析，探讨了恩施地区富硒地层中二叠世孤峰组层序界面识别、层序划分与对比及其对硒元素空间分布的影响。研究区中二叠世孤峰组可总结为4种基本层序类型，分别为炭硅质页岩-炭硅质岩、炭硅质页岩-炭硅质岩夹灰岩透镜体、炭硅质岩-含炭泥晶灰岩和炭硅质岩-含炭细晶白云岩；识别出3个层序界面，其中孤峰组与茅口组接触界线处为Ⅲ型层序界面，孤峰组中部的岩性结构转换面为Ⅱ型层序界面，龙潭组与孤峰组接触界线处为Ⅰ型层序界面；划分了2个三级层序（SQ1、SQ2）。通过层序对比分析，随着海侵作用的持续发展，区域上层序内部结构及基本层序类型分异明显，沉积古地理格局表现为南浅北深的特征；通过层序地层与硒异常耦合关系分析，发现了孤峰组内部Ⅱ型层序界面附近具高硒异常特征，确立了新的找矿标志。

硒元素；孤峰组；层序地层；鄂西恩施地区

层序地层学是以地震地层学为基础发展起来的一门新兴学科，经过几十年的迅猛发展，层序地层学的理论体系和技术方法已基本形成并日趋完善［1-5］，层序地层学在生产应用方面已取得许多的重要的研究进展［6-10］。

图1　研究区二叠纪盆地构造背景略图［21］及主干剖面位置图Fig.1 The sketch map of Permian tectonic setting of the basin and location of main sections in the study area

研究区位于湖北省恩施市东部红土溪-椿木营一带（图1），区内研究程度较低，目前开展的1∶5万区调工作为层序地层研究积累了丰富的野外露头资料，野外露头具有直观性、完整性、精确性、可检验性和便于大比例尺研究的特性［11］，为露头层序地层研究奠定了坚实基础。湖北恩施是我国稀有的硒过剩地区，硒含量远高于地壳丰度值，该区于上世纪80年代发现的渔塘坝硒矿床是国内含硒品位最高的独立硒矿床［12］，且是目前世界上唯一在二叠系黑色岩系中发现的独立硒矿床［13］。国内多位学者曾对该矿床开展了大量的研究工作［14-20］，分别从岩石学、矿物学、地球化学、沉积学和矿床学等多个角度对该矿床进行了深入研究，但对于该区的层序划分与对比工作涉及较少，主要的富硒地层中二叠世孤峰组的精细层序地层研究工作尤为缺乏。本文运用露头层序地层分析方法，通过开展层序地层划分与对比，结合微量元素地球化学分析，对硒富集区的富硒地层开展精细层序地层研究工作，结合区域硒异常分布特征，探讨硒元素富集与层序地层的时空关系，为该区硒矿的找寻提供新思路。

1　研究区地质概况

研究区地处扬子板块八面山台褶带，主体构造以NE向延展为主。二叠纪沉积盆地性质为中上扬子克拉通盆地［22］，二叠系出露面积较广，富硒异常的主要层位为中二叠世孤峰组、晚二叠世下窑组和大隆组［23］。通过大量的岩石地化剖面测制，发现孤峰组含硒量远远高于其他层位。孤峰组主要岩性下部为灰黑色薄层状含炭生物屑硅质岩夹灰黑色炭硅质泥岩，透镜体状生物屑细-粉晶灰岩，上部为灰黑色薄层状含炭硅质岩、灰黑色含硅质炭质页岩、灰色中层状含炭细晶白云岩、灰黑色-灰色中厚层状含黄铁矿粉-微晶灰岩，层厚20～40 m。

2　露头层序地层特征

图2　恩施红土溪-椿木营一带层序界面特征Fig.2 Sequence boundary features in Hongtuxi-Chunmuying of Enshi area

研究区孤峰组岩相具明显差异特征。在孤峰组内识别具有明显标志特征的界面，结合基本层序特征调查，研究孤峰组基本层序叠置关系，为层序地层划分提供依据。

2.1层序界面识别

孤峰组以一套炭硅质岩、炭硅质页岩夹少量碳酸盐岩为特征，下覆地层为中二叠世茅口组，根据湖北省岩石地层单位划分方案，其接触界线为整合接触［24］，但近年来亦有报道在湖北建始茅口组顶部发育古岩溶和陆源碎屑岩［25-26］，与上覆的孤峰组呈似整合接触。本次工作区位于建始一带的南侧，通过实测地层剖面和路线地质调查，在渔塘坝-椿木营-深沟地区，茅口组顶部为一套块状含生物屑微晶灰岩，顶部界面较为平直，虽古岩溶或陆源碎屑岩不发育，但局部可见花斑状构造，表现为浅灰色白云石化微晶灰岩呈斑点状分布，指示了水体变浅的特征。界线之上孤峰组为一套炭硅质岩夹炭硅质泥岩，椿木营一带孤峰组底部发育厚约5 cm的灰黑色含锰炭质泥岩（图2a），指示深水沉积环境，由此，茅口组与孤峰组界线处两侧岩性明显差异，由具浅水沉积特征的生物屑微晶灰岩直接变化为具深水沉积的含炭锰质泥岩、炭硅质岩或炭硅质页岩，岩相变化较为迅速，指示水体突然加深，该时期为一次迅速海侵过程，具Ⅲ型层序界面性质。

深沟一带孤峰组内部发育两套碳酸盐岩，根据基本层序组合及叠加特征，孤峰组下部的碳酸盐岩与下伏的炭硅质岩夹炭硅质页岩岩性差异（图2b），野外露头表现为由碳酸盐岩向碎屑岩变化，界面上无明显的标志特征，但岩性突变面指示该时期水体突然变深，由下伏的进积型结构向上覆的退积型结构变化，区域上，该时期相对海平面上升速率低于沉积滨岸坡折带沉积速率，具Ⅱ型层序界面特征。

渔塘坝-红土溪一带，孤峰组内部发育具两套明显标志的碳酸盐岩，岩性为灰色含炭微晶灰岩，均呈透镜状，下部灰岩透镜体长轴达到1～1.5 m，顺层理方向稀疏排列，上部灰岩透镜体长轴为0.2～0.5 m，顺层理方向密集排列，往上岩性均以炭硅质岩与炭硅质页岩互层为主。因此，由碳酸盐岩向炭硅质岩或炭硅质页岩变化，指示该时期水体突然变深，为下一个海侵作用的开始，该界面具岩相转换面特征，具Ⅱ型层序界面特征。

综上所述，根据露头识别标志和区域对比，孤峰组内部可以识别出1个层序界面，该层序界面为岩相转换面，具Ⅱ型层序界面性质。

根据野外露头特征观察，红土溪-渔塘坝一带，龙潭组与孤峰组界线处可见灰白色粘土层（图2c），为风化残留的硅铝层。该时期该区域水体相对较深，受隆升剥蚀作用相对较弱，但仍具明显的滞留沉积标志；椿木营一带龙潭组与孤峰组界线附近存在明显的暴露标志，界线处发育灰褐色的铁锰质风化壳（图2d），指示该时期遭受隆升剥蚀及夷平作用，受区域上的东吴运动影响，该界线具Ⅰ型层序界面特征。

2.2基本层序特征

通过实测地层剖面，在野外露头尺度上可以识别出多种类型的基本层序，可总结为4种类型，即炭硅质页岩-炭硅质岩（Ⅰ）、炭硅质页岩-炭硅质岩夹灰岩透镜体（Ⅱ）、炭硅质岩-含炭泥晶灰岩（Ⅲ）和炭硅质岩-含炭细晶白云岩（Ⅳ）类型（图3）。

其中以炭硅质页岩-炭硅质岩类型（Ⅰ）为主，该类基本层序垂向上有多种组构样式，即炭硅质岩与炭硅质页岩互层类型（Ⅰ1）、炭硅质岩夹炭硅质页岩类型（Ⅰ2）、炭硅质页岩夹炭硅质岩类型（Ⅰ3），不同叠加样式反映了地层结构转变过程，指示其进积、加积或退积结构样式特征。其他类型在局部区域不发育，但根据剖面上不同类型的基本层序特征，可以为层序地层划分提供野外基础资料，通过多个基本层序的叠覆关系，判断不同时期垂向上的进积、加积或退积结构样式特点。

2.3层序划分

图3　恩施硒富集区中二叠世孤峰组基本层序特征Fig.3 Basic sequential features of Middle Permian Gufeng Formation of selenium-rich area in Enshi

由南往北，工作区孤峰组不同区域岩性组合变化较为显著。南侧深沟一带，孤峰组岩相变化明显，尤其在孤峰组上段中发育较厚的粉-微晶灰岩，且中部夹含炭细晶白云岩，岩性差异较大，横向上具有可对比性；中部至椿木营一带，孤峰组中碳酸盐岩不发育，以一套炭硅质岩夹炭硅质页岩为主，垂向上岩性变化较小；北部在渔塘坝-红土溪一带孤峰组中碳酸盐岩以透镜体状产出，下部以灰黑色薄层状炭硅质岩夹炭硅质页岩为主，透镜体稀疏排列，上部透镜体顺层理方向密集排列，岩性组合由炭硅质岩与炭硅质页岩互层逐渐向炭硅质页岩夹炭硅质岩过渡变化。由此，在深沟-渔塘坝-红土溪地区，在孤峰组划分了2个三级层序，其中SQ1对应孤峰组的下段，SQ2对应于上段，不同区域层序地层内部结构特征具明显的差异性。

图4　湖北省宣恩县深沟剖面露头层序地层综合柱状图Fig.4 Synthesis column map of outcrop sequence stratigraphy of Shengou Section in Xuan'en county，Hubei province

通过在宣恩县深沟地层剖面系统采集微量元素样品，根据测试结果发现Ni/Co比值与相对海平面升降变化曲线吻合较好（图4）。Ni/Co比值可以指示沉积时期氧化还原环境，贫氧或缺氧环境Ni/Co比值较大，正常环境Ni/Co比值较小，该剖面上Ni/Co比值变化区间为8.0～119.8，指示该时期均为贫氧或缺氧环境，其中碳酸盐岩的Ni/Co比值明显低于炭硅质岩，剖面上SQ1层序海侵体系域Ni/Co比值较大，指示该时期持续海侵作用，逐渐到达最大海侵期，为极度缺氧环境条件，向上海侵作用减弱，相对海平面逐渐下降，Ni/Co比值降低，局部形成碳酸盐岩，表明海水的氧化还原环境发生了较大变化。综上所述，结合微量元素Se含量分析（表1），Ni/Co变化趋势与Se元素含量具有明显的相关性，表明极度缺氧环境下Se含量更高。另外，该时期相对海平面升降变化与微量元素含量的变化具有一定的相关性，因此，微量元素地球化学分析可以作为露头层序地层分析的一种辅助性标志。

表1　湖北省宣恩县深沟地层剖面微量元素含量Table 1 Trace element Content of Shengou section in Xuan'en county，Hubei province

3　层序地层对比分析

通过野外露头层序地层划分，研究区从南到北层序具明显的变化特征，以深沟-渔塘坝-红土溪主干剖面层序划分为基础，对中二叠世孤峰组层序地层进行横向对比，以分析该时期层序界面及不同层序内部结构的区域变化特点（图5）。

层序SQ1海侵体系域（TST）均以炭硅质岩夹炭硅质页岩为主，局部夹灰岩透镜体，岩性区域变化较小，韵律旋回较为明显，总体显示出由南向北退积旋回逐渐减少，沉积作用逐渐减弱的特征，反映了渔塘坝-红土溪-带受持续海侵作用影响，沉积厚度相对较小，高位体系域（HST）岩性差异较大。深沟一带发育一套碳酸盐岩，向北碳酸盐岩基本不发育，局部仅发育少量灰岩透镜体，反映该时期不同区域层序内部结构特征出现分异，基本层序类型明显不同，指示沉积古地理环境具南浅北深的特征。层序SQ2海侵体系域（TST）与上一层序的结构特征具有继承性，总体上海侵作用进一步发展，在深沟一带中部出现一套白云岩组合，表明该时期在持续海侵过程中，相对海平面逐渐变浅再加深的特征，而渔塘坝-红土溪一带持续海侵，以炭硅质岩夹炭硅质页岩为主，沉积厚度较小，反映由南向北沉积古地理格局差异性进一步发展；高位体系（HST）仅在深沟一带发育碳酸盐岩，渔塘坝-红土溪一带以炭硅质页岩夹炭硅质岩为主，指示渔塘坝-红土溪一带，水动力条件较弱，沉积厚度较小，沉积速率较为缓慢，顶部受区域构造隆升运动影响，受到不同程度的剥蚀夷平，总体上表现为南浅北深的古地理格局。

4　层序地层与硒异常的耦合关系

通过实测地层剖面和微量元素测试分析，在深沟剖面上孤峰组Se元素含量平均值达到90.2 μg/g，远远高于Se元素的地壳丰度值0.05 μg/g，这表明该区为Se元素高异常区，垂向上，硒元素具有局部富集的特征，孤峰组顶底岩石中Se元素含量均相对较低，在孤峰组中部Ⅱ型层序界面附近含量较高，达到300 μg/g以上，在深沟剖面北侧，该层序界面附近均具高异常特征，渔塘坝一带Se元素含量远远超过工业品位，最高达到7590 μg/g，红土溪一带Se元素含量接近工业品位，最高达到789 μg/g，总体表现为研究区中部渔塘坝一带孤峰组中部Ⅱ型层序界面附近异常值最高，向四周异常值逐渐降低。

图5　湖北省恩施硒富集区中二叠世孤峰组层序地层对比剖面图Fig.5 Correlative sections ographic map of Middle Permian Gufeng Formation of selenium-rich area in Enshi，Hubei province

研究区中二叠世孤峰组中硒元素含量高于区域背景值，但形成独立矿体的范围较为局限，目前仅在渔塘坝发现了独立硒矿床，矿石的品位和厚度均不均匀变化，岩石中的微量元素具迁移和富集特征，因而硒矿的富集受后期改造作用影响，结合前人研究成果［27］，研究区硒矿应属沉积改造型。孤峰组内部有多套碳酸盐岩，但仅在特定的界面上才具高硒异常特征，中二叠世孤峰组内部层序界面为岩性结构转换面，界面之下均发育碳酸盐岩，呈层状或透镜体状产出，深沟一带碳酸盐岩较为发育，碳酸盐岩均呈层状产出，而到渔塘坝至红土溪一带碳酸盐岩发育较少，呈透镜体状产出，该套碳酸盐岩在区域上分布较为稳定，易于露头识别和横向对比，该界面之上均为炭硅质岩，具典型的“硅钙面”特点，且碳酸盐岩上下炭硅质岩中均具Se高异常特征，表明该层序界面对于Se元素的运移或富集提供了良好的通道，界面附近的炭硅质岩可以作为赋矿层吸附大量的Se元素，使Se元素在界面附近逐步富集。该界面在野外露头上较易识别，区域上延伸较远，连续分布，这对于在该界面附近对该类型硒矿床的找寻提供了重要的找矿线索。

5　结论

（1）研究区中二叠世孤峰组划分了2个三级层序，识别出3种层序界面类型，早期由于迅速海侵作用，形成Ⅲ型层序界面，中期海侵作用逐渐减缓，形成Ⅱ型层序界面，晚期海侵作用转而增强，但受区域构造运动影响，遭受隆升剥蚀，形成Ⅰ型层序界面。

（2）在中二叠世孤峰组中总结了4种基本层序类型，即炭硅质页岩—炭硅质岩、炭硅质页岩—炭硅质岩夹灰岩透镜体、炭硅质岩—含炭泥晶灰岩和炭硅质岩—含炭细晶白云岩。

（3）中二叠世孤峰组内部层序界面附近Se元素具异常特征，层序界面可以作为Se元素运移的良好通道，从而使Se元素在界面附近的炭硅质岩中逐步富集，该界面具典型的“硅钙面”特点，野外露头较易识别，确立了研究区硒矿新的找矿标志。

野外工作中承蒙湖北省地质调查院胡正祥教授级高级工程师、吴传荣教授级高级工程师、江麟生教授级高级工程师等现场指导，审稿专家给本文提出了十分宝贵的修改意见，在此深表谢意。

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SHI Xian-Bin，WONG Mao-Zhi，LUO Hong，XU Lu-Lu，GONG Zhi-Yu，ZHAO Xue-Song，DUAN Xian-Feng

（Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan 430034，Hubei，China）

By researching the stratigraphic section，combined with trace element analysis，sequence boundary，sequence division and comparison，in addition the influence of the spatial distribution of selenium of selenium-rich Middle Permian Gufeng Formation was studied.Middle Permian Gufeng Formation of the study area can be concluded as four types of basic sequence，which were silica carbonaceous shale-silica carbonaceous rock，silica carbonaceous shale-silica carbonaceous rock inter-calated with limestone lenses，silica carbonaceous rock-micrite with carbon，and silica carbonaceous rock-fine crystalline dolomite with carbon.Three types of sequence boundary were identified，in which the boundary of Maokou Formation and Gufeng Formation wasⅢ-type sequence boundary，and the transition surface of rock character in middle of Gufeng formation wasⅡ-type sequence boundary，in addition，the boundary of Longtan Formation and Gufeng Formation wasⅠ-type sequence boundary，and two types of Three-grade Sequence Interface（SQ1，SQ2）was subdivided. Through comparison analysis，sequence-internal structures and types of basic sequence with transgressions of the area was obvious difference，and the sedimentation paleogeographic feature was formed in shallow water in the southern side and deep water in northern side.Through analysis of the coupling relationship of se-quence stratigraphy and selenium anomaly，high selenium anomalous character was discovered nearⅡ-type sequence boundary in Gufeng Formation，that the new prospecting criteria was established.

Selenium；Gufeng Formation；sequence stratigraphy；Enshi，Southwestern Hubei Province

中图分类法：P534.46；P618.76A

1007-3701（2016）01-001-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.01.001

2015-12-14；

2016-2-24.

中国地质调查局国土资源大调查项目“湖北1∶5万三岔幅、红土溪幅、官店口幅、万寨幅、椿木营幅、下坪幅区域地质调查”（12120113061800）资助.

石先滨（1986—），男，硕士，工程师，矿产普查与勘探专业，从事区域地质调查工作，E-mail：shixianbin_000@163.com.