海南文昌地区第四系沉积物特征及其地质意义

莫位任，朱耀河，袁勤敏，龚 丹，谢群玲

MOWei-Ren,ZHUYao-He,YUANQin-Min,GONGDan,XIEQun-Ling

（海南省地质调查院，海口市570206）

(Hainan Institute of Geology Survey,Haikou 570206,China)

1 区域地质背景

研究区位于海南岛文昌市东部沿海一带（图1），属于华南褶皱系五指山褶皱带。先后经历了加里东运动、海西~印支运动、燕山运动和喜山运动的洗礼。总体表现为前海西期的固态流变和弹塑性褶皱变形，以及印支期、燕山期的断裂变形。地层出露不全，地表主要分布新生界第四系下更新统秀英组、中更新统北海组、上更新统八所组、全新统烟墩组[1]，以及少量的下志留统空列村组和白垩纪鹿母湾组。是华南地区第四系发育较为典型的地区之一，出露面积699.31 km2。其分布受新生代晚期形成的新构造格局的控制。其赋存有重要工业价值的钛铁矿、锆英石砂矿以及大型玻璃砂矿床，矿床储量名列全国前茅。岩浆活动较强烈，分布有三叠纪、侏罗纪、白垩纪花岗岩及新近纪火山岩，但由于岩石风化强烈或被第四系覆盖，地表出露范围较小。构造主要以EW、NE、NW、SN向断裂为主。

图1 海南文昌地区地质简图Fig.1 Simplified geological map of Wenchangarea，Hainan Province

2 第四系

2.1 秀英组

秀英组主要隐伏分布于东部龙楼—昌洒一带，厚度由南向北、由西往东逐渐变厚，为泻湖沉积环境。岩性上部以灰蓝、蓝绿、灰黄色粘土层及亚粘土层为主，下部为浅蓝、深蓝、蓝绿色中细砂层及粉砂层。底板标高-20~-30 m，地层厚度3~12.5 m。底部以浅蓝、深蓝、蓝绿色中细、粉细砂与白垩纪及三叠纪花岗岩呈平行不整合接触，顶部以灰蓝、蓝绿、灰黄色粘土及亚粘土与北海组及八所组呈平行不整合接触。

2.2 北海组

北海组广泛分布于公坡、昌洒、文教及迈号—清澜等地，地貌上其叠覆于海成Ⅱ、Ⅲ级阶地上，为山前剥蚀堆积平原区，阶地形态呈波状起伏，部分地段地形平坦，切割程度低，标高一般在15~40 m，局部地段地面切割强烈，阶面多呈平岗低丘状，冲沟切沟等微地形发育，在边坡地段有崩塌作用发生，标高20~60 m，局部达80 m。岩性为灰黄、灰白、棕红、褐红色亚粘土、砂、砂砾、砂质砾石层等，常含玻璃陨石和铁质结核，偶见不明显的斜层理。砾石成分主要为石英、脉石英、变质岩等碎屑，磨圆度相差悬殊，次棱角状—圆状均可见及。

本次在不同地点采取了北海组6个沉积物作粒度分析，根据正态概率曲线（图2），ZK20-1样品为多段型，其成因较复杂；其余样品均为粗三段型，以某一组成分占主体，不同程度地含有不同粒级组分，且其余各组分含量往往接近，分选性差，认为属河成。综合上述和结合岛内北海组沉积环境，认为该区北海组沉积环境为冲洪积、河流相沉积。

图2 北海组沉积物正态概率曲线图Fig.2 Normal probability curveof sediments in Beihai Formation φ=-log2D（D单位为mm），3φ=0.125 mm.

2.3 八所组

八所组主要分布于东部昌洒、龙楼及东南部东郊一带，其次为北部公坡一带，厚度由南向北、由西往东逐渐变厚，地貌上表现为Ⅱ级海成阶地，呈长条状，由于透水性好，难于形成地表水流，故阶地面保存完整，地形平坦。前缘以20°-30°的陡坡与Ⅰ级阶地相连，后缘以陡坎或陡坡与Ⅲ级阶地相接，阶地宽200~800 m，长约4 km，标高3~43 m。岩性总体以中细粒为特征，砂粒分选性较好，成熟度高，普遍含有钛铁矿、铬铁矿、锆石及电气石等。下部为灰白色中细砂，中部为褐黄—黄色中细砂，普遍含粘土或粘土团块，局部出现粘土夹层，上部褐灰—褐黑色中细砂，普遍含有碳质及有机质等，层位较稳定，顶部为浅灰、灰白色中细砂，厚度大于66 m，底部以灰白色中细砂与北海组棕黄色细砂土及秀英组灰、浅蓝绿色粘土—亚粘土呈平行不整合接触及不整合于印支—燕山期花岗岩和志留系之上。

八所组岩性与标准剖面的岩性基本上可对比。但本区上部岩性局部含有机质和炭质，颜色呈灰褐、褐黑色，层位稳定，且含有粘土，厚度一般为1.0~7.0 m，具有滞水环境沉积特征，属于泻湖相沉积。本次在不同地点采取5个沉积物作粒度分析，根据正态概率曲线（图3），ZK21-1为细粒二段型，以细砂为主，少量粉砂，分选性好，沉积环境一般为片流；ZK11-2为多段型，以粉砂占主体，其次为中粗砂，少量细砂，分选性差，属风成或河成；其余样品为粗粒三段型，以中粗粒级和细粒级砂为主，含量平分秋色，两者占90%以上，少量粉砂，分选性一般，其沉积环境一般为海浪成因。综上所述及结合岛内八所组沉积环境，测区八所组沉积环境应为海相沉积(泻湖—滨海沉积)，期间并受到风成或河成的扰动。

图3 八所组沉积物正态概率曲线图Fig.3 Normal probability curveof sediments in Basuo Formation φ=-log2D（D单位为mm），3φ=0.125 mm.

2.4 烟墩组

烟墩组分布于东部、东北部及东南部沿海一带，为滨海砂堤—泻湖系列沉积。岩性主要为灰、灰白色海滩砂，灰黑色含有机质粘土、淤泥质砂，灰黄、黄白色粉细砂、细砂、含砾中粗砂、含生物碎屑中粗砂，普遍见贝壳、珊瑚等[2]。与下伏地层八所组、北海组呈平行不整合接触或与老地层空列村组、白垩纪花岗岩等呈不整合接触。地貌上构成滨海平原的上部，并组成沿海砂堤、砂堤封闭的泻湖以及新海滩岩、连岛砂堤等。按其形成的不同机制可分为以下几个成因类型：

(1)海湾堆积沉积

海湾堆积沉积分布于龙楼—东郊一带，表面平坦，标高一般2~8 m，位于海滩或砂堤内侧，微向海倾斜，呈条带不规则状，前缘陡缓不一，局部为陡坎，阶地宽一般为500~2000 m，构成海岸较低的微斜平原。岩性特征：灰、灰黄、灰白及灰黑色粉细砂、中细砂、含砾中粗砂及亚粘土、淤泥等组成，含贝壳、珊瑚等碎屑，砂、砾成份以石英为主，少量长石、岩屑，磨圆度一般，呈次棱—次圆状，分选性中等。沉积物中普遍含有锆钛矿、独居石等。

(2)现代砂堤沉积

现代砂堤沉积分布于测区龙楼—昌洒沿海一带，呈条带状平行海岸线分布，标高一般为5~55 m，相对高差达50 m，宽度一般350~3000 m。岩性特征：灰、灰白、灰黄色粉细砂、中细砂、粗中砂、中粗砂、含砾中粗砂及砂砾等，含有贝壳、珊瑚等碎屑，夹灰、灰白色海滩岩。砂、砾成份主要为石英，次为长石、岩屑等，砂粒大小多为0.25~2 mm，砾石多为2~8 mm，呈次棱—次圆状，分选性一般。海滩岩成份主要为砂和生物碎屑，次为钙质等胶结物，砂粒大小0.25~0.5 mm，磨圆度一般为次棱—次圆状，发育微斜层理。沉积物中含有大量的钛铁矿、锆英石、电气石、独居石等，其中，钛铁矿含量基本达到工业品位。

(3)海漫滩沉积

海漫滩沉积呈条带状分布于海岸带潮汐带内，多呈3°~14°的缓坡向海倾斜，标高1~3 m，相对高差1~3m，宽10~150m不等，分布于东郊镇以南沿海的海漫滩最宽可达400 m。岩性特征：灰、灰白、灰黄色粉细砂、中粗砂、砂砾及淤泥等，普遍含贝壳、珊瑚、螺壳等碎屑，砾石多呈次棱—次圆状，分选性中等，土质疏松，局部发育浪成波痕，可见蠕虫穴居的小洞及爬行痕迹。

(4)泻湖相沉积

呈不规则状分布于文教河出海口处清澜、头苑、文教一带的低洼地段，地形平坦，标高1~3 m，其环境中的物化条件受潮汐影响。岩性特征：灰、灰黑、灰黄色粉细砂、亚粘土、亚砂土及淤泥等，普遍含有大量的螺壳、贝壳、珊瑚等碎屑及少量的砾石。

3 第四系沉积物重矿物特征

第四系沉积物重矿物特征对第四系沉积物的物质来源和沉积环境的分析具有重要的意义。于该区采取了第四系沉积物重砂样(图1)，其重矿物含量及锆石特征[3-5]见表1和表2。

秀英组重矿物以褐铁矿、锆石、金红石等最多，次为钛铁矿、电气石等，大部分重矿物磨圆度较好。锆石呈浅玫瑰、玫瑰色—无色，金刚光泽，粒径长≤0.3 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1，主要锆石晶形浑圆度好，以浑圆柱状、粒状为主，次要锆石晶形较完整。其重矿物成熟度（ZTR指数）较低，说明形成于近滨海环境低能带。

北海组重矿物以钛铁矿、锆石、电气石、金红石等最多，次为铬铁矿、磁铁矿等，大部分重矿物磨圆度较好。锆石以白色、无色为主，少数浅玫瑰、玫瑰色，金刚光泽，粒径长≤0.5~0.3 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1~4:1，锆石颗粒较大，多数晶形呈浑圆粒状，少数晶形较完整，反映其大部分沉积物所经历的搬远距离较远。

八所组重矿物以钛铁矿、锆石、铬铁矿、电气石、金红石等为主，大部分重矿物磨圆度较好。锆石呈无色、浅玫瑰、玫瑰色—褐色，金刚光泽，粒径长≤0.3~0.1 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1~4:1，主要锆石晶形浑圆度好，以浑圆柱状、粒状为主，次要锆石晶形较完整。其重矿物成熟度（ZTR指数）很高，反映形成于潮下高能带。

烟墩组重矿物以钛铁矿、锆石、电气石、金红石、铬铁矿等最多，次为褐铁矿、磁铁矿等，重矿物磨圆度一般。锆石呈无色、玫瑰色—褐色，金刚光泽，粒径长≤0.3 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1，主要锆石晶形浑圆度好，以浑圆柱状、粒状为主，次要锆石晶形较完整。其重矿物成熟度（ZTR指数）很高，反映形成于潮下高能带。

4 第四系物源示踪

第四系松散沉积物赋存有丰富的金属和非金属矿产，是海南岛海岸带沉积矿产中的重要部分。为了追索第四系物源的来源物质，我们于北海组、八所组和烟墩组中分别采取了单颗粒（各40粒）锆石，由西北大学大陆动力学国家实验室苏王春荣测试。采用美国Agilent7500型ICP_MS和德国Lambda Physik公司的ComPexl02 ArF准分子激光器(工作物质ArF波长193 nm)以及MicroLas公司的GeoLas200M光学系统的联机上进行。激光束斑直径

为20μm。激光剥蚀样品的深度为20~40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气。用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM610进行仪器最佳化。采样方式为单点剥蚀，数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式。每测定5个样品点测定一个锆石91500和NIST610。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，元素含量采用NISTSRM610作为外标，Si作为内标。采用GLITTER(ver4.0，Macquarie University)程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算。北海组、八所组、烟墩组样品U-Pb分析数据分别见表3-5。并选用206Pb/238U年龄做谐和年龄频谱图[6]。各样品的加全平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(ver2.49)。

表1 第四系沉积物人工重砂矿物含量表（×10-6）Table 1 Artificial placer minerals content of the Quaternary sediments, Wenchang area, Hainan Province

表2 第四系沉积物锆石形态特征表Table 2 Morphology of Zircons from the Quaternary sediments, Wenchang area, Hainan Province

表3 北海组样品（D3216）U-Pb分析数据Table 3 Analysis results of U-Pb ages of zircons from Beihai Formation

表4 八所组样品（D1138）U-Pb分析数据Table 4 Analysis results of U-Pb ages of zircons from Basuo Formation

表5 烟墩组样品（D1951）U-Pb分析数据Table 5 Analysis results of U-Pb agesof zircons from Yandun Formation

北海组206Pb/238U年龄变化于100~2620 Ma之间，主要集中在130~470 Ma，主要峰值为130 Ma、260 Ma、470 Ma，次要峰值为370 Ma、420 Ma、559 Ma、840 Ma、1000 Ma（图4A）。主要锆石颗粒较大，多数晶形呈浑圆粒状，少数晶形较完成，以白色、无色为主，少数浅玫瑰、玫瑰色，金刚光泽，粒径长≤0.5 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1~4:1。结合锆石年龄，表明其碎屑物质主要来源于加里东期、海西—印支期、燕山期火成岩。

八所组206Pb/238U年龄变化于70~2420Ma之间，主要集中在160~620Ma，主要峰值为160、230Ma，次要峰值为380、450、620 Ma（图4B）。主要锆石其晶形浑圆度好，以浑圆柱状、粒状为主，次要锆石晶形较完整，呈无色、浅玫瑰、玫瑰色—褐色，金刚光泽，粒径长≤0.3 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3:1~4∶1。结合锆石年龄，说明其物源主要来自海西-印支期、燕山期火成岩。

烟墩组206Pb/238U年龄变化于120~1610 Ma之间，主要集中在120~450 Ma之间（图4C），主要峰值为140 Ma、230 Ma，次要峰值为130 Ma、370 Ma、420 Ma、830 Ma。主要锆石其晶形浑圆度好，以浑圆柱状、粒状为主，次要锆石晶形较完整，呈无色、玫瑰色-褐色，金刚光泽，粒径长≤0.3 mm，宽≤0.1 mm，长宽比为3∶1。结合锆石年龄，显示其物源主要来源于海西-印支、燕山期火成岩。

上述结果表明，测区第四系松散沉积具有不完全相同的物源。八所组与烟墩组的沉积物源区具有一定的相似性，北海组的沉积物源区明显不同于八所组和烟墩组源区。这种物源的差异性可能直接导致了第四系成矿作用的不同。

图4 第四系碎屑锆石206Pb/238U年龄频谱图Fig.4 The 206Pb/238Uagespectrogramof detrital zircons from Quaternary sediments

5 地层与矿床的关系

第四系松散沉积物重矿物中含有大量的钛铁矿、锆石、电气石、金红石、铬铁矿、独居石等有用矿物。北海组为陆相沉积，泥质含量较高，其有用矿物按目前的技术条件无法利用，但大量有用矿物聚集的地方易形成砂矿，因此该组也是砂矿的赋存层位。八所组和烟墩组都为海相沉积，金属和非金属矿物经过大量的海水冲刷、分选，在有利部位可以形成有用矿物的砂矿。

八所组中的中细砂，分选性较好，成熟度较高，是石英砂矿及伴生矿床锆钛矿的赋存层位。该组中石英砂的SiO2含量一般为96.05%~98.04%，单样最高达到99.33%，Fe2O3一般为0.04%~0.19%，Al2O3含量一般为0.18%~1.96%。矿石平均品位达到一类Ⅲ级品的要求。目前已在区内八所组中发现有大、特大型石英砂矿及锆钛砂矿，分别为文昌市龙楼镇赤筠村石英砂矿、文昌市龙楼镇木堆村石英砂矿及锆钛矿、文昌市昌洒镇竹堆村石英砂矿及锆钛矿等矿产地。

烟墩组砂堤地貌主要是锆钛矿的赋存层位,锆英石品位一般为0.51~1.83 kg/m3，钛铁矿品位一般为0.9~6.2 kg/m3，品位基本达到工业品位。已知的矿产地有文昌市昌洒镇土卢山锆钛砂矿等。

6 结论

综上所述，第四系沉积物特征、重矿物分析可以提供第四系物源以下信息：

（1）根据重矿物的组合特征可以判别出物源区的母岩性质：为火成岩，表现出高含量的钛铁矿、锆石、铬铁矿、电气石、金红石等。

（2）研究区第四系松散沉积具有不完全相同的物源，这种物源差异性可能直接导致成矿作用不同。

（3）八所组与烟墩组的沉积物源区具有一定的相似性，都为海相沉积，金属和非金属矿物经过大量的海水冲刷、分选、富集沉积成有用锆钛矿矿床。北海组的沉积物源区明显不同于八所组和烟墩组物源区，北海组为陆相沉积，泥质含量较高，其有用矿物按目前的技术条件无法利用，但其含有大量的有用矿物。

本文是一项集体劳动的成果，在成文过程中得到了地质局林义华、云平高级工程师给予不少指导与帮助；参加该项目野外工作的还有周进波、朱耀河、胡在龙、江宏伟、袁勤敏等同志；西北大学大陆动力学国家实验室苏王春荣完成测年工作；在此一并志谢。

[1]海南省地质矿产勘查开发局.海南省岩石地层(M).中国:地质大学出版社,1997.12:96-104.

[2]宜昌地质矿产研究所,海南省地质矿产局.海南岛地质(一),地层古生物(M).北京:地质出版社,1992:267-280.

[3]林晓彤,李巍然,时振波.黄河物源碎屑沉积物的重矿物特征[J].海洋地质与第四纪地质，2003.08:17-21.

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