二叠系龙潭组是贵州中-西部地区重要产煤层位，已知的优势无烟煤矿床无一例外地产出于该层位。峨眉山玄武岩组分布区外缘该层位底部常产出有一定规模的硫铁矿、菱铁矿、铝土矿等矿种。贵州晚二叠世煤系地层广泛分布，煤层厚度、层数及煤质均有较大差异，煤系地层底板岩性及其厚度变化较大。该层位在特定的地质条件下富集REE、铀(U)、钪(Sc)、铌(Nb)等关键金属元素，是潜在的稀有金属矿产资源，形成具有利用价值的煤伴生矿床(Vladimir V.Seredin, et al.,2012,2013;Shifeng Dai, et al.,2012,2016a, 2016b, 2017;代世峰等，2020)。而金属元素以吸附或络合的结合方式富集在与煤有关的粘土矿物和有机质中(Shifeng Dai, et al.,2008;程伟等，2015;Ronghong Lin, et al.,2017;Jinhe Pan, et al.,2019),为此，讨论龙潭组的沉积环境是十分有必要的。前人对贵州龙潭组沉积相和沉积环境开展了不同程度的研究，有的将其确定为海陆过渡相之三角洲相沉积(赵利等，2019)。于鑫等(2017)认为黔西南地区龙潭组属滨岸相；肖新建(1990)、杨通保等(2021)认为其属于障壁海岸相和三角洲相；还有将其分为三角洲相和泻湖-潮坪相(孙昌花等，2018;颜雪等，2019;赵凌云等，2023)。总之，前人对龙潭组沉积相划分意见不甚统一。因此，开展研究区二叠系龙潭组沉积微相研究，查明其岩性组合、基本层序、沉积相序、沉积环境等特征，为研究REE、Li、Nb、Ti等关键金属元素的时空分布特征和富集规律作好基础支撑，具有十分重要的意义。

1、地质概况

研究区地处贵州省西北部，位于黔中隆起北缘，大地构造位置属扬子地块黔北隆起区之毕节北东向构造变形区(戴传固等，2017)。燕山运动后，研究区经历数次间歇性地壳运动，形成复杂的构造背景，褶皱、断裂构造发育，受区域构造应力作用，区内构造线方向主要为北东向和北北东向。地层属于扬子地层区之黔北地层分区(戴传固等，2017),出露有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和第四系地层，缺失志留系和泥盆系(图1)。

研究区龙潭组分布广泛，主要出露于层台-搭木桥、峡沟-法郎村和南部的维新-高潮村一带。其岩性为灰色-深灰色粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩、炭质粘土岩、岩屑长石粉-细粒砂岩、含钙质砂岩及煤组成，可分为三个岩性段，含煤数层至数十层，可采煤层2-10层，与下伏峨眉山玄武岩或茅口组平行不整合接触。峨眉山玄武岩的喷发为含煤岩系龙潭组提供了物质基础，影响其岩石矿物组分及含量分布，而煤层及其顶底板粘土矿物和碱性成分明显增加(Shifeng Dai, et al.,2003;陈国勇等，2017)。

图1 研究区地质略图(据戴传固等，2017修)

2、含煤岩系龙潭组岩性组合特征

研究区龙潭组岩性可分为三段，主要以灰色-深灰色粉砂岩、砂岩、炭质粘土岩夹煤层组成，夹6-45层煤，底部常有黄铁矿(粘土岩)或菱铁矿，是煤矿的主要产出层位。见海相介壳化石及陆相植物化石Pecopterissp.等。一般厚150210 m。与下伏峨眉山玄武岩组或茅口组呈平行不整合接触。龙潭组第一段(P3l1)在剖面上总体显示其以粘土岩夹长石岩屑砂岩为特征；龙潭组第二段(P3l2)总体为粉-细砂岩、石英砂岩等粗陆源碎屑岩夹层厚度比较高为特征；而龙潭组第三段(P3l3)以粘土岩为主占本段厚度70%,砂岩夹层表现在粒度及成分上的不稳定。

图2 贵州毕节搭木桥二叠系龙潭组(P3l)实测地层剖面略图(spm080)

本次在研究区共测制野角乡剖面、层台镇纸房沟剖面、毕节搭木桥剖面、阴底木子剖面等4条剖面对其进行对比研究(图4)。现以毕节搭木桥剖面为代表列述如下：

2.1 龙潭组第一段(P3l1)岩性组合

龙潭组第一段主要由深灰色、灰色薄-厚层粘土岩、粉砂岩、炭质粘土岩、粘土质粉砂岩及少许含岩屑长石砂岩组成，含煤5-10层，其中可采煤层2-3层，最厚者可达1.5 m(图4)。底部见灰色、浅灰色含泥砾粘土岩及铁质粘土岩及凝灰质粘土岩。见植物化石：Gigantopte dictyophylloides,Gigantonoclea guizhouensis等。本段以大套陆源碎屑岩的出现与下伏峨眉山玄武岩或茅口组灰岩分界，局部见铁质风化壳，属平行不整合接触，厚度变化6080 m。本段基本层序较为简单，主要由灰色薄层粘土质粉砂岩、粉砂岩及炭质粘土岩等垂向叠置构成。其中较常见的为灰色岩屑长石砂岩与灰色薄层粘土岩构成(图3)。区域上本段岩性及厚度均有变化(图5),纸房沟、光辉村、野角乡一带及附近厚度达80 m, 从北往南有渐变厚到渐变薄的趋势；搭木桥、木子一带及附近厚达87 m, 从北往南有渐变厚的趋势。

图3 龙潭组一段上部基本层序

图4 海坝村龙潭组中含煤层位岩石层序组合

图5 研究区二叠系龙潭组地层柱状对比图

2.2 龙潭组第二段(P3l2)岩性组合

该段岩性为灰色、黄灰色、深灰色薄-厚层细粒含岩屑粉-细砂岩、粉砂岩及粘土质粉砂岩、菱铁质粉砂岩、粘土岩、炭质粘土岩与煤层组成，砂岩中发育脉状层理，粘土岩中偶见透镜状层理。可采煤层1-3层，以煤层少、富含菱铁质为特征。富含植物化石主要分子有Gigantopteris dictyophylloides,Gigantonoclea guizhouensis,G.cf.longifolia,等；偶见腕足类、双壳类。本段以底部较为稳定的煤层为标志，与下伏龙潭组一段整合分界。区内该段厚度由北向南逐渐变薄(图5),在北边层台镇纸房沟、光辉村、毕节一带厚度变化不大，约7075 m; 毕节至南边木子一带及附近厚约7559 m, 整体变薄。

2.3 龙潭组第三段(P3l3)岩性组合

主要由灰色、深灰色粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩、细粒砂岩、炭质粘土岩与煤层组成，砂岩中见平行层理与交错层理，偶见脉状层理。含煤6-15层，可采煤层4-5层。富含植物化石Gigantonoclea碎片，后者常见海相双壳Guizhoupecten regularis,及腕足类Oldhaminasp.,Acosarinasp.,Tyloplecta yangtzeensis(Chao),Leptodussp.。本段以稳定的煤层作底，与下伏龙潭组二段整合分界。研究区本段厚度在北边纸房沟、光辉村等地厚度在5060 m之间变化；在中部地区厚达65 m; 在南边厚度在4050 cm之间。

3、沉积微相特征

3.1 龙潭组沉积相及微相划分

戴传固等(2017)对晚二叠纪织金三角洲复合体砂体形态研究，大致确定了三角洲主河道在赫章县北西的云南境内，于滇黔边境的德桌水炉地区分叉成两条分支河流，搬运大量泥砂向南东方向流入海盆，其厚砂带(纯砂厚>50 m)主要分布于古海岸线附近，前缘砂体向东入海后逐渐变细、变薄尖灭。研究区大致处于北侧分支河流古海岸线附近(图6),中部毕节-姑开砂体厚度较大，向西陆相一侧及向东海相一侧纯砂体厚度均有所降低，主体形态如鸟足状。本次依托野外剖面测制、沉积相分析、结合岩石及古生物特征，综合各类岩相在垂向上的组合关系及平面展布(图5),确定研究区龙潭组属潮控三角洲沉积体系，可划为3种亚相9种微相(表1)。

图6 研究区及邻区三角洲砂体(纯砂)展布图(据戴传固等，2017修)

表1 联测区龙潭组沉积微相划分表

3.2 龙潭组沉积相及微相特征

3.2.1 三角洲平原亚相

三角洲平原是三角洲的陆上沉积部分，它开始于河流大量分叉处，止于岸线或海平面处。研究区三角洲平原亚相沉积的微相有分流河道、天然堤、决口三角洲、分支间湾、沼泽、湖泊等沉积类型。其中尤以分流河道砂沉积和沼泽泥炭沉积最为主要，两者共生是三角洲平原沉积的典型特征。

(1)分流河道(DC)

分流河道是构成三角洲平原的主体格架部分，同时也是三角洲的主体格架部分，因为形成三角洲的大量泥砂都是通过它们搬运至河口处沉积下来的。研究区分流河道微相以砂质沉积为主，一般底部为中-细粒砂，常含泥砾、植物干茎等残留沉积物，具向上变细的特征。在野角乡、撒拉西搭木桥、层台光辉等处，分流河道微相沉积中还发育泥质砾石等沉积物。主要见槽状交错层理和板状交错层理，其下部常与下伏岩层呈侵蚀冲刷接触(图7)。

(2)天然堤(NL)

天然堤位于分流河道两侧，垂向上位于分流河道之上，是在洪水期由洪水中悬浮的较粗物质在河道两岸堆积而成，天然堤向河道一侧较陡，向外一侧较缓。研究区该微相在野角等地较为显著，表现为分流河道含砾砂岩之上的泥岩沉积；在搭木桥、杨家湾等地则主要体现为粉砂岩与粉砂质粘土岩互层，水平纹层发育，见植物根系。

图7 层台分流河道与沼泽泥炭组成的层序特征

(3)决口三角洲(SD)

决口三角洲是由河水泛滥决口而形成的扇状沉积物，一般发育在河道的两侧。决口三角洲沉积在三角洲平原中很发育。研究区青场附近本微相位主要表现为一套灰色，细粒钙质砂岩，发育水平、斜层理，层次向上变薄。其上部夹粉砂质泥岩，产腕足类及植物化石碎片。腕足化石可能是涨潮时海水顺河(潮)道倒灌而来，其富含钙质成分与河流相的细砂岩混合，冲破天然堤后在泛滥平原上沉积而成。

(4)沼泽(SW)

沼泽沉积分布于分流河道两侧的洼地、决口三角洲、湖泊、分流间湾沉积之上，约占三角洲面积的90%。研究区沼泽微相沉积主要为暗灰色含有机质粘土岩、炭质粘土岩及煤层(图8),常夹有洪水沉积的薄层粉砂岩、粉砂质粘土岩等，零星见水平层理、块状层理，偶见菱铁矿及植物化石碎片，是区内无烟煤产出的主要沉积微相。其表面接近于平均高潮线，为周期性被水体淹没的沉积体，水体性质或为淡水或为半咸水，其间植被繁茂，以草本植物为主，为弱还原或还原环境。

图8 海子街龙潭组三角洲平原亚相组合

(5)分流间湾(IB)

分流间湾指位于分流河道之间凹陷地区的水上部分。其靠海一侧与海相连，另一侧则连陆。当三角洲向海一侧推进时，分流间湾地区常形成一泥楔，在垂向层序下部往往为前三角洲泥岩，上部则渐变为富含有机质的沼泽沉积或突变为决口三角洲沉积。研究区该相位主要为一套伏于沼泽相之下的灰、深灰色泥岩夹泥质粉砂岩，夹菱铁岩或菱铁质粉砂岩，偶见黄铁矿，发育水平、波状、透镜状及脉状层理。

(6)湖泊(LF)

湖泊沉积常位于沼泽的中央低洼区，面积极为狭小，且水体较浅，受河水溢流补给及涨潮海水的掺合。在研究区该相沉积表现为灰、深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，偶夹条状、透镜状菱铁质粉砂岩或铁质岩，发育水平纹层，多含植物碎片。随着三角洲向海推进，其上部常渐变为沼泽沉积(图8)。

3.2.2 三角洲前缘亚相

三角洲前缘是三角洲的水下部分，位于海平面与浪基面之间，呈环带状分布于三角洲平原向海洋一侧边缘。它是三角洲最为活跃的沉积中心，河流带来的泥、砂等沉积物由于受到河流、波浪、潮汐等的反复作用，泥沙经冲刷、簸扬和再分布，常形成分选较好、质地较纯的砂质沉积富集带。在河口附近形成河口砂坝，其较远端则形成远砂坝。

(1)分流河口砂坝(MB)

河口砂坝又称分流河口砂坝，位于水下分流河道的河口处，沉积速度最大，由河流带来的砂质在河口区由于流速的突然降低堆积而成。河口砂坝主要是以细砂和粉砂岩沉积为主，与下伏岩层(席状砂-远砂坝或前三角洲泥质沉积)呈弱冲刷接触或过渡关系，具三角洲下部的逆粒序。研究区该相位主要发育于龙潭组下部及中部层位，为一套灰色薄-厚层钙质白云质粉砂岩。发育板状交错层理、S形层理、潮汐层理、波状层理及水平层理等，化石稀少，层面含较多炭屑。

(2)远砂坝(DB)

远砂坝位于河口砂坝前较远的部位，沉积物较河口砂坝细，主要由粉砂和少量粘土岩组成，以水平层理为主，同时也发育波状交错层理和脉状-透镜状层理。研究区杨家湾、木子、岔河、绿塘等地均有分布，岩性为灰色、深灰色砂岩、粉砂岩夹泥质粉砂岩。

(3)水下分流间湾(UIB)

水下分流间湾为水下分流河道之间相对凹陷的海湾区域，与海相通，以泥岩沉积为主，含少量粉砂和细砂，砂质多为洪水季节河床漫溢沉积的结果，多呈泥岩中的夹层或透镜。具潮汐作用导致的水平层理和透镜状层理，可见生物介壳和植物残片。上下常与前三角洲泥岩或沼泽泥炭沉积过渡。研究区该微相在龙潭组第三段上部出现，岩性为灰黄色、灰色粘土岩、泥岩、粉砂质泥岩，主要分布在纸房沟、光辉村、杨家湾、木子、岔河等地。

3.2.3 前三角洲亚相

前三角洲(PF)位于三角洲前缘的前方，它是三角洲体系中分布最广、沉积最厚的地区，其沉积地貌为一平缓斜坡。研究区该亚相位于龙潭组第三段顶部，岩性主要为灰、灰黑色钙质泥岩、泥灰岩，主要分布于纸房沟、光辉村、利民、垭关和杨家湾等地。

图9 研究区龙潭组含煤岩系沉积断面示意图

4、沉积环境分析

根据研究区及邻区剖面沉积相对比为基础，结合岩石组合特征，编制了龙潭组含煤岩系沉积断面图(图9),在此基础上对其沉积环境进行分析探讨。龙潭组第一段底部常有12 m的浅灰白色铁(铝)质粘土岩、含植物杆屑的有机质粘土岩，为海侵初期古风化壳的再搬运再沉积，且沉积环境多属于封闭的沼泽环境；之上以分流河道、分流间湾及沼泽沉积为主的三角洲平原沉积，靠近研究区南东角则以远沙坝和水下分流间湾为主的三角洲前缘沉积，同时该水下分流间湾泥炭发育时间较长，厚度大，分布面积较广，具有较好的聚煤环境。龙潭组第二段砂岩中发育脉状层理，粘土岩中偶见透镜状层理等潮汐相关沉积构造。由上述沉积物在垂向上构成湖泊、沼泽为特征的三角洲平原-潮汐砂坝、坝间水道为特征的三角洲前缘-滨外沉积为特征的前三角洲-三角洲前缘的组合。龙潭组第三段主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细粒钙质砂岩、泥质灰岩与煤层组成，中下部由西往东，由三角洲平原(以具水平、斜层理的钙质砂岩为特征)经三角洲前缘的粉砂岩、细砂组合，过渡到前三角洲相的砂泥组合，其中前二者富含植物化石Gigantonoclea碎片，后者常见海相双壳及腕足类化石。

前人对煤中的稀土元素赋存状态开展过大量研究，认为其主要赋存于煤的有机质中(Shifeng Dai, et al.,2008;程伟等，2015;Ronghong Lin, et al.,2017)。而贵州西部煤中稀土REE、Li、Nb、Ti含量高，金属元素主要以矿物形态存在高岭石中，但也有一部分以离子态吸附在碳表面(程伟等，2015;Jinhe Pan, et al.,2019)。结合龙潭组沉积微相分析，笔者认为三角洲平原亚相中的分流间湾(IB)和沼泽(SW)微相等有利于粘土矿物和有机质沉积的环境为稀土、Li等金属元素的富集提供了有利条件。

5、结论

(1)研究区龙潭组岩性分为三段，主要以灰色-深灰色粉砂岩、砂岩、炭质粘土岩夹煤层组成，夹6-45层煤，底部常有黄铁矿(粘土岩)或菱铁矿，是煤矿的主要产出层位，见海相介壳化石及陆相植物化石Pecopterissp.等，厚150210 m。

(2)研究区龙潭组属潮控三角洲沉积体系，根据岩石及古生物特征，结合其垂向上的组合关系及平面展布将其划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3种亚相；以及分流河道、决口堤等9种沉积微相。

(3)以研究区及邻区剖面沉积相对比为基础，编制龙潭组含煤岩系沉积断面图，指出研究区龙潭组一段沉积环境为三角洲前缘-三角洲平原沉积；龙潭组二段为前三角洲-三角洲前缘的沉积组合；龙潭组三段为三角洲平原经三角洲前缘过渡到前三角洲亚相的砂泥组合沉积。

(4)三角洲平原亚相中分流间湾(IB)和沼泽(SW)微相等有利于粘土矿物和有机质沉积的环境为稀土REE、Li等金属元素的富集提供了有利条件。

参考文献:

程伟,杨瑞东,张覃.2015.六盘水煤田晚二叠世煤中微量元素分布特征､富集规律及洁净潜势[M].贵阳:贵州科技出版社,1-253.

陈国勇,范玉梅,孟昌忠,等.2017.贵州威宁-赫章二叠系乐平统含铁､铝岩系沉积环境及成矿元素富集特征分析[J].地质与勘探,53(2):237-246.

戴传固,王雪华,陈建书,等.2017.中国区域地质志贵州志[M].北京:地质出版社,10+674-678+939-940.

代世峰,赵蕾,魏强,等.2020.中国煤系中关键金属资源:富集类型与分布.科学通报[J].(33):3715-3729.

孙昌花,许浩,汤达祯,等.2018.黔西北龙潭组煤系地层层序-沉积特征及聚煤规律研究[J].科学技术与工程,18(9):46-55.

肖建新.1990.贵州西部晚二叠世晚期煤系沉积相和沉积体系[J].岩相古地理,第四期:1-8.

杨通保,唐长根.2021.纳雍县木兰煤矿二叠系上统龙潭组沉积相特征研究[J].山东煤炭科技,(5):154-161.

于鑫,杨江海,刘建中,等.2017.黔西南晚二叠世龙潭组物源分析及区域沉积古地理重建[J].地质学报,91(6):1374-1385.

颜雪,徐文礼.2019.贵州大方地区二叠系龙潭组沉积相特征[J].四川地质学报,39(2):211-214.

赵利,赵聪,罗海金,等.2019.贵州大方地区龙潭组沉积相类型及其特征[J].石油化工应用,38(4):103-105.

赵凌云,郭志军,韩思杰,等.2023.贵州织金县以那地区龙潭组煤质特征及其沉积环境指示[J].地质与勘探,59(5):974-984.

基金资助:贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目(黔地矿科合[2022]5号)资助;

文章来源:马义波,谯文浪,陈武,等.贵州七星关地区含煤岩系龙潭组沉积微相特征及沉积环境[J].贵州地质,2024,41(03):225-234.