泥盆纪鲕粒铁矿石是我国重要的沉积矿床类型之一，被定义为“宁乡式”铁矿，主要形成于中泥盆世和晚泥盆世^[1-5]。其成因认识可以归结为4种类型：1）滨浅海相沉积成因，鲕粒往往作为动荡海水的标志^[4]，或者是在强烈搅动水体中形成的鲕粒经机械搬运至滨海或远滨海相沉积^[6]；2）后生成岩成因，该成因类型认为绿泥石鲕粒和赤铁矿鲕粒均形成于成岩期^[7-8]；3）微生物成因，是微生物参与下形成的鲕粒赤铁矿^[9-10]；4）热液成因，受地下热液的影响下形成的^[11]。虽然铁质鲕粒的成因类型多样，华南泥盆纪铁质鲕粒的成因普遍认为是沉积成因，铁质鲕粒的形成受古地理环境的控制，狭窄的海岸或伸向内陆的、受限制的大海湾和潟湖是华南泥盆纪鲕状赤铁矿成矿富集区带^[2-3]，有利的岩性组合为碎屑岩沉积序列^[1-3]。龙门山地区北川石沟里剖面中泥盆统养马坝组的底部发育铁质鲕粒，区域上属“宁乡式”铁矿川中成矿区带^[1]。虽然该含铁质鲕粒的地层发现由来已久^[12-13]，但是对该地层中铁质鲕粒的沉积特征及其沉积环境缺乏系统的分析。本文以野外剖面实测为基础，运用偏光显微镜和扫描电镜测试，分析铁质鲕粒的成分、结构及其他相关特征，探讨养马坝组中的铁质鲕状的沉积环境，研究其分布规律，进而建立其沉积模式，为区域成矿预测和找矿提供理论支撑。

1 地质背景

龙门山区中泥盆统养马坝组是四川龙门山桂溪—沙窝子泥盆系国际标准剖面（俗称甘溪剖面）的重要组成部分^[13-14]，位于四川盆地西北部北川县桂溪乡甘溪村东南3.5 km、猿王洞景区西北500 m处的石沟里村（图 1），地层沿公路分布，出露良好。按龙门山区泥盆系的地层划分标准，泥盆系下统由平驿铺组、白柳坪组、甘溪组、谢家湾组和二台子组组成，中泥盆统则包括养马坝组、金宝石组、观雾山组等3个组（图 2）。

石沟里剖面养马坝组下伏下泥盆统二台子组，上覆中泥盆统金宝石组，相当于侯鸿飞等实测北川县桂溪—沙窝子泥盆系剖面B84-B91层^[13]，沉积于Emsian阶晚期至Eifelian阶早期^[13-14]，主要由碳酸盐岩、砂质碳酸盐岩、石英砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等组成，下部以生物碎屑灰岩夹粉砂质泥岩为主，向上碳酸盐岩发育，并出现生物礁及礁间角砾岩；上部碎屑成分增多，形成砂质碳酸盐岩为主的受频繁风暴影响的混积陆棚沉积（图 3）。铁质鲕粒主要发育于养马坝段的底部第1~2层中，由浅灰色生屑灰岩与灰色含粉砂质泥岩组成，铁质鲕粒绝大部分发育于生屑灰岩（图 3）。

2 铁质鲕粒宏观产出特征

龙门山地区石沟里剖面养马坝组含铁质鲕粒层段位于剖面的第1~2层（图 3），野外将该段地层进行了详细的岩性划分与小层描述，将其进一步划分为35个小层，实测结果见图 4。该套地层由灰褐色薄层状泥岩、粉砂质泥岩夹厚度不等的鲕粒生屑灰岩、生屑鲕粒灰岩组成。灰岩中随着含铁质鲕粒的增多，颜色逐渐加深为红褐色。

根据铁质鲕粒的相对含量，可将其进一步分为3个旋回：1）旋回一是由第（2）~第（6）小层组成（图 4），铁质鲕粒富集于鲕粒生屑灰岩，自下而上灰岩厚度逐渐增大、鲕粒含量逐渐增加（图 5a），第（2）层厚度0.1 m、鲕粒体积比小于1%，而第（4）层厚度0.18 m、鲕粒体积比35%，呈透镜状（图 5b）；第（6）层厚度0.55 m、鲕粒体积比35%。2）旋回二是由第（8）~（20）层的含鲕粒灰岩组成，灰岩厚度变化较大，但是鲕粒的体积比呈增多的趋势，由20%增加到78%。其中，旋回下部的第（8）层为生屑灰岩夹透镜状铁质鲕粒灰岩（图 5c），鲕粒体积比仅20%；旋回中部为黄褐色生物屑鲕粒灰岩，鲕粒体积比40~60%；旋回上部为红褐色生屑鲕粒灰岩组成（图 5d），鲕粒体积比78%。3）旋回三是由第（22）~（34）层的含鲕粒灰岩组成，鲕粒体积比在25%~60%之间，灰岩的层厚均匀，与黄褐色粉砂质泥岩互层状产出（图 5e）。下部的鲕粒生屑灰岩中，鲕粒含量约为15%；上部的生屑鲕粒灰岩中，鲕粒含量较多，约为60%。

此外，地层中除了层状或透镜状分布的铁质鲕粒灰岩外，在泥岩和粉砂质泥岩中见具渠模构造的灰岩透镜状，或薄层状透镜体（图 5f），透镜体延伸不足1 m。

3 富铁质岩石类型划分

以野外剖面观察和详细描述为基础，结合室内薄片和扫描电镜的分析发现，石沟里剖面养马坝组铁质在岩石中的富集形式有两种类型，一种是以杂基的形式充填于生物碎屑体腔孔或铁质胶结的形式富集于岩石中，形成铁质生屑灰岩；另一种则是铁质富集于鲕粒纹层中，形成铁质鲕粒，是鲕粒灰岩或鲕粒生屑灰岩主要的颗粒类型，同时也是养马坝组铁质赋存的主要类型。

3.1 亮晶铁质生屑灰岩

该类型的灰岩主要由海百合碎屑组成，鲕粒含量极少，偶尔可见个别鲕粒。生物碎屑周围和体腔内均被铁质包裹和充填（图 6a），颗粒间多为亮晶方解石胶结和少量的铁质胶结物。该类型的岩石形成于水动力较强的生物碎屑滩中，铁质或以杂基形式沉积生物碎屑表层或体腔孔内，或以胶结物的形式存在于颗粒间。主要见于第（2）层生屑灰岩中，层厚0.1 m。

3.2 生屑鲕粒灰岩

生屑鲕粒灰岩是养马坝组铁质鲕粒富集的主要岩石类型，虽然岩石中生物碎屑含量较高，可达30%，但是生屑多构成鲕粒的核心。结合光学显微镜与扫描电镜鉴定分析，鲕粒的类型多样，可根据鲕粒的成分进行划分。

3.2.1 灰泥鲕粒

该类型的鲕粒多呈圆形或椭圆形（图 6b），核心多不可分辨，纹层清晰可辨，成分主要为微晶方解石灰泥，沿纹层分布含量不均的铁质（图 6b），使得鲕粒纹层呈现明暗不均的现象，含量总体不高。填隙物包括灰泥杂基和亮晶胶结物。

3.2.2 绿泥石鲕粒

该类型鲕粒的纹层以绿泥石成分为主，在镜下呈浅绿色。鲕粒核心可以为：1）石英颗粒，颗粒较小，纹层清晰发育，绿泥石质成分，二者构成真鲕，鲕粒的形态为球形或椭球型，属真鲕类型（图 6c）。2）海百合茎碎片核心，海百合碎片体腔中基本上被铁质充填，而鲕粒的纹层相对较薄，纹层清晰可见，为绿泥石质，多为薄皮鲕（图 6d，e），形态受海百合茎碎片的形状影响较大，以椭球型和球形为主。粒间填隙物以亮晶方解石为主，少量铁质胶结（图 6c~e）。绿泥石鲕粒的纹层中均可见黑色的赤铁矿发生后期交代，赤铁矿顺鲕粒纹层分布或者切穿鲕粒纹层（图 6c~e）。

3.2.3 铁化鲕粒

铁化鲕粒中主要成分以灰泥为主，但由于鲕粒纹层中含有一定的铁质，镜下常呈褐色（图 6f），鲕粒纹层中铁质含量不均匀，铁质含量高的位置呈黑色，经扫描电镜能谱分析，鲕粒纹层中铁原子百分比为20%左右。鲕粒多呈球形，粒间以灰泥杂基为主，少量亮晶胶结物。

3.2.4 铁质鲕粒

相对于铁化鲕粒而言，铁质鲕粒中铁质的含量进一步增高，使得鲕粒在显微镜下呈黑色，鲕粒以椭球状或球状为主（图 6g~i）。铁质含量较低的纹层，纹层依稀可见（图 6h），铁质含量高的部位，鲕粒漆黑、纹层不能分辨，鲕粒可能完全被铁化，基本上全部呈黑色，纹层不可见（图 6i）。铁质鲕粒也可能发生方解石的次生交代，通常沿纹层方向分布（图 6h）。铁质不但是鲕粒纹层的重要组成，而且也可包裹在生物碎屑的表层或充填于生物体腔孔中（图 6i），使得生物碎屑呈黑色分布于岩石中。

3.3 铁质鲕粒生屑灰岩

岩石颗粒以生物碎屑为主，含少量鲕粒（15%）。生物碎屑以海百合茎碎片为主，大小不一、杂乱分布（图 6j，k），生物体腔被铁质充填；鲕粒含量15%，鲕粒类型多样，铁质鲕粒（图 6l，m）、变晶鲕（图 6n）和放射鲕（图 6m，o）等混杂在生物碎屑中。其中变晶鲕表现为鲕粒发生重结晶，仅在鲕粒周围残留铁质圆形轮廓。颗粒间充填为铁质胶结和亮晶方解石胶结。

4 铁质鲕粒的沉积环境与成因分析 4.1 沉积环境分析

通过野外铁质鲕粒的产出特征及其镜下特征分析，认为龙门山地区石沟里剖面养马坝组铁质鲕粒沉积于有障壁海岸的潟湖环境，进一步可分为障积颗粒滩和潟湖泥沉积微相。

4.1.1 障积颗粒滩

石沟里剖面养马坝组障积颗粒滩包括生屑滩、鲕粒生屑滩和鲕粒滩3种类型：1）生屑滩是由铁质生屑灰岩组成，呈层状（图 5a，e）或透镜状（图 5a，b）夹于泥岩和粉砂质泥岩中，岩石中主要颗粒为海百合碎片（图 6a、j~k），也可含少量的鲕粒，鲕粒类型多样，如铁质鲕粒、变晶鲕和放射鲕（图 6l~o），铁质充填于颗粒间和海百合茎碎片的体腔孔隙中。上述特征反映该类型生屑滩形成对于水动力条件较强的环境，而多种类型的鲕粒混杂，反映先期形成于不同环境中的不同鲕粒，受风浪作用的改造，经搬运后再沉积所致，而非原地沉积形成的。生屑滩主要分布在第1层的下部第（2）小层、第2层下部的生屑灰岩中。2）鲕粒生屑滩是由鲕粒生物屑灰岩组成，鲕粒的含量在20%~40%，主要包括真鲕和薄皮鲕两种类型，其中真鲕的成分多样，包括灰泥质、绿泥石质和铁质；薄皮鲕由绿泥石质纹层和海百合茎核心组成（图 6e）。该类型鲕粒生屑滩主要分布于第1层的下部。3）鲕粒滩有生屑鲕粒灰岩组成，鲕粒的含量在60%~ 78%之间。第1层中下部和第2层上部的鲕粒含量在60%，主要绿泥石真鲕、薄皮鲕和铁质鲕粒组成（图 6d），生物碎片主要为海百合茎碎片。第1层中上部由铁质鲕粒组成，含量可达68%，其次包括10%的灰泥鲕粒，海百合茎碎片单独存在、体腔内常被铁质充填（图 6i）。

4.1.2 潟湖泥

主要由泥岩和粉砂质泥岩组成，具水平层理、易碎。泥岩中夹见具渠模构造的灰岩透镜状，或薄层状透镜体（图 5f），透镜体延伸不足1 m。可能潟湖受到风暴的影响，形成风暴回流的影响，形成风暴沉积构造。

4.2 铁质鲕粒的成因分析

中国泥盆纪铁质鲕粒的沉积环境以古海盆或古海湾中的浅海—近岸（包括潮坪）最为有利，从海湾滨岸带、三角洲砂坝、滨岸潮坪到半封闭或封闭的浅水潟湖都有分布^[1-3]，其中尤以半封闭或封闭的浅水潟湖最为有利^[2-3]。这是因为潟湖四周大陆风化而来的铁质来源广泛、丰富，潟湖封闭，随各种不同渠道进人潟湖的铁质不易散失、容易聚集^[3]；而浅水的潟湖在波浪、风暴等的作用下，容易形成动荡的水体，进而发育形成铁质鲕粒。铁质鲕粒中铁质矿物的成分又与水体的深度、氧化还原程度有关^{[1, 18-20]}。近岸带，水体较浅、氧气充足，容易形成赤铁矿；远离海岸，水体加深，有机物不断分解出二氧化碳，相应的氧气减少，在这种弱还原、弱碱性环境下，容易形成菱铁矿，如果有硅参与，则可能形成鲕绿泥石^{[1, 20]}。

龙门山地区石沟里剖面中泥盆统养马坝组铁质鲕粒呈薄层状或透镜状颗粒灰岩夹于粉砂质泥岩中，为有障壁海岸环境中障积颗粒滩和潟湖相的产物，因此，铁质鲕粒类型和铁质矿物成分的变化，与沉积环境具有良好的对应关系。

（1）亮晶铁质生屑灰岩：该类型灰岩以生物碎屑为主，基本不含鲕粒，铁质成分主要为赤铁矿，包裹在生物碎片表面或生物体腔内。颗粒间胶结物发育，以亮晶胶结为主（图 6a）。这些特征均反映其沉积于水动力较强的浅水、氧化的近岸环境中，在此环境下不利于鲕粒的形成，为滨岸带生屑滩的产物，其沉积不受障积滩的影响。

（2）灰泥鲕粒和铁化鲕粒：这两类鲕粒均纹层发育、核心不发育，虽然纹层中也分布少量铁质纹层，但主要以灰泥质为主（图 6b，e），这两类鲕粒应都形成于障积滩向广海的一侧、水体开放的环境中。不同之处在于鲕粒形成的过程中，沉积水体中铁质含量的不同所致。铁化鲕粒纹层发育，富含氧化铁，能谱分析中虽然元素类型多样，但是从元素成分的组合上分析属于铝硅酸盐（AlSiO）与Fe₂O₃的成分组合（图 7a），表明鲕粒形成于水动力较动荡的氧化环境中，在纹层形成阶段，氧化铁就参入沉积过程。这类鲕粒沉积部位同样应位于潟湖障积滩向广海且靠近障积滩的一侧。该环境下水体动荡、能量较强，而且水体靠近物源区，铁质含量较高，因此，利于形成具氧化铁质同心纹层的鲕粒，最终形成铁化鲕粒。灰泥鲕粒也形成于障积滩向广海一侧，但是其形成位置相对远离障积滩，该位置相对远离物源区，铁质含量相对较低。在动荡的环境中鲕粒主要附着灰泥生长，虽然沉积水体中也有少量的铁质，但总体含量较低，因此形成的鲕粒纹层主要成分以灰泥为主，从而形成灰泥鲕粒。灰泥鲕粒和铁化鲕粒的分布并非绝对的，二者可以一定比例的共存。如图 3中的第（4）层和第（6）层中，灰泥鲕粒占20%，铁化鲕粒占15%。

（3）绿泥石真鲕和薄皮鲕粒：鲕粒的核心多为海百合茎碎片，纹层较薄、以薄皮鲕为主，这些特征反应了其形成水体能量较弱，而纹层中富含绿泥石也反应其形成于相对安静的水体中^[20-22]。因此，该类型的鲕粒最为有利的沉积部位为障积滩向潟湖的一侧。受障积滩的阻挡，潟湖内水体能量弱，不利于形成持续动荡的水动力条件，仅仅形成较薄的纹层，而形成薄皮鲕。绿泥石真鲕中常见黑色的赤铁矿沿纹层分布，也可切穿纹层，总体呈不规则状（图 6f），表明其为后期交代的产物，可能是孔隙水中富含铁质，在成岩时发生富集、交代鲕粒所致，并非同沉积时形成的。

（4）铁质鲕粒：虽然该类灰岩中也可能含有一定的生物碎屑，但是鲕粒全部被铁化，成分包括氧化铁和碳酸亚铁，如图 7b中能谱分析所示同样元素类型多样，但是从元素成分的组合上分析属于铝硅酸盐（Al、Si和O）和碳酸亚铁成分组合，反应其形成环境并非完全是氧化环境，而是向还原环境过渡，FeCO₃的出现反应其沉积环境为还原、弱碱性环境，潟湖最有利于形成这种环境。铁化鲕粒纹层难辨，呈黑色团粒状，这是因为在潟湖环境中水动力条件很弱，铁质可逐渐凝聚，形成无核心、无环带的团粒，由于表面张力，形成与鲕粒相似的圆形、椭圆形^[3]。

（5）铁质鲕粒生屑灰岩：该类型的灰岩以生物碎屑为主，岩石中生物碎屑大小不一、杂乱分布，而且鲕粒类型多样，铁质鲕、变晶鲕、放射鲕等混杂在生物碎屑颗粒中，填隙物分布不均。该特征表明其遭受搬运、再沉积形成的。该类型的沉积发育位置不固定，可能与间歇性风暴浪作用有关，如泥岩中夹有渠模构造的灰岩透镜状（图 5f），就是风暴形成风暴侵蚀构造的标志。

5 铁质鲕粒的沉积分布模式

根据龙门山地区石沟里剖面中泥盆统养马坝组各种铁质鲕粒的成因，结合其在沉积地层中的分布特征，建立了该区有障壁海岸环境中铁质鲕粒沉积分布模式（图 8）。

缺少鲕粒的铁质生屑灰岩，沉积于受波浪、风暴等作用影响较强的滨岸带，沉积环境的水动力较强，不易形成鲕粒。在氧化条件下，较强的水动力作用使得氧化铁矿物质仅保存于生物碎屑颗粒的孔隙中，形成铁质生屑灰岩，从而构成生屑滩。

在有障壁的海岸环境中，障积滩向海的一侧具有动荡的水动力条件，有利于灰泥正常鲕粒沉积，当水体处于氧化环境时，可能形成铁化真鲕；在障积滩向潟湖的一侧，具有相对较弱的水动力条件，形成薄皮鲕而且纹层中富含绿泥石。而在潟湖环境中，水体相对安静、能量较低，铁质逐渐凝聚，形成无核心、无环带的团粒^{[3, 18]}，这些团粒就是不显纹层的铁质鲕粒，这些不同类型的鲕粒富集，形成不同的类型的鲕粒滩。

高能的波浪和风暴可以将先前的沉积物搅起、混合并发生搬运，形成复杂鲕粒成分的鲕粒生屑灰滩，分布于潟湖或滨岸环境中。

6 结论

（1）龙门山地区石沟里剖面养马坝组的铁质富集层的岩性为生屑灰岩、鲕粒生屑灰岩和生屑鲕粒灰岩，呈层状或透镜状分布夹于粉砂质泥岩和泥岩中。

（2）龙门山地区养马坝组铁质鲕粒的类型多样，根据鲕粒成分可将其划分为灰泥鲕粒、绿泥石鲕粒、铁化鲕粒和铁质鲕粒4种类型。

（3）建立了龙门山地区石沟里剖面养马坝组铁质鲕粒的有障壁海岸潟湖沉积模式，从障积滩外侧、障积滩内侧到潟湖，依次发育灰泥鲕粒、铁化鲕粒、绿泥石真鲕、绿泥石薄皮鲕和铁质鲕粒。