黔南－桂中地区二叠系沉积体系展布规律及演化

2012-08-01张成弓陈洪德陈安清林良彪

成都理工大学学报（自然科学版） 2012年6期

张成弓陈洪德陈安清林良彪隆轲杨帅

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院贵阳研究所，贵阳550004）

碳酸盐岩分布面积占全球沉积岩总面积的20%，所蕴藏的油气储量占世界总储量的52%，全球高达90%的油气储量发现于海相地层［1］。从近年来的油气发现特点看，碳酸盐岩仍然是全球发现大型、特大型油气田的重要领域，海相地层已成为大油气田发现的最主要场所。中国南方的海相地层则有着其特殊性，比如地层年代较老、热演化程度较高、构造较复杂、成藏规律较复杂等等［2－4］。四川盆地碳酸盐油气勘探的巨大成功，显示出碳酸盐岩区的礁滩相带是中国南方油气勘探的重要目标。而黔南－桂中拗陷是中国南方保存条件相对较好的地区之一，二叠系层位则具有较好的石油地质条件［5］；但是在油气勘探方面至今还没有大的突破，可能与对该地区沉积演化及礁滩相带分布的认识不够深入有关。本文通过运用层序地层学的相关理论及研究方法，对黔南－桂中地区的二叠系层序格架内的沉积体系发育特征及空间展布进行系统研究，并探讨该地区二叠纪古地理的演化，预测礁滩相带的分布，为该区油气勘探提供理论依据。

1 地质背景

本文研究的黔南－桂中拗陷横跨两省区，包括广西壮族自治区中北部和贵州省东南部（图1），大致位于东经105°15′～110°15′，北纬23°10′～27°20′，勘探面积约83 000km2，其中桂中拗陷的面积为53 900km2，黔南拗陷的面积为29 400 km2。北界为贵阳－镇远断裂，东北方向和雪峰隆起相邻，东界为大瑶山断裂和龙胜－永福断裂，西界为紫云－罗甸断裂。桂中次拗横跨华南褶皱系和扬子陆块2个大的构造单元，其重磁力场与基底莫霍面处于变化过渡带附近，基底很可能存在分异。黔南次拗处于扬子陆块的西南边缘，上元古界上部的下江群或丹洲群（约800Ma前）浅变质岩系构成该拗陷的基底，具有双层与“岛链”式结构双重特点。

图1 黔南－桂中拗陷及其周缘构造单元划分及剖面点位图Fig.1 Tectonic unit division of study area ＆its periphery and profile site

黔南－桂中拗陷是一个主要由古生界海相地层充填的残留盆地。黔南拗陷古生界保留较全，具有上古下古2套勘探组合，由海相碎屑岩及碳酸盐岩组成，厚度达6～10km；桂中拗陷晚古生代地层保留较全，由海相碎屑岩及碳酸盐岩组成，累计厚度可达6～8km，其中泥盆系深埋地腹，地面出露中上石炭统和二叠系，向斜区保留部分三叠系。黔南－桂中拗陷构造上处于湘桂滇多期复合构造区，是在板内活动带形成的残留盆地，也是扬子地区海相残留盆地的典型代表，与中国西部的塔里木、鄂尔多斯、四川等稳定的海相盆地有着本质的区别。该盆地沉积充填演化过程独特，成烃、成藏和保存亦有自身的特色，从而导致油气勘探方法及勘探关键要素与稳定海相盆地有很大的差别。从已有的油气显示看，具备发育大、中型油气藏的石油地质条件，是中国海相碳酸盐油气勘探的有利地区之一。

2 层序地层划分

黔南－桂中拗陷的古生界海相地层保存较为完整，受后期构造抬升作用的影响，周缘地表露头多，是中国南方海相地层研究的经典地区［7，8］。本研究进行了大量的二叠系野外露头剖面测量，包括贵州织金、贵阳龙里间、平塘甘寨、贵州独山甲刀寨、广西河池五圩乡莲花坳等典型的二叠系剖面（图1），并收集了研究区内仅有的几口钻测井资料。依据经典的Vail层序地层学理论和技术方法，结合已有的研究成果［9－14］，对研究区内的钻井和露头剖面进行了层序界面的识别、体系域划分和层序结构特征分析，将黔南－桂中拗陷发育的二叠系划分出2个二级层序（或称为超层序）、12个三级层序（表1、图2）。三级层序PSQ1相当于下二叠统隆林阶；三级层序PSQ2－PSQ7相当于中二叠统，三级层序PSQ8－PSQ12构成上二叠统。其中，PSQ1－PSQ7叠加构成SS1超层序，PSQ8－PSQ12叠加构成SS2超层序的LST和TST。

图2 贵州织金－黔南安参井－贵阳龙里间－平塘甘寨层序及沉积相划分对比图Fig.2 Comparison of stratigraphic sequences and sedimentary facies among Zhijin，Well Ancan，Longlijian and Ganzhai Pingtang in Guizhou

表1 黔南桂中地区二叠系层序划分方案Table 1 Stratigraphic classification scheme for Permian in South Guizhou and Middle Guangxi

3 层序格架与沉积体系

构建层序地层格架即把不同地区同时代发育的地层有序地纳入统一的地层－时间格架当中进行等时地层对比［15］。层序地层格架的建立是沉积相空间展布、古地理再造、盆地演化历史的基础，同时为生、储、盖的空间叠置关系及资源评价研究提供更为可靠的地质依据。根据层序地层的层序界面级次、体系域结构特征，将研究区内所有的地层剖面进行了层序地层分析和对比，建立了黔南－桂中地区二叠系的层序地层格架（图2）。

根据野外露头和钻测井资料（图3）、室内薄片分析，进行了岩石类型、沉积构造、剖面结构和岩性关系的综合分析，在研究区的二叠系中识别出了海岸、碳酸盐台地和台盆三大沉积体系，并在层序格架内进行了沉积相对比（图2）。

3.1 海岸沉积体系

海岸体系分为有障壁海岸和无障壁海岸2种沉积相。研究区只出现无障壁海岸中的滨岸相，分布于黔南拗陷的梁山组（相当于超层序SS1下部）和龙潭组（相当于超层序SS2下部）。如贵州省独山县甲刀寨的中二叠统剖面，该剖面的梁山组下段为呈黄灰色的板状石英砂岩（图4－A），中段的石英砂岩则夹碳质页岩，顶部沉积粒度变细、泥质含量高，为粉砂质泥岩，常呈叶片状。从沉积特征判定，该剖面的梁山组为滨岸沼泽环境沉积。

图3 黔南拗陷安参井上二叠统电测曲线特征Fig.3 Upper Permian electric log curves characteristics of Well Ancan in the South Guizhou depression

3.2 碳酸盐台地沉积体系

碳酸盐台地是黔南－桂中地区二叠系的主要相带，又可分为镶边台地和孤立台地，主要发育于层序SS1的TST、HST和层序SS2的TST。镶边台地主要发育于黔南地区；孤立台地主要发育在桂中地区。碳酸盐台地体系包括局限台地相、开阔台地相、台缘滩相和台缘斜坡相。

3.2.1 局限台地

该相带指台地内水流循环受限的区域，水体较咸，生物分异度较高。常见反映蒸发环境的岩性或沉积构造。

在广西河池五圩乡莲花坳剖面（图5），下二叠统隆林组由潟湖和砂坪亚相组成，其底部为深灰色绢云板岩、含粉砂泥岩、粉砂岩、灰黑色含云含生物屑微晶灰岩。本层岩石具沉积韵律，为粉砂岩－粉质泥岩－绢云板岩－含云含生物屑微晶灰岩，每个韵律厚度约为5m.绢云板岩和含粉砂泥岩及粉砂岩具水平层理，纹层发育；粉砂岩见平行层理、砂纹层理，泥质或粉砂质结构，残余生物屑结构，产少量生物碎片；含云含生物屑微晶灰岩，具水平层理，纹层局部发育，生物屑结构，微晶结构，单层厚10～30cm，含少量硅质团块，生物化石有菊石、腕足碎片。中部深灰色薄－中层状含云微晶灰岩夹灰黑色含生物屑硅质岩，两者之比约4∶1～5∶1，含云微晶灰岩具水平层理，纹层局部发育，微晶结构，单层厚10～30cm，具沉积韵律性，每个韵律4～6m，生物化石有腕足、菊石，多为碎片。含生物屑硅质岩具水平层理，条带状构造，生物屑结构，微粒结构，单层厚3～8cm。显条带状分布于灰岩中，局部呈团块状。

图4 黔南－桂中地区二叠系沉积特征Fig.4 Permian sedimentary characteristics in South Guizhou and Middle Guangxi

图5 广西河池五圩乡莲花坳下二叠统隆林组局限台地相沉积特征Fig.5 Lower Permian Longlin Formation restricted platform facies characteristics in Hechiwuyu village of Guangxi province

顶部以风化后为灰黄、黄灰、浅黄色绢云板岩、粉砂质泥岩为主，次为深灰色硅质岩。前两者具水平层理，纹层发育泥质、粉砂质结构，单层厚3～5cm，生物化石产腕足；硅质岩具水平层理、平行层理、砂纹层理，微粒结构，单层厚5～10cm。本层岩石具沉积韵律性，厚约3～5cm，为硅质岩－粉砂质泥岩－绢云板岩。

3.2.2 开阔台地

该相带为台地内开阔的浅水环境，水体循环较通畅，盐度正常。

黔南地区主要发育在中－下二叠统的猴子关组，中二叠统的茅口组、栖霞组，及上二叠统的长兴组；桂中地区主要发育在中二叠统的栖霞组、拔旺组。该相带发育的岩层厚，岩石类型多，包括生屑灰岩、颗粒灰岩、泥晶灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩及白云岩，可见小型交错层理和水平层理等。生物种类丰富，绝大部分为底栖固着类，包括有孔虫、、头足、腕足、棘皮、藻类、竹节石。

如贵阳市的平塘县甘寨剖面发育的栖霞组主要为开阔台地相，可识别出滩和滩间2个亚相。该剖面底部主要为深灰色的厚层状生屑微晶灰岩；中段以生屑灰岩为主，夹少量钙质泥岩；顶部为深灰色生屑灰岩，属生屑滩亚相。该剖面的茅口组中下段生物碎屑灰岩为生屑滩亚相；中部发育瘤状灰岩、燧石层等，属滩间亚相；中上段为以生屑灰岩为主（图4－B），并发育有含燧石结核的泥灰岩，夹有介壳灰岩，发育水平层理（图4－C），生物化石包括刺毛类、有孔虫、三叶虫、腕足、腹足、、珊瑚、介形类、海百合茎，为滩和滩间亚相交互环境。

3.2.3 台缘浅滩

位于碳酸盐台地与广海之间，海水循环通畅，能量高（水深5～10m），氧气充足，盐度正常，生物繁盛；主要由生物碎屑灰（云）岩、砂屑灰岩、鲕粒灰岩、层孔虫灰岩、珊瑚灰岩等组成。该相带的岩性包括鲕粒灰岩、鲕粒白云岩、生物碎屑灰岩、枝状层孔虫灰岩、亮晶砂屑灰岩、藻团粒、砂屑白云岩等；见少许原地生物，剖面具逆粒序结构，发育底冲刷构造和低角度交错层理。颗粒灰岩较高的结构成熟度反映水体能量较高，环境动荡。

该相带主要分布在黔南地区的长兴组，主要由灰白色中－厚层生物碎屑灰岩夹燧石结核灰岩组成（图6）。另外在贵州平塘甘寨剖面上，上二叠统长兴组的台地边缘浅滩相主要为灰白色中－厚层含生物碎屑微晶灰岩，下部灰岩偶见燧石结核。

图6 黔南地区长兴组台地边缘浅滩相－台盆相沉积特征Fig.6 Charicteristics of Changxi Formation platform edge shallow facies ＆platform basin facies in South Guizhou

3.2.4 台缘斜坡

该相带为台地面向广海的斜坡地区，处在浪基面之下、风暴浪基面之上。沉积建造不稳定。一般为层状细粒岩，发育大型滑塌构造，或呈楔状层及前积层，岩性主要为灰泥丘和钙屑砂岩。研究区内台地前缘斜坡相在黔南地区的平塘甘寨中二叠统栖霞组发育，为一套生屑灰岩和泥岩互层（图4－D）。

3.3 台盆沉积体系

水体深度处于陆棚与深海盆地之间，发育扬子克拉通的活动型或碎裂型边缘的碳酸盐台地或陆棚背景，与碳酸盐孤立台地相间分布，相当于曾允孚等（1985）提出的“次深盆地相”。台盆沉积体系是黔南－桂中地区二叠系非常特色的相带，分布于桂中地区，主要发育层位为层序SS1的TST和SS2的TST，是烃源岩的主要形成环境。台盆为研究区的一个典型沉积环境（图6）。如贵州省平塘县甘寨剖面的大隆组，厚约50m，主要由薄层状的硅质岩组成（图4－E），夹有碳质页岩，层面上见有菊石（图4－F）、腕足、双壳等化石。

4 层序－古地理演化

通过对研究区的露头剖面和钻井的沉积相分析，结合黔南－桂中地区二叠纪的构造背景［16－21］，恢复了几个不同时期的古地理面貌，揭示了该时期的沉积格局：黔南地区（南丹－河池断裂以北）为台地环境；而桂中地区（南丹－河池断裂以南）为典型的“台－盆”相间环境。这种格局受同沉积断裂控制，台盆及孤立台地为断裂切割所致，下降盘形成盆，地垒区形成孤台。

a.早二叠世隆林期对应于层序SS1的低位期（LST）。研究区北部地区受海平面快速下降的影响，成为暴露剥蚀区，剥蚀区边缘为滨岸环境；南部为残留台盆环境和台隆，即“盆－隆”相间，仅在罗甸—河池—宜州一带发育台地边缘礁滩、斜坡相沉积，黔南－桂北地区中的小部分地区还维持着二叠纪前的台盆沉积（图7－A）。

b.中二叠世对应于层序SS1的海侵期（TST）和高位期（HST），该时期海平面上升导致整个研究区被海水淹没。桂中地区受北东和北西方向2组同沉积断裂体系再次活动的影响，成为“台－盆”相间的格局（图7－B）。下降盘形成的台内盆地水体明显加深，地垒区形成孤台在动荡的水体环境下发育滩相沉积。北部的黔南地区主要发育局限台地和开阔台地相。该时期沿桂林－柳州－宜州－罗甸一线发育了一条的狭长的台缘礁滩和台缘斜坡相带。

图7 黔南－桂中地区二叠纪古地理再现图Fig.7 Paleogeographic map of Permian in South Guizhou and Middle Guangxi

c.晚二叠世吴家坪期对应于层序SS2的低位期（LST），受东吴运动（中二叠世末期）的影响，相对海平面再次大幅度下降，整个研究区几乎全部被暴露，仅仅在西南角残留一台盆，该台盆周缘的百色－河池－罗甸一带为台缘礁滩－台缘斜坡环境。研究区东南角的贵港地区发育面积很小的陆棚沉积（图7－C）。

d.晚二叠世长兴期对应于层序SS2的海侵期（TST），海平面快速上升，整个研究区再次被海水淹没。北部的黔南地区主体为开阔台地－局限台地沉积，在贵阳－都匀－独山地区发育台盆环境。沿中部的紫云－罗甸－河池－柳州－桂林一线发育含角砾灰岩，为前缘斜坡沉积。往南再次成为“台－盆”相间格局，以地垒为基础的孤立台地以发育生屑灰岩为特征（图7－D），包围孤立台地的台盆环境以发育泥灰岩、页岩和硅质岩为特征。

5 结论

a.黔南－桂中拗陷发育了比较完整的二叠系海相地层，可划分为2个超层序（或称为二级层序）和12个三级层序。

b.黔南－桂中地区二叠系发育海岸、碳酸盐台地和台盆沉积体系。其中，黔南地区整体上是以台地相为主，桂中地区则以台盆相间的沉积格局为主。

c.早二叠世，受全球海平面变化和构造抬升作用的影响，黔南地区为暴露剥蚀区，桂中地区为盆－隆相间的沉积格局；中二叠世，海平面快速上升，黔南地区被淹没，沉积环境演变为台地环境，南部的桂中地区形成明显的“台－盆”相间格局；晚二叠世早期的东吴运动造成研究区大面积隆升剥蚀；晚二叠世中晚期，海侵作用使黔南地区再次淹没成为台地环境，南部桂中地区则演变为“台－盆”相间的沉积格局。

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