多重地层划分理论及其在四川盆地寒武系底界划分中的应用

2013-01-10邓鸿斌洪海涛

天然气勘探与开发 2013年1期

邓鸿斌满玲陈文洪海涛刘鑫

(中国石油西南油气田公司勘探开发研究院)

0 引言

四川盆地寒武系与震旦系的划分界线多年来在业界一直存在争议，各有依据和理由。都是按照传统的地层学理论和传统的地层划分方法进行研究，一定要找出一个年代地层单位和岩石地层单位都统一的界线。但年代地层单位主要由古生物化石及其组合以及同位素年代等来确定，而岩石地层单位主要依据岩性特征及其岩石组合特征来确定，这两种不同的属性所划分的界线可能一致，也可能不一致。当一致时，统一的界线很好确定，业界也能够一致接受；当不一致时，就出现了矛盾，就难以找到合适的统一界线，以致产生众说纷纭的局面。自从现代地层学—多重地层划分理论出现并得到广泛应用后，这样的矛盾实际上已经不存在，而是迎刃而解了。解决好这个基础地质问题，不论是对目前乐山—龙女古隆起重点层位—震旦系、寒武系的勘探，还是对另一热点—下古生界页岩气的勘探开发都具有重要意义。

1 多重地层划分理论

现代地层学的核心是多重地层划分理论，现代地层学是相对传统地层学而提出的，传统地层学的核心是“统一”，现代地层学的核心是“多重”。

多重地层划分的定义是指地层具有许多不同的特征和属性(有机的、无机的、物理的、化学的、生物的、年代的)。根据其任一特征和属性都可以划分地层，因此地层可以有许多种分类，每种分类都有各自独特的单位，对一套地层进行多种地层单位的划分，就是多重地层划分，各类单位的界线可以一致，也可以不一致。

1.1 岩石地层单位

岩石地层单位是成层或非成层的并呈现总体一致性的一个三维空间的岩石体。根据可观察到的岩石性质、来确定其含义，说明其性质；岩石地层单位可以由一种或多种沉积岩、喷出岩或变质岩组成，是地质填图的基本单元也是区域地层学的基本要素。

岩石地层单位的种类：①正式岩石地层单位：符合中国地层指南关于岩石地层划分和单位定义的规定，并按命名程序给予命名的岩石地层单位，它包括群、组、段、层；②非正式岩石地层单位：是为某些特殊需要而提出的一个无需正式命名，也不需符合命名为正式岩石地层单位的岩石体，如生油层、储集层、盖层、煤层、采石层等；③ 特殊岩石地层单位：特殊岩石地层是相对于正常岩石地层而言，是指原始层状或非层状岩石体遭受后期的构造作用，变质作用和岩浆作用等的强烈影响与改造后形成的一套岩石体，其原始地层的顺序受到严重破坏，岩石特征、结构与构造部分或全部遭受明显改造与重组，或发生大幅度构造推覆与位移，致使难以用正常岩石地层的分类方法对其进行命名、划分与对比。

1.2 生物地层单位

生物地层单位是根据其所含化石来定义和说明特征的地层体。它是一个客观实体，其识别与划分的依据是岩层中可见的那些特定的可鉴别的生物化石。

从整体上看，生物化石显示了随地质时间推移的进化演变，这种演变在地层记录中是不重复的，因而生物地层单位就具有相对地质年龄的价值。

生物地层单位统称生物地层带，简称生物带。生物地层划分可采用不同生物特征(如以全部化石或某类化石的组合特征、共生情况、延续范围、富集程度、形态特征等)为根据。因此，有含义和内容很不相同的多种生物带，经常使用的有组合带、延限带、间隔带、谱系带和富集带。他们之间不存在从属关系、也不互相排斥，更不是代表生物地层单位的不同等级。最常用的是组合带和延限带。

组合带(Assemblage zone)：是三个以上生物分类单位构成一个独特组合或共生的地层体。它强调一起埋葬在岩层中的全部或某类化石的整体特征，而不是任一选出成员的某一特征，它更能反映该岩层生物的客观、自然总貌。

延限带(Range zone)：是指在地层序列的化石组合中，经过筛选的任何一个或几个化石分子的已知延限所代表的那段地层体。

1.3 年代地层单位

年代地层单位是指在特定的地质时间间隔中形成的地层体。形成年代地层单位的地质时间间隔称为地质年代单位。年代地层单位的顶、底界线都是以等时面为界的。它们的大小随形成岩石所需的时间长短，而不是根据岩石绝对厚度来确定。划分年代地层单位的目的首先是确定地层的时间关系，其次是建立一个全球的标准年代地层表。年代地层单位可划分为宇、界、系、统、阶五级，相应的地质年代单位为宙、代、纪、世、期五级。

1.4 其他地层单位

其他地层单位包括磁性地层极性单位、地震层序地层单位、层序地层单位、测井地层单位以及事件、定量、化学等地层单位。

2 四川盆地寒武系底界的划分

震旦系沉积后，由于桐湾构造运动的影响，上扬子地区抬升，地层遭受剥蚀，形成了高低不平的古地貌；早寒武世早期，就是在这种高低起伏的古地貌基础上，开始了梅树村阶(麦地坪组)和筇竹寺阶(筇竹寺组)的沉积。

2.1 麦地坪组Maidiping Fm .(∈1m)的特征

麦地坪组广泛分布于四川西南部的峨嵋、乐山、峨边、汉源、甘洛等地区，地腹在资阳、长宁地区钻遇这套地层，新近完钻的汉深1井也钻遇了这套地层。麦地坪组所含化石属于寒武纪早期，以碳酸盐岩为主的下段从岩性上与下伏的灯影组白云岩相似，二者难以见到明显的划分界限，与下伏灯影组的分界主要依靠古生物化石作为划分依据，与下伏震旦系灯影组为连续沉积，为整合接触关系，与上覆筇竹寺组为平行不整合接触关系。

根据岩性和生物组合特征可以分为上、下两段。

上段：灰色、深灰色中厚层状含胶磷矿砂砾屑细晶白云岩、硅质、磷质白云岩以及云质磷块岩，底部夹一薄层(1～10cm厚)灰黄色水云母粘土岩。本段小壳动物化石非常丰富，约有25属40种左右，以Siphogonuchites-Paragloborilus为代表，组成第Ⅱ化石组合，主要分子有软舌螺类Paragloborilus，Lapworthella，Ovalitheca，Circotheca，Turcutheca，Burithes，Trapezovites，Actinotheca，似软舌螺类Hyolithelus，腹足类Latouchella，Igorella，单板类Scenella，骨片类Siphogonuchites，Zhijinites，Fomitchella，似盾壳虫类Sachites，海绵骨针类Chancelloria，Protospongia，腕足类Punctella等。

下段：深灰、灰黑色薄—中厚层含球粒状胶磷矿细晶白云岩夹硅质白云岩、磷质硅质岩、硅质岩、它们或呈条带状、纹层状相间互层，或亲密共生，其突出特点是岩石中普遍具有含磷砂屑、含磷核形石、磷质小壳动物、磷质藻类等组分，细分岩性十分复杂，按成分、结构组合命名的岩石类型多达20多种，如资4井在2.22m厚井段的岩石薄片中，由5～6种各种不同的薄层层纹和条带组成，纹层或条带最厚14mm，最薄0.35mm，一般0.5～2.5mm，过渡性岩石名称多种多样；富含小壳动物化石，以Anabarites -Circotheca为代表，组成第Ⅰ化石组合，主要分子有软舌螺类Circotheca，Rugatotheca，Anabarites，似软舌螺类Coleolella，Hyolithelus，似牙形刺类Protoherizina等。

麦地坪组在峨眉周边小范围内厚度变化不大，例如在峨眉高桥麦地坪厚度为38.42m，乐山范店为35.60m，峨边老汞山41.28m，甘洛大桥为55.00m；但是在大范围内厚度变化很大，例如至雷波抓抓崖厚度变为167.00m，会东大桥小街为251.3m，宁2井为137.5m，资4井为209.5m，汉深1井为19.5m。

测井曲线特征：井下测井曲线特征明显，中部伽玛值突然呈数量级升高，伽玛值最高可达900API，呈高值高齿状曲线特征，下部伽玛值略有降低，呈中值低齿状曲线特征，底部以伽玛值的突然急速降低为分层划分依据，与震旦系灯影组分界。

2.2 筇竹寺组Qiongzhusi (Chiungchussi) Fm . (∈1q)的特征

筇竹寺组分为下、上两段。下段(石岩头段，原称八道湾段)；下部为黑色薄层状含磷泥质粉砂岩，中上部为灰、深灰色薄—中层状泥质、白云质粉砂岩夹粉砂质白云岩，底部为一层0.4m厚的结核状海绿石质硅质磷块岩及粘土质页岩为标志层；其上为一层黑色碳质页岩，与下伏朱家箐组中谊村段白云岩为假整合接触；中部产小壳化石Allatheca，Eonovitatus，Chancelloria，Hyolithellus等，上部产遗迹化石Plagiogmus，Gordia等；厚54m。上段(玉案山段)：下部为黑色薄层状粉砂质炭质页岩，中上部为黄绿色页岩夹薄层状砂岩；底部产丰富小壳化石Neogroborilus，Sachites，Sinosachites，Lapworthella，Allonia等，组成第Ⅲ小壳动物化石组合；下部产三叶虫Parabadiella ，Tsunidiscus，Wutingaspis，金臂虫Meishucunella，Hancuungella等；中上部产三叶虫Eoredlichia，Yunnanocephalus，Kuanyangia，Wutingaspis，金臂虫Kunmingella，Mononotella 和腕足类、古蠕虫类、鳃曳动物、小型水母和非三叶虫节肢动物等，化石带自下而上为①Sinosachites- Lapworthella带；②Parabadiella带；③Eoredlichia带；厚72.4m。

测井曲线特征：自然伽玛曲线呈高值高幅低齿状，GR值分布范围为30～500 API，平均113.635 API，深侧向电阻率曲线呈高值低幅齿状，RLLD值一般在4～3500Ω.m，平均123.167Ω·m，深浅侧向电阻率曲线无幅度差。

2.3 寒武系底界的划分

不同时期不同的研究者按照传统的地层学原理，根据不同的依据和各自的认识，寒武系的底界曾经至少存在过4种分层划分方案：①划分在麦地坪组底部(图1B—B线)，②划分在麦地坪组与筇竹寺组之间(图1 A—A线)，③划分在梅树村阶的顶部；④划分在比麦地坪组底界更低的一套紫红色泥页岩和碎屑岩的底部。随着研究的不断深入，后两种方案基本上被大多数地质工作者否定并放弃，但是第一和第二种分层划分方案始终都有充分的依据和理由，一直成为争论和矛盾的焦点。但是采用现代地层学原理—多重地层划分理论，这个矛盾的问题就迎刃而解了。

依据国际前寒武系-寒武系界线的划分原则，以后生软驱动物群进化到首次大量出现多门类小壳动物群的变化点为准，后生软驱动物群归属于前寒武纪，大量出现多门类小壳动物群首次出现就是寒武纪的开始。四川盆地寒武系与下伏震旦系的接触关系在岩性上是一种渐变关系，其划分界线是以古生物化石为主要依据，在米仓山地层小区称为宽川铺组、在大巴山地层小区称为黄鳝洞组、在川南—川东地层小区称为大岩组，在雷波和川西—川中地层小区称为麦地坪组，这些底层中都存在寒武纪早期的古生物化石—大量的多门类带壳动物[1-3]，南京古生物研究所的钱逸、云南地质所的罗慧麟等认为，这些地层中所含的小软舌螺、织金钉、园管螺等带壳化石是寒武纪早期的生物组合，属于寒武系无疑。这个分界线确实存在，并且是以古生物化石为主要依据，是生物地层单位的分界线，以Anabarites-Protohertzina 组合带的底界为界线，完全对应于年代地层单位(图1 B—B线)，为了与国际地层研究接轨，大部分古生物地层专家赞成将寒武系的底界划分在麦地坪组底界。

麦地坪组与筇竹寺组之间的界线是碎屑岩和碳酸盐岩的截然界线，麦地坪组下段为硅质白云岩、磷质白云岩、泥质白云岩夹白色硅质岩，上段则主要是磷质页岩、黑色硅质岩、硅质泥岩、泥质磷块岩、磷块岩等夹硅质白云岩，伽玛曲线为高值高幅齿状，大量的钻井资料如资4井、宁2井以及汉深1井的测井资料都具有这个特征。在筇竹寺组沉积前，其下的麦地坪组缺失或保存不全时(如川东、川北等地区)，则为筇竹寺组(牛蹄塘组、水井沱组、郭家坝组)直接覆盖在碳酸盐岩之上，这就是在川东和川北以及滇、黔、鄂的广大范围内形成的区域性假整合面，侵蚀面上均见一薄层褐铁矿和铝土矿，在滇东的昆阳、海口磷矿开采面上梅树村组上、下段之间(相当于麦地坪组和筇竹寺组之间)也见有褐铁矿风化壳，在黔北的牛蹄塘组、石柱老厂坪和峡东的水井沱组、南江的郭家坝组底部均见到这一假整合面。这一假整合面反映了在筇竹寺期沉积前，在西南、华中的广大地区，地壳发生了整体抬升，并遭受了不同程度的剥蚀，因此从地壳运动的观点，将这一区域性的假整合面作为寒武系岩性地层单位的底界也是合理的，而且在地面和井下都易于掌握；并且大量的测井资料也支持这种观点，在井下缺少古生物化石的情况下，可以利用丰富的测井资料进行测井地层单位的划分，所划分的测井地层单位与上述的岩性地层单位吻合度极高(图1 A—A线)。

那么寒武系的底界究竟划分在哪里更合适呢，这两个地层单位划分的界线并不完全一致(图1)。如果按照传统的地层学原理这是矛盾的，是不能够接受的；但是采用现代地层学原理—多重地层划分理论，这个矛盾的问题就迎刃而解了。

麦地坪组底部的界线(图1 B—B线)是以古生物化石为主要依据，属于生物地层单位，完全对应于年代地层单位。寒武系底界的年代地层界线，全球界线位于加拿大布伦半岛的层型剖面, 界线点为遗迹化石Phcodes pedum带之底，中国云南晋宁梅树村剖面是地区性层型剖面,也是中国的划分标准。寒武系底的界线点为第一个小壳化石带Anabarites- Protohertzina-Arthrochites组合带之底，位于朱家箐组之底；由于Anabarites- Protohertzina-Arthrochites组合带中常见加拿大布伦半岛剖面寒武系底部遗迹化石带的带化石Phcodes pedum，说明两个剖面寒武系底部化石带可作对比，层位相当，底界也是等时的；四川盆地麦地坪组底部的第一个小壳化石带Anabarites- Protohertzina组合带与云南晋宁梅树村剖面朱家箐组底部第一个小壳化石带几乎同名，完全等时。因此四川盆地寒武系的底界只能置于麦地坪组及与其相当的宽川铺组、大岩组和黄鳝洞组之底。而麦地坪与筇竹寺组之间的界线(图1 A—A线)是以岩性及其组合特征为依据，辅以测井曲线特征，并且具有区域性平行不整合面的佐证，属于岩石地层单位和测井地层单位的界线，从生产实际应用和方便实用的角度出发，可以作为寒武系底界划分的辅助界线。