中上扬子地区栖霞期缺氧沉积特征

O 钱树 张萌萌(长江大学地球科学学院 湖北 430100)

中上扬子地区栖霞期缺氧沉积特征

O 钱树 张萌萌
(长江大学地球科学学院 湖北 430100)

中上扬子地区栖霞期缺氧沉积在研究区东部贵阳-建始-瑞昌一带较为发育。缺氧沉积的岩石类型主要有暗色泥页岩-薄层硅岩-泥晶石灰岩组合和含泥石灰岩即眼球状石灰岩的“眼皮”部分。分别对这两种组合的地球化学特征、岩石特征、古生物特征进行了研究，并分析了各自的缺氧环境的成因。研究区栖霞组缺氧沉积的成因主要是上升流，主要形成Ⅱ类缺氧沉积；其次是大规模海侵作用，主要和I类缺氧沉积有关。

栖霞期；缺氧沉积特征；地球化学

1.引言

缺氧环境是近些年来地学研究领域的一个热点，它是古地质环境的一种重要形式，缺氧环境具有特征的岩石类型，发育于特定的沉积环境，是控制烃源岩发育的主要因素之一。世界上已经探明的油气储量中，90%存在于海相，而我国现代所探明的绝大部分油气存在于陆相之中，同时中上扬子盆地是我国南方大型的含油气叠合盆地，盆地沉积盖层发育比较齐全，具有良好的油气勘探及开发前景。由于缺氧沉积与烃源岩有着密切的关系，缺氧沉积的研究对研究区的岩相古地理研究和油气勘探均具有重要意义。

中上扬子地区位于我国中南部，涉及滇、黔、川、渝、陕、鄂、湘和赣等 8个省市。西南以宝兴—荥经—昭觉—六盘水为界，西北以宝兴—广元—汉中为界，北部以汉中—襄樊—九江为界，东南以修水—岳阳—常德—吉首—贵阳为界，即从东经102°到116°，北纬26°到33°的广大区域，面积约为50×104km2。中上扬子地区二叠纪缺氧沉积主要发育于东北部，而西南部则以遵义一带较为发育，但是沉积分布范围较小。

2.地球化学特征

缺氧沉积在地球化学方面有很多特征，目前已有用微量元素、碳同位素、硫化物（黄铁矿）等来研究缺氧沉积，本次研究运用V/（V+Ni）判识指标，采用9个眼球状石灰岩“眼皮”部分和“眼球”部分样品进行的微量元素分析结果，对研究区栖霞组眼球状石灰岩“眼皮”和“眼球”部分进行地球化学研究，判别其古氧环境。其中“眼皮”样品有7个，眼球样品有2个。“眼皮”部分V的含量介于20．10～168．00μg/kg，平均值87．93μg/kg；Ni的含量介于21．70～45．70μg/kg，平均值29．76μg/kg；V/（V+Ni）介于0．48～0．80，平均值0．67。可以判断，7个“眼皮”样品有4个为厌氧环境，3个为贫氧环境。所以“眼皮”部分的古氧环境总体为缺氧环境。由于研究区栖霞组眼球状石灰岩“眼球”样品比较缺乏，仅有湖北兴山大峡口的2个样品，V平均含量为38．80μg/kg，Ni平均含量为30．00μg/kg，V/ （V+Ni）平均值为0．54。样品分析结果显示一个为富氧环境，一个为厌氧环境。研究区眼球状石灰岩“眼球”部分颜色较浅，为灰色—深灰色较纯的石灰岩，其形状似枕状、透镜状或瘤状，顺层分布，长数厘米至数十厘米，厚度一般20cm，有的呈层状；含泥较少，一般小于5%；不显层理；生屑主要为藻类、腕足类、有孔虫、蜓类、介形虫、海百合，少量腹足类和苔藓虫等，化石组合属藻类有孔虫腕足类组合；一般较破碎，分布杂乱，未见磨蚀现象，多为原地堆积，含量一般大于50%；粒间为泥晶方解石充填。从岩性及古生物特征方面来看其沉积环境应为碳酸盐岩开阔台地，古氧环境为富氧环境。样品的缺乏为本研究增加难度，结合“眼球”部分的2个样品分析结果和岩性以及古生物特征综合分析“眼球”部分应多为富氧环境的产物，少量为缺氧环境的产物。这与遗迹化石的分析结论一致；说明“眼皮”部分和“眼球”部分的古氧环境具有明显的差异。而下扬子地区和其他中-上扬子地区栖霞组眼球状石灰岩也表现出相同的特征。

3.岩性特征

研究区栖霞组岩性以石灰岩和页岩为主，其中眼球状灰岩发育较普遍。由于研究区栖霞组眼球状石灰岩的“眼皮”部分较眼球颜色深，为深灰色-灰黑色包裹“眼球”的泥质含量较高的石灰岩，多为含泥石灰岩。因此含泥石灰岩在研究区栖霞组的岩石类型中占较大的比例。结合研究区栖霞组缺氧沉积地球化学分析的结果显示，灰黑色含泥石灰岩和暗色泥页岩属于缺氧沉积，所以研究区栖霞组缺氧沉积岩石类型以灰黑色含泥石灰岩为主。而研究区栖霞组暗色泥页岩分布相对较少，暗色泥页岩类型主要有碳质泥岩、硅质泥岩、碳质页岩和硅质页岩等。在湖北兴山大峡口栖霞组下部的碎屑岩段普遍缺失。

研究区栖霞组中的泥晶石灰岩主要为深灰色-灰黑色，颜色较深，层厚以薄层为主，次为中层，还有的呈透镜体夹于薄层硅岩、泥页岩之间。薄层硅岩岩性致密坚硬，颜色较深，一般为灰黑色；层厚一般不超过10cm。由于研究区栖霞组缺少样品对泥晶石灰岩和薄层硅岩进行分析，因此在今后的研究中应加以重视。所以研究区栖霞组缺氧沉积的岩石类型还应包括深灰色-灰黑色中-薄层泥晶石灰岩、灰黑色薄层硅岩和暗色泥页岩，但它们的含量相比于含泥石灰岩的含量要少一些。

4.古生物特征

研究区栖霞组古生物化石含量低，以浮游生物为主，遗迹化石主要见Zoophyocs，Chondrites等。对于具体的缺氧沉积岩石类型而言，研究区栖霞组中的灰黑色含泥石灰岩生屑含量较高，多为30%～50%，种类以介壳类较为，缺乏藻类；生屑也较破碎，显定向排列，多为原地堆积；粒间亦为泥晶方解石充填。“眼皮”部分常见遗迹化石Zoophyocs，在重庆南川大铺子栖霞组和四川长宁硐底等地均有发现，多被硅化。Zoophyocs总产生于贫氧环境，因此也可证明灰黑色含泥石灰岩是缺氧环境的产物。中-薄层泥晶石灰岩中生屑含量较低，一般低于10%，大化石可见菊石和腕足类，其中腕足类体小壳薄，微体化石可见海绵骨针、放射虫和介形虫等。薄层硅岩中生物化石主要有两类，一类为营浮游或游泳生活的大化石，如菊石、体小壳薄的腕足类、介形虫、双壳类、有孔虫等；另一类为营浮游生活的微体化石，主要是放射虫。黑色泥页岩生物化石主要见菊石、放射虫等，总体上属于缺氧沉积。

综上所述，研究区栖霞组缺氧沉积可以分为两种类型，即Ⅰ类缺氧沉积的岩石类型包括深灰色-灰黑色中-薄层泥晶石灰岩、灰黑色薄层硅岩和暗色泥页岩。它们在研究区栖霞组中分布较少，三者总厚度只占整个栖霞组总厚的4．2%，主要分布于盆地环境，少量分布于斜坡环境；Ⅱ类缺氧沉积的岩石类型主要为灰黑色含泥石灰岩，构成眼球状石灰岩的“眼皮”部分，其沉积环境为碳酸盐岩开阔台地。

5.研究区栖霞组缺氧沉积成因

研究区栖霞期缺氧沉积的形成，可能不是一种机制导致的，应该是多种机制的共同作用。关于缺氧沉积的成因，目前主要有水体分层模式，上升流成因、大面积海侵作用、火山作用、高生物产率、停滞缺氧成因以及与古陆海分布格局和古海洋洋流系统的影响有关。研究认为研究区栖霞组缺氧沉积主要受上升流作用影响，其次是大规模海侵作用的影响，其中Ⅰ类缺氧沉积主要是大规模海侵的产物，Ⅱ类缺氧沉积是上升流作用产生的。

(1)大规模海侵成因

中上扬子地区二叠纪普遍发生海侵，形成两次大的海侵海退旋回。其中研究区栖霞期初期发生海侵，海侵进一步扩大，在栖霞组地层中部海侵达到最大后逐渐减小，在茅口期初期海侵又再次进一步扩大，栖霞期和茅口期共同组成一个大的海侵海退旋回，而海平面的上升会引起海洋中溶解氧含量的变化。

研究区栖霞组暗色泥页岩、薄层硅岩、泥晶石灰岩组合是盆地环境的产物，水体深度在200m左右，前人研究表明，中下扬子地区二叠纪缺氧环境的深度大致为100～500m，而扬子地区二叠纪北部盆地是统一的，说明研究区该岩石组合恰好位于含氧量低的区带，容易形成缺氧环境。因此受海侵作用的影响，研究区栖霞组水体加深，很容易形成Ⅰ类缺氧沉积。而且研究区栖霞组既具有富氧沉积又具有缺氧沉积，这与中上扬子地区栖霞期发生多次海平面升降有关。

因此，由于海侵作用在研究区栖霞组发育比较普遍，其缺氧沉积难免会受到海侵作用的影响。海侵作用主要沉积Ⅰ类缺氧沉积，即暗色泥页岩、薄层硅岩、泥晶石灰岩组合，对Ⅱ类缺氧沉积也会产生一定影响。

(2)上升流成因

上升流多发育于低纬度地区，中二叠世为上升流发育的高峰期之一，根据古地磁资料表明，本区中二叠统位于赤道附近，处于上升流发育的有利地区，眼球状石灰岩在研究区栖霞组大量发育，这表明研究区栖霞组中的眼球状石灰岩的形成时间与上升流发育的高峰期位于同一个时间域。

眼球状石灰岩的“眼皮”部分生屑主要为介壳类，而地层记录中的上升流沉积的主要证据之一为发育高密度的特殊介壳类、有孔虫类及管蠕虫，说明“眼皮”部分可能是上升流沉积的产物。

上升流重要特征之一就是阵发性，周期性。研究区栖霞组中的眼球状石灰岩的沉积间歇性出现。眼球状石灰岩的“眼皮”部分为缺氧沉积，“眼球”部分则主要为富氧沉积，而上升流往往形成缺氧环境，且上升流的阵发性和周期性也能很好地解释缺氧沉积与富氧沉积的交替出现。

因此，研究区栖霞组缺氧沉积与上升流作用密切相关，上升流作用主要沉积Ⅱ类缺氧沉积，但由于研究区栖霞组上升流发育较为频繁，其中湖北巴东水布垭栖霞组的剖面资料显示硅质岩具有周期性和阵发性的特点，因此Ⅰ类缺氧沉积也受到上升流的影响。

结论

本次研究以研究区栖霞组钻井剖面资料、野外露头资料、分析化验资料为基础，以沉积学研究为指导，通过岩石组合类型、古生物特征、地球化学特征等方面的分析，主要得出以下结论：

(1)研究区栖霞组发育两种缺氧沉积类型，Ⅰ类缺氧沉积为深灰-灰黑色中—薄层泥晶石灰岩、薄层硅岩及暗色泥页岩组合；Ⅱ类缺氧沉积为灰黑色含泥石灰岩，即眼球状石灰岩的“眼皮”部分。研究区栖霞组主要发育Ⅱ类缺氧沉积，Ⅰ类缺氧沉积含量较少。

(2)中上扬子地区栖霞组缺氧沉积的成因主要是上升流，形成的岩石类型为灰黑色含泥石灰岩；其次是大规模海侵作用，沉积的岩石类型为暗色中—薄层泥晶石灰岩、薄层硅岩及暗色泥页岩组合。还可能受到研究区栖霞组古地形和栖霞组地层的剥蚀程度以及构造活动影响。

罗进雄,何幼斌.中上扬子地区二叠纪缺氧环境[J].古地理学报. 2011,13(1):11-20．

Anoxic Deposition Characteristics of Upper Middle Yangtze Region in Qixia Stage

Qian Shu,Zhang Mengmeng
（College of Earth Science,Yangtze University, Hubei, 430100）

Qixia stage；anoxic deposition characteristics；geochemistry

T

A

钱树（1991～），男，长江大学地球科学学院，研究方向：沉积学。张萌萌（1989～），女，长江大学地球科学学院，研究方向：石油地质。

Astract：Anoxic deposition of upper middle Yangtze region in Qixia stage has a early development in the east of study area Guiyang-JianShi-Ruichang. Anoxic deposition rock types mainly include dark mud shale rock-thin layer of silicon -mud SPAR limestone combination and mud-contained namely the ‘eyelid’ part of eye-shaped limestone. It respectively analyzes the geochemical characteristics, rock features and paleontological characteristics of the two kinds of combinations, besides, it analyzes the causes of the anaerobic environment. The reason of anoxic deposition of Qixia group in study area is mainly the upwelling and it mainly forms theanoxic deposition. Followed is the large-scale of transgression function, which mainly has relation with class-I anoxic deposition.