湖北京山地区大隆组沉积特征与烃源岩的关系

陈 斌，肖明元，吴丽云，蔡雄飞，3（.中国地质大学地球科学学院，湖北 武汉 430074；中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北 武汉 430074；3中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室，湖北 武汉 430074）

湖北京山地区大隆组沉积特征与烃源岩的关系

陈 斌1，肖明元2，吴丽云1，蔡雄飞1，3
（1.中国地质大学地球科学学院，湖北 武汉 430074；2中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北 武汉 430074；3中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室，湖北 武汉 430074）

湖北京山大隆组出露甚好，根据沉积特征，该组为一套海退序列的沉积，其下部沉积环境为外陆棚沉积，上部沉积环境为内陆棚沉积。由于外陆棚紧靠大陆坡，极易发育上升洋流。处于这样的海退时期，带来了生物群的更新，由早期的放射虫变为大量藻孢子，无疑为高有机质、高生产力来源打下了良好的基础，极有利于京山大隆组广阔范围内优质、优良质烃源岩的发育。

微体生物群；沉积特征；海退；烃源岩；大隆组；湖北京山

湖北京山大隆组剖面甚佳，岩石新鲜、剖面连续、交通便利。下部为硅、泥质组合类型，上部为硅、灰质组合类型。根据岩性、岩相及沉积构造特征，可划分为下部外陆棚沉积和上部内陆棚沉积。

1 概述

湖北京山大隆组研究程度不高。1999年，湖北岩石地层对其泛泛进行了总结，认为大隆组厚7m［1］。1995年，中国地质大学（武汉）吴顺宝等人在京山桥三采石场发现大隆组剖面，并对上二叠统大隆组生物群和沉积特征进行过研究，建立了FlustrellaSiliceous sponge Cz生物群落，认为大隆组生物群非常单调，岩性为硅、泥质沉积类型。沉积环境为斜坡盆地相沉积［2］。

湖北京山大隆组总体研究程度比较低下，对其与油气的关系也从未涉及。

2 生物群特征

本剖面生物群组成基本上以微体生物群组成为特色。微体生物群由放射虫、海绵骨针、有孔虫、介形虫、藻孢子和少量的牙形石。

放射虫为球形颗粒，一些表面还有瘤状突起。在下部十分发育，成为主要分子，中、上部较少（图1c）。

海绵骨针呈针状，以单轴多轴保存。在下、中部比较发育，往往与放射虫共生。

有孔虫大多数保存较好，虽然个体较小，壳长02～06mm，但房室清楚，3～7个，为扁长型直立式。在剖面下、中、上部都很发育。

介形虫、牙形石较少，仅在中部单个层位出现。介形虫壳面完整，保存较好。

藻孢子，圆形椭圆形，由单颗粒多颗粒组成，外圈为暗色，由微晶方解石组成，粒径005～01 mm，含量3%～5%。产在中部较少，主要集中在上部（图1f）。

京山大隆组剖面微体生物群演化十分明显，下部产放射虫、海绵骨针、有孔虫共生组合，以放射虫为主，含量可达5%～10%。

中部海绵骨针、有孔虫、少量介形虫、牙形石、藻孢子共生，其中以海绵骨针、藻孢子为主。

上部见藻孢子、有孔虫、海绵骨针和瘤状放射虫共生，以藻孢子为主。

图1 京山大隆组基本序列和微体化石a.京山大隆组底部硅、泥、页岩组合；b.京山大隆组第3层硅质小透镜体；c.放射虫；d、e.硅、灰岩组合；f.藻孢子Fig.1 Depositional sequence and microfossils from the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

表1 大隆组基本沉积序列Tab le 1 Depositional sequence in the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

3 沉积特征

31 沉积序列

根据大隆组的岩性特征，可将其划分为两类特征明显的沉积序列构成（图2、表1）。

图2 湖北京山大隆组综合柱状图Fig.2 Generalized column through the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

下部为硅、泥质组合类型（图1a），硅泥质单层厚20～30cm，其中硅质岩厚约10cm，泥质岩厚约10cm，发育顺层理面对内碎屑；上部为硅、灰质组合类型（图1d、e），硅灰质单层厚40～50cm，其中硅质岩厚10cm左右，灰岩厚40cm左右。

32 沉积特征

大隆组剖面下部地层为3～21层。岩性上为一套黑色灰黑色的硅质岩与硅化炭质泥、页岩的互层组合。厚度以薄层为主，顶段出现中厚层。沉积构造以水平层理为主，见有韵律层理。在第3层发育一系列顺层理规律排列的硅质透镜体，透镜体大小05～3cm，具定向性。第7层发育有内碎屑，镜下观察得知，碎屑大小6～12mm，角砾状，内碎屑中炭泥质含量较高，含量约10%。在下部地层中，广泛发育有富炭泥质条带，条带呈水平纹层状、细条带状、断续条状、球粒状及斑块状等。还见有以炭质为核心的硅质包粒，零散分布，细分散的泥质，均匀及呈微斑块分布，微粒微团状分布的褐铁矿等（表2）。生物有放射虫、海绵骨针、藻孢子和藻屑等，以放射虫为主。放射虫保存较完好，一般为圆形极圆形，粒径005～1mm，大部分已被硅化，海绵骨针横断面005～006mm，藻屑呈条状，长径约1mm，微量。藻孢子为极圆状，粒径约01mm，零散分布。

上部地层为22～42层。岩性上为一套硅质岩与微晶灰岩的互层组合，硅质岩在上部下段地层（22～29层）炭泥质含量较高，而后逐渐减少。硅质岩以薄层为主，变化不大，微晶灰岩则中薄、薄层和厚层交替出现。沉积构造仍以水平层理为主，较少见其他沉积构造。上部地层中，炭泥质是构成基质的主要组成部分，充填在微粒粒屑间隙及围绕粒屑分布。29、38层可见含炭泥质纹带，呈断续条状分布。37层有呈斑块状分布的炭质侵染斑块，其中炭质为微纹带状、条状分布。粉晶微晶方解石在上部地层下段晶粒中包有较多微粒泥质，至上段逐渐减少，包粒则以炭质为核心零散分布，粒径005～008mm。生物主要以藻孢子为主，下段出现有海绵骨针，藻孢子呈圆形，钙质，粒径005～01mm，零散分布，在30层可见其外壁有一个薄的泥质膜。海绵骨针呈圆形及短柱状，粒径005～01mm，零散分布（表2）。

表2 京山大隆组组分特征表Table 2 Sedimentary characteristics of the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

33 沉积相分析

大隆组地层色调上主要以灰黑色黑色色调为主，反映整体仍为还原、较深水沉积。整体岩性主要以硅质岩为旋回，贯穿整个剖面地层，与其互层的岩性变化为含炭质泥、页岩、微晶灰岩，即下部为硅质岩与含炭质泥、页岩的岩性组合，上部为硅质岩与微晶灰岩呈现交替。页岩、泥岩为陆源碎屑物，其沉积物的颗粒细小，随水体扩散较远，沉积在水动力弱小、水体安静的环境，主要为较深水半深海等地。灰岩一般形成于温暖的、清洁的、动荡的浅水环境中，沉积环境水体逐渐变浅。上部灰岩薄片鉴定其为微晶灰岩。根据Dunham（1962）分类方案，微晶灰岩中颗粒含量少于5%，泥晶含量较高，据此确认该地层属于较低能环境的沉积产物，即沉积环境从岩性上看较浅，但仍具有一定的深度。厚度变化较大，虽然为中薄层沉积，纵向上可见厚层。大隆组剖面发育薄层硅质岩。冯增昭等（1993）认为，扬子区二叠系的薄层硅质岩是在较深水环境中形成的，薄层硅质岩含量高的地区，反映其沉积环境的水体较深，由此可推断京山大隆组整体沉积水体较深，海水自下部向上部逐渐变浅。在剖面下部发育的内碎屑系先前沉积的沉积物在固结或半固结的状态下（通常为埋藏或浅埋藏）、在沉积盆地以内经机械破碎形成的一种自身颗粒，破碎营力主要来自洋流的冲刷、扰动或击打。通过对内碎屑的观察，内碎屑呈次圆状次棱角状，并未经过较长时期的波动而是突然破裂的。其炭泥质含量较高，而炭泥质的沉积代表低能静水的环境。从古地理格局来看，本区处于低纬度地区，又位于板块北缘。从现代上升洋流的形成和分布规律来看，这类地区十分有利于上升洋流的发育。上升洋流一般为贫氧但富含营养物（磷酸盐和硝酸盐类）和硅质的海流，其可促使表层水域中的生物高度繁盛。这些生物遗体沉至水底，增加了深水环境中的耗氧条件，从而在上升流之下形成缺氧环境。在缺氧环境中，钙质底栖生物难于生长，而硅质生物则因缺少竞争对手而得以繁盛；另一方面，缺氧环境中安静的水体有利于浮游生物的沉降，而水体中氧含量低则有利于硅质生物的保存，由下部生物的保存状况及出现类型也可以佐证海底上升洋流的存在。在薄片鉴定中看出，底部地层出现有较多泥质夹层、零散分布的泥质及以炭质为核心的硅质包粒，都可以用海底上升流进行解释。从本区下部内碎屑、放射虫、炭泥质含量高，都可以看作洋流作用的标志。另外，在下部地层中，镜下还发现大量的褐铁矿微粒。褐铁矿一般为黄铁矿经过后期氧化之后的产物，黄铁矿的沉积环境为较还原的水体，在氧化面之下形成，但也不排除为后期直接产物或前期直接沉淀，故较难据此判别其形成的环境。但结合整体分析可以推断，大隆组为一套海退序列的陆棚相沉积，包括下部外陆棚到上部内陆棚。

沉积构造主要发育水平层理，在早期地层中，还出现有韵律层理。韵律层理是指在砂泥互层的水平层理中由不同颜色、不同成分、不同粒度单层在厚度较薄时所形成的纹层状互层，其与水平层理都代表低能静水环境的沉积。

从生物变化方面来看，下部地层中出现的生物主要为放射虫、藻屑、海绵骨针、藻孢子等浮游与浅海生物混生，其中放射虫、海绵骨针等生物保存完好，其共生沉积组合代表了较深水的沉积环境。由其保存状况可以推断，当时水体比较安静，底栖生物不发育，微生物较难生存，应该属于氧化面之下的环境。上部地层出现的生物主要为藻孢子，可见少量海绵骨针，藻孢子主要为钙质，其沉积环境应在CCD面之上。综上所述，更进一步证明京山大隆组为一套陆棚相沉积。

另外，大隆组下伏地层下窑组主要为一套灰色厚层状生物碎屑灰岩，含珊瑚类、腕足、双壳等，代表浅海碳酸盐相的沉积环境。由瓦尔特相律可知大隆组在相上应是相邻或相似的，应为碳酸盐相沉积。

这种下、上部沉积特征明显变化，从生物群的演化也可进一步佐证。下部硅、泥质沉积类型以放射虫为主，而到上部硅、灰质类型，放射虫大为降低，仅少量出现，以瘤状放射虫出现为特征。这是因为大隆组下部硅质生物由于缺少竞争对手而得以生长，尤其在粘土供应充分的水域，更有利于硅质生物的发育。因为粘土可使海水变混，这就大大抑制钙质生物的生长，出现本区硅质生物常常与硅质岩、泥页岩共生。大隆组上部由于沉积环境有较大变化，碳酸盐岩增多，大大利于钙质生物生长，抑制了硅质生物的生长，使得放射虫不但大大减少，而且出现形态特殊的瘤状放射虫。

再从上部碳酸盐岩组分看，几乎100%为方解石，仅有极少量陆源细碎屑组分的绢云母，而绢云母往往可以顺流之下搬运较远。这表明本区的碳酸盐岩远离海岸，无出现近岸环境的陆源细碎屑岩标志的混入。

因此，本剖面下部沉积类型属于海进型，上部则为海退型，出现由下部外陆棚到上部内陆棚沉积环境缓慢的变化，生物群组合和岩性组合也出现较大差异。

4 对烃源岩的评价

中扬子北缘京山大隆组剖面有机碳含量为028%～514%，平均14%，为较好的、优质烃源岩（表1）。本区烃源岩形成类型与上扬子地区不同的是更多硅质岩中的放射虫参与了有机质的形成。这种烃源岩的形成是由于京山大隆组所处的特殊沉积环境，具备有机质生产、聚集、保存的3大重要环节。

表3 湖北京山大隆组有机碳TOC含量表Table 3 Organic carbon contents in the Dalong Formation，Jingshan，Hubei

从有机碳自下而上分布看，上部比下部好（表1）。这是因为上部有机质生产、聚集、保存的3个环节显然要比下部好。而且上部处于海退时期，带来了生物群的更新，由早期的放射虫变为大量藻孢子，无疑为高有机质、高生产力来源打下了良好的基础。

图3 京山大隆组藻含量与有机碳的相关性Fig.3 Correlation between algal contents and organic carbon contents in the Dalong Formation，Jingshan，Hubei

从有机碳的来源看，本剖面几乎都是微体生物群，主要以下部放射虫，上部的藻孢子为特色。放射虫和藻孢子都是海洋的原始微生物，是本区高有机质生产的主要来源，其中藻孢子的含量与有机碳呈正相关关系（图3）。藻孢子含量高，有机碳含量也相应高，表明有机碳与藻类具有紧密的相关关系。

从有机碳聚集看，本剖面自下而上都是以岩性细、层厚薄为特征，内部沉积构造几乎都是静水、低能的水平层理。尽管上部出现过厚层灰岩，但碳酸盐都是盆内自身生产的。因此，本剖面始终处于低能、低速沉积，这样可使单位时间、单位体积内的有机质得到高度浓缩。

从有机碳保存看，本剖面炭质含量自下而上为5%～65%（表3），始终处于缺氧还原环境，这有助于堆积的有机质得以保存。

5 结论

京山大隆组为一套海退序列的沉积，其下部沉积环境为外陆棚沉积，上部沉积环境为内陆棚沉积。由于外陆棚紧靠大陆坡，极易发育上升洋流［3］。

与烃源岩关系密切。京山大隆组优质烃源岩形成还有两个不可忽略的条件。其一，海退型沉积类型的有机质含量往往高于海侵型的。传统的地质学往往认为，海侵型往往带来生物群多样性和繁盛，有机质含量较高。这一传统认识，只能适应正常层序、序列的环境［4］，而对非正常序列的扬子古陆北缘京山大隆组内部往往失灵。大隆组上部由于缓慢海退，带来了较浅水的生物，尤其是大量菌藻类出现，这在上、中扬子地区特别显著，造成大隆组上部有机碳含量的指标要比下部高得多。其二是不断的洋流作用，给海洋生物和微生物带来了营养［5］。许多研究也表明，海相高有机质丰度烃源岩的形成与沿岸型、赤道辐散带型、反气旋型等上升洋流的关系密切。上升洋流富磷、富硅、富铁族元素等营养盐和富绿硫细菌，大大促进了有机质生产力、埋藏率的激增。现代海洋已表明，沿世界各海盆地东部亚热带海岸由于高营养水体的上升洋流和充足的阳光导致水体中海洋生物大量繁殖，这样就具有高度生物生产率，从而形成富有机碳的海相沉积［6］。如秘鲁式海岸上升洋流、东太平洋赤道上升洋流都可以形成高生产率带，生物群特别丰富，从而带来有机质的特别富集。硅质生物发育也是上升洋流标志之一，据对现代台湾浅滩南部上升洋流区研究发现［7］，那儿发育大量硅藻，它们死亡后，以硅藻土、硅质薄层等形式沉积下来，经脱水、成岩后，形成硅质薄层和硅质结核等。

如果我们将近论古、将古比今，扬子古陆北缘大隆组时期洋流作用的标志也比较频繁。中扬子地区也有多层小砾屑和高炭质组分，也出现微体生物群深水和浅水动物混生等。这种多次上升洋流作用，不但给沉积物打下烙印，而且源源不断地从下层将营养盐类携带到表层水，使得生物群更加繁盛，大大促进了有机质生产力的激增，极有利于大隆组广阔范围内优质、优良质烃源岩的发育。

［1］ 湖北省地质矿产局，湖北省岩石地层［M］.武汉：中国地质大学出版社，1996.174－179.

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Sedimentary characteristics and their bearings to the source rocks in the Dalong Formation，Jingshan region，Hubei

CHEN Bin1，XIAO Mingyuan2，WU Liyun1，CAIXiongfei1，3
（1.Faculty of Earth Sciences，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China；2.Institute of Geophysics and Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China；3.Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology under the Ministry of Education，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China）

The Dalong Formation crops out very well as a succession of regressive deposits in the Jingshan region，Hubei.The Formationmay be divided，according to sedimentary characteristics，into the outer shelf deposits in the lower partand inner shelf deposits in the upper part.Due to slow regression，the shallowwater organisms especially algae appearmassively in the upper part of the Dalong Formation，where the organic matter contents are much higher in the upper part than in the lower part.The frequently upwelling oceanic currents close to the continental slope brought about not only abundant algal spores，a source of high organicmatter contents and high productivity，but alsomore nutrients from the bottom to the surficialwaters for the variability of the organisms.The factors cited above are interpreted to be favourable for the formation of the excellent source rocks in the Dalong Formation.

microbiota；sedimentary characteristics；regression；source rock；Dalong Formation；Jingshan in Hubei

P534.46

A

10093850（2017）01004107

20150505；改回日期：20150710

陈斌（1956－），男，高级工程师，从事地层和沉积学研究。Email：chenbin＠cug.educn

国家自然科学基金（40839903）资助