下扬子盆地构造演化特征与页岩气主要富集层位

黄正清

（中国地质调查局南京地质调查中心，江苏·南京 210016）

下扬子盆地构造演化特征与页岩气主要富集层位

黄正清

（中国地质调查局南京地质调查中心，江苏·南京 210016）

下扬子地区各盆地的页岩气资源具有巨大潜力。本文通过对下扬子盆地构造演化特征讨论，结合区域构造单元内富有机质地层地球化学参数分析，圈定出下扬子地区可能的页岩气富集层位，这对该地区页岩气探勘工作具有重要参考价值。分析表明：从晚震旦世到中三叠世，下扬子盆地经历了两次大型的海进海退，具有纵向多旋回，横向多相带的特点；自中三叠世之后，两次主要的后期改造使得该区域产生多处复杂的构造组合，可划分为六个三级构造单元，即：长江中下游弧后裂陷盆地、下扬子被动陆缘、南华陆缘裂谷盆地、江南岛弧、伏川—樟树墩蛇绿混杂岩、怀玉山—天目山被动陆缘盆地；根据地层岩性组合特征、有机质含量以及热演化程度等指标，提出可能富集页岩气的主要富有机质层位为上古生界大隆组、龙潭组、孤峰组，下古生界荷塘组、幕府山组、宁国组、五峰—高家边组。

下扬子盆地；构造单元；富有机质特征；页岩气富集

下扬子盆地位于扬子陆块的东段，西北缘以连黄断裂为界，与华北地台、东秦岭褶皱系相接；南缘以江绍断裂与华夏地台、南华褶皱系相邻；西南缘以九江至永修为分界线与中扬子盆地相连；东缘伸入南黄海，盆地范围覆盖苏、浙、皖、赣、沪四省一市[1]（图1）。

近年来，同属扬子陆块西段的上扬子的四川盆地周缘已发现多个页岩气田，特别是川东地区的涪陵焦石坝高产页岩气田的勘探开发成功，对中国页岩气勘查起到了极大的鼓舞和推动作用[2,3]。与四川盆地同属一个板块的下扬子盆地自震旦纪以来连续形成了从海相、海陆过度相到陆相等多种沉积环境下的10余套富含有机质及页岩气资源潜力的泥页岩系，它们平面分布广，剖面层位多，累计厚度大，构成了下扬子盆地页岩气形成的强大物质基础；但是经过多年的努力，下扬子盆地的页岩气调查工作还是未能取得明显的突破，主要原因在于下扬子盆地具有更为复杂的地质构造[4]。因此，本文尝试从下扬子盆地的构造演化特征分析入手，通过区域构造单元划分，查明古生代地层的残留盆地格架，寻找下扬子地区可能含页岩气的主要目标层系，为本区的页岩气地质调查工作提供地质依据[5]。

1 构造演化特征

下扬子盆地的基底有上下两层。上层为元古界浅变质岩系，是沉积岩经区域变质而成；下层为深变质岩系。晚元古代末，下扬子区开始稳定的两个旋回海盆发育阶段[6]。

1.1 第一个旋回（Z2-S）

晚震旦世至寒武纪末（Z2-∈）接受海侵，以现今的江南隆起地区为沉积中心,发育了一套硅质页岩，其它地区为台地陆棚碳酸盐岩。早寒武世下扬子全区海侵，是一台两盆格局最明显时期。北部海盆已经扩大，下部为灰色泥岩、硅质岩，中部深灰色薄层泥岩夹细晶灰岩，水平微细层理及薄层层理普遍发育，具备了盆地相建造的各项特征；南部海盆面积虽然远大于北部海盆，但由于江南隆起变质基岩剥蚀区影响，面积则大大减少，与现有的残留面积相当[7]。中一晚寒武世下扬子全区海退，中央台地扩大，地层从盆地相演化为陆棚相和台地相，主要发育碳酸盐岩。

奥陶纪（O），沉积相出现南北差异。大致以泾县—金坛一线为界，以北主要为碳酸盐岩建造，晚期发育笔石页岩；以南主要为暗色碎屑岩建造，晚期发育河流三角洲相。奥陶纪是下扬子区沉积体系发生复杂变化的时期[8]。早一中奥陶世南部海盆发育低能的泥质岩类盆地相沉积，总厚500～800m±。中部台地相区发育高能的碳酸盐岩沉积，总厚400m±。由下而上，水体逐步淤浅并出现龟裂纹构造和瘤状构造，台地与盆地相界线截然分开。北部海盆无此稳定的环境，纵向和横向都表现为相的交替变化。底部为巨厚层灰岩，厚352m，其上段含硅质结核并夹页岩，厚81m。中部灰岩上含泥质、下含硅质条带，厚88m。这两个组均非标准的台地相建造。上部和顶上部大湾组，牯牛潭组与台地相似，但水深较大，是台地相对低凹之处，共厚20m±。中奥陶统为暗紫色中厚层泥岩，瘤状泥灰岩，生物灰岩等地台—陆棚相沉积，厚35m。总的说来，早一中奥陶世，北部盆地发育不明显。晚奥陶世南部海盆退缩，北部海盆扩大[9,10]。

从志留纪（S）起，盆地沉积体系发生了重大变化（图1）。原南部海盆因华夏以东洋壳及南华古洋壳俯冲，已上隆成为物源区，北部海盆仍为面向古秦岭洋的陆表海，与南华海时分时合。下志留统从南到北依次发育了滨岸相带（物源来自华夏隆起）一陆棚相带一盆地相带[11]。

图1 下扬子板块晚奥陶-早志留世岩相古地理Fig.1 Late Ordovician - Early Silurian lithofacies palaeogeographic map of lower Yangtze Plate

1.2 第二个旋回（D—T2）

加里东运动主幕使下扬子地块连同已经拼贴在一起的华夏地块向北推进，同华北地块接近，全区普遍上升，但仍是南高北低格局[12]：晚泥盆世时华夏隆起边缘为冲积扇，苏皖南属辨状河、靠近秦岭大别地区夹海相层，成为秦岭洋俯冲之后残余海盆的边缘地带。

加里东运动后期，地貌景观发生了很大变化，全盆地缺失中、下泥盆统（D1-2）。晚泥盆世—早石炭世（D3—C1）为碎屑岩建造，起填平补齐作用。中石炭世—早二叠世早期（C2—P1），遭受海侵，沉积一套开阔台地相碳酸盐岩建造。早二叠世晚期—晚二叠世早期（P12—P2

1）出现海退，发育了一套硅质碎屑岩夹煤系建造（图2）。

晚二叠世晚期—早三叠世（P22—T1）再次海侵（图3），发育泥质岩与台地碳酸盐岩。中三叠世（T2）（图4），全盆海退，沉积范围萎缩到安庆至苏州一线以北，为一套泥灰岩、灰岩、石膏夹泥岩。第二个旋回以薄层沉积为特点。

从晚震旦—中三叠世，经历了下扬子海盆形成、发展、萎缩的全过程。两大期海进海退，形成纵向上的多旋回，与横向上的相带变化，反映在岩性上为大套碎屑岩与大套碳酸盐岩互层[13]。

图2 下扬子板块早二叠世岩相古地理Fig.2 Early Permian lithofacies paleogeographic map of Yangtze plate

图3 下扬子板块晚二叠世岩相古地理Fig.3 Late Permian lithofacies paleogeographic map of Lower Yangtze Plate

图4 下扬子板块早三叠世岩相古地理Fig.4 Early Triassic lithofacies paleogeographic map of Lower Yangtze Plate

中三叠世以后，下扬子盆地进入后期改造阶段，上三叠统分布局限，以泥岩、粉砂岩为主，夹煤线。侏罗—白垩纪发育了一套中、酸性火山岩—磨拉式、复理式建造。在盆地北部形成了系列第三纪断陷盆地，沉积以陆相砂泥质碎屑岩建造为主。

后期改造主要有两个阶段。第一阶段为印支—燕山早中期，以水平挤压为主，使海相中古生界褶皱，形成复式背斜和复式向斜，继而发展成逆冲推覆体。第二阶段为燕山晚期—喜山期，以拉张为主，形成苏北新生代断陷盆地，和苏南中小型中新生代断陷盆地。在形成断陷盆地的同时，伴随有基性、超基性岩浆喷出和侵入活动。

2 区域构造单元划分

下扬子陆块分为六个三级构造单元[14]（图5）：长江中下游弧后裂陷盆地、下扬子被动陆缘、南华陆缘裂谷盆地、江南岛弧、伏川–樟树墩蛇绿混杂岩、怀玉山—天目山被动陆缘盆地。其中长江中下游弧后裂陷盆地又进一步细分为苏北断陷盆地和长江中下游岩浆弧；而江南岛弧又细分为江南古基底杂岩、宜春陆缘碎屑盆地和万年弧间盆地。以下描述各构造单元的特征：

图5 下扬子盆地大地构造单元划分（据南京地调中心,2015）Fig.5 Division of tectonic units in the Lower Yangtze basin (by Nanjing Center, China Geological Survey, 2015)

2.1 苏北断陷盆地

苏北盆地古生界早期地层发育在陆缘海环境，晚期地层发育在陆表海环境，沉积海相和海陆交互相2类沉积地层，是一个震旦纪以来长期接受沉积的区域。其震旦纪至早、中志留世为海相沉积；从晚泥盆世—二叠世沉积相逐渐由海相沉积向海陆交互相沉积过渡。晚白垩世以来主要表现为陆内断陷盆地环境，为燕山晚期－喜山期陆内断陷活动形成的，古近系以湖泊相碎屑岩为主，由一套细碎屑的砂泥岩等组成，是本地区的主要产油气层位。苏北盆地由高邮、金湖、溱潼、海安、盐城等11个小型凹陷组成。区内发育近东西向的“一隆两坳”的构造格局，即盐阜坳陷、建湖隆起、东台坳陷。自北向南，受建湖隆起分隔，南边和苏南隆起加持部分称东台坳陷，北边和滨海凸起、鲁苏隆起加持部分称盐阜坳陷，两个坳陷又由单断裂谷式凹陷组成[15~17]。

2.2 长江中下游弧后裂陷盆地

由周缘前陆盆地、火山弧和侵入杂岩三个部分组成，以周缘前陆盆地为主。下扬子区苏皖前陆盆地是南华纪以来的前陆坳陷区，南华纪至早古生代由于地壳活动性较大，隆坳起伏，出现较多的次稳定型或非稳定型沉积，它们主要分布于边缘的次级深坳陷中，而沿江隆起则几乎全为稳定型沉积，而且厚度也小得多[18]。晚古生代以来，南、北两侧坳陷逐渐消失，沉降中心转移到沿江地区，接受稳定型沉积。印支运动使其褶皱、断裂构造十分强烈，总体有自北西向南东逐步减弱之势[19]。

2.3 下扬子被动陆缘

南华系至志留系中部都属次稳定型-非稳定型建造类型，磨拉式、杂陆屑、硅质页岩、远陆源硅泥质碳酸盐、复理式等建造较为典型，尤其是上奥陶统至下志留统出现了非稳定型沉积，直至中志留世沉积物中才出现单陆屑建造，表明地壳从此逐渐趋向稳定[18]。晚古生代仍然表现为坳陷性质，但是沉降中心已向北东方向迁移，并且可能缺失中、上三叠统。印支期成为扬子陆块缩短带，褶皱组合为紧闭相间背、向斜同等发育。断裂表现为面理倾向北西的逆冲变形构造，岩石呈叠瓦状构造岩片产出，发育一系列逆冲断面，构成自北北西向南南东的反向逆冲推覆构造系统，区域上与江南断裂带构成双向对冲推覆构造；燕山期表现强烈地由南东向北西逆冲和同向正断层活动，此时岩浆活动十分活跃，形成九华山等大型复式岩体，为江南型岩浆岩带组成部分。

2.4 南华陆缘裂谷盆地

从上到下主要由三套不同的构造环境形成的岩石建造组合构成，目前出露零散，为一套序列完整、界面清楚的晋宁期弧陆碰撞造山运动不整合面上南华至震旦系时期的以碎屑岩为主的楔状岩石建造组合。

2.5 江南岛弧

江南古岛弧北大致沿东至、牯牛降、汤口、绩溪、伏岭一线(相当于目前出露的休宁组底部界线)，南以江绍断裂为界，东以伏川—樟树墩蛇绿混杂岩带为界。中元古代末，扬子地块南缘裂解为大洋盆地，接受了巨厚的溪口群弧后盆地沉积—复理石建造、火山碎屑岩、细碧角斑岩建造，构成下基底构造层。四堡运动为大陆边缘俯冲碰撞造山阶段，表现为溪口岩群强烈褶皱变形和与青白口系之间的不整合面及镇头组、邓家组等上基底构造层-山前磨拉石建造，构成扬子地块双层结构变质基底。

2.6 宜春陆缘碎屑盆地

晋宁运动形成褶皱基底，其上转变为准盖层（青白口系上部）、盖层（南华纪始）沉积。盆地南部是萍乡—绍兴深断裂以南的华南区，属于东南加里东造山带的范围，褶皱基底为青白口系上部—下古生界裂谷海盆沉积。加里东运动扬子陆块与华南褶皱带碰撞造山，地壳全面抬升成陆，形成华夏古陆西部山系及九岭丘陵地带，江西省全部成为陆地。中泥盆世晚期，海水由西部特提斯洋向东向华夏古陆推进，但海域限于高安—乐平—瑞金以西。加里东运动使扬子、华夏两板块最终拼接，进入统一的华南陆块发展阶段，沉积了泥盆纪以来各阶段地层。

2.7 伏川—樟树墩蛇绿混杂岩

伏川—樟树墩蛇绿混杂岩总体呈北东向展布，呈不规则的构造岩块或岩片，分布于安徽的伏川及江西弋阳樟树墩-德兴张村-婺源太白司一带。岩石类型主要有变质的橄榄岩、辉石岩，堆晶岩（辉橄岩-角闪岩-铬铁矿岩-辉长岩-闪长岩-斜长岩），镁铁质岩墙或岩席（辉长辉绿岩），镁铁质熔岩（变质玄武岩、变细碧岩、变角斑岩），远洋沉积岩（硅质岩、泥岩），大洋斜长花岗岩等。

2.8 怀玉山—天目山被动陆缘盆地

怀玉山—天目山被动陆缘盆地沉积：可分为南华系休宁组陆相-浅海陆架相火山-沉积碎屑岩建造，南沱组冰海碎屑岩建造；震旦系含锰镁质碳酸盐岩和硅质岩、碳质泥岩建造。寒武系荷塘组含磷硅质岩、石煤、碳质硅质岩、硅质岩建造；奥陶系早期为含钙质结核泥岩、钙质泥岩、硅质页岩、页岩建造，晚期为砂泥岩碎屑岩建造；中下志留统进积型砂泥岩建造；上泥盆统-下石炭统为海陆交互的碎屑岩建造；中上石炭统浅海台地相碳酸盐岩建造；二叠-中下三叠系为海相碳酸盐岩和海陆交互含煤碎屑岩建造。加里东运动褶皱变形在震旦纪－早古生代岩层中有明显表现，褶皱构造更具线形特征，背、向斜紧密相随，断裂发育。侏罗纪以来怀玉山-天目山断块隆起，在晚侏罗世－早白垩世还发生了强烈的火山活动，以流纹岩为特点。根据构造环境和沉积建造特点，天目山褶冲带应为被动陆缘、陆表海盆地相-陆棚碎屑岩、碳酸盐台地亚相[20]。

3 可能含页岩气的主要目标层位

根据苏北、苏南和皖东地区共19口钻遇古生界地层井及部分露头剖面近2000件样品的化验数据，得出结论：下扬子区中，古生界海相地层在纵向上发育有两大套生油岩系。上古生界(包括下三叠统)生油层系由下三叠统的青龙组至上石炭统的船山组(T1q—C3c)组成，其中以大隆组、龙潭组、孤峰组、栖霞组和青龙组生油岩的有机质丰度高，类型较好，属好—较好的生油岩系（图6）。下古生界生油层由奥陶系至上震旦统灯影组(O3～Z2dn)组成，其中以中、下寒武统生油岩的有机质丰度较高、类型好，属好—较好的生油层系。根据上述判断，我们目前将下扬子盆地的页岩气有利目标层定为上古生界大隆组、龙潭组、孤峰组，下古生界荷塘组/幕府山组、宁国组、五峰—高家边组。

3.1 二叠系大隆组(P3d)、龙潭组(P3l)、孤峰组(P2g)

图6 下扬子区各组段烃源岩有机碳统计Fig.6 Organic carbon histogram of source rocks in each formation of Lower Yangtze Region

为海陆交互相沉积地层，泥页岩的累积厚度可达90~370m，平均有机碳含量在0.67%~8.19%之间，镜质体反射率Ro值在1.0%~1.2%之间。该套地层在主要分布于长江中下游弧后裂陷盆地和下扬子被动陆缘的北部地区，埋深在0~3500m之间，靠近江南古岛弧地区基本已被剥蚀。龙潭组是苏皖地区主要的煤系地层，煤层中普遍含有瓦斯气体，其主要成份为甲烷。该层位在黄桥、句容地区均已发现致密油气（表1~表3）。

表1 下扬子区中二叠统孤峰组泥岩有机质丰度Table 1 Statistics on the abundance of organic matter in the mudstone of the Permian Gufeng Formation in the Lower Yangtze region

表2 下扬子区上二叠统龙潭组泥岩有机质丰度与原始生烃潜力Table 2 Permian Longtan Formation/Changxing Formation sourcerock abundance of organic matter and hydrocarbon potential table in the lower Yangtze region

3.2 下古生界荷塘组/幕府山组(∈3m)

为海相沉积地层、黑色含碳质泥岩建造，有机碳含量一般在1%~5%，最高可达13%；该套地层泥页岩厚度大，一般都在100m以上。据宣页1井资料，荷塘组的R0值约为4.18%~5.12 %。根据经验公式换算，等效镜质体反射率值约为3.09%~3.67 %，说明荷塘组黑色泥页岩的热演化程度处于过成熟热演化阶段，具有较好的生气能力。该套地层分布面积广，整个下扬子地区除了江南古岛弧和火成岩分布区均有分布，但在苏北盆地和沿江地区埋藏较深，普遍大于5000m，在江南古陆边缘地区均有出露。

表3 下扬子区上二叠统大隆组/长兴组烃源岩有机质丰度与原始生烃潜力Table 3 Permian Dalong Formation/Changxing Formation sourcerock abundance of organic matter and hydrocarbon potential table in the lower Yangtze region

3.3 上奥陶统五峰(O3w)—下志留统高家边组(S1g)

为海相沉积地层，五峰组为深灰—灰黑色硅质页岩、硅质岩，黑白相间的水平纹理发育。高家边组为黄绿色、灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层粉砂岩和粉细砂岩，泥岩中水平层纹极为发育。该套暗色泥页岩厚度一般在50~120m之间，有机碳含量在0.32%~2.08%；热演化程度较高，Ro值在2.0%~3.2%之间。与上扬子区的龙马溪组对比，该层位明显属于浅海沉积，有机质含量偏低，产烃能力有限，但不排除有些地段有机质含量高，可达页岩气的成藏条件。

3.4 中奥陶统宁国组(O2n)

为海相沉积地层，黑色纹层状泥质硅质岩，平均有机碳含量1.27%，主要分布于下扬子盆地南部的宁国—宣城一带；北部的苏北坳陷区由于新生代地层覆盖，其分布情况不详，但在吴堡凸起之基底下中奥陶统黑色页有机碳含量达2.37%；由于苏北盆地能达下古生代地层的钻井稀少，未能窥见其全貌。

4 结论

（1）下扬子盆地经过从晚震旦纪至早三叠世多旋回相对稳定的连续沉积，形成了一套厚达8000多米的海相、海陆交互相地层，但经过多次构造活动，特别是燕山期的强烈构造及岩浆活动，变得十分破碎，形成多个小型的残留盆地。

（2）与上扬子龙马溪组对应的高家边组地层在下扬子盆地沉积古地理环境确实有很大的不同，据现有的资料尚未发现该套地层具备成为好的页岩气藏的条件。

（3）在下扬子盆地苏北地区的油气勘探中，能钻达古生代地层的钻井屈指可数，打穿古生代地层达到变质基底的钻井几乎没有，因此下扬子海相地层的勘探程度还是比较低的。

（4）下扬子盆地的晚古生代二叠系地层厚度大，有机质含量高，热演化程度适中，埋藏深度在1000~3000m之间，是一套很好的烃源岩，据多处勘查成果显示其含气性也较好，可以作为本区页岩气地质调查的首选目标层位，以期实现本地区的页岩气勘查突破。

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Tectonic evolutionary characteristics and the main enriched layers of shale gases in the lower Yangtze basins

HUANG Zheng-Qing
(Nanjing Center, China Geological Survey, Jiangsu Nanjing 210016, China)

Shale gas resources in various basins have great potential. In this paper, through discussion on the tectonic evolutionary characteristics of the lower Yangtze basins, combined with a geochemical parameter analysis of organic-rich strata in the regional tectonic units, we point out the possible shale gas enrichment horizons in the lower Yangtze region. These have important reference value for the shale gas exploration work in the area. Analysis showed that, (1) from the late Sinian to the middle Triassic, the lower Yangtze basins were subjected to two large transgressive-regressive processes with the characteristics of vertical multi-cycles and horizontal multi-phases. (2) After the middle Triassic, two major late reformations made the region produce a number of complex structure combinations. Three of six tectonic units have been divided into the back-arc rift basin of the middle and lower reaches of the Yangtze River, the passive continental margin of the lower Yangtze, the epicontinental rift basin of south China, the Jiangnan Island arc, the Fuchuan-Zhangshuophiolitic mélange, and the Huaiyu-Tianmu mountain passive epicontinental basin. (3) According to the characteristics of the stratigraphic lithological association, organic content, thermal evolution degree, and so on; we propose that the main layers of rich organics of enriched shale gases are in the Dalong Formation, Longtan Formation, and Gufeng Formation of the upper Paleozoic, and in the Hetang Formation, Mufu Mountain Formation, Ningguo Formation, and Wufeng-Gaojiabian Formation of the lower Paleozoic.

lower Yangtze basin; tectonic unit; rich organic character; shale gas enrichment

P542

A

2095-1329(2017)01-0087-06

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.01.020

2016-12-05

修回日期: 2017-03-05

黄正清(1965-),男,硕士,高级工程师,主要从事页岩气基础地质调查与研究.

电子邮箱: rssfj@126.com

联系电话: 025-84897852基金项目: 中国地质调查局地质调查项目“华东地区页岩气基础地质条件调查及选区研究”(12120114054001)