南黄海古生代盆地原型演变与烃源岩发育特征

朱伟林，陈春峰，张伯成，万延周，付晓伟，张银国

(1.同济大学 海洋地质国家重点实验室，上海 200092；2中海石油(中国)有限公司 上海分公司，上海 200335；3.中国地质调查局 青岛海洋地质研究所，山东 青岛 266071)

南黄海盆地位于南黄海海域，盆地内从北向南依次为北部坳陷、中部隆起、南部坳陷和勿南沙隆起(图1)。经过60多年不懈的努力，特别是自2006年以来，中海油及青岛海洋地质研究所在南黄海开展了大量勘探攻关及钻探，在中部隆起获得了品质较好的地震资料，WX5井及CSDP-2井钻遇上古生界及下古生界志留系，发现40余处油气显示，证实南黄海盆地发育二叠系烃源岩，但该井未钻遇下古生界烃源岩[1-4]。中、古生代海相沉积在南黄海盆地内广泛发育，可能发育下寒武统幕府山组、下志留统高家边组、下二叠统、上二叠统4套烃源岩[1，5-6]。对下扬子陆区烃源岩的研究表明[7-8]，下寒武统牛蹄塘组(层位对应幕府山组)和下志留统高家边组是海相古生界的主力烃源岩，二叠系烃源岩是次要烃源岩。由于南黄海盆地目前尚无钻井钻遇幕府山组及高家边组烃源岩，而这两套烃源岩的发育情况对南黄海盆地的勘探潜力及方向影响极大，因此，南黄海古生界烃源岩的发育程度及展布问题是目前急需解决的重大地质问题。

图1 南黄海盆地位置Fig.1 Location of South Yellow Sea Basin

在下扬子陆区有较多钻井及露头等资料，尽管前人对下扬子陆区3套烃源岩的岩相古地理已进行了一定研究[9-11]，但还很难判断南黄海古生代烃源岩的发育情况。本文从分析烃源岩的发育环境及控制烃源岩展布的地质因素出发，如烃源岩发育时的大地构造环境、盆地类型及沉积相带等，研究下扬子陆区及南黄海盆地下寒武统幕府山组、上奥陶统五峰组—下志留统高家边组、上二叠统龙潭组3套烃源岩的发育特征及其影响因素，预测南黄海盆地古生界烃源岩发育情况。

1 影响烃源岩发育及展布的因素

1.1 优质烃源岩发育在特定沉积相带

对中国南方及塔里木盆地古生界海相烃源岩的研究表明[12]，烃源岩形成时表层水的高有机质生产力与底层水的缺氧保存环境同样重要，或者说应同时具备。这两大条件则由不同地质时代、不同气候环境及不同地质条件下众多的因素组合形成。在有机质的高生产力方面，石炭纪—二叠纪全球大气氧含量处于中等水平，非常有利于煤系烃源岩的形成；而寒武纪我国四川盆地及塔里木盆地处于副热带高压控制下，易形成洋流辐散带，富含营养盐的辐散带上升洋流同样也有利于形成有机质高生产力。在有机质的保存方面，多种条件下均可形成安静、缺氧水体，有利于有机物保存，如寒武纪早期冰川快速消融引起的全球性海平面上升、盆地快速张裂形成的欠补偿盆地、长期稳定发育的深水盆地、蒸发潟湖内水体含盐量上升而形成的水体分层等。

烃源岩发育的沉积相及岩相古地理环境则是上述有利于烃源岩发育的各种因素的具体组合。张水昌等[12]提出中国古生代海相高有机质丰度烃源岩主要发育的沉积相有欠补偿盆地相、陆源海湾相、蒸发潟湖相、台缘内缓坡、浅缓坡、深缓坡，以及半闭塞—闭塞欠补偿海湾相。梁狄刚等[13]对中国南方古生界4套烃源岩的沉积相研究后，提出优质烃源岩发育的7种沉积相：深水泥质陆棚相、深水热水陆棚相、深水碳酸盐岩陆棚相、深水硅磷质台凹相、海湾潟湖相、近海湖盆沼泽相和前三角洲相。以深水陆棚相为例，该相带主要发育在四川盆地及下扬子区的早寒武世或早志留世深水泥质陆棚，泥岩中的大量浮游类红藻、褐藻提供了丰富的有机质来源，而富含黄铁矿、具水平层理的纹层状灰色泥岩指示还原的有机质保存环境。对全球主要的海相盆地烃源岩与其沉积环境研究表明[14]，波斯湾、西西伯利亚、墨西哥湾、北海、大西洋、东非海岸、四川、塔里木和古特提斯洋等盆地的优质烃源岩形成时都具有海湾或与海湾地貌类似的沉积环境，即三面是陆地，与海湾相连的河流提供大量矿物质成为藻类等水生生物的主要营养物质，同时由于海湾水体安静或盐度上升有利于有机质保存，从而有利于形成优质烃源岩。

烃源岩是否发育与特定沉积相存在较强联系。优质烃源岩发育的沉积相主要以深水欠补偿盆地、

海湾、蒸发潟湖等相带为主，这些相带内既有相对安静或盐度较高的水体以形成良好的保存条件，同时也具有高生产力这一特性，如接近陆源营养物质输入源或海盆内本身具有丰富的浮游藻类、底栖生物等；而仅有保存条件或仅有高的生产力的相带，是无法形成优质烃源岩的，如在中国南方寒武系沉积中存在远洋深水盆地相，尽管保存条件好，但有机质生产力却较低，只能形成有机质含量低的暗色泥岩；再比如在中下扬子区石炭系发育厚层的碳酸盐岩台地相沉积，可见丰富的生物化石，但由于台地相水体动荡且水体较浅，缺少保存条件，因而在台地相沉积中几乎找不到烃源岩(个别台地内发育蒸发潟湖相，水体安静，也可发育烃源岩)。

1.2 盆地类型控制沉积相带展布

盆地类型对烃源岩的发育具有控制作用。对中国古生代海相烃源岩的研究发现[12]，海相烃源岩的发育程度与盆地类型之间存在密切联系，其中高有机质丰度烃源岩主要发育于被动大陆边缘盆地、克拉通内坳陷盆地和前陆盆地这3类盆地中。对环大西洋的北美、西非等多个近海富油气盆地研究表明[15-18]，环大西洋两岸优质烃源岩的发育程度及展布受到大西洋张裂作用的控制，并且主要在被动陆缘盆地中。此项研究成果已应用到近几年中海油的海外勘探中，据此预测了优质烃源岩的主要发育区及未来可能发现大型油气田的探区，获得了良好的勘探效果，在南美洲深水区发现了数个亿吨级的巨型油田[19]。

盆地类型影响沉积相带的展布。扬子区发育海相烃源岩的盆地类型对沉积相带的平面展布有极强的控制作用[13]。在早寒武世，中国南方发育克拉通边缘盆地及洋盆，克拉通边缘盆地中的沉积相带格局为多个古隆起中间分布浅水陆棚及深水陆棚，向边缘为盆地相，发育优质烃源岩深水陆棚及浅水陆棚，呈环带状围绕古隆起分布。在早志留世，中国南方主要发育前陆盆地，盆地中斜坡部位烃源岩不发育，只有前陆坳陷带发育优质烃源岩，呈长条形分布，且其长轴方向与前陆坳陷带长轴方向一致。四川盆地二叠系的烃源岩分布同样受盆地类型控制，早二叠世末期东吴运动造成盆地西南部形成康滇古陆；在龙潭组(吴家坪组)沉积时期，受区域拉张影响，盆地东北部形成克拉通边缘盆地，向北为南秦岭裂谷盆地(海盆)及北秦岭隆起[20-21]；在晚二叠世海侵背景下，在克拉通边缘盆地内由西南向东北方向水深加大，形成近北西向展布的环带状相带，依次为河流相、滨岸沼泽相、潮坪潟湖相、浅水陆棚相、开阔台地相、深水陆棚相和盆地相[22]；盆地内优质烃源岩发育的相带主要为深水陆棚相、浅水陆棚相、潮坪—潟湖相带[22]，且呈环带状分布，可见，晚二叠世四川盆地的构造活动形成该区克拉通边缘盆地及相应的环带状岩相古地理格局，而岩相古地理格局又影响到烃源岩围绕古隆起呈环带的分布格局。

综合上述，不同的大地构造环境会形成不同类型的盆地，对于某一类型的盆地，其沉积相带的发育和展布也有特定的规律。同时，优质烃源岩的发育与特定的沉积相带密切联系。因此，盆地形成的大地构造环境及盆地类型与烃源岩的发育与展布相带密切相关。

如何对低勘探程度区烃源岩的发育程度及展布进行预测呢？朱夏等对盆地原型的划分及盆地沉积发育的控制作用进行了大量深入的研究，并建立了沉积盆地“T-S-M”分析理论和方法[20，23-25]。朱夏指出，盆地原型是地质发展历史一定阶段、一定运动体制下形成的大地构造单元，不同的盆地原型对应不同的动力学环境[23]，同时指出，在油气普查工作中，我们所面临的往往是预测性的而不是总结性的问题，因此我们要从一些地质因素对这些指标进行评价，根据3个“T”对4个“S”和4个“M”进行评价，其中就包括根据盆地动力学环境(tectonics)、盆地原型研究结果对沉积作用(sediment)、烃源岩发育条件(material)等未知因素进行研究和预测。

因此，运用朱夏提出的“T-S-M”理论，结合利用盆地类型来分析烃源岩的研究方法，从沉积盆地的动力学环境出发，确定该时期的盆地原型，进而依据已有钻井资料分析该时期烃源岩发育的优势相带及岩相展布规律，最后在平面上预测烃源岩发育的优势区，这是一条研究烃源岩优势发育区、评价含油气远景区的有效技术路线。

2 古生代烃源岩发育期盆地原型

2.1 早寒武世盆地原型

扬子区结晶基底形成于晋宁运动早期，晋宁运动发生时间大约为中元古代末期，即距今约1 000～750 Ma，在下扬子—南黄海区主要表现为2期造山性质的运动：早期的四堡运动表现为周缘地体向扬子古陆核上的拼贴；晚期的晋宁运动表现为南面的华夏地块往扬子古陆核下的俯冲，以及扬子古陆核北缘向华北板块下的俯冲[19]。晋宁运动之后的俯冲作用在下扬子古陆核南北两面形成两个火山岛

弧，导致下扬子板块横向增生[26]。根据现今残留的晋宁期花岗岩分布特征勾划出一个围绕下扬子周缘形成的花岗岩或火山岩构造带，分别出露在扬子板块南缘的江南隆起带边缘及北缘的苏鲁地区、张八岭地区、大别造山带等[27]。两个火山岛弧在新元古代固结为统一的下扬子区结晶基底。

自晋宁期罗迪尼亚超大陆张裂至寒武纪，华南一直作为独立的大陆，周缘无明显造山带[28]。YAO等[29]通过物源分析认为，华南东南缘在寒武纪早期已经开始接收来自印度大陆的碎屑物质。沉积记录显示，震旦纪开始在拉张背景下发生大规模海侵，主要发育以碳酸盐岩为主的沉积，局部存在深水复理石发育的坳陷带，总体表现为陆块离散的拉张格局[21]，其盆地原型为被动大陆边缘的克拉通盆地(图2)。震旦纪—中奥陶世，下扬子—南黄海地区同样也是在拉张的背景下发育了为被动大陆边缘的克拉通盆地[21，30]。

2.2 晚奥陶世—早志留世盆地原型

华南与扬子陆块聚合发生于新元古代(820～805 Ma)，碰撞拼贴带为江南造山带，但碰撞的过程和方式存在一定争议[33-34]；另外，在华南板块内部并未发现与加里东期岛弧相关的岩浆活动[35]。寒武纪—早志留世，碎屑岩沉积区范围由华南东南向扬子方向逐渐迁移，显示华南板块在加里东期已成为一体，并具有同样的演代趋势[35-36]。扬子与华夏作为统一的华南板块，在早古生代晚期与冈瓦纳大陆聚合，导致在华南板块东南一带碰撞并发生强烈的造山运动，从而在早古生代晚期形成华南板块的前陆盆地[29,35,37]。浙西北陈蔡杂岩韧性变形研究表明，该时期发生了强烈的北西向逆冲挤压[38]。下扬子区加里东运动从奥陶纪末期启动，具多幕式特征，最强烈的一幕发生于志留纪，下扬子陆区—南黄海地区受华南块体由东南向西北挤压影响，形成一个前陆盆地[39](图2)，整体上呈南东高、北西低的格局。南黄海CSDP-2井钻遇158.2 m厚的高家边组上部陆棚相灰黑色泥岩[40]，岩性也与下扬子陆域类似，显示南黄海与邻近的苏北陆域处于前陆盆地的相似构造位置。

图2 南黄海地区古生代盆地原型类型据文献[1，30-32]修改。Fig.2 Paleozoic basin type in South Yellow Sea area

2.3 二叠纪龙潭期盆地原型

早期研究认为，扬子板块自晚二叠世开始向华北板块俯冲碰撞，在二者之间最终形成秦岭—大别—苏鲁造山带，即印支运动。上二叠统龙潭组沉积时期属于印支运动早期[41]。

近年研究证实，华南与华北的碰撞要早得多。同位素测年及岩相古地理分析表明，两者碰撞始于258 Ma，苏鲁段率先碰撞再逐渐向西扩展，碰撞过程中，苏鲁段沿郯庐断裂发生大规模走滑[31]，这一点与从具有陆壳亲源性的超高压榴辉岩获得的256 Ma的年龄极为接近[42]。同样，榴辉岩在同一时间也表现出洋壳亲源性和陆壳亲源性特征，表明从洋壳俯冲转为陆壳俯冲的时间可能可以追溯至～260 Ma[43]。需要指出的是，这些年龄并不代表两陆块初始接触的时间，而是代表了强烈相互作用的时间，应滞后于陆块初始接触的时间[44]。所以在晚二叠世，华南板块与华北板块已碰撞，下扬子—南黄海地区的盆地原型已不是早期的被动大陆边缘盆地，而是受到华南向华北俯冲影响盆地类型。

沉积物源显示，南黄海盆地在二叠纪已具有活动构造背景。从南黄海中部隆起区CSDP-2井志留系—石炭系砂岩物源分析来看，该地层的砂岩主要形成于被动大陆边缘和大陆岛弧相关沉积盆地，其母岩应该来自成熟大陆石英质、古老造山带或大陆块地区，推测其来源主要为扬子陆块南部的华夏古陆。同时对该井砂岩的地球化学特征研究发现，志留系坟头组和泥盆系五通组的稀土元素配分模式基本相同，说明研究区在志留纪末期受广西运动影响一度抬升，但是并未经历强烈的构造变形，自坟头组到五通组研究区物源未发生本质变更。对下扬子巢湖和南京地区坟头组和五通组砂岩的研究发现，二者具有相似的碎屑锆石年龄分布模式(主峰为465～420和838～812 Ma)[45]，表明泥盆纪沉积继承了志留纪沉积的物源特征。CSDP-2井石炭系高骊山组的各项物源判别指示与泥盆纪、

志留纪的物源背景相似，说明下扬子南黄海盆地石炭纪沉积物源继承了早前的物源特征，并无明显变化。CSDP-2井龙潭组的沉积物源则与该井志留系、泥盆系、石炭系砂岩的物源明显不同，龙潭组沉积物源区除了具有大陆岛弧和被动大陆边缘属性外，还显现活动大陆边缘构造属性；微量元素物源判别图解显示，二叠纪的沉积源区与志留纪—石炭纪相比更接近活动大陆边缘区[40]。由此可见，南黄海二叠系的物源区性质比前二叠纪沉积物更具活动构造背景。可能该时期的南黄海地区已开始接受来自北部碰撞带的物源。

古地磁数据分析认为，下扬子区华南板块与华北板块以旋转的方式完成拼合。李三忠等[32]认为华南与华北通过双向俯冲的方式完成拼合——在中上扬子区，扬子板块以俯冲方式消失在华北板块下部；而在下扬子区，由于古太平洋板块已经俯冲在华北板块下部，所以该区扬子板块只能“骑”在古太平洋板块上方，以陆—陆碰撞方式与华北板块接触。受下部古太平洋板块向东北方向走滑的影响，苏北—南黄海区域的下扬子区地壳沿郯庐断裂带、苏鲁造山带一带向东北方向滑移并与华北板块拼接，形成小规模造山带。

因此，综合以上大地构造及物源研究认为，龙潭组沉积时期苏北—南黄海区域的下扬子区既不是典型的被动大陆边缘盆地(图2)，也不是B-型俯冲形成的前陆盆地，而是陆—陆碰撞形成的活动大陆边缘盆地特征。

3 早寒武世古地理环境与烃源岩发育

3.1 早寒武世岩相古地理

与晚震旦世灯影期相比，下扬子陆区—南黄海地区在早寒武世处于拉张背景下，形成克拉通边缘盆地，同时早寒武世全球海平面持续上升，海平面相对较高，海域范围扩张较大，陆地面积大量减少。该时期下扬子陆区—南黄海地区大部分处于深水陆棚沉积环境，局部为浅水陆棚，在下扬子区的西北部和中部出现较深水的盆地相沉积，在南部边缘局部见三角洲沉积，晚震旦世灯影期形成的台地在早寒武世已变为浅水陆棚。总体上，该时期的沉积格局是围绕早期形成的台地沉积(可能为晋宁运动形成的古隆起区)由于拉张而形成的数个深水盆地沉积，二者之间形成深水陆棚相沉积(图3)。

图3 下扬子—南黄海下寒武统幕府山组岩相及烃源岩分布Fig.3 Lithofacies and source rock distribution of Lower Cambrian Mufushan Formation, Lower Yangtze and South Yellow Sea

盆地相：主要为两个区域，一个是在研究区中部景德镇—黄山近北东向的条带；另一个以巢湖为中心，在巢湖、宣城等地区可见硅质岩、硅质页岩等深水相沉积，局部有生物礁出露，云岩下部见核形石，盆地相范围较早期扩张。研究区中部景德镇—黄山近北东向深水沉积岩性主要以黄绿色、灰色泥页岩、碳质页岩及硅质页岩为主，盆地相沉积沿NE—SW向对称两侧扩张。另一个盆地相沉积在巢湖市西南方向的GuD1井钻遇，为深灰色白云岩、硅质白云岩，底部见灰色泥岩，综合判断为盆地相。

深水陆棚相：围绕盆地相分布，见于南京市鼓楼区、六合区冶山、无锡市DS1井、盱眙县GuanD1井幕府山组剖面，一般为多种岩性组合，底部常见黑色碳质页岩、硅质岩、硅质页岩、夹白云岩、泥质云岩，上部多变为灰色巨厚层灰岩，局部地区见少量硅化页岩或灰黄色砂质页岩，见磷结核，质软，污手；在泥质岩中可见许氏虫、小原油栉虫、圆货贝；在深灰色泥质粉晶云岩中水平层理极发育，未见纹层起伏，而该特征有别于潮坪背景形成的起伏的白云岩。综合认为属深水陆棚沉积。

滨岸—三角洲相：发育于研究区南部边缘，可见于杭州市桐庐县横严线露头，见灰白色中—厚层状石英细砂岩、砂砾岩，根据层厚和砂岩成分成熟度推测为滨岸相或者三角洲沉积。

3.2 早寒武世烃源岩发育特征

幕府山组是下寒武统主力烃源岩，主要为暗色泥页岩，野外露头普遍见黑色页岩、含碳质泥岩，在滁州全椒等局部地区出露硅质泥岩。

本次研究以钻取岩心的GuanD1，SD121，W2井分析数据为基础，评价幕府山组烃源岩，同时收集前人露头分析数据并进行对比分析(表1)。对GuanD1井岩心样品进行有机碳、热解生烃潜量、氯仿沥青“A”抽提及族组分等测定(图4)。GuanD1井幕府山组厚度442.40 m，烃源岩段为黑色碳质泥岩和石煤(富含藻类等有机质的泥岩在高成熟阶段形成)，总有机碳含量为0.51%～47.7%，均值9.82%，以此判断该套烃源岩为好的烃源岩。热解生烃潜量(S1+S2)为0.02～1.24 mg/g，整体上很低，均值0.29 mg/g；同时指示有机质丰度的另一指标氯仿沥青“A”含量也很低，总体上都小于0.05%，分析原因为烃源岩热演化程度很高，进入了过成熟阶段。SD121井幕府山组烃源岩有机碳含量为0.55%～4.84%，均值3%，达到很好级别的烃源岩，厚度有120 m。W2井幕府山组烃源岩有机碳含量为0.57%～10%，有80%的样品达到很好的烃源岩标准。综合分析，幕府山组烃源岩达好的烃源岩标准。

表1 下扬子—南黄海下寒武统幕府山组烃源岩厚度Table 1 Source rock thickness of Lower Cambrian Mufushan Formation, Lower Yangtze and South Yellow Sea

图4 江苏盱眙GuanD1井下寒武统幕府山组烃源岩地化综合柱状图Fig.4 Geochemical column of source rocks in Lower Cambrian Mufushan Formation in well GuanD1, Xuyi, Jiangsu province

对苏北地区7口钻遇幕府山组泥页岩的探井及苏南地区幕府山组野外露头泥页岩样品分析[46]表明，幕府山组黑色泥页岩有机质十分富集，有机碳含量为0.66%～12.1%，均值3.32%，有机碳质量分数大于1%的样品比例达92%，属好—很好的烃源岩，这一结论与本次评价结果相似，其差值应为风化等原因引起。

3.3 早寒武世烃源岩品质与沉积相带关系

下扬子陆域盱眙地区GuanD1井幕府山组烃源岩发育段分析表明，烃源岩有机质丰度高、暗色泥岩集中发育的380～485 m井段属盆地相(图3)；在另外2口井中显示南部及北部坳陷深水陆棚相—盆地相烃源岩有机质丰度较高，大部分超过4%，并且厚度相对也较大，如南部宣城地区盆地相W2井下寒武统总有机碳含量超过0.5%的烃源岩厚度达465 m，北部盱眙GuanD1井则达442 m；而中部浅水陆棚相烃源岩的有机质丰度指标相对略低，但大部分总有机碳含量也超过2.5%，主要表现为源岩厚度变小。因此，下扬子区幕府山组烃源岩发育受控于岩相古地理环境，品质好、厚度大的烃源岩主要集中在盆地相及深水陆棚相，其次是浅水陆棚相，该相带内烃源岩有机质丰度降低、厚度减小。

幕府山组的高有机质丰度烃源岩与深水陆棚相、盆地相关系密切。在平面上，早寒武世的沉积相带既受下扬子地区在晚震旦世形成“一隆两坳”沉积格局的影响，又受影响广泛的海侵影响，形成广泛的细粒沉积，在研究区东北部和中南部为坳陷区，发育盆地相及深水陆棚相，灰黑色泥岩、碳质泥岩、薄层泥质灰岩和硅质岩发育，是厚层、高丰度烃源岩发育区；北部边缘及南部边缘为浅水陆棚相，厚层白云岩、灰质白云岩发育，暗色泥岩不发育或较薄，烃源岩有机质丰度也降低。高品质烃源岩以南、北两个盆地相为中心，在盆地相及深水陆棚相带内比较发育，在浅水陆棚相带内厚度减薄。

3.4 早寒武世烃源岩发育有利区

在研究区中南部为盆地相和深水陆棚相发育区(图3)，该区域内在陆区有大量井钻遇了较厚的幕府山组暗色页岩，是烃源岩的有利发育区。而在

研究区的东北部，在早寒武世发育一个近北东向的深水陆棚相区域，该区主要覆盖了现今陆区的江苏地区和南黄海盆地的中部隆起及北部坳陷，预测在该区域内幕府山组烃源岩厚度超过50 m；而在研究区的东北部边缘及东南部边缘，主要发育浅水陆棚相沉积，预测该区域内烃源岩厚度逐渐减薄。

4 晚奥陶世—早志留世古地理环境与烃源岩发育

4.1 晚奥陶世—早志留世沉积古地理

晚奥陶世五峰期，研究区仍处于南北拉张背景下，该时期海平面上升，海域范围增大，浅水相沉积分布面积减少，主要属于陆棚—台地相，研究区内沉积相呈NE—SW向条带展布，深水沉积向北东方向延展，深海沉积相面积变大。在下扬子陆区西南部有盆地相出露，岩性主要为黑色页岩夹硅质页岩，五峰组黑色硅质、碳质页岩中硅质含量较高，富含笔石，局部见腕足类。由于海平面上升，陆棚相沉积向早期的台地相方向扩张，原有的台地相、台内滩相被深水陆棚相替代，而五峰期浅水沉积主要表现为孤立台地相、浅水陆棚相，浅水陆棚相岩性主要为灰黑色硅质页岩及硅质岩、灰质泥岩、粉砂质泥页岩；在下扬子陆区的中部及西北缘，在陆棚相带中发育几个独立台地，岩性主要为泥灰岩、云质灰岩、灰岩，含黄铁矿瘤状云质灰岩。

早志留世高家边期，下扬子陆区及南黄海地区已处于弱挤压背景下，受自南向北的挤压影响，该时期深水区域开始向北迁移，南侧已抬升为浅水区，自南向北水深逐渐增加。在研究区西北部南京及芜湖地区为盆地相，围绕深水区发育斜坡相，浅水及滨岸相沉积出露于下扬子区东南部，有陆棚相及潮坪相、滨岸三角洲相(图5)。

图5 下扬子—南黄海上奥陶统五峰组—下志留统高家边组岩相及烃源岩分布Fig.5 Lithofacies and source rock distribution of Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Gaojiabian formations, Lower Yangtze and South Yellow Sea

盆地相：在下扬子陆区西南缘发育，见于无为县沿山剖面、SK1井、GuD1井、含山县仑山陈夏村组剖面、南京市江宁区汤头村及五峰村、青龙山剖面。底部往往为一套厚层黑色泥岩、泥页岩夹少量紫色页岩及薄层灰色粉砂岩；下部灰黑色页岩发育；中部灰黑色页岩夹黄灰色薄层石英细砂岩；上部为灰黄、浅灰紫色页岩间夹灰黄色长石石英细砂岩。向上砂质含量逐渐增加但以页岩沉积为主，反映水体向上变浅环境。高家边组底部及中下部发育黑色页岩，反映深水盆地相沉积，向上变为灰绿色、黄绿色，反映水体变浅；页岩里富含笔石，整体上为大套页岩而无厚层砂岩发育，反映远离浊积扇的盆地相沉积环境。

斜坡相：围绕盆地相南缘及东缘分布，见于铜陵市郊区剖面、无锡市DS1井。其岩性为页岩、粉砂质页岩，可见明显软变形结构，反映一定坡度的重力滑塌沉积。在该相带内高家边组下部为深灰色、灰黑色泥岩夹泥质岩屑石英细砂、泥质粉砂岩，向上变为灰、深灰色泥岩及粉砂质泥岩夹灰绿色含泥长石石英细砂岩。在该组地层中见鲍马序列A段、撕裂屑、火焰构造和滑塌液化现象，反映浊积扇近端斜坡沉积，其沉积环境为斜坡相。

陆棚相：围绕盆地相及斜坡相发育，见于宁国县新岭秦坑口、安吉县砻糠岭和黄野、广德县塘辛剖面、宁国市胡西路、池州市贵池区等剖面及南黄海盆地中部隆起CSDP-2井。在该相带内高家边组(霞乡组)底部在局部地区可见黄色中厚层中细粒长石质砂岩，厚约0～5 m；下部为深灰色厚层块状砂岩夹黑色页岩，厚约91 m；中部为灰绿、暗绿色厚—巨厚层细砂岩夹黄绿色粉砂质页岩等，厚约247 m；上部为灰绿色页岩及黄色砂质页岩，厚约435 m。陆棚相高家边组(霞乡组)总厚约778～1 202 m，自东向西厚度增大。与晚奥陶世沉积相

比，本组主体为砂质页岩或砂岩夹页岩，砂岩明显增多，中上部以粉砂岩和砂岩为主，局部发育黄绿色中—厚层细砂岩、泥质粉砂岩、灰绿色粉砂岩，含扬子珊笔石、角石、原始锯笔石；中—厚层砂岩具有向上增厚结构，反映深水陆棚沉积序列，CSDP-2井高家边组顶部出现白云岩，反映浅水强蒸发环境，局部发育页岩又反映深水陆棚沉积环境，综合各种因素认为该相带为陆棚相。

滨岸相(潮坪相)：主要分布于研究区东南边缘，见于德清县三桥西门山、杭州市富阳区半坞剖面。剖面底界含砾砂岩具波痕，其砾径和含量较大，且在含砾砂岩的灰色粉砂质页岩夹层中采得瓣鳃类(Cleidophorus)及少量笔石。波痕反映浪击面以上沉积环境，而在粉砂质页岩中的瓣鳃类也反映浅水沉积，综合认为该区处于潮坪沉积环境[47]。

综合分析五峰组—高家边组时期的沉积格局，该时期反映深水沉积的盆地相为研究区西南部，斜坡相、陆棚相及反映浅水沉积的滨岸相(潮坪相)依次呈近似条带状，为东南方向，这是前陆盆地沉积相带展布的最典型特征。同时，五峰组—高家边组底部反映深水沉积的盆地相并非典型的条带状发育，而是近环带状发育，这反映在高家边组沉积早期仍然继承了五峰组沉积时期拉张背景下的克拉通边缘盆地中盆地相呈环带状发育的沉积格局。

4.2 晚奥陶世—早志留世烃源岩发育特征

五峰组—高家边组烃源岩分析数据主要源于南黄海的CSDP-2井和陆区的DC1等井的岩心样品测试结果，结合收集的其他陆区资料，对该层段烃源岩特征进行综合分析。

DC1井五峰组—高家边组底部发育暗色泥岩、页岩，其中高家边组底部泥岩总有机碳含量为0.69%～5.46%，平均值为2.5%，为一套好—很好的烃源岩(图6)；向上总有机碳含量逐渐降低，到该组中上段为非烃源岩。下扬子陆区N4井资料揭示高家边组有机质丰度为0.54%～2.67%。南京汤山和句容钻遇高家边组的浅井以及江苏省页岩气公司部署的苏页1井见黑色泥页岩，富含笔石，其五峰组—高家边组黑色笔石页岩有机质丰度较高，总有机碳含量为1.2%～4.0%。总体上这几口井中均钻遇较好品质的五峰组—高家边组烃源岩。

另外一些井钻遇高家边组的总有机碳含量为低值，如D4井，岩性主要由泥岩、粉砂质泥岩、泥岩与粉砂岩互层等组成，该井烃源岩总有机碳含量高值区为志留系底部—奥陶系顶部，分布范围为0.01%～3.29%，均值为1.28%，有机质丰度总体上偏低。南黄海中部隆起CSDP-2井钻遇高家边组上段，未钻穿；岩性以灰色、灰黑色泥岩为主，其泥岩有机碳含量为0.21%～0.47%，均值0.26%，未达到有效烃源岩的下限标准，也可能是由于该井仅钻遇到志留系上段的浅灰黑色的泥岩段，尚未钻达高家边组底部富含笔石段的主力烃源岩层。综合前述，五峰组—高家边组烃源岩在部分区域为品质好的烃源岩，部分区域为差烃源岩或非烃源岩。

4.3 晚奥陶世—早志留世烃源岩展布与沉积相带

晚奥陶世—早志留世好烃源岩在盆地相及深水陆棚相带内发育。五峰组和高家边组沉积时期，深水区主要为陆域南京—盱眙一带，发育了一套盆地相—陆棚相沉积地层，为一套灰、黑色笔石页岩、硅质岩，在DC1井等井揭示。该区域内的五峰组和高家边组下段是下扬子区重要的烃源岩层，其总有机碳含量为2.3%～2.5%(图6)。在下扬子区的东南部，围绕盆地相主要发育斜坡相、浅水陆棚相或滨岸相沉积，暗色泥岩发育很薄或不发育，主要发育砂质泥岩或泥质砂岩，其有机碳含量总体上低于0.5%，达不到烃源岩标准。在研究区东北部，围绕盆地相发育陆棚相，该相带内烃源岩有机碳含量随远离盆地而逐渐降低，如D4井均值为1.28%。而到了南黄海的CSDP-2井，目前见到泥岩有机碳含量均值为0.26%，最高值为0.47%。综合分析认为，盆地相及东北部陆棚相控制了晚奥陶世—早志

留世好烃源岩的发育，而东南部区域往往不发育这套烃源岩，或源岩质量差。

晚奥陶世—早志留世烃源岩主要发育在盆地相、陆棚相，这两个相带的展布受到该时期盆地类型的影响，即前陆盆地内西北水体深、东南水体浅，各沉积相带呈条带状分布。从平面上看，五峰组和高家边组的优质烃源岩主要为盆地相、陆棚相较深水区带内，该相带呈北东—南西向条带状展布。斜坡相发育较差的烃源岩，滨岩相不发育烃源岩。

4.4 晚奥陶世—早志留世烃源岩有利发育区

根据上述烃源岩优势发育区与下扬子区岩相古地理的对应关系，晚奥陶世—早志留世，五峰组和高家边组优质烃源岩为前陆盆地内西北部的盆地相、陆棚相较深水区带内，呈北东—南西向条带状，主要覆盖了陆区的浙江西部、安徽中东部和江苏东北部；而在南黄海盆地中北部，也可能发育陆棚相较深水沉积，从而发育一定厚度的烃源岩，但厚度可能不大。在研究区的东南部，包括南黄海盆地南部、浙江东南部、安徽南部地区，主要发育浅水陆棚相及滨岸相沉积，烃源岩发育较差或不发育。

5 晚二叠世古地理环境与烃源岩发育

自晚泥盆世开始，扬子地区再次海侵，南黄海地区发育泥盆系海相碎屑岩沉积及石炭系浅海相碳酸盐岩沉积。二叠纪期间下扬子区经历了2次海侵，栖霞组、孤峰组、龙潭组、大隆组均有暗色泥岩发育，形成了一定规模的烃源岩。但在南黄海盆地，相比其他3个组的烃源岩，龙潭组烃源岩最为发育，是该区二叠系的主力烃源岩。下面以龙潭组为例，分析古地理环境与烃源岩分布之间的关系。

5.1 晚二叠世岩相古地理

早二叠世末期，海侵达到高峰，研究区总体地势为沿NE—SW向展布的轴部低、西北及东南两侧较高的负向地貌单元，局部地区随海平面下降出露为剥蚀区。二叠纪龙潭期继承早期的环状古地理格局，下扬子区海平面已下降，海域面积缩小，陆相沉积分布范围增大。深水沉积主要为陆棚相，为研究区西南部，面积较小；南部和北部为剥蚀区，为浅水—滨岸相沉积提供大量陆源物质；其余区域主要为三角洲—沼泽相沉积(图7)。

图7 下扬子—南黄海地区上二叠统龙潭组岩相及烃源岩分布Fig.7 Lithofacies and source rock distribution of Upper Permian Longtan Formation, Lower Yangtze and South Yellow Sea

陆棚相：西南部沉积区的中心部位，见于泾县昌桥剖面、句容市、南京市江宁区天宝山实测剖面、繁昌县桃冲剖面、南陵县丫山剖面、贵池区潘家桥南高口吴—蓬山实测剖面、贵池区X006井、句容市SK1井。该相带内龙潭组下部主要以灰色、深灰色含白云质泥岩、云质泥岩、灰黑色泥岩、碳质泥岩为主，间夹浅灰色泥质粉砂岩、灰黄色灰岩及煤层。该组的碳质页岩和钙质页岩夹粉砂岩，指示陆棚相沉积。龙潭组上部发育灰黑色碳质泥岩，常具变形层理。龙潭组见菊石、石根、单网羊齿、含猫眼鳞木、贝类，说明未达到盆地相的沉积水体深度，碳质页岩夹透镜状和薄层泥晶灰岩反映水体偏浅，页岩则指示浪基面之下的陆棚沉积环境。综合确定该区域内龙潭组为陆棚沉积环境。

三角洲相：研究区东北部区域的南部及北部边缘附近，见于含山县S226剖面、宣城市九连山剖面、江阴市澄江剖面、南黄海WX5井及CSDP-2井。该区带内龙潭组主要发育深灰色砂岩与灰黑色泥岩、页岩互层，夹鲕状灰岩、钙质页岩、煤线。砂岩多为中厚层细粒长石砂岩、岩屑砂岩，成分成熟度低并可见交错层理，见三角洲前积结构；页岩指示安静沉积环境；深灰色厚层泥岩产植物化石大羽羊齿、蕉羊齿、基缩蕉羊齿、带羊齿、栉羊齿、斜羽叶，指示为近岸环境。综合判定为三角洲相沉积。

滨岸相：研究区西北部及东南部边缘，见于宁国市港口剖面、长兴县煤山剖面、铜陵市丁俞山剖

面、巢湖市平顶山凤凰山二叠系剖面。岩性主要为灰黑色、黑色薄层钙质泥岩与灰色粉砂岩互层，局部发育灰黑色厚层生物灰岩。地层中含大量植物化石碎片、虫筳 类、生物碎屑，见燧石条带。植物炭屑和植物化石指示浅水沉积，大套含生物灰岩指示浅水碳酸盐岩沉积，同时砂质的混入反映陆源物质影响，综合认为属滨岸相沉积。

总体来看，龙潭组沉积时期整体呈环带状的古地理格局，中心部位为陆棚环境，向周缘变为三角洲及滨岸环境，总体上反映了坳陷型盆地的沉积格局。

5.2 龙潭组烃源岩发育特征

在下扬子—南黄海区域有大量露头及多口钻井揭示龙潭组烃源岩，由暗色泥岩和碳质泥岩组成。南黄海CSDP-2井龙潭组暗色泥岩有机碳含量为0.51%～2.44%，均值1.0%；碳质泥岩有机碳含量为6.58%～24.9%，均值12.7%；S1+S2分布于0.01～2.14 mg/g，均值0.42 mg/g；沥青“A”含量均小于0.05%；热解氢指数为1.13～92.81 mg/g(图8)，指示中等—好的烃源岩。南黄海CZ35井龙潭组暗色泥岩有机碳含量为0.75%～5.43%，均值1.67%；S1+S2为0.89～7.79 mg/g，均值3.1 mg/g；沥青“A”含量为0.09～0.76%，均值0.29%；热解氢指数为70.53～411.18 mg/g，均值148.25 mg/g，综合评价为好的烃源岩(图9)。另外，陆区HC1井龙潭组暗色泥岩有机碳含量为0.86%～3.76%，均值1.90%；碳质泥岩有机碳含量为7.66%～16%；S1+S2为0.58～1.48 mg/g；热解氢指数为6.05～118 mg/g，指示好的烃源岩。综合分析认为龙潭组属于中等—好烃源岩。

图8 南黄海地区CSDP-2井地化综合柱状图Fig.8 Geochemical column of well CSDP-2, South Yellow Sea

图9 南黄海地区CZ35井地化综合柱状图Fig.9 Geochemical column of well CZ35, South Yellow Sea

5.3 龙潭组烃源岩展布与沉积相带关系

下扬子—南黄海地区龙潭组烃源岩主要为暗色泥岩及碳质泥岩，是一套以陆相物源形成的沉积体，因此，该套烃源岩形成的环境要求既要距滨岸带有一定距离，以形成安静的水体有利于有机质保存，同时也不能距陆源物质输入太远而不利于植物生长。根据对各相带泥岩有机碳含量的统计，龙潭组最有利于烃源岩发育的相带是潮坪相、三角洲相，这些相带内适合发育煤系地层，如CZ35、WX5、CSDP-2等井龙潭组三角洲相泥岩有机碳丰度高，尤其是局部碳质泥岩和煤层有机碳含量达16%，均值达3.59%；同时该相带烃源岩厚度大，一般在100～300m(图7)。而陆棚相和沼泽相龙潭组虽然发育暗色泥岩，但总体有机质丰度稍低，源岩厚度不如三角洲相。滨岸相龙潭组源岩发育程度比沼泽相稍差，烃源岩有机碳含量进一步降低。

综合分析认为龙潭组主要是在三角洲相、陆棚相、潮坪相、沼泽相环境下形成的烃源岩，其分布受控于这4个相带的展布。龙潭期沉积相带的平面展布又受控于该时期的大地构造环境和盆地原型，即晚二叠世扬子板块向北移动已开始与华北板块碰撞，形成活动大陆边缘坳陷型盆地，在该盆地内，三角洲相、陆棚相、潮坪相、沼泽相呈环带状，在这些相带内发育了较好的龙潭组烃源岩。

5.4 龙潭组烃源岩有利发育区

根据龙潭组烃源岩与岩相之间的对应关系，从研究区的西南部到东部，即从陆区的安徽东南部到江苏东南部、海区的南黄海盆地南部，发育三角洲相、陆棚相、潮坪相、沼泽相，龙潭组烃源岩发育良好。而在研究区的西北部及东南部，即江苏东北部及浙江东南部，主要发育边缘粗粒沉积相带，龙潭组烃源岩发育较差或不发育烃源岩(图7)。

6 结论与讨论

6.1 结论

(1)盆地发育时期的动力学环境决定了该时期的盆地原型，盆地原型影响盆内岩相展布格局，烃源岩发育与特定沉积相带关系密切，因此，研究某一时期的盆地发育构造环境及盆地原型，有利于预测烃源岩平面展布。

(2)幕府山组沉积时期，下扬子—南黄海地区属于拉张动力学背景下的被动大陆边缘克拉通盆地，在该盆地中，盆地相及深水陆棚相为烃源岩发育的优势相带，发育幕府山组优质烃源岩；盆地相及深水陆棚相呈环带状围绕古隆起或台地发育；在下扬子陆区，幕府山组的盆地相及深水陆棚相也具有这一特征，在早寒武世发育一个近北东向的盆地相及深水陆棚相区域，该区主要覆盖了现今陆区的江苏地区和南黄海盆地的中部隆起及北部坳陷，预测在该区域内幕府山组烃源岩品质好、厚度较大；而在研究区的东北部边缘及东南部边缘，主要发育浅水陆棚相沉积，预测该区域内烃源岩厚度逐渐减薄。

(3)五峰组—高家边组沉积时期，下扬子—南黄海地区处于挤压动力学背景下的前陆盆地，在该盆地中盆地相、斜坡相、深水陆棚相、浅水陆棚相由西北向东南依次呈条带状分布；盆地相、深水陆棚相为五峰组—高家边组烃源岩发育的优势相带；根据前陆盆地的相带展布规律，盆地相、深水陆棚相沉积在下扬子陆区北缘发育，主要覆盖了陆区的浙江西部、安徽中东部和江苏东北部，在该区域内五峰组—高家边组烃源岩发育较好。而在南黄海盆地中北部，也可能发育陆棚相较深水沉积，从而发育一定厚度的烃源岩，但厚度可能不大。在研究区的东南部，包括南黄海盆地南部、浙江东南部、安徽南部地区主要发育浅水陆棚相及滨岸相沉积，烃源岩发育较差或不发育。

(4)龙潭组沉积时期，下扬子—南黄海地区处于挤压背景下发育的活动大陆边缘坳陷型盆地。在该盆地中各沉积相带呈环带状分布，在环带中心部位为陆棚环境，向周缘变为三角洲、潮坪、滨岸环境。三角洲相及潮坪相为烃源岩发育的优势相带，发育了龙潭组品质中等—好的烃源岩；其次陆棚环境虽然发育较厚的龙潭组烃源岩，但品质上不如三角洲相及潮坪相、沼泽相。根据活动大陆边缘坳陷型盆地的相带展布规律，从陆区的安徽东南部到江苏东南部、海区的南黄海盆地南部，发育三角洲相、陆棚相、潮坪相、沼泽相，龙潭组烃源岩发育良好。而在研究区的西北部及东南部，即江苏东北部及浙江东南部，主要发育边缘粗粒沉积相带，龙潭组烃源岩发育较差或不发育。

6.2 讨论

(1)下扬子区二叠系盆地性质一直存在争议，部分研究认为该时期为被动大陆边缘盆地[28，48]，另一部分专家通过对巢湖地区碎屑锆石物源、火山岩夹层微量元素及区域岩相古地理变化分析认为，距今270 Ma左右已经存在古太平洋板块的俯冲，据此认为下扬子区自中二叠世开始为弧后前陆盆地[49]。之所以出现上述差异巨大的观点，其根本原因在于华南与华北板块在下扬子区的拼合极其复杂。首先，从拼合时间上看，两个板块在下扬子地区发生碰撞的时间与中扬子地区不同，甚至在下扬子地区也存在分段碰撞的可能；第二，在南黄海地区，不论是在物源还是在岩相古地理方面，早二叠世与晚二叠世均存在巨大差异，说明南黄海地区二叠纪早期与晚期可能分属于不同盆地类型；第三，下扬子区拼合方式与经典陆陆碰撞方式存在明显差异，该区华南板块是“骑”在古太平洋板块上与华北板块相碰撞[32]，不能用判断经典陆陆碰撞的证据来分析下扬子区的陆陆碰撞方式、时间及效应。

(2)对于高成熟度条件下有机碳含量恢复已有大量研究[50-51]，即有机质在进入成熟阶段后，随着生烃及裂解，烃源岩中的有机碳含量会逐渐下降，现今测得岩石中实为残余有机碳含量，并建立了4类恢复方法，即自然演化剖面、热模拟实验、谱学类型模型和理论计算(包含元素模型、热降解和物质平衡)。利用热降解法对准噶尔盆地及中上扬子五峰组页岩有机碳含量进行了恢复，准噶尔盆地石炭系烃源岩Ro介于0.95%～2.0%，Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型有机质恢复系数平均分别为2.45，1.42，1.04[52]。对中上扬子地区重庆城口、南江、湖北龙山及来凤剖面五峰组页岩的研究表明，该区五峰组页岩Ro介于0.9%～2.9%，均值1.7%，由于五峰组页岩有机质类型为Ⅰ型，根据热降解法计算其有机质恢复系数2.10～2.46，均值2.40[51]。在有机质进入成熟、高成熟阶段后，其恢复系数与有机质类型的关联度更大。

(3)本次研究3套烃源岩的有机质丰度数据均为实测数据，未行校正。幕府山组烃源岩有机质类型主要为Ⅰ型，少量为Ⅱ1型，其热演化程度普遍较高，处于高成熟—过成熟演化阶段。大部分泥岩的等效镜质体反射率为0.73%～3.01%，平均为2.83%。少部分较高，如GuanD1井幕府山组镜质体反射率介于3.43%～4.21%。五峰组—高家边组有机质类型主要为Ⅰ型，少量Ⅱ1型和Ⅱ2型，其有机质成熟度也很高，Ro分布在1.1%～2.6%。如GuD1井Ro为1.65%～2.11%，处于高成熟—过成熟阶段。DC1井志留系烃源岩Ro为1.19%～1.39%，进入成熟—高熟阶段。龙潭组有机质类型主要为Ⅲ型，Ro为1.5%～2.3%，平均2.2%，进入高成熟—过成熟演化阶段。因此，3套烃源岩均已进入成熟—高成熟阶段，从有机质丰度对比来看，需要进行恢复；而从烃源岩类型来看，幕府山组、五峰组—高家边组有机质类型主要为Ⅰ型，其恢复系数可能在2.0以上，而龙潭组有机质类型主要为Ⅲ型，其恢复系数可能在1.0～1.5之间。