黔东北地区铁丝坳组—大塘坡组细粒沉积岩高精度层序地层特征和充填演化模式

赵文璞，李一凡，赵 爽，樊太亮，袁钰轩，张 坦

（1.中国地质大学（北京），能源学院，北京 100083；2.贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队，贵州 铜仁 554300）

0 引言

随着全球范围内页岩油气资源开发理论和技术的不断发展，对深层古老烃源岩的研究和开发已经成为一种趋势。如2022 年10 月四川盆地金石103HF 探井在寒武系筇竹寺组地层获得的高产稳定工业气流，评价落实地质资源量3 878 亿立方；2020 年塔里木盆地轮探1 井在寒武系纽芬兰统地层获得高产轻质油。这都预示着深层古老地层的油气前景十分广阔。

新元古代南华系Sturtian 冰期后的间冰期沉积了一套以大塘坡组为主的黑色富锰富有机质页岩。赵文智等认为中—新元古代至早古生代冰期结束后，低等生物繁盛，具备有机质富集并形成优质烃源岩的条件（赵文智等,2018）。前人对南华系中统铁丝坳组—大塘坡组烃源岩的研究目前主要集中在以下几个方面：（1）大塘坡组一段锰矿床的成矿模式研究（周琦等,2016;郭昱宏,2015;刘振等,2021;郑杰,2019;周琦等,2016;杜远生等,2015;何明华,2021;王萍等,2019）。（2）主量与微量元素、铁组分和铁、钼、碳、硫同位素等地球化学指标恢复古海洋氧化还原环境，探讨元素地球化学循环及海洋储库的变化（陈小妍,2020;黄文魁,2016;罗亮等,2015;刘振等,2021;马志鑫等,2016;饶莉,2017;瞿永泽等,2018;唐婷婷等,2019;余文超等,2020）；（3）有机地球化学特征TOC 含量、热演化成熟度Ro、生物标志化合物等（Cheng et al.,2018;Cheng et al.,2021;Li et al.,2012;Li et al.,2022;Shen et al.,2022;Tan et al.,2021;Wei et al.,2020;李婷婷等,2021）。

目前，以黔东北地区大塘坡组非常规油气勘探开发为目的，运用层序地层学手段，探讨其沉积相展布和发展规律的研究，都是较大范围内粗略的层序对比和油气地质讨论（宋腾等,2022;张予杰等,2020），缺乏组内沉积过程高精度层序地层的划分和对比研究。因此，本文旨在通过对研究区ZK513 井的岩相、沉积相和层序的仔细研究，明确研究区的沉积模式和层序地层结构，并结合前人的研究成果，探讨其沉积充填演化模式，以期为南华系中统间冰期黑色富有机质页岩油气资源的研究提供更深入的认识。

1 区域地质特征

新元古代中期和晚期，地构造格局和古气候环境发生了巨大的变革，其代表性事件包括Rodinia超大陆的裂解和Gondwana 超大陆的聚合所导致的全球构造巨变，以及以“雪球地球”事件为代表的全球性冰川事件（余文超等,2020）。Rodinia 超大陆形成于1 300～900 Ma 全球范围造山运动时期，约820 Ma 开始的全球性大陆裂谷活动导致了Rodinia 超大陆的裂解。在中国，与此相对应的是约820 Ma 开始的华南晋宁-四堡造山运动，该运动导致约780 Ma 扬子板块和华夏板块碰撞形成华南板块。在约770 Ma，由于全球性的裂解作用，两板块在拉伸作用下形成南华裂谷盆地及其内部一系列次级裂谷系，裂谷盆地特征持续至南华系结束（周琦等,2016;曹默雷和陈建平,2022;陈建书等,2016;李婷婷等,2021;宋腾等,2022;余文超等,2020;张予杰等,2020）。

研究区位于南华裂谷盆地，武陵次级裂谷盆地内部北缘，黔渝湘三省交界处，南华系出露良好（图1A）（李婷婷等,2021）。研究井ZK513 位于松桃县黑水溪乡。由于该地区受到裂谷盆地裂陷作用的影响，在铁丝坳期形成了一系列NE-SW 走向的断层。在大塘坡组一段沉积期，裂陷作用达到了高潮，之后逐渐减弱。这种作用导致该地区形成了“垒堑相间”的独特沉积格局，也是造成该地区铁丝坳组—大塘坡组地层厚度沿断层方向逐渐变化、垂直断层方向突变的主要原因（图1B）（周琦等,2016;宋腾等,2022）。该地区南华系地层从老到新依次沉积了两界河组、铁丝坳组、大塘坡组和南沱组。

图1 中上扬子地区南华裂谷盆地及研究区构造简图（A,据Li et al.,2022 修改；B,据Yu et al.,2017 修改）Fig.1 South China Rift Basin in Middle-Upper Yangtze Region and Study on Structural Map（A,modified according to Li et al.,2022;B,modified according to Yu et al.,2017)

铁丝坳组：725～670 Ma 对应Sturtian 冰后期，与国内烂阳间冰段和古城冰段相当，与下伏两界河组不整合接触，顶部与大塘坡组整合接触（图2）。铁丝坳组岩相类型以石英砂岩、含砾泥质砂岩、含砾砂质泥岩为主，偶见黑色泥页岩夹层，总体呈冰碛砾岩特征，有机质含量低。为冰期的冰海沉积，厚度在2～80 m 之间变化（周琦等,2016;张予杰等,2020）。

图2 中上扬子地区南华系地层划分对比图（据张予杰等,2020 修改）Fig.2 The stratigraphic division and correlation map of Nanhua System in the middle and upper Yangtze region (modified according to Zhang et al.,2020)

大塘坡组：670～654 Ma 与大塘坡间冰期相当，大塘坡组最早命名于黔东北地区，以贵州松桃两界河大塘坡剖面为标准，与下部铁丝坳组整合接触，顶部则与南沱组整合接触（图2），厚度在0～700 m之间变化（李明龙等,2019）。大塘坡组一段为黑色泥页岩系，包含黑色富锰泥岩和黑色泥质粉砂岩，大塘坡组二段为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层（周琦等,2016;张予杰等,2020）。

2 岩相和沉积相

前人通过对泥页岩成因机制进行研究，认为泥页岩可以在不同能量的水体中沉积，这一新认识打破了传统的泥页岩静水悬浮沉积观念，为泥页岩的精细划分奠定了基础。（李一凡,2016）。Lazar 等（2015）提出了对泥页岩进行系统分类的方法，综合了颗粒粒度、层理特征、岩石成分三方面进行量化分析，获得了广泛的认可（李一凡,2016;李一凡等,2021）。黔东北研究区，由于观察井位的不同，岩相表现各有差异，张予杰等（2020）将黔东北地区大塘坡组一段的岩相细分为14 种，宋腾等（2022）则将整个大塘坡组分为30 余种之多。

本文在借鉴前人岩相分类的基础上，考虑到泥页岩的颜色可以直观反映其有机质的含量，对优质烃源岩有直接的指示作用，因此，根据研究目的的需要，综合“矿物成分、颗粒粒度、同沉积构造、颜色”对岩相进行分类，采取“颜色+岩性”的命名方式（表1）。具体为：（1）粒度方面：以砂级（＞62.5 µm）、粗粉砂级（32～62.5 µm）和细泥级（＜8µm）作为三个端元，采用三端元分类法，划分出砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、粗粒泥岩（粉砂岩）、中粒泥岩（泥岩）、细粒泥岩（黏土岩）。（2）层理方面：提出基于层理规模、连续性、形态、几何关系的表征方法。（3）矿物成分上：以黏土矿物含量、石英含量和碳酸盐矿物含量为端元，以50%为含量界限，将细粒沉积岩分为了黏土质、硅质和钙质，若三种成分的含量均未超过50%，则以最多的两种成分排序命名。（4）岩心颜色：按有机质含量由高到低分为黑色、黑灰色、灰黑色、灰色、灰白色5 个等级。在铁丝坳组沉积期，识别出LF1—LF8、LF12 共9 种岩相；在大塘坡组沉积期，识别出LF9—LF14 共6 种岩相。

表1 黔东北南华系中统研究区沉积体系划分表Table 1 Division table of sedimentary system in the study area of Nanhua system in northeastern Guizhou

岩相组合和构造特征的变化可以反映出该地区物源供给的变化和水动力变化，进而结合沉积背景可以识别沉积相。据此共识别出滨岸和陆棚两种沉积体系，在铁丝坳组识别出滨岸、浅水陆棚两种沉积相；在大塘坡组识别出陆棚内盆地、深水陆棚、浅水陆棚三种沉积相。其中陆棚内盆地作为黑色泥页岩主要的沉积相区，又根据其矿物成分和沉积构造细分为陆棚内富锰盆地、陆棚内深水盆地、陆棚内盆地边缘三种亚相。

2.1 铁丝坳组一段——滨岸

滨岸沉积在铁丝坳组上段表现为冰后期沉积，其中沉积颗粒主要包括砂级石英颗粒和泥级泥质颗粒。此外，冰川作用导致的大颗粒陆源输入较强，因此存在较大的砾石颗粒。该沉积环境中的有机质含量较低，反映了浅水高能水体的特征。

钙质石英砂岩（图3 LF1）：该岩相出现在铁丝坳组的上段，厚度约0.5 m。整体呈灰色，中细晶结构，颗粒支撑，胶结物为方解石（含量约占40%）。含大量的陆源砂级碎屑（含量约占60%），可见黑白两种碎屑，其中白色为石英颗粒，灰黑色为硅质岩碎屑，细粒和中粒均见，粒径在200～500 µm 之间。岩相内部无明显构造特征，以上特征表明其为近物源滨岸环境。

图3 ZK513 井铁丝坳组岩相特征Fig.3 Lithofacies characteristics of Well ZK513 in Tiesiao Formation

灰色含砾泥质砂岩（图3 LF2）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约1 m。整体呈灰色，与底部有明显岩性过度截面，基质支撑，分选磨圆差，粒径在50～1 000 µm，其中砾石为陆源碎屑，直径在1 000µm 以上，推测为冰川携带而来，为滨岸沉积环境。

2.2 铁丝坳组二段——（冰海）浅水陆棚

（冰海）浅水陆棚沉积相在铁丝坳组顶部表现为典型的冰后期到间冰期沉积。随着冰川作用的减弱，残存的冰筏作用影响了沉积物的形成。这些沉积物主要由粉砂级石英和泥级泥质颗粒组成，整体粒度较其下部滨岸相有所减小。该沉积相反映了冰海浅水环境中高能水体的特点。在LF6—7层段，有机质含量较高，而其他层段的有机质含量则相对较低。

灰色泥岩（图3 LF3）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约0.5 m。整体为深灰色，平行纹层特征明显，杂基支撑，石英颗粒粒径介于20～60 µm，个别砂粒粒径在200～400 µm 之间。以上特征表明其处于较深的静水沉积环境，为浅水棚内凹陷微相。

灰色含砾砂质泥岩（图3 LF4）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约1.5 m。整体呈（深）灰色，明显含砾，砾屑粒径在500～5 000 µm 之间，磨圆度较差，呈现出近物源的特点。在底流的作用下，纹层平行排列。陆源石英颗粒的粒径介于50～200 µm之间，其中泥级及以下的颗粒占70%，砂级及以上的颗粒占30%。水平纹层和变形纹层清晰可见，常常可以看到不规则状、条状、团块状、棱角状的陆源砾石将水平纹层压弯变形或切穿纹层。根据这些特征，可以推测当时陆上的冰川在向海洋推进的过程中，剥蚀并俘获了两侧的各种岩石，之后这些岩石被漂进海洋成为冰筏，最终沉降至海底软泥之中，形成了冰海浅水陆棚亚相冰筏坠石微相。

灰色泥质砂岩（图4 LF5）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约为1.5 m。整体呈现深灰色，不含砾石，以杂基支撑，部分地方有颗粒支撑。矿物主要由石英、长石组成，砂级颗粒约占65%，粒径在40～500 µm 之间，泥级颗粒约占35%。陆源碎屑的大小较为均匀，没有发现砾石，也没有冰川携带的痕迹。根据这些特征，可以推断该岩相为浅水陆棚相。

图4 ZK513 井铁丝坳组岩相特征Fig.4 Lithofacies characteristics of Well ZK513 in Tiesiao Formation

黑色炭质-硅质砂质泥岩（图4 LF6）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约0.5 m。整体呈灰黑色，砂质和泥质分层明显，颜色明显加深，有机质含量增加。通过观察岩心和薄片，可以清晰地看到不同粒度的分层，为远源风暴岩特征。细粒物质由于风浪搅动，以浊流悬浮特征向风暴浪基面以下搬运，沉积正粒序层韵律。陆源碎屑大小较均匀，无砾石，无冰川携带痕迹，有风暴搅动。

黑色含砾炭质-硅质泥质砂岩（图4 LF7）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约0.8 m。整体较薄，呈黑色，偶见砾石，主体为陆源石英颗粒（约占60%），粒径约50 µm，泥级颗粒作为填隙物。与下部的灰色泥质砂岩LF5 相比，该岩相的粒度明显更小。根据这些特征，可以推断该岩相为残存冰筏坠石形成。此外，水深进一步加深，为海平面周期性变化所致。

灰色石英砂岩（图4 LF8）：该岩相出现在铁丝坳组顶部，厚度约0.5 m。整体呈灰色，主体为陆源碎屑颗粒，以砂级颗粒为主（约占80%），粒径约200 µm，颗粒支撑，泥级颗粒作为填隙物，与下部砂岩LF7 相比，该岩相的粒度明显更粗，反映出水深稍微变浅，陆源输入加剧。

2.3 大塘坡组一段——陆棚内盆地

陆棚内盆地沉积相出现在大塘坡组底部，呈现典型的间冰期沉积环境，无冰川作用，为半深水/深水低能分层水体。此时表层水体氧化，底层水体还原，为黑色泥页岩集中沉积期，是形成烃源岩的有利相带。其中，LF9 黑色锰质泥岩与LF10 黑色泥质粉砂岩两种岩相均富含有机质，为烃源岩有利层段。

黑色硅锰质泥岩（图5 LF91）：该岩相出现在大塘坡组一段中下部，厚度约2.5 m。整体呈黑色，以纹层状泥晶-粉晶碳酸锰夹层的形式赋存在黑色炭质泥页岩中，内部含一定量石英脉。此段锰矿发育，但受陆源输入影响，水体存在间歇性氧化底流，为还原环境下短暂氧化低能水体沉积，为陆棚内（半深水）含锰盆地相。

黑色锰质泥岩/碳酸锰（图5 LF92）：该岩相出现在大塘坡组一段中下部，厚度约3.5 m。呈豆粒或肾状隐晶质集合体，含石英脉很少。与底部黑色硅锰质泥岩LF91相比，此段黑色锰质泥岩的陆源输入明显较少，锰含量最高，应为最深处沉积的菱锰矿，为还原环境下短暂氧化极低能水体沉积，为陆棚内（半深水）富锰盆地相。

黑色泥质粉砂岩（图5 LF10）：该岩相出现在大塘坡组一段底部和中部，两层中间夹LF9 黑色锰质泥页岩，厚度约5.5 m。该岩相整体呈黑色，含大量有机质，伴有丰富的草莓状黄铁矿。所含陆源碎屑主要为石英颗粒，呈次棱角状，粉砂级，层状分布，粒度约40 µm，含量约占60%。与底部黑色锰质泥岩LF92相比，该岩相的粒度变大，陆源输入增多，具还原环境下较低能水体沉积特征，为陆棚内深水盆地相。

黑灰色泥质粉砂岩（图5 LF11）：该岩相出现在大塘坡组一段中上部，厚度约4.5 m。整体呈黑灰色，薄-中层状，具粉砂质（呈透镜状）泥质互层结构。含一定量炭质有机质，颗粒为粒径约50 µm 的粉砂级石英，含量约70%，泥质为填隙基质。与下部黑色泥质粉砂岩LF10 相比，该岩相的粒度较大，表明水深可能较浅。此外，砂泥互层可能受到弱牵引流作用的影响，表明此岩相可能属于陆棚内盆地边缘相。

灰黑色泥质粉砂岩（图6 LF12）：该岩相出现在大塘坡组一段顶部，厚度约4.2 m，为LF11—LF13 的过渡岩相。整体呈灰黑色，中厚层状，具粉砂质（呈透镜状）泥质互层结构。颗粒为粒径约50µm 的粉砂级石英，含量约占50%，泥质为填隙基质，为陆棚内盆地边缘相。

图6 ZK513 井大塘坡组岩相特征Fig.6 Lithofacies characteristics of Well ZK513 in Datangpo Formation

2.4 大塘坡组二段——陆棚

大塘坡组二段主要由LF12、LF13、LF14 三种岩相互层组成。二段底部为深水陆棚相，主要由三种互层的岩相组成，且每种岩相厚度较大；二段中上部为浅水陆棚相，三种岩相互层更加频繁，每种岩相厚度都较小，且冲刷面频繁发育，为高能动荡水体。

灰黑色泥质粉砂岩（图6 LF12）：该岩相在大塘坡组二段普遍发育，整体呈灰黑色，具粉砂质泥质互层结构，杂基支撑，颗粒为粒径约50 µm 的粉砂级石英，含量约占50%。陆源碎屑较其下部大塘坡一段岩性较少，但粒度定向排列特征明显，水深较大塘坡一段变浅，有机质含量下降，砂泥互层为弱牵引流作用。

灰色粉砂质泥岩（图6 LF131）：该岩相在大塘坡组二段普遍发育。整体呈灰色，颗粒为粒径约50 µm 的粉砂级石英，含量约30%，主要组成为泥质，石英颗粒含量下降，几乎不含有机质，主要发育水平层理。

灰色粉砂质泥岩（图6 LF132）：在LF131的基础上富含黑色泥质撕裂屑，石英颗粒增加，定向排列程度增强，水动力增强。

灰白色泥岩（图6 LF14）：该岩相在大塘坡组二段作为夹层出现。整体呈灰白色，泥质为主，颗粒粒径约20 µm，含量约70%，仅含少量小石英颗粒，为陆棚内水动力较弱时沉积的夹层。

3 层序地层分析

长期以来，层序地层学在大陆架沉积体系内烃源岩和储层的展布研究中发挥了重要作用，能够从宏观角度建立粗粒沉积的层序地层格架。然而，对于细粒沉积岩，由于其难以通过普通地质手段准确识别垂向层序特征，因此对泥页岩为代表的细粒沉积岩内部层序地层的研究相对较少。如今，随着非常规油气地位的日益凸显，预测细粒岩内部优质储层的分布规律和烃源岩的发育机制变得至关重要，而这需要在细粒层序地层学的基础上开展深入研究。

在研究区ZK513 井的铁丝坳组—大塘坡组，共识别出4 个层序界面SB1—SB4，进一步划分为5 个三级层序单元SQ1—SQ5，其中包括10 个体域，19 个准层序组和48 个准层序。在铁丝坳组部分，划分出1 个三级层序，包含2 个准层序组和4 个准层序；在大塘坡组部分，则划分出4 个三级层序，包含17 个准层序组和44 个准层序（图7）。

图7 ZK513 井铁丝坳组—大塘坡组综合柱状图Fig.7 Comprehensive histogram of Well ZK513 at Tiesiao Formation-Datangpo Formation

3.1 三级层序界面特征

在研究区ZK513 井岩相、同沉积构造、沉积相研究的基础上，根据岩相变化面，岩相组合（海侵海退）转换面，自下而上识别出4 个层序界面SB1—SB4（图7）。

层序界面SB1 为铁丝坳组和大塘坡组之间的岩相转换面，在SB1 界面附近岩相由泥质砂岩（LF7）急剧过渡为泥质粉砂岩（LF13），为岩相转换面。此外，SB1 界面以下铁丝坳组的岩相表现出了自下而上、从泥级到砾级逐渐变粗的特征，这体现了冰末期海退的特征。而SB1 界面以上大塘坡组的岩相则表现为自下而上、从粉砂级到泥级逐渐变细的特征，这体现了海侵的特征，沉积相也由冰海浅水陆棚转变为陆棚内盆地。

层序界面SB2 为大塘坡组一段和二段的分界线，SB2 界面为岩相转换面和岩相组合（海侵海退）转换面。由大塘坡组一段灰黑色泥质粉砂岩（LF12）转变为灰色粉砂质泥岩（LF13），陆源颗粒粒度下降，同时岩层组合也由海退体系转变为海侵体系，沉积相也由陆棚内盆地转变为深水陆棚。

层序界面SB3 为大塘坡组二段底部和二段中部的分界线，为岩相组合转换面。转换面以下岩相组合由中-厚层状的灰色粉砂质泥岩（LF13）与灰黑色泥质粉砂岩（LF12）互层，转变为以上两种岩相的薄层高频互层；沉积相也由深水陆棚转变为浅水陆棚，在转换面附近有明显的泥质撕裂屑，指示了动荡的水体环境。

层序界面SB4 为大塘坡组二段中部和二段上部的分界线，为岩相组合（海侵海退）转换面。界面以下为灰色粉砂质泥岩（LF13）向黑灰色泥质粉砂岩（LF12）演化的海退沉积，界面以上是浅水混积岩相组合向深水混积岩相组合转化的海侵沉积，界面附近丰富的反粒序和冲刷面也指示该界面为海退到海侵的转换面。

3.2 准层序类型

准层序是层序的基本构件单位，是以较小范围内海泛面和与之对应的其他可对比界面为界，这些准层序是由具有成因联系且相对单一的岩层或岩层组合所组成，根据这些特征，共识别出4 种准层序类型（图8）。

图8 ZK513 井准层序岩相组合和沉积特征图Fig.8 The quasi-sequence lithofacies assemblage and sedimentary characteristics of Well ZK513

1.冰海浅水准层序（图8A）：该准层序主要集中在铁丝坳组冰后期（SQ1），自下而上沉积“LF3灰色泥岩+LF4 灰色含砾砂质泥岩+LF5 灰色泥质砂岩+LF6 黑色砂质泥岩+LF7 黑色含砾泥质砂岩+LF8 灰色石英砂岩”的岩相组合。整体岩性较粗，以砂质为主，局部含有泥质。沉积构造主要包括水平层理、波状层理、泥质条带和砂质纹层/砾石，局部含有黄铁矿结核。在海泛面附近，沉积了细粒泥岩/砂质泥岩，随着海平面的下降，沉积物的粒度逐渐由泥质向砂质渐变。在局部地区，受到冰筏作用和底流作用的影响，沉积了含砾砂质条带。该准层序表现为冰后期冰川作用在海平面下降过程中残存冰筏作用下的冰水浅海沉积相。

2.陆棚内盆地准层序（图8B）：该准层序主要集中在大塘坡组一段黑色岩系时期（SQ2），自下而上沉积“LF9 黑色锰质泥岩+LF10 黑色泥质粉砂岩+LF11 黑灰色泥质粉砂岩+LF12 灰黑色泥质粉砂岩+LF13 灰色粉砂质泥岩”的岩相组合。整体岩性较细，以泥质为主，向上略微变粗，有机质含量较高。沉积构造主要包括正粒序、波状层理、水平层理、泥质变形条带和流水沙纹，黄铁矿主要分布在两种岩相变化面附近。该准层序表现为间冰期陆棚内缺氧盆地沉积相。

3.深水陆棚准层序（图8C）：该准层序主要集中在大塘坡组二段初期（SQ3），自下而上沉积“LF14 灰白色泥岩+LF13 灰色粉砂质泥岩+LF12 灰黑色泥质粉砂岩”的岩相组合。整体岩性以泥质和粉砂质为主，沉积构造可见波状/水平冲刷面、局部含有泥质撕裂屑、灰白/黑色泥质条带和富含粒序层。黄铁矿发育，该准层序表现为间冰期深水陆棚沉积相。

4.浅水陆棚准层序（图8D）：该准层序主要集中在大塘坡组二段中后期（SQ4—SQ5），与深水陆棚准层序相似，沉积了类似的岩相组合。然而，该层的各个岩相除了粉砂岩较厚之外，其他岩相的沉积厚度较深水陆棚相更薄，且富含泥质/黄铁矿质撕裂屑。在岩相变化面附近，多为反粒序。值得注意的是，该时期黄铁矿结核较少，这指示了更加氧化的环境。整体岩性以泥质和粉砂质为主，有机质含量较低。沉积构造主要包括波状层理、水平层理、粒序层、波状/水平冲刷面，局部有揉皱变形。该准层序表现为间冰期浅水陆棚沉积相。

3.3 准层序组类型

准层序组是由一套成因上相互关联的准层序所组成。这些准层序通常以较大的海泛面和与之可对比的面为界面，并形成特定的叠置方式。随着相对海平面的变化，准层序有三种不同的叠置方式：（1）相对海平面下降，形成进积准层序组，组成低位体系域；（2）相对海平面上升，形成退积准层序组，组成海侵体系域；（3）相对海平面上升到最高位，在高位初期形成加积准层序组，后期形成进积准层序组，组成高位体系域。

SQ1 发育海侵体系域（TST1）、高位体系域（HST1）（图9）。TST1 发育在铁丝坳组底部，由“LF1 钙质石英砂岩、LF2 含砾泥质砂岩、LF3 灰色泥岩”组成，准层序组内部岩性向上逐渐变细；冲刷面和同沉积变形等构造数量减少，反映海平面上升后陆源输入减弱，水动力下降的过程。HST2发育在铁丝坳组中上部，以“LF4 灰色含砾砂质泥岩、LF5 灰色泥质砂岩、LF8 灰色石英砂岩”为主，岩性向上整体变粗，同沉积构造数量增加水动力增强。MFS1 附近为LF3 灰色泥岩，LF6 黑色炭质-硅质砂质泥岩的出现则反映在海退期有一次海平面小规模的回升，这可能与冰川融化有关，表明在HST1 时期海平面脉冲式下降，陆源输入增加，水动力变强。

SQ2 为陆棚内盆地相，发育海侵（TST2）和高位体系域（HST2）（图10）。该时期较SQ1 略深，岩性较细，构造数量较少。TST2 发育在SQ2 底部，由“LF7 黑色泥质砂岩、LF10 黑色泥质粉砂岩、LF9 黑色锰质泥岩”组成。准层序组内部岩性逐渐变细，颜色逐渐加深，同沉积变形以波状层理和泥质撕裂屑为主，其数量逐渐减少，反映海平面上升后陆源输入减弱，水动力下降，有机质含量增加的过程。HST2 发育在SQ2 中上部，岩性由“LF92黑色锰质泥岩（菱锰矿）、LF10 黑色泥质粉砂岩、LF11 黑灰色泥质粉砂岩、LF12 灰黑色泥质粉砂岩”组成。MFS2 附近为LF92与LF10 岩性转换面，准层序组内部岩性逐渐变粗，颜色变浅；冲刷面和同沉积变形以水平层理和透镜状层理为主，含有泥质条带，并且透镜状层理数量逐渐增加。这反映了在HST2 时期，陆源输入增加，水动力变强，有机质含量下降。

SQ3 为深水陆棚相，发育海侵（TST3）和高位体系域（HST3）（图11）。该时期较SQ2 水体深度下降，岩相变粗，构造数量增加。TST3 发育在SQ3 底部，由“LF12 灰黑色泥质粉砂岩、LF131灰色粉砂质泥岩、LF14 灰白色泥岩”组成，准层序组内部岩性逐渐变细，颜色逐渐变浅；冲刷面和平行层理发育，数量逐渐减少，这表明海平面上升导致沉积区水动力下降。HST3 发育在SQ3 中上部，岩性与TST3 以MFS3 对称分布，在MFS3 附近发育较厚的LF14 灰白色泥岩，HST3 上部为LF132、LF12 互层，准层序组内部岩性逐渐变粗，颜色逐渐变深；富含泥质撕裂屑和冲刷面，这表明在HST3时期海平面下降，陆源输入增加，水动力变强。

图11 ZK513 井大塘坡组SQ3 时期准层序组结构特征Fig.11 The structural characteristics of quasi-sequence set in the SQ3 period of Well ZK513 at Datangpo Formation

SQ4 为浅水陆棚相，发育海侵（TST4）和高位体系域（HST4）（图12）。该时期较SQ3 水体深度继续下降，岩相基本保持不变，构造数量大大增加。TST4 发育在SQ4 底部，由“LF12 灰黑色泥质粉砂岩、LF132灰色粉砂质泥岩、LF14 灰白色泥岩”组成，岩相较SQ3 类似但厚度较小。TST4 内部岩性逐渐变细，富含泥质撕裂屑发育，与HST3 上部同源，向上数量减少，反映水体变深的过程。HST4 发育在SQ4 中上部，岩性与TST4 以MFS4 对称分布，在MFS4 附近发育较厚的LF14 灰白色泥岩，其他位置为“LF131、LF132、LF12”高频互层，准层序组内部岩性变粗，发育波状层理，泥质撕裂屑和火焰构造，且数量逐渐增加，这表明在HST4 时期水体变浅，水动力增强。

图12 ZK513 井大塘坡组SQ4 时期准层序组结构特征Fig.12 The structural characteristics of quasi-sequence set in the SQ4 period of Well ZK513 at Datangpo Formation

SQ5 为浅水陆棚相，发育海侵（TST5）和高位体系域（HST5）（图13）。TST5 发育在SQ5 底部，由LF12 灰黑色泥质粉砂岩与LF131灰色粉砂质泥岩组成。准层序组内部岩性变细，沉积构造以少量揉皱变形为主，同时伴有平行层理，数量逐渐减少，岩层厚度较大，但向上逐渐变薄，这表明海平面上升沉积区陆源输入减弱，水动力下降。HST5 发育在SQ5 中上部，岩性与TST5 以MFS5 对称分布，由LF14 灰白色泥岩、LF132灰色粉砂质泥岩（含泥质撕裂屑）以及LF12 灰黑色泥质粉砂岩组成。MFS5 附近发育薄层F14 灰白色泥岩，准层序组内部岩性变粗，发育波状层理，泥质撕裂屑和火焰构造，且数量逐渐增加，这表明在HST5 期水体变浅，水动力增强。

4 中上扬子地区南华系中统铁丝坳组—大塘坡组一段沉积充填演化模式

铁丝坳期（SQ1）—大塘坡组一段沉积期（SQ2），是黑色富有机质岩系的集中发育时期，也是未来有效烃源岩的重要蕴藏时期，因此，对这一时期的层序对比及沉积充填演化模式的研究显得尤为重要。本文在研究区ZK513 井岩相、构造、沉积相、层序分析基础之上，结合构造背景（周琦等,2016），建立了断陷盆地边缘背景下铁丝坳—大塘坡期水动力模式（图14）。又结合前人（Yu et al.,2017）研究资料，选取黑水溪、将军山、寨郎沟、大塘坡4 个剖面，ZK-01、ZK-4 201、BP-1 和BP-2 共4 口钻井（图1B），对铁丝坳组—大塘坡组一段地层进行连井对比。连井整体处在陆棚区域，呈NW—SE 走向，与控制研究区构造格局的NE—SW 断层几乎正交。横跨2 个次级地垒区和2 个次级地堑区，其中将军山、ZK-01、BP-1、BP-2 位于次级地垒区，处于构造高部位，而ZK513 井和黑水溪、ZK-4 201 等其他剖面和钻井则处在次级地堑盆地内部，处于构造低部位（图15）。通过连井对比及沉积区古气候、古环境的调查分析，建立了黔东北地区铁丝坳组—大塘坡组一段的沉积充填演化模式，明确了研究区铁丝坳组—大塘坡组一段岩系的发育模式及有利相带和富有机质层段的展布规律（图16）。

图14 黔东北铁丝坳组—大塘坡组断陷盆地边缘水动力模式图与岩相构造特征Fig.14 Hydrodynamic model diagram and lithofacies structure characteristics of the Tiesiao Formation-Datangpo Formation faulted basin margin in northeastern Guizhou Province

图15 研究区铁丝坳组—大塘坡组一段连井对比（其他井资料据Yu et al.,2017 修改）Fig.15 Comparison of connected wells in Tiesiao-Datangpo section of the study area (The data of other wells are modified according to Yu et al.,2017)

图16 研究区铁丝坳组—大塘坡组沉积充填演化模式Fig.16 The enrichment mechanism of organic matter at Tiesiao Formation-Datangpo Formation of the study area

铁丝坳组沉积期SQ1（图16A）：研究区整体处于冰末期，该时期沉积格局继承了从两界河组沉积期开始的特征。在这一时期，武陵次级裂谷盆地的内部构造活动相对轻微，地垒和地堑之间的落差较小。气候表现为寒冷干燥，海洋水体较浅，热液和上升洋流活动较弱，水体环境受到冰盖的影响而呈现出还原环境。在这样的环境下，海洋整体生产力较低（周琦等,2016;李婷婷等,2021）。

铁丝坳组沉积初期（TST1）：在研究区，冰川消融导致海平面上升，在次级地垒区，冰盖未完全消融，水体较浅，为滨岸沉积环境，沉积含砾的白云质混积岩，有典型的冰期特征。同时期（TST1）次级地堑盆地区域则处于残存冰筏作用的冰海浅水陆棚沉积环境，从底部开始，沉积了“灰色砂岩LF1、灰色含砾泥质（粉）砂岩LF2”，并向上逐渐变细，直至最大海泛面。

铁丝坳组沉积中后期（HST1）：冰川消融海平面上升到达最大海泛面后又有所下降，该时期由于构造运动存在间歇性的热液作用（Shen et al.,2022）。在次级地垒区，沉积环境仍为滨岸环境，沉积岩相在最大海泛面附近过渡为（含砾）白云质粉砂岩，较其底部含砾特征减弱或消失，岩性逐渐向上变细并一直持续到铁丝坳组结束。同时期（HST1）次级地堑区为冰海浅水陆棚沉积环境，在最大海泛面附近沉积灰色泥岩LF3，后随着海平面下降岩相变粗。HST1 顶部存在一次小规模的海侵，由于冰川融化造成的海平面波动及间歇性热液作用，导致该段海洋生产力水平短暂升高，使得该段有机质含量较高。随着海平面下降，自下而上依次沉积了“黑色泥质粉砂岩LF12、灰色泥质砂岩LF5、灰色石英砂岩LF8”，岩相逐渐变粗，直至铁丝坳组结束。

大塘坡组一段沉积期SQ2（图16B、16C）：研究区整体处于早间冰期，该时期构造格局是铁丝坳期的基础上继承和发展而来的。总体表现为大塘坡组一段早期武陵次级裂谷盆地内部裂解、断陷剧烈，地垒地堑落差明显加剧。沉积期气候由冷转暖并导致后期陆源输入增加，沉积水体水深进一步增加。大塘坡组一段早期是构造活动最剧烈的时期，剧烈的构造活动同时也导致了热液活动的盛行，中后期逐渐减弱（周琦等,2016），水体环境较铁丝坳组沉积期进一步还原，该时期是富有机质黑色锰质泥岩LF9 和黑色泥质粉砂岩LF10 的主要沉积期。

大塘坡组一段沉积初期TST2（图16B）：研究区整体气候较冷，盆地内水体分层还原性较强，存在强烈的热液活动和间歇性氧化性底流（Shen et al.,2022）。在次级地垒区，海洋水体处于氧化环境的陆棚沉积环境。自下而上，依次沉积了“砂质白云岩、豆状结核白云岩、泥晶白云岩”，岩性向上逐渐变细，直至最大海泛面附近。在地垒次级洼陷处的将军山剖面和BP-1 井，最大海泛面附近沉积了较薄的黑色锰质泥岩LF9。同时，在次级地堑区为陆棚内盆地沉积环境，海洋水体处于分层状态。表层水体氧化，深部水体贫（缺）氧。自下而上，沉积了灰黑色泥质粉砂岩LF12 和厚层黑色锰质泥岩LF9。岩性向上逐渐变细，直至最大海泛面附近。在该沉积环境中，构造活动导致断层附近大量的热液上涌。这不仅是黑色锰质页岩中Mn 的重要来源，同时也提高了水体生产力。加之贫（缺）氧的保存环境，使得黑色锰质泥岩中的有机质得到较好的保存。虽然成锰作用会消耗部分有机质，但并未造成有机质含量明显下降。综合作用使得黑色锰质泥岩中有机质含量较高。

大塘坡组一段沉积中后期HST2（图16C）：研究区海平面上升到达最大海泛面后保持稳定，此时缺氧盆地范围达到最大，氧化性底流消失，构造活动减缓导致热液活动减弱，气候转暖陆源输入增加（Shen et al.,2022;周琦等,2016）。在次级地垒区，陆棚沉积环境在最大海泛面附近沉积泥晶白云岩，直至大塘坡组一段结束。地垒次级洼陷处将军山剖面、BP-1 井处则沉积较薄的黑色泥质粉砂岩LF10，向上海平面下降后岩性逐渐变粗直至大塘坡组一段结束。同时期（HST2）次级地堑区为陆棚内盆地沉积环境，海洋水体依然处于分层状态，底部水体还原性进一步增强，成锰作用消失，在最大海泛面及以上海平面稳定时期，沉积厚层黑色泥质粉砂岩LF10。大塘坡组一段后期，气候转暖，大陆风化能力增强，陆源输入增加以及间歇性热液活动的共同作用导致藻类繁盛。海洋生产力保持在较高水平，由于成锰作用停止，厚层黑色泥质粉砂岩中的有机质得以很好地保存，含量达到最高。

5 结论

（1）黔东北ZK513 井铁丝坳组沉积期为滨岸、陆棚两大沉积体系，通过岩心、薄片的观察研究，识别出9 种岩相，其中LF6—7 层段富含有机质，但岩层较薄，不作为重点层段。通过分析岩相和构造特征，识别出滨岸、冰海浅水陆棚2 种沉积相。大塘坡组冰后期沉积期为陆棚沉积体系，通过岩心、薄片的观察研究，识别出6 种岩相，其中LF9—10层段富含有机质，为烃源岩有利层位。通过分析岩相和构造特征，识别出陆棚内盆地、深水陆棚、浅水陆棚3 种沉积相。分析认为，陆棚内盆地相为黑色富有机质岩系的集中发育相带，为未来烃源岩勘探的有利相区。

（2）黔东北研究区ZK513 井铁丝坳组顶部到大塘坡组共识别出5 个三级层序SQ1—SQ5 及其界面SB1—SB4。根据岩相特征的研究，总结出4种典型的准层序类型，根据准层序的叠加形式识别了三级层序内部若干准层序组，进而识别出5 个海侵（TST）—高位（HST）体系域旋回及内部的5 次最大海泛面MFS1—MFS5，进而建立单井层序地层格架。

（3）结合研究区前人对水体、岩相、沉积相等研究资料，通过对各井主要界面的识别，进行等时地层连井对比，建立研究区层序地层格架；依托层序地层格架，建立黔东北南华系铁丝坳组—大塘坡组沉积充填演化模式，预测了有利相区陆棚内盆地的分布，以及相区内富有机质层段LF9—LF10 的展布模式。

致谢：两位匿名审稿专家对本文的修改提出了诸多宝贵意见，在此，谨致以真诚的谢意！