黔南拗陷石炭系層序地層特征及巖相古地理

馬治鸞 淡 永，2 陳洪德 鄒 灝

（1.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院，成都610059；2.中國地質(zhì)科學院 巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林541004）

層序地層學原理自20世紀70年代末期由Exxon石油公司的Vail等人［1］提出后，經(jīng)眾多學者的發(fā)展和完善，已形成較完整的理論體系［2，3］，并在實際應用中獲得不少新的認識［4－8］，尤其是近年來國內(nèi)學者先后把層序地層學運用到中國南方巖相古地理編圖中取得了重大的成功［9，10］，成為層序地層學應用的又一個熱點。黔南地區(qū)經(jīng)過幾十年的油氣勘探至今未有大的突破，急需運用新的理論、新的方法來指導勘探，因此，引入最新的層序地層巖相古地理編圖的理論和方法編制古地理圖，對重新評價黔南拗陷油氣勘探潛力和預測生、儲、蓋發(fā)育特征及其時空展布規(guī)律等有一定意義。

本文在地層劃分對比的基礎上，運用露頭層序地層學方法，對工區(qū)內(nèi)多條野外剖面的石炭系進行層序地層劃分，并展開橫向?qū)Ρ妊芯?，分析黔南拗陷?nèi)石炭系的充填格架。運用層序－巖相古地理編圖方法，編制石炭紀各期的巖相古地理圖，探討黔南拗陷石炭紀古地理的演化。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔南拗陷位于揚子準地臺的西南，南與華南加里東褶皺系（后加里東地臺）為鄰，位于貴州省東南部。該拗陷經(jīng)歷了多期發(fā)育［11，12］。加里東構造期，是揚子準地臺較穩(wěn)定的發(fā)育階段，黔南地區(qū)沉積了一套臺地相的碳酸鹽巖。海西期是斷拗發(fā)育期，亦是黔南拗陷的主要形成期。泥盆、石炭系沉積巨厚，達7～8km，在強烈的拉張應力作用下，出現(xiàn)了北西西斷陷槽地，致使泥盆、石炭系巖性、巖相出現(xiàn)南北分異，北部以臺地相為主，而南部以裂陷槽盆相為特點，形成了厚度巨大的黑色、暗色泥巖、泥灰?guī)r、石灰?guī)r及生物灰?guī)r。根據(jù)巖相和古生物特征，黔南拗陷石炭系可歸納為2種沉積類型，即平塘型、羅甸型。平塘型代表臺地相沉積地層，以海侵體系域為主；羅甸型代表深水盆地相沉積（表1）。印支期是拗陷繼承發(fā)育期，而中三疊世末的印支運動，結束了該地區(qū)的海相沉積史。

表1 黔南拗陷石炭系不同相區(qū)地層對比表The Carboniferous strata correlation in the different sedimentary facies in the study area

2 層序界面、劃分及對比

黔南拗陷石炭系沉積類型豐富，巖相分異顯著，許多剖面完整連續(xù)，是開展層序地層研究的代表性地區(qū)。

在層序地層學研究中最關鍵的是有關界面的識別，可用于確定層序的界面包括層序的底界面、初始海泛面和最大海泛面，其中最為重要的是層序底界面的識別。黔南地區(qū)層序界面豐富，在對有關基干剖面和輔助剖面層序界面研究后，識別出的界面類型有古風化殼、巖性巖相轉換面及最大海泛面等（圖1）。古風化殼上常表現(xiàn)為地層缺失、生物化石帶缺失、地球化學突變。巖性巖相轉換面既是巖性突變面，也是沉積環(huán)境和地球化學突變面。最大海泛面上常為薄層硅質(zhì)巖、黑色頁巖、薄層狀泥灰?guī)r、生物化石富集帶。

在層序界面的識別基礎上，參照陳洪德等人對中國南方海相地層的層序劃分方案［13］，將黔南拗陷石炭系劃分為12個三級層序（圖1），分別命名為CSQ1～CSQ12。12個三級層序構成2個超層序，分別是SS1和SS2。其中SS1超層序相當于下石炭統(tǒng)，包括5個三級層序，時間跨度34 Ma；SS2超層序相當于上石炭統(tǒng)，包括7個三級層序，時間跨度25Ma。這12個三級層序基本上有相應的化石帶作為標準可以對比。

圖1 貴州平塘卡洛石炭系剖面層序劃分及特征Fig.1 Sequence classification and characteristics of the Carboniferous section in Pingtang，Guizhou

SS1：由湯耙溝階、舊司階、上司階和德塢階所構成，其底界在研究區(qū)表現(xiàn)得非常清楚，區(qū)域上存在著廣泛的古風化殼和古喀斯特，是一個升隆侵蝕不整合面，為Ⅰ型層序界面。該超層序可分為低水位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高水位體系域（HST）。低水位體系域沉積期，在上揚子古陸邊緣大部分均暴露，地表遭受風化剝蝕，僅在黔南等少數(shù)地區(qū)接受沉積；由湯耙溝組和祥擺組下部組成，總體上為一套河流相、濱岸相、海陸交互相和淺海相沉積；巖性主要為泥巖、粉砂巖、砂巖、灰?guī)r；此套沉積包括CSQ1和CSQ2的低位期沉積。海侵體系域沉積期在區(qū)內(nèi)皆有發(fā)育，主要由祥擺組中上部濱岸相砂泥巖和舊司組臺地相的灰?guī)r組成，此套沉積包括CSQ2海侵、高位期沉積和CSQ3的海侵期沉積。高水位體系域期沉積是由舊司組上部和上司組所構成，主要由臺地相白云巖、生物屑灰?guī)r組成，包括CSQ3的高位期沉積和CSQ4、CSQ5。

SS2：該二級層序由晚石炭世的羅蘇階、滑石板階、達拉階和小獨山階組成，其底界面為侵蝕沖刷面，屬Ⅰ型界面。SS2可分為海侵體系域（TST）和高水位體系域（HST）。海侵體系域沉積期由大浦組下部地層組成，與三級層序CSQ6的海侵期沉積是一致的，總體表現(xiàn)為向上變深的沉積序列，在臺地相區(qū)為一套生物灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r。高水位體系域沉積期由大浦組中上部、黃龍組和馬平組構成，在臺地相區(qū)總體表現(xiàn)為向上變淺的沉積序列，由白云巖、灰質(zhì)白云巖、生物碎屑灰?guī)r等組成；而在臺盆相區(qū)則為硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)灰?guī)r沉積。SS2的高水位體系域由三級層序CSQ6的高位體系域和CSQ7～CSQ12組成。

橫向上，層序在古陸邊緣地區(qū)發(fā)育不全（圖2），如織金麥桿剖面缺失三級層序CSQ1～CSQ3，獨山甲刀寨剖面缺CSQ1和CSQ2。黔南拗陷內(nèi)部臺地和南部臺盆邊緣的層序發(fā)育較全，如平塘卡洛剖面和臺地邊緣望謨?nèi)缪榔拭?，均發(fā)育CSQ1～CSQ12層序。在望謨?nèi)缪榔拭?，巖相變化較豐富，發(fā)育有臺地相的灰?guī)r、臺地邊緣相的生屑灰?guī)r和較厚的臺盆相的頁巖、碳質(zhì)頁巖。進入盆地在晴隆、紫云、羅甸等地的剖面中，層序界面較難識別，主要是一套灰黑色頁巖、泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、暗色灰?guī)r、硅質(zhì)巖等盆地相沉積物。

3 層序巖相古地理特征及演化

圖2 黔南拗陷石炭系典型剖面層序－沉積相劃分對比圖Fig.2 Sequence－sedimentary facies division and correlation of the Carboniferous typical profiles located in the southern Guizhou sag

基于上述對黔南拗陷石炭系層序地層及沉積相的劃分、對比，本文以二級層序體系域為編圖單元，采用體系域壓縮法編制層序巖相古地理圖。這樣編圖好處在于反映的地質(zhì)體具有相對等時性，而且層序巖相古地理圖反映了沉積盆地各演化階段的沉積充填序列響應特征［14，15］。這為后續(xù)評價沉積盆地油氣勘探潛力和預測區(qū)域范圍內(nèi)的生、儲、蓋發(fā)育特征及其時空展布規(guī)律提供有力的依據(jù)［16］。

3.1 SS1層序巖相古地理特征及演化

低水位期，海水快速從研究區(qū)南部退去，北部的黔中古陸范圍不斷向南部擴大，海岸線退到了納雍－安順－三都一線，海水僅局限于一些低洼的地區(qū)，在南部較高部位的興仁－安龍地區(qū)也因海水退卻而暴露，成為剝蝕區(qū)（圖3）。低位期沉積體系發(fā)育有濱岸體系、陸棚－局限臺地體系及臺盆體系，濱岸（FS－NS）體系沿黔中古陸邊緣帶發(fā)育，為一套石英砂巖、泥巖，厚100～200m。往南發(fā)育陸棚－局限臺地體系，為一套砂泥巖、泥灰?guī)r、白云巖沉積，厚度一般在300m左右。在晴?。_甸－南丹地區(qū)為北西－南東向的陸內(nèi)斷陷盆地，以深水泥巖、硅質(zhì)巖的盆地相沉積為特征。

海侵期，海水快速上升，不斷由南向北部的黔中古陸侵進，古陸范圍縮小，海岸線推進到畢節(jié)－修文－遵義－麻江一線。南部低位期的興仁－安龍剝蝕區(qū)也因海侵重新接受臺地相碳酸鹽巖沉積，同時與北部的臺地相沉積及中部的臺盆沉積共同構成“兩臺夾一盆，臺盆相間”的格局（圖4）。此時，黔南拗陷沉積體系豐富，古陸邊緣發(fā)育有碳酸鹽潮坪－局限臺地體系的云巖、泥巖，內(nèi)部有開闊臺地體系的微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。與低位期不同的是海侵期發(fā)育有臺地邊緣斜坡體系的瘤狀灰?guī)r、泥灰?guī)r及垮塌角礫巖，裂陷臺盆體系也比低位期范圍擴大。

圖3 SS1二級層序LST時期層序巖相古地理圖Fig.3 Sequence－lithofacies paleogeographic map of SS1during LST

圖4 SS1二級層序TST時期層序巖相古地理圖Fig.4 Sequence－lithofacies paleogeographic map of SS1during TST

高位期，研究區(qū)沉積格局與海侵期類似，為“兩臺夾一盆”，但總體表現(xiàn)為臺地擴大和臺盆縮小的特征，為海平面相對下降的沉積序列。海岸線再次緩慢向南退去，退到了織金－平壩－龍里－三都一線（圖5）。沿古陸邊緣依次發(fā)育了潮坪－局限臺地－開闊臺地－臺地邊緣－盆地的沉積體系。開闊臺地相，沉積了一套生物碎屑灰?guī)r和灰?guī)r組合，臺地邊緣發(fā)育了由生物灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r構成的臺緣斜坡沉積。臺盆相仍以硅質(zhì)巖、灰?guī)r、頁巖沉積為特征。

圖5 SS1二級層序HST時期層序巖相古地理圖Fig.5 Sequence－lithofacies paleogeographic map of SS1during HST

3.2 SS2層序巖相古地理特征及演化

SS2期基本繼承了SS1期的構造格局，黔南地區(qū)仍主體處于陸緣裂陷盆地環(huán)境，只是陸內(nèi)裂谷拉張作用增強。在盆地中心區(qū)形成了復雜的臺－盆古地理格局。

海侵期，海水再次上升，由南向北部的黔中古陸侵進，海域范圍明顯擴大，古陸范圍縮小，海岸線推進到畢節(jié)－清鎮(zhèn)－麻江一線（圖6）。海侵期，從古陸邊緣向盆地依次發(fā)育有局限臺地－開闊臺地－臺地邊緣－臺盆的沉積體系。局限臺地主要由一套白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾生物灰?guī)r組成；開闊臺地體系為生物灰?guī)r和中厚層灰?guī)r沉積；開闊臺地邊緣為狹窄的臺緣斜坡沉積，發(fā)育一套生物屑灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r夾角礫狀灰?guī)r；裂陷臺盆體系為一套深水硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)灰?guī)r沉積。海侵期臺盆范圍有擴大趨勢，由于該時期黔南地區(qū)拉張作用增強，導致臺盆出現(xiàn)分支，成倒“Y”形，臺盆相間格局明顯。

圖6 SS2二級層序TST時期層序巖相古地理圖Fig.6 Sequence－lithofacies paleogeographic map of SS2during TST

圖7 SS2二級層序HST時期層序巖相古地理圖Fig.7 Sequence－lithofacies paleogeographic map of SS2during HST

高位期，伴隨海平面相對下降，黔南拗陷水體相對變淺，沉積岸線向南移動，到達織金－平壩－三都一線（圖7）。黔中古陸南緣，發(fā)育有狹窄的潮坪－局限臺地相的白云巖與生物屑灰?guī)r組合，其余為開闊臺地與臺盆相間的沉積格局。開闊臺地為生物灰?guī)r、砂屑灰?guī)r沉積；開闊臺地邊緣仍發(fā)育狹窄的臺緣斜坡沉積；而臺盆為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r組合，其范圍比海侵期有縮小趨勢。

4 結論

a.黔南拗陷石炭系劃分為2個二級層序，即SS1和SS2；12個三級層序，即CSQ1～CSQ12。其中SS1分為低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域。而SS2包括海侵體系域和高水位體系域。

b.以二級層序體系域為編圖單元，系統(tǒng)編制了黔南拗陷石炭紀各期的層序巖相古地理圖。SS1的LST期黔南地區(qū)沉積物只在一些低洼地區(qū)發(fā)育，大部分地區(qū)暴露；TST期，海水向北侵進，形成了“兩臺夾一盆，臺盆相間”的古地理格局；HST期繼承了TST期的古地理格局，只是岸線向南有退卻，臺地相范圍相對擴大，臺盆相相對縮小。SS2的TST期由于黔南地區(qū)拉張作用的增強，臺盆出現(xiàn)分支，呈北西向的倒“Y”形，呈現(xiàn)復雜的臺－盆相間的格局；HST期較TST時期，海水有緩慢的退卻，沉積格局基本不變。

［1］Vail P R，Audemard F A，Bowrnan S A，et al.The stratigraphic signatures of tectonics，eustasy and sedimentology－an overview［C］∥Cycles and Events in Stra－tigraphy. Berlin Heidberg： Springer－Verlag，1991：617－659.

［2］陳洪德，錢奕中，劉文均.層序地層學理論和研究方法［M］.成都：四川科學技術出版社，1994.

［3］劉文均，陳源仁，鄭榮才，等.層序地層［M］.成都：成都科技大學出版社，1996.

［4］彭軍，陳洪德，田景春，等.川滇黔桂地區(qū)石炭系層序地層研究［J］.沉積學報，2000，18（2）：190－197.

［5］賴生華，孫來喜，陳洪德.南盤江坳陷泥盆系層序地層格架及古地理環(huán)境［J］.西南石油學院學報，2005，27（2）：1－6.

［6］王鴻禎，史曉穎.沉積層序及海平面旋回的分類級別［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，1998，12（1）：1－15.

［7］鄧宏文.沉積物體積分配原理——高分辨率層序地層學的理論基礎［J］.地學前緣，2000，7（4）：305－313.

［8］王成善，陳洪德，壽建峰，等.中國南方海相二疊系層序地層與油氣勘探［M］.成都：四川科學技術出版社，1998.

［9］陳洪德，覃建雄，田景春，等.右江盆地層序充填動力學初探［J］.沉積學報，2000，18（2）：165－171.

［10］馬永生，陳洪德，王國力，等.中國南方構造－層序巖相古地理圖集［M］.北京：科學出版社，2009.

［11］吳浩若.晚古生代—三疊紀南盤江海的構造古地理問題［J］.古地理學報，2003，5（1）：63－76.

［12］毛健全.右江—南盤江裂谷構造格局［J］.貴州地質(zhì)，1999，16（3）：188－194.

［13］陳洪德，田景春，劉文均，等.中國南方海相震旦系—中三疊統(tǒng)層序劃分與對比［J］.成都理工學院學報，2002，29（4）：249－255.

［14］田景春，陳洪德，覃建雄，等.層序－巖相古地理圖及其編制［J］.地球科學與環(huán)境學報，2004，26（1）：6－12.

［15］侯中健，陳洪德，田景春，等.層序巖相古地理編圖在巖相古地理分析中的應用［J］.成都理工學院學報，2001，28（4）：376－382.

［16］陳洪德，侯明才，林良彪，等.不同尺度構造－層序巖相古地理研究思路與實踐［J］.沉積學報，2010，28（5）：894－903.