湘中拗陷海相頁(yè)巖層系巖相古地理特征

敬 樂(lè) 潘繼平 徐國(guó)盛 馬若龍 袁海鋒 羅小平 吳昌榮

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京100034）

頁(yè)巖氣是在富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖中形成的天然氣的富集，以游離相存在于天然裂縫與粒間孔隙中，或吸附在干酪根或黏土顆粒表面，或溶解于干酪根和瀝青里。以熱成熟作用或連續(xù)的生物作用為主，以及兩者相互作用生成的聚集在烴源巖中的天然氣，已逐漸成為重要的非常規(guī)天然氣資源[1，2]。頁(yè)巖氣資源的開(kāi)發(fā)利用展示出了誘人的前景。頁(yè)巖氣一旦勘探突破形成產(chǎn)能，必將對(duì)緩解中國(guó)油氣資源接替的壓力產(chǎn)生至關(guān)重要的作用[4]。開(kāi)展湘中拗陷海相頁(yè)巖層系巖相古地理研究，確定富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系發(fā)育層段，預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣富集區(qū)帶，可為湘中拗陷頁(yè)巖氣的資源評(píng)價(jià)及勘探區(qū)塊優(yōu)選提供科學(xué)依據(jù)。

頁(yè)巖氣往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布范圍廣的頁(yè)巖層系中，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有開(kāi)采壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；但頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層滲透率低，開(kāi)采難度較大。中國(guó)尤其是南方的頁(yè)巖分布廣泛，地質(zhì)因素恰恰給頁(yè)巖氣的形成和富集創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。而且連續(xù)式富集頁(yè)巖氣藏往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁(yè)巖烴源巖地層中，與常規(guī)油氣藏有著密切的成因關(guān)系，具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。湘中拗陷是一個(gè)以下古生界淺變質(zhì)巖系為基底發(fā)展起來(lái)的晚古生代沉積拗陷區(qū)，發(fā)育有機(jī)質(zhì)豐度高的南方海相頁(yè)巖層系，具有形成頁(yè)巖氣藏的基本地質(zhì)條件，海相頁(yè)巖在各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期都十分發(fā)育，層系多且分布范圍廣，是頁(yè)巖氣的主要富集地區(qū)[3]，大量分布在向斜區(qū)、隆起區(qū)的低部位。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 工區(qū)概況

工區(qū)位于中揚(yáng)子的湘中拗陷（參見(jiàn)本期第207頁(yè)“湘中拗陷構(gòu)造分區(qū)及剖面位置圖”），行政區(qū)劃上位于湖南省中部的婁底、邵陽(yáng)、永州市境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°15′～113°，北緯26°～28°20′，面積約25 000km2。地貌類型復(fù)雜多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)?，尤以山地為主。湘中拗陷在大地?gòu)造位置上處于華南褶皺系的北部，雪峰隆起南緣，主要由漣源凹陷、龍山凸起、邵陽(yáng)凹陷、關(guān)帝廟凸起和零陵凹陷5個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成。根據(jù)本區(qū)多期構(gòu)造變形特點(diǎn)和變形結(jié)果，將3個(gè)凹陷進(jìn)一步劃分為8個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元（表1）。本文的研究層位為湘中拗陷中上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)和二疊系的海相泥頁(yè)巖層系。

表1 湘中拗陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)表Table1 Sketch table of division of tectonic units inthe Xiangzhong depression

1.2 地質(zhì)背景

湘中拗陷東鄰衡山凸起，南接桂中拗陷，是以下古生界變質(zhì)巖系為基底發(fā)展起來(lái)的一個(gè)晚古生代－中三疊世的碳酸鹽巖為主夾碎屑巖為特征的準(zhǔn)地臺(tái)型沉積拗陷區(qū)[5]。它是在湘桂塊體的基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的，由震旦系板溪群基底固結(jié)成形。湘桂塊體位于華南洋與揚(yáng)子地臺(tái)之間[6]，屬華南構(gòu)造區(qū)，是疊加在江南－雪峰構(gòu)造帶東南側(cè)的一個(gè)凹陷盆地[7]。

加里東期形成的構(gòu)造格局是基礎(chǔ)，后期演化具有印支期擠壓、燕山早期左行扭動(dòng)、燕山晚期逆沖的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多期次的構(gòu)造變形，形成了現(xiàn)今復(fù)雜的構(gòu)造格局[8]。

寒武系屬于廣海沉積，奧陶系以臺(tái)地斜坡相沉積為主。志留紀(jì)的加里東期湘中拗陷是揚(yáng)子地臺(tái)向東南緣的延伸部分，也使得包括湘中拗陷在內(nèi)的廣大華南地區(qū)下古生界回返褶皺，結(jié)束了華南地槽的發(fā)展演化歷史[9]。揚(yáng)子板塊與華南板塊開(kāi)始拼合，并由下古生界變質(zhì)巖系組成了湘中拗陷上古生界的基底。

在早古生代以來(lái)漫長(zhǎng)的地質(zhì)發(fā)展史中，湘中拗陷主要經(jīng)歷了兩大構(gòu)造發(fā)展階段，即晚古生代－中三疊世準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展階段和印支期后（包括印支運(yùn)動(dòng)在內(nèi)）的板內(nèi)構(gòu)造變形階段，其中發(fā)生于中三疊世的印支運(yùn)動(dòng)，結(jié)束了本區(qū)海相沉積演化史。因此，本區(qū)發(fā)育下古、上古2個(gè)構(gòu)造層，形成了湘中拗陷兩大油氣勘探層系[6，10，11]。湘中拗陷整體抬升，結(jié)束了早古生代沉積地槽演化階段，轉(zhuǎn)為準(zhǔn)地臺(tái)型沉積，進(jìn)入了晚古生代－中三疊世準(zhǔn)地臺(tái)沉積演化發(fā)展階段，并在早古生代變質(zhì)巖系基底上沉積了巨厚的海相地層，在剖面上形成了典型的槽、臺(tái)雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。也使得前泥盆系發(fā)生區(qū)域淺變質(zhì)作用，形成地臺(tái)型沉積蓋層的基底[12]。在這套地層之上，還發(fā)育一套上三疊統(tǒng)－中侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖建造，由于受后期抬升剝蝕，零星分布在各個(gè)次級(jí)凹陷中。

中三疊世因太平洋板塊由南東向北西方向俯沖，激發(fā)了強(qiáng)烈的印支運(yùn)動(dòng)，海西—印支早期的陸表海沉積以升降運(yùn)動(dòng)為主要活動(dòng)方式，形成了典型的臺(tái)地相沉積，使湘中拗陷隨華南陸表海一道上升為陸，主要經(jīng)歷了印支、燕山及喜馬拉雅期3次構(gòu)造變形[11]。加里東期形成了近東西向隆凹相間的隔檔式構(gòu)造的基本格局，印支期的構(gòu)造變形演化是以寬緩的褶皺、明顯的斷裂、規(guī)模較大的巖漿侵入為主要特征，是最重要的構(gòu)造反轉(zhuǎn)期，結(jié)束了海相沉積史，形成寬緩的區(qū)域構(gòu)造背景。湘中貫通南北，整體向西突出的一系列褶皺、斷裂組成的“祁陽(yáng)弧”隔檔式構(gòu)造，就是在此期基本上定型，后經(jīng)燕山期改造完善的，且局部凹陷中形成了一系列軸向近東西方向的寬緩褶皺及斷層組合，奠定了湘中拗陷局部構(gòu)造格架。燕山早期的北西－南東方向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)對(duì)早期形成的油氣重新運(yùn)聚和再分配[13]，形成了軸向北東的成左行斜列構(gòu)造樣式展布的系列構(gòu)造帶，控制了湘中拗陷各凹陷和凸起上的次級(jí)構(gòu)造單元。晚燕山運(yùn)動(dòng)以塊斷升降運(yùn)動(dòng)為主要活動(dòng)方式，晚燕山－喜馬拉雅期地殼大幅度隆起，并迅速褶皺成山，造成本區(qū)普遍遭受強(qiáng)烈剝蝕。喜馬拉雅早期運(yùn)動(dòng)主要為近東西向的擠壓作用，而晚期主要為近南北向的擠壓，所以，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)總體表現(xiàn)為強(qiáng)烈擠壓和快速隆升，也使得地層剝蝕量較大、剝蝕速度快，剝蝕的差異性亦較大[14]。

2 頁(yè)巖層系發(fā)育特征

湘中拗陷是以下古生界淺變質(zhì)巖系為基底發(fā)展起來(lái)的晚古生代－中生代準(zhǔn)地臺(tái)型陸表海沉積拗陷區(qū)，發(fā)育有多套泥頁(yè)巖層系[15]。中上泥盆統(tǒng)的泥頁(yè)巖層系是在加里東褶皺基底上發(fā)育起來(lái)的，泥盆系有機(jī)質(zhì)主要富集在海侵體系域上部（棋梓橋組）和高水位體系域下部（佘田橋組）。而下石炭統(tǒng)（大塘階測(cè)水段）隨著海水迅速退出，劇變?yōu)楹ｊ懡换ハ嗟某擅涵h(huán)境，其分布范圍覆蓋了漣源凹陷和邵陽(yáng)凹陷的大部分，煤層主要分布在測(cè)水段下部。而二疊系的龍?zhí)督M煤系地層（海退）分布范圍較小，僅局限于向斜內(nèi)，煤層發(fā)育在龍?zhí)督M上部。主力泥頁(yè)巖層系發(fā)育的層位如表2。

下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段（C1d2）：其頁(yè)巖層系由深灰色中厚層狀灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r、灰黑色泥灰?guī)r、泥頁(yè)巖及含碳質(zhì)泥巖為主構(gòu)成，以煤巖和暗色泥巖發(fā)育為主，屬濱岸潟湖或三角洲沼澤相沉積。夾生物碎屑灰?guī)r與含碳質(zhì)灰?guī)r。以漣源凹陷最發(fā)育，泥頁(yè)巖累計(jì)厚度可達(dá)100多米。往南經(jīng)邵陽(yáng)凹陷至零陵凹陷，泥頁(yè)巖厚度逐漸減薄。

中泥盆統(tǒng)棋梓橋組與上泥盆統(tǒng)佘田橋組（D2q－D3s）：其頁(yè)巖層系在臺(tái)地相區(qū)以深灰色中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)云灰?guī)r為主。在近岸海盆區(qū)以深灰色泥頁(yè)巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，夾泥晶灰?guī)r或含生物灰?guī)r，泥頁(yè)巖發(fā)育最好的累計(jì)厚度可達(dá)幾百米。

上二疊統(tǒng)（P2）：泥頁(yè)巖層系由濱海沼澤相的灰黑色泥頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、薄煤層及深水環(huán)境的灰黑色硅質(zhì)頁(yè)巖等組成。

從研究區(qū)來(lái)看，湘中拗陷的泥頁(yè)巖層系整體累計(jì)厚度是西北方向厚度比較大，而東南方向的則相對(duì)較小。全區(qū)泥頁(yè)巖層系發(fā)育以漣源凹陷為最好，同時(shí)累計(jì)厚度也最大?？v向上看地層的厚度變化情況，佘田橋組泥頁(yè)巖層系的厚度為最大。

3 頁(yè)巖層系沉積相特征

寒武紀(jì)，湘中拗陷處于贛湘桂次深海和贛粵次深海之間，屬于半深—淺海相沉積[16]。奧陶紀(jì)中國(guó)南方整體進(jìn)入擠壓環(huán)境，揚(yáng)子板塊與華夏板塊之間的大洋開(kāi)始閉合。在這一時(shí)期，湘中拗陷西北部處于臺(tái)地斜坡相，而整體處于斜坡—半深海相。從巖相看，西北部處于角礫灰?guī)r相區(qū)，中部處于頁(yè)巖相區(qū)，東南部處于粉砂巖夾頁(yè)巖相區(qū)，說(shuō)明寒武紀(jì)之后水體開(kāi)始變淺。志留紀(jì)，揚(yáng)子板塊與華夏板塊拼合，湘中拗陷整體開(kāi)始隆起。

在漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，湘中拗陷受到4次大規(guī)模海侵和海西、印支等構(gòu)造控制，沉積環(huán)境主要以臺(tái)地相－陸地邊緣相的沉積為特征[17]，其中臺(tái)地相以發(fā)育開(kāi)闊－局限臺(tái)地和凹槽臺(tái)地相帶為特征，陸地邊緣相則包括潮坪和濱岸沼澤2個(gè)相帶。本區(qū)在海相沉積時(shí)，有利于泥頁(yè)巖發(fā)育的主要沉積相帶是臺(tái)地海盆相和濱海（海灣）沼澤相[16，17]。

該區(qū)以3套泥頁(yè)巖和煤系地層為區(qū)域性泥頁(yè)巖層系，它們的沉積相特征如下：

臺(tái)地海盆相主要發(fā)育于中、晚泥盆世棋梓橋期、佘田橋期，是發(fā)育在碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)部的深水沉積[13]，海水深幾十米至幾百米不等，主要是斷陷作用所形成，多呈長(zhǎng)條狀展布，根據(jù)巖性特征可分為濁積巖、泥灰?guī)r臺(tái)地海盆相。濁積巖臺(tái)盆相僅見(jiàn)于佘田橋期的臺(tái)盆內(nèi)，泥灰?guī)r臺(tái)地海盆相發(fā)育于棋梓橋期晚時(shí)，受同期基底斷陷控制的深水相，其沉積物以泥頁(yè)巖、泥灰?guī)r為主。

表2 湘中拗陷頁(yè)巖層系地層簡(jiǎn)表Table2 Sketch stratigraphic table of the shale series of beds in the Xiangzhong depression

濱海（海灣）沼澤相發(fā)育于本區(qū)的早石炭世大塘期測(cè)水時(shí)、晚二疊世龍?zhí)镀谶@2個(gè)成煤時(shí)期，巖性組合主要由河流相砂巖、牛軛湖相泥巖、海灣相灰?guī)r、濱海三角洲相砂巖和沼澤相碳質(zhì)頁(yè)巖及煤層組成。其中的牛軛湖相泥巖和沼澤相碳質(zhì)頁(yè)巖，是湘中的主要泥頁(yè)巖層系。

3.1 晚泥盆世

中晚泥盆世由低水位體系域（半山期）、海侵體系域（跳馬澗期－棋梓橋期）、高水位體系域（佘田橋期）和海退體系域（錫礦山期）構(gòu)成一個(gè)完整的沉積層序旋回[17]。中晚泥盆世跳馬澗－棋梓橋期湘中拗陷可分為海侵早期和主海侵期。跳馬澗組（海侵早期）沉積相以潮坪相沉積為主，發(fā)育一套巖性為深色砂質(zhì)泥巖的海相沉積 （圖1）。

圖1 湘中拗陷泥盆系跳馬澗組沉積相圖Fig.1 The sedimentary facies map of Devonian Tiaomajian Formation in the Xiangzhong depression

主海侵期的棋梓橋期處在強(qiáng)烈的拉張環(huán)境下，陸間洋盆沿北東向裂陷發(fā)生斷裂及海侵作用，碎屑巖沉積區(qū)明顯向北東和南西的古陸方向萎縮，湘中海域逐漸由陸相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｏ喑练e[18]。同時(shí)，由于基底斷裂開(kāi)始活動(dòng)，呈現(xiàn)出北東－南西分布的開(kāi)闊臺(tái)地和凹槽臺(tái)地相間的沉積格局。

棋梓橋期的凹槽臺(tái)地一般為欠補(bǔ)償沉積，平面上由西到東依次分布著新化－洞口、婁底－漣源和邵東以西雙峰到永州市3個(gè)泥灰?guī)r臺(tái)凹，是泥頁(yè)巖大規(guī)模發(fā)育的主要區(qū)域。

晚泥盆世早期佘田橋期，湘中拗陷基本上還是開(kāi)闊臺(tái)地和凹槽臺(tái)地相間的沉積格局。凹槽臺(tái)地由于沉積速率快而不斷抬升，開(kāi)闊臺(tái)地的坡度變陡，沉積物向海盆內(nèi)大量?jī)A卸，使得凹槽臺(tái)地厚度明顯加大。晚泥盆世晚期錫礦山期（圖2），因受柳江運(yùn)動(dòng)的影響，開(kāi)始海退。該海退體系以碎屑巖潮坪沉積為主，主要發(fā)育有泥質(zhì)灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖，由北向南依次發(fā)育三角洲、碎屑巖潮坪、碳酸鹽潮坪、碳酸鹽臺(tái)地。由此形成了整個(gè)中、上泥盆統(tǒng)頁(yè)巖層系。

圖2 湘中拗陷泥盆系錫礦山組沉積相圖Fig.2 The sedimentary facies map of Devonian Xikuangshan Formation in the Xiangzhong depression

3.2 石炭紀(jì)

早石炭世是繼晚泥盆世末海退之后的又一個(gè)沉積層序旋回，沉積相的展布大致以3個(gè)凹陷為沉積中心，由凹槽臺(tái)地相逐漸過(guò)渡為局限臺(tái)地相及潮坪相[19]。

湘中拗陷下石炭統(tǒng)大塘階測(cè)水段具海退體系域沉積，其泥頁(yè)巖主要發(fā)育在沼澤相。縱向上分上、下2個(gè)巖性段，下段巖性為砂泥巖互層夾煤層，上段以泥頁(yè)巖為主夾砂巖。其下段的含煤段，在漣源凹陷最為發(fā)育，且?jiàn)A有一層砂礫巖，是上、下亞段的分界線。主要發(fā)育有沼澤相的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層，砂泥薄互層層理，是中國(guó)南方早石炭世重要的含煤建造。

3.3 晚石炭世 二疊紀(jì)晚期

測(cè)水晚期，新的海侵開(kāi)始，中晚石炭世達(dá)到高潮，至早二疊世茅口期升起，海退后部分遭受剝蝕。至龍?zhí)对缙诤Ｋ汛蟛糠滞顺?，結(jié)束了準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展階段的最大一次海侵。發(fā)生在晚二疊世龍?zhí)锻砥诘囊淮魏Ｇ郑▓D3），形成了一套濱海含煤建造和硅質(zhì)巖沉積以及淺海薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r。中三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)，使得湘中拗陷全部上升為陸地，并呈現(xiàn)西高東低的面貌，發(fā)育了一套龍?zhí)督M下段不含煤的頁(yè)巖夾砂巖沉積；之后整體抬升運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛某两?，使南北兩區(qū)合二為一，形成統(tǒng)一的沼澤環(huán)境，發(fā)育龍?zhí)督M上段（P2l2）含煤碎屑巖沉積層序。至晚二疊世大隆期（P2d，圖4），本區(qū)整體沉降速度加快，驟然出現(xiàn)特大海侵，出現(xiàn)凹槽臺(tái)盆環(huán)境[20]。

圖3 湘中拗陷二疊系龍?zhí)督M沉積相圖Fig.3 The sedimentary facies map of Permian Longtan Formation in the Xiangzhong depression

圖4 湘中拗陷二疊系大隆組沉積相圖Fig.4 The sedimentary facies map of Permian Dalong Formation in the Xiangzhong depression

4 頁(yè)巖層系的巖相古地理特征

巖相古地理環(huán)境和沉積體系主要受構(gòu)造及演化階段的控制，不同的構(gòu)造演化階段形成了不同的沉積古地理環(huán)境，進(jìn)而控制著沉積體系發(fā)育的差異性[21，22]。海平面變動(dòng)下的海進(jìn)與海退，水體深淺與沉積相展布，連續(xù)沉降條件下有機(jī)質(zhì)的深埋，沉積間斷過(guò)程中的溶蝕作用，泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度與類型、發(fā)育程度等微觀特征受更高層次的海域沉積的宏觀控制[23]。這些宏觀地質(zhì)作用對(duì)頁(yè)巖層系的形成具有重要的影響。

加里東運(yùn)動(dòng)末期湘中拗陷的古輪廓為“一隆兩拗”，即湘中拗陷、零陵－株洲中央隆起、湘東南拗陷，這些拗陷和隆起均呈北東向相間排列。

湘中拗陷在海西—印支早期，處于相對(duì)寧?kù)o階段。海域總體表現(xiàn)為海底地形起伏不大、水體較淺的陸表海特征[24]。受全球海平面變化的影響，有過(guò)海進(jìn)與海退相互交替過(guò)程，以海水進(jìn)退為主要依據(jù)。據(jù)其巖性在縱向上的變化，可劃分為4個(gè)沉積旋回[25]。

每一沉積旋回從初始的低水位體系域開(kāi)始，經(jīng)海侵發(fā)展為高水位體系域，是水體加深、水域擴(kuò)大的漸進(jìn)過(guò)程。由于陸表海的水體深度不大，陽(yáng)光充足，海洋生物大量繁衍，生物和化學(xué)沉積作用空前發(fā)育。但在陸表海的不同沉積相區(qū)，其沉積環(huán)境、沉積作用、生物種屬是有區(qū)別的[26]。在水體相對(duì)較深、低能環(huán)境的臺(tái)地海盆相區(qū)，沉積物多為泥灰質(zhì)，以浮游和底棲生物為主，生物死亡后迅速被掩埋，有利于有機(jī)質(zhì)的保存。從有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)看，這類巖石殘余有機(jī)碳含量比較高，是湘中拗陷主力泥頁(yè)巖發(fā)育的最有利相區(qū)和巖石類型。處于水體相對(duì)較淺、高能環(huán)境下的臺(tái)坪、潮坪相區(qū)，少含泥質(zhì)，且有機(jī)質(zhì)豐度不高，主要發(fā)育有含泥質(zhì)的灰?guī)r和含砂泥巖。

每一沉積旋回的末期，隨著海平面的上升形成水退體系域。這一體系域的前積層細(xì)粒與粗粒碎屑十分發(fā)育，是海西－印支早期海相沉積史中碎屑巖發(fā)育的主要階段，主要沉積有粉砂巖夾砂質(zhì)泥巖。

4.1 第一次沉積旋回（D2t—D3x）

中泥盆世，海水從湘桂夾道進(jìn)入湘中[27]。整個(gè)跳馬澗組時(shí)期，在填平補(bǔ)齊階段的充填式沉積過(guò)程中，形成了一套濱海相的富含生物的粗碎屑巖。至棋梓橋期達(dá)到高潮，佘田橋期開(kāi)始了局部海退，到錫礦山期末，全面海退，出現(xiàn)了建設(shè)性三角洲及潟湖，結(jié)束了海西期第一發(fā)展階段的歷史。隨著盆地持續(xù)穩(wěn)定沉降和古氣候的變化，沉積作用發(fā)生了根本性的變化，在廣大的湘中海域，海水由渾濁變得清澈，底棲生物大量繁衍，生物化學(xué)和化學(xué)沉積作用空前發(fā)育，具有陸表海沉積的特點(diǎn)[28]。這個(gè)時(shí)期的巖相古地理的變化特征可以劃分出3個(gè)階段。

跳馬澗期（D2t）是湘中陸表海的奠基階段。由于拉張斷陷差異性的升降運(yùn)動(dòng)再度加劇，導(dǎo)致沉積范圍明顯擴(kuò)大，并形成了一系列呈指狀分布的斷陷帶，并在斷陷帶內(nèi)發(fā)育磨拉石充填式沉積。在其南部，有海水侵入，發(fā)育的相帶有潮坪相和三角洲相。其基底出現(xiàn)同步沉降，使早期呈指狀分布的斷陷帶連為一體，海岸線北移，主要發(fā)育大規(guī)模的被蓋式的海陸交替的碎屑巖沉積。其中混積有少量的砂質(zhì)泥頁(yè)巖沉積，為以后廣泛的海侵打下了基礎(chǔ)。

棋梓橋期（D2q）之初（圖5）是前后兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)折時(shí)期。晚期古斷裂活化，出現(xiàn)受同期斷陷控制的臺(tái)盆相深水低能沉積環(huán)境，由臺(tái)盆向外過(guò)渡為臺(tái)坪相，再向外過(guò)渡到常受潮汐作用影響的極淺水潮坪相。這種沉積格局一直延續(xù)到佘田橋期。

佘田橋組期（圖6），濁流攜帶大量泥砂注入深水盆地，形成了濁流臺(tái)盆相。

錫礦山早期（D3x1），柳江運(yùn)動(dòng)開(kāi)始萌動(dòng)，使位于本區(qū)之西北的已經(jīng)穩(wěn)定了的雪峰古陸活動(dòng)，導(dǎo)致陸源物質(zhì)大量注入海內(nèi)，使碎屑巖分布范圍明顯擴(kuò)大，并使海岸線略往東遷。主要發(fā)育灰?guī)r及灰質(zhì)泥巖。

圖5 湘中拗陷泥盆系棋梓橋組巖相古地理圖Fig.5 The lithofacies－palaeogeography map of Devonian Qiziqiao Formation in the Xiangzhong depression

圖6 湘中拗陷泥盆系佘田橋組巖相古地理圖Fig.6 The lithofacies－palaeogeography map of Devonian Shetianqiao Formation in the Xiangzhong depression

錫礦山晚期（D3x2），雪峰弧形古陸隨著柳江運(yùn)動(dòng)的加劇，比其早期更加活躍，陸源碎屑急劇增加；加上海底沉降幅度小于沉積補(bǔ)償速度，形成了一套以碎屑巖為主的沉積，僅在本區(qū)的東南角有碳酸鹽巖混積于碎屑巖之中；并使其沉積范圍縮小，海岸線明顯東遷。隨著海退的加劇，使得發(fā)育于本區(qū)之北的若干三角洲向海方向推進(jìn)，各碎屑巖相帶也向海一側(cè)明顯加寬，并在潮坪的低洼地帶和三角洲與三角洲之間形成了若干潟湖。

4.2 第二次沉積旋回（C1—C2）

在泥盆紀(jì)末—石炭紀(jì)之初，海水尚未完全退出，新的沉降運(yùn)動(dòng)的到來(lái)而產(chǎn)生新的海侵，開(kāi)始了石炭紀(jì)發(fā)展演化的歷程。石炭紀(jì)沉積相在時(shí)間上和空間上的演變，始終受升降運(yùn)動(dòng)和古構(gòu)造格局的控制，從而在縱向上具有明顯的階段性、旋回性和平面上相帶展布的單一性[25]。

早石炭世海水再次從西南侵入。巖關(guān)期，湘中處在濱海與淺海交替動(dòng)蕩的環(huán)境中，形成砂頁(yè)巖、泥灰?guī)r和灰?guī)r的互層。測(cè)水段早時(shí)，再次全面海退，出現(xiàn)了一套濱海沼澤相含煤泥巖和砂巖混合沉積，并與測(cè)水晚時(shí)（上煤組）之間造成了短暫的沉積間斷。大塘組測(cè)水段（C1d2）時(shí)期（圖7），因受古港運(yùn)動(dòng)的影響，其基底又一次整體抬升，海水再次迅速退出，使湘中的陸表海環(huán)境劇變?yōu)楹ｊ懡换ハ嗟某擅涵h(huán)境[18]。其巖相古地理有以下特征：古港運(yùn)動(dòng)雖然使得整體抬升，但在平面上則具有東北表現(xiàn)強(qiáng)烈、西南相對(duì)較弱的特點(diǎn)。因而在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的北端和東側(cè)，發(fā)育植物繁茂的湖沼相、河湖沼澤相等成煤環(huán)境；而在西南，則發(fā)育海灣沼澤成煤環(huán)境。因地殼抬升，有若干島嶼零星分布在河湖沼澤相和湖沼相之中。古生物由海相生物轉(zhuǎn)化為以陸相植物化石為主，在海灣沼澤相中，亦有珊瑚化石產(chǎn)出。隨著地殼的持續(xù)沉降，海水首次浸漫雪峰古陸的斷陷帶，海底逐漸趨于平坦，相帶平面展布單一，主要是潮坪相至低能臺(tái)坪相的沉積。

圖7 湘中拗陷石炭系測(cè)水段巖相古地理圖Fig.7 The lithofacies－palaeogeography map of Carboniferous Ceshui Formation in the Xiangzhong depression

4.3 第三次沉積旋回（P1—P2）

早二疊世初開(kāi)始海退，至龍?zhí)督M（P2l）早期，海水全面退出[29]，以一套含海陸混生生物化石的砂質(zhì)頁(yè)巖含煤沉積出現(xiàn)，結(jié)束了海西期的最大一次海侵。

東吳運(yùn)動(dòng)在本區(qū)有2次構(gòu)造活動(dòng)期，第一次活動(dòng)期（東吳運(yùn)動(dòng)第Ⅰ幕）：中晚石炭世“一隆兩拗”的基本輪廓如舊，但已開(kāi)始了由北東向東西方向的轉(zhuǎn)變，表現(xiàn)在二疊紀(jì)與石炭紀(jì)之間的東吳運(yùn)動(dòng)Ⅰ幕的發(fā)生，徹底改變了以前“一隆兩拗”和北東向展布的構(gòu)造格局，轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳下”鞭帧焙蜄|西向展布的古構(gòu)造面貌，隆起以北出現(xiàn)了一個(gè)大型的、東西向展布的漣源－湘鄉(xiāng)凹陷，早二疊世沉積厚達(dá)千余米。第二次活動(dòng)期（東吳運(yùn)動(dòng)第Ⅱ幕）：二疊系龍?zhí)督M上下段之間發(fā)生沉積間斷，微弱的巖漿侵入和海底火山噴發(fā)，標(biāo)志著東吳運(yùn)動(dòng)第Ⅱ幕的發(fā)生，同時(shí)出現(xiàn)了全面的海退，從此結(jié)束了海西期第三發(fā)展階段的歷史。晚二疊世早期，東吳運(yùn)動(dòng)進(jìn)入高潮，由于地殼的急劇抬升，海水由北向南迅速退出，從而使龍?zhí)镀诩眲∞D(zhuǎn)化為陸相或海陸過(guò)渡相沉積。

由于東吳運(yùn)動(dòng)的影響，海水迅速退出，隆起的陸地遭受剝蝕，僅在南側(cè)發(fā)育大陸相區(qū)的河湖相沉積。龍?zhí)督M含煤段沉積時(shí)，剝蝕區(qū)開(kāi)始積水直至發(fā)育湖沼相沉積，往南依次發(fā)育河湖沼澤相和湖沼相，說(shuō)明此時(shí)湘中拗陷開(kāi)始了緩慢沉降。至龍?zhí)督M海相沉積時(shí)，由于地殼沉降的加劇，使海水由南侵入本區(qū)，發(fā)育了一套產(chǎn)海相化石的泥頁(yè)巖沉積。

4.4 第四次沉積旋回

大隆組（P2d）沉積期，地殼繼續(xù)下沉，由龍?zhí)督M晚期的淺海相泥頁(yè)巖沉積劇變?yōu)槌逼合唷_(tái)盆相的沉積[24]。至中三疊世，印支運(yùn)動(dòng)波及全區(qū)，各地都相繼上升，海水撤退，出現(xiàn)不同程度的回返褶皺，徹底結(jié)束了晚古生代海相沉積發(fā)育史。

綜上所述，湘中拗陷的主力泥頁(yè)巖層系是下石炭統(tǒng)和中上泥盆統(tǒng)，泥頁(yè)巖層系的發(fā)育明顯受海侵—海退旋回的控制，主力泥頁(yè)巖層系主要分布在海侵體系域上部和高水位體系域下部，平面上多與凹槽臺(tái)地相的發(fā)育和分布有關(guān)。作為非常規(guī)天然氣的主要發(fā)育層位，測(cè)水段煤系和龍?zhí)督M煤系亦具有重要的勘探意義。

5 結(jié)論

a.加里東期形成了湘中拗陷近東西向隆凹相間的隔檔式構(gòu)造的基本格局，印支－燕山期板內(nèi)構(gòu)造變形演化定型。

b.湘中拗陷最有利于泥頁(yè)巖發(fā)育的主要沉積相帶是臺(tái)地海盆相和濱海（海灣）沼澤相。臺(tái)地海盆相發(fā)育于中、晚泥盆世，濱海（海灣）沼澤相主要發(fā)育于早石炭世大塘期測(cè)水時(shí)、晚二疊世龍?zhí)镀谥擅簳r(shí)期。

c.湘中拗陷好的泥頁(yè)巖主要發(fā)育在下石炭統(tǒng)及中上泥盆統(tǒng)和二疊統(tǒng)，分布在海侵體系域上部和高水位體系域下部，平面上多與凹槽臺(tái)地相的發(fā)育和分布有關(guān)。最有利的泥頁(yè)巖主要發(fā)育在漣源凹陷和邵陽(yáng)凹陷中部的凹槽臺(tái)地相區(qū)。

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