中揚子湘鄂西區(qū)構造演化特征

舒志國 （中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223）

湘鄂西區(qū)的北界為長江，南至湖南慈利－保靖一線，東起湖南石門－湖北宜都、西達川鄂交界處的齊岳山，位于東經107°50′～112°00′，北緯28°50′～31°00′之間，總面積6．13×104km2，包含齊岳山背斜帶、利川復向斜帶、中央復背斜帶、花果坪復向斜帶、宜都－鶴峰背斜帶和桑植－石門復向向斜帶等6個主要次級構造單元 （圖1）［1～3］。

圖1 湘鄂西區(qū)構造區(qū)劃圖

研究區(qū)上古生界－下三疊統(tǒng)大多出露地表，保存條件差，基本無油氣地質意義。區(qū)內震旦紀至古近紀經歷了多次構造運動 （表1），在震旦系－下古生界沉積了巨厚層海相烴源巖及儲集巖層，成藏條件優(yōu)越。區(qū)內及周緣已先后發(fā)現多處古油藏、瀝青、油苗及可燃氣苗等油氣顯示，但由于勘探程度較低，受復雜地表結構和地下地質條件影響，大部分地區(qū)無地震資料覆蓋，地質結構及構造展布特征研究難以深入。近年來，隨著對該區(qū)頁巖氣勘探研究的不斷深入，取得了一系列鉆井及二維地震資料，奠定了該區(qū)構造特征認識的基礎［4，5］。

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1 基底形成階段

區(qū)內前震旦紀盆地基底是在太古代－早元古代微型陸核基礎上經中、晚元古代多期構造活動褶皺、變質、固結而成，區(qū)域內南部與北部地區(qū)差異明顯，重力、磁力異常分析表明南北分界線大致位于彭水－黔江－咸豐－宣恩－秭歸一線 （圖1）。

北部地表出露深變質結晶雜巖，最古老的地層為崆嶺群，屬低壓區(qū)域動力熱液變質巖系，主要由混合巖化斜長角閃巖、黑云質或角閃質斜長片麻巖、含炭富鋁質片麻巖與片巖、鈣硅酸鹽巖、大理石巖及石英巖等組成。其原巖為鈣堿性玄武質－英安質－流紋質系列的火山巖和含炭黏土巖、碳酸鹽巖，屬地槽型火山噴發(fā)－沉積建造。

南部主要出露淺變質巖系，屬冷家溪群或板溪群，其中冷家溪群為弧后盆地濁流沉積，以淺灰、灰綠色的淺變質細碎屑巖、泥質巖及含凝灰質細碎屑的復理石建造為主。板溪群為較穩(wěn)定的湖沼－淺海碎屑沉積，以一套紫紅色和灰綠色相間的厚層至塊狀淺變質石英礫巖、砂礫巖、石英粗砂巖、中細粒長石石英砂巖為主。

基底的分區(qū)特征決定了后續(xù)沉積及構造特征。北部以軸向北東的局部構造為主，形態(tài)線狀－狹長線狀－狹長梳狀者居多，左行排列；南區(qū)則以北東東－東西向局部構造為主，形態(tài)更緊閉，左行、右行排列均有。

2 旋回性坳陷沉積階段

在基底形成基礎上，區(qū)內澄江期至印支中晚期為一旋回性拗陷期，階段性明顯，旋回性清楚。就常規(guī)油氣勘探而言，該時期主要形成了3套生、儲、蓋組合。其一是以下震旦統(tǒng)陡山沱組和下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為烴源巖層，震旦系燈影組為儲層，牛蹄塘組為蓋層的生、儲、蓋組合；其二是以下寒武統(tǒng)牛蹄塘組為烴源巖層，石龍洞組和中、上寒武統(tǒng)為儲層，奧陶系、志留系為蓋層的生、儲、蓋組合；其三是以上奧陶統(tǒng)五峰組、下志留統(tǒng)龍馬溪組下段為烴源巖層，志留系內部細粒砂巖、粉砂巖為儲層，志留系泥頁巖為蓋層的生、儲、蓋組合。其中區(qū)內震旦系陡山沱組、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)五峰組、下志留統(tǒng)龍馬溪組下段為潛在有利頁巖氣勘探層系。

2.1 陸塊南北裂谷發(fā)育階段

早震旦世早期為揚子陸塊南北裂谷發(fā)育階段，該時期揚子陸塊南、北緣發(fā)生裂谷作用，陸塊內仍為陸地，遭受剝蝕，僅在陸內局部地區(qū)接受大陸填平補齊的晚造山運動和磨拉石沉積，在此之后地殼略有抬升，遭受剝蝕；早震旦世晚期為南沱冰川活動，揚子區(qū)內廣泛接受陸相礫巖和泥巖沉積；早震旦世末期澄江運動使區(qū)內地殼上升，遭受剝蝕，由于板塊的漂移，氣候變暖，結束冰期。

2.2 坳陷形成階段

晚震旦世早期，古地形總體上為西北高、東南低，中部為長軸北東向桑值－五峰凹陷和大庸－慈利凸起。該時期區(qū)內除西北部邊緣屬濱岸相沉積外，大部分地區(qū)為淺海盆地－盆地邊緣相沉積，水體較深，巖石以含炭、磷頁巖、泥頁巖、泥質灰?guī)r、云巖為主。晚震旦世晚期，全區(qū)繼續(xù)沉降，相帶分異明顯，區(qū)內長軸為北東東向 “一凸一凹”古構造格局。凹陷較前期向北西方向推進至恩施附近，海水較深，沉積了一套以硅質巖、泥頁巖、含泥灰?guī)r、泥質白云巖為主的淺海盆地－廣海陸棚相沉積，沉積厚度小于1000m，屬非補償盆地沉積。凸起向北西方向推進至桑植，沉積了以灰?guī)r、白云巖為代表的臺地相沉積，沉積厚度大于400m，大庸以南斜坡帶含顆粒較粗的鮞粒、砂灘相沉積。至此，在揚子陸塊南、北陸繃帶裂谷作用的基礎上，塊斷作用進一步加強，揚子地區(qū)海水廣布，揚子海盆開始形成。

2.3 坳陷整體沉降發(fā)育階段

震旦系燈影組受惠寧運動短暫抬升作用遭受剝蝕，自寒武紀開始區(qū)內再次整體快速沉降，自東南向西北發(fā)生大規(guī)模海侵。早寒武世早期發(fā)育一套盆地－盆地邊緣相，巖性主要為灰－黑灰色頁巖，碳質、砂質頁巖、泥灰?guī)r、粉砂巖等，整體海水較深，沉積中心位于恩施附近。早寒武世晚期，海水變淺但范圍擴大，相帶分異明顯，沉降中心依然位于恩施附近，大庸－石門為開闊海臺地沉積，海水較淺。中、晚寒武世，區(qū)內海水變淺、沉降速度減慢，發(fā)育斜坡－開闊臺地－局限海臺地相，表現為海退沉積序列，直至沉積速度遞減至最低點。早奧陶世早期，區(qū)內海水加深、沉降速度加快，繼承了寒武紀末期平坦的古地形，沉積了一套較為穩(wěn)定的開闊海臺地相生物灰?guī)r、灰?guī)r夾泥灰?guī)r。早奧陶世中、晚期，海水再次變淺，全區(qū)沉降速度減緩，區(qū)內下奧陶統(tǒng)厚度僅為104～580m，對古構造影響不大。

2.4 坳陷沉積盆地轉化和消失階段

中奧陶世中揚子淺海盆地南北兩側的陸間海槽開始閉合隆升，沉降速度加快，海水加深，為廣海陸棚－盆地相沉積環(huán)境。晚奧陶世末期，受陸間海槽閉合隆升活動的影響，區(qū)內地層短暫小幅隆升，奧陶系頂部遭受少量剝蝕，對古構造的影響仍然較小。志留系沉積前，古地貌與寒武系頂面古構造基本一致，呈一北西向斜坡。

早志留世，經歷了晚奧陶世末期的短暫隆升之后，地殼迅速沉降，全區(qū)廣泛發(fā)育海侵，海水較深，屬廣海陸棚－淺海盆地相沉積環(huán)境，沉積了900～2100m的巨厚層砂巖、粉砂質頁巖；中志留世，地殼沉降速度減緩，開始海退。志留紀末期，中揚子受加里東構造運動影響，南北兩個陸間海槽強烈閉合隆升，海水全部退出研究區(qū)，整個揚子地區(qū)隆升成陸，志留系普遍遭受嚴重剝蝕，在湘鄂西區(qū)上志留統(tǒng)剝蝕殆盡，中志留統(tǒng)也不同程度地遭受剝蝕，并缺失中、下泥盆統(tǒng)。

在整個志留紀，海水經歷了由深－淺－陸地的變化，沉積了巨厚層的碎屑巖。志留紀末期的加里東運動，導致志留系遭受嚴重剝蝕，造成地層殘存厚度差異較大，使得泥盆系沉積前古地貌較志留系沉積前古地貌變化明顯，原主軸為北東東向的恩施凹陷演化為主軸為北西向的湘鄂西凹陷。凹陷范圍變化為黔江、保靖、慈利、建始所圍限的區(qū)域，凹陷被北東東向的桑植鼻凸分隔為南北2個部分，北部有宣恩和咸豐2個凹陷中心。

2.5 差異沉降階段

早泥盆世－中泥盆世早期，區(qū)內受志留紀末期加里東運動的影響，整體為古陸環(huán)境，沉積缺失，同時志留系遭受剝蝕；中、晚泥盆世，沿江南古陸邊緣為其沉積中心帶，沉積了一套0～500m厚的濱岸石英砂巖、粉砂巖及似磨拉石。

早石炭世，受發(fā)生在泥盆紀末期柳江運動地殼小幅抬升的影響，僅在區(qū)內東北部清江中、下游流域內，小范圍地接受了厚度小于60m的沼澤相碎屑巖沉積，其余的廣大地區(qū)均遭受剝蝕，產生沉積間斷。經過早石炭世的填平補齊之后，區(qū)內晚石炭世再次發(fā)生差異沉降，海水從東西侵入，除利川等地勢較高部位，區(qū)內整體被海水淹沒，接受沉積，填平補齊。石炭紀末期，受到云南運動影響，地殼抬升，海水退出研究區(qū)，發(fā)生短暫沉積間斷。湘鄂西區(qū)石炭系沉積厚度小于120m，對古構造面貌影響甚微。

2.6 整體沉降階段

區(qū)內二疊世至晚三疊世為整體沉降階段。早二疊世早期為含煤沼澤相碎屑巖填平補齊階段；至早二疊世中、晚期整體地勢平坦，隨著地殼的整體沉降，全區(qū)廣泛海侵，穩(wěn)定沉積開闊海臺地相的碳酸鹽巖，沉積厚度210～600m；受早二疊世末期東吳運動影響，區(qū)內地殼差異隆升，使下二疊統(tǒng)茅口組遭受不同程度的剝蝕。至晚二疊世，全區(qū)整體沉降，古地形起伏明顯，西北高、東南低，海水由東向西侵入。晚二疊世早期沉積了淺海臺地相碳酸鹽巖與濱海含煤碎屑巖建造；晚二疊世晚期，海侵進一步擴大，海水大規(guī)模侵入，使得區(qū)內除西部為臺地邊緣相外，其余大部分地區(qū)皆為非補償的廣海陸棚－淺海盆地相沉積環(huán)境，其中西部臺地邊緣相帶為生物礁灘發(fā)育的有利部位 （圖2）。

早三疊世早期，繼承了晚二疊世末期的古地貌和沉積環(huán)境，沉降速度略有下降，該時期沉降中心位于建始附近，地層厚度大，且變化范圍也較大 （362～1279m），除區(qū)內周緣為臺地邊緣鮞粒砂灘相外，其余地區(qū)沉積了以灰?guī)r、泥灰?guī)r及頁巖為主的廣海陸棚－盆地邊緣相建造；早三疊世晚期，受南北強烈閉合隆升影響，海水變得越來越淺，沉降速度進一步減小，發(fā)育了開闊海臺地相－局限臺地相－蒸發(fā)臺地相的海退沉積序列，沉積了灰?guī)r、白云巖、膏云巖及膏鹽地層，厚度達387～947m。受早三疊世末期華北陸塊西南仰沖推進影響，華南大陸南部產生了強烈隆升 （桂西）構造運動，該事件造成海水大規(guī)模退出研究區(qū)。中三疊世區(qū)內沉積了一套以濱海碎屑巖夾碳酸鹽巖為特征的海陸交互相沉積建造，該期地層沉積厚度差異巨大 （100～2000m），對古構造面貌產生了重大影響。中三疊世末期，南北陸塊陸陸碰撞、閉合造山、閉合隆升運動達到高潮，發(fā)生印支構造運動，使海水全部退出研究區(qū)，結束了海相地層沉積歷史，全區(qū)隆升為陸，遭受嚴重剝蝕，造成沉積間斷。

圖2 湘鄂西區(qū)震旦－三疊紀沉積構造演化示意圖

強烈的南北向擠壓應力受區(qū)內東北部黃陵隆起剛性古陸核的砥柱作用發(fā)生了扭動，形成了區(qū)內北東－北東東向的 “兩凹一隆”構造格局 （秭歸－利川凹陷、桑植凹陷和恩施－咸豐隆起），確定了晚三疊世沉積格局，不同程度上也奠定了責令構造的雛形。晚三疊世整體為內陸湖泊相碎屑巖沉積，區(qū)內沉積厚度0～250m，經晚三疊世填平補齊，至侏羅紀區(qū)內廣泛接受淺湖－半深湖－三角洲沉積。

3 變形、變位階段

根據地層接觸關系、沉積相的突變以及構造疊置等進行分析，研究區(qū)褶皺構造形成于侏羅紀以后，白堊紀以前，并在后期經歷了改造作用 （圖2）。

3.1 地層接觸關系

研究區(qū)自沉積基底形成以來，區(qū)域上可對比的角度不整合首次出現在侏羅紀以后、白堊紀以前，且不整合面上、下地層及其產狀變化較大。上覆白堊系產狀平緩穩(wěn)定；下伏地層涉及層系多樣，產狀陡緩多變，向斜帶地層較新，可見侏羅系，背斜帶地層一般較老，以三疊系及更老地層為主。

3.2 沉積相

區(qū)內對應于印支運動和燕山運動主期的寧鎮(zhèn)運動，其沉積相發(fā)生突變。印支運動后，對應于中三疊統(tǒng)的海陸交互沉積突變?yōu)樯先B統(tǒng)湖相－三角洲相沉積；寧鎮(zhèn)運動后，沉積相的變化更為顯著，進入典型的陸相沉積。沉積相的突變反映了褶皺構造始于印支期，定型于燕山主期。

3.3 構造疊置

區(qū)內侏羅系及更老地層分布廣泛，而白堊系非常局限。現今，白堊系僅在建始、恩施、來鳳、大庸及慈利－石門等區(qū)有零星分布，且以斷陷小盆地形式出現，一方面反映了構造疊置關系，另一方面也反映了褶皺構造的形成時期。

4 結論

1）湘鄂西區(qū)晉寧期－喜山期經歷過多次構造活動，表現出多個構造期和發(fā)展階段，具有多種建造或構造序列。

2）湘鄂西區(qū)構造演化可劃分為3大演化階段，分別是基底形成階段、旋回性坳陷沉積階段及變形、變位階段。

3）震旦紀至中三疊世跨越了澄江期、加里東期、海西期和部分印支期，區(qū)域上以穩(wěn)定沉降為主，為區(qū)內最重要油氣生、儲、蓋組合形成時期。

4）印支運動在研究區(qū)沉積－構造發(fā)展史上意義重大，使古地理面貌發(fā)生重大變革，在普遍抬升的背景下，差異升降運動形成 “兩坳夾一隆”構造格局。

5）燕山主期為區(qū)域內主要大規(guī)律褶皺及斷裂形成期，奠定了現今 “隆凹相間”的構造形態(tài)雛形；燕山晚期區(qū)內發(fā)生近東西向的伸展作用，發(fā)育一系列白堊系斷陷盆地。

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