上揚(yáng)子?xùn)|南緣寒武系碳酸鹽巖臺緣灘的發(fā)現(xiàn)與油氣地質(zhì)意義——以貴州石阡—岑鞏為例

賀永忠， 陳厚國， 謝　淵， 趙　磊， 朱　勛， 易成興， 安亞運(yùn)

(1. 貴州省地質(zhì)調(diào)查院， 貴州 貴陽　550018； 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心， 四川 成都　610081)

上揚(yáng)子?xùn)|南緣寒武系碳酸鹽巖臺緣灘的發(fā)現(xiàn)與油氣地質(zhì)意義——以貴州石阡—岑鞏為例

賀永忠1， 陳厚國1， 謝淵2， 趙磊1， 朱勛1， 易成興1， 安亞運(yùn)1

(1. 貴州省地質(zhì)調(diào)查院， 貴州 貴陽550018； 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心， 四川 成都610081)

摘要：采用地層剖面測量、區(qū)域調(diào)查、巖礦鑒定等工作方法，發(fā)現(xiàn)石阡-岑鞏地區(qū)寒武紀(jì)黔東世晚期至芙蓉世時期為一套連續(xù)沉積的臺地邊緣灘相的顆粒及藻類碳酸鹽巖；通過地層劃分與對比、巖石地層格架的建立，再現(xiàn)了該區(qū)寒武紀(jì)時期臺、坡、盆的沉積古地理格局，研究了從寒武紀(jì)黔東世晚期開始碳酸鹽巖臺地的建立、發(fā)展、衰亡的沉積發(fā)展演化過程；并通過臺地邊緣灘相碳酸鹽巖物性分析，認(rèn)為該套巖石具有一定粒間孔、晶間孔，且晶洞發(fā)育，是油氣儲集層最有利部位，從而為貴州東部乃至中國南方地區(qū)該相位隱伏區(qū)尋找油氣資源提供新的信息與線索。

關(guān)鍵詞：寒武紀(jì)； 碳酸鹽巖沉積環(huán)境、臺緣灘； 油氣儲層； 貴州石阡-岑鞏

0引言

筆者在2008—2010年參加中上揚(yáng)子海相含油氣盆地油氣地質(zhì)調(diào)查項目之習(xí)水—湄潭—天柱油氣地質(zhì)調(diào)查走廊大剖面課題工作過程中，在石阡—岑鞏一帶發(fā)現(xiàn)了寒武紀(jì)黔東世晚期至芙蓉世一套連續(xù)沉積的灘相顆粒及藻類碳酸鹽巖，通過地層剖面測量、面上調(diào)查、巖礦鑒定、物性分析及綜合研究等工作認(rèn)為，該套顆粒碳酸鹽巖的沉積環(huán)境為寒武紀(jì)時期碳酸鹽巖臺地邊緣灘，該灘由老至新具有由西向東的遷移過程。并在該課題中由下至上將其命名為“排樓坡鮞粒砂屑灰?guī)r”(時限相當(dāng)于清虛洞組)和“大坪鮞粒砂屑白云巖”(時限相當(dāng)于高臺組、石冷水組、婁山關(guān)組)。這一發(fā)現(xiàn)，為該區(qū)寒武紀(jì)時期臺地碳酸鹽巖臺緣灘的存在及臺緣灘顆粒云巖在油氣地質(zhì)工作中作為油氣儲集層研究具重大研究意義，同時為貴州在該區(qū)自1∶20萬區(qū)調(diào)工作以來一直困擾未解決該時期的盆地沉積充填等問題及下一步工作提供新的基礎(chǔ)資料。

1地質(zhì)背景

研究區(qū)寒武紀(jì)時期處于西高東低的沉積古地理格局，由于牛蹄塘組早期海侵，全區(qū)進(jìn)入高水位沉積體系，之后逐漸海退。該時期具多樣沉積環(huán)境、沉積類型多樣等特征[1-4]。其中牛蹄塘組—杷榔組時期為陸棚碎屑巖沉積或混積陸棚灰?guī)r夾碎屑巖沉積(九門沖組)，到杷榔組晚期—清虛洞組早期，由于海水地球化學(xué)條件改變，全區(qū)漸轉(zhuǎn)為碳酸鹽巖環(huán)境沉積，并逐漸形成臺、坡、盆沉積古地理格局[5]。

寒武紀(jì)黔東統(tǒng)晚期-芙蓉統(tǒng)時期貴州石阡―岑鞏―天柱一帶大致以玉屏—岑鞏一線(玉屏—岑鞏大斷裂)為界進(jìn)行地層分區(qū)劃分(圖1) ，將此帶以西劃為揚(yáng)子地層區(qū)(臺地相區(qū))、以東為江南過渡地層區(qū)(斜坡相區(qū))。揚(yáng)子地層區(qū)出露地層為清虛洞組、高臺組、石冷水組、婁山關(guān)組；過渡地層區(qū)為烏訓(xùn)組、敖溪組、車夫組。此時期在岑鞏一帶自清虛洞組—婁山關(guān)組時期自下而上沉積一套巨厚顆?；?guī)r、藻灰?guī)r、顆粒云巖、藻云巖，厚達(dá)上千米。

圖 1　研究區(qū)位置及地層分區(qū)Fig.1　Location and stratigraphic regionalization in the study area1. 揚(yáng)子區(qū)； 2. 過渡區(qū); 3. 研究區(qū)范圍; 4. 典型剖面； 5. 深大斷裂

2臺地、臺緣、斜坡剖面結(jié)構(gòu)特征及相分析

通過對研究區(qū)有目的性的測制大量地層剖面，收集較詳細(xì)的巖石、沉積相、巖石組合、物性等野外第一手資料，采集大量的巖礦及巖石物性樣進(jìn)行測試分析。這里重點介紹和分析寒武紀(jì)時期碳酸鹽巖沉積環(huán)境位于臺地、臺緣、斜坡的3條具代表性剖面特征(圖2)，該3條剖面碳酸鹽巖的沉積底板均為寒武系杷榔組碎屑巖。

2.1　臺地相剖面特征

位于石阡縣青巖村(圖1)，剖面由下至上分別為清虛洞組、高臺組、石冷水組、婁山關(guān)組地層(圖2)，其巖性組合特征如下：清虛洞組下部為灰色中厚層亮晶鮞?；?guī)r、亮晶鮞粒砂屑灰?guī)r，具底沖刷構(gòu)造，發(fā)育水平層理、斜層理(圖3)；中部為灰色中厚層砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r；上部為灰色厚層亮晶鮞?；?guī)r、亮晶礫屑灰?guī)r，沉積環(huán)境為臺緣灘相。高臺組為淺灰色中層微晶白云巖，水平層理發(fā)育。石冷水組為淺灰色中厚層微晶白云巖、藻云巖，發(fā)育水平層理。婁山關(guān)組為中厚層微晶白云巖夾同色中厚層細(xì)—粉晶白云巖，偶夾少許同色中層鮞粒白云巖，發(fā)育底沖刷、斜層理、交錯層理、水平層理等沉積構(gòu)造。高臺組—婁山關(guān)組為局限臺地潮坪—澙湖沉積環(huán)境。

圖 2　臺地、臺緣、斜坡相典型剖面結(jié)構(gòu)及沉積相分析圖Fig.2　Diagram of typical cross-sectional structure and sedimentary facies analysis on platform,platform margin and slope facies1. 粉砂巖; 2. 粉砂質(zhì)泥巖; 3. 鈣質(zhì)泥巖; 4. 泥巖; 5. 角礫灰?guī)r; 6. 礫屑灰?guī)r; 7. 鮞粒灰?guī)r; 8. 砂屑灰?guī)r; 9. 云質(zhì)灰?guī)r; 10. 泥質(zhì)條帶灰?guī)r; 11. 泥質(zhì)灰?guī)r; 12. 泥晶灰?guī)r; 13. 角礫白云巖; 14. 鮞粒白云巖; 15. 藻紋層白云巖; 16. 微晶白云巖; 17. 底沖刷; 18. 交錯層理; 19. 水平層理; 20. 鳥眼構(gòu)造; 21. 滑移構(gòu)造

圖3　鮞?；?guī)r與砂屑灰?guī)r互層特征Fig.3　Oolitic limestone and intraclastic limestone interbed feature1. 泥晶灰?guī)r; 2. 砂屑灰?guī)r; 3. 含砂屑鮞粒灰?guī)r; 4. 鮞?；?guī)r

2.2　臺緣相剖面特征

位于岑鞏縣排樓坡—大坪(圖1)，剖面由下至上為清虛洞組、高臺組—婁山關(guān)組地層(圖2)，巖石組合特征如下：清虛洞組下部為灰色薄—中層泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，發(fā)育水平層理，沉積環(huán)境為斜坡相；中部為灰色中厚—厚層角礫灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r、亮晶鮞粒灰?guī)r、藻灰?guī)r不等厚互層，發(fā)育底沖刷，水平層理、斜層理等沉積構(gòu)造，為臺緣灘—灘前斜坡相沉積環(huán)境；上部為灰色厚層藻灰?guī)r、亮晶礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r(豹皮灰?guī)r)，發(fā)育水平層理、具鳥眼、窗格、底沖刷等沉積構(gòu)造(圖4)，為灘相沉積環(huán)境。高臺組—婁山關(guān)組為淺灰、灰白色中—厚層鮞粒云巖、砂屑鮞粒云巖、含核形石鮞粒云巖、藻云巖及微—中晶云巖等，具水平紋層(圖5)，為灘相沉積環(huán)境。

圖4　泥晶灰?guī)r中發(fā)育窗格及鳥眼構(gòu)造Fig.4　The fenestral and bird-eye structure in the micrite

圖 5　砂屑鮞粒云巖與藻云巖互層特征Fig.5　Characteristics of psammitic oolitic dolomite interbedded with algal dolomite

2.3　斜坡相剖面特征

剖面位于天柱縣圭口山(圖1)，自下而上地層分別為烏訓(xùn)組、敖溪組、車夫組(圖2)，巖石組合特征如下：烏訓(xùn)組為深灰色薄—中層泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾同色薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，含少量細(xì)粒黃鐵礦，水平紋層發(fā)育，沉積環(huán)境為斜坡—盆地相。敖溪組為灰—深灰色薄層泥巖、鈣質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾深灰色中—中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，向上夾3層角礫灰?guī)r，含細(xì)粒黃鐵礦顆粒，泥巖中水平紋層發(fā)育，沉積環(huán)境為斜坡相。車夫組為灰—深灰色厚層塊狀角礫灰?guī)r夾同色薄層泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，薄層泥晶灰?guī)r具蠕滑變形特征，泥晶灰?guī)r中發(fā)育水平紋層，礫屑灰?guī)r向上層次增多、增厚，統(tǒng)計為18層角礫灰?guī)r，為斜坡相沉積環(huán)境。

3巖石地層格架建立及特征分析

通過上述臺地、臺緣、斜坡相剖面資料分析，并結(jié)合該區(qū)域大量剖面資料，通過地層劃分與對比，經(jīng)綜合分析研究，建立研究區(qū)清虛洞組—婁山關(guān)組時期巖石地層沉積格架(圖6)。地層格架的建立，直觀地反映了同時期不同相位的巖石充填序列和特征，以及橫向變化、沉積環(huán)境變遷，不同時期地層的縱向變化、疊覆關(guān)系、沉積體系巖性轉(zhuǎn)換特征等[6]。

通過對巖石地層格架的建立(圖6)可知，寒武系牛蹄塘組時期發(fā)生了海侵作用，杷榔組是該時期碎屑巖沉積體系晚期產(chǎn)物，杷榔組晚期-清虛洞組早期，由于海水地球化學(xué)條件的改變，杷榔組時期的陸棚碎屑沉積或混積陸棚沉積環(huán)境向清虛洞組早期碳酸鹽巖沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變，清虛洞組早期，全區(qū)進(jìn)入碳酸鹽巖沉積環(huán)境，臺、坡、盆沉積環(huán)境逐漸形成。

3.1　臺緣灘的形成與遷移

清虛洞組早期，在石阡—天柱一帶，總體呈北西高南東低的緩坡碳酸鹽巖沉積，較早鮞粒灘發(fā)育地帶主要分布于余慶—石阡一帶，其寬度約50 km，灘前斜坡—盆地為深灰色薄層泥晶灰?guī)r夾少量粘土巖，灘后為灰泥坪的灰色薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。

清虛洞組中期，海平面下降，鮞粒灘向東遷至石遷—岑鞏排樓坡一帶，其遷移距離約60 km，此時碳酸鹽巖沉積的臺、坡、盆格局顯現(xiàn)，鑲邊的碳酸鹽巖臺地形成，灘相以鮞粒砂屑灰?guī)r為主、次為藻紋層灰?guī)r，發(fā)育水平紋層、斜層理。灘前斜坡變陡，為幕式角礫灰?guī)r夾泥晶灰?guī)r，盆地相為深灰色泥晶灰?guī)r。灘后臺地相為灰色泥晶灰?guī)r夾鮞?；?guī)r。此時期鮞粒灘向東遷移層位逐漸升高，具有穿時、水體變淺等特點。

3.2　臺緣灘成長與衰亡

清虛洞組晚期，海平面降速減緩，沉積以垂向加積為主，臺緣灘依然受岑鞏—玉屏深大斷裂的控制，分布位置大致在岑鞏排樓坡—鎮(zhèn)遠(yuǎn)羊坪一帶，寬5～7 km，以鮞粒砂屑灰?guī)r、藻粘結(jié)灰?guī)r、砂礫屑灰?guī)r為主，具水平層理，櫛殼、窗格、鳥眼等構(gòu)造。灘前幕式角礫灰?guī)r頻發(fā)，延伸不遠(yuǎn)，向東斜坡—盆地相區(qū)以深灰色中薄層泥晶灰?guī)r與同色中薄層灰質(zhì)白云巖不等厚互層為主，含三葉蟲、腹足類等浮游生物化石，顯示具頻繁的海平面升降。灘后由灰色中厚層泥晶灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，顯示出滯流環(huán)境沉積。

圖 6　石阡—岑鞏—天柱地區(qū)寒武紀(jì)清虛洞組-婁山關(guān)組巖石地層沉積格架Fig.6　The lithostratigraphic sedimentary framework of Cambrian Qingxudong-Loushanguan formation in Shiqian-Cengong and Tianzhu area1. 紅花園組; 2. 桐梓組; 3. 婁山關(guān)組; 4. 高臺組—石冷水組; 5. 清虛洞組; 6. “大坪砂屑鮞?；?guī)r”; 7. “排樓坡砂屑鮞粒白云巖”; 8. 車夫組; 9. 敖溪組; 10. 烏訓(xùn)組; 11. 杷榔組; 12. 粉砂巖; 13. 粉砂質(zhì)粘土巖; 14. 含粉砂質(zhì)粘土巖; 15. 粘土巖; 16. 角礫灰?guī)r; 17. 鮞粒灰?guī)r; 18. 生屑灰?guī)r; 19. 泥質(zhì)灰?guī)r; 20. 白云質(zhì)灰?guī)r; 21. 含膏白云巖; 22. 白云巖; 23. 泥質(zhì)白云巖; 24. 鮞粒灘; 25. 相變線

高臺組—婁山關(guān)組時期，繼承北西高南東低的古地貌格局，早期(高臺組期)，海平面具有一次明顯下降(海退)，臺緣灘向南東遷移(進(jìn)積)，遷移距離5～6 km，鮞粒灘位于工區(qū)鎮(zhèn)遠(yuǎn)羊坪—芭蕉坪一帶，寬5～7 km，以灰白色厚層塊狀鮞粒白云巖為特征。臺緣灘前出現(xiàn)呈北東向展布的深海槽，以碎屑巖沉積為主。而在研究區(qū)外西北邊習(xí)水一帶，由于海平面下降，來自康滇古陸大量碎屑物質(zhì)涌入，以一套細(xì)粒巖屑石英砂巖沉積為主(陡坡寺組)，發(fā)育斜層理。

中期，海平面上升，臺緣灘呈短暫后移，之后海平面緩慢下降，臺緣灘沉積物以加積進(jìn)積為主，形成研究區(qū)內(nèi)岑鞏大坪鮞粒砂屑灘，由大套厚層塊狀鮞粒白云巖、砂屑鮞粒白云巖、藻紋層白云巖夾微晶白云巖等組成，沉積厚度大于800 m。灘前斜坡沉積角礫灰?guī)r向上變厚、層數(shù)增加，向盆地迅速減薄至消失；盆地中主要沉積紋層泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，沉積厚度相對較??；灘后臺地相區(qū)此時期海水由于受臺緣灘阻擋作用，形成了石阡本莊—伍德一帶澙湖環(huán)境，以大套微晶白云巖、膏云巖、含膏云巖為主。

婁山關(guān)組晚期—奧陶紀(jì)早期，雪峰初次水下隆起，臺緣鮞粒灘表現(xiàn)極為明顯，此時期臺緣灘在加積過程中漸呈向西遷之勢，區(qū)域資料特征顯示，此時沉積環(huán)境發(fā)生逆轉(zhuǎn)趨勢，區(qū)內(nèi)在石阡伍德、鎮(zhèn)遠(yuǎn)大地方等地出現(xiàn)鮞粒灘、生屑灘，伍德一帶的紅花園組為具有暴露標(biāo)志櫛殼結(jié)構(gòu)的生屑灰?guī)r，臺緣灘由東部岑鞏一帶向西遷至石阡一帶，此時期古地理漸呈現(xiàn)出東高西低之勢，這標(biāo)志著區(qū)內(nèi)加里東早期西高東低的古地理格局宣告結(jié)束，到紅花園末期，碳酸鹽臺、坡、盆沉積環(huán)境已消亡，繼而轉(zhuǎn)為造山時期前陸盆地沉積。

4灘相顆粒碳酸鹽巖物性特征

野外調(diào)查中，清虛洞組灘相鮞粒灰?guī)r、砂屑鮞?；?guī)r結(jié)構(gòu)致密，裂縫不發(fā)育，上部砂屑灰?guī)r中發(fā)育少許晶洞；高臺組—婁山關(guān)組灘相鮞粒白云巖、砂屑鮞粒白云巖、藻紋層白云巖中針孔、晶洞、裂縫發(fā)育，單層孔洞發(fā)育不均一，面孔率一般在1%～10%，具不均一孔、縫特征。測試分析顯示，顆粒碳酸鹽巖中主要發(fā)育粒間孔、晶間孔、晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔(圖7)。其中清虛洞組孔隙度變化比較大，值域為0.52%～4.68%，均值1.88%；滲透率均值為0.015×10-3μm2，總體顯示為低孔低滲特征。高臺組—婁山關(guān)組孔隙度最大為15.43%，平均為2.92%；滲透率最大為68×10-3μm2，一般為0.072×10-3～1.37×10-3μm2，具良好儲集性能。

圖 7　顆粒碳酸鹽巖儲集空間鑄體照片(×50)Fig.7　The reservoirs space cast photos of particulate carbonate(a) 清虛洞組顆?；?guī)r中粒間、粒內(nèi)孔(石阡); (b) 婁山關(guān)組白云巖中晶間孔(岑鞏)

5意義及探討

(1) 在剖面測量、區(qū)域調(diào)查、巖礦分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了石阡—岑鞏地區(qū)寒武系黔東統(tǒng)晚期至芙蓉統(tǒng)時期碳酸鹽臺地邊緣灘的存在，進(jìn)一步明確了寒武紀(jì)時期貴州東部乃至揚(yáng)子?xùn)|南緣具有臺地、臺緣、斜坡-盆地的沉積古地理格局，為豐富和完善貴州乃至中國南方地區(qū)寒武系巖相古地理提供了新的基礎(chǔ)資料。

(2) 通過地層劃分與對比、建立寒武系巖石地層格架，再現(xiàn)了該區(qū)寒武紀(jì)時期臺、坡、盆的沉積古地理格局，研究了從寒武系黔東統(tǒng)晚期開始碳酸鹽臺地的建立、發(fā)展、衰亡的演化過程，為研究貴州乃至中國南方地區(qū)寒武系盆地沉積充填序列、盆地演化提供了新的資料和研究思路。

(3) 研究認(rèn)為：寒武系臺地邊緣灘相碳酸鹽巖具有一定粒間孔、晶間孔，且晶洞發(fā)育，具有良好的儲集性能，是油氣成藏的最有利儲集層。

(4) 調(diào)查發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)清虛洞組、高臺組—婁山關(guān)組灘相顆?；?guī)r、顆粒白云巖在野外調(diào)查中均有干瀝青分布，擊打具有油氣味，說明曾經(jīng)有過油氣的聚集[7-11]。通過與建南氣田的儲層為三疊系飛仙關(guān)組灘相鮞粒灰?guī)r、二疊系長興組灘相生物灰?guī)r[12]，貴州省甕安玉華古油藏、金沙巖孔古油藏、遵義仁懷古油藏其儲層均為震旦系燈影組灘相顆粒白云巖[13-20]進(jìn)行對比研究，認(rèn)為寒武系臺緣灘相顆粒碳酸鹽巖具有良好的尋找油氣資源前景，提出其地下隱伏分布區(qū)是未來尋找油氣資源最有利潛力靶區(qū)的思路。

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Discovery of Cambrian Carbonate Platform Margin Shoal in the Southeastern Margin of Upper Yangtze Platform and Its Geological Significance—Example from Shiqian-Cengong Area of Guizhou Province

HE Yong-zhong1, CHEN Hou-guo1, XIE Yuan2, ZHAO Lei1, ZHU Xun1， YI Cheng-xing1， AN Ya-yun1

(1.GuizhouGeologicalSurvey,Guiyang,Guizhou550018,China; 2.ChengduCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China)

Abstract:In the study area of Shiqian-Cengong, by using a set of methods including stratigraphic profile measuring, regional geological survey, and rock-mineral identification, we found the strata from late Qiandongian to Furongian of Cambrian were marked by a succession from oolite shoal carbonate rocks to algae carbonate rocks of platform margin. By means of stratigraphic division and correlation, the lithostratigraphic frameworks were established, the sedimentation paleogeographic patterns of platform, slope and basin were reproduced, and the evolution process of establishment, development and decline of carbonate platform started from late Qiandongian of Cambrian were studied. Through physical property analysis of carbonate rocks with a large number of intergranular pores, intercrystal pores and miarolitic cavities on the platform margin shoal, we found these carbonate rocks could be favorable oil and gas reservoir. These achievements would provide new information and clues for searching concealed oil and gas in platform margin shoal at Eastern Guizhou and even southern regions of China.

Key words:Cambrian; carbonate sedimentary environment, platform margin shoal; oil and gas reservoir; Shiqian-Cengong of Guizhou province

作者簡介：賀永忠(1971—)， 男， 高級工程師， 主要從事沉積地質(zhì)、 油氣地質(zhì)等工作。 Email:253109134@qq.com。

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查“中上揚(yáng)子海相含油氣盆地油氣地質(zhì)綜合調(diào)查項目(編號：1212010782003-02)”和貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科研項目“貴州省湄潭—天柱地區(qū)震旦紀(jì)—寒武紀(jì)盆地沉積演化與油氣生儲蓋層研究課題(編號：黔地礦科(2009)16號)”聯(lián)合資助。

收稿日期：2014-12-15； 改回日期： 2015-01-05。

中圖分類號：P618.130.2+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-8706(2015)05-0038-07