江蘇啟東地區(qū)發(fā)現(xiàn)淺層天然氣氣源層與晚更新世末期古土壤層——據(jù)江蘇1∶5萬(wàn)余東鎮(zhèn)等七幅區(qū)調(diào)

馮文立, 季文婷, 馮金順， 張平， 郭盛喬, 程瑜， 趙增玉

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京　210049)

江蘇啟東地區(qū)發(fā)現(xiàn)淺層天然氣氣源層與晚更新世末期古土壤層——據(jù)江蘇1∶5萬(wàn)余東鎮(zhèn)等七幅區(qū)調(diào)

馮文立, 季文婷, 馮金順， 張平， 郭盛喬, 程瑜， 趙增玉

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京210049)

摘要：江蘇東南部啟東地區(qū)開(kāi)展的1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作已經(jīng)完成野外工作驗(yàn)收，通過(guò)整理分析新獲取的地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)內(nèi)“下切河谷”地區(qū)地表下46~59 m處普遍存在棕黃色、灰綠色、灰黑色“硬黏土層”，厚度2~10 m不等；局部地區(qū)鉆孔巖心剖面在本層頂部表現(xiàn)為明顯的古土壤層，見(jiàn)根痕構(gòu)造、鈣質(zhì)結(jié)核等暴露成土特征，其下部可見(jiàn)灰黑色富有機(jī)質(zhì)、植物碎屑的粉砂質(zhì)黏土層。古土壤層的發(fā)現(xiàn)證明了本區(qū)在末次盛冰期并不完全為下切河谷地區(qū)，更新了前人對(duì)測(cè)區(qū)晚更新世末期沉積地層的認(rèn)識(shí)；而厚度0.5~2 m不等的富有機(jī)質(zhì)、植物碎屑的粉砂質(zhì)黏土層為本區(qū)淺層天然氣提供了氣源。

關(guān)鍵詞：江蘇啟東；下切河谷；晚更新世；古土壤；淺層天然氣

0引言

長(zhǎng)江三角洲地區(qū)地質(zhì)工作始于新中國(guó)成立前，自20世紀(jì)70年代開(kāi)始獲取了大量的鉆孔，進(jìn)行了較系統(tǒng)的第四紀(jì)地層及古氣候環(huán)境研究[1,2]，表明第四紀(jì)以來(lái)，長(zhǎng)江三角洲經(jīng)歷數(shù)次海陸變化，早、中更新世地層以河流相地層為主，零星分布海相地層；晚更新世、全新世逐漸以海陸交互、海相地層為主。20世紀(jì)90年代以來(lái)其研究熱點(diǎn)主要集中在河口南翼上海地區(qū)晚第四紀(jì)地層的沉積序列劃分與識(shí)別、古海平面的變化與沉積響應(yīng)、下切河谷—三角洲的演化模式探討[3-7]，三角洲北翼的研究程度相對(duì)較低。同時(shí)以李從先為代表的長(zhǎng)江三角洲地區(qū)在末次盛冰期存在長(zhǎng)江古河谷的結(jié)論一直存在爭(zhēng)議。為加深長(zhǎng)江三角洲北翼晚更新世的研究程度，2014年度項(xiàng)目組沿近南北向的剖面線(xiàn)設(shè)計(jì)并施工了10口孔深75 m左右的鉆孔(圖1)，獲取了測(cè)區(qū)晚更新世末期至全新世詳細(xì)的沉積地層記錄。

圖1　研究區(qū)鉆孔與剖面位置圖[8,9]

1區(qū)域地貌及晚第四紀(jì)地層

工作區(qū)位于長(zhǎng)江入?？凇㈤L(zhǎng)江三角洲北翼(圖1)。地表以通呂水脊地區(qū)地勢(shì)稍高，高程為3~6 m，兩側(cè)地勢(shì)均較低，高程為2~3 m；通呂水脊及其以北為海積平原，地表沉積物以粉砂為主，以南為三角洲平原，大部分地區(qū)沉積物以黏土為主，局部地區(qū)以粉砂為主，顯示本區(qū)地表為不同時(shí)期沙洲并岸成陸的演化特征[10]。

區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層承襲了吳標(biāo)云等[1]對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)第四紀(jì)地層的命名(表1)，本區(qū)第四紀(jì)地層劃分沿革見(jiàn)表1。參照國(guó)際地層表采用全新統(tǒng)、更新統(tǒng)兩分，本文涉及地層為全新統(tǒng)如東組三段(Qhr3、Qhr2、Qhr1)，上更新統(tǒng)滆湖組上段(Qpg3)、中段(Qpg2)及部分下段地層。

2巖石地層及氣源層

本次工作布置的淺孔剖面自南向北包括YD017、YD016、YD015、YD014、YD013、D3[1]、YD012、YD011、YD010、YD009、YD008共11個(gè)鉆孔，除D3[1]孔外，其余全為本次調(diào)查施工鉆孔，孔深75~76.1 m，其中砂性土的采取率為82.76%~89.85%，平均85.3%；黏性土的采取率為91%~98.81%，平均94.7%，獲取巖心較完整，詳細(xì)地解剖了“下切河谷地區(qū)全新世地層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)以發(fā)育典型古土壤的YD011孔為代表，描述本區(qū)晚第四紀(jì)巖石地層特征。

2.1　全新統(tǒng)如東組(0~46.4m)

上段(厚18.33 m)：表層2.4 m為灰黃色粉砂質(zhì)黏土，向下或夾含黏土粉砂，見(jiàn)銹黃色鐵錳結(jié)核，向下漸多為灰色粉砂、灰色粉砂夾棕灰色淤泥，顯水平層理，局部以棕灰色粉砂質(zhì)淤泥為主，夾粉砂薄層、透鏡體，底部見(jiàn)斜層理構(gòu)造，與下部地層為過(guò)渡接觸關(guān)系，顏色發(fā)生明顯變化，逐漸過(guò)渡為深灰色。從巖性組合來(lái)看，自上而下為三角洲平原的陸上古土壤，三角洲平原的潮間帶沉積。

表1工作區(qū)第四紀(jì)地層劃分沿革表

Table 1Quaternary strata division for the work area

*江蘇省第四紀(jì)地層初步劃分方案(討論稿)。

① 江蘇第一水文地質(zhì)大隊(duì). 1∶20萬(wàn)南通市幅、南通縣幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].南京: 江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1980.

② 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院. 1∶25萬(wàn)南通幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].南京:江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 2003.

中段(厚10.47 m)：中上部為深灰色淤泥、粉砂質(zhì)淤泥夾灰色粉砂、粉細(xì)砂薄層，淤泥、粉砂質(zhì)淤泥厚1~10 cm不等，粉砂、粉細(xì)砂層大多厚1~3 cm，局部夾粉砂透鏡體，見(jiàn)人字形結(jié)構(gòu)、平行層理、斜層理；下部為粉細(xì)砂夾粉砂，零星粉砂質(zhì)淤泥夾層；本段為三角洲前緣相的沉積物組合。與下部地層接觸界線(xiàn)不明顯，但整體差異明顯。

下段(厚17.6 m)：深灰色淤泥夾粉砂薄層，夾粉砂薄透鏡體，零星見(jiàn)平行層理，見(jiàn)垂直地層分布的蟲(chóng)孔構(gòu)造，孔內(nèi)充填淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，整體以淤泥為主，含量約占80%，粉砂約占20%；本段為河口前緣或前三角洲相沉積物組合。

與下部地層為巖性突變接觸關(guān)系。

2.2　上更新統(tǒng)滆湖組上段(46.4~63.86 m)

上段(17.46 m)：頂部90 cm段為古土壤層，為暗棕色黏土，巖心塊狀，干硬，敲擊易碎散，見(jiàn)根痕構(gòu)造；其下為深灰色、灰黑色富有機(jī)質(zhì)、植物碎屑的黏土層，切面上見(jiàn)藍(lán)色斑點(diǎn)(磷鐵礦)，零星見(jiàn)渾圓狀鈣質(zhì)結(jié)核；再向下逐漸過(guò)渡為灰色黏土質(zhì)粉砂、粉細(xì)砂夾黏土，見(jiàn)平行層理，零星斜層理；顯示為河漫灘相沉積。與下部地層為漸變接觸關(guān)系。

中段(12.02 m)：為棕黃色、灰黃色細(xì)砂、中粗砂，頂部為夾棕黃色條紋粉細(xì)砂，上部零星分布鈣質(zhì)結(jié)核，中下部局部見(jiàn)斜層理，顯示為河道沉積物；底部30 cm段為青灰色粉細(xì)砂，與上部地層為顏色突變接觸，接觸界線(xiàn)清晰，與下部地層為巖性突變接觸，界限清晰，其下揭露22 cm厚深灰色粉砂質(zhì)黏土層，未見(jiàn)底。

2.3　地層結(jié)構(gòu)

對(duì)施工鉆孔進(jìn)行單孔沉積相分析，利用瓦爾特相率作為對(duì)比原理，參考前人在測(cè)區(qū)內(nèi)的QD孔[13]及測(cè)區(qū)南側(cè)崇明島的CM97孔[14]14C測(cè)年資料，對(duì)晚更新世地層進(jìn)行了地層解剖(圖2)，特征如下：

(1)如東組上段厚為14.64~23.6 m，整體為一套以灰色粉砂、粉細(xì)砂為主的沉積物，沉積相主要為潮間帶，因?yàn)槠矫嫔铣练e微相的差異，局部地區(qū)富集棕灰色黏土層。

(2)如東組中段厚為8.67~18.75 m，整體為一套深灰色淤泥夾粉砂，粉細(xì)砂夾淤泥質(zhì)粉砂的沉積物，顯示向上變粗的沉積演化特征，沉積相主要為河口前緣相或三角洲前緣相。

(3)如東組下段厚為7.45~14.78 m， 整體為一套深灰色淤泥夾粉砂層，局部夾粉砂透鏡體，沉積相主要為前三角洲、河口前緣相。其中YD012孔為一套粉細(xì)砂夾淤泥薄層沉積，下部層理不清晰，向上淤泥層增加，顯示潮汐河道沉積相特征，與下部黑色泥沼沉積物為巖性突變接觸關(guān)系。

(4)滆湖組上段厚度為6.5~22.52 m，頂部為一套粉砂夾淤泥、淤泥與粉砂、粉細(xì)砂互層，或?yàn)楣磐寥缹?，向下過(guò)渡為灰色粉細(xì)砂、細(xì)砂，或夾黏土薄層，顯示為分支河道相、河漫灘相沉積物組合特征。

2.4　古土壤層與淺層天然氣氣源層

在A-A′剖面中，滆湖組上段較廣泛分布灰色、灰黑色富有機(jī)質(zhì)及植物碎屑的粉砂質(zhì)淤泥、淤泥質(zhì)黏土，巖心為軟塑，零星夾黃灰色鈣質(zhì)結(jié)核，棱角狀，質(zhì)地脆硬，似沼澤相沉積，我們命名為非典型古土壤；其下部為灰綠色、灰黃色粉砂質(zhì)黏土，巖心為硬塑，較富集鈣質(zhì)結(jié)核，姜石狀，質(zhì)地堅(jiān)硬，似河流相沉積，我們命名為典型古土壤層。非典型古土壤層通常比典型古土壤層厚，且富集有機(jī)質(zhì)及植物碎屑，判斷啟東地區(qū)淺層天然氣氣源層即為本層。鄭開(kāi)富[14]詳細(xì)總結(jié)了江蘇地區(qū)淺層天然氣的氣苗分布，指出工作區(qū)內(nèi)主要的氣源層為前三角洲相灰色淤泥與河漫灘相灰色黏土層，層內(nèi)有機(jī)碳含量高，通過(guò)有機(jī)地球化學(xué)分析表明為生物成因氣，有機(jī)質(zhì)以藻——還原環(huán)境的海相有機(jī)質(zhì)為主，以腐殖型為主，局部為腐殖腐泥型、腐泥腐殖型，未達(dá)到成烴轉(zhuǎn)化的演化階段，氣源層成巖成熟度極低；同時(shí)評(píng)價(jià)本區(qū)為開(kāi)發(fā)有利地區(qū)。

圖2A-A′剖面晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)及古土壤特征

Fig.2Strata structures and paleosols features of the Late Quaternary inA-A’ profile

3研究意義

3.1　下切河谷的范圍

李從先[9,15 ]、陳報(bào)章[16]等學(xué)者對(duì)測(cè)區(qū)末次盛冰期后長(zhǎng)江三角洲河口下切河谷的演化做了比較詳細(xì)的研究。根據(jù)他們的研究，在末次盛冰期，測(cè)區(qū)屬于下切河谷區(qū)域，不存在古土壤層。

根據(jù)本次工作于“下切河谷地區(qū)”獲取的鉆孔(YD008—YD017孔)資料以及收集近年鉆孔資料表明測(cè)區(qū)中部其林鎮(zhèn)幅、南陽(yáng)村幅、向陽(yáng)村幅地區(qū)地表下40~60 m段較廣泛存在古土壤層。根據(jù)其林幅內(nèi)鉆孔DH01③江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院. 長(zhǎng)江三角洲地區(qū)(長(zhǎng)江以北)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)[R].南京: 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 2012.相似層位的測(cè)年數(shù)據(jù)(53.25~54.8 m，14C測(cè)年數(shù)據(jù)為(14 670±270 aBP)，表明本層與“下切河谷北翼”如東縣地表下20~30 m處發(fā)育的古土壤層[1]及“下切河谷南翼”上海市內(nèi)地表下20~30 m段出現(xiàn)的古土壤層[17]同屬于晚更新世末期的沉積物(MIS2)。因此，末次盛冰期的下切河谷范圍沒(méi)有原先認(rèn)識(shí)的范圍那么大。

3.2　典型與非典型古土壤的形成模式

閔秋寶等[18]、李叢先等[19]根據(jù)古土壤14C測(cè)年資料(25 000~12 000 aBP)，認(rèn)為古土壤層形成于末次盛冰期。鄧兵等[20]對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)“下切河谷外北翼與南翼”發(fā)育的古土壤(地表下20~30 m范圍)形成進(jìn)行了詳細(xì)論述，認(rèn)為末次盛冰期，海平面下降到現(xiàn)今海面140 m之下[21]，長(zhǎng)江三角洲地區(qū)形成深60~90 m的下切河谷，洪水不可能形成越岸沉積，因而不可能是在末次盛冰期形成古土壤層；那么只能在MIS3階段晚期海平面開(kāi)始下降，本區(qū)出露地表，洪水尚能淹沒(méi)，古土壤開(kāi)始沉積；隨著海平面持續(xù)下降，直至末次盛冰期(MIS2)，古河谷深切，洪水無(wú)法淹沒(méi)，古土壤進(jìn)入持續(xù)成土階段；同時(shí)，他們還指出古土壤已有測(cè)年材料大多采用硬黏土，有機(jī)質(zhì)含量低，加上成土改造，有機(jī)質(zhì)組分發(fā)生分解、轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響測(cè)年結(jié)果。上述研究結(jié)論都支持古土壤層(硬黏土層)的河流成因，本次工作于下切河谷地區(qū)地表下約55m發(fā)現(xiàn)的典型古土壤(硬黏土層)，其形成模式應(yīng)該與下切河谷南翼、北翼的硬黏土形成模式類(lèi)似；同時(shí)于地表下40~55 m段發(fā)現(xiàn)的非典型古土壤層，則應(yīng)該是盛冰期后，冰消期海平面上漲過(guò)程中于平原低洼處沉積形成。部分鉆孔中，兩種古土壤之間有明顯的巖性顏色變化界線(xiàn)。

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Discovery of the Shallow Gas Source Layer and Late Pleistocene Paleosol in Qidong Area, Southeastern of Jiangsu Province:according to 1∶50000 Yudong Town and other six Rigional Geological maps in Jiangsu Province

FENG Wen-li，JI Wen-ting，F(xiàn)ENG Jin-shun，ZHANG Ping，GUO Sheng-qiao，CHEN Yu，ZHAO Zeng-yu

(JiangsuInstituteofGeologicalSurvey,Nanjing,Jiangsu210049,China)

Abstract:The field work of the 1∶50,000 regional geological survey on Qidong area, Southeastern Jiangsu has been accepted. Based on the new data,we found that there are brown, celadon, gray-black “hard clay bands” between 46-59 m below the surface in the incised valley area, with thickness ranging from 2 m to 10 m. In the top of the “hard clay bands” in some drilling cores is paleosol which has root-mark structure, calcareous concretions and other exposed soil-forming features; and in the lower part is a grayish black silty clay layer rich in organic and plant debris. The discovery of the paleosol proved that the area is not fully incised valley region in LGM, which updates the understanding on the Late Pleistocene sedimentary strata of the survey area. The silty clay layer rich in organic and plant debris, with thickness of 0.5-2 m,provided gas source to the shallow gas of the study area.

Key words:Qidong of Jiangsu Province; incised valley; Late Pleistocene; paleosol; shallow gas

作者簡(jiǎn)介：馮文立(1982—)，男，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查。Email：fwl27391@163.com。

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查 “江蘇1∶5萬(wàn)余東鎮(zhèn)、呂四鎮(zhèn)、其林鎮(zhèn)、南陽(yáng)村、向陽(yáng)村、啟東、江夏幅區(qū)調(diào)(編號(hào)：1212011220537)”項(xiàng)目資助。

收稿日期：2015-01-05； 改回日期： 2015-01-22。

中圖分類(lèi)號(hào)：P622

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8706(2015)02-0056-05