湖南早志留世沉積演化及頁巖氣勘探前景

肖 盼，郭建華，李 杰，王張虎，王璽凱（1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

湖南早志留世沉積演化及頁巖氣勘探前景

肖 盼1，2，郭建華1，2，李 杰1，2，王張虎1，2，王璽凱1，2
（1.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

受加里東運(yùn)動(dòng)影響，湖南下志留統(tǒng)地層主要分布在湘西北和湘中湘南地區(qū)。隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、盆地演變和海平面下降，湖南早志留世巖相古地理也發(fā)生了巨大的變化。綜合露頭剖面、鉆井巖心和巖石薄片的觀察，結(jié)合數(shù)據(jù)分析和前人研究成果，在下志留統(tǒng)識(shí)別出比較典型的沉積相：湘西北主要發(fā)育陸棚、潮坪、三角洲等淺海相，湘中湘南主要為深水濁積巖相。文中恢復(fù)了下志留統(tǒng)沉積演化，分析了龍馬溪組黑色頁巖發(fā)育特征及其受控因素，建立了頁巖沉積模式。

早志留世；沉積相；沉積演化；龍馬溪組；黑色頁巖；沉積模式

引言

前人對(duì)揚(yáng)子區(qū)志留系沉積環(huán)境及巖相古地理做了相對(duì)全面系統(tǒng)的研究工作［1－4］，然而這類研究?jī)H限于湖南的湘西北地區(qū)（隸屬中揚(yáng)子區(qū)），并且對(duì)湘西北的沉積環(huán)境粗略定為淺海相。早志留世湖南地區(qū)構(gòu)造背景十分復(fù)雜，在揚(yáng)子板塊與華夏板塊碰撞作用下形成了3個(gè)構(gòu)造帶，發(fā)育不同類型的沉積盆地。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升降等的影響，湖南沉積相類型復(fù)雜。下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育一套黑色炭質(zhì)頁巖，平面上分布在湘西北，而湘中湘南不發(fā)育。本文將對(duì)湖南早志留世沉積相特征及沉積環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)研究，以“魯?shù)て凇薄鞍Ｂ∑凇焙汀疤亓衅嫫凇弊鳛橹玖粝档木巿D單元。在此基礎(chǔ)上，探討黑色炭質(zhì)頁巖發(fā)育特征的影響因素。

1 構(gòu)造背景與地層

華南由揚(yáng)子板塊、華夏板塊和滇黔桂地塊組成。晚奧陶世—早志留世是中國(guó)華南早古生代構(gòu)造盆地演化最重要的轉(zhuǎn)型期，該時(shí)期發(fā)生了具有全球性質(zhì)的加里東運(yùn)動(dòng)。中、晚奧陶世至早志留世，華夏板塊向西北方向強(qiáng)烈擠壓。由于各塊體在時(shí)空上的漂移速度、方向各異，華夏為逆沖載體［5－6］，加上全球性冰川事件［7］，在原克拉通的基底上形成江南雪峰山前陸隆起帶。雪峰山西北側(cè)的揚(yáng)子陸塊分別形成上、中、下?lián)P子克拉通盆地，而雪峰山東南緣至華夏碰撞造山帶之間的湘中、湘南區(qū)塊隸屬前陸盆地［6－8］。因此，志留紀(jì)湖南由3個(gè)構(gòu)造區(qū)塊組成，自北往南分別為揚(yáng)子區(qū)、江南區(qū)和華夏區(qū)（圖1）。

圖1 湖南志留紀(jì)構(gòu)造分區(qū)圖（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988）Fig.1 Tectonic division in Hunan during the Silurian

湖南地區(qū)的奧陶系主要分布在湘西北和湘中南地區(qū)。湘西北地區(qū)大致以吉首常德一線為界，湘中則分布在安化、洞口一帶，兩者為雪峰山分隔，生物、環(huán)境、巖性、構(gòu)造等特征存在很大的差異。志留紀(jì)時(shí)期湖南地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，地層遭受強(qiáng)烈的剝蝕，基本缺失中上志留統(tǒng)。多年以來，地質(zhì)學(xué)家對(duì)志留系地層進(jìn)行了大量的研究工作，建立了較為準(zhǔn)確的地層對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。按照沉積旋回特征，可將下志留統(tǒng)自下而上分為魯?shù)るA、埃隆階和特列奇階。以筆石和牙形刺帶為劃分標(biāo)準(zhǔn)，志留系巖石地層單元如“龍馬溪組”、“新灘組”和“小河壩組”等的頂?shù)捉缦拊诟鞯貐^(qū)存在一定的差異（表1）［9－10］。

魯?shù)て趯?duì)應(yīng)冰川消融后的海平面上升下降沉積期。該時(shí)期的巖石地層在湖南地區(qū)以“龍馬溪組＋新灘組下段”為代表，沉積了龍馬溪組的深水黑色泥頁巖和新灘組下段的淺水黃綠色砂泥質(zhì)巖，富含筆石；埃隆期為向上變淺的海退旋回，主要地層為“新灘組上段＋小河壩組下段”，巖性由灰綠黃灰色砂質(zhì)頁巖變?yōu)榛摇ⅫS色細(xì)、粉砂巖。含筆石，小河壩組出現(xiàn)少量的腕足類；特列奇期對(duì)應(yīng)的巖石地層有“小河壩組上段＋馬腳沖組＋溶溪組＋辣子殼組＋吳家院組下段”，巖性有小河壩組上段細(xì)、粉砂巖夾生物碎屑灰?guī)r，以珊瑚為主（對(duì)應(yīng)于川東南志留系石牛欄組的生物礁［11］），馬腳沖組黃綠、灰綠色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，溶溪組紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，辣子殼組灰綠色粉砂巖、細(xì)砂巖和吳家院組下段灰綠、黃綠色頁巖。生物主要有筆石類、腕足類、腹足類、雙殼類化石等。

表1 湖南志下留統(tǒng)地層劃分對(duì)比表Tab le 1 C lassification of the Low er Silurian strata in Hunan

2 沉積環(huán)境分析

以野外露頭巖性觀察描述為基礎(chǔ)，結(jié)合沉積巖石學(xué)、顯微鏡巖石學(xué)、化驗(yàn)報(bào)告以及總結(jié)前人［12］研究成果，湖南下志留統(tǒng)具有下列沉積相類型：深水陸棚相、淺水陸棚相、潮坪相、三角洲相、前陸盆地深水濁積巖相。

2.1 深水陸棚相

深水陸棚相對(duì)應(yīng)淺海深水環(huán)境，主要發(fā)育于早志留世龍馬溪期，平面上分布于湘西北的龍山、永順地區(qū)。因受到黔中隆起、川中隆起等多個(gè)隆起的影響，湘西北具有低能、還原、滯留的環(huán)境特征，沉積一套黑色炭質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖［13－14］，總體為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖2a、b）。泥質(zhì)成分主要為高嶺土類及碎屑雜基，含量40%～70%不等；炭質(zhì)浸染狀分布不均，部分呈碎屑狀，茅坪鎮(zhèn)煤炭灣炭質(zhì)含量達(dá)50%，往雪峰山方向炭質(zhì)含量減少，陸源碎屑增加，少量黃鐵礦星點(diǎn)狀分布；砂質(zhì)主要為石英、長(zhǎng)石，細(xì)粉砂為主，分布不均，見斑狀聚集（圖2b）。發(fā)育多期構(gòu)造縫，將巖石切割成角礫狀，寬窄不一、相互交叉，硅質(zhì)充填為主，較寬的縫由硅質(zhì)和方解石充填。以龍山茅坪鎮(zhèn)煤炭灣剖面為例（圖3a），龍馬溪組厚約20m，發(fā)育水平層理。頁巖層面上富含單筆石（圖3b），底部可見細(xì)脈狀黃鐵礦，往上黃鐵礦呈浸染狀。在龍馬溪上部，可見厚約30cm的結(jié)核層，結(jié)核直徑約6cm。在石門江坪地區(qū)也發(fā)育深水陸棚相黑色薄層狀含硅質(zhì)炭質(zhì)頁巖，夾深灰色薄層狀頁巖。

圖2 湖南地區(qū)下志留統(tǒng)常見巖石類型顯微照片a、b湘西北龍馬溪組黑色炭質(zhì)頁巖，發(fā)育構(gòu)造縫；c龍山縣新灘組粉砂巖；d龍山縣新灘組細(xì)砂巖，含云母，順層發(fā)育；e溆浦周家溪群雜砂巖，含大量的云母；f遂寧周家溪群雜砂巖，分選差Fig.2 Photomicrographs showing the rock types common in the Lower Silurian strata in Hunan

2.2 淺水陸棚相

相對(duì)深水陸棚相，淺水陸棚相陸源碎屑含量較高，巖性也有所變化，為一套灰色、灰綠色頁巖、砂質(zhì)頁巖夾數(shù)薄層細(xì)砂巖（圖3c），細(xì)粉砂炭質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖2c）。砂質(zhì)主要為長(zhǎng)石、石英、碳酸鹽晶屑，少量云母等，云母順層分布，呈短條狀產(chǎn)出（圖2d）；炭質(zhì)均勻混雜少量泥質(zhì)，黃鐵礦呈星點(diǎn)狀分布，局部斑狀聚集。相對(duì)龍馬溪組而言，泥質(zhì)含量顯著減少，約5%。頁巖水平層理發(fā)育，夾層砂巖厚約3～8cm，可見交錯(cuò)層理（圖3d）。黃鐵礦含量逐漸減少，在龍山地區(qū)還可見零星黃鐵礦，向南永順等地卻幾乎沒有，可見水體變淺。

2.3 潮坪相

潮坪相在下志留統(tǒng)斷續(xù)發(fā)育，在溫塘桃源一線，整個(gè)下志留統(tǒng)均發(fā)育潮坪相，往北淋溪河磺廠一帶則在下志留統(tǒng)晚期才發(fā)育潮坪相。雪峰山隆起給湘西北的沉積提供了陸源碎屑物質(zhì)，導(dǎo)致羅惹坪組沉積了大套的灰色砂質(zhì)頁巖、頁巖、砂質(zhì)泥巖，粉砂巖及細(xì)砂巖，見水平層理、沙紋層理、生物擾動(dòng)以及透鏡狀構(gòu)造［15］（圖3e）等。溫塘地區(qū)的巖心取自龍馬溪組，為灰色頁巖、砂質(zhì)頁巖，巖心觀察可見一些小型生物擾動(dòng)、生物鉆孔（圖3f）。此外，在湘西北龍山縣的水田壩鄉(xiāng)，志留系小河壩組見厚約20m的生物碎屑灰?guī)r，含有大量的珊瑚化石（圖3g）。與陳世悅［16］描述的小河壩組風(fēng)暴沉積時(shí)代相同。

2.4 三角洲相

三角洲相發(fā)育在湘西北的龍山、永順地區(qū)［17］。以龍山比洞剖面為例，三角洲相發(fā)育于下志留統(tǒng)的上部，相當(dāng)于溶溪組上段及辣子殼組。下部為粉砂質(zhì)泥巖夾泥巖，往上為粉砂質(zhì)粘土質(zhì)頁巖夾頁巖、粉砂巖及細(xì)砂巖（圖3h）；中部以粉砂巖為主；上部則為厚層狀的石英細(xì)砂巖，頂部為質(zhì)純細(xì)粒石英砂巖。從下往上砂質(zhì)成分逐漸增多，顆粒變粗，反映了三角洲的反韻律特征。

圖3 湖南地區(qū)下志留統(tǒng)巖相特征a黑色炭質(zhì)頁巖，深水陸棚相；b筆石頁巖；c炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖，淺水陸棚相；d交錯(cuò)層理，發(fā)育在淺水陸棚砂巖夾層中；e透鏡狀構(gòu)造，潮坪相；f砂質(zhì)泥巖，發(fā)育生物鉆孔，潮坪相；g生物碎屑灰?guī)r，含大量的珊瑚，混積陸棚相；h石英砂巖，三角洲相；i石英雜砂巖，夾薄層黑色頁巖，濁積巖相；j石英雜砂巖底部槽模構(gòu)造Fig.3 Sedimentary facies types of the Lower Silurian strata in Hunan

2.5 前陸盆地深水濁積巖相

華夏板塊向揚(yáng)子板塊擠壓推覆，隨之在江南區(qū)形成雪峰山隆起帶。湘中湘南原型盆地類型為前陸盆地，比湘西北揚(yáng)子克拉通盆地沉積水體更深，為深水濁積巖沉積區(qū)［18］。華夏古陸和雪峰山隆起為前陸盆地深水沉積區(qū)提供了大量的陸源碎屑物質(zhì)，主要沉積一套石英雜砂巖，石英砂巖、長(zhǎng)石石英粉砂巖、細(xì)粉砂巖、砂質(zhì)板巖與板巖，夾少數(shù)薄層狀黑色頁巖（圖3i）。湘中溆浦下志留統(tǒng)雜砂巖（圖2e）和綏寧砂巖（圖2f）顯示，湘中地區(qū)砂巖以石英顆粒為主，含長(zhǎng)石，見多期次石英脈，寬50～100μm。碎屑顆粒分選差，顆粒最大者不超過300μm。含有大量的雜基，成分以碎屑為主，為濁積巖沉積特征。野外實(shí)測(cè)剖面中，溆浦地區(qū)下志留統(tǒng)地層發(fā)育齊全，厚429m。以石英砂巖為主，夾砂質(zhì)板巖，砂巖單層厚度30～80cm，石英雜砂巖底面發(fā)育槽模構(gòu)造，槽模方向約310°，指示水流向自東南而西北（圖3j），物源來自華夏古陸。在新化爐觀兩江河組底部還可見典型濁積巖沉積。

由于華夏和揚(yáng)子兩陸塊的碰撞，華夏為逆沖推覆體，故抬升隆起較高，構(gòu)成了傾向?yàn)楸蔽鞣较虻男逼聨А?/p>

圖4 湖南下志留統(tǒng)地層沉積相對(duì)比簡(jiǎn)圖Fig.4 Correlation of the sedimentary facies of the Lower Silurian strata in Hunan

3 沉積演化

依據(jù)前述沉積相分析結(jié)果，湘西北沉積相類型較多。相比而言，湘中湘南隸屬深水前陸盆地，受華夏古陸物源的影響，發(fā)育一套厚層濁積巖沉積。在此，僅建立一條湘西北東西向的沉積相對(duì)比剖面（圖4）。

31 魯?shù)ぴ缙?/p>

魯?shù)ぴ缙?，岡瓦納冰川消融引起湖南廣泛而快速的海平面上升，湖南乃至整個(gè)華南處于海侵背景環(huán)境。雪峰山隆起的分隔形成了揚(yáng)子克拉通盆地，加之黔中、川中等隆起的隔擋，湘西北沉積環(huán)境受海水限制，沉積一套富含有機(jī)質(zhì)的黑色筆石頁巖。湘西北龍山江坪地區(qū)龍馬溪組發(fā)育一套富含筆石的黑色炭質(zhì)頁巖。有機(jī)質(zhì)豐富，富含微粒黃鐵礦，發(fā)育水平紋層，為深水陸棚相。往南至溫塘、桃源地區(qū)，由于雪峰山隆起帶擴(kuò)大及碎屑巖的增加，砂質(zhì)增多，為淺水陸棚沉積相。雪峰山東南側(cè)的安化溆浦洞口一帶形成長(zhǎng)條狀的海槽，主要為一套濁積巖復(fù)理石沉積，巖石輕微變質(zhì)，由雜砂巖與頁巖互層組成，具鮑馬序列（圖5a）。

圖5 湖南早志留世巖相古地理Fig.5 Sedimentary facies and palaeogeographic map of Hunan during the Early Silurian

32 埃隆期

埃隆沉積期，中上揚(yáng)子及周緣地區(qū)整體表現(xiàn)為收縮背景。華夏板塊不斷向西北方向推進(jìn)，雪峰山一帶隆起，在湖南東北地區(qū)岳陽平江等地與華夏古陸拼合，物源增多。碰撞造山帶進(jìn)一步隆起抬升，在靠近盆地一側(cè)構(gòu)成了傾向?yàn)槲鞅狈较虻年懪镞吘壭逼聨?，為砂板互層韻律特征。濁積巖盆地位于湘中新化洞口一線與隆回城步一線之間，呈東北向展布，盆地中心較早期由東南向西北方向推進(jìn)。濁積巖盆地內(nèi)沉積巨厚，為灰綠色細(xì)砂巖、雜砂巖、石英砂巖，含少量泥質(zhì)，分選差，約2000m。在雪峰山隆起的西北側(cè)發(fā)育潮坪相，沿保靖溫塘桃源茅草鋪呈帶狀分布，主要由灰綠色、灰黃色粉砂質(zhì)頁巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉細(xì)砂巖組成。往北至桑植石門地區(qū)相變?yōu)闇\水陸棚，砂質(zhì)含量明顯比潮坪相減少，為灰色砂質(zhì)頁巖，夾薄層的細(xì)砂巖、粉砂巖。往揚(yáng)子克拉通方向的龍山江坪一帶為深水陸棚相，以砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖為主。由綜合柱狀圖龍馬溪組沉積厚度可知，受雪峰山隆起提供大量陸源碎屑物質(zhì)的影響，田家坪溫塘茅草鋪一帶的沉積厚度比北向的龍山淋溪河更厚，其中保靖田家坪還受黔中隆起物源的影響，沉積最厚，達(dá)856m（圖5b）。

33 特列奇期

特列奇沉積期，隨著海平面的下降以及造山帶隆起的擴(kuò)大，揚(yáng)子克拉通盆地和濁積巖盆地沉積范圍萎縮，沉積水體變淺，物源充足。龍山永順地區(qū)沉積三角洲的石英砂巖、粉砂巖，沙泥互層。三角洲特征顯著，野外可見前緣席狀砂和平原分流河道透鏡狀砂體。往東南方向的石門地區(qū)，因區(qū)域性逐步抬升而轉(zhuǎn)為潮坪相沉積為主的粉砂巖與泥巖。而湘中南地區(qū)，由于華夏陸塊碰撞擠壓產(chǎn)生的隆起面積不斷增大，部分湘南地區(qū)已隆升為陸地，深水盆地濁積巖沉積區(qū)面積縮小，沉積盆地中心也逐漸向西北方向遷移，沉積厚層的雜砂巖，夾板巖，在雪峰山東南側(cè)盆地邊緣發(fā)育濱淺海岸砂巖（圖5c）。

在加里東運(yùn)動(dòng)作用下，揚(yáng)子陸塊向華夏陸塊俯沖之后，隨之是華夏陸塊不斷向北西向的擠壓，華南整體進(jìn)入緩慢抬升階段。華南的沉積盆地范圍也在不斷縮小，沉積范圍主要局限在江南雪峰山隆起帶的前后緣和南部欽防地區(qū)。在盆地沉積演化方面，揚(yáng)子?xùn)|南緣前陸盆地湘中湘南下志留統(tǒng)具有兩個(gè)發(fā)展階段：龍馬溪早期的深海砂泥復(fù)理石沉積階段和后期以濱淺海砂巖為主的快速充填階段。揚(yáng)子克拉通盆地的湘西北地區(qū)的沉積演化經(jīng)歷了龍馬溪早期的黑色頁巖沉積階段和后期臺(tái)坳隆升充填的砂泥巖砂巖沉積階段［3］。而前陸隆起雪峰山一帶分隔并控制了加里東晚期揚(yáng)子克拉通盆地和前陸盆地的沉積演化。

4 頁巖勘探潛力

41 頁巖發(fā)育特征

下志留統(tǒng)龍馬溪組為一套富有機(jī)質(zhì)深灰黑色筆石頁巖、炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖組合。有機(jī)碳含量1%～4%。高有機(jī)碳含量去要集中在龍山、永順一帶。紅巖溪鎮(zhèn)黑色炭質(zhì)泥頁巖厚1061m，頁理極為發(fā)育，污手，TOC約為104%；石門江坪地區(qū)黑色炭質(zhì)頁巖中發(fā)育細(xì)微水平層理，含星點(diǎn)狀黃鐵礦，夾薄層粘土質(zhì)頁巖，富產(chǎn)筆石，厚6～10cm，TOC含量達(dá)169%［19］；龍山縣茅坪鎮(zhèn)煤碳灣龍馬溪組與下伏奧陶系寶塔組龜裂紋灰?guī)r呈角度不整合接觸，不整合面為斷層面，黑色炭質(zhì)頁巖頁理非常發(fā)育，有黃鐵礦脈呈零星狀分布。往上炭質(zhì)含量減少，為灰黑色中層砂質(zhì)頁巖。龍馬溪組上部有約30cm厚的結(jié)核夾層，平均TOC含量達(dá)117%；永順溪州新城馬龍溪組與下伏寶塔組呈整合接觸，主要發(fā)育黑色頁巖，含硅質(zhì)。局部見脆性的黑色硅質(zhì)巖和硅質(zhì)頁巖，含有大量的筆石化石。其中富有機(jī)質(zhì)頁巖真厚度為2226～2863m［20］，具有自東向西逐漸增厚的趨勢(shì)，TOC為2%左右。

平面上，龍馬溪組在中上揚(yáng)子的湘西北地區(qū)（江南雪峰西緣區(qū)）主要發(fā)育黑色、灰黑色炭質(zhì)頁巖與泥巖，與下伏地層不整合接觸。水平層理發(fā)育，常見順層發(fā)育的黃鐵礦層，含大量的筆石，平均厚240m［21］，為淺海陸棚中的深水環(huán)境。這套頁巖顏色總體較深，為灰黑黑色筆石頁巖，含少量的砂質(zhì)頁巖，TOC含量一般在012%～386%，多數(shù)大于1%，平均達(dá)2%，具有形成頁巖氣藏的優(yōu)越條件［22］；至湘中地區(qū)，本套地層逐漸相變?yōu)楹駥訅K狀細(xì)砂巖、粉砂巖夾薄層砂質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖，與下伏地層為整合接觸，沉積環(huán)境過渡為濱淺海（圖6）。

42 頁巖分布控制因素

影響龍馬溪組黑色筆石巖系的時(shí)空展布格局主要有下列3個(gè)因素：

（1）大地構(gòu)造演化。李志明［23］提出志留紀(jì)筆石頁巖的沉積與華南構(gòu)造古地理演化聯(lián)系緊密的觀點(diǎn)。Huff等［24］闡述了龍馬溪黑色頁巖中的鉀質(zhì)斑脫巖源于該階段的碰撞背景，也就是說，這套黑色筆石頁巖層系代表了華夏與揚(yáng)子地塊之間碰撞匯聚過程的沉積響應(yīng)［25］。當(dāng)華夏板塊向揚(yáng)子板塊俯沖拼合，揚(yáng)子盆地快速沉降，形成深水前陸盆地沉積中心。隨著華夏板塊的擠壓推進(jìn)，在江南區(qū)形成了雪峰山隆起帶，其西北緣為揚(yáng)子克拉通盆地，東南側(cè)則為前陸盆地，由此，五峰組龍馬溪組的黑色巖系也由東南向西北逐漸遷移。

（2）海平面升降。富含有機(jī)質(zhì)黑色頁巖出現(xiàn)的另一個(gè)重要的因素就是沉積水體的還原性。蘇文博［26］運(yùn)用層序地層學(xué)研究了奧陶－志留紀(jì)之交的五峰組龍馬溪組黑色巖系對(duì)應(yīng)了該階段兩次大規(guī)模的全球海平面升降旋回。早志留世初期岡瓦納冰川消融，海平面快速上升形成的缺氧水體對(duì)應(yīng)著黑色巖系的沉積過程。

（3）碎屑物質(zhì)的供給。黑色頁巖的形成除去與沉積水體的還原性相關(guān)外，還需具備非補(bǔ)償性質(zhì)。龍馬溪組黑色頁巖只分布在湘西北而在湘中湘南幾乎不發(fā)育，最直接的因素就是碎屑物質(zhì)的供給。湘西北克拉通盆地受到黔中隆起、川中隆起以及雪峰山隆起的影響，具有明顯的封閉性，碎屑物質(zhì)非常少，屬于欠補(bǔ)償水體。而湘中湘南之所以沉積一大套濁積巖，是因?yàn)槿A夏與揚(yáng)子的碰撞造山帶為其提供了大量的陸源碎屑物質(zhì)。

圖6 湖南龍馬溪期沉積模式圖Fig.6 Sedimentarymodel for the Longmaxi Formation in Hunan

5 結(jié)論

（1）通過野外調(diào)研、樣品采集、室內(nèi)分析研究以及總結(jié)前人研究成果，將湖南地區(qū)早志留世沉積相分為深水陸棚相、淺水陸棚相、潮坪相、三角洲相、濁積巖盆地相。

（2）早志留世華夏、揚(yáng)子兩板塊的擠壓碰撞形成江南區(qū)雪峰山隆起帶，分隔湘西北的揚(yáng)子克拉通盆地和湘中湘南的前陸盆地。隨著兩板塊的擠壓，兩大沉積盆地的沉積特征存在較大差距。湘西北克拉通盆地以淺海相為主，沉積頁巖、砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)砂巖；湘中湘南則發(fā)育濁積巖盆地，以石英砂巖、雜砂巖夾薄層頁巖。

（3）受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升降、物源供給等影響，湖南志留系底部黑色頁巖僅發(fā)育在湘西北的淺海環(huán)境。TOC含量012%～386%，高值區(qū)集中在龍山永順一帶。在空間分布上，往南東有機(jī)碳含量及烴源巖厚度明顯減少，底部有機(jī)碳含量高，向上逐漸降低，有機(jī)碳含量大于1%的烴源巖厚約24m。

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Sedimentary evolution and shale gas exp loration potential of the Lower Silurian strata in Hunan

XiaoPan1，2，GUO Jianhua1，2，LIJie1，2，WANG Zhanghu1，2，WANG Xikai1，2
（1.Key Laboratory of Metallogenetic Prognosisof NonferrousMetallic Deposits，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China；2.School of Geosciences and InfoPhysics，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China）

The Lower Silurian strata are developed in the northwestern and centralsouthern parts in Hunan.The representative sedimentary facies may be classified into the shelf，tidalflat and delta facies in the northwestern part，and the deepwater turbidite facies in the centralsouthern parts in Hunan.Controlled by the tectonic movements，sealevel changes and sediment supply，the black shales in the basal part of the Silurian strata are restricted only in the shallowsea environments in the northwestern part of Hunan，where the shales，sandy shales and argillaceous sandstones are observed.The organic carbon contents generally vary between 0.12%and 3.86%，and maximum organic carbon contents occur in the LongshanYongshun zone.The organic carbon contents and the thickness of the source rocks sharply decrease toward the southeastern part of Hunan.

Early Silurian；sedimentary facies；sedimentary evolution；Longmaxi Formation；black shale；sedimentarymodel

TE1113

A

10093850（2017）01007909

20160915；改回日期：20161118

肖盼（1991－），女，碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌獾刭|(zhì)、沉積儲(chǔ)層、油氣勘探。Email：xiaopan409＠163.com

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所研究項(xiàng)目《南方地區(qū)構(gòu)造演化與頁巖氣分布調(diào)查》（12120115007301）