湖南地区晚奥陶世桑比期—凯迪期早期沉积特征及沉积模式

湖南地区地处扬子陆块和华夏陆块之间,根据沉积地层的岩石学特征、古生物特征及其他沉积特征变化,将湖南地区晚奥陶世桑比期—凯迪期早期的沉积相,划分为开阔台地相、浅海陆棚相、深水盆地相和陆架边缘—斜坡相。开阔台地相以沉积"龟裂纹"灰岩和瘤状灰岩为特征,浅海陆棚相转为沉积砂质板岩,板岩并夹有粉砂岩及泥灰岩透镜体。深水滞流盆地发育黑色碳质页岩及含放射虫硅质页岩,沉积厚度很小,代表了一个相对缺氧还原的欠补偿深水环境;陆架边缘—斜坡相则为岩屑石英粉—细砂岩,长石石英粉—细砂岩及砂质板岩、板岩的韵律互层,沉积厚度超过1000m,具浊流沉积特征。晚奥陶世桑比期—凯迪期早期,湖南地区总体表现为由西北和东南方向往中部逐渐变深,湘中南一带为水体最深地区。

湖南奥陶纪沉积演化特征

根据湖南地区奥陶纪沉积地层的野外考察和室内分析,并总结吸收前人对该区的研究成果,将湖南奥陶纪的构造沉积演化划分成了早奥陶世镶边型碳酸盐台地-陆棚-深水盆地、中奥陶世碳酸盐缓坡-陆棚-深水盆地、晚奥陶世早期碳酸盐缓坡-陆棚-深水盆地-陆棚边缘、晚奥陶世晚期局限浅海-深水盆地-陆棚边缘4个沉积阶段。处于扬子克拉通内的湘西北地区经历了镶边型台地-碳酸盐缓坡-局限浅海的演化阶段,沉积岩性也由碳酸盐岩逐渐被黑色泥页岩沉积所替代。位于克拉通边缘及华夏陆块之上的湘中、湘南地区则始终处于碎屑浅海沉积环境,盆地中心由南东向北西不断迁移。

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相及岩相古地理

湖南晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积的地层在湘西北区为五峰组、观音桥组;湘中区为五峰组;湘南区为天马山组和苏水冲组。根据其岩性特征、沉积构造及古生物特征,将湖南地区晚奥陶世凯迪晚期—赫南特期沉积相划分为局限浅海相、潮坪相、深水盆地相、陆棚边缘—斜坡相等类型。凯迪期晚期,由于华夏陆块向扬子陆块不断挤压碰撞,黔中隆起、川中隆起等边缘古隆起面积不断增大,此时海平面相对上升,湘西北区变为被各古隆起围限的沉积了黑色碳、硅质页岩及泥灰岩的局限浅海环境,湘中地区主要为黑色碳、硅质页岩、粉砂质页岩的深水盆地环境,而湘南地区由于两陆块挤压隆升而沉积了陆棚边缘—斜坡相的砂板韵律;赫南特期随着全球冰川事件的发生,整个南方地区发生大规模海退,湘西北永顺—张家界—慈利一线以北抬升成湘鄂隆起,该线以南的湘西北区水体继续变浅,主要沉积了厚度仅十几厘米的观音桥组泥灰岩,湘中湘南地区沉积格局基本未变。

四川盆地东部五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质富集规律探讨

奥陶-志留交替时期是地球历史时期中的关键时期,该时期华南地区沉积的五峰组-龙马溪组黑色页岩是现阶段我国页岩气勘探的重点层位,多套斑脱岩存在于黑色页岩内,指示该时期研究区经历过多期连续的火山活动。本文选取了四川盆地东部华地1井和武隆黄莺乡五峰组-龙马溪组剖面,以黑色页岩和斑脱岩为研究对象,通过野外考察、元素地球化学等分析方法,系统地分析了有机质富集的主控因素(陆源输入、古生产力、古氧化还原条件),并在此基础上分析斑脱岩与页岩有机质富集间的关系。结果显示,研究区五峰组-龙马溪组黑色页岩TOC呈高-低-高模式,氧化还原指标(V/V+Ni、V/Cr、Ni/Co)表明水体经历了厌氧-富氧-厌氧的过程,生产力指标(Cu、Ba_(bio)、Si_(bio))、陆源输入指标(Ti/Al、Zr/Al、Th/Al)表明五峰和龙马溪组具较高的生产力和陆源输入,观音桥组较两者均低,三者与有机碳的相关关系反映氧化还原条件对有机质富集作用最大,生产力次之,陆源输入最弱。从斑脱岩发育特征与有机碳、生产力和氧化还原条件的关系看,频繁的火山活动可能对五峰和龙马溪组有机质的保存产生双促作用,一是为海洋提供营养物质,提升其生物生产力;二是火山灰飘落至海水表面阻止了部分光照进入,海底缺氧环境加剧,造成生物大量死亡并落入海底,作为有机质埋藏。

湘中湘南地区奥陶纪达瑞威尔中晚期-凯迪早期岩相古地理及其油气地质意义

湘中湘南地区在早古生代时期,由于受海平面变化以及全球古气候的影响,形成了有利于烃源岩形成的沉积环境。笔者通过对湘中湘南地区的奥陶纪达瑞威尔中晚期-凯迪早期开展沉积相、岩相古地理和油气地质等研究,结合前人所取得的相关研究成果,将该区划分为陆架相、盆地相和陆架边缘相。陆架相主要由砂质板岩、砂岩、黑色页岩和硅质岩组成;陆架边缘相为粉砂-细粒石英砂岩、长石石英砂岩夹条带状板岩、炭质板岩和硅质岩等组成;而盆地相为一套炭质页岩和硅质岩组成的黑色岩系,代表了一种平静还原的滞流缺氧环境。该套岩性有机质含量高,具较高的生烃潜力,且分布范围广,是湘中湘南地区达瑞威尔-凯迪阶的富烃沉积区,也是下一步油气地质调查和勘探的重要层位。

云南大关新地2井奥陶—志留纪之交钾质斑脱岩岩石地球化学特征分析

扬子地台内晚奥陶世末—早志留世初五峰—龙马溪组内沉积了多层钾质斑脱岩,但对于该时期扬子地台西缘钾质斑脱岩的研究报道相对较少。本文旨在通过对云南大关地区新地2井五峰—龙马溪组内沉积的钾质斑脱岩进行矿物学及地球化学分析,进一步确定扬子西缘该时期钾质斑脱岩原始岩浆类型及其所产生的构造环境。矿物学特征表明,钾质斑脱岩主要由黏土矿物和非黏土矿物组成,其中黏土矿物由伊利石和伊蒙混层组成,非黏土矿物以石英、长石、方解石、白云石和黄铁矿等为主。钾质斑脱岩主量元素以高K_(2)O,低TiO_(2)为特征,微量元素特征表现为富集Rb、Ba、Th、U等元素,Ti、P元素相对亏损,Ti/Th值指示了酸性火山灰的性质;ΣREE在(49.86~209.43)×10^(-6);与球粒陨石相比,轻稀土轻微富集、具Eu负异常,无Ce异常;在Nb/Y-Zr/TiO_(2)图解中,数据点主要落在安山岩和粗面英安岩之间,表明钾质斑脱岩源岩浆性质为中酸性岩浆;依据微量元素特征和构造环境判别结果,初步认为原始岩浆可能形成于岛弧环境,其火山灰来源可能与扬子北缘早古生代秦岭洋闭合过程中的板块碰撞有关。

川南及邻区龙马溪组黑色岩系成岩作用

为了厘清成岩作用对页岩气储层的影响,以川南及邻区下志留统龙马溪组黑色岩系为主要研究对象,通过偏光显微镜、背散射和X-射线衍射分析等手段,对其成岩作用进行了研究,结合有机质的镜质体反射率(Ro)、岩石热解、伊利石结晶度等分析,划分出成岩阶段,明确了成岩演化特征。在埋藏成岩过程中,页岩气地层经历了无机和有机成岩作用的共同改造,无机作用主要为压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,有机成岩为有机质的生烃演化作用,二者密不可分、相互影响。成岩演化已达到晚成岩阶段,主要经历了4个阶段:1快速压实阶段;2弱溶蚀-压实阶段;3弱溶蚀、胶结阶段;4弱胶结、交代阶段。受成岩作用的影响,孔隙演化可分为早期原生孔隙大量、快速丧失阶段和中晚期次生微孔隙、微裂缝形成阶段。中成岩A期的弱溶蚀、胶结阶段中的黏土矿物转化和有机质生烃的协同作用是页岩气储层发育的主要原因。

中上扬子地区早古生代烃源岩沉积环境与油气勘探

中上扬子地区早古生代沉积盆地主要表现为克拉通海相盆地(∈—O2)和发育在克拉通之上的隆后盆地(O3—S)。由于受区域构造作用、海平面变化以及古气候等主控因素的制约,形成了有利于烃源岩生成的沉积环境,奠定了油气生烃成藏的物质基础。早寒武世,中上扬子地区主要表现为浅海环境,沉积了由上升洋流带来的磷质物质以及分布稳定的黑色页岩,以梅树村组和筇竹寺组地层为代表。中晚奥陶世至早志留世,隆后盆地为局限的浅海环境,形成了以晚奥陶世五峰组和早志留世龙马溪组黑色页岩为代表的烃源岩。上述烃源岩的有利相带呈面状分布于中上扬子地区,为该地区的富烃沉积区,是开展中上扬子地区早古生代海相地层油气基础地质调查和油气勘探的重要和首选地区。

川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相与页岩气地质条件的关系

在川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相详细研究的基础上,结合偏光显微镜、X衍射及元素地球化学分析等,提出沉积相对页岩气地质条件的影响特征。研究发现：川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集,并以硅质型页岩为主,利于页岩气的富集与开发。隆起边缘的潮坪相沉积,为页岩气的非有利区;沉积中心的深水陆棚沉积区,主要发育碳质硅质页岩、碳质页岩与含粉砂含钙碳质页岩,为页岩气的有利区;砂泥质浅水陆棚含有较高的有机质,应为页岩气发育的次级有利区;灰泥质浅水陆棚主要发育＂钙质页岩＋含碳泥质灰岩＂,有机质含量相对较低,为页岩气的较不利发育区。

华南中上扬子早志留世古地理与生储盖层分布

依据"构造控盆、盆地控相、相控油气基本地质条件"思路,重建华南中上扬子地区早志留世鲁丹期、埃隆期和特列奇期岩相古地理格局,并从盆地沉积演化的角度总结生储盖层发育条件与时空分布规律。赫南特期末期冰川消融后全球的快速海进和构造挤压造成的地壳挠曲,导致中上扬子地区在鲁丹期形成以深水陆棚为主的古地理格局,发育的多个坳陷区成为有利烃源岩的沉积中心。埃隆期处于构造挤压的间歇期,由于相对海平面下降等因素,形成特殊的混积型碳酸盐缓坡,以礁滩相为主的碳酸盐岩储集层主要分布在沿岸的潮下高能带。特列奇期构造运动加剧,盆地整体抬升。东部作为构造挤压的前锋带,形成滨岸/潮坪/三角洲组成的复合性海岸环境,有利于储集砂体的发育,其中以小河坝组的临滨砂坝和三角洲前缘席状砂最具储集潜力,而广泛分布的韩家店组潮坪—陆棚相泥页岩可作为下伏含油气层系的良好封盖层。

中上扬子地区晚奥陶世岩相古地理及其油气地质意义

中上扬子地区上奥陶统主要发育庙坡组、宝塔组、临湘组(涧草沟组)、五峰组和观音桥组。笔者通过对研究区野外露头及钻井剖面的考察,总结前人研究成果,利用岩石学、古生物学、生态学及室内分析等方法将其划分为潮坪相、浅海陆棚相和深水盆地相3种沉积相类型。潮坪相以沉积灰岩、白云岩、钙质粉砂岩和粉砂岩等为特征。浅海陆棚相主要沉积龟裂纹灰岩、瘤状灰岩、页岩和粉砂质页岩。深水盆地相主要岩性为黑色碳质页岩、粉砂质页岩与硅质页岩,产以营漂浮生活的笔石为主的生物组合。岩相古地理研究表明,晚奥陶世桑比—凯迪早中期,受加里东构造运动影响,华南板内碰撞挤压作用显著,汉南隆起、川中隆起、川西—滇中—黔中—雪峰隆起不断抬升扩大,中上扬子地区表现为海平面相对上升,原本镶边型碳酸盐台地被淹没,沉积了大范围的浅海陆棚相龟裂纹灰岩和瘤状灰岩。凯迪晚期—赫南特期,隆起面积继续扩大,构造围限作用加剧,中上扬子地区发育大面积黑色碳质页岩、粉砂质页岩和硅质页岩。尤其川东南宜宾—泸州,川北旺苍—南江及黔北渝东武隆道真地区五峰组黑色碳质和硅质页岩,具很好的生烃潜力,应视为下一步烃源岩及页岩气勘探开发的重点研究区域。

岩相古地理研究可作为页岩气地质调查之指南

得益于水平井和压裂技术的发展,页岩气已成为中国油气勘探开发的热点。沉积环境决定了有机质的含量、类型、矿物组成和含量、厚度、埋深等页岩气基本地质要素的特征。在开展区域沉积相研究的基础上,通过岩相古地理编图方法,可以明确烃源岩有利相带的时空分布,从而为页岩气勘探提供基础和方向。以四川盆地南部及邻区志留系龙马溪组为例,通过详细的沉积相及岩相古地理研究,确定了烃源岩的有利相带和空间展布特征。在岩相古地理图的基础上,叠加矿物组成、有机碳含量、成熟度、厚度等页岩气评价参数,预测了四川盆地南部及邻区志留系龙马溪组页岩气远景区和有利区。页岩气地质调查的根本目标是寻找页岩气的远景区和有利区,为页岩气勘探开发提供科学依据。因此,岩相古地理研究与编图可作为基本方法及关键的技术,为页岩气的地质调查工作提供指南。

川西南地区五峰—龙马溪组黑色页岩古气候及物源特征:来自新地2井地球化学记录

晚奥陶世-早志留世之交是地球历史时期中的关键时段,该时段伴有全球生物大灭绝、冈瓦纳冰川以及火山事件。晚奥陶世末期的冰川事件历时相对较短,在中国尚未找到冰川存在的直接证据。为了更好地研究奥陶-志留纪交替时期是否存在古气候的变化,选取了川西南地区新地2井岩心中新鲜的上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组泥页岩样品,通过其主量、微量及稀土元素特征分析,采用多种化学风化指数判定源区风化作用强度及古气候条件。新地2井五峰-龙马溪组所有岩石样品成分变异指数(ICV)均大于1,表明源岩成分成熟度低,属构造活动时期的首次沉积。稀土元素表现为轻稀土富集、重稀土平坦并伴有明显的负Eu异常,配分模式与花岗岩相似,表明源岩以亲花岗岩、长英质为主;A-CN-K图解、主量元素Al2O3/TiO2值、微量元素Cr/Zr值和Th/Sc值也体现长英质成分为主的物源特征。化学蚀变指数(CIA)、化学风化指数(CIW)和斜长石蚀变指数(PIA)等多种化学风化作用指标均指示,晚奥陶世-早志留世古风化作用强度经历中等-低等-中等、古气候温暖湿润-寒冷干燥-温暖湿润的变化过程。CIA指数的低值指示的五峰组顶部(平均值64. 14)、观音桥组(平均值61. 7)和龙马溪组底部(平均值64. 61)即赫南特期存在短暂的寒冷气候,间接证实了冈瓦纳冰川作用在中国华南地区存在相应的地球化学记录。

中上扬子地区早寒武世(纽芬兰世-第二世)岩相古地理

由于受区域构造作用、海平面变化、上升洋流以及古气候等主控因素的制约,中上扬子地区纽芬兰世-第二世主要表现为浅海环境。早寒武世梅树村期,主要发育潮坪相碎屑岩、磷块岩、白云岩和硅质岩,陆棚相含磷结核硅质岩、泥岩以及陆棚深水盆地相碳质页岩、硅质岩等。筇竹寺期,海侵范围扩大,陆棚深水盆地向西北扩展,其余广大区域为碎屑岩浅海所覆盖。沧浪铺期,主要表现为碎屑岩和碳酸盐交互沉积的混积陆棚环境,盆地相则具有继承性,主要为碳质页岩沉积。早寒武世龙王庙期开始向碳酸盐台地演化,广大区域为碳酸盐沉积,盆地区范围有所缩小。早寒武世的岩相古地理演化表明,从早到晚沿着东南边缘始终存在一较深水沉积区,其沉积物质主要为碳质页岩和硅质岩,为烃源岩有利沉积区,奠定了油气生烃成藏的物质基础。同时在演化过程中还形成了相应的储层以及分布较广的膏盐层。根据这一油气地质条件组合及其空间分布,针对中上扬子地区早古生代海相地层的油气勘探应该首先围绕这一富烃沉积区来开展,集中对膏盐层下部目的层开展油气勘探工作。

中上扬子地区寒武纪第三世—芙蓉世古地理

中上扬子寒武纪第三世—芙蓉世台地相与滩相分布区是中上扬子地区重要的油气勘探目标区。利用野外露头资料、钻井资料和区域地质资料,识别出潮坪相、台地相、台地边缘相、浅海陆棚相和深水盆地相5种沉积相类型。在此基础上,编制了寒武纪第三世—芙蓉世古地理图,并探讨了储盖层的沉积地质条件。(1)第三世,发育大规模潟湖的局限台地广阔分布,西部为混积潮坪,台内及台缘发育滩相沉积。东南缘未形成完整的台缘带,湘西北一带为混积陆棚环境。东南缘向东,碳酸盐沉积物减少。(2)芙蓉世,随着海退的持续,隆起区扩大,深水盆地范围减小。中上扬子地区形成了镶边碳酸盐台地,浅滩沉积大量发育。(3)第三世—芙蓉世,以大套的厚层至块状的白云岩为主、分布广阔的局限台地与开阔台地,发育鲕粒及砂屑浅滩沉积的台地内部及边缘,均是有利的储集层沉积区。第三世广泛发育的潟湖沉积白云岩夹膏质白云岩、白云质膏岩、膏岩和粉砂岩,厚度较大,是中上扬子地区寒武纪重要的盖层沉积区。

华北地区寒武系第三统鲕粒滩的展布特征及其控制因素

华北板块内寒武系第三统普遍发育鲕粒灰岩,其展布特征和迁移规律值得进一步研究。在大量野外地质考察的基础上,结合地震、钻井等资料的解释以及前人对中国北方古地理的研究,根据其沉积特征并结合"优势相+特殊相"编图研究方法,认为华北板块内部围绕着鄂尔多斯古陆核,向华北板块周缘延伸,依次发育潮坪相、局限台地相以及开阔台地相等3种沉积单元,鲕粒在华北台地上大范围出现主要受到古地貌、水下隆起和海平面变化等外部条件的制约,而沉积相带的展布则控制着鲕粒滩的分布范围以及迁移的方向。高能的鲕粒滩主要分布于开阔台地相中,其次为潮坪相;而局限台地相内发育的多为反映低能环境的放射状鲕粒。高能鲕粒滩受到沉积相带控制,大多分布于开阔台地中靠近局限台地的一侧和潮坪边缘地区,并随着相区沿海侵的方向往内陆推进而不断迁移。

鄂尔多斯西缘中晚奥陶世大坪阶—艾家山阶岩相古地理

鄂尔多斯西缘地区位于华北板块的边缘,在中晚奥陶世经历了明显的构造转型,其大陆边缘的性质由被动大陆边缘转向活动大陆边缘。构造属性的改变也导致了盆地性质的转换,鄂尔多斯西缘沉积盆地的性质从大坪期—达瑞威尔期被动陆缘盆地向艾家山期的弧后盆地转换。岩相古地理研究表明,中晚奥陶世该地区的沉积类型可划分出滨岸相、潮坪相、缓坡相、蒸发台地相、开阔台地相、陆棚相、斜坡相和盆地相,其中的陆棚相还可以分出碳酸盐岩陆棚、碎屑岩陆棚以及混积陆棚相。大坪期—达瑞威尔期以稳定的陆表海沉积为主,沉积一套陆棚相的碳酸盐岩夹碎屑岩。进入晚奥陶世的艾家山期,在加里东期构造运动的不断挤压抬升影响下,海水逐渐退出鄂尔多斯盆地地区,贺兰地区发生了强烈的凹陷,形成了一个相对封闭的以黑色泥页岩为主深水盆地,为该时期的一个重要烃源岩沉积区。

川西南晚奥陶世五峰期岩相古地理

通过对川西南汉源—马边—雷波地区典型剖面上奥陶统五峰组沉积岩性特征、充填序列、沉积构造及室内分析等研究,并结合研究区晚奥陶世构造特征,将川西南地区五峰期分为2期,划分为潮坪、浅水陆棚和深水陆棚3种沉积相。指出在晚奥陶世五峰早期,受加里东构造运动影响,扬子与华夏陆块发生构造挤压碰撞,川中、黔中等边缘隆起抬升扩大,上扬子地区由克拉通海相盆地转为被隆起围限的隆后盆地,除川中隆起、川西—滇中隆起周缘沉积潮坪相白云质页岩、泥灰岩和白云质灰岩外,川西南绝大部分面积主要发育深水陆棚相炭质页岩和硅质页岩、含炭粉砂质页岩。五峰晚期,伴随着全球性冰期事件的发生,研究区乃至整个上扬子区发生大规模海退,大面积的深水陆棚相转为浅水陆棚沉积,岩性主要为粉砂质页岩、泥灰岩、钙质炭质页岩和硅质灰岩等,较前期钙质成分明显增多。

湖南寒武系第三统混积岩沉积特征与成因探讨

湖南地区寒武系第三统发育大量的混积岩及混积层系,其沉积特征、成因及时空分布,对研究寒武纪中上扬子地区东南缘的沉积环境及碳酸盐台地的形成演化具有重要的意义。本文采用野外观察、微观岩石学分析方法对混积岩时空分布、沉积特征、矿物组分进行了研究,首次系统总结了湖南地区寒武系第三统发育的混积层系类型与组合方式,及其分布的6类不同的岩相分区,并按照成分分类依据划分出4种混积岩类型。研究表明,混积岩分布在湘西北地区及湘中地区,靖州—涟源—隆回—宁乡一线以北的区域。混积层系的沉积特征表明,其形成于受周期性强风浪、风暴作用影响的浅水混积陆棚环境或风暴浪基面以下的深水混积陆棚环境,主要成因为机械成因的相缘渐变沉积混合及事件突变沉积混合。混积陆棚的存在,表明寒武纪第三世时期,中上扬子东南缘湘西北地区不发育台缘相带,未建立起完整的镶边碳酸盐台地模式,而为相对平缓的碳酸盐岩为主的浅海混积陆棚模式,混有碎屑岩沉积物。

湘西北龙山、永顺地区龙马溪组潮控三角洲沉积的发现——志留纪“雪峰隆起”形成的新证据

通过露头沉积学与岩石学分析,在湘西北龙山、永顺地区下志留统龙马溪组中首次发现完整的潮控型三角洲沉积,也是华南地区龙马溪组中存在三角洲相的首次报道。识别出前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原3个亚相及10个微相。前三角洲亚相以滨外泥页岩为主,并发育低密度浊积岩,主要见于龙马溪组底部和下部;三角洲前缘亚相包括席状砂、分流间湾、河口砂坝和远砂坝等;三角洲平原亚相包括分流河道、分流间湾、天然堤和决口扇等,主要见于龙马溪组中部、上部。通过分析剖面垂向序列及其指示的沉积环境变化,提出本区龙马溪组三角洲相碎屑岩是构造挤压背景下"雪峰隆起"开始形成的重要沉积响应。该三角洲沉积的发现,对于理解扬子东南缘早志留世构造—古地理转型的时限与过程具有特殊意义。