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贵州平塘甘寨剖面二叠系茅口组沉积特征与层序地层

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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瑟 沉积与特提斯地质 1 01l 文章编号:1009011)01州平塘甘寨剖面二叠系茅口组沉积特征与层序地层 李 刚 ,侯明才 ,林良彪 ,王文楷 (1.成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059;2.成都理工 大学沉积地质研究院,四川 成都610059) 摘要:本文应用沉积学手段对贵州平塘甘寨剖面中二叠统茅口组进行详细的沉积特征和层序地层的研究。研究结 果显示,茅口组主要的岩石类型有亮晶一微晶生屑灰岩、生物灰岩、微晶灰岩、亮晶内碎屑灰岩、硅质岩、瘤状灰岩和含 燧石灰岩等,茅口组生物种类有介形虫、腹足、腕足、三叶虫、藻类、棘屑、蜒、珊瑚、海百合茎等。岩石学特征和生物 组合指示,平塘甘寨地区中二叠统茅口组为开阔碳酸盐台地沉积环境,包括台内滩和滩问两个亚相。茅口组可划分 出3个Ⅲ级层序由海侵体系域(高水位体系域(部分组成。层序发育受到了 海平面升降变化控制,层序之间的界面序界面P l/ 构造不整合面。 关键词:贵州平塘;黔南坳陷;茅口组;沉积特征;层序地层 中图分类号: 4 文献标识码:A 马永生、陈洪德等学者对南方二叠系沉积、层 序开展了大量而系统的研究工作¨ ,将整个南方 二叠系划分出了11个三级层序:栖霞组(S )、茅 口组(s )、吴家组(s ),长兴组(1)2个,其 中层序6、11的底界面为其余皆为为Ⅱ型层序界面。并对层序界面性质、层 序结构、厚度、组成、分布、完整性、对称性以及发育 特征及控制因素等做了大量的分析,认为不同成因 沉积盆地,其所处的板块位置及构造背景不同,其 充填序列、层序成因格架和内部构型各异。本文所 研究的平塘甘寨剖面地处上扬子南部边缘(图1), 研究层位为中二叠统茅口组。从整个中国南方的 构造演化看,该层位形成于正好是南方大陆演化由 被动陆缘向弧后盆地转化的关键时期。因此,开展 平塘甘寨剖面二叠系茅口组沉积层序的研究是揭 示上扬子南部边缘晚古生代沉积盆地演化的窗口。 剖面本身出露良好,地层连续,生物地层和年代地 层研究程度较高,是开展层序地层学研究的理想 剖面。 图1 剖面位置及区域构造简图 1.褶皱编号;2.古油藏;3.背斜轴迹;4.向斜轴迹 in ===== ==: :稿日期:20101;改回日期:2010—10—15 作者简介:李刚(1983一),男,硕士研究生,研究方向:沉积学(含古地理学),E—112685@163.助项目:国家科技重大专项专题“南方海相碳酸盐岩层系大中型油气田规律与勘探评价”200803积与特提斯地质 剖面概况 3东'51,. 8 74.竞 平塘甘寨剖面位于贵州省平塘县西5度为808 m(图1)。 洛村东口。剖面起点坐标为N:25。50 07.8 ,E:107。 上覆地层:龙潭组 30层:下部225黄色粘土及植被外,主要为细小的灰白色石英砂岩质颗粒,无基岩,岩性及变化不清,也 未见显示煤的黑色粘土分布。产:厚85.96m ——整合—— 茅口组 29层:灰色、浅灰色中一厚层灰岩,生物碎屑丰富,其中化石密集分布该层上部局部出露,实际厚度仅有产: s£Ⅱn 孑厚5.07m 28层:深灰色中层夹厚层含生物碎屑泥质灰岩,下部灰岩中含黑色燧石结核,300产:有孔虫:1 lv n Ⅱ、厚15.52m 27层:灰色、深灰色中层生物碎屑灰岩,底部为一层深灰色中层生物介壳灰岩(腕足,腹足,介壳)。 厚8.30m 26层:灰色/深灰色厚层块状泥质灰岩,夹有中一厚层褐灰色钙质泥岩,具水平层理,灰岩中含有海绵化石。 厚4.07m 25层:灰色一深灰色厚层夹块状含生物碎屑微晶灰岩。 厚9.56m 24层:深灰色中.厚层含泥含生物碎屑灰岩,下部灰岩层间可见,夹有厚约6:孔虫:厚9.83m 23层:灰色中层夹薄层舍生物碎屑灰岩。产:厚7.25同 22层:灰色厚层块状生物碎屑灰岩,含少量,由于灰岩明显重结晶作用,生物结构不清楚。产:孔 虫:厚20.95m 21层:灰色中层含生物碎屑灰岩。厚5.72m 20层:灰色厚层块状含生物碎屑灰岩。产有孔虫:厚14.69m 19层:灰色中层含生物碎屑灰岩。 厚5.54m 18层:灰色/深灰色中层夹薄层和中层的含生物碎屑灰岩与生物碎屑灰岩不等厚互层,生物碎屑主要为蜓类和有孔虫类。产 蜓:有孑乙虫:厚10.82m 色/深灰色中:cf.孔 虫:cf.厚22.86m 色/深灰色块状生物碎屑灰岩,含丰富的,有孔虫等化石,还见珊瑚,海百合茎腕足介壳等。岩石中顺层具有明显不等 的瘤状结构。 厚12.25m 15层:灰色~深灰色厚层状~块状瘤状灰岩与具瘤状结构的灰岩互层。明显的瘤状灰岩多在层面附近分布。 厚1m 表面两侧顶面和底面皆见到一似层状黑色燧石层,厚一般10 呈透镜状。该层岩性为灰色~深灰色厚层 块状“大瘤状”灰岩,瘤状结构明显程度有差别。产有孔虫:厚18.64m 色.深灰色含泥中厚层生物碎屑灰岩(主要为丰富的类有孔虫)。灰岩层间多夹有较厚的褐灰色钙质泥灰岩(最厚可 达45含有较多的有孔虫类。产:孔虫:厚5.06m 12层:灰色/深灰色中层生物碎屑含泥灰岩,主要含丰富有孔虫类生物化石,并顺层集中。产有孔虫:厚5.21m 部为中层状,其余为厚层块状的深灰色含泥生物碎屑灰岩,灰岩间多夹褐灰色含生物泥质灰岩,皆含有丰富的化石。 顶部块状灰岩中泥质渐少,为生物碎屑灰岩,其生物化石(特别是包含挺的有孔虫)丰富,且见鲕粒结构。产:孑乙虫:厚m 10层:底部中层,其余为厚层块状生物碎屑含泥灰岩。产:孔虫:2011年(1) 贵州平塘甘寨剖面二叠系茅口组沉积特征与层序地层 21 厚4m 9层:浅灰色/深灰色中层(夹薄层)生物碎屑灰岩(0.上为中厚层状含生物碎屑灰岩,生物碎屑中见大量有孔虫样百合 茎等化石,并顺层富集分布,灰岩中还见到刺毛珊瑚,腕足介壳等化石,有时见溶蚀孔。 厚9.87m 8层:含燧石结核的生物碎屑泥晶灰岩。下部中层状、上部块状,燧石结核大(可达1黑色泥质灰岩中含挺,刺毛类, 海百合茎,腕足,介壳化石等。产:孔虫:cf.厚5.69m 7层:含细小燧石结核的生物碎屑灰岩,下部厚层块状,上部中厚层燧石结核不规则状,常风化为土状。产有孔虫:厚5.50m 6层:灰色厚层块状含褐灰色泥质条带的生物碎屑灰岩,泥质条带不规则,常围绕钙质团分布,致使岩石呈“似瘤状”。 厚2.74m 5层:灰色厚层含生物碎屑灰岩夹深灰色薄层含生物碎屑灰岩。 厚3.13m 4层:灰色中瘤状结构外貌,但泥质成分不多,含生物碎屑丰富。 厚14.44 m 3层:灰色中层状含生物碎屑灰岩夹不规则褐灰色钙质泥页岩。产:孔虫:厚8.11m 2层:灰色中一厚层含燧石结核灰岩,含生物碎屑等化石。产:有孔虫:厚6.49m 色厚层生物碎屑灰岩夹褐灰色泥质生物碎屑灰岩。产有孔虫: 厚12.01m ——整合—— 下伏地层:栖霞组 0层:深灰色/灰黑色中层生物碎屑灰岩,夹褐灰色薄层生物碎屑灰岩,含珊瑚,腹足,腕足介壳,百合茎。 厚2.09m 2沉积特征 2.1岩石学特征 据岩石薄片观察结果,该剖面茅口组岩性主要 为浅灰色亮晶颗粒灰岩,含少量的泥晶灰岩。颗粒 类型主要包括藻砂屑、藻砾屑和生物骨屑等,主要 存在以下几种岩石类型: 1.生屑灰岩:按生物种类可分为介屑灰岩、棘屑 灰岩和藻屑灰岩、骨屑灰岩。介屑灰岩主要以双壳 类骨屑为主,其它介屑如腕足、三叶虫屑次之,介屑 定向分布(图2),亮晶方解石胶结,形成于高能介 屑滩环境。棘屑灰岩主要由棘屑组成,棘屑含量50 %以上,其它骨屑次之或少量,亮晶方解石胶结为 主。藻屑灰岩在剖面中不发育。 2.生物灰岩:在个别层位上单类生物相当繁茂, 依次发育了亮晶蜓灰岩(图3)、翁格达藻灰岩(图 4)、泥晶腕足珊瑚灰岩、弱白云石化粉晶有孔虫灰 岩等生物灰岩。这些生物灰岩的填隙物为亮晶和 泥晶方解石。 3.微晶灰岩(图5):该类岩石形成环境的水体 能量普遍偏低,颗粒含量较少。根据颗粒含量的不 同又可细分为无屑微晶灰岩、(含)砂屑微晶灰岩及 (含)骨屑微晶灰岩,见不同程度的砂屑化现象。 4.内碎屑灰岩(图6):主要为藻砂屑灰岩,砂 屑灰岩次之,在茅口组中较发育。分选由差到好, 磨圆度由棱角状一次圆状,填隙物主要是亮晶方解 石,其次是灰泥基填隙。岩石类型有亮晶细粒藻砂 屑灰岩、亮晶中粒藻砂屑灰岩、亮晶粗粒藻砂屑灰 岩、亮晶双众数藻砂屑灰岩。亮晶双众数藻砂屑灰 岩又可进一步细分为亮晶双众数细晶双众 数巨.细粒藻砾砂屑灰岩、亮晶藻砂砾屑、亮晶藻砂 屑一藻砾屑灰岩。 5.硅质岩(图7):主要是含铁质含碳酸盐硅质 岩,由硅质、碳酸盐、铁质等组成,少见生物、介形虫 和放射虫。 6.瘤状灰岩(图8):茅口组的瘤状灰岩主要为 灰色、深灰色,由瘤体和基质两部分组成。瘤体是 不规则的透镜状、瘤状和扁豆状。瘤体主要由方解 石组成。基质绕瘤体分布,成条带状、条纹状,条带 的宽窄不一。基质成分除方解石外,还含泥质、石 英碎屑。它反映的是一种深水沉积环境。 7.燧石灰岩(图9)该类岩石类型表明沉积时 水体较深,循环不畅,沉积环境为开阔台地较深水 的低能环境。 贵州平塘甘寨剖面二叠系茅口组沉积特征与层序地层 23 2.2生物组合 不同的生物组合反映了不同的沉积环境。茅 口组生物种类较多,有介屑、有孔虫、藻类、棘屑、 蜒、珊瑚、海百合茎等。介屑由介形虫、腹足、腕足、 三叶虫等组成,壳具层纤结构和晶粒结构。有孔虫 呈塔状、盘状,多房室,个体较小,壳具隐晶结构。 蜒呈纺缍状,旋壁已褶皱,具隐晶结构,房室由亮晶 充填。藻类呈丝状、块状,部分为翁格达藻,分布不 均。它们都属于正常海相窄盐度生物,表现出较大 的生物丰度和分异度,指示了水循环状况良好、盐 度正常的海洋沉积环境。 2.3沉积相 通过对该剖面的岩性特征、古生物组合的研 究,参考台地沉积演化模式 ,认为平塘甘寨地区茅口组 沉积时期为开阔台地沉积环境(表1)。沉积物表现 为岩石厚度大、颜色浅、颗粒含量中等、骨屑结构成 熟度低等,可进一步将碳酸盐开阔台地划分为台内 浅摊、滩间两个亚相。 表of in in 积相 亚相 微相 发育层位 开 浅滩 生物碎屑灰岩 1~13层、179层16层 阔 泥质灰岩 28层 台 滩间 瘤状灰岩 15层 地 燧石结核灰岩 14层 具体说来,本区发育有台内浅滩和滩问二种沉 积亚相,分别有以下特点(图10): 1.台内浅滩:台内浅滩位于低潮面与浪基面之 间,水深一般为数米至十米,沉积能量相对较高,但 是又较台地边缘低 j。岩石类型以浅水浅滩化的 颗粒结构灰岩为主,主要是灰色、深灰色中一厚层生 物碎屑灰岩和含生物碎屑灰岩组成。颗粒类型包 括藻砂屑、藻砾屑、生物骨屑等,颗粒大小不等。少 见原地生物,可见大型腹足类、双壳类化石碎屑、藻 类以及有孔虫生物碎屑,也可见棘皮类及珊瑚、腕 足等碎片,属窄盐度生物组合,表明在茅口组沉积 时期黔南陷平塘地区属水体循环良好的正常广海 沉积环境。 2.滩间:为开阔台地内相对低洼地区,水动力条 件较弱。其特点为颗粒含量较少,岩石类型主要为 微晶灰岩(图5)和含生屑微晶灰岩及燧石结核灰岩 (图9),含少量的泥质灰岩。燧石结核为肉红色/黑 色,不规则,大小一般几厘米至数十厘米。生物组 合以浅海生物碎屑为主,薄片中常见蜓和有孔虫等。 3层序地层 3.1层序界面的识别 层序界面由上下层序的不整合面及与之相连 续的整合面所构成l 7977,1984)根据构 造沉降和海平面变化相关效应将被动大陆边缘盆 地划分出两种类型的层序界面,即型层序界面。降速度超过沉积滨线坡折带处盆地的沉降,因而 在该处产生海平面的相对下降时形成的。Ⅱ型层 序界面则是由于全球海平面下降速度小于沉积坡 折带处盆地沉降速度时形成的,在这个位置没有发 生海平面相对下降 J。整合面,有些为角度不整合面,而Ⅱ型层序界面 有些为岩性岩相转换面,有些为暴露不整合面。根 据野外露头剖面的研究研究区主要发育的是岩性 岩相转换面,其它的一些各种类型的不整合面在研 究区不发育。 当海平面下降形成层序界面时,在盆地边缘暴 露区可形成不同类型的暴露不整合,但是在盆地内 部水下会形成与之相关的整合面。而在岩性、岩相 以及沉积环境等方面有明显的变化,界面上下在沉 积环境及岩性等方面有一定的差别,这就是我们所 说的岩性岩相转换面。平塘甘寨剖面层序的界面 升降变化的控制,都为岩性.岩相转换面(图1 1)。 在茅口末期受到东吴运动的影响界面则为构造不整合面(图11)。 3.2层序的划分与特征 前人对于茅口组的层序地层研究,主要集中在 扬子地台的川、鄂、湘、皖南和广西右江等地区,大 多数将茅口组化为3个三级层序。李国蓉(1998) 在广西十万山地区泥盆系一下三叠统层序地层学 研究中将茅口阶划分为3个三级层序¨ 。王成善、 陈洪德(1999)、邓红婴(1999)通过对扬子地台及其 南缘的二叠系层序地层研究,也将茅口组划分为3 个三级层序。本文在参考陈洪德等(2002)中国南 方震旦系~中三叠统层序划分方案 的基础上,根 据露头层序地层原理及工作方法,重点考虑关键界 面、区域追踪对比性、相序变化特征及准层序叠置 形式、将研究区内的茅口组地层也划分为3个Ⅲ级 沉积与特提斯地质 系 地层 剖面结构 生物组合 沉积相 层序地层 微相 系 由 统 茅 【_】 组 P ” 4I ~ 6.34 一 l 9】 一 966 5 06 —— 5 42 2.9 9 87 肇 、I o \l· i { 泥质 灰岩 牛 屑 灰 石 灰岩 + 燧石 荻岩 生 屑 灰 石 滩 间 滩 滩 间 生 物 碎 滩 开 阔 厶 地 海平面 升降 一再 圈 圈 目s 图10贵州平塘甘寨剖面茅i.瘤状灰岩;2.生屑灰岩;3.燧百结核灰岩;4.灰岩;5.泥灰岩 0 of in l:====0≈ ≈ 誓~ ^U ,§§ △ 5 , ;0 r 5 沉积与特提斯地质 层序12)。二叠系茅 口组涉及沉积时间为260~270 延续时间为 10 均每个三级层序延续时间为3.3 国 内外大多数学者认为的1~10 |1 ][¨ 是相近 的。其特征分别如下: 当于中二叠统茅口组下部地层(图 10),时限1~3993)。底界面为Ⅱ型 岩性转换面,属Ⅱ型层序。该层序包含海侵体系域 (高水位体系域(部分,低水位体系 域(发育,侵体系域( 茅口组1~4层地层组成,厚约40m,沉积环境为开 阔台地。海侵体系域(性主要由灰色中厚层 生物碎屑灰岩和灰色中厚层互层的似瘤状灰岩组 成。高水位体系域(茅3层地层 组成,厚约61m,沉积环境也为开阔台地。高水位体 系域(岩性主要由灰.深灰色含泥中.厚层生 物碎屑灰岩和灰成,普遍含有蜓、有孔虫、刺毛类、海百合、腕足等 生物化石。 型层序,构成中二叠统茅口组中部地 层(图10),时限3—6993)。底界面 为Ⅱ型岩性转换面,rI’侵体系域( 茅口组18~25层地层组成,厚约85m,为开阔台地 沉积环境,由灰一深灰生物碎屑灰岩、含生物碎屑灰 岩、块状泥质灰岩和生物介壳灰岩组成。生物碎屑 有有孔虫、蜓、腕足和腹足介壳;并见有一些海绵化 石等。高水位体系域(茅口组26~29层地 层组成,厚约24m,发育台地滩间沉积微相,由深灰 色中厚层蜓灰岩、泥质灰岩组成。 4结论 中国南方扬子区在二叠纪受到特提斯构造影 响甚大,扬子区大部断陷活动加剧,在茅口期构造 拉张,活动加强,受其影响在茅口早期的发生一次 重大的海侵事件,也是中国南方晚古生代以来的最 大海侵期。在整个二叠纪中海侵面积基本上达到 二叠纪最大值,古陆面积缩小到最小。广泛的海侵 使中、下二叠统覆盖在石炭系等不同时代的地层之 上。在梁山组沉积之后,大规模的海侵到来,主要 形成正常浅海碳酸盐岩台地。当时地壳稳定,海域 宽阔,生物繁茂,纵向上形成了栖霞组和茅口组两 套地层。黔南凹陷平塘甘寨地区中二叠统茅口组 为一套碳酸盐岩沉积,主要的岩石类型有亮晶一微 晶生屑灰岩、生物灰岩、微晶灰岩、亮晶内碎屑灰 岩、硅质岩、瘤状灰岩和含燧石灰岩等。茅口组生 物种类较多,有介形虫、腹足、腕足、三叶虫、藻类、 棘屑、蜒、珊瑚、海百合茎等。以开阔台地沉积环境 为主,并且发育了台内浅滩和滩间等沉积微相。 将黔南凹陷平塘甘寨地区中二叠统茅口组划 分为3个三级层序,3个三级层序都缺少低位体系 域(其底界面类型都为Ⅱ型层序界面的岩性 岩相转换面。黔南凹陷贵州平塘地区中二叠统茅 口组的3个Ⅲ级层序个 Ⅲ级层序时间平均为3.3(11等于高水位体系域(侵体系域(于高水位体系域(序中海侵体系域(1’于高水位体系域 ( 参考文献: [1]李祥辉,王成善,陈洪德,等.中国南方二叠纪层序地层时空格 架及充填特征[J]沉积学报,1999,12(4):521—528. 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