黔南－桂中地區(qū)二疊系沉積體系展布規(guī)律及演化

張成弓 陳洪德 陳安清 林良彪 隆 軻 楊 帥

（1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；2.中國(guó)石化西南油氣分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 貴陽(yáng)研究所，貴陽(yáng)550004）

碳酸鹽巖分布面積占全球沉積巖總面積的20%，所蘊(yùn)藏的油氣儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的52%，全球高達(dá)90%的油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)于海相地層［1］。從近年來(lái)的油氣發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)看，碳酸鹽巖仍然是全球發(fā)現(xiàn)大型、特大型油氣田的重要領(lǐng)域，海相地層已成為大油氣田發(fā)現(xiàn)的最主要場(chǎng)所。中國(guó)南方的海相地層則有著其特殊性，比如地層年代較老、熱演化程度較高、構(gòu)造較復(fù)雜、成藏規(guī)律較復(fù)雜等等［2－4］。四川盆地碳酸鹽油氣勘探的巨大成功，顯示出碳酸鹽巖區(qū)的礁灘相帶是中國(guó)南方油氣勘探的重要目標(biāo)。而黔南－桂中拗陷是中國(guó)南方保存條件相對(duì)較好的地區(qū)之一，二疊系層位則具有較好的石油地質(zhì)條件［5］；但是在油氣勘探方面至今還沒(méi)有大的突破，可能與對(duì)該地區(qū)沉積演化及礁灘相帶分布的認(rèn)識(shí)不夠深入有關(guān)。本文通過(guò)運(yùn)用層序地層學(xué)的相關(guān)理論及研究方法，對(duì)黔南－桂中地區(qū)的二疊系層序格架內(nèi)的沉積體系發(fā)育特征及空間展布進(jìn)行系統(tǒng)研究，并探討該地區(qū)二疊紀(jì)古地理的演化，預(yù)測(cè)礁灘相帶的分布，為該區(qū)油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

本文研究的黔南－桂中拗陷橫跨兩省區(qū)，包括廣西壯族自治區(qū)中北部和貴州省東南部（圖1），大致位于東經(jīng)105°15′～110°15′，北緯23°10′～27°20′，勘探面積約83 000km2，其中桂中拗陷的面積為53 900km2，黔南拗陷的面積為29 400 km2。北界為貴陽(yáng)－鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂，東北方向和雪峰隆起相鄰，東界為大瑤山斷裂和龍勝－永福斷裂，西界為紫云－羅甸斷裂。桂中次拗橫跨華南褶皺系和揚(yáng)子陸塊2個(gè)大的構(gòu)造單元，其重磁力場(chǎng)與基底莫霍面處于變化過(guò)渡帶附近，基底很可能存在分異。黔南次拗處于揚(yáng)子陸塊的西南邊緣，上元古界上部的下江群或丹洲群（約800Ma前）淺變質(zhì)巖系構(gòu)成該拗陷的基底，具有雙層與“島鏈”式結(jié)構(gòu)雙重特點(diǎn)。

圖1 黔南－桂中拗陷及其周緣構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨捌拭纥c(diǎn)位圖Fig.1 Tectonic unit division of study area ＆its periphery and profile site

黔南－桂中拗陷是一個(gè)主要由古生界海相地層充填的殘留盆地。黔南拗陷古生界保留較全，具有上古下古2套勘探組合，由海相碎屑巖及碳酸鹽巖組成，厚度達(dá)6～10km；桂中拗陷晚古生代地層保留較全，由海相碎屑巖及碳酸鹽巖組成，累計(jì)厚度可達(dá)6～8km，其中泥盆系深埋地腹，地面出露中上石炭統(tǒng)和二疊系，向斜區(qū)保留部分三疊系。黔南－桂中拗陷構(gòu)造上處于湘桂滇多期復(fù)合構(gòu)造區(qū)，是在板內(nèi)活動(dòng)帶形成的殘留盆地，也是揚(yáng)子地區(qū)海相殘留盆地的典型代表，與中國(guó)西部的塔里木、鄂爾多斯、四川等穩(wěn)定的海相盆地有著本質(zhì)的區(qū)別。該盆地沉積充填演化過(guò)程獨(dú)特，成烴、成藏和保存亦有自身的特色，從而導(dǎo)致油氣勘探方法及勘探關(guān)鍵要素與穩(wěn)定海相盆地有很大的差別。從已有的油氣顯示看，具備發(fā)育大、中型油氣藏的石油地質(zhì)條件，是中國(guó)海相碳酸鹽油氣勘探的有利地區(qū)之一。

2 層序地層劃分

黔南－桂中拗陷的古生界海相地層保存較為完整，受后期構(gòu)造抬升作用的影響，周緣地表露頭多，是中國(guó)南方海相地層研究的經(jīng)典地區(qū)［7，8］。本研究進(jìn)行了大量的二疊系野外露頭剖面測(cè)量，包括貴州織金、貴陽(yáng)龍里間、平塘甘寨、貴州獨(dú)山甲刀寨、廣西河池五圩鄉(xiāng)蓮花坳等典型的二疊系剖面（圖1），并收集了研究區(qū)內(nèi)僅有的幾口鉆測(cè)井資料。依據(jù)經(jīng)典的Vail層序地層學(xué)理論和技術(shù)方法，結(jié)合已有的研究成果［9－14］，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的鉆井和露頭剖面進(jìn)行了層序界面的識(shí)別、體系域劃分和層序結(jié)構(gòu)特征分析，將黔南－桂中拗陷發(fā)育的二疊系劃分出2個(gè)二級(jí)層序（或稱(chēng)為超層序）、12個(gè)三級(jí)層序（表1、圖2）。三級(jí)層序PSQ1相當(dāng)于下二疊統(tǒng)隆林階；三級(jí)層序PSQ2－PSQ7相當(dāng)于中二疊統(tǒng)，三級(jí)層序PSQ8－PSQ12構(gòu)成上二疊統(tǒng)。其中，PSQ1－PSQ7疊加構(gòu)成SS1超層序，PSQ8－PSQ12疊加構(gòu)成SS2超層序的LST和TST。

圖2 貴州織金－黔南安參井－貴陽(yáng)龍里間－平塘甘寨層序及沉積相劃分對(duì)比圖Fig.2 Comparison of stratigraphic sequences and sedimentary facies among Zhijin，Well Ancan，Longlijian and Ganzhai Pingtang in Guizhou

表1 黔南 桂中地區(qū)二疊系層序劃分方案Table 1 Stratigraphic classification scheme for Permian in South Guizhou and Middle Guangxi

3 層序格架與沉積體系

構(gòu)建層序地層格架即把不同地區(qū)同時(shí)代發(fā)育的地層有序地納入統(tǒng)一的地層－時(shí)間格架當(dāng)中進(jìn)行等時(shí)地層對(duì)比［15］。層序地層格架的建立是沉積相空間展布、古地理再造、盆地演化歷史的基礎(chǔ)，同時(shí)為生、儲(chǔ)、蓋的空間疊置關(guān)系及資源評(píng)價(jià)研究提供更為可靠的地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)層序地層的層序界面級(jí)次、體系域結(jié)構(gòu)特征，將研究區(qū)內(nèi)所有的地層剖面進(jìn)行了層序地層分析和對(duì)比，建立了黔南－桂中地區(qū)二疊系的層序地層格架（圖2）。

根據(jù)野外露頭和鉆測(cè)井資料（圖3）、室內(nèi)薄片分析，進(jìn)行了巖石類(lèi)型、沉積構(gòu)造、剖面結(jié)構(gòu)和巖性關(guān)系的綜合分析，在研究區(qū)的二疊系中識(shí)別出了海岸、碳酸鹽臺(tái)地和臺(tái)盆三大沉積體系，并在層序格架內(nèi)進(jìn)行了沉積相對(duì)比（圖2）。

3.1 海岸沉積體系

海岸體系分為有障壁海岸和無(wú)障壁海岸2種沉積相。研究區(qū)只出現(xiàn)無(wú)障壁海岸中的濱岸相，分布于黔南拗陷的梁山組（相當(dāng)于超層序SS1下部）和龍?zhí)督M（相當(dāng)于超層序SS2下部）。如貴州省獨(dú)山縣甲刀寨的中二疊統(tǒng)剖面，該剖面的梁山組下段為呈黃灰色的板狀石英砂巖（圖4－A），中段的石英砂巖則夾碳質(zhì)頁(yè)巖，頂部沉積粒度變細(xì)、泥質(zhì)含量高，為粉砂質(zhì)泥巖，常呈葉片狀。從沉積特征判定，該剖面的梁山組為濱岸沼澤環(huán)境沉積。

圖3 黔南拗陷安參井上二疊統(tǒng)電測(cè)曲線(xiàn)特征Fig.3 Upper Permian electric log curves characteristics of Well Ancan in the South Guizhou depression

3.2 碳酸鹽臺(tái)地沉積體系

碳酸鹽臺(tái)地是黔南－桂中地區(qū)二疊系的主要相帶，又可分為鑲邊臺(tái)地和孤立臺(tái)地，主要發(fā)育于層序SS1的TST、HST和層序SS2的TST。鑲邊臺(tái)地主要發(fā)育于黔南地區(qū)；孤立臺(tái)地主要發(fā)育在桂中地區(qū)。碳酸鹽臺(tái)地體系包括局限臺(tái)地相、開(kāi)闊臺(tái)地相、臺(tái)緣灘相和臺(tái)緣斜坡相。

3.2.1 局限臺(tái)地

該相帶指臺(tái)地內(nèi)水流循環(huán)受限的區(qū)域，水體較咸，生物分異度較高。常見(jiàn)反映蒸發(fā)環(huán)境的巖性或沉積構(gòu)造。

在廣西河池五圩鄉(xiāng)蓮花坳剖面（圖5），下二疊統(tǒng)隆林組由潟湖和砂坪亞相組成，其底部為深灰色絹云板巖、含粉砂泥巖、粉砂巖、灰黑色含云含生物屑微晶灰?guī)r。本層巖石具沉積韻律，為粉砂巖－粉質(zhì)泥巖－絹云板巖－含云含生物屑微晶灰?guī)r，每個(gè)韻律厚度約為5m.絹云板巖和含粉砂泥巖及粉砂巖具水平層理，紋層發(fā)育；粉砂巖見(jiàn)平行層理、砂紋層理，泥質(zhì)或粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，殘余生物屑結(jié)構(gòu)，產(chǎn)少量生物碎片；含云含生物屑微晶灰?guī)r，具水平層理，紋層局部發(fā)育，生物屑結(jié)構(gòu)，微晶結(jié)構(gòu)，單層厚10～30cm，含少量硅質(zhì)團(tuán)塊，生物化石有菊石、腕足碎片。中部深灰色?。袑訝詈莆⒕Щ?guī)r夾灰黑色含生物屑硅質(zhì)巖，兩者之比約4∶1～5∶1，含云微晶灰?guī)r具水平層理，紋層局部發(fā)育，微晶結(jié)構(gòu)，單層厚10～30cm，具沉積韻律性，每個(gè)韻律4～6m，生物化石有腕足、菊石，多為碎片。含生物屑硅質(zhì)巖具水平層理，條帶狀構(gòu)造，生物屑結(jié)構(gòu)，微粒結(jié)構(gòu)，單層厚3～8cm。顯條帶狀分布于灰?guī)r中，局部呈團(tuán)塊狀。

圖4 黔南－桂中地區(qū)二疊系沉積特征Fig.4 Permian sedimentary characteristics in South Guizhou and Middle Guangxi

圖5 廣西河池五圩鄉(xiāng)蓮花坳下二疊統(tǒng)隆林組局限臺(tái)地相沉積特征Fig.5 Lower Permian Longlin Formation restricted platform facies characteristics in Hechiwuyu village of Guangxi province

頂部以風(fēng)化后為灰黃、黃灰、淺黃色絹云板巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，次為深灰色硅質(zhì)巖。前兩者具水平層理，紋層發(fā)育泥質(zhì)、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，單層厚3～5cm，生物化石產(chǎn)腕足；硅質(zhì)巖具水平層理、平行層理、砂紋層理，微粒結(jié)構(gòu)，單層厚5～10cm。本層巖石具沉積韻律性，厚約3～5cm，為硅質(zhì)巖－粉砂質(zhì)泥巖－絹云板巖。

3.2.2 開(kāi)闊臺(tái)地

該相帶為臺(tái)地內(nèi)開(kāi)闊的淺水環(huán)境，水體循環(huán)較通暢，鹽度正常。

黔南地區(qū)主要發(fā)育在中－下二疊統(tǒng)的猴子關(guān)組，中二疊統(tǒng)的茅口組、棲霞組，及上二疊統(tǒng)的長(zhǎng)興組；桂中地區(qū)主要發(fā)育在中二疊統(tǒng)的棲霞組、拔旺組。該相帶發(fā)育的巖層厚，巖石類(lèi)型多，包括生屑灰?guī)r、顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r、粒泥灰?guī)r、泥?；?guī)r及白云巖，可見(jiàn)小型交錯(cuò)層理和水平層理等。生物種類(lèi)豐富，絕大部分為底棲固著類(lèi)，包括有孔蟲(chóng)、、頭足、腕足、棘皮、藻類(lèi)、竹節(jié)石。

如貴陽(yáng)市的平塘縣甘寨剖面發(fā)育的棲霞組主要為開(kāi)闊臺(tái)地相，可識(shí)別出灘和灘間2個(gè)亞相。該剖面底部主要為深灰色的厚層狀生屑微晶灰?guī)r；中段以生屑灰?guī)r為主，夾少量鈣質(zhì)泥巖；頂部為深灰色生屑灰?guī)r，屬生屑灘亞相。該剖面的茅口組中下段生物碎屑灰?guī)r為生屑灘亞相；中部發(fā)育瘤狀灰?guī)r、燧石層等，屬灘間亞相；中上段為以生屑灰?guī)r為主（圖4－B），并發(fā)育有含燧石結(jié)核的泥灰?guī)r，夾有介殼灰?guī)r，發(fā)育水平層理（圖4－C），生物化石包括刺毛類(lèi)、有孔蟲(chóng)、三葉蟲(chóng)、腕足、腹足、、珊瑚、介形類(lèi)、海百合莖，為灘和灘間亞相交互環(huán)境。

3.2.3 臺(tái)緣淺灘

位于碳酸鹽臺(tái)地與廣海之間，海水循環(huán)通暢，能量高（水深5～10m），氧氣充足，鹽度正常，生物繁盛；主要由生物碎屑灰（云）巖、砂屑灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、層孔蟲(chóng)灰?guī)r、珊瑚灰?guī)r等組成。該相帶的巖性包括鮞?；?guī)r、鮞粒白云巖、生物碎屑灰?guī)r、枝狀層孔蟲(chóng)灰?guī)r、亮晶砂屑灰?guī)r、藻團(tuán)粒、砂屑白云巖等；見(jiàn)少許原地生物，剖面具逆粒序結(jié)構(gòu)，發(fā)育底沖刷構(gòu)造和低角度交錯(cuò)層理。顆?；?guī)r較高的結(jié)構(gòu)成熟度反映水體能量較高，環(huán)境動(dòng)蕩。

該相帶主要分布在黔南地區(qū)的長(zhǎng)興組，主要由灰白色中－厚層生物碎屑灰?guī)r夾燧石結(jié)核灰?guī)r組成（圖6）。另外在貴州平塘甘寨剖面上，上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組的臺(tái)地邊緣淺灘相主要為灰白色中－厚層含生物碎屑微晶灰?guī)r，下部灰?guī)r偶見(jiàn)燧石結(jié)核。

圖6 黔南地區(qū)長(zhǎng)興組臺(tái)地邊緣淺灘相－臺(tái)盆相沉積特征Fig.6 Charicteristics of Changxi Formation platform edge shallow facies ＆platform basin facies in South Guizhou

3.2.4 臺(tái)緣斜坡

該相帶為臺(tái)地面向廣海的斜坡地區(qū)，處在浪基面之下、風(fēng)暴浪基面之上。沉積建造不穩(wěn)定。一般為層狀細(xì)粒巖，發(fā)育大型滑塌構(gòu)造，或呈楔狀層及前積層，巖性主要為灰泥丘和鈣屑砂巖。研究區(qū)內(nèi)臺(tái)地前緣斜坡相在黔南地區(qū)的平塘甘寨中二疊統(tǒng)棲霞組發(fā)育，為一套生屑灰?guī)r和泥巖互層（圖4－D）。

3.3 臺(tái)盆沉積體系

水體深度處于陸棚與深海盆地之間，發(fā)育揚(yáng)子克拉通的活動(dòng)型或碎裂型邊緣的碳酸鹽臺(tái)地或陸棚背景，與碳酸鹽孤立臺(tái)地相間分布，相當(dāng)于曾允孚等（1985）提出的“次深盆地相”。臺(tái)盆沉積體系是黔南－桂中地區(qū)二疊系非常特色的相帶，分布于桂中地區(qū)，主要發(fā)育層位為層序SS1的TST和SS2的TST，是烴源巖的主要形成環(huán)境。臺(tái)盆為研究區(qū)的一個(gè)典型沉積環(huán)境（圖6）。如貴州省平塘縣甘寨剖面的大隆組，厚約50m，主要由薄層狀的硅質(zhì)巖組成（圖4－E），夾有碳質(zhì)頁(yè)巖，層面上見(jiàn)有菊石（圖4－F）、腕足、雙殼等化石。

4 層序－古地理演化

通過(guò)對(duì)研究區(qū)的露頭剖面和鉆井的沉積相分析，結(jié)合黔南－桂中地區(qū)二疊紀(jì)的構(gòu)造背景［16－21］，恢復(fù)了幾個(gè)不同時(shí)期的古地理面貌，揭示了該時(shí)期的沉積格局：黔南地區(qū)（南丹－河池?cái)嗔岩员保榕_(tái)地環(huán)境；而桂中地區(qū)（南丹－河池?cái)嗔岩阅希榈湫偷摹芭_(tái)－盆”相間環(huán)境。這種格局受同沉積斷裂控制，臺(tái)盆及孤立臺(tái)地為斷裂切割所致，下降盤(pán)形成盆，地壘區(qū)形成孤臺(tái)。

a.早二疊世隆林期對(duì)應(yīng)于層序SS1的低位期（LST）。研究區(qū)北部地區(qū)受海平面快速下降的影響，成為暴露剝蝕區(qū)，剝蝕區(qū)邊緣為濱岸環(huán)境；南部為殘留臺(tái)盆環(huán)境和臺(tái)隆，即“盆－隆”相間，僅在羅甸—河池—宜州一帶發(fā)育臺(tái)地邊緣礁灘、斜坡相沉積，黔南－桂北地區(qū)中的小部分地區(qū)還維持著二疊紀(jì)前的臺(tái)盆沉積（圖7－A）。

b.中二疊世對(duì)應(yīng)于層序SS1的海侵期（TST）和高位期（HST），該時(shí)期海平面上升導(dǎo)致整個(gè)研究區(qū)被海水淹沒(méi)。桂中地區(qū)受北東和北西方向2組同沉積斷裂體系再次活動(dòng)的影響，成為“臺(tái)－盆”相間的格局（圖7－B）。下降盤(pán)形成的臺(tái)內(nèi)盆地水體明顯加深，地壘區(qū)形成孤臺(tái)在動(dòng)蕩的水體環(huán)境下發(fā)育灘相沉積。北部的黔南地區(qū)主要發(fā)育局限臺(tái)地和開(kāi)闊臺(tái)地相。該時(shí)期沿桂林－柳州－宜州－羅甸一線(xiàn)發(fā)育了一條的狹長(zhǎng)的臺(tái)緣礁灘和臺(tái)緣斜坡相帶。

圖7 黔南－桂中地區(qū)二疊紀(jì)古地理再現(xiàn)圖Fig.7 Paleogeographic map of Permian in South Guizhou and Middle Guangxi

c.晚二疊世吳家坪期對(duì)應(yīng)于層序SS2的低位期（LST），受東吳運(yùn)動(dòng)（中二疊世末期）的影響，相對(duì)海平面再次大幅度下降，整個(gè)研究區(qū)幾乎全部被暴露，僅僅在西南角殘留一臺(tái)盆，該臺(tái)盆周緣的百色－河池－羅甸一帶為臺(tái)緣礁灘－臺(tái)緣斜坡環(huán)境。研究區(qū)東南角的貴港地區(qū)發(fā)育面積很小的陸棚沉積（圖7－C）。

d.晚二疊世長(zhǎng)興期對(duì)應(yīng)于層序SS2的海侵期（TST），海平面快速上升，整個(gè)研究區(qū)再次被海水淹沒(méi)。北部的黔南地區(qū)主體為開(kāi)闊臺(tái)地－局限臺(tái)地沉積，在貴陽(yáng)－都勻－獨(dú)山地區(qū)發(fā)育臺(tái)盆環(huán)境。沿中部的紫云－羅甸－河池－柳州－桂林一線(xiàn)發(fā)育含角礫灰?guī)r，為前緣斜坡沉積。往南再次成為“臺(tái)－盆”相間格局，以地壘為基礎(chǔ)的孤立臺(tái)地以發(fā)育生屑灰?guī)r為特征（圖7－D），包圍孤立臺(tái)地的臺(tái)盆環(huán)境以發(fā)育泥灰?guī)r、頁(yè)巖和硅質(zhì)巖為特征。

5 結(jié)論

a.黔南－桂中拗陷發(fā)育了比較完整的二疊系海相地層，可劃分為2個(gè)超層序（或稱(chēng)為二級(jí)層序）和12個(gè)三級(jí)層序。

b.黔南－桂中地區(qū)二疊系發(fā)育海岸、碳酸鹽臺(tái)地和臺(tái)盆沉積體系。其中，黔南地區(qū)整體上是以臺(tái)地相為主，桂中地區(qū)則以臺(tái)盆相間的沉積格局為主。

c.早二疊世，受全球海平面變化和構(gòu)造抬升作用的影響，黔南地區(qū)為暴露剝蝕區(qū)，桂中地區(qū)為盆－隆相間的沉積格局；中二疊世，海平面快速上升，黔南地區(qū)被淹沒(méi)，沉積環(huán)境演變?yōu)榕_(tái)地環(huán)境，南部的桂中地區(qū)形成明顯的“臺(tái)－盆”相間格局；晚二疊世早期的東吳運(yùn)動(dòng)造成研究區(qū)大面積隆升剝蝕；晚二疊世中晚期，海侵作用使黔南地區(qū)再次淹沒(méi)成為臺(tái)地環(huán)境，南部桂中地區(qū)則演變?yōu)椤芭_(tái)－盆”相間的沉積格局。

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