雪峰山西側(cè)地區(qū)中
--上寒武統(tǒng)層序地層學(xué)特征及層序格架

趙 燦, 李旭兵, 郇金來(lái), 陳孝紅, 劉 安, 危 凱, 張 華

1.國(guó)土資源部武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，武漢 430223 2.中海石油(中國(guó)) 有限公司湛江分公司, 廣東 湛江 524057 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037

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雪峰山西側(cè)地區(qū)中
--上寒武統(tǒng)層序地層學(xué)特征及層序格架

趙 燦1, 李旭兵1, 郇金來(lái)2, 陳孝紅1, 劉 安1, 危 凱1, 張 華3

1.國(guó)土資源部武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，武漢 430223 2.中海石油(中國(guó)) 有限公司湛江分公司, 廣東 湛江 524057 3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037

綜合利用沉積學(xué)、巖石礦物學(xué)、碳同位素地球化學(xué)等分析手段，對(duì)研究區(qū)中--上寒武統(tǒng)層序地層學(xué)特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:中--上寒武統(tǒng)可以劃歸為1個(gè)二級(jí)層序和5個(gè)三級(jí)層序，在二級(jí)層序時(shí)限范圍內(nèi)，淺水相區(qū)經(jīng)歷了由局限臺(tái)地潮坪→開(kāi)闊臺(tái)地→局限臺(tái)地潮坪的沉積演化，斜坡過(guò)渡帶則經(jīng)歷了由臺(tái)地邊緣→前緣緩斜坡→臺(tái)地邊緣的演化，研究區(qū)東南部的深水相區(qū)則由深陸棚→盆地→淺水陸棚組成。三級(jí)層序海侵體系域中沉積的顆粒白云巖、疊層石礁以及晚期高水位體系域中形成的溶孔白云巖、巖溶角礫白云巖的層位具有重要的油氣勘探潛力,是值得關(guān)注和研究的領(lǐng)域。

米級(jí)旋回；層序地層特征；層序地層格架；中--上寒武統(tǒng)；雪峰山西側(cè)

0 前言

中揚(yáng)子及鄰區(qū)作為我國(guó)南方油氣勘探新領(lǐng)域具有重要意義，其發(fā)展演化經(jīng)歷了多個(gè)階段，縱向上形成了震旦系--中三疊統(tǒng)厚逾萬(wàn)米的海相沉積，該區(qū)一直是中國(guó)南方海相油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)。在雪峰山西側(cè)地區(qū), 特別是湘鄂西及其鄰區(qū), 中--上寒武統(tǒng)的時(shí)、空變化極為復(fù)雜，為層序地層研究帶來(lái)了較大的困難。目前，針對(duì)寒武系層序地層特征的研究報(bào)道也大多集中在對(duì)下寒武統(tǒng)的層序劃分和沉積演化序列研究[1-5]，而對(duì)中--上寒武統(tǒng)層序劃分和層序地層特征的研究極少。鑒于此，筆者采用“從巖相序列到米級(jí)旋回、從沉積相序列到三級(jí)層序劃分”[6]的理念，根據(jù)三級(jí)層序的“空間上相序的有序性和時(shí)間上環(huán)境變化的同步性”兩大屬性，在地層沉積相研究基礎(chǔ)上，結(jié)合沉積學(xué)、地球化學(xué)等標(biāo)志, 識(shí)別層序界面、劃分體系域，力圖揭示研究區(qū)中、上寒武統(tǒng)層序地層特征、三級(jí)層序格架約束下的沉積演化規(guī)律，并探討層序格架中生儲(chǔ)組合特征及時(shí)空展布規(guī)律等油氣地質(zhì)調(diào)查的重要方面。

1 地質(zhì)背景

雪峰山西側(cè)地區(qū)，現(xiàn)今處于中上揚(yáng)子地塊東部邊緣與雪峰山基底拆離造山帶之間，屬于雪峰山前緣向四川盆地主體過(guò)渡的區(qū)域。西起重慶黔江、東抵湖南桃園、南至湖北秭歸、北到湖南漣源，大致夾持于齊岳山與雪峰山兩大山脈之間[7]。長(zhǎng)期以來(lái), 針對(duì)中揚(yáng)子地區(qū)的勘探是一個(gè)久攻不下的難題。自晚元古代統(tǒng)一的變質(zhì)基底形成，中揚(yáng)子準(zhǔn)克拉通化過(guò)程完成之后,先后經(jīng)歷了加里東期、海西--早印支期、晚印支--早燕山期以及晚燕山--喜山期4次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)旋回，空間上疊置形成海盆、煤盆和鹽盆, 其中也包含了海相多領(lǐng)域、多層系的油氣成藏體系, 以礁灘相灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖、古巖溶為最有利儲(chǔ)層[8-9], 顯示了巨大的勘探潛力。進(jìn)入寒武紀(jì)，該區(qū)以碳酸鹽臺(tái)地沉積為主體,北部為南秦嶺海槽深水區(qū),南部邊緣由一斜坡過(guò)渡帶與華南海深水盆地過(guò)渡。東、西發(fā)育兩大陸地,即東南部的華夏古陸和西部的康滇古陸[2]。區(qū)域上，中揚(yáng)子地區(qū)水體南北深中部淺，南部與華南海相接,北部同秦嶺海槽相連。早寒武世早期，中揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育鄂中古陸，古陸周?chē)笔潞浣y(tǒng)水井沱組和石牌組，自南而北沉積相依次為大陸斜坡、外陸棚、內(nèi)陸棚、局限臺(tái)地。中寒武世與晚寒武世沉積相展布相似，湖北境內(nèi)以局限臺(tái)地相為主，南北仍維持深水環(huán)境(圖1);不同的是，中寒武世時(shí)，湘西北地區(qū)發(fā)育內(nèi)陸棚和外棚沉積，晚寒武世湘西北一帶缺少陸棚沉積,而發(fā)育臺(tái)地前緣斜坡相，江南古陸已現(xiàn)雛形。

2 米級(jí)旋回

“米級(jí)旋回”的概念出自于地層堆積作用的“間斷--加積--旋回”模式[10],被定義為“露頭上能直接識(shí)別的數(shù)厘米至數(shù)米厚、成因相關(guān)的巖相單元所構(gòu)成的地層序列”[11]。從巖相序列到沉積旋回的識(shí)別, 根據(jù)沉積旋回的有序疊加形式所反映的沉積相趨勢(shì)變化進(jìn)行長(zhǎng)周期三級(jí)層序和四級(jí)亞層序的識(shí)別與劃分, 不但是對(duì)層序地層學(xué)中欠完整的“準(zhǔn)層序”的良好補(bǔ)充, 而且是在地層年代格架內(nèi)觀察沉積趨勢(shì)的最好方法[12-14]。前人[15]詳細(xì)總結(jié)了碳酸鹽巖米級(jí)旋回分類(lèi)體系并將碳酸鹽巖米級(jí)旋回歸為4大類(lèi)[14-16](圖2):a. 環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回；b. L-M型碳酸鹽巖米級(jí)旋回；c. 潮下型碳酸鹽巖米級(jí)旋回；d. 深水非對(duì)稱(chēng)型碳酸鹽巖米級(jí)旋回。

圖1 研究區(qū)中--晚寒武世古地理圖(圖中★號(hào)代表實(shí)測(cè)剖面位置)Fig.1 Middle-Upper Cambrian palaeogeographic maps of the western Xuefeng Mountains area

圖2 雪峰山西側(cè)埃迪卡拉系的米級(jí)旋回特征Fig.2 Types of the Ediacaran meter-scale cyclic sequence in western Xuefeng Mountains area

基于前人的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐成果，筆者通過(guò)近十條剖面的精細(xì)測(cè)制、觀察和描述發(fā)現(xiàn)在研究區(qū)中--上寒武統(tǒng)上述4種類(lèi)型米級(jí)旋回層序均有發(fā)育。且以環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回最為常見(jiàn)。

2.1 環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回

早期由Read[17]以潮坪碳酸鹽相序模式的形式進(jìn)行了描述和總結(jié), 并有國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者[16,18-21]對(duì)潮坪碳酸鹽巖米級(jí)旋回進(jìn)行過(guò)研究，旋回頂部有明顯的白云石化以及喀斯特化作用，代表了該類(lèi)型旋回的界面以瞬時(shí)暴露間斷面為特征。環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回見(jiàn)于峽東地區(qū)中寒武統(tǒng)覃家廟組至三游洞群下部新坪組和武陵山地層區(qū)的孔王溪組中。以宜昌兆吉坪和長(zhǎng)陽(yáng)鴨子口覃家廟組剖面為例(圖2a，圖3a、b)，該類(lèi)米級(jí)旋回的巖相單元通常包括:A1.形成于下潮間坪至潮下帶上部的灰質(zhì)白云巖、鮞?；?guī)r、顆粒灰?guī)r；A2.形成于下潮間坪波狀疊層石白云巖; A3.形成于上潮間坪的(含砂屑)泥晶白云巖; A4.形成于潮上坪的泥質(zhì)白云巖、含膏白云巖; A5.形成于瀉湖相白云質(zhì)泥頁(yè)巖。這5種巖相單元構(gòu)成了環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回中的4個(gè)巖相序列。每一種巖相單元的重復(fù)性產(chǎn)出和發(fā)育，并隨著沉積環(huán)境水體的逐漸變化，各旋回層的相序組構(gòu)也發(fā)生有規(guī)律的改變。在三級(jí)海平面上升所造成的沉積環(huán)境水體加深過(guò)程中，巖相單元A1、A2和A3較為發(fā)育,且以近似對(duì)稱(chēng)的巖相序列為特征; 反之, 在三級(jí)海平面下降所造成的沉積環(huán)境水體變淺過(guò)程中,單元A1和A2相對(duì)不發(fā)育，取而代之的是單元A3、A4和A5的頻繁出現(xiàn)，旋回層由近似對(duì)稱(chēng)的巖相序列變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)的向上變淺序列。

a. 環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回,三游洞群新坪組，湖北宜昌兆吉坪，局限臺(tái)地潮坪沉積；b. 覃家廟組，湖北長(zhǎng)陽(yáng)鴨子口，局限臺(tái)地潮坪沉積；c. L-M型碳酸鹽巖米級(jí)旋回,旋回單元由灰黑色泥巖(I)、泥灰?guī)r、(II)泥晶灰?guī)r(III)組成，緩斜坡沉積，花橋組，湖南古丈王村；d. 潮下型碳酸鹽巖米級(jí)旋回,旋回單元由條帶狀含泥灰?guī)r(I)、鮞?；?guī)r(II)組成，臺(tái)地邊緣沉積，天河板組，湖北秭歸蓮沱；e. 深水型碳酸鹽巖米級(jí)旋回單元由深黑色炭質(zhì)頁(yè)巖(I)、含炭質(zhì)泥微晶灰?guī)r(II)組成，盆地-陸棚沉積，探溪組，安化大福。圖3 碳酸鹽巖米級(jí)旋回野外露頭Fig.3 Outcrops of the carbonate meter-scale cyclic sequence

2.2 L-M型碳酸鹽巖米級(jí)旋回

該類(lèi)米級(jí)旋回是研究得最早的一種沉積旋回類(lèi)型[22-24]，由泥灰?guī)r(marl)和灰?guī)r(limestone)構(gòu)成的一種簡(jiǎn)單韻律形式而得名，形成在斜坡至陸棚背景之中，其基本特征為,總體上環(huán)境向上變淺，而碳酸鹽組分向上增多[25]。研究區(qū)過(guò)渡環(huán)境中的中--上寒武統(tǒng)廣泛發(fā)育此類(lèi)米級(jí)旋回，另外三峽地區(qū)的下寒武統(tǒng)天河板組和武陵山地區(qū)的清虛洞組中均保存有典型的該類(lèi)旋回。理論上，一個(gè)完整的旋回層序常由炭質(zhì)頁(yè)巖、瘤狀灰?guī)r、泥灰?guī)r以及泥晶灰?guī)r幾個(gè)單元組成，最常見(jiàn)的是兩個(gè)單元組成的序列,故Einsele等[26]將它們稱(chēng)作“L-M對(duì)偶層”。以湘西王村剖面為例，該類(lèi)米級(jí)旋回主要由以下3種類(lèi)型最為常見(jiàn)：①單元B1(泥灰?guī)r)與單元B2(砂屑灰?guī)r)組合(圖2bI,圖3c)；②單元B3(瘤狀灰?guī)r)與單元B4(泥晶灰?guī)r)的組合(圖2bII)；③單元B5(炭質(zhì)頁(yè)巖)與單元B1(泥灰?guī)r)組合(圖2bIII)。梅冥相等[6]認(rèn)為這種碳酸鹽巖米級(jí)旋回層序主要形成于較深水的斜坡地帶。趙燦等[27-28]的研究認(rèn)為該類(lèi)旋回屬于硅質(zhì)碎屑巖與碳酸鹽巖旋回性互層或相互交叉形成的混積巖中的一種類(lèi)型,即混積物本身的交互沉積，原地混合作用或濁流事件使得混積作用得以發(fā)生，并證實(shí)了受米蘭科維奇旋回影響的氣候因素對(duì)此類(lèi)混合沉積作用的發(fā)生、發(fā)展具有極為重要影響。王村剖面的花橋組及車(chē)夫組保存的L-M 型碳酸鹽巖米級(jí)旋回即是發(fā)生在較深水環(huán)境的、典型的受間歇性濁流和風(fēng)暴流事件[29]影響而形成的混合沉積作用的產(chǎn)物。

2.3 潮下型碳酸鹽巖米級(jí)旋回

該類(lèi)旋回最早由Osleger[30]提出并系統(tǒng)總結(jié), 這種類(lèi)型的旋回不具暴露作用特征, 為一個(gè)疊加在加深間斷面(類(lèi)似于海泛面) 之上的變淺序列, 形成一個(gè)沉積環(huán)境總體向上變淺、巖層向上變厚、顆粒向上變粗的“反粒序相序序列”。此類(lèi)旋回在研究區(qū)的開(kāi)闊臺(tái)地環(huán)境以及碳酸鹽礁、灘等環(huán)境中最為常見(jiàn)，有兩種組合方式:①泥晶白云巖與粒屑白云巖組合，下部巖石單元常為薄層狀泥晶白云巖或含生屑泥晶白云巖,上部巖石單元為鮞粒白云巖或砂屑白云巖(圖2cI、II)。該類(lèi)型最為常見(jiàn)，屬受波浪動(dòng)力控制形成的旋回類(lèi)型。②鈣質(zhì)頁(yè)巖與鮞粒白云巖組合，下部巖石單元為鈣質(zhì)頁(yè)巖，上部巖石單元為鮞粒白云巖(圖2cIII,圖3d)。

2.4 深水非對(duì)稱(chēng)型碳酸鹽巖米級(jí)旋回

最早由Masetti等[31]提出并系統(tǒng)描述和研究, 其總體特征類(lèi)似于潮下型,這種類(lèi)型的碳酸鹽巖米級(jí)旋回常常發(fā)育在鑲嵌陸架型臺(tái)地邊緣的上斜坡環(huán)境或深水陸棚環(huán)境中。研究區(qū)該類(lèi)米級(jí)旋回與L-M型碳酸鹽巖米級(jí)旋回相似，但是規(guī)模上和旋回內(nèi)各單元的厚度更大。以安化大福瑯琳沖剖面中--上寒武統(tǒng)探溪組為例，該旋回層序常由5個(gè)單元組成:C1.黑色炭質(zhì)頁(yè)巖或深灰色鈣質(zhì)頁(yè)巖;C2.泥灰?guī)r;C3.含炭質(zhì)泥微晶灰?guī)r;C4.泥晶灰?guī)r;C5.砂屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r。但完整的旋回層序很少見(jiàn)，剖面中共發(fā)現(xiàn)了5種組合方式(圖2d):①單元C1(黑色炭質(zhì)頁(yè)巖)與C2(泥灰?guī)r)組合(圖2dI)；②單元C1(深灰色鈣質(zhì)頁(yè)巖)與單元C3(含炭質(zhì)泥微晶灰?guī)r)組合(圖2dII,圖3e)；③單元C1(深灰色鈣質(zhì)頁(yè)巖)與單元C4(泥晶灰?guī)r)組合(圖2dIII)；④單元C2(泥灰?guī)r)和單元C3(含炭質(zhì)泥微晶灰?guī)r)組合(圖2dIV)；⑤單元C3(含炭質(zhì)泥微晶灰?guī)r)與單元C4(含砂屑泥晶灰?guī)r)、單元C5(砂屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r)組合(圖2dV)。

3 中--上寒武統(tǒng)的層序特征及層序劃分

3.1 深水背景中--上寒武統(tǒng)的層序特征及層序劃分

以安化大福剖面為例，該剖面的中--上寒武統(tǒng)主要為大套陸棚至盆地相炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r等構(gòu)成，包括污泥塘組和探溪組(圖4)。

在污泥塘組底部地層中，與三級(jí)層序中水深變深響應(yīng)的是深陸棚相至盆地相炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖沉積，巖石中常見(jiàn)星點(diǎn)狀分布的黃鐵礦、鈣質(zhì)或黃鐵礦化的海綿骨針，水平紋層發(fā)育。而與三級(jí)層序中水深變淺響應(yīng)的則是形成厚層--塊狀泥灰?guī)r、中--厚層細(xì)晶灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)泥巖、厚層狀泥晶灰?guī)r地層。由此可以將污泥塘組劃分出2個(gè)三級(jí)層序SQ1、SQ2：

圖4 安化大福剖面中--上寒武統(tǒng)層序地層劃分Fig.4 Sequence-stratigraphic division of the Middle to Upper Cambrian at the Dafu section in Anhua

層序SQ1：污泥塘組底部的陸棚相黑色炭質(zhì)灰?guī)r地層組成具有向上層厚逐漸減薄趨勢(shì)的海侵體系域(TST)，向上變?yōu)橐陨詈谏?、黑色炭質(zhì)泥巖發(fā)育的凝縮段(CS)沉積。層序頂部發(fā)育淺陸棚相厚層狀黑色泥質(zhì)灰?guī)r，構(gòu)成一個(gè)總體向上變淺的沉積序列。層序SQ2：底部為一套厚度約56 m的盆地相深黑色炭質(zhì)泥巖地層，組成凝縮段(CS)，層序的早期高位體系域(EHST)中以灰黑色泥晶灰?guī)r夾黑色炭質(zhì)(鈣質(zhì))泥巖為特點(diǎn)，從早期高位體系域到晚期高位體系域(LHST)炭質(zhì)泥巖夾層逐漸變薄直至消失，泥晶灰?guī)r或細(xì)晶灰?guī)r層逐漸變厚，表明隨海平面下降過(guò)程沉積環(huán)境也逐漸變淺。并且，這種變淺過(guò)程同臺(tái)地淺水區(qū)一樣，即使在深水沉積背景中也有響應(yīng)。

探溪組下部厚度約10 m的淺陸棚相黃綠色薄層鈣質(zhì)泥巖、泥晶灰?guī)r組成三級(jí)層序SQ3的凝縮段(CS)，早期高位體系域發(fā)育具水平紋層的薄層泥晶灰?guī)r，偶夾透鏡狀砂屑灰?guī)r。至晚期高位體系域出現(xiàn)塊狀泥-粉晶灰?guī)r以及風(fēng)暴丘狀層理保存完好的砂屑灰?guī)r等淺水組合的地層，較好地代表了三級(jí)海平面下降所造成的沉積環(huán)境變淺特征。同時(shí)，該層序頂部的斜坡-臺(tái)地相沉積與層序SQ4底部的陸棚相鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r地層之間的相帶不連續(xù)所代表的“跳相”現(xiàn)象也是良好的層序界面識(shí)別標(biāo)志。層序SQ4的基本特征與SQ3類(lèi)似，凝縮段(CS)為陸棚相炭質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r，從早期高位體系域至晚期高位體系域，巖石類(lèi)型逐漸由含炭質(zhì)泥灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖向泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r過(guò)渡，沉積環(huán)境總體變淺，只是幅度不及層序SQ3。層序SQ4頂部仍然以可容納空間迅速增長(zhǎng)造成的碳酸鹽淹沒(méi)作用，即碳酸鹽巖與上覆的細(xì)粒遠(yuǎn)洋相之間“淹沒(méi)不整合面”[32-35]為層序界面，作為與上覆層序SQ5的劃分標(biāo)志。探溪組頂部層序SQ5底部以一套厚度近40 m的深黑色炭質(zhì)泥巖夾薄層泥晶灰?guī)r為特征，屬于深水陸棚相沉積,構(gòu)成層序的凝縮段(CS)，早期高水位體系域中以較多的泥晶灰?guī)r夾炭質(zhì)灰?guī)r為主,晚期高水位體系域中常常發(fā)育細(xì)晶灰?guī)r夾極薄層炭質(zhì)頁(yè)巖，自下而上灰?guī)r層和泥灰?guī)r增厚變多。

3.2 過(guò)渡背景中--上寒武統(tǒng)的層序特征及層序劃分

在過(guò)渡背景中，中--上寒武統(tǒng)自下而上被劃分為熬溪組、花橋組、車(chē)夫組、比條組和追屯組(圖5)。湘西王村剖面、花垣排碧剖面、桃源瓦兒崗剖面均是過(guò)渡環(huán)境的典型代表。下文以湘西王村剖面為例，通過(guò)巖石學(xué)特征分析，結(jié)合碳同位素地球化學(xué)特征對(duì)過(guò)渡背景中中--上寒武統(tǒng)的層序特征加以研究。

圖5 永順王村剖面中--上寒武統(tǒng)層序地層劃分Fig.5 Sequence-stratigraphic division of the Middle to Upper Cambrian at the Wangcun section in Yongshun

王村剖面的中寒武統(tǒng)仍可以劃分為2個(gè)三級(jí)層序，主要包括熬溪組、花橋組。其中敖溪組下部為泥巖和灰色中層狀泥質(zhì)白云巖,夾灰綠色泥巖,向上泥巖逐漸變少,白云巖逐漸增多，且單層厚度逐漸增大；中--上部為灰色厚層狀泥質(zhì)白云巖,夾薄層狀泥質(zhì)白云巖、砂屑白云巖，沉積相序上由前緣緩斜坡相逐漸過(guò)渡為臺(tái)地邊緣相，水深漸淺，進(jìn)積序列明顯，構(gòu)成一個(gè)完整的三級(jí)層序SQ1。而花橋組下部的灰黑色中層狀泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r等遠(yuǎn)源濁流組合一起，構(gòu)成下一個(gè)三級(jí)層序SQ2的海侵體系域；中--上部的前緣緩斜坡相的條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r、生屑砂屑灰?guī)r則構(gòu)成層序的高水位體系域。

上寒武統(tǒng)主要包括花橋組頂部、車(chē)夫組、比條組和追屯組，可以劃分為3個(gè)三級(jí)層序SQ3--SQ5。其中，花橋組頂部至車(chē)夫組均由灰色及深灰色薄至中厚層條帶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r組成，發(fā)育典型的由泥質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r構(gòu)成的一種韻律型L-M型[22]米級(jí)旋回,巖性差別微小，僅從巖石學(xué)和相序組合特征上較難準(zhǔn)確劃分層序。前人[36-38]的研究表明：未受成巖蝕變作用的碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成主要記錄了碳酸鹽巖原始沉積時(shí)的同位素組成信息，與地質(zhì)時(shí)期海水中的同位素組成變化相關(guān)，可以較好地反演海平面變化、層序地層響應(yīng)。前人[37-41]的實(shí)踐也已證實(shí)碳、氧、鍶同位素值在層序的不同體系域內(nèi)可以呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。

從碳同位素測(cè)試結(jié)果看，碳穩(wěn)定同位素的變化區(qū)間為-0.73‰～3.05‰，均值為1.59‰，從花橋組頂部開(kāi)始，碳穩(wěn)定同位素具有明顯的正漂移的趨勢(shì)，其值從0.69‰逐漸增加，至上覆地層車(chē)夫組中部達(dá)到峰值3.05‰，其后，其值逐漸減小，大致在比條組中部達(dá)到最低0.67‰。這一碳穩(wěn)定同位素的正漂移事件被稱(chēng)為SPICE事件(圖5)。此次碳同位素組成的正漂移開(kāi)始處為全球寒武系武陵統(tǒng)與芙蓉統(tǒng)的分界位置，亦即傳統(tǒng)寒武系中、上統(tǒng)的分界處。這次顯著的碳同位素組成正漂移事件基本上開(kāi)始于marjumiid生物層，結(jié)束于Pterocephalid生物層，處于兩次三葉蟲(chóng)絕滅層位之間，在海平面緩慢下降時(shí)期，生物繁盛，大量有機(jī)質(zhì)快速埋藏，從而造成海水中13C濃度的增加，并具備較高的13C值[42]。Saltzman[43]認(rèn)為該次碳同位素組成的正漂移起于高水位晚期, 其層序界面位于SPICE正漂移晚期。結(jié)合前人的研究以及本文的同位素演化特征，將花橋組頂部至比條組下部進(jìn)行層序劃分；花橋組頂部開(kāi)始δ13C值從0.69‰逐漸增加至1.09‰，該階段劃歸SQ2層序的晚期高水位體系域；從車(chē)夫組下部開(kāi)始δ13C值持續(xù)增加到中部達(dá)到峰值3.05‰，該階段劃歸為SQ3層序的海侵體系域；其后，δ13C值逐漸減小，大致在比條組中部達(dá)到最低0.67‰，劃歸為SQ3層序的高水位體系域。

以比條組中部的亮晶砂屑灰?guī)r、藻屑生物碎屑灰?guī)r出現(xiàn)(厚度約5m)為標(biāo)志, 與其上部的前緣緩斜坡--淺陸棚相泥晶灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、黑色炭質(zhì)鈣質(zhì)泥巖一起組成SQ4層序的海侵體系域，而追屯組下部厚約55 m的前緣緩斜坡--臺(tái)地邊緣相的白云質(zhì)灰?guī)r則構(gòu)成SQ4層序三級(jí)海平面相對(duì)下降階段的高水位體系域。

追屯組中部至頂部層序以“CS(凝縮段)+HST(高水位體系域)”序列為特征，層序界面可由覆蓋在SQ4頂部臺(tái)地相白云石化灰?guī)r地層之上的“淹沒(méi)”現(xiàn)象加以識(shí)別，SQ5底部的陸棚相薄層狀含鈣質(zhì)泥巖的泥晶灰?guī)r與薄層狀鈣質(zhì)泥巖韻律狀互層構(gòu)成層序SQ5的凝縮段(CS)，高水位體系域則為追屯組頂部厚層狀細(xì)晶白云巖地層。

3.3 淺水臺(tái)地背景中--上寒武統(tǒng)的層序特征及層序劃分

在淺水臺(tái)地背景中，中--上寒武統(tǒng)在宜昌地區(qū)被劃分為覃家廟組和三游洞群，鄂西鶴峰一帶中寒武統(tǒng)分為下部高臺(tái)組和上部孔王溪組，上寒武統(tǒng)稱(chēng)耗子沱群(或婁山關(guān)群)。其中中寒武統(tǒng)雖也以白云巖為主, 但夾有較多的灰?guī)r、泥巖層，并且產(chǎn)較多的三葉蟲(chóng)化石,與上覆化石稀少的三游洞組(或耗子沱群)有較為明顯的區(qū)別。下文以宜昌長(zhǎng)陽(yáng)縣鴨子口剖面為例，對(duì)淺水臺(tái)地背景中--上寒武統(tǒng)的層序特征(圖6、圖7)加以描述：

宜昌長(zhǎng)陽(yáng)縣鴨子口剖面的中寒武統(tǒng)包括覃家廟組和三游洞組下部地層，可以劃分為2個(gè)三級(jí)層序。值得一提的是，在峽東地區(qū)層序SQ1底界面特征為石龍洞組頂部普遍存在的暴露間斷面，該不整合面與傳統(tǒng)的中、下寒武統(tǒng)的底界一致，從層序地層的角度來(lái)看表現(xiàn)為Ⅰ型層序界面特征：界面明顯起伏不平、上超現(xiàn)象較清晰，界面之下的石龍洞組頂部普遍發(fā)育角礫白云巖和溶蝕孔極為發(fā)育的晶粒白云巖，界面處有軟的風(fēng)化黏土層，界面之上的覃家廟組底部巖層明顯較下伏石龍洞組由厚層變?yōu)楸幽噘|(zhì)白云巖。

其中覃家廟組下部局限臺(tái)地潮坪相薄層狀泥巖、泥質(zhì)白云巖、竹葉狀白云巖、疊層石白云巖構(gòu)成了層序SQ1的海侵體系域，屬于早--中寒武世之交海平面下降臺(tái)地暴露事件之后，再一次海侵作用的產(chǎn)物，沉積環(huán)境由局限臺(tái)地潮上--潮間帶逐步加深至潮下帶上部，至最大海泛面附近沉積了一套泥晶白云巖地層，層序的高水位體系域?yàn)橐惶子沙遍g帶--潮上帶沉積的泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖、泥晶白云巖組成，發(fā)育典型的“環(huán)潮坪型碳酸鹽巖米級(jí)旋回”(或稱(chēng)之為“洛非爾旋回層”)。

圖6 宜昌鴨子口剖面中寒武統(tǒng)層序地層劃分Fig.6 Sequence-stratigraphic division of the Middle Cambrian at the Yazikou section in Yichang

三級(jí)層序SQ2在峽東地區(qū)相當(dāng)于覃家廟組中上部地層，在層序底界面為典型的Ⅰ型層序界面，湖北宜昌兆吉坪剖面由厚約3.9 m的黃白色厚層粗粒鈣屑長(zhǎng)石石英砂巖構(gòu)成，發(fā)育低水位體系域沉積(LST)。界面之上為厚約47 m的瀉湖相薄層白云巖與薄層泥質(zhì)白云巖互層，從沉積時(shí)期開(kāi)始沉積環(huán)境總體上逐漸變深至潮間帶下部--潮下帶，包含數(shù)個(gè)厚層狀含顆粒泥晶白云巖夾薄層泥質(zhì)白云巖旋回組成的近于對(duì)稱(chēng)的巖相序列。層序SQ2的高水位體系域相當(dāng)于覃家廟組頂部至三游洞組下部新坪組地層，構(gòu)成“米級(jí)旋回”的巖相單元常為: D1.下潮間坪疊層石白云巖；D2.上潮間坪泥質(zhì)白云巖；D3.潮上坪泥質(zhì)白云巖；D4.瀉湖相白云質(zhì)泥頁(yè)巖。每一米級(jí)旋回層均以瞬時(shí)暴露間斷面為分界面。剖面由下至上巖相單元由2個(gè)D1 D2 D3近似對(duì)稱(chēng)組合組建過(guò)渡為D1 D3 D4、D2 D3 D4和D2 D4、D3 D4組合的旋回層，由近似對(duì)稱(chēng)的巖相序列變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)的向上變淺序列，且在HST中D1、D4單元的發(fā)育逐步占據(jù)優(yōu)勢(shì)，總體上也顯示沉積環(huán)境向上變淺的特征。

該剖面上寒武統(tǒng)三游洞組白云巖地層(圖7)大致可以劃分為3個(gè)三級(jí)層序：SQ3--SQ5。這3個(gè)三級(jí)層序結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其基本特征為: 層序的海侵體系域中，與三級(jí)海平上升相響應(yīng)的環(huán)境加深過(guò)程以沉積疊層石白云巖、砂礫屑白云巖和藻白云巖為特色,普遍發(fā)育沖刷面構(gòu)造、板狀交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理等，而層序的高水位體系域尤其在晚期高水位體系域中，與三級(jí)海平面下降相響應(yīng)的環(huán)境變淺過(guò)程則主要形成局限臺(tái)地相泥質(zhì)白云巖、粉晶白云巖等，雪花狀溶蝕孔、鳥(niǎo)眼構(gòu)造常見(jiàn)。上述特征在層序SQ3、SQ4中表現(xiàn)尤為典型。三級(jí)層序的頂界面主要由“暴露間斷面”所構(gòu)成(類(lèi)似于Vail等[44]所定義的界面類(lèi)型)。層序頂部的晚期高水位體系域中局限海臺(tái)地相泥質(zhì)或粉晶白云巖地層、與上覆層序底部的海侵體系域中的開(kāi)闊臺(tái)地相厚層塊狀藻疊層石白云巖和砂礫屑白云巖地層之間的“跳相”現(xiàn)象是識(shí)別層序界面的主要標(biāo)志。

圖7 長(zhǎng)陽(yáng)鴨子口剖面上寒武統(tǒng)層序地層劃分Fig.7 Sequence-stratigraphic division of the Upper Cambrian at the Yazikou section in Yichang

4 中--上寒武統(tǒng)層序地層格架

圖8 研究區(qū)中--上寒武統(tǒng)沉積-層序地層格架Fig.8 Sequence-chronostratigraphic framework of the Middle to Upper Cambrian in the study area

研究區(qū)寒武系從北西--南東由臺(tái)地相--斜坡相--盆地相逐漸過(guò)渡，橫向變化顯著，巖石地層單位較為復(fù)雜，在不同的沉積相區(qū)、或同一相區(qū)中不同的地理區(qū)所發(fā)育的巖石地層序列各有特點(diǎn)。在淺水臺(tái)地背景下，峽東地區(qū)的中--上寒武統(tǒng)總體上以一套厚度較大的白云巖沉積為主。包括產(chǎn)三葉蟲(chóng)Schopfospis，Solenoparia，Anomocarella，Amphoton等局限臺(tái)地潮坪相的覃家廟組，發(fā)育薄層狀白云巖，鮞狀白云巖，白云質(zhì)灰?guī)r，同生角礫白云巖。而三游洞組主要為一套厚度近900 m的灰色厚層-塊狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)頁(yè)巖，夾同生角礫巖，僅下部產(chǎn)三葉蟲(chóng)Paranomocare等。在湖北咸豐、鶴峰，湖南桑植一帶中寒武統(tǒng)類(lèi)似于峽東地區(qū)覃家廟組的層位有所偏高, 甚至可以達(dá)到中寒武統(tǒng)之頂部，該套地層被命名為高臺(tái)組和孔王溪組，其中前者巖性為厚15～53 m的白云巖、頁(yè)巖、鮞?；?guī)r，產(chǎn)三葉蟲(chóng)：Kaotaia，Proasaphiscus等；后者巖性為白云巖、泥質(zhì)白云巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)三葉蟲(chóng)：Peronopsis，Honania，F(xiàn)uchouia，Peishania，Solenoparia，Elrathia，Eosoptychoparia等，覆蓋在其上的是上寒武統(tǒng)厚度近550 m的化石相對(duì)貧乏的耗子沱群(或稱(chēng)婁山關(guān)群)白云巖。與峽東地區(qū)比較，上述區(qū)域在古地理背景上雖然總體與之相似，但中--上寒武統(tǒng)尤其是中寒武統(tǒng)灰?guī)r地層明顯增多，體現(xiàn)出典型的相變特征，沉積環(huán)境相對(duì)于峽東地區(qū)有所變深。而在湖南張家界一帶，婁山關(guān)組發(fā)育大量的藻紋層白云巖、疊層石白云巖，并與鮞粒白云巖、粉--細(xì)晶白云巖互層產(chǎn)出，顯示開(kāi)闊臺(tái)地--臺(tái)地邊緣沉積特征；且由于其大部分時(shí)間段處于臺(tái)地邊緣的特殊的古地理背景，沉積物易于受早期滲透回流作用白云石化和后期熱液白云石化作用的改造，使得該區(qū)域內(nèi)白云巖地層較其他區(qū)域明顯增厚，顆粒巖厚度也明顯加大。在過(guò)渡背景的古斜坡環(huán)境中的中--上寒武統(tǒng)主要發(fā)育具有重力流性質(zhì)的泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、黑色中--厚層泥灰?guī)r，少量風(fēng)暴礫屑灰?guī)r，局部地區(qū)在晚寒武世末期沉積了少量晶粒白云巖，結(jié)合化石類(lèi)型前人將這些地層劃分為中寒武統(tǒng)熬溪組、花橋組及上寒武統(tǒng)車(chē)夫組、比條組、追屯組。在沉積環(huán)境更深的湖南安化一帶, 中--上寒武統(tǒng)為大套陸棚至盆地相炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r，巖性相對(duì)較為單一，總體上把探溪組大部分歸為中寒武統(tǒng)，探溪組頂部地層和污泥塘組歸為上寒武統(tǒng)。

綜上所述，對(duì)于研究區(qū)的中--上寒武統(tǒng)，西北部的大套白云巖地層只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的巖石地層劃分：底部為覃家廟組、中上部稱(chēng)婁山關(guān)群；中部地區(qū)下部為高臺(tái)組和孔王溪組，上部為耗子沱群(或婁山關(guān)群)；東南部的地層也只能劃分相對(duì)較為簡(jiǎn)單的巖石地層序列，包括中統(tǒng)探溪組，上統(tǒng)污泥塘組；過(guò)渡地帶的古斜坡背景中，巖石地層序列相對(duì)復(fù)雜，淺水臺(tái)地背景中的大套白云巖與深水背景下的炭質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r地層形成強(qiáng)烈的反差。圖8所示的沉積-層序格架可以較好地反映上述特征。

5 三級(jí)層序沉積演化序列

據(jù)中--上寒武統(tǒng)的沉積相平面展布和縱向特征，可以將研究區(qū)劃分為淺水臺(tái)地、斜坡過(guò)渡帶、陸棚-盆地3個(gè)沉積相區(qū)。其中位于西北部的淺水臺(tái)地以早--中寒武世之交的暴露不整合面為沉積超覆面，自下而上組成了由局限臺(tái)地潮坪→開(kāi)闊臺(tái)地→局限臺(tái)地潮坪的沉積演化，或由開(kāi)闊臺(tái)地→臺(tái)地邊緣灘→開(kāi)闊臺(tái)地的1個(gè)完整的二級(jí)海侵--海退旋回。斜坡過(guò)渡帶則經(jīng)歷了由臺(tái)地邊緣→前緣緩斜坡→臺(tái)地邊緣的沉積演化序列。而位于研究區(qū)東南部的陸棚-盆地相區(qū)自下而上由深陸棚→盆地→淺水陸棚組成與淺水臺(tái)地相區(qū)相對(duì)應(yīng)的區(qū)域性海侵--海退沉積演化序列(圖8)。從整個(gè)研究區(qū)沉積環(huán)境的演化特點(diǎn)來(lái)看，西北部的淺水臺(tái)地受海平面變化影響較中部、東南部斜坡-盆地相區(qū)更明顯，巖性、巖相和沉積厚度變化更大。

結(jié)合前文對(duì)各相區(qū)典型剖面沉積-層序特征的分析，研究區(qū)中--上寒武統(tǒng)可以進(jìn)一步劃分為5個(gè)三級(jí)層序, 5個(gè)有序的海侵--海退旋回序列：由于受早--中寒武世之交的大規(guī)模海退事件的影響，臺(tái)地發(fā)生大范圍暴露剝蝕，直至中寒武世早期即層序SQ1時(shí)期開(kāi)始再次接受海侵，SQ1時(shí)期的海侵使得包括峽東地區(qū)鄂西、湘西北等臺(tái)地相區(qū)廣泛發(fā)育局限臺(tái)地潮坪相沉積；深水盆地相區(qū)由淺水陸棚向深水陸棚過(guò)渡，部分地區(qū)加深為盆地相沉積；總體上層序SQ1階段海侵過(guò)程相對(duì)較迅速，海退幅度較小，沉積環(huán)境的加深效應(yīng)較為明顯。層序SQ2時(shí)期，TST發(fā)育時(shí)期基本維持在SQ1時(shí)期的海平面位置，至層序HST發(fā)育時(shí)期開(kāi)始進(jìn)入緩慢海退過(guò)程，淺水相區(qū)由潮間坪回到潮上帶沉積；深水盆地相區(qū)則由盆地相向陸棚再至緩斜坡過(guò)渡；晚寒武世早期受全球性海侵的影響，層序SQ3海侵體系域時(shí)期，淺水相區(qū)大部分區(qū)域沉積環(huán)境由局限臺(tái)地向開(kāi)闊臺(tái)地過(guò)渡，湖南張家界一帶則由開(kāi)闊臺(tái)地相轉(zhuǎn)換為臺(tái)地邊緣相，并發(fā)育了該時(shí)期一套重要的鮞粒灘、藻屑灘沉積，而斜坡相區(qū)如古丈王村等地進(jìn)入深緩坡相，盆地相區(qū)此時(shí)為淺陸棚相，層序SQ3高水位體系域時(shí)期海平面略有小幅下降，受次一級(jí)海平面頻繁變化的影響，進(jìn)入臺(tái)地邊緣礁、灘疊置和開(kāi)闊臺(tái)地淺灘廣泛發(fā)育期。層序SQ4、SQ5時(shí)期處于全球二級(jí)海平面下降的大背景之下，層序的高水位體系域的發(fā)育占據(jù)了主導(dǎo)地位，而三級(jí)海平面上升階段和早期高位體系域階段臺(tái)地相區(qū)以廣泛發(fā)育疊層石白云巖和粒屑白云巖為特色，至高水位體系域階段則主要發(fā)育局限臺(tái)地潮下相，以泥、粉晶白云巖、泥質(zhì)白云巖沉積為特征；斜坡相區(qū)此時(shí)以大規(guī)模濁流、風(fēng)暴流等重力流性質(zhì)的沉積為主。至層序SQ5的高水位體系域時(shí)期上述特征表現(xiàn)得更為明顯，淺水相區(qū)的開(kāi)闊臺(tái)地、臺(tái)地邊緣相受海平面大幅度下降和干旱炎熱氣候影響，分別再一次回到局限臺(tái)地潮坪相和開(kāi)闊臺(tái)地相；斜坡相由上緩坡回到臺(tái)地邊緣相區(qū)，局部地區(qū)出現(xiàn)白云巖沉積；深水盆地相的環(huán)境加深和變淺過(guò)程的沉積響應(yīng)雖與淺水臺(tái)地存在一定差異，但層序SQ5頂部亦有淺陸棚--斜坡相的泥晶灰?guī)r出現(xiàn)，較海侵體系域沉積的盆地相炭質(zhì)泥巖水體明顯變淺，說(shuō)明與此次海平面下降相關(guān)的沉積環(huán)境變淺幅度較大，不僅在淺水臺(tái)地，即使在深水相區(qū)亦有較好的響應(yīng)。

6 結(jié)論

1)雪峰山西側(cè)地區(qū)，中--上寒武統(tǒng)可以劃歸為1個(gè)二級(jí)層序和5個(gè)三級(jí)層序，在二級(jí)層序時(shí)限范圍內(nèi)，淺水相區(qū)經(jīng)歷了由局限臺(tái)地潮坪→開(kāi)闊臺(tái)地→局限臺(tái)地潮坪的沉積演化，斜坡過(guò)渡帶則經(jīng)歷了由臺(tái)地邊緣→前緣緩斜坡→臺(tái)地邊緣的演化，東南部的深水相區(qū)則由深陸棚→盆地→淺水陸棚組成。

2)雪峰山西側(cè)地區(qū)，中--上寒武統(tǒng)三級(jí)層序海侵體系域中沉積的顆粒白云巖、疊層石礁以及晚期高水位體系域中形成的溶孔白云巖、巖溶角礫白云巖均為高能相帶沉積地層，可以作為重要的油氣儲(chǔ)集層段，具有重要的油氣勘探潛力。

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本刊編輯部

2015年3月

Characteristics of the Sequence Stratigraphy and Sequence Stratigraphy Framework, the Middle to Upper Cambrian in Western Xuefeng Mountains Area

Zhao Can1，Li Xubing1，Huan Jinlai2，Chen Xiaohong1，Liu An1，Wei Kai1，Zhang Hua3

1.WuhanInstituteofGeologyandMineralResources,Wuhan430223,China2.Zhanjiangbranch，CNOOC(China)Co.,Ltd.,Zhanjiang524057,Guangdong,China3.InstituteofMineralResources，ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China

We present the sequence stratigraphy characteristics of the Middle-Upper Cambrian in the area of western Xuefeng Mountain through comprehensive analyses of sedimentology, rock mineralogy, carbon isotope geochemistry. Based on the results, the Middle-Upper Cambrian can be divided into one second-order sequence, and five third-order sequences. Within the time range of second-order sequence, the shallow waterfacies experienced sedimentary evolution from a confined platform tidal flat, to an open platform, then to aconfined platform tidal flat again; while the slope transition zone experienced sedimentary evolution from a marginal platform, to a frontier slow slope,and then to a marginal platform again. The deep water facies in the south-east of the research area is formed from deep shelf, basin, toshallow shelf. The grain dolomite, stromatolite reefs deposited during the third-order sequence of sea rise transgression and the dissolved porosity and karst breccia dolomite formed during the high sea level bear the significant potential for oil and gas exploration, and are worthy of further study.

meter-scale cyclic sequence; sequence stratigraphy characteristis; sequence stratigraphy framework; Middle to Upper Cambrian; western Xuefeng Mountains area

10.13278/j.cnki.jjuese.201502115.

2013-05-06

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(121201120968)

李旭兵(1974--)，男，副研究員，主要從事油氣地質(zhì)及地層古生物研究，E-mail:yclxubing@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201502115

P618.13；P539.2

A

趙燦, 李旭兵, 郇金來(lái)，等. 雪峰山西側(cè)地區(qū)中--上寒武統(tǒng)層序地層學(xué)特征及層序格架.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2015,45(2):518-532.

Zhao Can，Li Xubing，Huan Jinlai, et al. Characteristics of the Sequence Stratigraphy and Sequence Stratigraphy Framework, the Middle to Upper Cambrian in Western Xuefeng Mountains Area.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(2):518-532.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201502115.