康滇古陸兩側(cè)晚二疊世沉積環(huán)境分析與富有機(jī)質(zhì)頁巖分布特征

門玉澎, 閆劍飛*, 余 謙, 張 茜, 張海全, 康建威, 曹竣鋒

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081; 2. 沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081)

0 引言

中國南方晚二疊世是重要的聚煤期[1-4]，康滇古陸兩側(cè)均有煤巖分布[5-6]，目前已在康滇古陸東側(cè)筠連、古藺大村等地實(shí)現(xiàn)煤層氣和頁巖氣開發(fā)[8-11]，在峨眉山玄武巖中也發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)氣流[12]，表明晚二疊世時(shí)期該區(qū)具有極好的頁巖氣、煤層氣、致密氣條件。陳洪德(2011)、邵龍義(2013)等人對康滇古陸東側(cè)晚二疊世沉積環(huán)境和富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤巖)分布做了詳細(xì)研究[1-2]，但在古陸西側(cè)鹽源-麗江等地沉積環(huán)境和富有機(jī)質(zhì)頁巖研究較少。在國家科技重大專項(xiàng)(頁巖氣勘查評(píng)價(jià)技術(shù)試驗(yàn)與應(yīng)用推廣)支持下，本文對康滇古陸東西兩側(cè)晚二疊世沉積物充填特征和沉積環(huán)境進(jìn)行對比研究，預(yù)測富有機(jī)質(zhì)頁巖展布特征，為康滇古陸西側(cè)煤層氣和頁巖氣勘探指明方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

廣義的康滇古陸即康滇地軸，是分布于川西—滇中一帶由前震旦系變質(zhì)巖、火山巖組成的古老剝蝕區(qū)[13]，本文康滇古陸是指峨眉山玄武巖之上無上二疊統(tǒng)沉積區(qū)域(圖1)，三疊系—第四系覆蓋于前震旦系-峨眉山玄武巖之上。金河推覆斷裂以西為鹽源-麗江地層區(qū)，巧家-東川以東為滇東北地層區(qū)[14]。據(jù)夏茂龍(2020)、張宏輝(2022)研究[12,15]，峨眉山玄武巖共有四次噴發(fā)旋回，在鹽源麗江地層區(qū)特征明顯。

鹽源麗江地層區(qū)峨眉山玄武巖之上為上二疊統(tǒng)黑泥哨組，巖性由礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤巖、玄武巖、火山碎屑巖和灰?guī)r構(gòu)成，厚度普遍大于800m。西部寧蒗等地普遍夾三層玄武巖，向東部靠近康滇古陸減少至一層[16]。

滇東北地層區(qū)峨眉山玄武巖之上為上二疊統(tǒng)宣威組，巖性由砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、黏土巖、炭質(zhì)泥巖和煤巖構(gòu)成。厚度自西向東逐漸增加，昭通等地厚度達(dá)200m[17]。

圖1 研究區(qū)地層分區(qū)

2 康滇古陸東側(cè)沉積環(huán)境分析

陳洪德、邵龍義等人對宣威組沉積環(huán)境做了詳細(xì)研究[1-4]，自古陸向東依次發(fā)育河流相-三角洲相-沼澤相-潮坪相-臺(tái)地相。對彝良洪溝沉積充填序列展開分析(圖2)，總結(jié)了該區(qū)峨眉山玄武巖噴發(fā)結(jié)束后沉積環(huán)境變化特征和富有機(jī)質(zhì)頁巖分布規(guī)律。

2.1 沉積環(huán)境

洪溝剖面宣威組自下至上可分為兩個(gè)巖性段。

一段巖性由灰黃色、褐黃色、黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖和紫紅色泥巖組成。底部為十余米灰白色黏土巖，為玄武巖風(fēng)化后原地殘坡積物。一段下部由砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖構(gòu)成一個(gè)河流沉積旋回，下部砂體粒度由下向上，粒度由粗變細(xì)，表明該區(qū)早期河道沉積；上部灰黃色粉砂質(zhì)泥巖和紫紅色泥巖中含泥礫，表明該區(qū)晚期天然堤-河泛平原沉積。一段上部由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和黏土巖構(gòu)成兩個(gè)三角洲沉積旋回。下部砂體粒度細(xì)，厚度薄，上部泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖呈塊狀，可見植物化石碎片，代表了三角洲平原沉積環(huán)境。二段由灰綠色、灰色、灰白色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖和煤巖構(gòu)成數(shù)個(gè)沼澤環(huán)境沉積旋回。

圖2 彝良洪溝宣威組沉積充填特征

2.2 富有機(jī)質(zhì)頁巖分布特征

宣威組富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤巖)主要分布在宣威組二段，由薄層炭質(zhì)泥巖和煤巖組成，厚度普遍小于1m，富有機(jī)質(zhì)層段間被砂巖、粉砂巖分隔?？傮w而言，昭通地區(qū)宣威組富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤巖)累計(jì)厚度薄、夾層多，不利于頁巖氣和煤層氣開發(fā)[18-19]。

3 康滇古陸西側(cè)沉積環(huán)境分析

通過對鹽源小高山剖面黑泥哨組沉積充填序列分析(圖3)，總結(jié)黑泥哨組自下至上沉積環(huán)境變化特征和富有機(jī)質(zhì)頁巖展布規(guī)律。

3.1 沉積環(huán)境

小高山剖面黑泥哨組根據(jù)巖性特征自下至上分為三個(gè)巖性段。一段巖性由底部砂礫巖和上部玄武巖組成。底部砂礫巖為峨眉山玄武巖三期和四期噴發(fā)間隙形成的濱岸近源沉積物。上部玄武巖為峨眉山玄武巖四期火山溢流相產(chǎn)物。二段巖性由灰黃色、灰白色、灰綠色細(xì)砂巖、砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖和煤巖構(gòu)成數(shù)個(gè)沉積韻律，泥巖中普遍發(fā)育水平層理，可見植物化石碎片和赤鐵礦結(jié)核。代表了古風(fēng)化殼之上沼澤沉積環(huán)境。三段巖性由灰綠色砂礫巖、砂巖組成數(shù)個(gè)沉積韻律，砂巖中發(fā)育斜層理。自下至上粒度增大，礫石比例增多，代表了沉積環(huán)境由三角洲前緣向三角洲平原轉(zhuǎn)變的過程。

圖3 鹽源小高山黑泥哨組沉積充填特征

3.2 富有機(jī)質(zhì)頁巖分布特征

小高山地區(qū)黑泥哨組富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤巖)主要分布在二段，巖性由炭質(zhì)泥巖和煤巖組成，單層厚度0.5～4.7m，累計(jì)厚度約20m。富有機(jī)質(zhì)頁巖層段夾細(xì)砂巖、粉砂巖，具有致密氣勘探潛力。總體而言小高山地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖較發(fā)育，煤巖發(fā)育，具有頁巖氣、煤層氣和致密氣勘探潛力[18-19]。

4 沉積模式

根據(jù)康滇古陸東西兩側(cè)黑泥哨組和宣威組沉積序列對比和區(qū)域展布特征，建立康滇古陸兩側(cè)晚二疊世沉積模式，如圖4所示。結(jié)合區(qū)域玄武巖噴發(fā)時(shí)限[12,15]，認(rèn)為在沉積時(shí)限和沉積環(huán)境上均有差異，差異性導(dǎo)致富有機(jī)質(zhì)頁巖展布規(guī)律不同。

根據(jù)黑泥哨組下部玄武巖層段分析，在寧蒗西漂落地區(qū)黑泥哨組夾三層玄武巖[16]，在鹽源小高山地區(qū)夾一層玄武巖，地層沉積厚度普遍大于800m。證明古陸西側(cè)黑泥哨組沉積時(shí)限自峨眉山玄武巖1期噴發(fā)后開始沉積，小高山地區(qū)自3期噴發(fā)后開始沉積。古陸東側(cè)宣威組不夾玄武巖，說明沉積時(shí)限比黑泥哨組要晚，自峨眉山玄武巖4期噴發(fā)后開始沉積。

沉積環(huán)境上，古陸西側(cè)小高山地區(qū)黑泥哨組早期為近海沼澤沉積環(huán)境，發(fā)育富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤巖)層段，晚期轉(zhuǎn)變?yōu)槿侵耷熬?平原沉積環(huán)境，沉積物以砂體為主。向西至瀘沽湖-寧蒗宜底等地下部發(fā)育沼澤環(huán)境富有機(jī)質(zhì)頁巖，上部以潮坪環(huán)境灰綠色泥巖、灰?guī)r為主，頂部為臺(tái)地環(huán)境生屑灰?guī)r，可與長興組對比[16]。古陸東側(cè)，洪溝剖面特征反映了玄武巖噴發(fā)結(jié)束后河流-三角洲-沼澤沉積環(huán)境變化。向古陸方向厚度減薄，屬于河流沉積環(huán)境，向東至六盤水等地沉積厚度增加，發(fā)育沼澤沉積環(huán)境富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)。

5 富有機(jī)質(zhì)頁巖展布預(yù)測

古陸兩側(cè)富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)沉積環(huán)境均為沼澤相，但在縱向和平面分布上具有明顯差異。古陸西側(cè)沼澤相富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)縱向主要分布于黑泥哨組下部，平面上自古陸向西均有分布，且厚度較大，具有較好的頁巖氣(含煤層氣)資源潛力。古陸東側(cè)沼澤相富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)縱向上主要分布在宣威組上部，平面上西部靠近古陸區(qū)厚度薄，僅在東部六盤水-筠連等地富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)發(fā)育。

圖4 康滇古陸兩側(cè)晚二疊世沉積模式

6 結(jié)論

1)對比分析認(rèn)為，康滇古陸東西兩側(cè)晚二疊世沉積時(shí)限和沉積環(huán)境差異性明顯。古陸西側(cè)黑泥哨組自峨眉山玄武巖1期噴發(fā)后開始沉積，靠近古陸為沼澤沉積環(huán)境，向西過渡為潮坪-臺(tái)地沉積環(huán)境。古陸東側(cè)宣威組自峨眉山玄武巖4期噴發(fā)后開始沉積，自古陸向東依次為河流-三角洲-沼澤-潮坪-臺(tái)地沉積環(huán)境。

2)沉積環(huán)境差異性導(dǎo)致富有機(jī)質(zhì)頁巖(含煤)展布規(guī)律不同。古陸西側(cè)富有機(jī)質(zhì)頁巖主要分布在黑泥哨組下段，累計(jì)厚度較大，具有較好的資源潛力。古陸東側(cè)富有機(jī)質(zhì)頁巖分布在宣威組上部，向東至六盤水-筠連等地具有較好的資源潛力。