谢小敏 胡文瑄 曹剑 姚素平 边立曾 高玉巧
(1.中国石油化工股份有限公司无锡石油地质研究所江苏无锡214151;2.南京大学地球科学系南京210093)
浙闽地区下白垩统黑色泥岩沉积环境初探:微体古生物与有机地球化学证据①
谢小敏1,2胡文瑄2曹剑2姚素平2边立曾2高玉巧2
(1.中国石油化工股份有限公司无锡石油地质研究所江苏无锡214151;2.南京大学地球科学系南京210093)
在中国东南沿海浙闽地区的中生代火山岩分布区,广泛发育有中生代沉积岩系,关于这套沉积岩是否受到海水作用影响,目前还存在争论。通过对福建下白垩统坂头组(K1b)、浙江地区为寿昌组(K1s)和馆头组(K1g)地层进行系统观察及采样,并进行详细的古生物化石观察及有机地球化学研究,发现该区沉积岩中除陆相高等植物之外,还见过渡相的线叶植物和海相红藻和褐藻化石;同时某些有机地球化学特征亦显示其具有一定的海相沉积特征,如普遍存在较高的伽马蜡烷含量,伽马蜡烷/C30藿烷比值较低(0.11~0.18,平均值0.14),以及C30重排藿烷检出。因此,从古生物学与有机地球化学特征来看,该区的确受到海侵作用影响,结合地质背景,推测海侵事件主要受古太平洋域的影响。
浙闽地区下白垩统有机地球化学海相化石沉积环境
浙闽地区是中新生代火山岩大面积分布地区,因此前人对浙闽地区的研究多从火成岩入手,讨论许多重要科学问题[1~4]等,而对火成岩中的沉积岩层往往开展工作较少。事实上,在广袤的中生代火成岩覆盖区,沉积岩层分布亦比较广泛,如下白垩统,与火山岩呈互层、夹层共生有厚度不等的暗色沉积岩,其中有的大套黑色泥岩发育,前人对这套沉积岩的研究主要集中于进行古生物时代划分[5~8]。
关于其沉积环境,一致认为是内陆山间湖盆沉积[9~11]。徐北煤[12]对浙江象山石浦地区下白垩统石浦群地层进行详细的古生物及地球化学分析,并结合台湾地区的地质,认为浙闽地区受到不同程度海水入侵的影响,自台湾海峡向陆上,沉积环境存在海相、海陆过渡、陆相的过渡演化。因此,该地区下白垩统沉积岩是否曾受到海水作用的影响?是否存在这样一个从海相至陆相的过渡演化?这是研究该地区下白垩统沉积环境的一个基础地质问题,本研究试图在对浙闽地区下白垩统沉积岩的分布及其发育特征详细研究的基础上,期望能从古生物与有机地球化学特征来探讨该区的沉积环境,为今后的研究提供新的地质资料。
浙闽地区北临大别印支期造山带、南为东南亚陆缘岛弧带、西接北越马江(松马)印支期造山带、东滨太平洋—菲律宾大洋板块[13]。侏罗纪一白垩纪前主要受特提斯构造域和印支期造山的影响,白垩纪以来则主要受太平洋构造作用的制约,陆内构造、岩浆作用也较发育,形成各具特色的中小型盆地[14],下白垩统沉积岩也主要分布在这些中小型盆地中。
由于该地区下白垩统沉积地层类型比较复杂,岩性、岩相及厚度多变,古生物化石分布不均,因此,对该地区的地层对比存在分歧与争议[8,9,15~18]。本次工作通过大量的野外剖面实际观测研究,并经与地质队老专家交流(徐克定,梁诗经等),对浙闽地区的地层划分方案参考丁保良等[19]的划分标准,并进行了一定的修改(表1)。
总体上,江山—绍兴断裂和政和—大埔断裂将浙闽地区分成东、西两大部分(表1)。西部地区,早白垩世最早期火山活动开始,但仍以沉积岩为主,到黄尖组时期,火山活动极为频繁。寿昌组(福建坂头组),火山活动衰竭,处于相对平静阶段,沉积岩较发育。到下白垩统中晚期,西部地区火山活动基本结束,普遍缺失馆头组;东部地区火山活动一度活跃,馆头组有火山岩夹层,沿海地区馆头组火山岩明显增多。闽东石帽山群上下主要由火山岩组成[19]。由此可见,沉积岩主要集中在早白垩世中晚期(浙江寿昌组—馆头组,福建坂头组)地层。同时在东、西部不同地区,由于火山活动结束时间不同,西部地区的火山活动结束较早,沉积岩发育较厚,东部地区火山活动延续时间较长,整体以火山碎屑岩为主。
表1 浙闽地区下白垩统地层划分对比(参考丁保良等,1989;修改)Table 1Stratigraphic classification and correlation of lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces (after Ding Baoliang,et al.1989)
样品主要来自于福建地区坂头组,浙江地区寿昌组、馆头组及象山石浦群(与馆头组层位相当[12])地层,详细采样地点及采样情况见表2。其中福建地区坂头组主要分布在闽西永安盆地、举岚盆地及崇安盆地,整体岩性以黑色泥岩及砂岩、粉砂岩为主,黑色泥岩在崇安盆地发育最好(图1a),颜色最深、污手,厚度最大。浙江地区寿昌组主要分布在浙江西部地区,黑色泥岩发育,向西泥岩变薄(图1b);馆头组主要分布在浙江中西部地区,其中黑色泥岩发育较少,以砂岩为主,且地层多受到火山作用影响,如浙江宁溪长潭盆地(图1c);石浦群分布在浙江象山石浦地区,岩性以砂岩、灰岩为主,黑色泥灰岩发育,但由于火山岩脉发育,大量灰岩、泥灰岩已强烈的硅化蚀变(图1d)。
野外样品首先进行薄片磨制,黑色泥岩样品在中科院南京古生物研究所实验中心进行镜解,制成薄片,以便古生物观察鉴定。显微镜系统观察后,精选黑色泥岩样品在中国石油化工集团无锡石油地质研究所实验中心进行有机地球化学实验分析。
3.1 古生物特征
精细的薄片观测及古生物镜鉴,发现本区样品中含有大量高等植物碎片(图2a,b),孢子,以及生长在过渡相环境的线叶植物(图2c),显示复杂的沉积环境,如滨湖等。此外,更重要的发现是,在福建地区坂头组黑色泥岩中存在底栖宏观藻类,包括红藻和褐藻(图2d,e,f),红藻具有明显的髓部,褐藻具有双层结构。红藻和褐藻一般生活在海相环境中,其中红藻只有少数种属生活在高山湍急流水中,其沉积以碎屑状散布为特征[20]。可见,该区底栖宏观藻类反映的是海相沉积特征,说明该地区具有海相沉积,曾受到过海水作用影响。
实际上,早在1977年,张弥漫等[21]就在浙江下白垩统中发现过指示海相环境的浙东鲋鲚鱼化石。徐北煤[12]在对浙江地区的工作中,在浙江象山石浦地区石浦群中发现咸水、半咸水生物—龙介科虫管化石,都曾暗示该区具有海相沉积层。
表2 浙闽地区野外工作剖面基本信息及样品分析情况Table 2 Basic information of the outcrops and the analyzed samples in Zhejiang and Fujian provinces
图1 浙闽地区下白垩统地层野外照片。a.福建崇安盆地武夷山下白垩统坂头组(K1b)黑色泥岩;b.浙江地区建德盆地寿昌中学旁寿昌组(K1s)杂色泥岩;c.浙江宁溪长潭盆地馆头组(K1g)下部火山岩脉发育;d.浙江象山石浦地区石浦群(K1sh)中段硅化泥灰岩与砂岩互层Fig.1Photographs of lower Cretaceous strata in Zhejiang and Fujian provinces
图2 浙闽地区下白垩统地层微体化石照片a.Wy-11,高等植物,福建崇安盆地武夷山坂头组(K1b);b.Wy-11,高等植物,福建崇安盆地武夷山坂头组(K1b);c.Wy-15,线叶植物,福建崇安盆地武夷山坂头组(K1b);d.K1b-26,红藻,福建永安盆地吉山村坂头组(K1b);e.K1bn-15,褐藻,福建永安盆地吉山村坂头组(K1b);f.Wy-23,红藻,福建崇安盆地武夷山坂头组(K1b)Fig.2The photomicrographs occurrence of microfossils of samples from lower Cretaceous strata in Zhejiang and Fujian provinces
以上可见,本区湖盆的沉积过程中,的确受到过海侵作用的影响,结合本期黑色泥岩在浙江寿昌组,馆头组均有分布的事实,可以推测这种影响可能是广泛的。
3.2 生物标志化合物特征
(1)链烷烃
如表3,浙闽地区下白垩统暗色泥岩的正构烷烃碳数分布范围C13~C40,主要为单峰型,主峰碳以C16或C18为主,反映有机质来源主要为低等水生藻类[22~24]。此外,福建坂头村坂头组的1件泥岩样品其主峰碳为C24(Bt-9),武夷山的一个样品(Wy-8)为C23,浙江宁溪长潭水库馆头组样品(Ct-9)和浙江象山石浦石浦群样品(Xs-1)主峰碳为C25,在一定程度上反映母质来源于沉水和漂浮水生植物。由此可见,根据有机质的正构烷烃组成特征,本区泥岩有机质的来源总体上以低等浮游生物为主,也包括沉水和漂浮水生植物。
表3 浙闽地区下白垩统黑色泥岩饱和烃色谱参数Table 3Saturated hydrocarbon chromatography biomarker parameters of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces
Pr/Ph值的高低反映沉积环境的氧化还原性质[25~26]。一般认为,Pr/Ph<1时反映有机质的沉积环境为还原环境,大于1时为氧化环境[22]。如表3,浙闽地区下白垩统暗色泥岩具明显的植烷优势,其Pr/Ph均<1,大部分为0.2~0.6之间,为强还原环境,这种情况一般只出现在高盐度沉积环境中[25,27,28],如咸水湖泊[29,30],或者海相环境。
(2)甾萜烷
三环萜烷
在本次工作所分析的12块样品中,三环萜烷通常以C21或C23为主峰,C19~C25三环萜烷相对分布总体以C19、C20、C21(或C19、C20、C21、C23)呈上升型为特征(图3),反映了湖相沉积的特征[31]。
伽马蜡烷
浙闽地区样品中均检测出伽马蜡烷,一般认为高含量的伽马蜡烷是高盐度水体沉积的标志,许多湖相石油和沥青中,伽马蜡烷是主要的生物标志化合物,如美国犹他州的绿河泥灰岩和我国西北地区[27,32-37];但同时在海相烃源岩中也普遍检测出伽马蜡烷[38,39]。两者的差异在于,在Pr/Ph<1的还原沉积环境中,海相沉积中伽马蜡烷/C30藿烷比值多数较低,<0.2[23,39],而陆相湖泊相中该比值要高[40,41]。本区伽马蜡烷/C30藿烷分布在0.11~0.18范围(表4),平均值为0.14,与藏北的情况相似[23]。可见,根据浙闽地区下白垩统暗色泥岩的伽马蜡烷丰度来看,这套泥岩具有海相沉积特征。
C30重排藿烷
在该区样品中均检测出高含量的C30重排藿烷,C30重排藿烷/C30藿烷在0.08~0.12范围。曹剑等[31,42]在柴达木盆地北缘地区通过对重排藿烷与藻类含量的对比分析,指出重排藿烷可以指示底栖宏观红藻,与该地区红藻化石的发现相一致,显示海相沉积特征。
甾烷类
本研究过程中检测出的甾类化合物主要成分为规则甾烷(C27~C29)和重排甾烷(C27~C29),其次为C21~C22孕甾烷,和少量4-甲基甾烷(图4)。其中规则甾烷呈不对称“V”字型分布,表现为C27>C29>C28的分布特征,福建坂头组少量样品(Bt-9,Jl-7,Wy-8)则表现为C27>C28>C29(表4),代表了低等水生生物,特别是藻类对有机质母质的影响。这一特征与藏北羌塘盆地晚侏罗世海相油页岩生物标志物特征一致[43],说明该套暗示泥岩具有海相沉积特征。
根据古生物特征和生物标志物地球化学两方面的研究结果,结合地质背景,可以基本明确浙闽地区下白垩统暗色岩系的沉积环境属于受海侵影响的湖相沉积。主要证据如下:
古生物特征:暗色泥岩中除了普遍发现低等水生藻类体,部分高等植物外,还普遍发现了典型的海相藻类,即底栖宏观藻;
图3 浙闽地区下白垩统暗色泥岩部分样品m/z 191色质谱图与m/z 217色质图Fig.3The biomarker characteristics of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces
表4 浙闽地区下白垩统黑色泥岩的主要生物标志物地球化学特征Table 4The main biomarker index of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces
图4 浙闽地区下白垩统古生物化石分布简图Fig.4Simplified diagram showing fossils distribution of lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces
有机地球化学研究:大量生物标志物特征指示还原环境,以及低等水生藻类和海相底栖宏观藻类有机质生源特征,反映海相和陆相沉积的双重影响。某些生标,如Pr/Ph比值较低所反映的强还原环境、C31~C35藿烷的下降型分布和规则甾烷的C27>C29>C28分布特征反映的有机质主要来源于低等水生生物等,可能指示盐湖环境,但根据伽马蜡烷的丰度,以及与香港坪洲岛典型第三系盐湖相泥岩生标组成特征的对比[44,45],可知浙闽地区的这套暗色岩系不属于盐湖相沉积。那些可以反映盐湖沉积特征的生标组成实际上主要表明了沉积水体具有一定的盐度,而这正是海水区别于正常湖水的重要特征。
前人研究表明,在我国东部地区,中、新生代可能曾受到过两次海侵作用的影响,一次发生在晚三叠世—早侏罗世,一次即是本次研究的早白垩世[46]。海相白垩系地层主要见于珠江口盆地[46,47]及台湾地区[48]。关于海相地层形成机制,一种观点认为,以雅鲁藏布江缝合带为遗迹的新特提斯多洋岛在中生代曾向东延伸,经过红河裂谷抵南海地区后分为两支,一支沿中南半岛进入南海南部,另一支经琼州海峡沿现今的南海北部大陆架延伸至台湾西部海域,在南海东北部及台湾地区沉积海相地层[46],这一分支海泛时期也可能到达福建境内。
根据本次工作,新发现在浙闽地区下白垩统中普遍见海相沉积特征,但这种海相沉积可能并不等同于珠江口和台湾地区的海相沉积,浙闽地区的海相沉积实际上是海侵。徐克定[49]曾指出浙江地区小岭原始盆地较大,可达到浙江象山石浦地区,盆地在下陷过程中就会受到海水入侵。通过岩石学和古生物上来看(图4),岩石学上,在福建永安和武夷山地区该套暗色岩系以“砂岩+泥岩”为主,到仙居盆地,馆头组地层发育薄层泥灰岩,在往东到象山石浦地区,见到多套灰黑色泥灰岩,台湾西海岸有典型的早白垩世海相沉积,海相成分从西向东逐渐增加;古生物上,在福建永安和武夷山地区发现了海陆过渡相的线叶植物和红藻,在浙江临海小岭盆地和福建安溪田底等地,发现浙东付鲚鱼[50],往东石浦地区,见到藻叠层石和龙介科化石[12],在台湾地区发现有完整的菊石,也说明了海相成分从西向东逐渐增多(图4)。因此,对于海侵的形成机制,结合区域构造背景,可能主要受太平洋体系域的影响,在正常海平面时,故太平洋难以越过沿脉山系,但在古太平洋海平面上升期间,可能越过沿岸山脉,侵入到浙闽地区(如图5),沉积灰黑色泥岩。
致谢感谢南京古生物无锡所唐鹏老师及中国石化无锡石油地质研究所秦建中教授及承秋全老师对本文实验的指导,同时感谢评审老师提出的宝贵意见,衷心感谢!
图5 早白垩世浙闽地区受古太平洋海侵作用模式图Fig.5Model chart of transgression from paleo-pacific in lower Cretaceous,Zhejiang and Fujian provinces
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Preliminary Investigation on Depositional Environment of Black Mud in Lower Cretaceous,Zhejiang and Fujian Provinces: Micropaleontology and Organic Geochemical Evidences
XIE Xiao-min1HU Wen-xuan2CAO Jian2YAO Su-ping2BIAN Li-zeng2GAO Yu-qiao2
(1.Wuxi Research Institute of Petroleum Geology,SINOPEC,Wuxi Jiangsu 214151; 2.Department of Earth Sciences,Nanjing University,Nanjing 210093)
Sedimentary rocks of lower Cretaceous widely distribute in volcanic-covered area in Zhejiang and Fujiang provinces,southeast China,and its sedimentary environment that whether it has been influenced by marine water is still controversial.Though carefully observation in outcrops,we have systematically sampled dark sedimentary rocks,including Bantou Formation(K1b)in Fujian province,Shouchang Formation(K1s)and Guantou Formation(K1g) in Zhejiang province.Under microscope,besides high plant,marine fossils such as red algae and brown algae,were found in these samples.Organic geochemistry features,such as lower γ/C30hopanoid values(range from 0.11 to 0.18,0.14 on average)and C30rearrangement hopanoid,are furthermore to approve the marine influence.Combining with geological background,it is presupposed that it is mainly influenced by paleo-Pacific.
Zhejiang and Fujian provinces;lower Cretaceous;organic geochemistry;marine fossils;sedimentary environment
book=6,ebook=504
谢小敏女1984年出生硕士油气地球化学E-mail:xiexm0842@gmail.com
P534.53
A
1000-0550(2010)06-1108-09
①中国石油化工股份有限公司海相油气前瞻性研究项目(中国东南部海相盆地差异演化与油气潜力研究)、国家自然科学基金项目(地质环境及生物演化与海相优质烃源岩形成)联合资助。
2009-06-20;收修改稿日期:2009-11-20