黔南拗陷二叠系层序地层特征及岩相古地理

丁 枫 陈洪德 侯明才 林良彪

（油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

黔南拗陷作为中国南方海相油气勘探的二级远景区之一［1］，由于二叠系具有被称为“台盆”沉积的有利烃源岩发育相带以及台地或孤立台地边缘的黔南紫云、安然等二叠系古油藏油气显示等因素，显示了黔南拗陷二叠系重要的油气勘探意义，引起了国内外众多学者的热议［2－25］，但并未取得突破。本文运用露头层序地层学的有关理论和研究方法，在详细的沉积学研究和精细的地层划分对比基础上，对黔南地区二叠系碳酸盐岩地层进行了层序地层研究，在此基础上运用层序－岩相古地理编图方法，编制了二叠系各期的岩相古地理图，并探讨了黔南拗陷二叠纪古地理的演化，以期对油气勘探起到指导作用。

1 区域地质背景

黔南拗陷在大地构造位置上处于扬子陆块南缘与华南加里东褶皱带的结合部位，处在右江盆地北部，是中元古代活动大陆边缘盆地、新元古代－早古生代被动大陆边缘盆地、中生代前陆盆地和晚中生代－新生代陆内改造盆地叠加而成的叠合盆地［26，27］。地理位置位于贵州东南部，包括广顺凸起、贵定断阶、黄平拗陷、长顺拗陷和独山鼻状凸起5个二级构造单元（图1）。北界以贵阳－镇远断裂为界，西界为垭都－紫云断裂，南以南盘江和南丹－河池断裂为界，东界为铜仁－三穗－三都深大断裂和雪峰隆起西南缘断裂，面积约为3×104m2。拗陷经历了多期发育［28，29］，加里东构造期，是扬子准地台较稳定的发育阶段，黔南地区沉积了一套台地相的碳酸盐岩。海西期是断拗发育期，亦是黔南拗陷的主要形成期。印支期是拗陷继承发育期，而中三叠世末的印支运动，结束了该地区的海相沉积史。黔南拗陷二叠纪时期主要受海西末期至印支早期构造作用影响，东吴运动是两期构造运动的转换时期，此时发育的黔南海相二叠系发育良好（表1），且被研究的历史悠久，是华南海相二叠系的标准地区之一［25］。

图1 黔南拗陷构造区划与位置图Fig.1 Geotectonic division and location map of the South Guizhou sag

2 二叠系层序划分、特征及对比

2.1 层序界面的识别及层序地层划分

黔南拗陷二叠系沉积类型丰富，地层发育较为完整，岩相分异明显，为层序地层学研究提供了得天独厚的条件。在陈洪德教授对中国南方海相地层的层序划分方案［12］的基础上，详细分析研究区层序界面特征、体系域结构、区域板块构造和沉积盆地演化特点，利用露头层序地层学相关原理和方法［30］，重点考虑关键性界面（图2）和区域追踪对比性、相序变化特征及准层序叠置形式等特征，将研究区下二叠统隆林阶至上二叠统长兴阶划分为12个三级层序（表1），分别命名为PSQ1～PSQ12。12个三级层序构成2个不完整的超层序，分别是SS1和SS2。其中隆林阶和中二叠统组成SS1超层序的低位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高位体系域（HST），包括7个三级层序，时间跨度为34.6Ma；上二叠统组成SS2超层序的低位体系域（LST）和海侵体系域（TST），包括5个三级层序，时间跨度为9.6Ma。二叠系紫松阶划归上石炭统超层序中，鉴于介绍层序地层特征的完整性，本文只介绍SS1～SS12的层序地层特征。

表1 黔南拗陷二叠系地层对比及层序划分Table 1 The Permian stratigraphic correlation and sequence division of the South Guizhou sag

图2 层序界面野外特征Fig.2 Outcrops of sequence boundary features

2.2 层序特征及对比

横向上PSQ1～PSQ12三级层序基本上有相应的化石带作为标准可以对比。

SS1：该二级层序由隆林阶、栖霞阶、祥播阶、茅口阶和冷坞阶的地层所组成，其底界面在研究区表现得非常清楚，区域上存在着广泛的古风化壳和古喀斯特，是一个升隆侵蚀不整合面，为Ⅰ型层序界面（图2－A）。该超层序可分为低水位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高水位体系域（HST）。低水位体系域相当于隆林阶沉积，该时期在上扬子古陆边缘大部分均暴露，地表遭受风化剥蚀，仅在黔南等少数地区接受沉积，总体上为一套棕色砂岩，含较纯灰岩的台盆相沉积以及重力流发育的含凝灰质及黑色有机质黏土岩、含生物碎屑砾屑灰岩和泥灰岩的斜坡－台盆相沉积，此套沉积包括PSQ1沉积。海侵体系域沉积期在区内皆有发育，相当于栖霞阶和祥播阶沉积。该体系域发育的相序类型丰富，主要岩性既有含煤碎屑岩及砂岩组成的浅海－滨岸沼泽相沉积，也有含燧石结核和沥青质灰岩、生物碎屑灰岩夹泥灰岩的开阔台地相沉积，同时还发育含丰富生物碎屑的台地边缘礁滩相灰岩和硅质岩、黏土岩、砾屑灰岩和燧石条带灰岩所组成的斜坡－台盆相沉积，此套沉积包括PSQ2、PSQ3和PSQ4的TST沉积。2.5个三级层序表现为向上逐渐变细、水体不断加深的退积序列，在同一相带各三级层序的TST和HST具有继承性。高位体系域在研究区也发育完整，相当于茅口阶和冷坞阶沉积。该体系域发育的相序类型与海侵体系域具有一致性，但层序发育的完整性不一致。此套沉积包括PSQ4的 HST、PSQ5、PSQ6和PSQ7，三级层序的TST和HST构成在不同地区表现不同，发育开阔台地相－台内浅滩相向上变浅的旋回。

SS2：该二级层序由吴家坪阶和长兴阶的地层所组成，其底界面形成与发生在中上二叠统之间的构造抬升运动（东吴运动）有关，研究区内大部分台地的暴露，古风化壳的广泛发育，与SS1的底界面特征相似，也是升隆侵蚀不整合面，为Ⅰ型层序界面，具有一致性。该层序在二叠系发育低水位体系域和海侵体系域。低水位体系域相当于吴家坪阶早期沉积，盆地边缘主要表现为一套数十厘米至几十厘米厚的透镜状铁铝岩、含豆粒泥岩，台地顶部为古喀斯特，淡水胶结及白云岩构成的古风化壳，同时在盆地中为含大量凝灰质的深水相沉积。这是东吴运动的结果，即茅口末期由于东吴运动达到高潮，地壳剧烈上升，海水下降。此套沉积包括PSQ8、PSQ9和PSQ10沉积。海侵体系域相当于吴家坪中晚期和长兴阶沉积。TST早期沉积在广大地区形成了一套海陆交互相含煤碎屑岩沉积；TST晚期沉积在黔南拗陷以碳酸盐沉积为主，主要表现为海水加深沉积水体变清澈、碳酸盐对海平面的追补生长特征。深水台盆内主要发育深色黏土岩为主，夹灰岩、凝灰岩及较多的硅质岩。

研究区不同相区层序发育的完整性有所差异。2个超层序低位体系域由于受海平面下降的影响，分别只在斜坡和台盆等深水沉积区域发育，如贵州板年－板桥、紫云芹菜园和紫云猴场等剖面，LST体系域均以斜坡相的生物碎屑灰岩和角砾灰岩等为主要特征；贵州望谟剖面以发育深水台盆相的硅质岩、硅质灰岩和凝灰岩等欠补偿沉积为主要特征。三级层序的对比特征体现为基本上可以完全对比，但随着沉积水体加深，可容纳空间增大，层序发育的完整性增强。超层序的TST和HST体系域在研究区均可以进行对比，且发育的三级层序完整性最强，均可进行对比（图3）。

3 层序岩相古地理特征及演化

岩相古地理研究及古地理编图是重建地质历史中海（湖）陆分布、古地理再造和恢复沉积演化历程的重要手段，其宗旨是通过重塑盆地在全球古地理中的具体位置，恢复沉积地壳演化及其与成矿过程的关系，从而指导评价油气资源、了解油气分布规律和预测油气远景目标。层序岩相古地理编图是以沉积层序作为研究对象，选择编图单元的方法一是以体系域为成图单元，采用体系域压缩法编图；二是以相关界面（如层序界面、最大海泛面、体系域的顶或底界面）作为编图单元进行编图，即瞬时编图法。本文层序岩相古地理图是以Ⅱ级层序体系域为编图单元，采用体系域压缩法编制。这样编图的好处在于反映的地质体具有相对等时性，而且层序岩相古地理图反映了沉积盆地各演化阶段的沉积充填序列响应特征［31，32］。这样就能为以后评价沉积盆地油气勘探潜力和预测区域范围内的生、储、盖发育特征及其时空展布规律提供有力的依据［33］。

图3 黔南拗陷二叠系典型剖面层序划分对比Fig.3 Sequence division and correlation of the Permian typical profiles located in the South Guizhou sag

3.1 SS1层序岩相古地理特征及演化

低水位期，由于黔桂运动的影响，海水快速由北向南退出研究区，北部黔中古陆范围不断向南扩大，海岸线退到基本受垭都－紫云断裂控制的紫云、罗甸一线。沉积区仅限于南部及西部晴隆县相对低洼的地区，西部和南部深水沉积区均发育含凝灰质及黑色有机质黏土岩和泥灰岩为主的台盆相，南部深水沉积区同时发育含生物碎屑砾屑灰岩且重力流发育的陆棚边缘狭窄的台前斜坡相（图4）。台盆相带内的有机质含量高的欠补偿沉积为很好的烃源岩。

图4 SS1时期LST层序岩相古地理图Fig.4 Sequence－lithofacies paleogeographic map of LST during SS1

海侵期，由于同沉积断裂活动影响，海水快速上升，研究区发育浅水碳酸盐岩连陆台地、孤立台地及深水台盆形成的台盆相间沉积格局。连陆台地南部边界受北西向的垭都－紫云断裂控制，织金－惠水－都匀－台江一线以北主要为白云岩、灰岩及生物碎屑灰岩发育的局限台地，以南主要为灰岩和生物碎屑灰岩发育的开阔台地沉积。南部深水台盆内发育硅质岩、黏土岩、燧石条带灰岩和泥灰岩。孤立台地主要发育于天峨县南部地区，主要发育灰岩和生物碎屑灰岩。局限台地中修文县至遵义县相对低洼的地区沉积硅质岩和泥岩。连陆台地南部边缘仍然发育含生物碎屑砾屑灰岩的台地前缘斜坡沉积相带（图5）。台盆相带内的有机质含量高的欠补偿沉积为很好的烃源岩，台地内的浅滩沉积为有利储层发育相带。

图5 SS1时期TST层序岩相古地理图Fig.5 Sequence－lithofacies paleogeographic map of TST during SS1

高位期，仍保持着台盆相间沉积格局。但由于碳酸盐相海平面的追补生长，台地内相对低洼的台盆沉积区被填平补齐，局限台地范围向南有所扩大，以发育生物碎屑灰岩和泥灰岩为主；开阔台地内仍然发育生物碎屑灰岩和纯灰岩，台地内局部地区见台内生物礁。南部深水台盆内发育生物碎屑灰岩和灰岩的孤立台地，深水台盆和台前斜坡沉积特征与海侵期相似（图6）。台盆相带内的有机质含量高的欠补偿沉积为很好的烃源岩，台地内的浅滩及生物礁沉积为有利储层发育相带。

3.2 SS2层序岩相古地理特征及演化

SS2基本继承了SS1期的构造格局，但东吴运动后进入了印支构造演化阶段，由于盆地演化由前期的被动陆缘裂谷盆地转变为弧后盆地阶段［21］。

低位期，由于东吴运动的影响，海水快速南退，研究区除南部局部深水沉积区沉积有混屑浊积岩及盆地边缘仍有狭窄的台地前缘斜坡沉积外，其他地区均为剥蚀区，古地理特征与SS1期的LST相似（图7）。台盆相带内的有机质含量高的欠补偿沉积为很好的烃源岩。

图6 SS1时期HST层序岩相古地理图Fig.6 Sequence－lithofacies paleogeographic map of HST during SS1

图7 SS2时期LST层序岩相古地理图Fig.7 Sequence－lithofacies paleogeographic map of LST during SS2

海侵期，海水快速上升，再次呈现出台盆相间的古地理格局。与SS1沉积期有很大的继承性，但与SS1期的TST不同的是，由于康滇古陆向研究区提供陆源碎屑，西北部金沙－毕节－晴隆一线为潮坪－潟湖沉积；东部镇远－凯里－镇远－平塘一线为沉积硅质页岩、泥岩和泥灰岩组合的台地内浅洼；其余广大浅水区域均为局限－开阔台地沉积。沿台地南部边缘紫云等地见有生物礁沉积，册亨－紫云－罗甸－南丹一线，发育宽约3.7km的台地边缘滩、礁及前缘斜坡，再往南仍然为深水台盆沉积（图8）。台盆相带内的有机质含量高的欠补偿沉积为很好的烃源岩，台地内的浅滩、台地边缘和台地内部的生物礁沉积为有利储层发育相带。

图8 SS2时期TST层序岩相古地理图Fig.8 Sequence－lithofacies paleogeographic map of TST during SS2

4 结论

a.黔南拗陷下二叠统隆林阶至上二叠统长兴阶被划分为12个三级层序，它们构成2个不完整的超层序，分别是SS1和SS2。其中隆林阶和中二叠统组成SS1超层序的低位体系域、海侵体系域和高位体系域，包括7个三级层序，时间跨度为34.6Ma；上二叠统组成SS2超层序的低位体系域和海侵体系域，包括5个三级层序，时间跨度为9.6Ma。不同相区层序发育的完整性有所差异，但超层序和三级层序在研究区均可以进行很好的对比。

b.以二级层序体系域为编图单元，系统编制了黔南拗陷二叠纪各期的层序岩相古地理图。SS1低位期黔南拗陷大部分地区暴露，只在南部低洼地区见台前斜坡和台盆欠补偿沉积；SS1海侵期，海水快速上升，发育浅水碳酸盐岩连陆台地、孤立台地及深水台盆形成的台盆相间沉积格局，台地内部局部浅洼见欠补偿深水沉积；SS1高位期继承了TST沉积格局，局限台地范围有所扩大，南部台盆内发育孤立台地沉积。SS2低位期古地理特征与SS1低位期相似；海侵期海水快速上升，再次呈现出台盆相间的古地理格局，与SS1期沉积格局具有继承性，但西北部出现潮坪－潟湖沉积，台地边缘发育高能礁滩组合沉积。

c.台盆相带内的深水欠补偿沉积是良好的烃源岩，台地内部高能浅滩及台地边缘高能礁滩组合为有利储层发育相带。

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