江苏启东地区发现浅层天然气气源层与晚更新世末期古土壤层——据江苏1∶5万余东镇等七幅区调

冯文立, 季文婷, 冯金顺， 张平， 郭盛乔, 程瑜， 赵增玉

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京　210049)

江苏启东地区发现浅层天然气气源层与晚更新世末期古土壤层——据江苏1∶5万余东镇等七幅区调

冯文立, 季文婷, 冯金顺， 张平， 郭盛乔, 程瑜， 赵增玉

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京210049)

摘要：江苏东南部启东地区开展的1∶5万区域地质调查工作已经完成野外工作验收，通过整理分析新获取的地质资料，发现工作区内“下切河谷”地区地表下46~59 m处普遍存在棕黄色、灰绿色、灰黑色“硬黏土层”，厚度2~10 m不等；局部地区钻孔岩心剖面在本层顶部表现为明显的古土壤层，见根痕构造、钙质结核等暴露成土特征，其下部可见灰黑色富有机质、植物碎屑的粉砂质黏土层。古土壤层的发现证明了本区在末次盛冰期并不完全为下切河谷地区，更新了前人对测区晚更新世末期沉积地层的认识；而厚度0.5~2 m不等的富有机质、植物碎屑的粉砂质黏土层为本区浅层天然气提供了气源。

关键词：江苏启东；下切河谷；晚更新世；古土壤；浅层天然气

0引言

长江三角洲地区地质工作始于新中国成立前，自20世纪70年代开始获取了大量的钻孔，进行了较系统的第四纪地层及古气候环境研究[1,2]，表明第四纪以来，长江三角洲经历数次海陆变化，早、中更新世地层以河流相地层为主，零星分布海相地层；晚更新世、全新世逐渐以海陆交互、海相地层为主。20世纪90年代以来其研究热点主要集中在河口南翼上海地区晚第四纪地层的沉积序列划分与识别、古海平面的变化与沉积响应、下切河谷—三角洲的演化模式探讨[3-7]，三角洲北翼的研究程度相对较低。同时以李从先为代表的长江三角洲地区在末次盛冰期存在长江古河谷的结论一直存在争议。为加深长江三角洲北翼晚更新世的研究程度，2014年度项目组沿近南北向的剖面线设计并施工了10口孔深75 m左右的钻孔(图1)，获取了测区晚更新世末期至全新世详细的沉积地层记录。

图1　研究区钻孔与剖面位置图[8,9]

1区域地貌及晚第四纪地层

工作区位于长江入海口、长江三角洲北翼(图1)。地表以通吕水脊地区地势稍高，高程为3~6 m，两侧地势均较低，高程为2~3 m；通吕水脊及其以北为海积平原，地表沉积物以粉砂为主，以南为三角洲平原，大部分地区沉积物以黏土为主，局部地区以粉砂为主，显示本区地表为不同时期沙洲并岸成陆的演化特征[10]。

区内第四纪地层承袭了吴标云等[1]对长江三角洲地区第四纪地层的命名(表1)，本区第四纪地层划分沿革见表1。参照国际地层表采用全新统、更新统两分，本文涉及地层为全新统如东组三段(Qhr3、Qhr2、Qhr1)，上更新统滆湖组上段(Qpg3)、中段(Qpg2)及部分下段地层。

2岩石地层及气源层

本次工作布置的浅孔剖面自南向北包括YD017、YD016、YD015、YD014、YD013、D3[1]、YD012、YD011、YD010、YD009、YD008共11个钻孔，除D3[1]孔外，其余全为本次调查施工钻孔，孔深75~76.1 m，其中砂性土的采取率为82.76%~89.85%，平均85.3%；黏性土的采取率为91%~98.81%，平均94.7%，获取岩心较完整，详细地解剖了“下切河谷地区全新世地层结构。现以发育典型古土壤的YD011孔为代表，描述本区晚第四纪岩石地层特征。

2.1　全新统如东组(0~46.4m)

上段(厚18.33 m)：表层2.4 m为灰黄色粉砂质黏土，向下或夹含黏土粉砂，见锈黄色铁锰结核，向下渐多为灰色粉砂、灰色粉砂夹棕灰色淤泥，显水平层理，局部以棕灰色粉砂质淤泥为主，夹粉砂薄层、透镜体，底部见斜层理构造，与下部地层为过渡接触关系，颜色发生明显变化，逐渐过渡为深灰色。从岩性组合来看，自上而下为三角洲平原的陆上古土壤，三角洲平原的潮间带沉积。

表1工作区第四纪地层划分沿革表

Table 1Quaternary strata division for the work area

*江苏省第四纪地层初步划分方案(讨论稿)。

① 江苏第一水文地质大队. 1∶20万南通市幅、南通县幅区域水文地质普查报告[R].南京: 江苏省地质矿产局, 1980.

② 江苏省地质调查研究院. 1∶25万南通幅区域地质调查报告[R].南京:江苏省地质调查研究院, 2003.

中段(厚10.47 m)：中上部为深灰色淤泥、粉砂质淤泥夹灰色粉砂、粉细砂薄层，淤泥、粉砂质淤泥厚1~10 cm不等，粉砂、粉细砂层大多厚1~3 cm，局部夹粉砂透镜体，见人字形结构、平行层理、斜层理；下部为粉细砂夹粉砂，零星粉砂质淤泥夹层；本段为三角洲前缘相的沉积物组合。与下部地层接触界线不明显，但整体差异明显。

下段(厚17.6 m)：深灰色淤泥夹粉砂薄层，夹粉砂薄透镜体，零星见平行层理，见垂直地层分布的虫孔构造，孔内充填淤泥质粉细砂，整体以淤泥为主，含量约占80%，粉砂约占20%；本段为河口前缘或前三角洲相沉积物组合。

与下部地层为岩性突变接触关系。

2.2　上更新统滆湖组上段(46.4~63.86 m)

上段(17.46 m)：顶部90 cm段为古土壤层，为暗棕色黏土，岩心块状，干硬，敲击易碎散，见根痕构造；其下为深灰色、灰黑色富有机质、植物碎屑的黏土层，切面上见蓝色斑点(磷铁矿)，零星见浑圆状钙质结核；再向下逐渐过渡为灰色黏土质粉砂、粉细砂夹黏土，见平行层理，零星斜层理；显示为河漫滩相沉积。与下部地层为渐变接触关系。

中段(12.02 m)：为棕黄色、灰黄色细砂、中粗砂，顶部为夹棕黄色条纹粉细砂，上部零星分布钙质结核，中下部局部见斜层理，显示为河道沉积物；底部30 cm段为青灰色粉细砂，与上部地层为颜色突变接触，接触界线清晰，与下部地层为岩性突变接触，界限清晰，其下揭露22 cm厚深灰色粉砂质黏土层，未见底。

2.3　地层结构

对施工钻孔进行单孔沉积相分析，利用瓦尔特相率作为对比原理，参考前人在测区内的QD孔[13]及测区南侧崇明岛的CM97孔[14]14C测年资料，对晚更新世地层进行了地层解剖(图2)，特征如下：

(1)如东组上段厚为14.64~23.6 m，整体为一套以灰色粉砂、粉细砂为主的沉积物，沉积相主要为潮间带，因为平面上沉积微相的差异，局部地区富集棕灰色黏土层。

(2)如东组中段厚为8.67~18.75 m，整体为一套深灰色淤泥夹粉砂，粉细砂夹淤泥质粉砂的沉积物，显示向上变粗的沉积演化特征，沉积相主要为河口前缘相或三角洲前缘相。

(3)如东组下段厚为7.45~14.78 m， 整体为一套深灰色淤泥夹粉砂层，局部夹粉砂透镜体，沉积相主要为前三角洲、河口前缘相。其中YD012孔为一套粉细砂夹淤泥薄层沉积，下部层理不清晰，向上淤泥层增加，显示潮汐河道沉积相特征，与下部黑色泥沼沉积物为岩性突变接触关系。

(4)滆湖组上段厚度为6.5~22.52 m，顶部为一套粉砂夹淤泥、淤泥与粉砂、粉细砂互层，或为古土壤层，向下过渡为灰色粉细砂、细砂，或夹黏土薄层，显示为分支河道相、河漫滩相沉积物组合特征。

2.4　古土壤层与浅层天然气气源层

在A-A′剖面中，滆湖组上段较广泛分布灰色、灰黑色富有机质及植物碎屑的粉砂质淤泥、淤泥质黏土，岩心为软塑，零星夹黄灰色钙质结核，棱角状，质地脆硬，似沼泽相沉积，我们命名为非典型古土壤；其下部为灰绿色、灰黄色粉砂质黏土，岩心为硬塑，较富集钙质结核，姜石状，质地坚硬，似河流相沉积，我们命名为典型古土壤层。非典型古土壤层通常比典型古土壤层厚，且富集有机质及植物碎屑，判断启东地区浅层天然气气源层即为本层。郑开富[14]详细总结了江苏地区浅层天然气的气苗分布，指出工作区内主要的气源层为前三角洲相灰色淤泥与河漫滩相灰色黏土层，层内有机碳含量高，通过有机地球化学分析表明为生物成因气，有机质以藻——还原环境的海相有机质为主，以腐殖型为主，局部为腐殖腐泥型、腐泥腐殖型，未达到成烃转化的演化阶段，气源层成岩成熟度极低；同时评价本区为开发有利地区。

图2A-A′剖面晚第四纪地层结构及古土壤特征

Fig.2Strata structures and paleosols features of the Late Quaternary inA-A’ profile

3研究意义

3.1　下切河谷的范围

李从先[9,15 ]、陈报章[16]等学者对测区末次盛冰期后长江三角洲河口下切河谷的演化做了比较详细的研究。根据他们的研究，在末次盛冰期，测区属于下切河谷区域，不存在古土壤层。

根据本次工作于“下切河谷地区”获取的钻孔(YD008—YD017孔)资料以及收集近年钻孔资料表明测区中部其林镇幅、南阳村幅、向阳村幅地区地表下40~60 m段较广泛存在古土壤层。根据其林幅内钻孔DH01③江苏省地质调查研究院. 长江三角洲地区(长江以北)环境地质综合调查评价[R].南京: 江苏省地质调查研究院, 2012.相似层位的测年数据(53.25~54.8 m，14C测年数据为(14 670±270 aBP)，表明本层与“下切河谷北翼”如东县地表下20~30 m处发育的古土壤层[1]及“下切河谷南翼”上海市内地表下20~30 m段出现的古土壤层[17]同属于晚更新世末期的沉积物(MIS2)。因此，末次盛冰期的下切河谷范围没有原先认识的范围那么大。

3.2　典型与非典型古土壤的形成模式

闵秋宝等[18]、李丛先等[19]根据古土壤14C测年资料(25 000~12 000 aBP)，认为古土壤层形成于末次盛冰期。邓兵等[20]对长江三角洲地区“下切河谷外北翼与南翼”发育的古土壤(地表下20~30 m范围)形成进行了详细论述，认为末次盛冰期，海平面下降到现今海面140 m之下[21]，长江三角洲地区形成深60~90 m的下切河谷，洪水不可能形成越岸沉积，因而不可能是在末次盛冰期形成古土壤层；那么只能在MIS3阶段晚期海平面开始下降，本区出露地表，洪水尚能淹没，古土壤开始沉积；随着海平面持续下降，直至末次盛冰期(MIS2)，古河谷深切，洪水无法淹没，古土壤进入持续成土阶段；同时，他们还指出古土壤已有测年材料大多采用硬黏土，有机质含量低，加上成土改造，有机质组分发生分解、转化，进而影响测年结果。上述研究结论都支持古土壤层(硬黏土层)的河流成因，本次工作于下切河谷地区地表下约55m发现的典型古土壤(硬黏土层)，其形成模式应该与下切河谷南翼、北翼的硬黏土形成模式类似；同时于地表下40~55 m段发现的非典型古土壤层，则应该是盛冰期后，冰消期海平面上涨过程中于平原低洼处沉积形成。部分钻孔中，两种古土壤之间有明显的岩性颜色变化界线。

参考文献：

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Discovery of the Shallow Gas Source Layer and Late Pleistocene Paleosol in Qidong Area, Southeastern of Jiangsu Province:according to 1∶50000 Yudong Town and other six Rigional Geological maps in Jiangsu Province

FENG Wen-li，JI Wen-ting，FENG Jin-shun，ZHANG Ping，GUO Sheng-qiao，CHEN Yu，ZHAO Zeng-yu

(JiangsuInstituteofGeologicalSurvey,Nanjing,Jiangsu210049,China)

Abstract:The field work of the 1∶50,000 regional geological survey on Qidong area, Southeastern Jiangsu has been accepted. Based on the new data,we found that there are brown, celadon, gray-black “hard clay bands” between 46-59 m below the surface in the incised valley area, with thickness ranging from 2 m to 10 m. In the top of the “hard clay bands” in some drilling cores is paleosol which has root-mark structure, calcareous concretions and other exposed soil-forming features; and in the lower part is a grayish black silty clay layer rich in organic and plant debris. The discovery of the paleosol proved that the area is not fully incised valley region in LGM, which updates the understanding on the Late Pleistocene sedimentary strata of the survey area. The silty clay layer rich in organic and plant debris, with thickness of 0.5-2 m,provided gas source to the shallow gas of the study area.

Key words:Qidong of Jiangsu Province; incised valley; Late Pleistocene; paleosol; shallow gas

作者简介：冯文立(1982—)，男，工程师，主要从事区域地质调查。Email：fwl27391@163.com。

基金项目：中国地质调查 “江苏1∶5万余东镇、吕四镇、其林镇、南阳村、向阳村、启东、江夏幅区调(编号：1212011220537)”项目资助。

收稿日期：2015-01-05； 改回日期： 2015-01-22。

中图分类号：P622

文献标志码：A

文章编号：2095-8706(2015)02-0056-05