宁蒗盆地龙马溪组沉积构造背景分析

张 茜，余 谦，王 剑,3，肖渊甫，程锦翔，赵安坤，

(1. 中国地质调查局 成都地质调查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大学 地球科学学院， 四川 成都 610059； 3. 国土资源部 沉积盆地与油气资源重点实验室，四川 成都 610081)

宁蒗盆地龙马溪组沉积构造背景分析

张 茜1,2，余 谦1，王 剑1,2,3，肖渊甫2，程锦翔1，赵安坤1，2

(1. 中国地质调查局 成都地质调查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大学 地球科学学院， 四川 成都 610059； 3. 国土资源部 沉积盆地与油气资源重点实验室，四川 成都 610081)

为进一步扩大四川盆地页岩气的勘探开发，对页岩气地质调查空白区宁蒗盆地龙马溪组沉积期构造背景进行了详细的地质考察及系统地球化学研究。研究表明：龙马溪组母岩主要为中酸性混合成因，形成于接近大陆边缘的深水一半深水还原性水体环境，主要沉积构造背景为被动大陆边缘，受构造运动及海底热液影响较大。在此沉积构造环境下，沉积了广泛分布的龙马溪组富有机质烃源岩。

宁蒗盆地；地球化学；构造背景

0 前 言

随着页岩气勘探工作的进一步深入，下志留统龙马溪组泥页岩成为中国页岩气突破的重点层系。康滇古陆东侧龙马溪组研究较深入，已获得大规模的页岩气突破，但是古陆西侧的龙马溪组研究较少，罕有报道。宁蒗盆地位于古陆西侧，属于页岩气基础地质调查空白区，盆地性质、构造背景、沉积环境等一系列基础地质问题研究薄弱，持续性及继承性研究成果较少。故笔者通过详细的野外观察，选择宁蒗盆地东南缘李子河剖面进行系统采样，通过元素地球化学及岩石学特征来探讨龙马溪组的沉积构造背景，旨在提高对该岩层地质成因的认识，为今后在该地区页岩气勘探工作提供一定地质基础。

1 区域地质背景

宁蒗盆地位于扬子地台西南边缘、地处松潘—甘孜印支褶皱系与扬子地台西缘的衔接部位，属滇中推覆冲断带组成部分。南连楚雄盆地，北邻四川盆地，东邻盐源盆地，西接丽江盆地。研究区位于宁蒗盆地东南缘，隶属于云南省丽江市华坪县。该区构造情况复杂，断裂发育，区域上地层出露较为齐全，缺失侏罗系和白垩系沉积，古生界较发育，其中志留系龙马溪组发育大套的富有机质页岩。通过前期地质调查发现，研究区马溪组主要为浅水至深水陆棚沉积，富含有机质，以灰黑色碳硅质泥岩为主，富含笔石化石与黄铁矿，可见数层0.5～2 cm的斑脱岩，说明曾受到火山作用影响，优质页岩厚度约30～60 m，地表油气显示较为发育。

2 样品采集与实验方法

剖面位于云南省丽江市华坪县，厚约45 m左右，与下伏巧家组灰岩不整合接触，与上覆石门坎组灰岩整合接触。岩性主要为灰黑色薄板状硅质岩夹灰黑色薄层状炭质硅质泥岩。由底至顶，硅质含量逐渐减少，钙质含量逐渐增加，证明水体有变浅趋势。采样时从底到顶间隔0.5～1 m采样，共采集25件样品，做元素分析及矿物分析。各项测试均在重庆地质调查研究院页岩气重点实验室完成，分析方法引用文献[1]。

3 龙马溪组黑色岩系特征

3.1元素地球化学特征

研究区主量元素SiO2含量较高，含量为64.78%～94.58%，平均为80.97%。研究表明，研究区受到持续陆源碎屑硅质输入的影响，且硅质岩成因主要为生物成因[2]，生物成因是页岩高TOC的主要原因，有利于形成富有机质烃源岩。研究区微量元素相比上地壳均较富集，尤其是U、V、Gr、Mo、Ba、As、B元素高度富集。Mo、Ba、V是生物活动性元素，它们的高度富集，表明了岩石的形成与生物活动有关，且有较高的古生产力，Ba、As等元素的富集指示曾受到热水沉积影响[3]，而氧化还原敏感性元素V、Ni、U的富集可能与水体的还原环境相关[1]。研究区稀土总量ΣREE值为34.37～148.27 μg/g，平均值为90.79 μg/g。δEu值为0.61～1.16，平均值为0.80，变化范围较宽。δCe值为0.72～0.93，平均值为0.85。球粒陨石标准化稀土元素分布模式向右倾斜，显示微弱的铀负异常及铈负异常，与被动大陆边缘沉积模式相似[2]。北美页岩标准化稀土元素分布曲线较平坦，表明其物源相对一致,显示微弱的铈负异常及较明显的铀正异常，表明沉积环境为还原环境[2]。

3.2矿物特征

李子河剖面龙马溪组黑色硅质泥页岩矿物组成主要以石英及粘土矿物为主，石英含量在42%～98%，平均值为69%；粘土矿物含量在5%～20%，平均值为12%；碳酸盐矿物中以白云石和方解石为主，在顶部样品中含量较高；通过对美国Barnett型页岩储层研究，经验表明脆性矿物含量(石英+长石+碳酸盐矿物)通常大于50%时压裂改造效果较好。李子河地区龙马溪组富有机质泥岩中脆性矿物含量约占总体含量比均大于60%，因此保证了较好的压裂潜力。

4 结果讨论

4.1源岩属性

泥岩中的一些微量元素如La、Th、Co等在风化过程中相对稳定，因此可以用其比值及相关参数来指示源岩的属性。一般利用La/Th-Hf和La/Sc-Co/Th[4]源岩属性判别图解。在La/Th-Hf图解上(图1a)，李子河剖面的大多数点都落入长英质、基性岩混合物源区，少部分点落入酸性岛弧源区；而在La/Sc-Co/Th图解上(图1b)，大多数点落入长英质火山岩区及安山岩区之间，少数点落入酸性岛弧源区，反应源岩的中—酸性混合成因，主要为长岩质类岩石，有少量中基性岩注入。

图1 李子河剖面La/Th-Hf[6]、La/Sc-Co/Th[6]、w(∑REE)-w(La)/w(Yb)[5]判别图解

沉积岩中的稀土元素对母岩具有很强的继承性，若母岩为酸性的花岗岩，δEu常为负异常；若母岩为基性玄武岩，δEu为无负异常或正异常[5]。李子河剖面δEu(值为0.61～1.16)变化较大，大多数样品为负异常，但仍有少数样品显示正异常,说明该区黑色页岩的母岩具有混合成因的性质。为近一步探讨这种关系，在图1c中，样品投点多数落于沉积岩、花岗岩和碱性玄武岩的交汇区附近，再一次反映了母岩岩性的混合成因。

从矿物成分上来看，李子河剖面斜长石含量(均值2.5)略低于钾长石(均值为3.4)，说明沉积物主要来自富钾长石的母岩区，富钾长石的成因比较复杂，有可能是中性、酸性岩，也有可能是火山岩，且有些样品石英的含量(值为42%～98%)落在基性岩范畴内，也同样证明了该区母岩的混合成因。

4.2沉积期构造环境

一般来说，MnO2/TiO2及Ce异常(δCe)可作为判断沉积古地理位置的重要标志。MnO2/TiO2值0.5～3.5指示大洋底部沉积，MnO2/TiO2<0.5表示大陆边缘沉积[2]。Ce异常与其沉积的构造环境有关，大陆边缘区的δCe负异常不明显，甚至为正异常(变化范围为0.79～1.54)；洋盆区的δCe以中等值(0.55)为特征；洋中脊沉积δCe以明显负异常为特征(值为0.29)[2]。李子河剖面MnO2/TiO2值为0.01～0.67之间，大多数值小于0.5，δCe值为0.72～0.93，平均值为0.85，说明其主要是大陆边缘沉积。同时根据元素构造背景判别图解[7](图2)可以看出，样品大多投点于大陆边缘区域，少部分落在洋中脊或深海沉积物区，表明龙马溪组黑色岩系形成于接近大陆边缘的深水一半深水沉积环境，为大陆边缘向洋盆区过渡型岩系。

图2 李子河剖面构造比值散点图解(底图据文献[2])

4.3沉积构造背景

研究表明，沉积岩中化学元素的分异受到构造背景影响，不同构造背景下形成的沉积岩地球化学特征不同。从主量元素K2O/Na2O-SiO2[4]构造背景判别图解(图3a)可以看出，样品点均落入被动大陆边缘环境，指示研究区的构造背景主要是以被动大陆边缘为主。由微量元素La-Th-Sc(图3b)及Th-Sc-Zr/10(图3c)构造判别图解可知，样品微量元素点大多落在活动大陆边缘、背动大陆边缘及大陆岛弧构造背景区，主微量元素对构造反应略有不同，推测受构造运动及深部热液影响，使得该地区构造背景较为复杂。前人在研究物源区构造背景时发现，以被动大陆边缘为主要物源的岩石中通常包含较多的活动大陆边缘和/或大陆岛弧的地球化学信息[4]。研究区所在板块从晚奥陶开始从早期被动大陆边缘转变为一具有沟弧盆体系的活动大陆边缘，火山岩浆活动强烈，斑脱岩的存在也可证实此观点。同时在早志留世，扬子地块的拉张活动达到高潮，海底的拉升和扩张导致幔源深部物质上涌，使得龙马溪组在微量元素组成上保留了最为活跃的大陆岛弧构造背景的性质，所以微量元素投点所显示的大陆岛弧和活动陆缘的性质也可以用深部物源的影响作为解释。同时稀土元素的分布型式及δEu特征也说明其构造背景为被动大陆边缘，因为处于被动大陆边缘的沉积物的稀土元素组成以轻稀土富集，而Eu为负异常为特点[8]。研究区页岩样品的δEu变化较大，因受海底热液而出现较为明显的正异常，其它均为负异常，且富集轻稀土，这与被动大陆边缘的沉积物的特征一致。

图3 构造背景判别图解(底图据文献[4])

5 结 论

通过对川西南页岩气空白区宁蒗盆地龙马溪组黑色页岩矿物学特征与地球化学特征系统研究表明：宁蒗盆地龙马溪组硅质含量较高，矿物主要为石英，硅质成因主要为生物成因且沉积于还原性环境，有利于形成富有机质烃源岩，且脆性矿物含量高，有利于页岩气的压裂改造。结合大地构造背景，利用化学元素比值及相关图解分析可知龙马溪组母岩为中酸性混合成因，有少量基性岩注入，主要为长英质的火成岩。该套岩系形成于接近大陆边缘的深水—半深水沉积环境，受海底热液影响较大。主要沉积构造背景为被动大陆边缘，局部为较为活跃的具有沟弧盆体系的活动大陆边缘环境，火山岩浆活动强烈。在此沉积构造环境下形成了宁蒗盆地广泛分布的龙马溪组富有机质烃源岩。

[1] 张茜, 王剑, 余谦,等. 川西南构造复杂区龙马溪组泥页岩地球化学特征及古环境[J]. 新疆石油地质, 2017(4): 399-406.

[2] 张茜，王剑，余谦，等. 康滇古陆西侧龙马溪组黑色页岩地球化学特征及其地质意义[J]. 沉积与特提斯地质, 2017, 37(1): 97-107.

[3] 周永章，何俊国，杨志军，等. 华南热水沉积硅质岩建造及其成矿效应[J]. 地学前缘, 2004, 11(2): 373-377.

[4] 田洋，赵小明，王令占，等. 鄂西南利川三叠纪须家河组地球化学特征及其对风化、物源与构造背景的指示[J]. 岩石学报, 2015, 31(1): 61-72.

[5] 刘英俊. 元素地球化学导论[M]. 北京：地质出版社, 1987.

[6] 黄静，李琦，胡俊杰，等. 羌塘角木日地区中二叠统龙格组泥岩地球化学特征及其地质意义[J]. 高校地质学报, 2015, 21(1): 59-67.

[7] Murray R W. Chemical criteria to identify the depositional environment of chert: general principles and applications[J]. Sedimentary Geology, 1994, 90(3): 213-232.

[8] 赵振华. 稀土元素地球化学特征及其在岩石和矿床成因研究中的应用[J]. 地球与环境, 1978(9): 3-13.

ASedimentaryTectonicBackgroundAnalysisofLongmaxiFormationinNinglangBasin

ZHANG Qian1,2, YU Qian1, WANG Jian1,2,3, XIAO Yuanfu2, CHENG Jinxiang1, ZHAO Ankun1,2

(1.ChengduGeologicalSurveyCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China; 2.EarthSciencesInstitute,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 3.KeyLaboratoryofSedimentaryBasinandOil&GasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu,Sichuan610081,China)

In order to expand the exploration and development of shale gas in the Sichuan Basin, the geological survey and systematic geochemical study of Longmaxi Formation in the Ninglang Basin are carried out. The study shows that the source rock of Longmaxi Formation is the mixogenic rock, which is formed in reducing water environment near the continental margin. The main sedimentary structure background is passive continental margin, which is influenced by tectonic movement and seabed hydrothermal. In this sedimentary tectonic environment, the widely distributed Longmaxi rich organic matter source rocks are deposited.

NingLang basin ; Geochemical; Tectonic background

2017-08-29

国家重大科技专项项目(2016ZX05034004)。

张茜(1983-)，甘肃兰州人，在读博士生，工程师，研究方向：沉积学，储层矿物岩石学，油气地质学，地球化学，分析化学，手机：13458548001，E-mail：76517507@qq.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.022