南鄱阳盆地二甲村凹陷乐平组官山段古地理环境特征

曾广平，王峻，张春光，赵晴，吴双

（成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059）

0 引言

南鄱阳盆地晚二叠世早期在全球海平面下降和东吴运动的共同影响下，海平面快速变化，大量碎屑物质向盆地内推进，形成了一套海陆过渡相含煤地层[1-2]。官山段泥页岩为南鄱阳盆地乐平组重要的烃源岩层[3]，其分布受古地理环境演化过程的影响[4-5]。海平面快速升降过程造成了区域内官山段沉积的差异性。王修齐等[6]认为，官山段在南鄱阳盆地东区为河流和湖泊相淡水沉积；徐克定等[7]对赣东北乐平组沉积环境开展层序地层学分析，认为官山段形成于低水位体系域下的潮间带及潮下带环境，周缘发育三角洲平原和前缘沉积；Wang等[8]对鸣山一带官山段进行的有机地球化学分析表明，其沉积时受海水波及。以往研究表明，官山段为一套海平面快速动荡下的沉积组合，烃源岩的分布受海平面变化和古地理环境的控制。这些研究还对乐平组整体的古地理演化及其对烃源岩发育的影响进行了讨论[6]，但缺乏对重点烃源岩层沉积微相的深入研究，且对古地理环境如何影响储层和烃源岩发育的认识不够详尽。

本文基于钻井和剖面资料对南鄱阳盆地二甲村凹陷官山段的古地理环境进行恢复，分析了官山段的沉积相展布与演化规律，研究了官山段古地理演化对烃源岩发育的控制作用，以期为海陆过渡相油气藏的勘探开发提供科学依据。本次研究在南鄱阳盆地二甲村凹陷东侧涌山剖面官山段底部泥质粉砂岩中见薄层生屑灰岩，其中含大量棘皮动物、藻类、腕足类生物碎屑，这反映了水体较深的潟湖沉积环境[9]，从而也为官山段潮坪环境的认识补充了新的岩石学证据。

1 地质概况

南鄱阳盆地为下扬子地块与华夏地块间的萍乐坳陷带中部的一个小型断陷盆地，基岩为新元古界变质岩。盆地先后受印支运动挤压作用和燕山运动走滑拉张作用影响，发育石炭系—下三叠统海相至海陆过渡相和上三叠统—白垩系陆相沉积，形成“上张下压”的双层结构[1，6]。 二甲村凹陷位于南鄱阳盆地东北缘，西侧以永修—锦江断裂和军山—三湖断裂为界，南侧为丰城—婺源断裂[6]，呈近北东向条带状展布（见图1）。在印支—燕山期逆冲推覆作用影响下，上古生界地层中形成一系列近东西向的复式向斜褶皱，造成二甲村凹陷局部地区石炭系、上二叠统长兴组及乐平组地层重复以及部分地区上三叠统地层的缺失[4]，奠定了南鄱阳盆地复杂的构造与沉积格局。乐平组官山段在造山运动影响下快速沉积形成了一套海陆交互相含煤碎屑岩，整合或假整合于茅口组厚层状石灰岩夹薄层硅质岩之上，含丰富的植物化石碎片。

图1 南鄱阳盆地二甲村凹陷区域位置

2 沉积特征与古环境

2.1 岩性特征

由于二甲村凹陷内地表植被覆盖严重，选取了同一构造带内且古地貌背景相似的涌山剖面（见图2。其中：P3m为茅口组，P3lg为官山段，P3ll为老山段）与二甲村凹陷内钻井岩性进行对比。通过对比，并依据岩性特征差异将二甲村凹陷乐平组官山段分为以细粒沉积为主的官山段下亚段和以粗碎屑沉积为主的官山段上亚段。

图2 涌山剖面官山段野外剖面

官山段下亚段发育褐灰色—灰黑色粉砂岩和灰色—灰黑色泥页岩，厚度在45～100 m；发育水平层理、脉状层理和交错层理（见图2、图3a、图3b），含大量植物叶片和茎秆化石，层理面富含炭屑；与下伏茅口组石灰岩呈整合接触，局部茅口组抬升剥蚀形成岩溶角砾（见图3c）。泥页岩和粉砂岩主要由石英（Qtz）和黏土矿物组成，含菱铁矿（Sd）（见图3d，其中 Mi为云母）。X 衍射分析结果表明：石英质量分数为37%～62%，平均质量分数为51%；黏土矿物质量分数为30%～54%，平均质量分数为43%。黏土矿物主要为伊利石（I）和高岭石（K），含少量伊/蒙混层和绿泥石。黏土矿物中，伊利石呈不规则鳞片状贴附于矿物颗粒表面，孔隙较发育（见图3e），其相对质量分数为34%～45%，平均相对质量分数为39%；高岭石相对质量分数为24%～40%，平均相对质量分数为34%；伊/蒙混层相对质量分数为14%～26%，平均相对质量分数为19%；绿泥石相对质量分数为5%～11%，平均相对质量分数为8%。官山段上亚段主要为灰色石英砂岩夹中层砾岩和薄层泥岩，厚度约40 m，与上覆乐平组老山段灰色细粒石英砂岩和泥岩呈整合接触（见图2）。镜下可见砂岩中石英具有次生加大和波状消光特征（见图3f），砾岩含流纹质岩屑（见图3g）。砂岩较致密，孔隙间充填书页状高岭石（见图3h）。

图3 南鄱阳盆地二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段岩性特征

2.2 古生物特征

野外剖面观察到研究区乐平组官山段下亚段深色泥岩及细粉砂岩产二叠枝脉蕨（Cladophlebis permica Lee et Wang）、二叠蕉羽叶（Nilssonia permica Yang）、 烟叶大羽羊齿（Gigantopteris nicotianaefolia）等植物化石与棘皮动物、腕足类、藻类等动物化石（见图4）。

图4 南鄱阳盆地二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段古生物特征

2.3 古环境背景分析

二甲村凹陷官山段下亚段受潮水进退影响，沉积环境变化较快。为此，重点对官山段下亚段泥页岩和粉砂岩开展古氧化还原条件、古气候、碎屑通量和沉积速率分析。

——古氧化还原条件。U，V，Ni等元素特定的质量分数（w）比值可以反映地层沉积时的氧化还原条件[10]。V在有机质中优先被结合，在缺氧还原环境下质量分数高，而Ni和Cr则在还原环境下较为稳定，因此，w（V）/（w（V）+w（Ni））值和 w（V）/w（Cr）值常用于指示古氧化还原环境[11]。 官山段下亚段泥岩-粉砂岩 w（V）/（w（V）+w（Ni））值为 0.71～0.83，平均值为 0.77，代表弱还原—还原沉积环境。 官山段下亚段 w（V）/（w（V）+w（Ni））值和w（V）/w（Cr）值呈现自下往上增大的趋势（见图5），并且细粒沉积物沉积时的水体还原性更强。

图5 涌山剖面乐平组官山段下亚段地球化学特征

——古气候。微量元素在地层中的分布变化和其质量分数比值可以指示古气候的变化[12]。Sr对于气候的变化较为敏感，利用 w（Sr）/w（Cu）值和 w（Sr）/w（Ba）值变化能够反映古气候环境变化。乐平组官山段下亚段 w（Sr）/w（Cu）值为 2.58～10.00，平均值为 4.20（见图5）；w（Sr）/w（Ba）值的变化趋势与 w（Sr）/w（Cu）值基本一致：二者均表明官山段下亚段沉积时的气候条件为半潮湿—潮湿温暖气候[13]。

——碎屑通量。Ti，Zr，Al，Th在沉积物中的质量分数常被用来估算碎屑通量（输入量）[14]。TiO2和 Al2O3质量分数的强相关性表明官山段下亚段样品的Ti为碎屑来源[15]（见图6a）。 Al仅存在于铝硅酸盐矿物中，Ti的富集常与金红石、钛铁矿、辉石等重矿物有关[16]。Ti的质量分数和 w（Ti）/w（Al）值的变化能反映碎屑中非铝硅酸盐输入量变化[17]，因此，w（Ti）/w（Al）值的变化能指示碎屑通量的变化。官山段下亚段Ti质量分数为0.15%～0.55%，平均值为 0.42%，w（Ti）/w（Al）值为 0.04～0.07，平均值为0.06（见图5），反映了该段沉积时期有稳定供应的陆源碎屑物质补给。此外，Al2O3与Fe2O3的质量分数有一定负相关性（见图6b），指示该段泥页岩可能受热液影响[18]。

图6 涌山剖面官山段下亚段样品组分质量分数拟合

——沉积速率。高沉积速率下，沉积物在海水中停留的时间短，轻稀土元素和重稀土元素分馏作用弱；低沉积速率下，黏土和有机质则有充足时间吸收稀土元素，导致轻稀土元素和重稀土元素的分馏程度高[19]：因此，经过北美页岩（NASC）标准化的 w（La）/w（Yb）值可以反映稀土元素的分馏程度。w（La）/w（Yb）值越接近 1，代表沉积速率越高[20]。涌山剖面乐平组官山段下亚段的w（La）/w（Yb）值为 1.03～1.78（见图5），表明频繁的潮水进退使沉积速率发生了快速且显著的变化。

3 沉积体系分析

岩石沉积后的成岩作用和风化作用会使元素组成发生变化，仅依靠微量元素及其质量分数比值的变化并不能完全准确地反映古环境的变化。在古环境背景分析的基础上，结合基于岩相的沉积相分析能更准确地反映沉积环境[21]。南鄱阳盆地二甲村凹陷构造条件复杂，地震资料品质较差，因此本文主要利用测井和野外剖面资料，结合区域沉积背景，对研究区乐平组官山段进行沉积微相的划分和物源分析，重建了官山段沉积模式。

3.1 沉积微相类型

为明确官山段沉积微相在空间上的变化特征，在研究区乐平组官山段中共识别出潮坪、潟湖、冲积平原和三角洲前缘4种亚相。这4种亚相又可细分为12种沉积微相（见图7）。

图7 乐探2井—涌山沉积剖面

3.1.1 潮坪、潟湖亚相

研究区潮坪、潟湖亚相沉积在官山段下亚段中发育，主要为灰色—灰黑色泥岩和粉砂岩，见交错层理和脉状层理，沉积时处于弱还原和半潮湿温暖环境，沉积速率较高，陆源碎屑供应稳定。

根据测井电性、岩性特征及野外剖面岩石组构特征，将潮坪、潟湖沉积亚相细分为沙坪、混合坪、泥坪、沼泽、潮汐水道、淡化湖盆和灰坪7种微相。1）沙坪在二甲村凹陷的东南侧较为发育，岩性为深灰色—褐灰色石英细粉砂至细砂岩，夹褐灰色铁质粉砂岩，分选较好，泥质质量分数低，为还原环境，沉积速率较高。2）混合坪主要为灰色泥岩、粉砂岩、细粒石英砂岩和细砾岩，由细粉砂岩与碳质泥岩构成脉状层理（见图3b），含大量植物碎屑。3）泥坪的沉积物主要为碳质泥页岩，有机质质量分数较高，呈灰黑色，含植物碎屑。4）沼泽沉积物粒度小，由深灰—灰黑色碳质泥岩及碳质粉砂岩组成，含大量植物碎片，代表气候温暖潮湿的还原环境，同时水动力条件弱，沉积速率较低。5）潮汐水道以粉砂岩为主，发育双向交错层理（见图3a）。6）淡化潟湖沉积在官山段底部发育（见图7），主要为灰色薄板状泥岩、灰黑色碳质泥岩及粉砂岩，溶蚀孔隙发育，孔隙内充填碳质和菱铁矿（见图3d），代表潮湿气候。7）灰坪沉积见于涌山剖面官山段底部，含有孔虫类、藻类、海百合、腕足类等大量生物碎屑（见图4d），代表水体较深的还原环境。

3.1.2 冲积平原、三角洲前缘亚相

研究区近物源区沉积物随冲积扇、曲流河从河道两侧及末端溢出，于两侧形成广阔的冲积平原，末端形成浅水带。二甲村凹陷内赣9井、乐页1井、鸣检1井和涌山剖面官山段上亚段为冲积平原和三角洲前缘亚相，可细分为冲积平原河道、分流间湾、三角洲前缘分流河道、分流间湾和河口坝5种微相，主要岩性有长石石英砂岩夹粉砂岩、砾状砂岩、细—粗粒砂岩和含砾粗砂岩。冲积平原具有三角洲平原被曲流河改造形成的特征，乐页1井和鸣检1井处冲积平原河道相沉积厚度较大，乐页1井处发育冲积平原分流间湾相。三角洲前缘沉积分布于河道前端，可识别出2期河口坝，主要由砂和粉砂组成；三角洲前缘分流河道相在赣9井中较发育，沉积物以砂和粉砂为主；分流间湾以泥质沉积为主，夹于分流河道沉积之间。

3.2 物源分析

通过钻井和野外剖面资料的综合分析，二甲村凹陷东部乐页1井和鸣检1井缺失乐平组上部狮子山段和王潘里段，而西部鄱地1井、乐探2井、赣9井乐平组上部地层发育齐全，表明乐平组古地貌总体呈现“南东高、北西低”的特征。鄱地1井乐平组缺失官山段，下伏茅口组顶部见岩溶角砾（见图3c），表明茅口组—乐平组老山段时期地表抬升，局部无沉积或遭受剥蚀。乐探2井缺失官山段上段，表明二甲村凹陷西侧存在剥蚀区。

南鄱阳盆地乐平组煤系地层由南东的陆相沉积逐渐向北西的海相沉积过渡，岩石类型由岩屑石英砂岩为主过渡到以石英砂岩为主，重矿物质量分数逐渐减少，粒度逐渐变小，分选与磨圆逐渐变好。由此推断，乐平组的物源主要来自东南方向[4]。乐平组官山段上亚段石英砂岩在显微镜下见石英具波状消光特征（见图3f），指示物源为变质来源[22]。官山段砾岩镜下可见流纹岩岩屑（见图3g），同时元素分析也表明官山段泥页岩受到热液影响，说明物源可能受到火山活动的影响[23]。综上所述，南鄱阳盆地二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段的物源以东南向新元古变质岩为主，部分来自火山岩。

3.3 沉积模式

基于对岩石组构、古环境背景、沉积微相与物源的综合分析，建立了南鄱阳盆地二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段沉积模式（见图8）。二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段广泛发育泥页岩和砂砾岩沉积，早期海陆过渡相沉积逐渐向陆相沉积演变。对晚二叠世中—晚期乐平组官山段沉积相恢复显示，二甲村凹陷官山段早期为障壁海岸沉积体系下的潮坪、潟湖沉积，晚期古陆隆升，水位降低，在东南侧发育冲积平原。从气候条件来看，二甲村凹陷在晚二叠世乐平组官山段沉积早期处于半潮湿—潮湿温暖气候，与潮坪环境为主体的沉积特征相符。晚期海平面下降，粗碎屑快速沉积，与冲积平原的沉积特征相符。

图8 二甲村凹陷上二叠统乐平组官山段沉积模式

二甲村凹陷内茅口组为陆棚相石灰岩夹硅质岩，鄱地1井处曾暴露地表形成角砾状灰岩。官山段沉积早期发育障壁岛，位于乐探2井北部。障壁岛后侧受潮水进退影响，发育潟湖、潮坪和沼泽相沉积；乐探2井—涌山剖面一带水体较深，为潟湖沉积；赣9井—鸣检1井一带为潮坪、沼泽相沉积。官山段沉积晚期南东侧古陆隆升，水位下降，障壁岛向北西方向推移，此时由陆地向海洋方向依次发育曲流河、冲积平原、三角洲前缘、潮坪、潟湖和障壁岛沉积。

4 古地理展布特征

地层厚度等值线反映沉降区和抬升区的分布，砂地比等值线反映平面上沉积相分布的基本轮廓，并指示物源供给方向与砂体分布[24]。利用单因素分析和多因素综合作图法，以沉积相分析为核心，综合沉积相展布规律与沉积模式，恢复二甲村凹陷官山段沉积早期和晚期的古地理格局。

4.1 早期古地理

南鄱阳盆地二甲村凹陷官山段下亚段主要为碳质泥岩夹铁质粉砂岩和生屑灰岩沉积。地层呈中部厚、东西部较薄的格局，最大厚度在鸣检1井，达46.96 m，乐探2井往西为剥蚀区。砂地比总体呈北东向线性变化，靠近陆源的一侧砂地比较大（见图9a）。

图9 南鄱阳盆地二甲村凹陷官山段古地理

综合分析二甲村凹陷官山段下亚段发育特征及南鄱阳盆地的沉积演化史，重建官山段早期的岩相古地理格局（见图9b）。官山段早期海水由西北向南东方向侵入，障壁岛内侧依次发育灰坪相生屑灰岩、以泥岩为主的潟湖相沉积及潮坪、沼泽相沉积。沉积过程主要发生在障壁海岸沉积体系的潟湖、潮坪、沼泽还原环境中。

4.2 晚期古地理

南鄱阳盆地二甲村凹陷官山段上亚段岩性以细粒石英砂岩与泥岩为主，夹砾石层。二甲村—涌山一带厚度较大，平均值为38.47 m，砂地比的3个高点分别出现在二甲村、双田镇和涌山镇附近（见图9c）。

结合南鄱阳盆地的沉积演化史，重建二甲村凹陷官山段晚期的岩相古地理格局（见图9d）。随着南东方向的古陆隆起，二甲村凹陷发生区域性海退，海水逐渐往北西方向退去，以灰色石英砂岩与泥岩为主的潮坪相沉积、以长石石英砂岩和粉砂岩为主的障壁岛沉积和以含砾细—粗砂岩为主的冲积平原、三角洲前缘沉积共同构成了冲积平原-障壁海岸沉积体系。障壁岛的发育进一步阻挡海水入侵，导致障壁岛后水动力条件减弱，形成有利于有机质大量富集的缺氧水体环境[25]。

4.3 含油气意义

在“南东高、北西低”的古地貌背景下，研究区官山段沉积期海平面朝北西方向退却，南东方向的植物碎片和其他碎屑通过分流河道输入到潮坪、潟湖环境中堆积，带来了大量有机质；同时，潮坪、潟湖的还原环境，利于有机质富集和保存，为烃源岩的形成和发育提供了保障。官山段下亚段潮坪、潟湖相泥页岩总有机碳质量分数为0.99%～9.37%，平均质量分数为3.14%，有机质丰度高，局部较低。有机质类型以Ⅱ1—Ⅲ型为主，镜质组反射率在1.46%～1.88%，烃源岩处于成熟阶段。泥页岩、石英矿物质量分数高，可压性良好；黏土矿物以高岭石和伊利石为主，镜下见较多孔隙，可作为页岩气储集空间。官山段上亚段障壁岛和冲积平原相砂岩经历压实、石英次生加大、硅质充填等成岩作用，孔隙度减小，储集空间主要为溶蚀作用形成的微孔隙及微裂缝[1]。冲积平原河道砂体与分流间湾泥岩交替沉积，有利于形成岩性圈闭，具备良好的致密油气藏储层条件。研究区沉积相总体呈北东向条带状展布，潮坪、潟湖相沉积厚度最大，其次为障壁坪、三角洲前缘和冲积平原相，其展布规律对进一步的油气勘探评价具有指示意义。

5 结论

1）南鄱阳盆地二甲村凹陷乐平组经历障壁海岸向冲积平原演化的过程。早期，鄱地1井—浮梁湘湖南部发育障壁岛，乐探2井—涌山剖面一带为潟湖沉积，二甲村—乐平县一带为潮坪沉积；晚期，障壁岛向西北迁移，乐探2井—涌山剖面转变为潮坪沉积，二甲村—乐平县一带发育三角洲前缘沉积。

2）官山段下粗上细的二段式结构构成了油气藏的生储组合。官山段下亚段潮坪、潟湖暗色泥页岩有机质丰度高、类型好，生烃潜力良好，微孔隙发育，具备良好的可压性，可作为烃源岩层和页岩气储层；上亚段障壁岛、冲积平原河道与分流间湾沉积可作为致密油气藏的储层。