安徽沿江地区中二叠统孤峰组沉积相分析

王俊涛，徐锦龙，沈仕豪，廖圣兵，郑红军

安徽沿江地区中二叠统孤峰组沉积相分析

王俊涛1，徐锦龙1，沈仕豪1，廖圣兵2，郑红军2

（1. 安徽省地质调查院，合肥 230001；2. 中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016）

二叠系孤峰组页岩发育较好，具有厚度大、有机质丰度高、保存条件较好的特点，在近年的钻井中钻遇孤峰组页岩气，显示孤峰组具有较好的页岩油气发育物质基础和资源潜力，是后续值得进一步勘探的层位。因此，本文在前人工作成果基础上，结合岩性、化石带及地层对比，重新梳理了区内主要目的层系的地层岩性特征。建立了二叠纪沉积环境综合模式；选择典型剖面进行了沉积相（相-亚相-微相）综合分析，揭示孤峰组沉积作用、构造沉降与海平面变化的关系。以亚相或微相为编图单元，编制了中二叠世岩相古地理图，总结了岩相古地理特征，分析了其古地理演化。

沿江地区；孤峰组；沉积相；古地理

安徽沿江地区二叠系分布广泛，发育完整，沉积类型多样、古生物化石丰富，同时还蕴藏着煤、锰、磷和石灰石等多种沉积矿产，是研究我国二叠系的重要地区之一。其中，中晚二叠世孤峰组、龙潭组和大隆组黑色泥页岩厚度大、分布面积广，有机碳含量高、脆性矿物含量高，部分区域有机质热演化程度适中，埋藏深度较浅等，具备良好的页岩气聚集成藏的地质条件（石刚等，2018，2019；廖圣兵等，2021；郑红军等，2020；江新胜等，1996；冯佳伟等，2019；陈晓青等，2018）。中国地质调查局南京地调中心在安徽宣城地区实施的港地 1 井在二叠系大隆组与龙潭组（孤峰组未钻遇）中获得了“三气一油”：页岩气、煤层气、致密砂岩气及页岩油（石刚等，2019；廖圣兵等，2021），钻遇的油气呈现“上油下气”的特征，最上部为页岩油，页岩气、煤层气和致密砂岩气依次发育，揭示了下扬子安徽地区二叠系具备发育多种类型非常规油气的潜力。二叠系孤峰组页岩发育较好，具有厚度大、有机质丰度高、保存条件较好的特点，近年在安徽沿江地区实施的钻井中钻遇孤峰组页岩气，显示孤峰组具有较好的页岩油气发育物质基础和资源潜力（廖圣兵等，2021；郑红军等，2020），是后续值得进一步勘探的层位。

图1 区域构造略图

1 区域地质概况

安徽沿江地区位于扬子陆块东部的下扬子凹陷，地层区划隶属扬子地层区下扬子地层分区及江南地层分区，以江南断裂为界，西北部为下扬子地层分区，东南部为江南地层分区（图1）。江南断裂带两侧早古生代的地层单元、古生物、岩性特征、地层厚度等方面均存在较大差异。早古生代之后，江南断裂控盆的特征趋于消失，两侧地层的差异不大，沉积特征基本一致。区内南华纪—中三叠世早期盖层发育，地层剖面完整，层序清楚。南华纪开始，下扬子地区一直为被动大陆边缘，形成一套以碳酸盐岩、碎屑岩为主的海相及少量海陆交互相沉积地层。早古生代地层以次（或非）稳定型沉积为主分布于大陆边缘的次级坳陷中，沿江隆起则为稳定型沉积。晚古生代南、北两侧坳陷逐渐消失，沉降中心转移到沿江地区，接受稳定型沉积。随着扬子陆块和华北陆块的碰撞拼合，中三叠世晚期开始接受陆相碎屑沉积，岩浆作用使得宁芜地区和繁昌地区早白垩世出现陆相火山地层。

2 地层分析与对比

孤峰组原称孤峰镇石灰岩，系叶良辅、李捷（1930）创名于安徽省泾县孤峰镇。此后，关于孤峰组的划分对比一直存有争议（吴勘，2013；Kametaka et al.,2009；孔庆玉和龚与觐，1987；朱同兴，1989；朱洪发等，1989；胡世忠，2000；冯庆来和钟长汀，1994；何卫红等，1999；Kametaka et al., 2005;吕炳全和瞿建忠，1989；Canfield，1994；Tribovillard et al.,2006；王文耀，1988）。在上世纪90年代对全国地层进行清理后，孤峰组被定义为“栖霞组与龙潭组之间的薄层硅质岩、硅质页岩、粉砂质泥岩、碳质页岩、猛质页岩，下部页岩含猛及磷质结核”，与下伏栖霞组和上覆龙潭组均为整合接触。前人对孤峰组的沉积环境也进行了大量研究：最早由孔庆玉和龚与觐（1987）提出，孤峰组属于CCD面（碳酸钙补偿深度）之下一狭长裂陷盆地沉积；朱同兴（1989）认为其沉积环境是台内盆地，也有研究表明孤峰组为斜坡附近或深海盆地沉积；Kametaka等人（2009）通过对安徽巢湖地区孤峰组的调查研究后，将孤峰组归为“陆架型的放射虫碎质岩”，沉积环境为外陆架，具有髙S、Mo、Ni、Cu、Zn、有机质和低Mn的特点。虽然对孤峰组沉积环境的认识还不尽相同，但孤峰组毫无疑问是在弱氧化缺氧环境形成的，而这种氧化还原条件为有机质的保存和烃源岩的形成提供了有利条件（吴勘，2013）。

以硅质岩为主的孤峰组主要分布于下扬子北缘、广东两北和广两东部，被认为是茅口组的同时异相沉积，整体黑色、灰黑色，无韵律，其与下伏栖霞组、上覆龙潭组（武穴组）均为整合接触。作为一个岩石地层单位，孤峰组具有一定的穿时性，因此不同地的孤峰组岩性特征稍有不同（朱洪发等，1989）。朱洪发等人曾将巢湖地区的孤峰组“自下至上划分成三段：①细碎屑岩、粉砂岩和硅质泥岩，产磷结核；②深灰色、灰黑色放射虫层状硅质岩；③硅质泥岩、硅质结核泥岩，含锰。Kametaka等人（2009）认为典型的下扬子区的孤峰组分为三部分，下部以含磷结核的页岩为主，中部为泥岩与硅质岩互层，上部为泥岩与硅质泥岩互层（吴勘，2013；Kametaka et al.,2005，2009）。

孤峰组内的生物类别丰富，产菊石、腕足、双壳、海绵骨针及放射虫化石。放射虫是生活在正常盐度下的广海浮游生物，也是反映半深海-深海沉积的重要标志，常产出于硅质岩和泥岩，因而对孤峰组的地层划分对比有着重要意义。前人分别对下扬子、中扬子以及上扬子北缘的孤峰组建立了放射虫化石带，安徽地区主要有三个化石带，包括Fo.、以及组合带，这些化石带可以与江苏南京、鄂西建始等地区进行很好的对比（冯佳伟等，2019）。

在岩性上，本区四个岩性组合可与中下扬子进行很好的比对。巢湖平顶山第一段硅质泥岩段与南京第一段相比，下扬子区硅质含量减少，泥质含量增加，同时厚度明显增加，从巢湖至南京呈现先增后减的趋势；第二段泥质硅质岩段可与南京孤峰组第二段相对比，下扬子区厚度有所增加，硅质含量明显增加：第三段泥质灰岩段与南京地区相比，由钙泥质为主转变为硅泥质为主，厚度上亦明显增加；第四段碳质页岩段在巢湖平顶山表现为锰质页岩为主，到南京地区再次出现碳质泥页岩层段，厚度上则变化不大。

从横向对比来看，安徽广德-宣城地区和繁昌地区沉积厚度较大，主要以硅质页岩、碳质页岩、泥页岩夹硅质岩为主，沉积水体相对较浅，以浅水陆棚为主，泥页岩较为发育（图2）。泾县-铜陵地区和含山-巢湖-和县地区沉积厚度相对较薄，主要以硅质岩和硅质碳质页岩为主，泥页岩较不发育。泾县地区、铜陵杨桃山地区和无为-巢湖地区沉积厚度相对较薄，主要以硅质岩和硅质碳质页岩为主，泥页岩相对不发育。南陵丫山沉积厚度较大，以硅质岩为主，结合区域地质背景，古地貌相对较高，其硅质含量偏高，可能与其水体较浅硅质生物繁盛有较为密切的关系，位于陆棚坡折带上升流的影响也有利于硅质生物的繁盛，硅质岩的富集并非是深水盆地的标志。铜陵牛形山沉积厚度较大，主要以硅质页岩为主，沉积水体相对较浅，泥页岩较为发育，有机质含量较高。池州祁门村地区和安庆地区沉积厚度相对较薄，前者以含锰砂屑灰岩和含锰质粉砂质泥岩为主，局部形成了中小型锰矿；后者以硅质岩和硅质碳质页岩为主，泥页岩相对不发育。宿松地区沉积厚度相对较厚，以硅质岩、粉砂质页岩和硅质页岩为主，中上部页岩较发育，有机质含量中等。

图2 安徽沿江地区孤峰组柱状对比图

3 沉积相特征与古地理分析

3.1 沉积相特征

工作区二叠纪经历了长期的海陆变迁的发展过程，中晚二叠世以海相和海陆交互相沉积为主，各组呈现了不同的沉积相类型、组合和演化规律。根据沉积物性质的不同，主体为三角洲相、滨岸相、缓坡相和陆棚相为主，每个相可细分为多个亚相（图3）。

图3 安徽沿江地区中晚二叠世古海域沉积环境综合模式示意图

工作区二叠系主体以浅海台地-陆棚型沉积为主，表现为1.5次具有节奏性的海进-海退旋回，形成了由碳酸盐岩-硅质岩、硅质页岩-页岩（碳酸盐岩）-含煤碎屑岩（碳酸盐岩）-硅质岩、硅质页岩（碳酸盐岩）的沉积过程，反映了由滨岸沼泽相-台地-斜坡相-陆棚相-滨岸相-三角洲/缓坡-陆棚/台地相的地史变迁过程，含丰富的䗴类、有孔虫、珊瑚、腕足、菊石、双壳类等化石。

沿江怀宁-无为-巢湖地区中晚二叠世地层自下而上沉积栖霞组（下伏层）、孤峰组、银屏组、龙潭组、大隆组和殷坑组（上覆层）。整体以陆棚-滨岸-三角洲-缓坡-陆棚相沉积旋回，孤峰组和银屏组代表了一个二级层序海退旋回；龙潭组和大隆组代表了另一个二级层序海侵旋回。孤峰组以浅蓝、紫褐色含铁质结核泥岩和深灰、灰黑色薄层碳质硅质岩为主，主体为浅水陆棚-深水陆棚亚相沉积为主。

区域上，巢湖-无为-宣城一带的孤峰组以浅蓝、紫褐色含铁质结核泥岩和深灰、灰黑色薄层碳质硅质岩为主，主体为浅水陆棚-深水陆棚亚相沉积为主。下部以灰、灰黑色含结核页岩、页岩为主，可能代表了陆架泥相沉积；向上为铁质泥质粉砂岩、粉砂质页岩、碳质页岩代表了前三角洲-三角洲前缘相沉积；页岩内局部见海相菊石、双壳类和腕足类化石，可能局部存在海侵沼泽相沉积。而在繁昌-宿松地区孤峰组沉积厚度相对较大，下部以硅质岩夹锰土页岩为主，见珊瑚和腕足类化石，可能为较深水的深水陆棚-陆棚凹陷环境；中部以页岩、含锰质页岩和粉砂质页岩夹硅质岩，见腕足类化石和磷结核，可能代表了较深水的浅水陆棚环境；上部以硅质岩、硅质页岩夹灰岩透镜体为主，可能指示了较深水的深水陆棚-陆棚凹陷环境。

3.2 古地理特征及演化分析

中二叠世栖霞组沉积后，东吴运动开始波及工作区，受构造和海平面的影响，发生大规模海退，海水向南西方向退去，工作区大部分地区为陆棚相沉积，东至-石台地区形成缓坡环境。从中二叠世孤峰期岩相古地理图可以看出：全区南高北低，沉积相整体呈北东向展布，呈两凹一脊的古地理格局，海水向南南西退却；进而可细分为陆棚凹陷、深水陆棚、浅水陆棚、陆棚边缘、陆棚浅滩和深水缓坡亚相（图4）。

（1）陆棚凹陷（SBa）

主要分布于3个凹地（南陵烟墩-南陵-芜湖一线、巢湖-含山地区和潜山-怀宁-庐江-巢湖槐林一线）。主要岩石类型为硅质岩、含泥质硅质岩夹硅质页岩和碳质页岩。

（2）深水陆棚（DSh）

分布于工作区大部分地区。主要岩石类型为硅质岩与硅质碳质页岩不等厚互层。

（3）浅水陆棚（SSh）

分布于铜陵-繁昌地区和宁国港口-广德地区。主要岩石类型为硅质页岩、碳质页岩夹硅质岩和泥灰岩；碳质页岩夹硅质页岩，偶夹含锰泥灰岩。

（4）陆棚边缘（SM）

分布于贵池区唐田-棠溪地区。主要岩石类型为下部含锰碳质灰岩、白云质灰岩，上部硅质岩、含燧石条带灰岩、硅质页岩。

（5）陆棚浅滩（ShP）

分布于铜陵顺安-繁昌狮子尾地区。主要岩石类型为下部含生物碎屑灰岩、含碳泥质灰岩，上部硅质页岩、硅质岩，局部呈互层状产出。

（6）深水缓坡（DRa）

分布于石台-东至东地区。主要岩石类型为含生物碎屑灰岩、含燧石条带灰岩。

总之，工作区孤峰期整体呈“两凹一脊”的沉积格局，并伴随有多个小型凹陷，其格局的形成与古地貌存在密切的关系。“两凹”主要指广德-宣城-泾县-南陵凹陷和含山-巢湖-无为-安庆凹陷，沉积厚度相对较薄，沉积水体相对较深，以硅质岩和硅质碳质页岩为主，以深水陆棚-陆棚凹陷沉积为主，中上部一般发育厚度不等的碳质硅质页岩，其发育程度直接影响孤峰组的厚度。“一脊”指东至-贵池地区和铜陵北-繁昌地区，沉积水体相对较浅，坡折的古地理位置，易受上升流的影响，发育中小型锰矿。东至-贵池地区以含锰质灰岩、硅质灰岩为主，沉积厚度相对较薄，以陆棚边缘-深水缓坡沉积为主；铜陵北-繁昌地区以含锰页岩、硅质碳质页岩夹含锰灰岩为主，沉积厚度较厚，以陆棚浅滩沉积为主。

图4 安徽沿江地区孤峰期岩相古地理图

研究区二叠系地层不同程度受加里东运动、华力西-印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动的影响。晚古生代构造古地理格局及其演化如下：

马平晚期（早二叠世），受冰川型海平面变化影响，海水逐渐退出，再次抬升成陆。中二叠世早期（罗甸期和祥播期），经历了晚古生代最大的海侵旋回，继续保持了碳酸盐大台地的格局，普遍发育含沥青质灰岩、含燧石结核灰岩夹硅质岩。中二叠世晚期早时（孤峰期）形成非补偿盆地，发育厚度不一的硅质岩和硅质页岩沉积；晚时（冷坞期）为滨岸-三角洲相泥页岩沉积（贵池-铜陵地区为滨浅海相碳酸盐岩沉积）。马平晚期（早二叠世），受冰川型海平面变化影响，海水逐渐退出，再次抬升成陆。中二叠世早期（罗甸期和祥播期），盆地经历了晚古生代最大的海侵旋回，继续保持了碳酸盐大台地的格局，普遍发育含沥青质灰岩、含燧石结核灰岩夹硅质岩。中二叠世晚期早时（孤峰期）形成非补偿盆地，发育厚度不一的硅质岩和硅质页岩沉积；晚时（冷坞期）为滨岸-三角洲相泥页岩沉积（贵池-铜陵地区为滨浅海相碳酸盐岩沉积）。中二叠世孤峰期（孤峰组）受东吴运动和海平面变化影响，发生大规模海退，海水向南西方向退却，沉积水体相对较浅，主体为陆棚相沉积，呈“两凹一脊”的沉积格局，并伴随有多个小型凹陷，沉积物以硅质岩、硅质碳质页岩、页岩为主，产菊石和腕足类等化石。在东至-贵池地区和铜陵北-繁昌地区地区沉积水体相对较浅，位于陆棚坡折部位，受上升流影响带来大量含锰物质，以锰土层、含锰页岩、含锰灰岩形式沉积下来，局部形成中小型锰矿。受东吴运动影响，全区大面积隆升，陆地扩大，海水退出，发生短暂的沉积缺失。晚二叠世早期（吴家坪期）整体为三角洲相长石砂岩、粉砂质泥岩夹含煤岩系沉积（宿松地区为滨岸沼泽相-缓坡相碎屑岩夹煤线和含燧石结核-条带灰岩）。晚二叠世晚期（长兴期）工作区再次发生凹陷，再次遭受海侵，形成欠补偿盆地。该期大部为较深水陆棚相硅质泥页岩、碳质泥页岩和泥页岩沉积；东侧歙县—广德一线为台地相碳酸盐岩夹硅质岩沉积。

4 讨论

本文在充分研究和整理下扬子地区古生代沉积演化背景和格架的基础上，消化和吸收前人对工作区目的层系沉积学、古生物学和岩相古地理的研究成果，分析了工作区孤峰组古地理演化。

虽然孤峰组黑色页岩沉积环境有利、化石丰富、有机碳含量高、成藏条件较好，但是构造运动对页岩地层的影响还是很深。中国南方二叠纪构造活动强烈，受古特提斯演化控制，洋盆处于俯冲、局部关闭、形成阶段，盆地主要处于区域拉张构造背景（李文渊，2018）。安徽下扬子地区在印支运动-燕山运动早幕前陆变形中，变形强度大，而且影响范围广，工作区都卷入了强烈的前陆变形，海相油气资源呈现为非常复杂的状态，给油气勘探造成了较大的难度（丁道桂等，2009；朱光等，1998；徐曦等，2018；蔡周荣等，2015；杜建波等，2007；何明喜等，2006）。具体表现为页岩气目的层系及其整个古生界均卷入到强烈的褶皱变形，形成了多个背斜和向斜，并发育较多的断层，形成了现今古生代面貌的趋型。部分向斜地层平坦，且断层不发育，基本保留了印支运动时期的构造，受到后期伸展断陷影响有限，是比较有利的页岩气保存区块。大部分背斜和少量向斜多已造山隆起、暴露，缺少相对的封盖条件，加之不同规模、不同性质的断裂构造非常发育，对页岩气的保存非常不利。在燕山运动中幕拉张环境下，形成了大规模中生代沉积盆地，中新生代盆地之下保存稳定的古生界页岩气目的层系，是寻找古生界页岩气是主要目标之一。此外，燕山期的挤压形成逆冲断层、推覆断层形成很好的圈闭，特别是（低角度逆掩断层）下盘也是良好的页岩气主要目标之一，但该时期形成的正断层属于开放系统，对页岩气保存相对不利。喜马拉雅运动强烈的影响着现代的地形地貌格局，不均衡差异升降运动使得燕山期岩浆岩隆起，极大的改变了印支-燕山运动形成的沉积-构造格架。喜马拉雅运动的不均衡升降常被忽略，其实其影响较大，其升降运动极大的影响着古生代的埋深、有机质的Ro与烃演化，进而影响页岩气的保存和勘探（丁道桂等，2009；朱光等，1998；徐曦等，2018；蔡周荣等，2015；杜建波等，2007；何明喜等，2006）。

5 结论

（1）从横向对比来看，安徽广德-宣城地区和繁昌地区孤峰组沉积厚度较大，主要以硅质页岩、碳质页岩、泥页岩夹硅质岩为主，泥页岩较为发育。泾县-铜陵地区和含山-巢湖-和县地区沉积厚度相对较薄，主要以硅质岩和硅质碳质页岩为主，泥页岩较不发育。池州祁门村地区和安庆地区沉积厚度相对较薄。宿松地区沉积厚度相对较厚，以硅质岩、粉砂质页岩和硅质页岩为主，中上部页岩较发育。

（2）孤峰期古地理图全区南高北低，沉积相整体呈北东向展布，呈“两凹一脊”的古地理格局，海水向南南西退却；进而可细分为陆棚凹陷、深水陆棚、浅水陆棚、陆棚边缘、陆棚浅滩和深水缓坡亚相。

（3）构造运动对页岩地层的破坏还是很大，在后续页岩气勘探中应重视构造运动对页岩地层的影响。

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Sedimentary Facies of the Middle Permian Gufeng Formation in the Region along the Yangtze River, Anhui Province

WANG Jun-tao1XU Jin-long1SHEN Shi-hao1LIAO Sheng-bing2ZHENG Hong-jun2

(1-Anhui Institute of Geological Survey, Hefei 230001; 2-Nanjing Center, CGS, Nanjing 210016)

The Permian Gufeng Formation is well developed and characterized by large thickness, abundant organic matter which shows has shale oil and gas resource potential. This paper has a discussion on the lithologic characteristics of the main target beds in the study area on the basis of previous work, combined with lithology, fossil belt and stratigraphic correlation. A comprehensive model of Permian sedimentary environment is established, and a comprehensive analysis of sedimentary facies (facies-subfacies-microfacies) is carried out for a typical section which reveals the relationship between sedimentation, tectonic subsidence and sea level change in the Gufeng stage. Taking subfacies or microfacies as mapping unit, a lithofacies and paleogeographic map in the Middle Permian is compiled, the lithofacies and paleogeographic characteristics in the Middle Permian are summarized, and the paleogeographic evolution in the Middle Permian is analyzed.

region along the Yangtze River; Gufeng Formation; sedimentary facies; paleogeography

P534.46

A

1006-0995（2022）02-0187-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.002

2021-09-27

中国地质调查局地质调查项目（12120114019801）；安徽省地质矿产勘查局科技项目（KJ2012-01）

王俊涛（1983—），男，湖北天门市人，博士，高级工程师，现从事页岩油气地质勘探