康滇古陆两侧晚二叠世沉积环境分析与富有机质页岩分布特征

门玉澎, 闫剑飞*, 余 谦, 张 茜, 张海全, 康建威, 曹竣锋

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081; 2. 沉积盆地与油气资源重点实验室，成都 610081)

0 引言

中国南方晚二叠世是重要的聚煤期[1-4]，康滇古陆两侧均有煤岩分布[5-6]，目前已在康滇古陆东侧筠连、古蔺大村等地实现煤层气和页岩气开发[8-11]，在峨眉山玄武岩中也发现高产气流[12]，表明晚二叠世时期该区具有极好的页岩气、煤层气、致密气条件。陈洪德(2011)、邵龙义(2013)等人对康滇古陆东侧晚二叠世沉积环境和富有机质页岩(含煤岩)分布做了详细研究[1-2]，但在古陆西侧盐源-丽江等地沉积环境和富有机质页岩研究较少。在国家科技重大专项(页岩气勘查评价技术试验与应用推广)支持下，本文对康滇古陆东西两侧晚二叠世沉积物充填特征和沉积环境进行对比研究，预测富有机质页岩展布特征，为康滇古陆西侧煤层气和页岩气勘探指明方向。

1 区域地质概况

广义的康滇古陆即康滇地轴，是分布于川西—滇中一带由前震旦系变质岩、火山岩组成的古老剥蚀区[13]，本文康滇古陆是指峨眉山玄武岩之上无上二叠统沉积区域(图1)，三叠系—第四系覆盖于前震旦系-峨眉山玄武岩之上。金河推覆断裂以西为盐源-丽江地层区，巧家-东川以东为滇东北地层区[14]。据夏茂龙(2020)、张宏辉(2022)研究[12,15]，峨眉山玄武岩共有四次喷发旋回，在盐源丽江地层区特征明显。

盐源丽江地层区峨眉山玄武岩之上为上二叠统黑泥哨组，岩性由砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩、煤岩、玄武岩、火山碎屑岩和灰岩构成，厚度普遍大于800m。西部宁蒗等地普遍夹三层玄武岩，向东部靠近康滇古陆减少至一层[16]。

滇东北地层区峨眉山玄武岩之上为上二叠统宣威组，岩性由砂岩、粉砂质泥岩、黏土岩、炭质泥岩和煤岩构成。厚度自西向东逐渐增加，昭通等地厚度达200m[17]。

图1 研究区地层分区

2 康滇古陆东侧沉积环境分析

陈洪德、邵龙义等人对宣威组沉积环境做了详细研究[1-4]，自古陆向东依次发育河流相-三角洲相-沼泽相-潮坪相-台地相。对彝良洪沟沉积充填序列展开分析(图2)，总结了该区峨眉山玄武岩喷发结束后沉积环境变化特征和富有机质页岩分布规律。

2.1 沉积环境

洪沟剖面宣威组自下至上可分为两个岩性段。

一段岩性由灰黄色、褐黄色、黄绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩和紫红色泥岩组成。底部为十余米灰白色黏土岩，为玄武岩风化后原地残坡积物。一段下部由砂岩、粉砂质泥岩、泥岩构成一个河流沉积旋回，下部砂体粒度由下向上，粒度由粗变细，表明该区早期河道沉积；上部灰黄色粉砂质泥岩和紫红色泥岩中含泥砾，表明该区晚期天然堤-河泛平原沉积。一段上部由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和黏土岩构成两个三角洲沉积旋回。下部砂体粒度细，厚度薄，上部泥质粉砂岩、粉砂质泥岩呈块状，可见植物化石碎片，代表了三角洲平原沉积环境。二段由灰绿色、灰色、灰白色细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤岩构成数个沼泽环境沉积旋回。

图2 彝良洪沟宣威组沉积充填特征

2.2 富有机质页岩分布特征

宣威组富有机质页岩(含煤岩)主要分布在宣威组二段，由薄层炭质泥岩和煤岩组成，厚度普遍小于1m，富有机质层段间被砂岩、粉砂岩分隔。总体而言，昭通地区宣威组富有机质页岩(含煤岩)累计厚度薄、夹层多，不利于页岩气和煤层气开发[18-19]。

3 康滇古陆西侧沉积环境分析

通过对盐源小高山剖面黑泥哨组沉积充填序列分析(图3)，总结黑泥哨组自下至上沉积环境变化特征和富有机质页岩展布规律。

3.1 沉积环境

小高山剖面黑泥哨组根据岩性特征自下至上分为三个岩性段。一段岩性由底部砂砾岩和上部玄武岩组成。底部砂砾岩为峨眉山玄武岩三期和四期喷发间隙形成的滨岸近源沉积物。上部玄武岩为峨眉山玄武岩四期火山溢流相产物。二段岩性由灰黄色、灰白色、灰绿色细砂岩、砂质页岩、炭质泥岩和煤岩构成数个沉积韵律，泥岩中普遍发育水平层理，可见植物化石碎片和赤铁矿结核。代表了古风化壳之上沼泽沉积环境。三段岩性由灰绿色砂砾岩、砂岩组成数个沉积韵律，砂岩中发育斜层理。自下至上粒度增大，砾石比例增多，代表了沉积环境由三角洲前缘向三角洲平原转变的过程。

图3 盐源小高山黑泥哨组沉积充填特征

3.2 富有机质页岩分布特征

小高山地区黑泥哨组富有机质页岩(含煤岩)主要分布在二段，岩性由炭质泥岩和煤岩组成，单层厚度0.5～4.7m，累计厚度约20m。富有机质页岩层段夹细砂岩、粉砂岩，具有致密气勘探潜力。总体而言小高山地区富有机质页岩较发育，煤岩发育，具有页岩气、煤层气和致密气勘探潜力[18-19]。

4 沉积模式

根据康滇古陆东西两侧黑泥哨组和宣威组沉积序列对比和区域展布特征，建立康滇古陆两侧晚二叠世沉积模式，如图4所示。结合区域玄武岩喷发时限[12,15]，认为在沉积时限和沉积环境上均有差异，差异性导致富有机质页岩展布规律不同。

根据黑泥哨组下部玄武岩层段分析，在宁蒗西漂落地区黑泥哨组夹三层玄武岩[16]，在盐源小高山地区夹一层玄武岩，地层沉积厚度普遍大于800m。证明古陆西侧黑泥哨组沉积时限自峨眉山玄武岩1期喷发后开始沉积，小高山地区自3期喷发后开始沉积。古陆东侧宣威组不夹玄武岩，说明沉积时限比黑泥哨组要晚，自峨眉山玄武岩4期喷发后开始沉积。

沉积环境上，古陆西侧小高山地区黑泥哨组早期为近海沼泽沉积环境，发育富有机质页岩(含煤岩)层段，晚期转变为三角洲前缘-平原沉积环境，沉积物以砂体为主。向西至泸沽湖-宁蒗宜底等地下部发育沼泽环境富有机质页岩，上部以潮坪环境灰绿色泥岩、灰岩为主，顶部为台地环境生屑灰岩，可与长兴组对比[16]。古陆东侧，洪沟剖面特征反映了玄武岩喷发结束后河流-三角洲-沼泽沉积环境变化。向古陆方向厚度减薄，属于河流沉积环境，向东至六盘水等地沉积厚度增加，发育沼泽沉积环境富有机质页岩(含煤)。

5 富有机质页岩展布预测

古陆两侧富有机质页岩(含煤)沉积环境均为沼泽相，但在纵向和平面分布上具有明显差异。古陆西侧沼泽相富有机质页岩(含煤)纵向主要分布于黑泥哨组下部，平面上自古陆向西均有分布，且厚度较大，具有较好的页岩气(含煤层气)资源潜力。古陆东侧沼泽相富有机质页岩(含煤)纵向上主要分布在宣威组上部，平面上西部靠近古陆区厚度薄，仅在东部六盘水-筠连等地富有机质页岩(含煤)发育。

图4 康滇古陆两侧晚二叠世沉积模式

6 结论

1)对比分析认为，康滇古陆东西两侧晚二叠世沉积时限和沉积环境差异性明显。古陆西侧黑泥哨组自峨眉山玄武岩1期喷发后开始沉积，靠近古陆为沼泽沉积环境，向西过渡为潮坪-台地沉积环境。古陆东侧宣威组自峨眉山玄武岩4期喷发后开始沉积，自古陆向东依次为河流-三角洲-沼泽-潮坪-台地沉积环境。

2)沉积环境差异性导致富有机质页岩(含煤)展布规律不同。古陆西侧富有机质页岩主要分布在黑泥哨组下段，累计厚度较大，具有较好的资源潜力。古陆东侧富有机质页岩分布在宣威组上部，向东至六盘水-筠连等地具有较好的资源潜力。