O 錢樹 張萌萌(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北 430100)

中上揚子地區(qū)棲霞期缺氧沉積特征

O 錢樹 張萌萌
(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 湖北 430100)

中上揚子地區(qū)棲霞期缺氧沉積在研究區(qū)東部貴陽-建始-瑞昌一帶較為發(fā)育。缺氧沉積的巖石類型主要有暗色泥頁巖-薄層硅巖-泥晶石灰?guī)r組合和含泥石灰?guī)r即眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分。分別對這兩種組合的地球化學(xué)特征、巖石特征、古生物特征進行了研究，并分析了各自的缺氧環(huán)境的成因。研究區(qū)棲霞組缺氧沉積的成因主要是上升流，主要形成Ⅱ類缺氧沉積；其次是大規(guī)模海侵作用，主要和I類缺氧沉積有關(guān)。

棲霞期；缺氧沉積特征；地球化學(xué)

1.引言

缺氧環(huán)境是近些年來地學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點，它是古地質(zhì)環(huán)境的一種重要形式，缺氧環(huán)境具有特征的巖石類型，發(fā)育于特定的沉積環(huán)境，是控制烴源巖發(fā)育的主要因素之一。世界上已經(jīng)探明的油氣儲量中，90%存在于海相，而我國現(xiàn)代所探明的絕大部分油氣存在于陸相之中，同時中上揚子盆地是我國南方大型的含油氣疊合盆地，盆地沉積蓋層發(fā)育比較齊全，具有良好的油氣勘探及開發(fā)前景。由于缺氧沉積與烴源巖有著密切的關(guān)系，缺氧沉積的研究對研究區(qū)的巖相古地理研究和油氣勘探均具有重要意義。

中上揚子地區(qū)位于我國中南部，涉及滇、黔、川、渝、陜、鄂、湘和贛等 8個省市。西南以寶興—滎經(jīng)—昭覺—六盤水為界，西北以寶興—廣元—漢中為界，北部以漢中—襄樊—九江為界，東南以修水—岳陽—常德—吉首—貴陽為界，即從東經(jīng)102°到116°，北緯26°到33°的廣大區(qū)域，面積約為50×104km2。中上揚子地區(qū)二疊紀(jì)缺氧沉積主要發(fā)育于東北部，而西南部則以遵義一帶較為發(fā)育，但是沉積分布范圍較小。

2.地球化學(xué)特征

缺氧沉積在地球化學(xué)方面有很多特征，目前已有用微量元素、碳同位素、硫化物（黃鐵礦）等來研究缺氧沉積，本次研究運用V/（V+Ni）判識指標(biāo)，采用9個眼球狀石灰?guī)r“眼皮”部分和“眼球”部分樣品進行的微量元素分析結(jié)果，對研究區(qū)棲霞組眼球狀石灰?guī)r“眼皮”和“眼球”部分進行地球化學(xué)研究，判別其古氧環(huán)境。其中“眼皮”樣品有7個，眼球樣品有2個?！把燮ぁ辈糠諺的含量介于20．10～168．00μg/kg，平均值87．93μg/kg；Ni的含量介于21．70～45．70μg/kg，平均值29．76μg/kg；V/（V+Ni）介于0．48～0．80，平均值0．67?？梢耘袛啵?個“眼皮”樣品有4個為厭氧環(huán)境，3個為貧氧環(huán)境。所以“眼皮”部分的古氧環(huán)境總體為缺氧環(huán)境。由于研究區(qū)棲霞組眼球狀石灰?guī)r“眼球”樣品比較缺乏，僅有湖北興山大峽口的2個樣品，V平均含量為38．80μg/kg，Ni平均含量為30．00μg/kg，V/ （V+Ni）平均值為0．54。樣品分析結(jié)果顯示一個為富氧環(huán)境，一個為厭氧環(huán)境。研究區(qū)眼球狀石灰?guī)r“眼球”部分顏色較淺，為灰色—深灰色較純的石灰?guī)r，其形狀似枕狀、透鏡狀或瘤狀，順層分布，長數(shù)厘米至數(shù)十厘米，厚度一般20cm，有的呈層狀；含泥較少，一般小于5%；不顯層理；生屑主要為藻類、腕足類、有孔蟲、蜓類、介形蟲、海百合，少量腹足類和苔蘚蟲等，化石組合屬藻類有孔蟲腕足類組合；一般較破碎，分布雜亂，未見磨蝕現(xiàn)象，多為原地堆積，含量一般大于50%；粒間為泥晶方解石充填。從巖性及古生物特征方面來看其沉積環(huán)境應(yīng)為碳酸鹽巖開闊臺地，古氧環(huán)境為富氧環(huán)境。樣品的缺乏為本研究增加難度，結(jié)合“眼球”部分的2個樣品分析結(jié)果和巖性以及古生物特征綜合分析“眼球”部分應(yīng)多為富氧環(huán)境的產(chǎn)物，少量為缺氧環(huán)境的產(chǎn)物。這與遺跡化石的分析結(jié)論一致；說明“眼皮”部分和“眼球”部分的古氧環(huán)境具有明顯的差異。而下?lián)P子地區(qū)和其他中-上揚子地區(qū)棲霞組眼球狀石灰?guī)r也表現(xiàn)出相同的特征。

3.巖性特征

研究區(qū)棲霞組巖性以石灰?guī)r和頁巖為主，其中眼球狀灰?guī)r發(fā)育較普遍。由于研究區(qū)棲霞組眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分較眼球顏色深，為深灰色-灰黑色包裹“眼球”的泥質(zhì)含量較高的石灰?guī)r，多為含泥石灰?guī)r。因此含泥石灰?guī)r在研究區(qū)棲霞組的巖石類型中占較大的比例。結(jié)合研究區(qū)棲霞組缺氧沉積地球化學(xué)分析的結(jié)果顯示，灰黑色含泥石灰?guī)r和暗色泥頁巖屬于缺氧沉積，所以研究區(qū)棲霞組缺氧沉積巖石類型以灰黑色含泥石灰?guī)r為主。而研究區(qū)棲霞組暗色泥頁巖分布相對較少，暗色泥頁巖類型主要有碳質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥巖、碳質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖等。在湖北興山大峽口棲霞組下部的碎屑巖段普遍缺失。

研究區(qū)棲霞組中的泥晶石灰?guī)r主要為深灰色-灰黑色，顏色較深，層厚以薄層為主，次為中層，還有的呈透鏡體夾于薄層硅巖、泥頁巖之間。薄層硅巖巖性致密堅硬，顏色較深，一般為灰黑色；層厚一般不超過10cm。由于研究區(qū)棲霞組缺少樣品對泥晶石灰?guī)r和薄層硅巖進行分析，因此在今后的研究中應(yīng)加以重視。所以研究區(qū)棲霞組缺氧沉積的巖石類型還應(yīng)包括深灰色-灰黑色中-薄層泥晶石灰?guī)r、灰黑色薄層硅巖和暗色泥頁巖，但它們的含量相比于含泥石灰?guī)r的含量要少一些。

4.古生物特征

研究區(qū)棲霞組古生物化石含量低，以浮游生物為主，遺跡化石主要見Zoophyocs，Chondrites等。對于具體的缺氧沉積巖石類型而言，研究區(qū)棲霞組中的灰黑色含泥石灰?guī)r生屑含量較高，多為30%～50%，種類以介殼類較為，缺乏藻類；生屑也較破碎，顯定向排列，多為原地堆積；粒間亦為泥晶方解石充填?！把燮ぁ辈糠殖Ｒ娺z跡化石Zoophyocs，在重慶南川大鋪子棲霞組和四川長寧硐底等地均有發(fā)現(xiàn)，多被硅化。Zoophyocs總產(chǎn)生于貧氧環(huán)境，因此也可證明灰黑色含泥石灰?guī)r是缺氧環(huán)境的產(chǎn)物。中-薄層泥晶石灰?guī)r中生屑含量較低，一般低于10%，大化石可見菊石和腕足類，其中腕足類體小殼薄，微體化石可見海綿骨針、放射蟲和介形蟲等。薄層硅巖中生物化石主要有兩類，一類為營浮游或游泳生活的大化石，如菊石、體小殼薄的腕足類、介形蟲、雙殼類、有孔蟲等；另一類為營浮游生活的微體化石，主要是放射蟲。黑色泥頁巖生物化石主要見菊石、放射蟲等，總體上屬于缺氧沉積。

綜上所述，研究區(qū)棲霞組缺氧沉積可以分為兩種類型，即Ⅰ類缺氧沉積的巖石類型包括深灰色-灰黑色中-薄層泥晶石灰?guī)r、灰黑色薄層硅巖和暗色泥頁巖。它們在研究區(qū)棲霞組中分布較少，三者總厚度只占整個棲霞組總厚的4．2%，主要分布于盆地環(huán)境，少量分布于斜坡環(huán)境；Ⅱ類缺氧沉積的巖石類型主要為灰黑色含泥石灰?guī)r，構(gòu)成眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分，其沉積環(huán)境為碳酸鹽巖開闊臺地。

5.研究區(qū)棲霞組缺氧沉積成因

研究區(qū)棲霞期缺氧沉積的形成，可能不是一種機制導(dǎo)致的，應(yīng)該是多種機制的共同作用。關(guān)于缺氧沉積的成因，目前主要有水體分層模式，上升流成因、大面積海侵作用、火山作用、高生物產(chǎn)率、停滯缺氧成因以及與古陸海分布格局和古海洋洋流系統(tǒng)的影響有關(guān)。研究認(rèn)為研究區(qū)棲霞組缺氧沉積主要受上升流作用影響，其次是大規(guī)模海侵作用的影響，其中Ⅰ類缺氧沉積主要是大規(guī)模海侵的產(chǎn)物，Ⅱ類缺氧沉積是上升流作用產(chǎn)生的。

(1)大規(guī)模海侵成因

中上揚子地區(qū)二疊紀(jì)普遍發(fā)生海侵，形成兩次大的海侵海退旋回。其中研究區(qū)棲霞期初期發(fā)生海侵，海侵進一步擴大，在棲霞組地層中部海侵達到最大后逐漸減小，在茅口期初期海侵又再次進一步擴大，棲霞期和茅口期共同組成一個大的海侵海退旋回，而海平面的上升會引起海洋中溶解氧含量的變化。

研究區(qū)棲霞組暗色泥頁巖、薄層硅巖、泥晶石灰?guī)r組合是盆地環(huán)境的產(chǎn)物，水體深度在200m左右，前人研究表明，中下?lián)P子地區(qū)二疊紀(jì)缺氧環(huán)境的深度大致為100～500m，而揚子地區(qū)二疊紀(jì)北部盆地是統(tǒng)一的，說明研究區(qū)該巖石組合恰好位于含氧量低的區(qū)帶，容易形成缺氧環(huán)境。因此受海侵作用的影響，研究區(qū)棲霞組水體加深，很容易形成Ⅰ類缺氧沉積。而且研究區(qū)棲霞組既具有富氧沉積又具有缺氧沉積，這與中上揚子地區(qū)棲霞期發(fā)生多次海平面升降有關(guān)。

因此，由于海侵作用在研究區(qū)棲霞組發(fā)育比較普遍，其缺氧沉積難免會受到海侵作用的影響。海侵作用主要沉積Ⅰ類缺氧沉積，即暗色泥頁巖、薄層硅巖、泥晶石灰?guī)r組合，對Ⅱ類缺氧沉積也會產(chǎn)生一定影響。

(2)上升流成因

上升流多發(fā)育于低緯度地區(qū)，中二疊世為上升流發(fā)育的高峰期之一，根據(jù)古地磁資料表明，本區(qū)中二疊統(tǒng)位于赤道附近，處于上升流發(fā)育的有利地區(qū)，眼球狀石灰?guī)r在研究區(qū)棲霞組大量發(fā)育，這表明研究區(qū)棲霞組中的眼球狀石灰?guī)r的形成時間與上升流發(fā)育的高峰期位于同一個時間域。

眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分生屑主要為介殼類，而地層記錄中的上升流沉積的主要證據(jù)之一為發(fā)育高密度的特殊介殼類、有孔蟲類及管蠕蟲，說明“眼皮”部分可能是上升流沉積的產(chǎn)物。

上升流重要特征之一就是陣發(fā)性，周期性。研究區(qū)棲霞組中的眼球狀石灰?guī)r的沉積間歇性出現(xiàn)。眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分為缺氧沉積，“眼球”部分則主要為富氧沉積，而上升流往往形成缺氧環(huán)境，且上升流的陣發(fā)性和周期性也能很好地解釋缺氧沉積與富氧沉積的交替出現(xiàn)。

因此，研究區(qū)棲霞組缺氧沉積與上升流作用密切相關(guān)，上升流作用主要沉積Ⅱ類缺氧沉積，但由于研究區(qū)棲霞組上升流發(fā)育較為頻繁，其中湖北巴東水布埡棲霞組的剖面資料顯示硅質(zhì)巖具有周期性和陣發(fā)性的特點，因此Ⅰ類缺氧沉積也受到上升流的影響。

結(jié)論

本次研究以研究區(qū)棲霞組鉆井剖面資料、野外露頭資料、分析化驗資料為基礎(chǔ)，以沉積學(xué)研究為指導(dǎo)，通過巖石組合類型、古生物特征、地球化學(xué)特征等方面的分析，主要得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)棲霞組發(fā)育兩種缺氧沉積類型，Ⅰ類缺氧沉積為深灰-灰黑色中—薄層泥晶石灰?guī)r、薄層硅巖及暗色泥頁巖組合；Ⅱ類缺氧沉積為灰黑色含泥石灰?guī)r，即眼球狀石灰?guī)r的“眼皮”部分。研究區(qū)棲霞組主要發(fā)育Ⅱ類缺氧沉積，Ⅰ類缺氧沉積含量較少。

(2)中上揚子地區(qū)棲霞組缺氧沉積的成因主要是上升流，形成的巖石類型為灰黑色含泥石灰?guī)r；其次是大規(guī)模海侵作用，沉積的巖石類型為暗色中—薄層泥晶石灰?guī)r、薄層硅巖及暗色泥頁巖組合。還可能受到研究區(qū)棲霞組古地形和棲霞組地層的剝蝕程度以及構(gòu)造活動影響。

羅進雄,何幼斌.中上揚子地區(qū)二疊紀(jì)缺氧環(huán)境[J].古地理學(xué)報. 2011,13(1):11-20．

Anoxic Deposition Characteristics of Upper Middle Yangtze Region in Qixia Stage

Qian Shu,Zhang Mengmeng
（College of Earth Science,Yangtze University, Hubei, 430100）

Qixia stage；anoxic deposition characteristics；geochemistry

T

A

錢樹（1991～），男，長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，研究方向：沉積學(xué)。張萌萌（1989～），女，長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，研究方向：石油地質(zhì)。

Astract：Anoxic deposition of upper middle Yangtze region in Qixia stage has a early development in the east of study area Guiyang-JianShi-Ruichang. Anoxic deposition rock types mainly include dark mud shale rock-thin layer of silicon -mud SPAR limestone combination and mud-contained namely the ‘eyelid’ part of eye-shaped limestone. It respectively analyzes the geochemical characteristics, rock features and paleontological characteristics of the two kinds of combinations, besides, it analyzes the causes of the anaerobic environment. The reason of anoxic deposition of Qixia group in study area is mainly the upwelling and it mainly forms theanoxic deposition. Followed is the large-scale of transgression function, which mainly has relation with class-I anoxic deposition.