论文部分内容阅读
【摘 要】湘西地区显生宙以来沉积了早古生界寒武系、奥陶系碳酸盐岩，志留系碎屑岩；晚古生界泥盆系碎屑岩，二叠系碳酸盐岩和中生界三叠统碳酸盐岩。其中缺失上志留统、中下泥盆统、石炭系以及中三叠统之上的地层，其它大部分地层间为整合接触。经地层学综合研究，从下向上依次可以划分出深水滞留盆地、浅海陆棚、碳酸盐岩台地、前陆盆地浊积扇、浅海滨岸、三角洲、碳酸盐岩潮坪等沉积体系，整体上海平面逐渐变浅。湘西地区寒武系牛蹄塘组及志留系龙马系组具有页岩气勘探开发前景。
【关键词】显生宙；沉积体系；沉积环境；湘西
【Abstract】Since the Phanerozoic， western Hunan region has deposited carbonate rocks of Cambrian and Ordovician， clastic rocks of Silurian， Early Paleozoic； carbonate rocks of Permian， Late Paleozoic； and carbonate rocks of Triassic， Mesozoic. The strata of Upper Silurian， Lower-Middle Devonian， Carboniferous and Middle-Upper Triassic are missing， other interfaces between strata are mostly of integration contacts. Based on comprehensive stratigraphy study， many sedimentary system types， such as deep water retention basin， shallow shelf， carbonate platform， foreland basin turbidite fan， delta， shoreland and carbonate tidal flat， can be distinguished at western Hunan region， and the sea level turns shallow upwards. Niutitang group of Cambrian and Ryomaxi group of Silurian in western Hunan region has prospects for shale gas exploration and development.
【Keywords】Phanerozoic；depositional system；sedimentary environment；Xiangxi
1引言
湘西地区在大地构造上属于中扬子分区，其古生代地层发育完整，分布广泛，各门类化石丰富，生物地层研究程度很高，长期以来受到国内外学者关注[1-5]。
近年来，随着美国页勘探取得突破性的进展[6-8]，我国开始重视页岩气地质科研与勘探，重点针对海相地区部署勘探开发方案[9-11]。湘西地区的寒武系牛蹄塘组与志留系龙马溪组海相泥页岩厚度大、分布范围广、有机质含量高，是地学界普遍认可的页岩气勘探重点层位[9，10，12-15]，具有页岩气勘探的潜力，为多个企业正在进行页岩气勘探的核心层位。以湖南保靖地区的部分勘探成果为依据，系统认识该地区的地层分布特征，深入了解该地区的沉积体系，揭示其沉积演化历史，建立其沉积模式，可为湘西页岩气地质勘探提供重要的理论依据。
2地层特征
湘西地区发育新元古界震旦系板溪群、南坨组、陡山沱组、留茶坡组，古生界寒武系牛蹄塘组、石牌组、清虚洞组、熬溪组、车夫组、比条组、娄山关组，奥陶系桐梓组、红花园组、大湾组、枯牛潭组和宝塔组，志留系龙马溪组、新滩组、小河坝组、马脚冲组、溶溪组、吴家院组、回心哨组、小溪浴组，泥盆系云台观组，二叠系梁山组、栖霞组、茅口组、吴家坪组，三叠系大冶组。
缺失上志留统、中下泥盆统、石炭系及中三叠统之上地层，地层间除志留系与泥盆系及泥盆系与二叠系之间存在巨大不整合面之外，其余地层之间基本为整合接触，地层发育完整，连续性较好，区内野外露头发育较好，可清晰观察其地层特征及层间关系（图1，图2）。
板溪群主要为紫红色砂质板岩；南沱组为灰白色含砾板岩向上砾石含量、粒度增加，砾石磨圆、分选差，为典型的冰碛砾岩；
陡山沱组主要为炭质板岩，下部家多层灰色白云岩，上部夹多层硅质岩；
留茶坡组主要为深灰色薄层硅质岩；
牛蹄塘组为黑色厚层碳质板岩、泥岩；石牌组主要为灰绿色钙质泥页岩，上部为灰绿色钙质泥页岩与灰色薄层灰岩互层；清虚洞组下部为灰色薄层含碳粉砂岩，上部为深灰色厚层颗粒灰岩与白云质灰岩互层；
熬溪组为深灰色中层含云灰岩；车夫组主要为灰色厚层砾屑灰岩，中部有一段灰色厚层白云岩；
比条组为灰色厚层—块状白云岩，下部含砂屑较多；
娄山关组为灰白色厚层—块状白云岩，上部发育多层深灰色中层白云质灰岩；
桐梓组为灰白色厚层白云岩，上部夹薄层灰岩；
红花园组主要为灰白色厚层泥晶灰岩、砂屑灰岩及白云质灰岩；大湾组为灰绿色厚层瘤状泥质灰岩；
枯牛潭组为杂色厚层瘤状泥灰岩；宝塔组为紫红色似瘤状灰岩，角石化石丰富；龙马溪组为黑色泥页岩，笔石化石丰富；
新滩组主要为深灰色粉砂质泥岩及泥质粉砂岩夹泥岩，笔石化石丰富；
小河坝组主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩与粉砂质泥岩互层；马脚冲组主要为黄绿色钙质泥岩、泥质粉砂岩，中部发育一段生屑灰岩，产珊瑚、腕足化石； 溶溪组主要为紫红色泥页岩夹粉砂岩；吴家院组主要为灰绿色泥页岩夹薄层波板状灰岩；
回心哨组主要为紫红色泥页岩与灰绿色泥页岩互层；小溪浴组主要为灰白色管状砂岩夹多层灰绿色泥质粉砂岩；云台观组下部为灰白色厚层石英砂岩，上部为紫红色厚层石英砂岩，分选、磨圆好；梁山组为灰白色厚层石英砂岩夹薄层泥岩；栖霞组为灰黑色中厚层含硅质结核、燧石团块灰岩；
茅口组主要为灰色厚层泥晶灰岩，上部为硅质条带灰岩；吴家坪组为灰白色厚层亮晶灰岩，底部含一层深灰色钙质泥岩；大冶组为薄层泥质灰岩夹含钙泥岩。
从整体上看，可以划分出三大类岩相：
下古生界寒武系、奥陶系为白云岩、白云质灰岩、泥灰岩相，下古生界志留系为泥页岩、泥质粉砂岩、砂岩相，上古生界泥盆系为石英砂岩相，上古生界二叠系、中生界三叠系为泥晶灰岩、亮晶灰岩、硅质条带灰岩、燧石结核灰岩相。整个岩性序列，除泥盆系由于上下不整合构造运动造成了岩性突变，其他几类岩相基本为渐变，可以反映其沉积环境的变化与构造演化的关系。
从地层的叠置型式来看，可以区分出三个地层旋回：寒武系早期牛蹄塘组—志留纪小溪浴组为一次完成的海平面升降地层旋回，泥盆系为一次海平面升降地层旋回，二叠系—三叠系为一次海平面升降地层旋回。
图1湘西地区震旦系—奥陶系综合地层柱状图
图2湘西地区志留系—三叠系综合地层柱状图
3沉积体系研究
经沉积学综合研究，湘西地区显生宙可以划分出出深水滞留盆地、浅海陆棚、开阔碳酸盐岩台地、局限碳酸盐岩台地、浊积扇、三角洲、滨岸、潮坪等多种沉积体系类型，主要沉积体系空间分布如图3所示。
图3沉积体系空间分布模式图
（1）深水滞留盆地沉积体系
主要发育于早寒武世牛蹄塘时期及早志留世龙马溪期。该沉积体系是指在浅海陆棚地带上发育的静水盆地，它们的沉积深度一般比陆棚深，但也不会超过陆棚深度的最大界线，通常在60～200m之间。在垂向剖面上，其下伏基底可以是碳酸盐台地，也可以是一般的浅海碎屑岩陆棚，经过陆棚内盆地较深水的沉积之后，向上皆变为与碎屑岩陆棚相衔接[16-18]。
早寒武世，湘西地区位于被动大陆边缘陆棚上覆水最深的沉积环境[19]，为欠补偿型盆地，处于浪基面之下，流动不畅，沉积了以黑色泥页岩为主的碎屑岩，有机质含量较高。
沉积物以富含有机质的灰泥、粘土、粉砂及硅质沉积为主，伴有来自台坡上的远源流和风暴流沉积，局部地区并有火山活动，生物则以浮游型为主[20，21]。
早志留世龙马溪期为前陆盆地初始形成时一种补偿型滞留盆地，水体深，且与公海流通不畅，沉积了颜色较深厚度不大的泥页岩及硅质岩或粉砂岩，富含黄铁矿。
可见水平纹层状泥岩及块状层理泥岩，产以营漂浮生活的笔石为主的生物组合，个别地区的某些层段含放射虫，但在有的地区某些层段内可见少量甲壳类、无铰纲腕足等壳相生物组合。
总体看，应代表一个平静还原的滞流水体沉积环境。
第一作者介绍：李富荣，男，1973年生，黑龙江省鸡西市人，地质学专业，神华地质勘查有限责任公司工程师，研究方向为页岩气勘探开发。
【关键词】显生宙；沉积体系；沉积环境；湘西
【Abstract】Since the Phanerozoic， western Hunan region has deposited carbonate rocks of Cambrian and Ordovician， clastic rocks of Silurian， Early Paleozoic； carbonate rocks of Permian， Late Paleozoic； and carbonate rocks of Triassic， Mesozoic. The strata of Upper Silurian， Lower-Middle Devonian， Carboniferous and Middle-Upper Triassic are missing， other interfaces between strata are mostly of integration contacts. Based on comprehensive stratigraphy study， many sedimentary system types， such as deep water retention basin， shallow shelf， carbonate platform， foreland basin turbidite fan， delta， shoreland and carbonate tidal flat， can be distinguished at western Hunan region， and the sea level turns shallow upwards. Niutitang group of Cambrian and Ryomaxi group of Silurian in western Hunan region has prospects for shale gas exploration and development.
【Keywords】Phanerozoic；depositional system；sedimentary environment；Xiangxi
1引言
湘西地区在大地构造上属于中扬子分区，其古生代地层发育完整，分布广泛，各门类化石丰富，生物地层研究程度很高，长期以来受到国内外学者关注[1-5]。
近年来，随着美国页勘探取得突破性的进展[6-8]，我国开始重视页岩气地质科研与勘探，重点针对海相地区部署勘探开发方案[9-11]。湘西地区的寒武系牛蹄塘组与志留系龙马溪组海相泥页岩厚度大、分布范围广、有机质含量高，是地学界普遍认可的页岩气勘探重点层位[9，10，12-15]，具有页岩气勘探的潜力，为多个企业正在进行页岩气勘探的核心层位。以湖南保靖地区的部分勘探成果为依据，系统认识该地区的地层分布特征，深入了解该地区的沉积体系，揭示其沉积演化历史，建立其沉积模式，可为湘西页岩气地质勘探提供重要的理论依据。
2地层特征
湘西地区发育新元古界震旦系板溪群、南坨组、陡山沱组、留茶坡组，古生界寒武系牛蹄塘组、石牌组、清虚洞组、熬溪组、车夫组、比条组、娄山关组，奥陶系桐梓组、红花园组、大湾组、枯牛潭组和宝塔组，志留系龙马溪组、新滩组、小河坝组、马脚冲组、溶溪组、吴家院组、回心哨组、小溪浴组，泥盆系云台观组，二叠系梁山组、栖霞组、茅口组、吴家坪组，三叠系大冶组。
缺失上志留统、中下泥盆统、石炭系及中三叠统之上地层，地层间除志留系与泥盆系及泥盆系与二叠系之间存在巨大不整合面之外，其余地层之间基本为整合接触，地层发育完整，连续性较好，区内野外露头发育较好，可清晰观察其地层特征及层间关系（图1，图2）。
板溪群主要为紫红色砂质板岩；南沱组为灰白色含砾板岩向上砾石含量、粒度增加，砾石磨圆、分选差，为典型的冰碛砾岩；
陡山沱组主要为炭质板岩，下部家多层灰色白云岩，上部夹多层硅质岩；
留茶坡组主要为深灰色薄层硅质岩；
牛蹄塘组为黑色厚层碳质板岩、泥岩；石牌组主要为灰绿色钙质泥页岩，上部为灰绿色钙质泥页岩与灰色薄层灰岩互层；清虚洞组下部为灰色薄层含碳粉砂岩，上部为深灰色厚层颗粒灰岩与白云质灰岩互层；
熬溪组为深灰色中层含云灰岩；车夫组主要为灰色厚层砾屑灰岩，中部有一段灰色厚层白云岩；
比条组为灰色厚层—块状白云岩，下部含砂屑较多；
娄山关组为灰白色厚层—块状白云岩，上部发育多层深灰色中层白云质灰岩；
桐梓组为灰白色厚层白云岩，上部夹薄层灰岩；
红花园组主要为灰白色厚层泥晶灰岩、砂屑灰岩及白云质灰岩；大湾组为灰绿色厚层瘤状泥质灰岩；
枯牛潭组为杂色厚层瘤状泥灰岩；宝塔组为紫红色似瘤状灰岩，角石化石丰富；龙马溪组为黑色泥页岩，笔石化石丰富；
新滩组主要为深灰色粉砂质泥岩及泥质粉砂岩夹泥岩，笔石化石丰富；
小河坝组主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩与粉砂质泥岩互层；马脚冲组主要为黄绿色钙质泥岩、泥质粉砂岩，中部发育一段生屑灰岩，产珊瑚、腕足化石； 溶溪组主要为紫红色泥页岩夹粉砂岩；吴家院组主要为灰绿色泥页岩夹薄层波板状灰岩；
回心哨组主要为紫红色泥页岩与灰绿色泥页岩互层；小溪浴组主要为灰白色管状砂岩夹多层灰绿色泥质粉砂岩；云台观组下部为灰白色厚层石英砂岩，上部为紫红色厚层石英砂岩，分选、磨圆好；梁山组为灰白色厚层石英砂岩夹薄层泥岩；栖霞组为灰黑色中厚层含硅质结核、燧石团块灰岩；
茅口组主要为灰色厚层泥晶灰岩，上部为硅质条带灰岩；吴家坪组为灰白色厚层亮晶灰岩，底部含一层深灰色钙质泥岩；大冶组为薄层泥质灰岩夹含钙泥岩。
从整体上看，可以划分出三大类岩相：
下古生界寒武系、奥陶系为白云岩、白云质灰岩、泥灰岩相，下古生界志留系为泥页岩、泥质粉砂岩、砂岩相，上古生界泥盆系为石英砂岩相，上古生界二叠系、中生界三叠系为泥晶灰岩、亮晶灰岩、硅质条带灰岩、燧石结核灰岩相。整个岩性序列，除泥盆系由于上下不整合构造运动造成了岩性突变，其他几类岩相基本为渐变，可以反映其沉积环境的变化与构造演化的关系。
从地层的叠置型式来看，可以区分出三个地层旋回：寒武系早期牛蹄塘组—志留纪小溪浴组为一次完成的海平面升降地层旋回，泥盆系为一次海平面升降地层旋回，二叠系—三叠系为一次海平面升降地层旋回。
图1湘西地区震旦系—奥陶系综合地层柱状图
图2湘西地区志留系—三叠系综合地层柱状图
3沉积体系研究
经沉积学综合研究，湘西地区显生宙可以划分出出深水滞留盆地、浅海陆棚、开阔碳酸盐岩台地、局限碳酸盐岩台地、浊积扇、三角洲、滨岸、潮坪等多种沉积体系类型，主要沉积体系空间分布如图3所示。
图3沉积体系空间分布模式图
（1）深水滞留盆地沉积体系
主要发育于早寒武世牛蹄塘时期及早志留世龙马溪期。该沉积体系是指在浅海陆棚地带上发育的静水盆地，它们的沉积深度一般比陆棚深，但也不会超过陆棚深度的最大界线，通常在60～200m之间。在垂向剖面上，其下伏基底可以是碳酸盐台地，也可以是一般的浅海碎屑岩陆棚，经过陆棚内盆地较深水的沉积之后，向上皆变为与碎屑岩陆棚相衔接[16-18]。
早寒武世，湘西地区位于被动大陆边缘陆棚上覆水最深的沉积环境[19]，为欠补偿型盆地，处于浪基面之下，流动不畅，沉积了以黑色泥页岩为主的碎屑岩，有机质含量较高。
沉积物以富含有机质的灰泥、粘土、粉砂及硅质沉积为主，伴有来自台坡上的远源流和风暴流沉积，局部地区并有火山活动，生物则以浮游型为主[20，21]。
早志留世龙马溪期为前陆盆地初始形成时一种补偿型滞留盆地，水体深，且与公海流通不畅，沉积了颜色较深厚度不大的泥页岩及硅质岩或粉砂岩，富含黄铁矿。
可见水平纹层状泥岩及块状层理泥岩，产以营漂浮生活的笔石为主的生物组合，个别地区的某些层段含放射虫，但在有的地区某些层段内可见少量甲壳类、无铰纲腕足等壳相生物组合。
总体看，应代表一个平静还原的滞流水体沉积环境。
第一作者介绍：李富荣，男，1973年生，黑龙江省鸡西市人，地质学专业，神华地质勘查有限责任公司工程师，研究方向为页岩气勘探开发。