页岩层系沉积特征

4．3　页岩层系沉积特征

泥页岩是盆地油气生成和聚集成藏的物质基础，烃源岩与构造、盆地类型以及在层序地层格架中的位置息息相关，正是构造与盆地类型及演化、沉积环境和层序地层等控制了烃源岩的时空展布规律。

研究区内主力泥页岩的岩性略有差别，但均具有成层性好、单层厚度较薄、连续厚度较大、岩石矿物组分粒度细、岩性致密、颜色较暗和有机质丰度高等特征，显示了不同组分、结构和成因类型的烃源岩都为深水低能、欠补偿和缺氧还原环境沉积的产物（表4－1）。

表4－1　海相泥页岩岩石类型及层位分布简表

沉积环境既控制有机质丰度，又影响有机质质量，是控制海相烃源岩发育和分布的最重要因素。通过分析研究区贵州习水、秀山溶溪、石门杨家坪、习水良村和习水桑木5条剖面的岩性及有机质丰度和类型，结合中上扬子在这一时期的沉积、构造演化背景将研究区沉积相分为以下几种类型（表4－2）。

表4－2　川东南—湘鄂西地区沉积相分类表

4．3．1　滨浅海沉积相

根据资料显示，川东南—湘鄂西地区为浪控海岸环境，浪控海岸分为障壁海岸和无障壁海岸。研究区不发育泻湖，障壁岛沉积，所以这一地区为无障壁海岸。

滨海分为后滨、前滨和临滨。后滨位于海滩上部，在平均高潮线之上，砂层一般为平行纹层，常有暴风潮形成的介壳层。

前滨亚相，前滨砂的成分单一、分选好，磨圆度高，海滩加积层理（或称冲洗层理）发育，当有砂坝存在时，可出现大型板状交错层理，沟槽沉积物中发育有沙纹层理和波痕。此外可见到流痕、泡沫痕等。

临滨位于平均低潮面与平均浪基面之间，上临滨（upper nearshore）发育大型交错层理中细砂岩；下临滨（lower nearshore）发育水平纹理粉砂岩，生物扰动构造发育。

4．3．2　陆棚沉积

陆棚环境系指低潮线以下、向深海延伸的环大陆平台地带，外缘有坡折，其水深小于550m，平均坡度为0°07′，处于浪基面之下，水动力基本处于静水低能环境。陆棚环境分为浅水陆棚和深水陆棚。深水陆棚中可划分为泥质深水陆棚、陆棚边缘滞水盆地、浊流等沉积类型，又可以分为热水深水陆棚、正常水陆棚；而浅水陆棚可进一步划分为泥质浅水陆棚、砂泥质浅水陆棚、灰质浅水陆棚等沉积类型。

浅海陆棚区的水动力以波浪和海流为主，海底可以比较平坦，也可分布有相对隆起的沙坝和浅滩、相对低洼的沟谷，因受波浪影响而使介质能量较高。

沉积物以砂、粉砂和泥为主，砾石极少，砂岩的成熟度高，以化学胶结为多，沉积物中常见海绿石；水平纹层、大型和小型交错层理都可存在，丘状层理则是浅海陆棚沉积所特有，可有对称和不对称的波痕，由于沉积物始终处于水下，缺乏暴露标志，各类海相生物发育。

牛蹄塘组（∈1n）：研究区中厚层黑色页岩主要在深水陆棚中沉积。早寒武世初期，在灯影组剥蚀面的基础上，海水再次由东南方向入侵，牛蹄塘期主要为海侵高潮期的深水陆棚沉积（图4－12）。

图4－12　川东南—湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组沉积相平面分布图

川东南—湘鄂西地区牛蹄塘组下部为黑色碳质页岩，中上部为黑色碳质页岩夹灰绿色砂质页岩，底部为黑色硅质页岩、硅质岩夹黑色磷块岩和黑色多金属层，与下伏灯影组和上覆明心寺组均系整合接触。牛蹄塘组广泛分布于川东南—湘鄂西地区，一般厚100～200m，由南往北逐渐减薄，其中金沙县岩孔最厚，遵义市牛蹄塘组为170m；黑色页岩的水平纹理发育，细碎屑少，含分散状和纹层状霉粒黄铁矿；生物以三叶虫、介形虫为代表。以上均表明牛蹄塘组沉积环境的水动力较弱，而且是还原环境。

牛蹄塘时期川南、川东鄂西是深水陆棚沉积，黔东北地区则是热水深水陆棚沉积，在川中古隆起和丁山水下高地周围发育浅水陆棚。

五峰组—龙马溪组（O₃w—S₁l）：伴随着晚寒武世海退过程的结束，早奥陶世在继承了寒武纪古地理格局的基础上，开始了新一轮海侵过程。在晚奥陶世五峰组达到新一轮海侵高潮，到早志留世初期为晚奥陶世海侵过程的继续，故川东南—湘鄂西地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组以陆棚相为主（图4－13）。

图4－13　川东南—湘鄂西地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组沉积相平面分布图

研究区内五峰组由下部的笔石页岩段与上部的观音桥段组成，二者呈紧密共生，为连续沉积，组厚3～17m。

龙马溪组下部以灰黑色、黑色含水云母碳质页岩为主，中上部以黄绿色、绿灰色页岩、泥质粉砂岩及粉砂质页岩不等厚互层为特征，一般为276～450m。龙马溪组发育水平层理及断续的水平层理、水平波状层理，说明当时沉积环境的水动力较弱。整个龙马溪组均含有笔石，下部含非常丰富的笔石化石，向上笔石化石逐渐减少，另外还可见三叶虫、腕足类等化石，该组中还普遍见有分散状黄铁矿晶粒，笔石死亡后必须在深水环境下才能保存，而且黄铁矿晶粒的存在说明当时处于还原静水条件下沉积。

研究区为五峰组—龙马溪组深水陆棚主要发育在川南、川东鄂西地区，比起牛蹄塘期川南深水陆棚的沉积区缩小，川东鄂西地区的沉积范围扩大，热水深水陆棚环境消失；涪陵—南川一带的浅水陆棚沉积范围缩小，而桑植一带成为浅水陆棚沉积环境；出现了3个古隆起，只留北边与海洋环境相通。

4．3．3　下古生界泥页岩与沉积盆地的关系

在晚震旦世—寒武纪，因受加里东运动早幕的构造拉张影响，沉积盆地具有自北西向南东由克拉通地块向被动大陆边缘过渡的构造背景，区域沉积相展布有从浅水陆棚（或碳酸盐岩台地）相区平缓延伸到次深海大陆斜坡和深海盆地相区的变化，由上升洋流带入的丰富营养物质促进了海相低等生物的大规模繁衍，因而无论是浅水陆棚（或开阔海台地）相区，还是较深水斜坡或盆地相区，均可形成富含有机组分的泥或泥灰质烃源岩的连续沉积，从而形成分布面积广、厚度较大、层位稳定的下震旦统陡山沱组和下寒武统水井沱组（牛蹄塘组）两套烃源岩系，分别代表川东南—湘鄂西区内第一套和第二套烃源岩重要的发育期。其中下震旦统陡山沱组烃源岩由黑色页岩、深灰色—灰黑色泥晶灰岩及含碳含泥云岩组成；下寒武统由灰黑色—黑色泥页岩、碳质泥页岩及石煤夹层与深灰色－灰黑色薄层泥晶灰岩、泥灰岩和含泥质泥晶云岩组成。烃源岩的区域分布主要受较深水陆棚和开阔海台地相控制，沉积厚度较稳定，一般同生断凹（或坳陷斜坡）为烃源岩最发育部位，而浅水陆棚（或台地）相区烃源岩发育相对较差。平面上，研究区内下震旦统和下寒武统烃源岩的主体从北向南均由局限海台地—开阔海台地—浅海陆棚—滨外陆棚相带分布。

进入奥陶纪，由于受加里东运动晚幕早时的构造挤压影响，扬子地块西侧构造抬升和东南侧江南古岛链的初始挤压隆升，同时夹持于此两隆升区之间的浙赣湘桂边缘海盆地的强烈坳陷，区域构造和沉积盆地性质进入急剧变革的前奏时期，川东南—湘鄂西地区持续隆升和水体迅速变浅，形成广阔的陆棚滞留盆地，沉积了本区第三套主要烃源岩——上奥陶统五峰组黑色碳质页岩，该烃源岩系厚度虽然很小，仅几米至十几米，但范围较广，层位稳定，有机质丰度高。

进入志留纪，因受加里东晚幕晚时的影响，扬子陆块进一步受华南地块自南东向北西迁移的造山挤压，江南古陆强烈隆升和自东向西逆冲的影响，导致中国南方大地构造性质由拉张转入到以挤压为主的重大变革时期，相对稳定的克拉通坳陷盆地—被动大陆边缘盆地格局转换为水平挤压和挠曲沉降为主的前陆盆地演化阶段。研究区内中部川东石柱—鄂西恩施一带为浅水内陆棚沉积相区，北缘为较深水外陆棚—次深海盆地沉积相区。区域上，下志留统龙马溪组下部的黑色页岩、碳质泥页岩（局部夹石煤层）主要形成于前陆盆地挠曲坳陷最强烈的早期阶段。该烃源岩系的岩性单一，层位稳定，有机质丰度高，但沉积厚度变化较大，以位于前渊坳陷带的深水外陆棚和次深海盆地相沉积厚度最大，一般为120～180m，向中部前陆盆地方向，伴随沉积环境由次深海盆地—深水外陆棚向浅水内陆棚相区过渡，沉积厚度明显变薄，一般为30～80m。