地质科学  2016, Vol. 51 Issue (3): 961-977   PDF    
渝东北下寒武统水井沱组陆棚相黑色页岩沉积演化特征

朱瑜1, 2, 3, 4, 张帆1, 李少荣2, 3, 4    
1. 西南石油大学地球科学与技术学院 成都 610500;
2. 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室(重庆地质矿产研究院) 重庆 400042;
3. 重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心(重庆地质矿产研究院) 重庆 400042;
4. 油气资源与探测国家重点实验室重庆页岩气研究中心 重庆 400042
基金项目: 国家专项“全国油气资源战略选区——中国重点地区页岩气资源潜力及有利区带优选项目”(编号: 2009GYXQ15-05)资助
朱 瑜, 女, 1983年6月生, 博士研究生, 工程师, 石油地质学专业。E-mail: fishzy68@163.com
2015-09-10 收稿, 2016-01-18 改回.
摘要: 渝东北地区位于四川中生代前陆盆地和扬子陆块南部被动边缘褶冲带的结合部位, 形成东西向密集、 大体平行、 不对称的背、 向斜构造。研究区下寒武统水井沱组发育在克拉通内坳陷形成的滞留盆地沉积环境中, 是页岩气富集层位, 埋藏深, 岩相组合变化大。本文利用地层剖面组合、 岩性、 标准层、 地层厚度和地球化学指标等将水井沱组页岩地层划分为两个三级层序(SQ1、 SQ2), 每个层序又进一步划分为两个体系域, 即海侵体系域TST和高位体系域HST。通过野外剖面沉积相分析和沉积相平面展布特征的研究, 结合连井剖面、 黑色页岩分布规律等分析该区陆棚相黑色页岩沉积演化特征。研究结果表明: 该套页岩主要由浅海深水陆棚相、 浅水陆棚相和砂质陆棚相组成, 为3种陆棚亚相沉积。
关键词: 页岩    水井沱组    陆棚相    沉积演化    渝东北    

中图分类号:P618.13, TE122.2     doi: 10.12017/dzkx.2016.041
1 区域构造背景

渝东北地区处于扬子克拉通隆升之后地壳破裂产生裂陷形成的陆内冒地槽和北部陆缘冒地槽环境,陆内冒地槽沉积了一套(板溪群)复理杂砂岩建造组合,陆缘冒地槽沉积了一套火山碎屑杂砂岩建造。在中元古晚期—新元古代初期,由于晋宁运动及同期区域动力变质作用,岩层全部变形、变质,形成全形褶皱和以板岩、变余杂砂岩为代表的单相变质岩,构成了该区的褶皱基底(四川省地质矿产局,1991)。

基底形成后,渝东北地区构造演化按地质发展的特点可分为6个阶段:南华纪(澄江期)、震旦纪—志留纪(加里东期)、泥盆纪—中二叠世(华力西期)、晚二叠世—三叠纪(印支期)、侏罗纪—白垩纪(燕山期)、新生代发展时期(喜马拉雅期)(四川省地质矿产局,1991)。

其中寒武纪,扬子区为陆表海,早寒武世早期海水由西往东加深,沉积物为黑色砂岩、页岩、泥质页岩夹硅质岩的建造组合。早寒武世中-晚期,海水变浅,水体由滞流变为畅通,由还原转为氧化环境。沉积物主要为灰绿色页岩、泥岩、砂岩夹灰岩。

渝东北地区位于四川中生代前陆盆地和扬子陆块南部边缘褶冲带结合部,形成东西向密集、大体平行、不对称的背、向斜构造(龙鹏宇等,2012张志平等,2012余川等,2014)。根据重庆地区所处的大地构造位置及不同时期构造变形性质与特征,将研究区构造地质单元划分为4个级别:Ⅰ级构造单元主要是依据褶皱基底最后一次的形成时期划分;Ⅱ级单元为地台发展阶段形成的大型隆起和坳陷;Ⅲ级单元是地台发展阶段某一地质时期形成的凸起和凹陷;Ⅳ级单元反映后期构造变动及盖层变形形成的褶皱带(何建坤等,1999汪泽成等,2006;刘树根等,2007)。

渝东北地区可以划分为两个Ⅰ级构造单元、4个Ⅱ级构造单元、3个Ⅲ级构造单元和4个Ⅳ级构造单元(图 1)。

图1 渝东北地区构造纲要图 1. 秦岭地槽褶皱系、Ⅰ2. 扬子准地台;Ⅱ1. 大巴山冒地槽褶皱区、Ⅱ2. 大巴山台地边缘坳陷、Ⅱ3. 重庆台内坳陷、Ⅱ4. 上扬子台内坳陷;Ⅲ1. 大巴山凹陷褶皱带、Ⅲ2. 重庆凹陷褶皱带、Ⅲ3. 渝东南凹陷褶皱带;Ⅳ1. 南大巴山凹陷褶皱带、Ⅳ2. 华蓥山凸起褶皱带、Ⅳ3. 万州凹陷褶皱带、Ⅳ4. 七曜山凸起褶皱带。F1. 长房子—油坊断层;F2. 岚溪—东安复式向斜;F3. 城口—高燕复式向斜;F4. 庙坝—桐油坝断层;F5. 梆梆梁—猫儿背复式向斜;F6. 团城—双河背斜;F7. 八台山—大宁厂向斜;F8. 满月断层;F9. 渔沙—建楼冲断复式背斜;F10. 红花—龙洞冲断背斜;F11. 尖山—巫溪向斜;F12. 朝阳—官阳背斜;F13. 大木垭背斜;F14. 芹菜坝向斜;F15. 小石坝背斜;F16. 红岩向斜;F17. 龙池坪背斜;F18. 麻柳向斜;F19. 正坝—温泉断层;F20. 长店房向斜;F21. 明月峡背斜;F22. 任市向斜;F23. 马槽坝背斜;F24. 假角山背斜;F25. 梁平向斜;F26. 铁峰山背斜;F27. 硐村背斜;F28. 七曜山背斜;F29. 巫山向斜;F30. 望霞背斜;F31. 官渡向斜;F32. 邓家复式背斜 Fig.1 Structural outline map of Northeast Chongqing
2 层序地层特征 2.1 层序界面

SQ1底界:即上震旦统灯影组与下寒武统水井沱组之间的地层界面(图 2)。该界面表现为下伏灯影组薄层状硅质岩夹白云岩互层与上覆水井沱组下段含灰质富有机质页岩地层之间的整合接触关系,在东部的屏峰寨剖面、西部的巴山大枞树剖面及周边露头上均能清楚识别,在岩性上从硅质岩夹白云岩互层变为深灰至黑色灰质或粉砂质页岩,颜色逐渐变深,总有机碳质含量突然增大。

图2 城口垃圾场剖面底部SQ1底界面 Fig.2 SQ1 sequence bottom boundary of profile Lajichang

SQ1最大海泛界:位于下寒武统水井沱组中部含有机碳含量高值处。界面以下为深灰—黑色薄层—中厚层状含灰质粉砂质、碳质页岩,界面以上为黑色薄层状碳质页岩偶夹多层薄层黑色粉砂质页岩和灰质页岩。

SQ2底界:位于下寒武统水井沱组页岩中上部有机质含量相对最低处,灰质含量由较低到较高的岩性转换界面。该界面上下地层呈整合接触,有机质含量略显变低。

SQ2最大海泛界:位于下寒武统水井沱组黑色页岩上段,有机碳含量高峰值处。界面以下为黑色薄层含灰质页岩、碳质页岩夹粉砂质页岩,界面以上为灰色—黑色薄层—中厚层状粉砂质页岩与碳质页岩互层,偶夹黑色薄层状含灰质页岩,有机质含量减少,颜色变浅,粉砂质含量增多,顶部常出现个体较大的粉砂质/硅质结核体。

SQ2顶界:位于下寒武统水井沱组顶部浅灰色—灰褐色粉砂质页岩,为寒武统水井沱组浅灰色粉砂质页岩顶部与鲕状、结晶灰岩的转换面(图 3)。界面识别主要借助于岩石颜色、岩性发育特征等,界面以下为浅灰—灰褐色粉砂质页岩地层,界面以上为灰绿色粉砂质页岩。该界面在渝东北不同地区呈现不同的岩相变化特征:在东部鄂西向坝乡屏峰寨剖和中部城口地区,界面以下为深灰粉砂质、碳质页岩地层,界面以上为灰绿—灰褐色薄层粉砂质页岩,颜色明显变浅,同时发育大量粉砂质球状结核体;西部巴山大枞树剖面地区,界面以下为深灰—黑色硅质、粉砂质页岩地层,同时砂泥互层水平纹层发育,界面以上为浅灰色中厚层状白云质灰岩。

图3 城口垃圾场剖面顶部SQ2顶界面 Fig.3 SQ2 sequence top boundary of profile Lajichang
2.2 地层特征

水井沱组曾称水井沱页岩,时代属早寒武世筇竹寺期,分布于湖北峡东、城口、巫溪一带。水井沱组下段(岩家河段)由深灰色、灰白色薄—中厚层硅质白云岩、砂质页岩及黑色薄—中厚层灰岩夹炭质页岩、薄层硅质岩、内碎屑石灰岩等组成;上段由灰黑色或黑色页岩、碳质页岩夹灰色薄层灰岩和灰岩凸镜体组成。下段(岩家河段)含小壳化石,又可分为下部(Circotheca-Anabarites-Protohertzina组合)、上部(Lophotheca-Aldanella-Maidipingoconus组合)。上段含腕足类、海绵骨针及三叶虫等化石,三叶虫自下而上分为 Tsunyidiscus 带、Wangzishia 带和Hunanaocephalus(Duodingia)hupeidiscus 带。为较深水缺氧沉积,与下伏灯影组天柱山段呈平行不整合接触,与上覆石牌组为整合接触,厚为170~1000m。

与渝东北地区寒武系相比,四川盆地寒武系,其下部主要发育麦地坪组和筇竹寺组黑色页岩,与下覆埃迪卡拉系洪春坪组白云岩为连续沉积,与上覆九老洞组陆源碎屑岩平行不整合接触。其中,麦地坪组是在新元古代晚期碳酸盐台地背景下,由海岸线后退而逐渐形成的潮坪海湾沉积。根据生物组合特征把麦地坪组分可为上、下两段:下段以胶磷矿的出现开始,主要是由一套含球粒状胶磷矿条带和硅质条带的白云岩组成,小壳动物化石在最低层位下段的中部,主要为Circotheca-Anabarites-Protohertzina 组合;上段为细晶白云岩及含胶磷矿砂屑不等晶白云岩。

由此可见,麦地坪组化石与水井沱组化石带相对比,麦地坪组大致与水井沱组下部相当,属于不同地区的同一套层系。

2.3 层序划分

针对下寒武统水井沱组富含有机质页岩层序地层的特征,本次选用了3条地层剖面进行了研究,主要分布于研究区东部、中部和西部,基本代表了区内该套地层的总体发育特征。该区城巴断裂以北地区在早寒武世早期,为水井沱期的深水盆地—陆棚环境,沉积了一套碳质+陆源碎屑+硅质+碳酸盐岩建造,并伴随有缺氧事件的发生;而城巴断裂以南广大地区在该时期同样为深水盆地—陆棚环境,沉积了一套硅质到碳质到陆源碎屑建造,研究区整个早寒武世沉积环境较为动荡,海水进退频繁,因此岩相组合特征变化也较大。

根据详测地层剖面地层组合、岩性、标志层、地球化学、地层厚度等指标,将水井沱组划分为两个Ⅲ级层序(SQ1、SQ2)(图 4图 6),每个层序又进一步划分为两个体系域,即海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。

图4 城口县巴山大枞树剖面岩性综合柱状图 Fig.4 Lithological column of profile Dachongshu

图5 鄂西竹溪县向坝屏峰寨剖面岩性综合柱状图 Fig.5 Lithological column of profile Pingfengzhai

图6 城口县垃圾场剖面岩性综合柱状图 Fig.6 Lithological column of profile Lajichang

(1) SQ1:底部岩性以深水陆棚相的灰质页岩、碳质页岩为主,顶部岩性主要为碳质页岩、灰质页岩,夹薄层状粉砂质页岩。自下而上,岩相呈现完整旋回变化特征。

海侵体系域(TST):位于下寒武统水井沱组下部175~355m层段,岩性以黑色薄层—中厚层状含灰质页岩、碳质页岩为主,发育块状层理和水平层理,底部为一套灰质岩沉积。海侵体系域主要为一套深水环境下的黑色泥页岩沉积,可容空间的增大速度略大于沉积物的供给速率,形成了一套退积的准层序组,即在Ⅲ级旋回中海平面在总体上升。

高位体系域(HST):位于下寒武统水井沱组中部100~175m层段,底部以黑色碳质页岩为主,往上逐渐变化为黑色灰质页岩、碳质页岩夹粉砂质页岩,主要是由海平面的波动造成,反映了水体深度缓慢变浅的过程,即海平面的相对下降过程。

(2) SQ2:大部分地区发育浅灰色—黑色粉砂质页岩、碳质页岩和灰质页岩。自下而上,岩石颜色逐渐变浅,砂质含量增高,有机质含量减少。

海侵体系域(TST):位于下寒武统水井沱组中—上部的80~100m层段,岩性以黑色碳质页岩、灰质页岩为主,发育块状层理和水平层理,为浅海深水陆棚沉积。海侵体系域主要为一套深水环境下的黑色富有机质页岩沉积,可容空间的增大速度略大于沉积物的供给速率,形成了一套退积的准层序组。即在Ⅲ级旋回中海平面在总体上升的背景下出现短暂的下降,可以预见海平面上升是“阶梯式”或者周期性上升的。

高位体系域(HST):位于下寒武统水井沱组上部的0~80m层段,底部岩性主要以黑色薄层状碳质页岩与分砂质页岩互层,往上逐渐变化为大段灰褐—深灰色粉砂质页岩,同时粉砂岩含量逐渐增多,颜色变浅,有机质含量减少。地层剖面上可以看到明显的进积序列,反映了水体深度变浅的过程,即海平面的相对下降过程。

3 沉积演化特征 3.1 沉积环境

海相富有机质页岩形成于沉积速率较快、地质条件较为封闭、有机质丰富的台地或陆棚环境中,而被动大陆边缘、克拉通内坳陷和前陆挠曲形成的滞留盆地等在沉积环境中发育较为有利,通常与大规模的水进过程相关联(Curtis,2002Warlick,2006Hill et al., 2007Jarvie et al., 2007)。就整个扬子地区而言,早古生代发生最大的海侵作用,在寒武纪基本上形成了一个统一的海域,从而进入了一个相对稳定的地台发展阶段(刘树根等,2004陶树等,2009)。

研究区下寒武统水井沱组页岩发育在克拉通内坳陷形成的滞留盆地沉积环境中,是页岩气富集层位,埋藏深,岩相组合变化大(文玲等,2001汪泽成等,2002刘若冰等,2006沃玉进等,2006)。

草莓状黄铁矿是指由等粒度的亚微米级黄铁矿或微晶体紧密堆积而成、形似草莓的黄铁矿球形集合体(Love and Amstutz, 1966Rickard,1970)。它是富有机质沉积特征的矿物,是恢复沉积环境的重要指标。

本文选择露头样品和井下样品为研究对象,磨制岩石光片,通过扫描电镜发现草莓状黄铁矿在显微镜下多呈圆球形,少数呈椭球形。草莓状内部由许多单颗粒黄铁矿组成,粒径一般在500nm以内。草莓状集合体一般直径约为1~10μm,内部由更小的黄铁矿微粒组成,微粒数量一般在百粒以上。大量草莓状黄铁矿晶内有孔隙,且形状大小不一,孔隙丰富。有些黄铁矿晶体发生脱落形成晶间孔,黄铁矿周围或内部经常存在有机质残余粘液,与黄铁矿呈包裹与被包裹的关系。

Wilkin(1996)研究表明,在硫化环境下形成的草莓状黄铁矿具有较小的直径,且分布范围很窄。通过对所采取的样品分析,发现草莓状黄铁矿集合体的直径一般小于10μm,大致在0.07~0.2μm之间,且分布比较集中、变化范围不大,由此说明渝东北地区下寒武统水井沱组黑色页岩多形成于硫化环境下(图 7图 8)。

图7 镜下草莓状黄铁矿(0.07~0.2 μm) Fig.7 SEM images of pyrite framboids(0.07~0.2μm)

图8 镜下草莓状黄铁矿(0.07~0.2μm) Fig.8 SEM images of pyrite framboids(0.07~0.2μm)
3.2 沉积相

(1) 沉积相类型

通过对3条剖面沉积相的详细分析,认为渝东北地区下寒武统水井沱组主要为一套海相页岩,存在深水、浅水和砂质3种陆棚亚相中,3种相带在岩石颜色、岩性、结构构造、总有机碳含量等方面具有鲜明特征。

深水陆棚相:深水陆棚相为静水强还原环境,一般有利于有机质的保存,因此悬浮的沉积物经过沉积、埋藏、压实、成岩等作用能够形成富含有机质的暗色泥页岩,岩石颜色通常为深灰—黑色,有机质含量普遍相对较高(Martineau,2007董大忠等,2010杨振恒等,2010)。渝东北地区深水陆棚沉积主要发育在水井沱组中—早期,岩性以黑色碳质页岩和灰质页岩为主(图 9),底部为一套硅质岩沉积(图 10),夹少量薄层粉砂岩和粉砂质泥岩,这主要是由于海平面的波动造成的,即在Ⅲ级旋回中海平面在总体上升的背景下出现短暂的下降,因此认为该区海平面上升是“阶梯式”或者周期性上升的。同时这套地层偶发育粉砂质/硅质岩结核体(图 11),这些结核体矿物成分与围岩区别较大,初步认为是在沉积过程中搬运过来的弱固结的砂质颗粒,为滑塌沉积体,代表一种深水沉积环境,因此可作为该地区深水陆棚相标志物。这套黑色页岩岩石成分以石英和粘土矿物为主,其它还含有少量长石和碳酸盐岩,此外,黄铁矿普遍发育,主要以散状零星分布(图 12),偶尔也顺层以片状和结核体发育(图 13)。水井沱组黑色页岩主要发育块状层理和水平层理,页理较发育(图 14)。

图9 大枞树剖面底部页理较发育的黑色碳质页岩 Fig.9 Black muddy shale of Dachongshu

图10 大枞树剖面底部黑色硅质页岩 Fig.10 Black siliceous shale of Dachongshu

图11 大枞树剖面黑色碳质页岩发育粉砂质岩小结核 Fig.11 Sandstone nodules of Dachongshu

图12 垃圾场剖面底部砂质岩结核体 Fig.12 Sandstone nodules of Lajichang

图13 垃圾场剖面碳质页岩黄铁矿结核 Fig.13 Pyrite nodules of Lajichang

图14 垃圾场剖面底部黑色页岩散状黄铁矿 Fig.14 Pyrite nodules of Lajichang

浅水陆棚相:在浅水陆棚区,海平面的相对下降,水体处于弱氧化弱还原的环境,通常形成浅灰色含粉砂质泥页岩。渝东北地区浅水陆棚沉积主要发育在水井沱组晚期,岩性以浅灰—灰褐色粉砂质页岩、硅质页岩为主(图 15),有时顶部发育一套浅灰色的白云质灰岩。这套岩石成分以石英和粘土矿物为主,其它还含有少量长石和碳酸盐岩,粉砂质含量相对较高,岩石颜色变浅,有机质含量较中下部深水陆棚环境形成的黑色页岩明显减少,局部含风暴成因的席状砂以及灰质岩薄层,主要发育波状层理和交错层理(图 16)。

图15 垃圾场剖面灰褐色粉砂质页岩 Fig.15 Gray-brown sandy shale of Dachongshu

图16 大枞树剖面中部发育波状层理 Fig.16 Wavy bedding of Dachongshu

砂质陆棚相:在渝东北地区砂质陆棚相沉积主要发育在水井沱组中—晚期,岩性以灰色—深灰色中厚层状粉砂质页岩或泥质粉砂岩为主(图 17),沉积构造发育较为局限,主要为波状层理、小型交错层理和砂纹层理(图 18)。

图17 大枞树剖面灰色粉砂质页岩 Fig.17 Gray sandy shale of Dachongshu

图18 大枞树剖面浅灰色分砂质岩发育砂纹层理 Fig.18 Gray sand bedding of Dachongshu

(2) 剖面沉积相对比分析

在详测剖面沉积划分完成的基础之上,对研究区东西向剖面进行了层序地层格架内的沉积相对比,自西向东依次经过巴山大枞树剖面、城口垃圾场剖面和向坝屏峰寨剖面(图 19)3个剖面进行详细分析,说明研究区层序地层格架内沉积相展布特征。

图19 渝东北地区下寒武统水井沱组富有机质页岩发育沉积相剖面对比图 Fig.19 Sedimentary facies profiles of shale of Lower Cambrian Shuijingtuo Formation

深水陆棚相:深水陆棚相在该剖面总体连续稳定分布,但在西部巴山大枞树剖面和东部屏峰寨剖面厚度相对较大,说明该两个地区为渝东北地区的沉积沉降中心,而向中部方向厚度减小,整体上可以看出整个研究区水深向中部地区变浅。自震旦纪灯影组开始海平面大幅上升,研究区处于大规模海侵,海平面上升,水深增大,物源不足,发育了一套黑色富有机质页岩,在区内厚度较大且分布相对稳定。此外,在西部大枞树剖面中下部和东部屏峰寨剖面中部为一套大段连续发育的粉砂质岩沉积,这主要是由于海平面曾出现过波动造成的,即在第一个三级旋回中海平面在总体上升的背景下出现短暂的大规模下降,因此认为该区海平面上升是“阶梯式”或者周期性上升的。且这套粉砂质岩粒度和颜色上均有变化,粒度变粗,颜色变浅,可能处在近物源方向导致西部沉积物粒度较粗,出现粉砂质岩沉积。

浅水陆棚相:浅水陆棚相在该剖面的西部巴山大枞树厚度相对较大,而在中部城口垃圾场剖面厚度次之,东部屏峰寨剖面厚度相对较小,随着相对海平面的逐渐下降,各剖面均沉积了一套以灰褐—深灰色灰质页岩、粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩为主,岩石矿物颗粒向上均有变粗的趋势,颜色也从深灰色变为灰色、到顶部的浅灰色或灰褐色。这套地层岩性在渝东北不同地区呈现不同的岩相变化特征:在东部地区,为浅灰—深灰色灰质页岩为主,夹浅灰色薄层状粉砂质页岩;中部地区主要发育灰褐—深灰色粉砂质页岩,黑色薄层状碳质页岩;西部地区,底部以深灰色灰质页岩和粉砂质页岩为主,中部主要发育浅灰—深灰色中厚层状硅质页岩,顶部岩性变化相对明显,主要发育一套浅灰色白云质灰岩,由于灰岩的出现,此时该地区陆源碎屑物质供应相对减少,沉积水体变得相对温暖和清澈,适合钙质生物体的发育。

砂质陆棚相:砂质陆棚在整个剖面中发育比较完整,随着相对海平面的逐渐下降,在各剖面地区均沉积了一套以灰色—深灰色的粉砂质页岩为主的浅海砂质陆棚沉积体;这套粉砂质页岩在不同地区呈现不同的时期变化特征:在东部地区主要发育在剖面的中上部层段,中部地区主要发育在上部层段,而西部地区则发育在下部和上部层段,且东部和西部地区均大段稳定连续发育,而中部地区主要以夹薄层状碳质页岩发育。这说明研究区在水井沱组时期海平面曾出现过较大波动,在总体上升的背景下出现短暂的大规模下降,主要的物源来自东南部和西南部。

通过剖面沉积相对比和地层厚度的变化可以看出,这套页岩在渝东北地区总体相对稳定发育,厚度较大,其中巴山大枞树剖面周围地区富有机质页岩厚度较大,是研究区该时期的沉降中心,黑色页岩厚度也是最为发育,而东部向坝屏峰寨剖面富有机质页岩也相对发育,是该区的次沉积中心。

3.3 沉积相平面展布特征

从晚震旦世开始,上扬子地区逐步进入稳定的热沉积阶段,为克拉通浅海盆地,整体上处于统一的古沉积背景之下,并在扬子地台南北两侧发育两个被动大陆边缘和一些海湾体系(蔡勋育等,2005沃玉进等,2007梁狄刚等,2008)。早寒武世,整个上扬子地区除了川中古隆起,其它康滇古陆、雪峰山隆起、碳酸盐岩台地主要分布在研究区边缘地区外,大部分地区为陆棚沉积,具备形成了黑色富有机质页岩的良好条件,在快速海进和缓慢海退的沉积背景下,早期为深水陆棚沉积,后期沉积环境水体逐渐变浅,向浅水陆棚及潮坪演化。在早寒武世早期,四川盆地盆底地形极为平缓的、水体相对较浅的、水流不畅的停滞缺氧盆地,并在早寒武世早期海平面快速上升并形成早古生代最大海侵作用,在海侵期间低等植物继续在滨岸地区发育,滨浅海区海生动物及水生低等植物也在大量繁殖,为该期的碳质泥岩、页岩及石煤的发育提供了充足的有机质组分(腾格尔等,2006张林等,2007)。致使北边的南秦岭海槽沉积了大套的黑色页岩、碳质页岩、硅质页岩及石煤等(马力等,2004),并发育了川北—川(渝)东北和川东—鄂西深水陆棚区向北开口,为正常陆棚与秦岭洋相通。

沉积相的平面展布图是在前人研究和剖面沉积相综合研究的基础上,通过统计区内3条详测剖面和4条辅测剖面体系域中粉砂质页岩厚度、地层厚度、黑色泥岩厚度、灰色泥岩厚度,结合各相的标志及统计分析结果,对沉积相在平面上做出的分析和划分。从地层厚度等值线图(结合沉积体系平面展布),可以看出该时期沉积相类型主要为浅海深水陆棚相、浅水陆棚相和砂质陆棚相,巴山大枞树剖面周围的城巴断裂以北地区为该区的黑色页岩沉积和沉降中心,富有机质页岩的厚度也相对最大,而东部向坝屏峰寨剖面富有机质页岩也相对发育,是该区的次沉积中心(图 20)。

图20 渝东北地区下寒武统水井沱组富有机质页岩沉积相图 Fig.20 Sedimentary facies map of Lower Cambrian Shuijingtuo shale

控制富有机质页岩发育的深水陆棚相主要分布在研究区西南部开县—南部云阳、奉节—东南部的巫山一线以北大部分地区,其中城巴断裂(该断裂用以划分南北相区地层,北相区为鲁家坪组,南相区为水井沱组)以北是川北深水陆棚区,以南地区则为川东深水陆棚区;西南部开县—南部云阳、奉节—东南部的巫山一线以南一带主要发育浅水陆棚相沉积;而西南部和南部小部分地区为砂质陆棚相沉积,主要的物源来自西南部和南部。巫溪顺阳和城口太平乡油房沟剖面样品镜下显示粒度分选中等(分选系数为2.37~3.65),粒度样本分布图上可见样品粒度概率图由3个粒度级构成(图 21),跳跃式组分粒度分布在1~4之间,斜率亦不大,分选一般,由此可以推断该地区当时为弱水动力近距离搬运沉积环境,可能也是近物源方向。

图21 水井沱组粒度样本分布图 a. 巫溪顺阳剖面;b. 太平乡油房沟 Fig.21 Particle sample distribution map of Shuijingtuo
4 结 论

(1) 渝东北地区下寒武统水井沱组页岩岩相组合特征变化较大,根据岩相组合特征可划分为两个完整的三级层序(SQ1、SQ2),每个层序又进一步划分为两个体系域,即海侵体系域TST和高位体系域HST。

(2) 该区陆棚相黑色页岩沉积演化主要为一套海相沉积,存在深水、浅水和砂质3种陆棚亚相。

(3) 水井沱组这套黑色页岩在渝东北地区总体相对稳定发育,厚度较大,且稳定连续分布,总体呈北东—南西向展布。其中巴山大枞树剖面周围地区富有机质页岩厚度较大,是研究区的沉降中心,黑色页岩厚度也是最为发育,而东部向坝屏峰寨剖面富有机质页岩也相对发育,是该区的次沉积中心。

参考文献
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The sedimentary evolution characteristics of continental shelf facies black shale of Lower Cambrian Shuijingtuo Formation in Northeast Chongqing

Zhu Yu1, 2, 3, 4, Zhang Fan1, Li Shaorong2, 3, 4    
1. Southwest Petroleum University, School of Geoscience and Technology, Chengdu 610500;
2. Key Laboratory of Shale Gas Exploration, Ministry of Land and Resources, Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing 400042;
3. Chongqing Engineering Research Center for Shale Gas Resource & Exploration, Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing 400042;
4. Chongqing Shale Gas Research Center of State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, Chongqing 400042
Abstract: The northeast area of Chongqing is in the joint part of thrust-fold belt of Mesozoic Sichuan foreland basin and southern margin of Yangtze landmass, structurally forming asymmetric anticline and syncline which are dense in E-W trending and parallel in general. Lower Cambrian Shuijingtuo shale developed in stagnant marine basin formed by continental margin, intercratonic depression and foreland flexure with deep buried depth, varying lithofacies associations. In this paper, we make use of strata combination, lithology, fossil, marker bed, formation thickness and geochemical indicators to divide Shuijingtuo shale into two third-order sequences(SQ1 and SQ2), and each sequence is further divided into two system tracts, TST and HST. Through analyzing sedimentary facies and the distribution, combining well tie profiles, black shale distribution and geochemical elements, the results show that Lower Cambrian Shuijingtuo Formation are neritic deep shelf deposit, and shallow shelf deposit as well as arenaceous shelf deposit.
Key words: Shale    Shuijingtuo Formation    Continental shelf facies    Sedimentary evolution    Northeast Chongqing