靠近中上扬子区西缘及北缘古陆的地区, 第三统与芙蓉统均主要发育混积潮坪相。第三统混积潮坪相岩性上多为紫红色、黄绿色粉— 细砂岩与白云岩或白云质灰岩韵律互层。剖面层序自下而上为细砂岩— 砂质碳酸盐岩— 粉砂岩— 较纯的碳酸盐岩, 显正粒序特征, 常见潮汐层理, 下部粉— 细砂岩较多, 向上逐渐减少, 碳酸盐岩则相反。东川一带发育潮上萨布哈环境, 岩性由紫红色泥岩、粉砂岩、砂岩, 夹白云岩、薄层石膏构成。芙蓉统混积潮坪相, 岩性总体为一套灰色— 深灰色白云岩、砂质白云岩, 夹灰绿色、紫红色粉砂— 砂岩及泥页岩(图 3-1), 也有为白云岩与砂页岩间互层沉积。发育鸟眼构造、羽状交错层理(图 3-2)、斜层理、小型冲刷构造等, 反映了潮上— 潮间沉积环境。

图3

Fig.3

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	图3 中上扬子地区寒武系第三统— 芙蓉统岩石组合、沉积构造与岩性特征照片(Ⅰ )Fig.3 Photos showing rock assemblage, sedimentary structures and lithological features of the Cambrian Series 3-Furongian in the Middle and Upper Yangtze region(Ⅰ )

台地相主要分为局限台地相与开阔台地相, 台地内部常发育一些台内浅滩相, 包括砂屑滩以及鲕粒滩。局限台地内局部暴露地区分布着规模不等的蒸发潟湖。

2.2.1 局限台地相

局限台地相分布范围较广。第三统局限台地相岩性稳定, 为大套的厚层至块状的白云岩(图 3-3), 与西部潮坪相呈渐变过渡关系, 靠近潮坪相地区多夹有泥页岩与粉砂岩, 向东则砂泥质含量减小, 见小型交错层理和波痕等(图 3-4, 3-5)。芙蓉统局限台地相以白云岩、泥质白云岩为主, 偶夹泥页岩为特征。

2.2.2 开阔台地

开阔台地相主要发育于芙蓉统, 与局限台地相呈渐变过渡关系。以娄山关组或三游洞组中上部的单一碳酸盐岩为代表, 岩性为灰白色、浅灰色— 灰色中厚层状— 块状结晶白云岩, 纹层状白云质灰岩、灰岩。

2.2.3 蒸发潟湖相

蒸发潟湖相发育于第三统局限台地内。据钻井资料显示, 上扬子地区覆盖区第三统岩性为白云岩夹膏质白云岩、白云质膏岩(图 3-6)、膏岩、粉砂岩。其中以泸州、永川、石柱、利川沉积厚度较大, 可达200 m以上, 其余大部分地区厚度亦可达50 m左右, 武汉地区武4井钻遇膏岩厚243 m。黔北— 渝东南地区地表露头仍以白云岩为主, 见石盐假晶(图 3-7)或膏溶角砾岩及盐泉。中扬子地区, 岩性特征相似, 主要为白云岩夹膏质白云岩、白云质膏岩、泥质膏岩、灰岩和粉砂岩(门玉澎等, 2010)。

2.2.4 浅滩相

台内浅滩相以点滩的形式出现。第三统浅滩相多为鲕粒滩, 发育于覃家庙组, 岩性以灰色中厚层鲕粒灰岩、鲕粒白云岩、细晶白云岩以及白云质灰岩为主。芙蓉统浅滩类型较多, 常见鲕粒滩、砂屑滩及二者的混合滩, 局部发育砾屑滩。岩性为灰色厚层鲕粒灰岩、鲕粒白云岩、亮晶砂屑白云岩(灰岩)、亮晶鲕粒白云岩和亮晶砾屑灰岩, 砾屑为粉晶竹叶状灰岩。见槽状、板状交错层理, 为高能点滩沉积。砾屑滩在渝东一带局部层位发育, 为中— 高能环境下的沉积。此外, 高能沉积物中间夹具水平层理的微晶— 粉晶白云岩, 为低能滩间或滩后洼地沉积。

2.3.1 台缘浅滩相

第三世晚期至芙蓉世, 中上扬子东南缘逐渐形成台地边缘浅滩, 为中— 高能的沉积环境。浅滩相带沿着都匀— 镇远— 松桃— 张家界— 慈利一线, 呈带状分布。其岩石组成主要为娄山关组的白云岩、泥质白云岩、鲕粒白云岩(灰岩)(图 3-8)以及生屑白云岩等。北侧的浅滩相带主要分布于保康、南漳一带, 岩石组成为三游洞组下部的泥晶白云岩、角砾白云岩和鲕粒白云岩、藻屑白云岩。这些颗粒碳酸盐岩结构成熟度高, 常为亮晶胶结。具有平行层理(图 4-1)以及冲洗层理与双向交错层理(蒲心纯等, 1993)。

图4

Fig.4

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	图4 中上扬子地区寒武系第三统— 芙蓉统岩石组合、沉积构造与岩性特征照片(Ⅱ )Fig.4 Photos showing rock assemblage, sedimentary structures and lithological features of the Cambrian Series 3-Furongian in the Middle and Upper Yangtze region(Ⅱ )

2.3.2 台缘斜坡相

第三统与芙蓉统均存在台地边缘斜坡相。岩性主要为灰色条带状泥灰岩、泥— 粉晶灰岩、角砾状或砾屑灰岩, 局部发育碎屑流沉积和钙屑浊积岩沉积。碎屑流沉积的砾屑灰岩(图 4-2), 砾屑成分比较复杂, 既有来自台地边缘的亮晶砂屑灰岩、亮晶鲕粒灰岩和结晶白云岩等, 又有来自斜坡本身的泥— 粉晶灰岩和泥灰岩。砾屑分选差, 粒径变化大, 从岩块、巨砾到细粒级, 磨圆度从次圆状— 棱角状不等。钙屑浊积岩常与碎屑流沉积砾屑灰岩伴生或与泥灰岩、泥云岩呈互层韵律产出。浊积岩中多见到粒序层理与鲍马序列。

浅海陆棚相从岩性组成上可分为碎屑岩陆棚相、碳酸盐岩陆棚相以及混积陆棚相。中上扬子地区第三统— 芙蓉统仅发育混积陆棚相与碳酸盐岩陆棚相。

2.4.1 混积陆棚相

第三统以及芙蓉统均发育混积陆棚相, 但其沉积特征与分布范围有所不同。

第三统混积陆棚相主要分布于扬子东南缘湘西— 湘中一带, 岩性主要为深灰色薄— 中层状条带灰岩、含炭质粉砂质灰岩、纹层状粉砂质灰岩、纹层状白云岩和泥晶灰岩, 花垣一带偶夹砾屑灰岩。条带灰岩由灰岩条带— 颗粒灰岩、泥晶灰岩与粉砂质条带— 粉砂质灰岩、纹层状含炭质粉砂质灰岩互层组成。总体上是碳酸盐沉积物为主体中混有陆源碎屑颗粒的混合沉积物(图 4-3)。形态上, 条带灰岩常呈透镜状和楔状, 岩层层厚不等, 脉状层发育, 横向延伸不稳定。条带灰岩中夹有数层砾屑灰岩, 砾屑成分为颗粒灰岩或泥晶灰岩, 填隙物为混有大量陆源碎屑的粉砂质灰泥。砾屑灰岩与上覆发育丘状(洼状)交错层理、浪成波痕、浪成沙纹层理的条带灰岩及不具层理的泥晶灰岩组成不同组合类型的风暴沉积序列。此外, 见附枝藻、轮藻以及节肢动物等正常浅海的碳酸盐岩生物群化石组合, 三叶虫骨刺碎屑、风暴沉积物表现出受强风浪影响的浅海陆棚环境的典型特征(梁薇等, 2012; 周恳恳等, 2012)。

芙蓉统混积陆棚相分布于湘南地区, 沉积物为碳酸盐岩系与碎屑岩系混合沉积的混积层系, 以泥质条带灰岩、泥灰岩、白云质泥灰岩及粉砂质泥灰岩, 夹数套灰绿色、黄绿色中厚层状浅变质石英砂岩、长石石英砂岩为主, 局部夹粉砂质页岩、绢云母页岩或互层(图 4-4)(沈渭洲等, 2009)。愈向东南, 碎屑岩在混积层系中的比重增加, 碳酸盐沉积物则逐渐减少。整体上混合沉积物为弱还原环境的产物, 沉积构造以表征相对低能的水平层理最发育。

2.4.2 碳酸盐岩陆棚相

碳酸盐岩陆棚相主要分布于中上扬子东南缘湘黔一带, 第三统与芙蓉统均发育, 沉积特征基本一致, 范围有所不同。岩性以灰黑色中— 厚层状泥灰岩、泥质条带灰岩、纹层状灰岩及泥晶灰岩为主, 局部见少量泥质白云岩。灰岩层常夹深灰色薄层状碳质页岩和粉砂质页岩, 常见星点状、结核状及纹层状黄铁矿。岩性自下而上的演化序列为:灰岩— 泥灰岩— 泥质条带灰岩。条带灰岩层常由泥质灰岩与纯净灰岩互层组成, 岩层横向展布常不稳定, 层厚不等, 纯净灰岩常呈透镜状, 条带灰岩发育水平层理及纹层状构造。产Charchaqia sp., Pseudagnostus commnis., Lejopyge laevigata armata., Homagnostus sp., Yuepingia sp.等球接子类三叶虫化石以及腕足类Obolus sp.等浅海生物种群化石。

扬子东南缘浅海陆棚向湘桂一带延伸, 在湘中一带陆棚环境内存在以细粒悬浮沉积物为主的相对深水的区域, 称之为深水盆地。第三统— 芙蓉统的深水盆地相的岩性为灰色粉砂质绢云母板状页岩、深灰色— 灰黑色硅质板状页岩、绿泥石板状页岩和条带状页岩等, 岩层中常富含一些金属元素, 使风化面呈灰白色、灰黄色或橙红色(图 4-5), 水平层理及页理极其发育。

中上扬子地区第三世古地理图是在门玉澎等(2010)研究的基础上, 更准确地圈定各个相带的分布范围, 特别体现在对众多台内浅滩尤其是对蒸发潟湖内部浅滩相分布范围的确定; 此外作者认为在此时期内, 扬子东南缘并未形成完整的台地边缘, 湘西北一带为混积陆棚环境, 同时亦增加对了中上扬子东南缘沉积环境的分析。

总体上, 第三世初中上扬子地区经历短暂海侵(Guo et al., 2010; 樊茹等, 2011), 开始发生海退, 海平面开始下降(冯增昭等, 2001)。沉积相带自北西至南东为古陆— 潮坪— 局限台地(包括蒸发潟湖)— 台地边缘浅滩— 台地边缘斜坡— 陆棚(包括混积陆棚与碳酸盐陆棚)— 深水盆地(图 5)。

图5

Fig.5

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	图5 中上扬子地区寒武纪第三世古地理图(据门玉澎等, 2010; 修改)Fig.5 Palaeogeography of the Cambrian Epoch 3 in the Middle and Upper Yangtze region(modified from Men et al., 2010)

潮坪相主要分布于中上扬子地区西部与北部边缘, 即南江— 梓潼— 乐山— 大关— 威宁一线以西, 川滇古陆东侧及大巴山地区。岩性上多为紫红、黄绿色粉— 细砂岩与白云岩或白云质灰岩韵律互层, 常见潮汐层理。局限台地相分布范围广, 几乎占据整个中上扬子地区。黔北— 重庆— 鄂西以及鄂中一带为蒸发潟湖沉积环境, 岩性上以白云岩为主, 夹有大量石膏和膏质白云岩(门玉澎等, 2010); 周边多发育浅滩相。桂西、黔东、湘西、鄂东南等地区发育台地边缘砂屑鲕粒滩。扬子东南边缘台地前缘斜坡沉积较为发育。从贵州三都经铜仁、湖南凤凰, 均发育碳酸盐重力流沉积, 其中以碎屑流和浊流最为普遍, 见颗粒流沉积。湘西、黔东段重力流沉积类型多、发育好, 反映了斜坡的坡度稍陡。湘西北沅陵— 张家界— 岳阳一带坡度较缓, 未形成碳酸盐岩台地边缘沉积, 沉积物以粉砂质灰岩和粉砂质条带灰岩为主, 见少量风暴成因的砾屑灰岩, 为混积陆棚环境。混积陆棚的发现, 指示第三世中上扬子地区不存在连续台缘带。

榕江— 怀化— 安化一带发育深水陆棚相, 以泥质灰岩夹泥页岩为主。长沙— 新化— 洞口一线以南至衡阳— 永州一线以北为发育在陆棚内的深水盆地, 沉积物主要为一套细粒悬浮沉积物, 轻微变质, 岩性为绢云母板状页岩和硅质板岩, 上部有泥质岩。中上扬子东南缘自西北向东南, 泥质沉积物逐渐增加, 碳酸盐沉积物减少。

芙蓉世, 随着海退作用的持续(Matthew et al., 2000; 樊茹等, 2011), 相对海平面继续下降, 扬子西缘的古陆、隆起区越发暴露出水面, 范围呈扩大趋势。沉积相带自西向东展布为隆起— 潮坪— 局限台地(包括台内浅滩)— 开阔台地(包括台内浅滩)— 台缘浅滩— 台缘斜坡— 深水陆棚— 混积陆棚— 深水盆地(图 6)。

图6

Fig.6

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	图6 中上扬子地区寒武纪芙蓉世古地理图Fig.6 Palaeogeography of the Cambrian Furongian in the Middle and Upper Yangtze region

扬子地区, 西部近川西— 滇中以及牛首山一带, 围绕康滇古陆、牛首山古陆附近为碎屑岩潮坪相, 东从云南会泽— 会理起至四川甘洛— 峨边— 峨眉等地为混合潮坪相带, 沉积白云岩、砂质白云岩, 夹砂岩、泥页岩, 总体上碳酸盐岩多于碎屑岩。中上扬子局限台地相呈北东向展布于昭通— 雷波— 犍为— 南充— 万源以东、六盘水— 桐梓— 石柱— 利川— 巫山以西区域内。局限台地内, 靠陆发育一些台内浅滩沉积。开阔台地相带近北东向呈条带状发育于局限台地以东, 岳阳— 张家界— 江口— 罗甸一带, 发育大量台地内浅滩。芙蓉世, 台地逐渐向成熟的镶边台地模式发展。台缘浅滩主要分布于都匀— 镇远— 古丈一带, 台地边缘斜坡相于三都— 新晃以及岳阳— 通城一带呈带状北东向展布, 丹寨、三都一带芙蓉统三都组中发育碎屑流沉积的砾屑灰岩和钙屑浊积岩沉积。

湘中至桂北一带, 主要发育深水陆棚相、混积陆棚相与深水盆地相。深水陆棚相呈北东向呈条带状展布于扬子边缘三都— 凤凰— 岳阳一线以南东与从江— 洞口— 浏阳以北西一带。桂林以北至永州发育一套混积陆棚相细砂岩夹泥灰岩沉积。在邵阳— 娄底一带为深水盆地环境, 范围较第三世有大幅度减小, 岩性为粉砂质页岩, 夹少量泥灰岩或泥灰岩透镜体。

总体上, 中上扬子地区第三世— 芙蓉世的古地理演化是碳酸盐岩镶边台地趋于成熟化发展的过程。

寒武系第三统— 芙蓉统储集层有利沉积相带主要包括浅滩相与台地相。不同类型的储集层有利沉积相带受岩相古地理格局控制, 在分布上具有一定的差异。

浅滩相的分布受台地边缘浅滩相、台内浅滩相分布的控制。台地边缘浅滩是第三统— 芙蓉统较为发育的重要储集层沉积有利相带, 总体沿扬子台地东南边缘呈带状断续分布, 主要由鲕粒滩、砂屑滩和生屑滩组成, 以鲕粒滩和砂屑滩为主。纵向上常由各种滩相相互叠置, 横向上向海一侧与台缘斜坡相、向台地一侧与局限台地或开阔台地呈指状渐变。滩体规模较大, 厚度50~200 m。沉积多种颗粒碳酸盐岩类, 以发育亮晶鲕粒(残余鲕粒)白云岩(图 4-6)、亮晶砂屑(残余砂屑)白云岩(图 4-7)和亮晶生屑灰岩为特征。台内浅滩则是第三统及芙蓉统发育的另一种重要储集层类型, 芙蓉统尤其发育, 主要由鲕粒滩、砂屑滩和少许砾屑滩组成。纵向上常呈叠置体, 与台地相组成局限台地— 浅滩、开阔台地— 浅滩等若干向上变浅沉积序列。局限台地中浅滩常在蒸发潟湖边缘及内部断续展布; 开阔台地中常呈滩坝状展布。滩体规模相对较小, 厚度1.0~50.0 m, 芙蓉统开阔台地中滩体规模稍大。区域上, 中上扬子东南缘大部分地区浅滩已暴露地表, 失去储集意义, 黔南地区、江汉盆地南部深埋腹地, 是潜在的重要勘探目的区域。

台地相亦是寒武纪第三世— 芙蓉世广泛发育的重要储集层有利沉积相, 其分布主要受控于局限台地相和开阔台地相。其主要岩石组成均为白云岩, 包括颗粒白云岩、溶孔白云岩(图 4-8)和结晶白云岩等; 分布范围广, 自下而上持续发育, 遍布整个中上扬子地区。上扬子地区, 以台地的颗粒白云岩、溶孔白云岩和结晶白云岩沉积为主, 四川盆地及邻区覆盖区具有进一步勘探价值; 而中扬子地区中北部以泥微晶白云岩为主, 进一步勘探意义不大。

受控于岩相古地理格局的控制, 寒武纪有利封盖层主要形成于中上扬子地区中部的第三世蒸发潟湖环境, 岩石类型为膏盐岩, 形成的盖层类型主要为膏岩型盖层(张厚福等, 1999), 主要分布于覃家庙组(图7), 贵州地区的平井组和石冷水组也是重要的含膏段。

图7

Fig.7

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	图7 中上扬子地区寒武系第三统— 芙蓉统膏岩分布示意图Fig.7 Schematic diagram showing distribution of gypsum during the Cambrian Series 3-Furongian in the Middle and Upper Yangtze region

覃家庙组以白云岩为主夹泥质石膏、膏质白云岩和石膏, 仅在建深1井中见石盐晶体; 沉积厚度以鄂西渝东地区的建深1井290 m厚的膏质白云岩和泥质石膏为最大; 东深1井含石膏厚度亦达200 m, 黔北地区方深1井含石膏层厚103 m, 贵州九坝1井高台组见石膏37.5 m, 王2井石冷水组含膏岩厚度34.73 m、平井组含石膏层厚23.96 m。由于后期构造运动导致部分地区盖层暴露地表且遭受剥蚀。虽然部分地区沉积厚度巨大, 但已出露地表, 大面积区域已被剥蚀殆尽。因此, 寒武系有效的膏盐岩仅残留在现今的四川盆地范围内, 鄂西、渝东、黔北及江汉盆地部分地区局部残留。

前文对中上扬子地区寒武系第三统— 芙蓉统储集层与封盖层的基本地质条件的论述, 仅仅是从拉张背景下中上扬子克拉通盆地内部沉积相带展布对储、盖层沉积条件控制角度进行的, 探讨其原始沉积地质条件, 分析了储集层、盖层原始沉积的区域及纵向分布。欲对储、盖层物性等进一步评价, 需在此基础上考虑成岩作用、后期区域构造作用等多方面因素的影响, 从而得到较为准确的储集层预测和盖层评估, 进而指导油气勘探工作。