王洪浩, 李江海, 孙唯童, 李维波. (2016)志留纪全球古板块再造及岩相古地理* [J]. 古地理学报, 18(2): 185-196
Wang Honghao, Li Jianghai, Sun Weitong, Li Weibo. (2016)Global palaeo-plate reconstruction and lithofacies palaeogeography in the Silurian[J]. Journal Of Palaeogeography, 18(2): 185-196. DOI:10.7605/gdlxb.2016.02.014  
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志留纪全球古板块再造及岩相古地理*
王洪浩1,2, 李江海1,2, 孙唯童1,2, 李维波1,2
1 造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院,北京 100871
2 北京大学石油与天然气研究中心,北京 100871

第一作者简介 王洪浩,男,1989年生,北京大学地球与空间科学学院博士生,主要从事全球古板块再造研究。E-mail: whhpeking@163.com。

收稿日期:2014-10-09
基金:*国家重点基础研究发展计划“973计划”项目(编号:2009CB219302)资助
摘要

依据古地磁方法,对志留纪全球古板块进行再造,并在此基础上叠加了更新的志留纪全球大地构造背景、洋流系统、气候带分布以及岩相古地理、烃源岩分布等要素,编制了志留纪全球古板块再造图、全球古地理图、全球岩相古地理及烃源岩分布图。志留纪全球板块构造格局最重要的特点是劳俄大陆的形成以及冈瓦纳大陆北缘的持续裂解事件。早—中志留世全球性的海侵事件导致各大板块周缘普遍发育陆表海,碳酸盐岩台地广泛分布于冈瓦纳大陆的周缘以及西伯利亚板块和劳俄大陆的大部分。志留纪较高的温度以及广阔的陆表海促进了海洋生物的进一步繁盛,为烃源岩的发育提供了丰富的母质;同时,上升流作用以及冈瓦纳大陆内部大型河流的搬运作用,导致在冈瓦纳大陆的西缘(北非和阿拉伯地区)发育有厚层的黑色页岩,其为志留系重要的烃源岩。

关键词: 志留纪; 板块构造; 古地理; 岩相; 烃源岩
文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2016)02-0185-12
Global palaeo-plate reconstruction and lithofacies palaeogeography in the Silurian
Wang Honghao1,2, Li Jianghai1,2, Sun Weitong1,2, Li Weibo1,2
1 The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution,Ministry of Education,School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871
2 Institute of Oil and Gas,Peking University,Beijing 100871

About the first author Wang Honghao,born in 1989,is a Ph.D. candidate in School of Earth and Space Sciences,Peking University. He is mainly engaged in global palaeo-plate reconstruction. E-mail: whhpeking@163.com.

Fund:[Financially supported by the National Basic Research Program of China(Grant No 2009CB219302)]
Abstract

Based on the method of palaeomagnetism,we reconstructed the global plates in Silurian. Furthermore,we added some updated data such as the global tectonic setting,global current system,distribution of climate zone,lithofacies palaeogeography and distribution of source rocks in Silurian to the map of global palaeo-plate reconstruction,so the map of global palaeogeography and the map of global lithofacies and distribution of source rocks in Silurian were compiled. The most important characteristics of global plate tectonics in Silurian is the assembly of Laurussia continent and the long-term breakup event occurred in the north of Gondwana. The global scale transgression events in Early-Middle Silurian resulted in epicontinental sea widely developing in the periphery of each plate,so carbonate platform widely distributed in the periphery of Gondwana and most areas of Siberia and Laurussia in Silurian. High temperature and a wide range of epicontinental sea made contribution to the prosperous of creatures in Silurian,which offered abundant petrologen for the development of source rocks. In addition,the effects of upwelling current and transportation of large rivers in Gondwana resulted in the development of thick black shales in the west of Gondwana(North Africa and Arabia),which is the most important source rocks in Silurian.

Key words: Silurian; plate tectonics; palaeogeography; lithofacies; source rock

志留纪地层最初由Roderick Murchison于1835年7月在英国确定, 目前国际地层委员会认定的志留纪时限是443— 419, Ma, 是早古生代的最后一个纪, 共可划分为4个世, 从老到新依次是兰多维列世、温洛克世、罗德洛世和普里多利世(Emiliani, 1992)。中国传统上将志留纪三分, 其中早志留世可与兰多维列世相对应, 中志留世可与温洛克世相对应, 晚志留世可与罗德洛世和普里多利世相对应。劳俄大陆的形成、中晚志留世全球性的海侵事件以及植物登陆、有颌鱼类的出现是志留纪最为重要的特征(Nikishin et al., 1996; Komen et al., 2010; Cocks and Torsvik, 2011; Metelkin et al., 2012; Torsvik et al., 2012)。

志留纪是全球构造活动较为强烈、气候变化较为明显、生物演化较为显著的地质历史时期之一, 全球9%的可采油气储量来自志留系的烃源岩(Klemme and Ulmishek, 1991)。从全球尺度对志留纪的古板块位置、古气候和岩相古地理进行综合研究, 对于研究早古生代全球构造格局、全球生命演化及指导全球古生界的油气资源勘探均具有重要意义。对于古板块再造, 海底磁条带异常及全球热点分布基本可以制约中生代以后全球板块的构造格局, 但中生代之前板块位置的恢复主要依赖于古地磁手段。就志留纪而言, 前人也曾进行过全球尺度的研究, 并有相关图件发表(Cocks and Fortey, 1990; Klemme and Ulmishek, 1991; Eyles, 1993; van Staal et al., 1998; Golonka, 2000, 2011; Stampli and Borel, 2002; Ford and Golonka, 2003; Fortey and Cocks, 2003; Veevers, 2004; Scotese, 2006; Cocks and Torsvik, 2007; Blakey, 2008), 但仍存在一些问题:不同系列的图件之间板块位置差距较大、成图数据难以持续更新、中国的陆块群在全球范围内构造属性不明朗、缺少烃源岩古位置分布研究、盆地分析与板块结合不足等。

在前人研究的基础上, 笔者基于古地磁方法, 并结合更新的区域地质、同位素测年、古生物地理、沉积盆地以及油气地质数据资料, 在全球尺度上对志留纪的板块构造、岩相古地理以及烃源岩的分布进行综合的研究, 并从全球构造的尺度系统地讨论志留纪沉积盆地的地质演化历史以及其油气资源前景。

1 编图思路与方法

文中系列图件编制的具体思路和方法包括:古地磁数据筛选、古板块位置恢复和修正及地质信息叠加。

1.1 古地磁数据筛选

在全球古地磁数据库(GPMDB 4.6)(Pisarevsky, 2005)的基础上, 补充了相关中文文献发表的数据以及2004年之后的数据(翟永建和周烑秀, 1989; 方大钧等, 1996, 2001; 杨振宇等, 1998; 朱日祥等, 1998; 黄宝春等, 2000, 2008; 方大钧和沈忠悦, 2001; Alexyutin et al., 2005; Jeleń ska et al., 2005; Metelkin et al., 2005; Van der Voo, 2005; Vé rard et al., 2005; AÏ fa et al., 2007; Shatsillo et al., 2007; Retallack, 2009; Vé rard, 2009; Levashova et al., 2012), 并依据V90标准(Van der Voo, 1990), 筛选品质因子Q≥ 3的古地磁数据, 它们是古板块位置成图的基础。

1.2 古板块位置恢复

采用“ 球面样条法” (Spherical Spline Method)(Jupp and Kent, 1987; Torsvik et al., 1996; Buss and Fillmore, 2001), 选择古地磁数据的品质因子Q值为加权值, 以300为样条的参数, 对各个板块的视极移曲线进行拟合; 选取摩尔维德投影方式, 通过Gplate、Gmap等软件(Torsvik and Smethurst, 1999; Williams et al., 2012)对古板块位置进行恢复。在志留纪板块再造时间节点的选取上, 文中主要考虑了古地磁数据的详细程度以及整个显生宙古板块再造时合理的时间间隔(李江海和姜洪福, 2013; 李江海等, 2014), 选取430, Ma作为志留纪古板块再造的时间节点。

1.3 古板块位置修正

古地磁方法通常只能确定板块的古纬度和古方位角, 而对于板块的古经度不能给出较好的制约, 因此对于板块古经度位置的确定, 需要通过板块间构造热事件和生物古地理特征的对比。另外, 依据地质资料的综合分析, 对缺乏古地磁数据的陆块位置进行推测。在此基础上获得的志留纪全球古板块的欧拉极及欧拉旋转角数据(表1)和具体板块位置(图1)。

表1 志留纪(430, Ma)全球主要板块欧拉极及欧拉旋转角数据 Table1 Data of Euler poles and Euler angles of global major plates in the Silurian(430, Ma)
1.4 地质信息叠加

将430, Ma的全球古板块再造图作为文中志留纪岩相、烃源岩分布图和古地理图的底图, 利用Arcgis软件, 结合IHS全球含油气盆地数据库、USGS等全球含油气盆地资料, 建立全球各个板块重要含油气盆地地层综合柱状图, 通过恢复沉积岩相来推断各个板块的原始沉积环境。对于资料缺乏的地区, 主要利用沉积相分析进行合理的延伸和推测来恢复其岩相古地理。同时, 结合前人对全球重要造山带的研究成果复原古山脉的位置。结合IHS全球烃源岩数据库, 对志留纪烃源岩分布进行原位恢复, 并综合考虑以上各种地质条件相互作用, 分析志留系烃源岩分布的有利区带和重要影响 6z因素。

图1 志留纪(430, Ma)全球板块构造图Fig.1 Map of global palaeo-plate reconstruction in the Silurian(430, Ma)

相比于前人的古板块再造图系列, 文中在成图方面主要做了以下改进:(1)补充更新了国内及国际上发表的最新古地磁数据, 并加强了高品质数据在板块再造中的权重(以数据的品质因子对数据进行加权), 采用“ 球面样条法” 对各个板块的视极移曲线进行平滑处理, 使得各个板块运动的连续性和协调性更强。与前人图件相比, 文中古板块再造图在古纬度和方位角上存在一定差异。(2)在板块古经度确定方面有所改进, 通过板块间构造热事件和生物古地理特征的对比来厘定板块间的空间位置关系, 同时结合国际上新近论证的“ 幔源法” (Torsvik et al., 2006, 2008)来制约板块的古经度。(3)国际上的全球古板块再造, 由于资料的限制, 对于中国陆块群古生代的位置恢复大多比较模糊, 如Scotese(2006)的经典系列图件就缺少对塔里木陆块的位置恢复, 而文中精细厘定了志留纪中国陆块群在全球构造格局中的位置。(4)首次开展了全球大地构造背景下的岩相古地理、沉积环境、古气候、烃源岩有机质类型等方面的综合研究, 对志留纪全球重要烃源岩进行原位恢复, 以探讨构造背景、古环境对于烃源岩分布的影响, 这对于油气资源勘探具有重要意义。

2 志留纪全球古板块构造格局

从图1中可以看出, 在志留纪, 全球板块构造格局相对简单, 主要板块均集中于赤道附近及南半球地区。全球板块主体可分为4个部分:冈瓦纳大陆、劳俄大陆、西伯利亚板块及中国陆块群。其中劳俄大陆的形成以及冈瓦纳大陆北缘的裂解事件是志留纪板块构造最重要的事件。

劳俄大陆的形成(图2)主要涉及3个板块:劳伦板块(北美板块和格陵兰板块)、波罗的板块以及冈瓦纳北缘的阿瓦隆尼亚(Avalonia)地体。早奥陶世, 莱茵洋(Rheic)开始发育并持续扩张, 其北缘的阿瓦隆尼亚地体从冈瓦纳北缘裂解并持续北漂, 随后向波罗的板块斜向俯冲, 在晚奥陶世— 早志留世, 阿瓦隆尼亚地体和波罗的板块之间的通奎斯特洋(Tornquist)闭合, 二者发生碰撞。与此同时, 阿瓦隆尼亚北缘莱茵洋的扩张和劳伦、波罗的板块之间亚皮特斯洋(Iapetus)的消减是同步的, 波罗的板块和阿瓦隆尼亚地体拼合后, 整体上向劳伦板块俯冲, 最终在早— 中志留世, 亚皮特斯洋闭合, 劳伦板块与波罗的板块及阿瓦隆尼亚地体发生碰撞, 形成所谓的劳俄大陆, 并在现今的北美东部形成加里东期的阿巴拉契亚造山带, 在劳伦与波罗的板块之间形成加里东期的斯堪的纳维亚造山带(Soper et al., 1992; Roberts, 2003; Cocks and Torsvik, 2011; Nance, 2012; Torsvik et al., 2012)。

图2 志留纪劳俄大陆形成模式Fig.2 Sketch map showing formation model of Laurussia in the Silurian

冈瓦纳大陆主要由南美板块、非洲板块、阿拉伯板块、索马里板块、印度板块、东南极板块、澳洲板块、大印度地体、拉萨地体和羌塘地体等组成, 整体面积约为1× 108, km2, 在早古生代约占全球面积的20%(Torsvik and Cocks, 2009, 2011)。在志留纪, 冈瓦纳大陆整体上向南漂移, 并伴随有缓慢的顺时针旋转。志留纪全球板块的另一个重要事件是冈瓦纳大陆北缘的持续裂解事件。中晚志留世, 冈瓦纳大陆周缘有3个较大的洋盆, 分别为东缘的泛大洋和西缘的古特提斯洋及莱茵洋(Torsvik and Cocks, 2011)。早志留世以后, 冈瓦纳大陆东缘的泛大洋和西缘的莱茵洋均处于俯冲消减的环境(Veevers, 2004), 在现今澳洲板块的东缘形成拉克兰增生造山带, 在非洲板块的北缘可见一系列中— 晚志留世的岛弧火山岩。冈瓦纳大陆在东西向上处于挤压应力的状态, 而在南北向上, 尤其是东冈瓦纳大陆的北缘, 则发生了一系列的裂谷事件。随着裂解的深入, 在冈瓦纳大陆的北缘形成了一系列古特提斯洋的分支洋盆, 最终导致印支、羌塘等陆块相继从东冈瓦纳大陆北缘裂解。

西伯利亚板块在约800, Ma从罗迪尼亚超大陆裂解之后, 就成为一个独立的块体, 游离于大洋中, 直到二叠纪拼入泛大陆。西伯利亚板块在志留纪整体位于北半球低纬度地区, 与劳俄大陆之间隔着广阔的乌拉尔洋, 与冈瓦纳大陆之间隔着古特提斯洋。在志留纪, 西伯利亚板块持续北漂, 并伴有缓慢的顺时针旋转(Cocks and Torsvik, 2007; Metelkin et al., 2011)。

中国陆块群在志留纪处于相对离散的位置。塔里木陆块在新元古代— 早奥陶世与澳洲板块西北缘联系密切(Li et al., 2008), 生物类别上也属于亚澳生物大区, 但到志留纪, 塔里木陆块已经完全和冈瓦纳大陆分离, 并快速北漂至北纬20° 左右, 并伴有顺时针旋转。塔里木陆块与澳洲板块的分离可能与上述的冈瓦纳大陆北缘的裂解事件有关, 而顺时针旋转过程则和塔里木陆块与伊犁— 中天山地体的剪式碰撞有关(高俊等, 2009)。志留纪, 华南、华北陆块均处于北半球较低纬度区, 游离于古特提斯洋中, 二者之间隔着秦岭洋。

3 志留纪全球岩相古地理

志留纪是全球气候变化较为明显的一个时期。早志留世早期, 全球海平面整体处于较低的水平, 这与晚奥陶世— 早志留世早期冈瓦纳大陆的冰期有关。早志留世晚期— 中志留世, 劳俄大陆、西伯利亚板块、中国陆块群及东冈瓦纳大陆的主体部分均漂移到赤道附近低纬度地区, 气候炎热干燥, 全球气候整体回暖, 冰川消融, 全球海平面开始上升并发育广泛的海侵事件。前人基于δ 13C、δ 18O和 87Sr/86Sr 值研究(Artyushkov and Chekhovich, 2001; Lazauskiene et al., 2003; Johnson, 2006; Antoshkina, 2007; Haq and Schutter, 2008; Brett et al., 2009)认为, 海平面在早志留世特列奇期晚期(Ross and Ross, 1996; Loydell, 1998)或中志留世侯默期早期达到高峰(Haq and Schutter, 2008), 据估算当时海平面的高度比现今海平面高约200, m(Munnecke et al., 2010)。到晚志留世, 全球海平面开始回落。

早— 中志留世的强烈海泛事件导致在全球主要板块的周缘均发育广泛的陆表海环境, 冈瓦纳大陆的周缘及西伯利亚板块和劳俄大陆的大部分均被海水淹没(图 3)。由于冈瓦纳大陆的阻断作用, 全球洋流系统主要分为2个部分, 即围绕泛大洋的环流和围绕莱茵洋及古特提斯洋的环流。浅海的广布以及全球洋流系统的发育(le Hé rissé et al., 1997), 导致各个海区互相沟通, 使得志留纪动物群之间发生混生现象, 动物分区现象已不明显。

图3 志留纪(443— 428, Ma)全球古地理图Fig.3 Map of global palaeogeography in the Silurian(443-428, Ma)

图4 奥陶纪— 泥盆纪全球各板块重要沉积盆地地层柱状图 (据IHS全球盆地数据库(2009), 适当扩大了志留系地层的比例)Fig.4 Stratigraphic column of some important sedimentary basins in each plate from the Ordovician to Devonian (modified from IHS global basin database(2009), and enhanced the scale of the Silurian)

图5 志留纪(443— 428, Ma)全球岩相古地理及烃源岩分布(据Golonka, 2000, 2011; IHS, 2009)Fig.5 Map of global lithofacies palaeogeography and distribution of source rocks in the Silurian
(443-428 Ma)(based on Golonka, 2000, 2011; IHS, 2009)

志留纪全球岩相分布主要受控于该时期古地理分布和气候特征。在志留纪全球古板块再造及古气候研究的基础上, 通过对全球各板块重要盆地志留系的地层对比(图 4), 可具体讨论岩相分布特征(图 5)。中— 晚志留世全球气候变暖、冰川消融及随后的全球大海侵事件, 导致碳元素在海水中大量积累, 碳酸盐岩台地沉积在全球范围内广泛发育, 如冈瓦纳大陆的东缘及劳俄板块、西伯利亚板块的大部分, 甚至在劳俄板块和西伯利亚板块之间也可能存在连接二者的碳酸盐岩台地(Golonka, 2011)。各板块志留纪岩相古地理特征具体如下:

劳俄板块在志留纪处于较低纬度, 气候温暖湿润, 浅海广布, 沉积相以碳酸盐岩台地相为主, 在碳酸盐沉积的外围, 分布有碎屑岩沉积。北美板块中部广泛发育台地型碳酸盐岩, 具体包括美国中部、西部和加拿大西部的白云岩套以及加拿大东部白云岩套周缘的石灰岩套。北美板块西缘出现明显的岩相分异, 即由白云岩套向西变成灰岩、泥岩过渡相带, 再向西变成碎屑岩相带。北美板块东缘也存在类似的岩相分异, 在碳酸盐岩的外围发育有碎屑岩沉积带。波罗的板块志留纪主要发育台地型间夹盆地的笔石页岩沉积, 西欧地区出现台地相碳酸盐岩至台缘斜坡相笔石页岩的明显岩相、生物相分带。

志留纪冈瓦纳大陆主体上处于陆相剥蚀的环境, 沉积地层主要发育在冈瓦纳大陆的周缘, 且具有明显的东西分异的特征。其中, 冈瓦纳大陆东缘主要以碳酸盐沉积为主, 而西缘(现今南美板块的北部、北非以及阿拉伯板块的大部分)则主要为海相砂岩和泥页岩沉积。泛大洋的俯冲造山作用, 使得澳大利亚东南部拉克兰褶皱带发育一系列地垒和地堑, 沉积物主要为浅海相碳酸盐岩, 夹有火山岩; 而在澳大利亚的西北部地区, 坎宁盆地和波拿巴特盆地水体很浅, 发育有大量蒸发盐沉积; 澳洲的南部为剥蚀区。在北非和阿拉伯地区, 志留系总厚度为400~500, m, 岩性主要以砂岩和泥页岩为主, 自下而上可分为2部分:下部为坦尼舒夫特组页岩, 为高封闭环境下形成的高碳含量页岩, 是非洲北部古生界的主要烃源岩; 该组在非洲南端少量分布, 另有一部分分布于南美板块。上部为阿卡库斯组砂岩和粉砂岩, 其是较好的储集层。南美洲志留系的研究程度以玻利维亚和阿根廷最高, 其是一套主要由富含化石页岩和混积岩组成的层系; 向东到了巴西和巴拉圭, 岩性变为以砂岩和粉砂岩为主、页岩为辅(Crowell, 1981; Guiraud et al., 2005; Trabucho-Alexandre et al., 2012)。

西伯利亚板块的岩相分布与劳俄板块类似, 较低的纬度使得西伯利亚板块主体发育碳酸盐沉积, 仅在台地的周缘发育海相泥页岩沉积, 同时在西伯利亚板块中部的局限台地中, 发育大套的蒸发岩沉积。西伯利亚板块和劳俄板块之间, 发育有广阔的浅海台地, 范围不明, 二者甚至可能通过碳酸盐岩台地相连(Golonka, 2011)。

中国陆块群在志留纪的岩相古地理差异较大。羌塘、拉萨地体还未完全从冈瓦纳大陆北缘裂离, 基本以浅海相碳酸盐沉积为主; 华北、华南和塔里木陆块虽都游离于古特提斯洋中, 但古环境存在较大差异, 其中华北陆块基本上延续了前期的古地理特征, 自中奥陶世发生抬升后, 整体缺失志留系沉积, 为古陆环境。

志留纪是华南陆块构造— 古地理格局发生变化的重要时期。华南海开始俯冲, 产生强烈的西北向(现今方位)挤压应力, 导致华夏古陆急剧扩大隆升, 并与川滇古陆、滇黔桂古陆连成一片, 除钦防海槽外, 已构成巨大的南方陆块雏形(刘宝珺等, 1993)。上扬子东南缘形成雪峰山古隆起造山带, 与造山带西北缘相对的是上扬子隆后盆地。早志留世的滇东北— 黔北浅海发育在上扬子前隆上, 钦防海槽也是具有特殊性质的前陆盆地。前陆隆起带的西北侧为隆后盆地, 即原扬子碳酸盐岩台地的范围, 除早志留世早期为黑色页岩沉积外, 均为碎屑岩沉积(马永生等, 2009)。早志留世早期, 前陆隆起带由东向西迁移, 盆地变深、变窄, 在海域盆地内造成海平面相对上升的假象, 沉积了龙马溪组具有海侵性质的黑色页岩, 其为四川盆地下古生界重要的一套烃源岩; 早志留世晚期, 上扬子海域为滨浅海环境, 岩相展布沿着黔中和武陵— 雪峰古隆起带自东向西、自南向北呈由粗到细、由浅至深展布, 可分为滇东北— 黔北潮坪— 潟湖相及川南— 黔北浅海相2个相区。到中志留世, 上扬子海域与早志留世晚期类似, 但具体可以分为3个相区, 即滇东北潮坪— 潟湖相、黔北滨海相和川南— 黔北浅海相。随着造山作用不断增强, 古陆面积不断向西北方向扩大, 到早泥盆世, 中国南方广大隆起区及剥蚀区已与早期的川滇、黔中、浙闵等古陆连成一片, 形成华南大陆(王鸿祯, 1985; 马永生等, 2009)。

塔里木陆块志留纪岩相古地理格局与前期相比发生了明显的变化。受到周缘地体俯冲造山作用的影响, 塔里木陆块的南、北缘(现今位置)均发生隆升, 表现为古陆环境, 海侵主要来自盆地的西北缘方向。沉积格局也由寒武纪— 奥陶纪东西向分带的格局转变为南北向分带的格局。在塔里木陆块周缘地体中, 北部伊犁中天山地体除发育有数个小隆起外, 主体主要发育浅海陆棚沉积; 南缘的祁连和阿尔金地体, 主要发育浅海陆棚沉积; 而西昆仑地体则主要为剥蚀区, 发育有古隆起。

志留纪是地质历史时期中最重要的烃源岩发育时期, 该时期的烃源岩生油气储量约占全球总储量的9%(Klemme and Ulmishek, 1991)。志留系烃源岩主要为海相碳酸盐岩和海陆过渡相泥页岩, 干酪根类型以Ⅰ 型和Ⅱ 型为主, 主要分布在北非和阿拉伯板块、劳俄大陆的克拉通盆地和被动陆缘盆地, 在西伯利亚、澳洲和华南也有分布。其中, 冈瓦纳大陆西缘的下志留统黑色页岩是全球志留系最重要的烃源岩。全球重要的含志留系烃源岩盆地见表2。

表2 全球重要含志留系烃源岩盆地(据IHS全球盆地数据库(2009)统计) Table2 Global important basins which contains source rocks in the Silurian(based on IHS global basin database(2009))
4 志留纪全球烃源岩分布

冈瓦纳大陆西缘下志留统黑色页岩的分布受到古地形的控制, 具有横向上不连续的特点。而志留纪冈瓦纳西缘的古地形主要受到泛非期造山以及寒武纪陆内伸展构造的影响, 同时叠加了晚奥陶世冰川的改造作用, 这就导致在冈瓦纳西缘, 志留系烃源岩最富集的地区主要集中在北非的阿尔及利亚、突尼斯、利比亚西部以及阿拉伯半岛上的沙特阿拉伯、阿曼、约旦以及伊拉克。而埃及因为当时属于高地, 故未见志留系烃源岩分布(Lü ning et al., 2000)。上述黑色页岩在沙特阿拉伯中阿拉伯盆地的代表是阔里巴赫组(Qalibah)的古赛巴(Qusaiba)段, 其侧向上对应的地层包括伊朗扎格罗斯盆地的贾赫库姆组(Gahkum)、叙利亚的坦夫组(Tanf)、伊拉克的泰布克组(Tabuk)、阿曼的萨菲格组(Safiq)和利比亚的坦尼舒夫特组(Tanezzuft)等。

在北非, 下志留统烃源岩对油气生成贡献巨大, 尤其是底部富含有机质的黑色页岩, 干酪根类型以Ⅱ 型为主, 其生烃量约占北非古生界烃源岩生烃总量的80%~90%, 生成的烃类充注了古生界及下三叠统下部储集层(Boote et al., 1998; Lü ning et al., 2000)。下志留统黑色页岩是整个撒哈拉地台最重要的烃源岩, TOC(总有机碳)含量可达到17%(Alsharhan and Salah, 1997)。在阿拉伯板块, 以下志留统阔里巴赫组的古赛巴段为例, 上述地层在中阿拉伯盆地、维典— 美索不达米亚盆地和鲁普哈利盆地均有分布, 该单元由层次分明的灰色— 黑色的富含硫铁矿的云母质海相页岩和粉砂岩构成, 中间还有很薄的砂岩夹层(McGillivray and Husseini, 1992), 是阿拉伯半岛上一套重要的烃源岩。在该段的基底附近有一套20~70, m厚的黑色页岩, 局部地区的TOC含量为2%, 而在Hawtah 1井TOC含量达到6.15%, 其干酪根为Ⅱ 型, 主要来自笔石和几丁质的残留物(Mahmoud et al., 1992)。

上述该套烃源岩大致与北美内部盆地群(US Interior basins)和俄罗斯地台下志留统烃源岩相对应。此外, 欧洲的波西米亚、法国、德国等地, 也发育有一定数量的富含有机质笔石页岩, 时代跨度为下志留统鲁丹阶到中志留统文洛克统(Lü ning et al., 2000)。在中国陆块群中:华北陆块缺失志留系; 塔里木陆块志留系是以砂岩为主的碎屑岩沉积, 其成为寒武系— 奥陶系烃源岩的主要储集层(李江海等, 2013); 华南陆块四川盆地中下志留统龙马溪组页岩为中国南方一套重要的烃源岩, 岩性以碳质页岩、硅质页岩等黑色岩系为主, 干酪根类型为Ⅰ -Ⅱ 型, 主要分布在川东、川南, TOC值在1.0%~5.0%之间(马永生等, 2009)。

志留系烃源岩的发育受控于多种因素的有利组合, 在全球多个典型区域形成了富含有机质和高度缺氧的环境。志留纪整体气候比较温暖, 海平面相对较高(Munnecke et al., 2010), 广阔的陆表海以及温暖湿润的环境有利于海相生物的大量繁殖, 同时上升流作用带来丰富的营养物质, 导致在有上升流的区域有机质大量富集(Golonka et al., 2011)。与此同时, 冰盖快速消融导致的与海平面快速上升有关的低碎屑注入、冰融淡水流和该时期相当低的大气氧压共同促成了强缺氧环境。上述多种因素的综合作用, 导致志留系烃源岩相对富集。

在北非和阿拉伯地区, 下志留统的黑色页岩直接沉积在上奥陶统冰海相的砂岩上(Boote et al., 1998)。早志留世冈瓦纳大陆冰盖大规模融化, 陆内大型河流将丰富的有机物质搬运至古特提斯洋南部河口及浅海区(北非和阿拉伯地区)。与此同时, 冈瓦纳大陆北缘的上升流使得有机质高度富集, 富营养流水体流向浅海中被古高地分隔的盆地, 加之此处强烈的缺氧事件, 最终导致该区黑色页岩的大量沉积(Lü ning et al., 2000)。此外, 劳俄板块位于赤道附近, 气候温暖潮湿, 浅海分布范围较广, 也有利于海相烃源岩发育。

5 结论

1)志留纪全球板块构造格局最突出的特点是劳俄大陆的形成和冈瓦纳大陆北缘的裂解事件, 其中劳俄大陆的形成是多个板块(劳伦板块、波罗地板块、阿瓦隆尼亚地体)动态汇聚的结果, 中间过程涉及多个洋盆(亚皮特斯样、莱茵洋和通奎斯特洋), 其中亚皮特斯洋和莱茵洋之间为此消彼长的关系。

2)志留纪全球板块格局影响了全球古地理的变迁。中— 晚志留世板块整体较低的纬度导致全球气温相比早志留世早期有所回暖, 早— 中志留世强烈的海侵事件导致全球主要板块的周缘均形成浅海环境, 如冈瓦纳大陆的周缘、劳俄大陆和西伯利亚的大部分均发育浅海相沉积。

3)志留纪全球岩相分布主要受控于古地理分布和气候特征, 较高的温度和宽阔的陆表海导致全球碳酸盐岩广泛发育。冈瓦纳大陆志留纪在岩相上具有东西分异的特征, 冈瓦纳大陆西缘(北非、阿拉伯地区)的厚层黑色页岩, 成为志留系全球最重要的烃源岩。

(责任编辑 张西娟)

作者声明没有竞争性利益冲突.

作者声明没有竞争性利益冲突.

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