陳 斌，肖明元，吳麗云，蔡雄飛，3（.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074；3中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074）

湖北京山地區(qū)大隆組沉積特征與烴源巖的關(guān)系

陳 斌1，肖明元2，吳麗云1，蔡雄飛1，3
（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074；3中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074）

湖北京山大隆組出露甚好，根據(jù)沉積特征，該組為一套海退序列的沉積，其下部沉積環(huán)境為外陸棚沉積，上部沉積環(huán)境為內(nèi)陸棚沉積。由于外陸棚緊靠大陸坡，極易發(fā)育上升洋流。處于這樣的海退時(shí)期，帶來了生物群的更新，由早期的放射蟲變?yōu)榇罅吭彐咦?，無疑為高有機(jī)質(zhì)、高生產(chǎn)力來源打下了良好的基礎(chǔ)，極有利于京山大隆組廣闊范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)、優(yōu)良質(zhì)烴源巖的發(fā)育。

微體生物群；沉積特征；海退；烴源巖；大隆組；湖北京山

湖北京山大隆組剖面甚佳，巖石新鮮、剖面連續(xù)、交通便利。下部為硅、泥質(zhì)組合類型，上部為硅、灰質(zhì)組合類型。根據(jù)巖性、巖相及沉積構(gòu)造特征，可劃分為下部外陸棚沉積和上部?jī)?nèi)陸棚沉積。

1 概述

湖北京山大隆組研究程度不高。1999年，湖北巖石地層對(duì)其泛泛進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為大隆組厚7m［1］。1995年，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）吳順寶等人在京山橋三采石場(chǎng)發(fā)現(xiàn)大隆組剖面，并對(duì)上二疊統(tǒng)大隆組生物群和沉積特征進(jìn)行過研究，建立了FlustrellaSiliceous sponge Cz生物群落，認(rèn)為大隆組生物群非常單調(diào)，巖性為硅、泥質(zhì)沉積類型。沉積環(huán)境為斜坡盆地相沉積［2］。

湖北京山大隆組總體研究程度比較低下，對(duì)其與油氣的關(guān)系也從未涉及。

2 生物群特征

本剖面生物群組成基本上以微體生物群組成為特色。微體生物群由放射蟲、海綿骨針、有孔蟲、介形蟲、藻孢子和少量的牙形石。

放射蟲為球形顆粒，一些表面還有瘤狀突起。在下部十分發(fā)育，成為主要分子，中、上部較少（圖1c）。

海綿骨針呈針狀，以單軸多軸保存。在下、中部比較發(fā)育，往往與放射蟲共生。

有孔蟲大多數(shù)保存較好，雖然個(gè)體較小，殼長(zhǎng)02～06mm，但房室清楚，3～7個(gè)，為扁長(zhǎng)型直立式。在剖面下、中、上部都很發(fā)育。

介形蟲、牙形石較少，僅在中部單個(gè)層位出現(xiàn)。介形蟲殼面完整，保存較好。

藻孢子，圓形橢圓形，由單顆粒多顆粒組成，外圈為暗色，由微晶方解石組成，粒徑005～01 mm，含量3%～5%。產(chǎn)在中部較少，主要集中在上部（圖1f）。

京山大隆組剖面微體生物群演化十分明顯，下部產(chǎn)放射蟲、海綿骨針、有孔蟲共生組合，以放射蟲為主，含量可達(dá)5%～10%。

中部海綿骨針、有孔蟲、少量介形蟲、牙形石、藻孢子共生，其中以海綿骨針、藻孢子為主。

上部見藻孢子、有孔蟲、海綿骨針和瘤狀放射蟲共生，以藻孢子為主。

圖1 京山大隆組基本序列和微體化石a.京山大隆組底部硅、泥、頁(yè)巖組合；b.京山大隆組第3層硅質(zhì)小透鏡體；c.放射蟲；d、e.硅、灰?guī)r組合；f.藻孢子Fig.1 Depositional sequence and microfossils from the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

表1 大隆組基本沉積序列Tab le 1 Depositional sequence in the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

3 沉積特征

31 沉積序列

根據(jù)大隆組的巖性特征，可將其劃分為兩類特征明顯的沉積序列構(gòu)成（圖2、表1）。

圖2 湖北京山大隆組綜合柱狀圖Fig.2 Generalized column through the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

下部為硅、泥質(zhì)組合類型（圖1a），硅泥質(zhì)單層厚20～30cm，其中硅質(zhì)巖厚約10cm，泥質(zhì)巖厚約10cm，發(fā)育順層理面對(duì)內(nèi)碎屑；上部為硅、灰質(zhì)組合類型（圖1d、e），硅灰質(zhì)單層厚40～50cm，其中硅質(zhì)巖厚10cm左右，灰?guī)r厚40cm左右。

32 沉積特征

大隆組剖面下部地層為3～21層。巖性上為一套黑色灰黑色的硅質(zhì)巖與硅化炭質(zhì)泥、頁(yè)巖的互層組合。厚度以薄層為主，頂段出現(xiàn)中厚層。沉積構(gòu)造以水平層理為主，見有韻律層理。在第3層發(fā)育一系列順層理規(guī)律排列的硅質(zhì)透鏡體，透鏡體大小05～3cm，具定向性。第7層發(fā)育有內(nèi)碎屑，鏡下觀察得知，碎屑大小6～12mm，角礫狀，內(nèi)碎屑中炭泥質(zhì)含量較高，含量約10%。在下部地層中，廣泛發(fā)育有富炭泥質(zhì)條帶，條帶呈水平紋層狀、細(xì)條帶狀、斷續(xù)條狀、球粒狀及斑塊狀等。還見有以炭質(zhì)為核心的硅質(zhì)包粒，零散分布，細(xì)分散的泥質(zhì)，均勻及呈微斑塊分布，微粒微團(tuán)狀分布的褐鐵礦等（表2）。生物有放射蟲、海綿骨針、藻孢子和藻屑等，以放射蟲為主。放射蟲保存較完好，一般為圓形極圓形，粒徑005～1mm，大部分已被硅化，海綿骨針橫斷面005～006mm，藻屑呈條狀，長(zhǎng)徑約1mm，微量。藻孢子為極圓狀，粒徑約01mm，零散分布。

上部地層為22～42層。巖性上為一套硅質(zhì)巖與微晶灰?guī)r的互層組合，硅質(zhì)巖在上部下段地層（22～29層）炭泥質(zhì)含量較高，而后逐漸減少。硅質(zhì)巖以薄層為主，變化不大，微晶灰?guī)r則中薄、薄層和厚層交替出現(xiàn)。沉積構(gòu)造仍以水平層理為主，較少見其他沉積構(gòu)造。上部地層中，炭泥質(zhì)是構(gòu)成基質(zhì)的主要組成部分，充填在微粒粒屑間隙及圍繞粒屑分布。29、38層可見含炭泥質(zhì)紋帶，呈斷續(xù)條狀分布。37層有呈斑塊狀分布的炭質(zhì)侵染斑塊，其中炭質(zhì)為微紋帶狀、條狀分布。粉晶微晶方解石在上部地層下段晶粒中包有較多微粒泥質(zhì)，至上段逐漸減少，包粒則以炭質(zhì)為核心零散分布，粒徑005～008mm。生物主要以藻孢子為主，下段出現(xiàn)有海綿骨針，藻孢子呈圓形，鈣質(zhì)，粒徑005～01mm，零散分布，在30層可見其外壁有一個(gè)薄的泥質(zhì)膜。海綿骨針呈圓形及短柱狀，粒徑005～01mm，零散分布（表2）。

表2 京山大隆組組分特征表Table 2 Sedimentary characteristics of the Dalong Formation in Jingshan，Hubei

33 沉積相分析

大隆組地層色調(diào)上主要以灰黑色黑色色調(diào)為主，反映整體仍為還原、較深水沉積。整體巖性主要以硅質(zhì)巖為旋回，貫穿整個(gè)剖面地層，與其互層的巖性變化為含炭質(zhì)泥、頁(yè)巖、微晶灰?guī)r，即下部為硅質(zhì)巖與含炭質(zhì)泥、頁(yè)巖的巖性組合，上部為硅質(zhì)巖與微晶灰?guī)r呈現(xiàn)交替。頁(yè)巖、泥巖為陸源碎屑物，其沉積物的顆粒細(xì)小，隨水體擴(kuò)散較遠(yuǎn)，沉積在水動(dòng)力弱小、水體安靜的環(huán)境，主要為較深水半深海等地?；?guī)r一般形成于溫暖的、清潔的、動(dòng)蕩的淺水環(huán)境中，沉積環(huán)境水體逐漸變淺。上部灰?guī)r薄片鑒定其為微晶灰?guī)r。根據(jù)Dunham（1962）分類方案，微晶灰?guī)r中顆粒含量少于5%，泥晶含量較高，據(jù)此確認(rèn)該地層屬于較低能環(huán)境的沉積產(chǎn)物，即沉積環(huán)境從巖性上看較淺，但仍具有一定的深度。厚度變化較大，雖然為中薄層沉積，縱向上可見厚層。大隆組剖面發(fā)育薄層硅質(zhì)巖。馮增昭等（1993）認(rèn)為，揚(yáng)子區(qū)二疊系的薄層硅質(zhì)巖是在較深水環(huán)境中形成的，薄層硅質(zhì)巖含量高的地區(qū)，反映其沉積環(huán)境的水體較深，由此可推斷京山大隆組整體沉積水體較深，海水自下部向上部逐漸變淺。在剖面下部發(fā)育的內(nèi)碎屑系先前沉積的沉積物在固結(jié)或半固結(jié)的狀態(tài)下（通常為埋藏或淺埋藏）、在沉積盆地以內(nèi)經(jīng)機(jī)械破碎形成的一種自身顆粒，破碎營(yíng)力主要來自洋流的沖刷、擾動(dòng)或擊打。通過對(duì)內(nèi)碎屑的觀察，內(nèi)碎屑呈次圓狀次棱角狀，并未經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)期的波動(dòng)而是突然破裂的。其炭泥質(zhì)含量較高，而炭泥質(zhì)的沉積代表低能靜水的環(huán)境。從古地理格局來看，本區(qū)處于低緯度地區(qū)，又位于板塊北緣。從現(xiàn)代上升洋流的形成和分布規(guī)律來看，這類地區(qū)十分有利于上升洋流的發(fā)育。上升洋流一般為貧氧但富含營(yíng)養(yǎng)物（磷酸鹽和硝酸鹽類）和硅質(zhì)的海流，其可促使表層水域中的生物高度繁盛。這些生物遺體沉至水底，增加了深水環(huán)境中的耗氧條件，從而在上升流之下形成缺氧環(huán)境。在缺氧環(huán)境中，鈣質(zhì)底棲生物難于生長(zhǎng)，而硅質(zhì)生物則因缺少競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手而得以繁盛；另一方面，缺氧環(huán)境中安靜的水體有利于浮游生物的沉降，而水體中氧含量低則有利于硅質(zhì)生物的保存，由下部生物的保存狀況及出現(xiàn)類型也可以佐證海底上升洋流的存在。在薄片鑒定中看出，底部地層出現(xiàn)有較多泥質(zhì)夾層、零散分布的泥質(zhì)及以炭質(zhì)為核心的硅質(zhì)包粒，都可以用海底上升流進(jìn)行解釋。從本區(qū)下部?jī)?nèi)碎屑、放射蟲、炭泥質(zhì)含量高，都可以看作洋流作用的標(biāo)志。另外，在下部地層中，鏡下還發(fā)現(xiàn)大量的褐鐵礦微粒。褐鐵礦一般為黃鐵礦經(jīng)過后期氧化之后的產(chǎn)物，黃鐵礦的沉積環(huán)境為較還原的水體，在氧化面之下形成，但也不排除為后期直接產(chǎn)物或前期直接沉淀，故較難據(jù)此判別其形成的環(huán)境。但結(jié)合整體分析可以推斷，大隆組為一套海退序列的陸棚相沉積，包括下部外陸棚到上部?jī)?nèi)陸棚。

沉積構(gòu)造主要發(fā)育水平層理，在早期地層中，還出現(xiàn)有韻律層理。韻律層理是指在砂泥互層的水平層理中由不同顏色、不同成分、不同粒度單層在厚度較薄時(shí)所形成的紋層狀互層，其與水平層理都代表低能靜水環(huán)境的沉積。

從生物變化方面來看，下部地層中出現(xiàn)的生物主要為放射蟲、藻屑、海綿骨針、藻孢子等浮游與淺海生物混生，其中放射蟲、海綿骨針等生物保存完好，其共生沉積組合代表了較深水的沉積環(huán)境。由其保存狀況可以推斷，當(dāng)時(shí)水體比較安靜，底棲生物不發(fā)育，微生物較難生存，應(yīng)該屬于氧化面之下的環(huán)境。上部地層出現(xiàn)的生物主要為藻孢子，可見少量海綿骨針，藻孢子主要為鈣質(zhì)，其沉積環(huán)境應(yīng)在CCD面之上。綜上所述，更進(jìn)一步證明京山大隆組為一套陸棚相沉積。

另外，大隆組下伏地層下窯組主要為一套灰色厚層狀生物碎屑灰?guī)r，含珊瑚類、腕足、雙殼等，代表淺海碳酸鹽相的沉積環(huán)境。由瓦爾特相律可知大隆組在相上應(yīng)是相鄰或相似的，應(yīng)為碳酸鹽相沉積。

這種下、上部沉積特征明顯變化，從生物群的演化也可進(jìn)一步佐證。下部硅、泥質(zhì)沉積類型以放射蟲為主，而到上部硅、灰質(zhì)類型，放射蟲大為降低，僅少量出現(xiàn)，以瘤狀放射蟲出現(xiàn)為特征。這是因?yàn)榇舐〗M下部硅質(zhì)生物由于缺少競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手而得以生長(zhǎng)，尤其在粘土供應(yīng)充分的水域，更有利于硅質(zhì)生物的發(fā)育。因?yàn)檎惩量墒购Ｋ兓?，這就大大抑制鈣質(zhì)生物的生長(zhǎng)，出現(xiàn)本區(qū)硅質(zhì)生物常常與硅質(zhì)巖、泥頁(yè)巖共生。大隆組上部由于沉積環(huán)境有較大變化，碳酸鹽巖增多，大大利于鈣質(zhì)生物生長(zhǎng)，抑制了硅質(zhì)生物的生長(zhǎng)，使得放射蟲不但大大減少，而且出現(xiàn)形態(tài)特殊的瘤狀放射蟲。

再?gòu)纳喜刻妓猁}巖組分看，幾乎100%為方解石，僅有極少量陸源細(xì)碎屑組分的絹云母，而絹云母往往可以順流之下搬運(yùn)較遠(yuǎn)。這表明本區(qū)的碳酸鹽巖遠(yuǎn)離海岸，無出現(xiàn)近岸環(huán)境的陸源細(xì)碎屑巖標(biāo)志的混入。

因此，本剖面下部沉積類型屬于海進(jìn)型，上部則為海退型，出現(xiàn)由下部外陸棚到上部?jī)?nèi)陸棚沉積環(huán)境緩慢的變化，生物群組合和巖性組合也出現(xiàn)較大差異。

4 對(duì)烴源巖的評(píng)價(jià)

中揚(yáng)子北緣京山大隆組剖面有機(jī)碳含量為028%～514%，平均14%，為較好的、優(yōu)質(zhì)烴源巖（表1）。本區(qū)烴源巖形成類型與上揚(yáng)子地區(qū)不同的是更多硅質(zhì)巖中的放射蟲參與了有機(jī)質(zhì)的形成。這種烴源巖的形成是由于京山大隆組所處的特殊沉積環(huán)境，具備有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)、聚集、保存的3大重要環(huán)節(jié)。

表3 湖北京山大隆組有機(jī)碳TOC含量表Table 3 Organic carbon contents in the Dalong Formation，Jingshan，Hubei

從有機(jī)碳自下而上分布看，上部比下部好（表1）。這是因?yàn)樯喜坑袡C(jī)質(zhì)生產(chǎn)、聚集、保存的3個(gè)環(huán)節(jié)顯然要比下部好。而且上部處于海退時(shí)期，帶來了生物群的更新，由早期的放射蟲變?yōu)榇罅吭彐咦樱瑹o疑為高有機(jī)質(zhì)、高生產(chǎn)力來源打下了良好的基礎(chǔ)。

圖3 京山大隆組藻含量與有機(jī)碳的相關(guān)性Fig.3 Correlation between algal contents and organic carbon contents in the Dalong Formation，Jingshan，Hubei

從有機(jī)碳的來源看，本剖面幾乎都是微體生物群，主要以下部放射蟲，上部的藻孢子為特色。放射蟲和藻孢子都是海洋的原始微生物，是本區(qū)高有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)的主要來源，其中藻孢子的含量與有機(jī)碳呈正相關(guān)關(guān)系（圖3）。藻孢子含量高，有機(jī)碳含量也相應(yīng)高，表明有機(jī)碳與藻類具有緊密的相關(guān)關(guān)系。

從有機(jī)碳聚集看，本剖面自下而上都是以巖性細(xì)、層厚薄為特征，內(nèi)部沉積構(gòu)造幾乎都是靜水、低能的水平層理。盡管上部出現(xiàn)過厚層灰?guī)r，但碳酸鹽都是盆內(nèi)自身生產(chǎn)的。因此，本剖面始終處于低能、低速沉積，這樣可使單位時(shí)間、單位體積內(nèi)的有機(jī)質(zhì)得到高度濃縮。

從有機(jī)碳保存看，本剖面炭質(zhì)含量自下而上為5%～65%（表3），始終處于缺氧還原環(huán)境，這有助于堆積的有機(jī)質(zhì)得以保存。

5 結(jié)論

京山大隆組為一套海退序列的沉積，其下部沉積環(huán)境為外陸棚沉積，上部沉積環(huán)境為內(nèi)陸棚沉積。由于外陸棚緊靠大陸坡，極易發(fā)育上升洋流［3］。

與烴源巖關(guān)系密切。京山大隆組優(yōu)質(zhì)烴源巖形成還有兩個(gè)不可忽略的條件。其一，海退型沉積類型的有機(jī)質(zhì)含量往往高于海侵型的。傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)往往認(rèn)為，海侵型往往帶來生物群多樣性和繁盛，有機(jī)質(zhì)含量較高。這一傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，只能適應(yīng)正常層序、序列的環(huán)境［4］，而對(duì)非正常序列的揚(yáng)子古陸北緣京山大隆組內(nèi)部往往失靈。大隆組上部由于緩慢海退，帶來了較淺水的生物，尤其是大量菌藻類出現(xiàn)，這在上、中揚(yáng)子地區(qū)特別顯著，造成大隆組上部有機(jī)碳含量的指標(biāo)要比下部高得多。其二是不斷的洋流作用，給海洋生物和微生物帶來了營(yíng)養(yǎng)［5］。許多研究也表明，海相高有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖的形成與沿岸型、赤道輻散帶型、反氣旋型等上升洋流的關(guān)系密切。上升洋流富磷、富硅、富鐵族元素等營(yíng)養(yǎng)鹽和富綠硫細(xì)菌，大大促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力、埋藏率的激增?，F(xiàn)代海洋已表明，沿世界各海盆地東部亞熱帶海岸由于高營(yíng)養(yǎng)水體的上升洋流和充足的陽(yáng)光導(dǎo)致水體中海洋生物大量繁殖，這樣就具有高度生物生產(chǎn)率，從而形成富有機(jī)碳的海相沉積［6］。如秘魯式海岸上升洋流、東太平洋赤道上升洋流都可以形成高生產(chǎn)率帶，生物群特別豐富，從而帶來有機(jī)質(zhì)的特別富集。硅質(zhì)生物發(fā)育也是上升洋流標(biāo)志之一，據(jù)對(duì)現(xiàn)代臺(tái)灣淺灘南部上升洋流區(qū)研究發(fā)現(xiàn)［7］，那兒發(fā)育大量硅藻，它們死亡后，以硅藻土、硅質(zhì)薄層等形式沉積下來，經(jīng)脫水、成巖后，形成硅質(zhì)薄層和硅質(zhì)結(jié)核等。

如果我們將近論古、將古比今，揚(yáng)子古陸北緣大隆組時(shí)期洋流作用的標(biāo)志也比較頻繁。中揚(yáng)子地區(qū)也有多層小礫屑和高炭質(zhì)組分，也出現(xiàn)微體生物群深水和淺水動(dòng)物混生等。這種多次上升洋流作用，不但給沉積物打下烙印，而且源源不斷地從下層將營(yíng)養(yǎng)鹽類攜帶到表層水，使得生物群更加繁盛，大大促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力的激增，極有利于大隆組廣闊范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)、優(yōu)良質(zhì)烴源巖的發(fā)育。

［1］ 湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)局，湖北省巖石地層［M］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1996.174－179.

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Sedimentary characteristics and their bearings to the source rocks in the Dalong Formation，Jingshan region，Hubei

CHEN Bin1，XIAO Mingyuan2，WU Liyun1，CAIXiongfei1，3
（1.Faculty of Earth Sciences，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China；2.Institute of Geophysics and Geomatics，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China；3.Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology under the Ministry of Education，China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China）

The Dalong Formation crops out very well as a succession of regressive deposits in the Jingshan region，Hubei.The Formationmay be divided，according to sedimentary characteristics，into the outer shelf deposits in the lower partand inner shelf deposits in the upper part.Due to slow regression，the shallowwater organisms especially algae appearmassively in the upper part of the Dalong Formation，where the organic matter contents are much higher in the upper part than in the lower part.The frequently upwelling oceanic currents close to the continental slope brought about not only abundant algal spores，a source of high organicmatter contents and high productivity，but alsomore nutrients from the bottom to the surficialwaters for the variability of the organisms.The factors cited above are interpreted to be favourable for the formation of the excellent source rocks in the Dalong Formation.

microbiota；sedimentary characteristics；regression；source rock；Dalong Formation；Jingshan in Hubei

P534.46

A

10093850（2017）01004107

20150505；改回日期：20150710

陳斌（1956－），男，高級(jí)工程師，從事地層和沉積學(xué)研究。Email：chenbin＠cug.educn

國(guó)家自然科學(xué)基金（40839903）資助