摘 要 【目的】中奧陶統(tǒng)煙溪組是近年來(lái)在湘中地區(qū)新查明的一套海相富有機(jī)質(zhì)黑色細(xì)粒巖系，具有較好的頁(yè)巖氣勘探潛力，對(duì)這套黑色細(xì)粒巖系的沉積特征研究亟待加強(qiáng)。【方法】通過(guò)野外踏勘、薄片鑒定等開(kāi)展煙溪組巖性、巖相組合類(lèi)型識(shí)別，結(jié)合元素測(cè)試判定沉積環(huán)境，采用盆地分析技術(shù)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)史查明原型盆地性質(zhì)、形態(tài)，確定黑色細(xì)粒巖系有利沉積相帶、時(shí)空展布及沉積模式。【結(jié)果】煙溪組巖性以硅質(zhì)巖和碳質(zhì)頁(yè)巖為主，粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖等次之；硅質(zhì)巖以淺海環(huán)境下生物成因?yàn)橹鳎假|(zhì)頁(yè)巖形成于安靜缺氧的深水滯留環(huán)境。在煙溪組內(nèi)部可識(shí)別出四類(lèi)巖相組合：厚層純碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖與硅質(zhì)巖組合、粉砂質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)巖組合和粉—細(xì)砂巖夾薄層泥頁(yè)巖組合；根據(jù)巖相組合類(lèi)型煙溪組在垂向上可分為上、中、下三段，三段在區(qū)域上的分布厚度相對(duì)穩(wěn)定，具有較好的對(duì)比性，中段厚層碳質(zhì)頁(yè)巖是最重要的烴源層系。煙溪組在區(qū)內(nèi)呈東南厚、西北薄之特征，沉積相類(lèi)型包括深水盆地、深水陸棚、淺水陸棚和濁積扇，各沉積相帶在奧陶紀(jì)不同時(shí)期分布位置有所不同，分區(qū)明顯，連續(xù)變化?！窘Y(jié)論】湘中及周緣地區(qū)在中奧陶世處于缺氧的滯留水體環(huán)境，是一個(gè)穩(wěn)定地塊內(nèi)的坳陷海盆，深水陸棚相和深水盆地相是煙溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的有利相帶。

關(guān)鍵詞 湘中；煙溪組；黑色細(xì)粒巖系；沉積特征；沉積環(huán)境；原型盆地

第一作者簡(jiǎn)介 郭原草，男，1984年出生，博士，講師，沉積學(xué)，E-mail： xctmac@sina.cn

通信作者 郭建華，男，博士，教授，沉積學(xué)，E-mail： gjh796@csu.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

20世紀(jì)90年代以來(lái)，湖南省在下古生界與上古生界油氣勘探均取得重要突破。目前湖南上古生界油氣勘探主要聚焦于湘中石炭系[1?2]，下古生界頁(yè)巖氣勘探主要集中在湘西北寒武系牛蹄塘組與志留系龍馬溪組[3?4]。而湘中地區(qū)下古生界多年來(lái)一直被認(rèn)為是一個(gè)變質(zhì)基底，其油氣勘探潛力長(zhǎng)期不被看好。近年研究表明，湘中及周緣地區(qū)下古生界并非是一個(gè)簡(jiǎn)單的變質(zhì)基底，其變質(zhì)程度具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性[5?6]，在變質(zhì)程度輕微地區(qū)有利于油氣保存。煙溪組是近年在湘中地區(qū)下古生界中奧陶統(tǒng)新查明的一套海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系，其沉積范圍廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)含量高，熱演化程度也較高，生烴潛力大，是湖南省內(nèi)又一套重要的烴源巖。前人對(duì)煙溪組沉積特征、有機(jī)地球化學(xué)特征、儲(chǔ)集特征及勘探潛力等開(kāi)展了相關(guān)研究。羅薇等[7]歸納出湘南煙溪組兩種巖相組合，根據(jù)相標(biāo)志識(shí)別出四種沉積相類(lèi)型，初步建立了煙溪組沉積模式并研究了沉積演化過(guò)程。葛祥英等[8?9]將湖南奧陶紀(jì)構(gòu)造沉積演化劃分成早奧陶世鑲邊型碳酸鹽臺(tái)地—陸棚—深水盆地、中奧陶世碳酸鹽緩坡—陸棚—深水盆地、晚奧陶世早期碳酸鹽緩坡—陸棚—深水盆地—陸棚邊緣、晚奧陶世晚期局限淺海—深水盆地—陸棚邊緣四個(gè)沉積階段。吳詩(shī)情等[10]認(rèn)為煙溪組碳質(zhì)頁(yè)巖生烴潛力較好，沉積時(shí)期氣候溫暖，沉積環(huán)境具有中等生產(chǎn)力，水體貧氧—缺氧，提出了“深水滯留盆地”的有機(jī)質(zhì)富集模式；并通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查及分析測(cè)試系統(tǒng)研究了煙溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖沉積、有機(jī)地化、含氣性、儲(chǔ)層等特征，證實(shí)煙溪組碳質(zhì)頁(yè)巖分布廣、厚度大、有機(jī)碳含量較高、熱演化程度較高、物性良好[11]，具有較好的勘探潛力[12?13]。

然而，湘中及周緣地區(qū)下古生界烴源巖熱演化程度偏高，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，勘探難度較大。目前，該區(qū)頁(yè)巖氣勘探程度總體較低，地震資料缺乏，鉆井偏少，研究工作尚局限于地表。煙溪組發(fā)育在揚(yáng)子和華夏地塊結(jié)合處，構(gòu)造沉積背景復(fù)雜，針對(duì)煙溪組沉積特征及原型盆地的認(rèn)識(shí)不夠深入，影響了湘中下古生界頁(yè)巖氣勘探。盡管前人已開(kāi)展了湖南奧陶紀(jì)沉積的相關(guān)研究，但研究范圍較廣，時(shí)間跨度大，側(cè)重點(diǎn)不同，且針對(duì)湘中煙溪組沉積演化的研究較少。由于沉積相控制富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖展布，頁(yè)巖展布決定有利勘探區(qū)，故有必要對(duì)研究區(qū)煙溪組沉積特征及沉積演化開(kāi)展進(jìn)一步研究。本文通過(guò)研究煙溪組黑色細(xì)粒巖系的沉積特征、沉積環(huán)境及沉積模式，查明湘中及周緣地區(qū)原型盆地格架、盆地對(duì)黑色細(xì)粒巖系展布及有機(jī)質(zhì)富集的控制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

湘中及周緣地區(qū)位于華南加里東褶皺帶西北部，雪峰東緣隆起帶的西南緣，南接桂中坳陷，主要由晚古生代地層組成，其間穿插有新元古代—早古生代地層組成穹隆和短軸背斜，其上疊加中—新生代構(gòu)造盆地。湘中地區(qū)經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等構(gòu)造演化階段，形成了一個(gè)南北貫穿、向西突出的祁陽(yáng)弧形褶皺帶，具有“三隆兩坳”的構(gòu)造格局。研究區(qū)由五個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成，從北至南依次為雪峰東緣隆起帶、湘中坳陷（湘潭坳陷、溈山隆起、漣源凹陷、龍山凸起、邵陽(yáng)凹陷、關(guān)帝廟凸起和零陵凹陷）、衡山隆起帶（包括衡陽(yáng)盆地）、湘東南坳陷（湘東凹陷、寧江凸起和道縣凹陷）和華夏褶皺帶[12]（圖1）。

2 煙溪組沉積基本特征

2.1 巖性特征及巖相組合

2.1.1 巖性特征

湘中及周緣中奧陶統(tǒng)煙溪組巖性以碳質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)巖為主，粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖和細(xì)砂巖等次之。碳質(zhì)頁(yè)巖以黑色薄層狀為主，具有明顯的頁(yè)理構(gòu)造（圖2a），可見(jiàn)水平紋層，在層面上常見(jiàn)筆石發(fā)育（圖2b）。碳質(zhì)頁(yè)巖在顯微鏡下呈碳泥質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖2c），泥質(zhì)成分主要為云母質(zhì)及碎屑雜基，碳質(zhì)較均勻混雜，少量長(zhǎng)石、石英等分布不均勻，多數(shù)被硅質(zhì)充填。研究區(qū)內(nèi)碳質(zhì)頁(yè)巖厚20～50 m，在中南部厚達(dá)70 m，向北東方向逐漸減薄。

硅質(zhì)巖呈黑色，氧化后表面一般呈灰褐色（圖2d），以薄層狀為主，單層厚2～10 cm，硅質(zhì)巖質(zhì)地堅(jiān)硬，常與碳質(zhì)頁(yè)巖呈薄互層沉積；在高倍顯微鏡下可見(jiàn)隱晶質(zhì)玉髓和微細(xì)石英顆粒呈稀疏分散分布，常含有放射蟲(chóng)，指示深水沉積特征（圖2e）。研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖厚10～50 m，以硅質(zhì)巖夾薄層碳質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖及薄—中層狀純硅質(zhì)巖沉積為主；在研究區(qū)南部發(fā)育較厚，向北東方向呈減薄趨勢(shì)。

粉砂質(zhì)頁(yè)巖呈灰色、灰綠色薄層狀，碎屑結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)頁(yè)理構(gòu)造（圖2f）與水平紋層。薄片鑒定顯示泥質(zhì)主要為高嶺土類(lèi)及碎屑雜基，其中粉細(xì)砂具有明顯的陸源碎屑特征，常與硅質(zhì)巖上下接觸。

濁積巖以灰色、灰綠色中—厚層狀為主，巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖和極細(xì)砂巖，中—粗砂巖較少發(fā)育復(fù)理石構(gòu)造（圖2g）。底面通常發(fā)育溝模、槽模構(gòu)造（圖2h），巖石顆粒以石英和長(zhǎng)石為主，分選差—中等，磨圓度中等。

2.1.2 巖相組合

煙溪組內(nèi)部可識(shí)別出四類(lèi)巖相組合：第一類(lèi)是厚層較純碳質(zhì)頁(yè)巖，主要發(fā)育在深水還原性環(huán)境，是最重要的烴源層系。第二類(lèi)是碳質(zhì)頁(yè)巖與硅質(zhì)巖組合，包括硅質(zhì)巖夾碳質(zhì)頁(yè)巖，及硅質(zhì)巖與碳質(zhì)頁(yè)巖互層（圖2i）。硅質(zhì)巖通常含有極少量陸源碎屑，指示相對(duì)較淺的沉積水體，該組合表現(xiàn)為海平面波動(dòng)引起的沉積環(huán)境頻繁變化，主要發(fā)育在煙溪組中上段和研究區(qū)中南部。第三類(lèi)是粉砂質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)巖組合，粉砂質(zhì)頁(yè)巖中粉—細(xì)砂以陸源碎屑來(lái)源為主，硅質(zhì)巖中硅以隱晶質(zhì)玉髓和生物硅為主，陸源碎屑少見(jiàn)，指示出淺水環(huán)境與深水環(huán)境交替變化之特征。第四類(lèi)是粉—細(xì)砂巖夾薄層泥頁(yè)巖的組合，通常具復(fù)理石構(gòu)造，磨圓、分選較差，具有重力流沉積的特征。該組合主要發(fā)育在研究區(qū)東部及上覆天馬山組，反映了煙溪組在南東方向上的相變。根據(jù)巖相組合，煙溪組在垂向上可分為三段；下段為硅質(zhì)巖與碳質(zhì)頁(yè)巖不等厚互層，中段為一套厚層較純碳質(zhì)頁(yè)巖，上段為硅質(zhì)巖夾薄層碳質(zhì)頁(yè)巖。

2.2 殘余厚度

頁(yè)巖厚度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源潛力的首要指標(biāo)，頁(yè)巖只有具備足夠的有效厚度，才能形成工業(yè)規(guī)模的氣藏。煙溪組主要分布在湘中分區(qū)和湘南—湘東南分區(qū)（湘中南地區(qū)），沉積范圍基本局限于古湘桂海盆中。受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和局部巖體的影響，煙溪組在區(qū)內(nèi)整體表現(xiàn)為東南厚、西北薄的特征（圖3）；以桃江—新化一帶最薄，厚度不超過(guò)40 m；在桂北—零陵—祁東—衡陽(yáng)一帶厚度介于90～160 m，在零陵—寧遠(yuǎn)—衡陽(yáng)一帶地層厚100 m以上，在永州雙牌何家洞地區(qū)最厚，達(dá)160 m以上；往南在道縣—桂陽(yáng)—桂東一帶頁(yè)巖厚度減薄至尖滅，相變?yōu)榉邸?xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖。由于漣源凹陷與邵陽(yáng)凹陷被厚層上古生界覆蓋，湘中地區(qū)缺乏針對(duì)下古生界的鉆探資料，湘南地區(qū)還存在大面積地層缺失。據(jù)地表露頭推測(cè)，中奧陶世古湘桂海盆的沉積中心位于全州—零陵—衡陽(yáng)一帶以南，陸源碎屑物質(zhì)來(lái)源于華夏地塊。

2.3 沉積相類(lèi)型

煙溪組沉積類(lèi)型豐富，經(jīng)野外剖面觀察、巖相組合分析及薄片鑒定等，主要識(shí)別出深水盆地相、深水陸棚、淺水陸棚和濁積扇四種沉積相類(lèi)型（圖4），以深水陸棚和深水盆地相分布最廣。

深水盆地相以黑色碳質(zhì)頁(yè)巖沉積為主（圖2a），受海平面波動(dòng)影響常發(fā)育碳質(zhì)頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖沉積。該相由于水體較深，大量浮游生物（如筆石類(lèi)）（圖2b）與泥質(zhì)碎屑沉積到海底得以保存，形成富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

深水陸棚相主要發(fā)育黑色碳質(zhì)頁(yè)巖夾灰黑色薄層硅質(zhì)巖沉積（圖2d），但碳質(zhì)頁(yè)巖中陸源硅質(zhì)碎屑明顯增多。

淺水陸棚相主要發(fā)育硅質(zhì)巖、碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖沉積。硅質(zhì)巖中含有較豐富的放射蟲(chóng)化石（圖2e）及少量陸源硅質(zhì)碎屑，代表水體變淺、靠近物源的沉積特征。硅質(zhì)巖與碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖呈等厚互層狀、不等厚互層狀及碳質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾層狀（圖2f）。

濁積扇相巖性以粉—細(xì)砂巖為主，可見(jiàn)鮑馬序列（圖2g），砂巖底部可見(jiàn)溝模、槽模（圖2h），顆粒磨圓、分選較差，反映重力流沉積特征，主要發(fā)育在煙溪組上段和研究區(qū)東南部華夏褶皺帶附近。

3 沉積相空間展布特征

3.1 沉積相剖面對(duì)比

通過(guò)沉積相剖面對(duì)比發(fā)現(xiàn)，煙溪組垂向三段在區(qū)域上具有良好的對(duì)比性；下段以深水陸棚沉積為主；中段受海平面快速上升的影響，主要發(fā)育深水盆地相沉積的黑色碳質(zhì)頁(yè)巖，且黑色碳質(zhì)頁(yè)巖在區(qū)域上分布厚度相對(duì)穩(wěn)定；上段主要發(fā)育淺水陸棚、深水陸棚沉積。通過(guò)南北向?qū)Ρ绕拭婵芍?，沉積水體由北向南逐漸變深，沉積物粒度逐漸變細(xì)（圖5）。通過(guò)東西向?qū)Ρ绕拭婵梢钥闯?，沉積水體自西向東逐漸變淺，研究區(qū)東部蒲隴村受華夏地塊物源供給的影響出現(xiàn)顯著的相變特征，開(kāi)始發(fā)育濁積扇沉積（圖6）。

3.2 沉積相平面展布特征

中奧陶世早期即煙溪組下段沉積時(shí)期，海平面逐漸上升，湖南地勢(shì)整體呈西北高、東南低格局，研究區(qū)西北部（揚(yáng)子地塊南緣）主要發(fā)育鑲邊型碳酸鹽巖臺(tái)地，往東南方向依次發(fā)育淺水陸棚、深水陸棚和深水盆地相（圖7a），湘中南地區(qū)普遍發(fā)育深水陸棚相硅質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖夾碳質(zhì)頁(yè)巖。這一時(shí)期華南板塊分為揚(yáng)子地塊與華夏地塊[14]，揚(yáng)子臺(tái)地水體明顯加深，臺(tái)緣淺灘亞相消失，表現(xiàn)出沉沒(méi)碳酸鹽巖臺(tái)地的特征。古華南海在湘中地區(qū)大致以洪江—溆浦—安化為界可識(shí)別出兩個(gè)亞相，其西北側(cè)為淺水陸棚相，可見(jiàn)以筆石為主的生物化石，偶見(jiàn)三葉蟲(chóng)和腕足類(lèi)、底棲生物化石。界線(xiàn)東南側(cè)則為深水陸棚相，以黑色碳質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖沉積為主；水平微細(xì)層理發(fā)育，生物以筆石為主，偶見(jiàn)三葉蟲(chóng)。在新化爐觀一帶還發(fā)現(xiàn)放射蟲(chóng)和硅質(zhì)海綿骨針，其沉積特征與華南沉積單元的盆地相并無(wú)差異。

煙溪組中段沉積時(shí)期，湘中南地區(qū)整體明顯處于擠壓收縮構(gòu)造背景之下，海平面加速上升并達(dá)到最大，湘中南地區(qū)深水盆地面積不斷擴(kuò)大，碳質(zhì)頁(yè)巖和硅質(zhì)頁(yè)巖沉積范圍達(dá)到最大；同時(shí)華南海自東南向西北不斷褶皺成陸，盆地的沉積中心自東南向西北遷移。研究區(qū)西北部以碳酸鹽巖臺(tái)地、淺水陸棚和深水陸棚沉積為主，在研究區(qū)東南部發(fā)育深水陸棚、淺水陸棚以及濁積扇沉積（圖7b）。

煙溪組上段沉積時(shí)期，受加里東運(yùn)動(dòng)影響，海平面快速下降，西北部碳酸鹽巖臺(tái)地、淺水陸棚和深水陸棚發(fā)育范圍向東南方向明顯增大，湘中南地區(qū)廣泛發(fā)育的深水盆地轉(zhuǎn)化為深水陸棚。受華夏地塊碎屑物持續(xù)供給的影響，湘東南地區(qū)淺水陸棚和濁積扇逐漸向西北發(fā)育，沉積范圍明顯增大（圖7c）。湘南地區(qū)華夏地塊不斷隆起，古陸區(qū)域擴(kuò)展到武夷山區(qū)，古華南海范圍明顯縮小。

4 地球化學(xué)特征指示的沉積環(huán)境

4.1 硅質(zhì)巖主量元素特征及形成環(huán)境

研究表明，硅質(zhì)巖可形成于不同的沉積環(huán)境，硅質(zhì)可來(lái)源于地下深部具熱液作用的深海裂谷盆地，或是形成于穩(wěn)定地塊背景下具生物活動(dòng)特征的淺海盆地。研究區(qū)硅質(zhì)巖發(fā)育，硅質(zhì)來(lái)源及成因?qū)^(qū)內(nèi)沉積環(huán)境分析具有重要意義。根據(jù)硅質(zhì)巖的化學(xué)成分及元素的分析結(jié)果（表1），在相應(yīng)散點(diǎn)圖中，湘中及周緣地區(qū)煙溪組硅質(zhì)巖樣品基本位于穩(wěn)定的克拉通盆地內(nèi)，或大陸邊緣盆地區(qū)[15]（圖8a）。通常采用w（Al）+w（Fe）+w（Mn）三角圖判別硅質(zhì)巖中SiO2 來(lái)源，當(dāng)w（Al）/[w（Al）+w（Fe）+w（Mn）]比值達(dá)到0.4以上時(shí)，表示硅質(zhì)巖形成受控于陸源物質(zhì)影響；當(dāng)該比值增大至0.6以上時(shí)，表示硅質(zhì)巖成因?yàn)樯锍梢騕16]。與湘中煙溪組對(duì)應(yīng)的江西中上奧陶統(tǒng)耳石組硅質(zhì)巖樣品該比值均大于0.65[17]，研究區(qū)煙溪組硅質(zhì)巖樣品該比值介于0.51～0.80，反映硅質(zhì)巖為陸源輸入及生物作用成因[18]，未見(jiàn)來(lái)源于地下深部熱液成因的硅質(zhì)樣品[19]（圖8b，c）。

4.2 頁(yè)巖微量元素特征及形成環(huán)境

沉積巖形成環(huán)境對(duì)有機(jī)質(zhì)富集起重要作用，缺氧環(huán)境為有機(jī)質(zhì)保存提供了良好條件[20]。古海水氧化還原程度可通過(guò)相關(guān)敏感元素定量評(píng)價(jià)，如V、Cr、Ni、Co、U、Th等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其比值（V/Cr、V/（V+Ni）、Ni/Co、U/Th）。多數(shù)微量元素的富集機(jī)制和來(lái)源不同，在不同氧化還原條件下富集程度差別較大，但這些元素通常富集于缺氧環(huán)境下，因此均可用來(lái)識(shí)別水體氧化還原程度[21]。V、U在富氧水體中均呈可溶狀態(tài)，在缺氧條件下可被還原為難溶價(jià)態(tài)保存于沉積物中[22]，其富集程度可作為水體氧化還原程度的判別依據(jù)。V/（V+Ni）比值則反映沉積水體分層性和氧化還原性，V/（V+Ni）gt;0.46指示水體分層弱的厭氧環(huán)境，表2顯示煙溪組沉積時(shí)期古水體整體為貧氧還原狀態(tài)，沿零陵凹陷、衡陽(yáng)盆地的NE—SW方向還原性更強(qiáng)，說(shuō)明該位置水體相對(duì)較深（圖9a）。Th的地球化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，不受氧化還原條件的影響，屬于難遷移元素，因此U/Th值常作為判別氧化還原環(huán)境的一個(gè)指標(biāo)。其中U/Th小于0.125代表有氧環(huán)境，U/Th介于0.125～0.500代表貧氧環(huán)境，U/Th大于0.500代表缺氧環(huán)境[23]。棉花坪煙溪組泥頁(yè)巖U/Th介于0.59～0.93，平均為0.71，表明其形成于缺氧環(huán)境。沙子塘煙溪組泥頁(yè)巖U/Th介于0.60～0.81，平均為0.73，表明總體形成于缺氧環(huán)境。Mo元素在開(kāi)放流通的水體中含量充足，沉積物中Mo/TOC值相應(yīng)較高。在局限封閉的環(huán)境中Mo元素補(bǔ)給緩慢甚至停止，造成底層水體中Mo濃度降低，因而Mo/TOC值也較低[24]。研究區(qū)中奧陶世北西部和南東部為開(kāi)放水體，而沿零陵凹陷、衡陽(yáng)盆地的NE—SW方向的條帶區(qū)域?yàn)榫窒扌运w，該區(qū)域與水體相對(duì)較深的還原環(huán)境區(qū)域一致（圖9b）。從V/Cr、V/（V+Ni）、Ni/Co和U/Th等指標(biāo)看，研究區(qū)中奧陶世整體處于缺氧沉積環(huán)境（圖4）。

4.3 頁(yè)巖稀土元素特征及形成環(huán)境

本次采集的煙溪組黑色頁(yè)巖樣品稀土總質(zhì)量分?jǐn)?shù)ΣREE介于52.92×10-6～297.85×10-6，平均為171.66×10-6，低于北美頁(yè)巖ΣREE的200.21×10-6[25]。從稀土分布特征看，研究區(qū)西部到盆地中心ΣREE呈現(xiàn)高—低變化。棉花坪露頭ΣREE 介于16.17×10-6～134.17×10-6，馬杜橋露頭ΣREE介于52.74×10-6～281.93×10-6。研究區(qū)ΣLREE/ΣHREE 介于8.59～18.34，La/Yb 介于1.04～3.40，反映輕稀土富集、重稀土相對(duì)虧損的特點(diǎn)，其中棉花坪露頭相較于馬杜橋露頭輕稀土富集特征更明顯。研究區(qū)δCe 均大于0.9，無(wú)明顯Ce 異常。稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化曲線(xiàn)呈現(xiàn)右傾較平緩特征，馬杜橋和棉花坪樣品呈弱—中等程度Eu異常。以上特征類(lèi)似于被動(dòng)大陸邊緣型沉積物稀土元素特征[26]（圖10）。

5 沉積演化與沉積模式

5.1 沉積—構(gòu)造演化

湘中及周緣地區(qū)華南洋早在新元古代初期就已經(jīng)關(guān)閉消失，早古生代華南板塊內(nèi)部只發(fā)生了陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)，不存在板塊碰撞俯沖及洋殼消失[27?29]。奧陶紀(jì)古湘桂海盆構(gòu)造格局發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，盆地由重力沉降轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)造沉降，構(gòu)造作用影響顯著增強(qiáng)，華夏地塊碎屑巖沉積范圍不斷向西北擴(kuò)大[30?31]（圖11）。

湘中地區(qū)早奧陶世巖相古地理基本繼承了寒武紀(jì)晚期格局，研究區(qū)總體為開(kāi)闊性淺海環(huán)境，處于華夏濁積扇外扇扇緣部。湘西北上揚(yáng)子臺(tái)地區(qū)以碳酸鹽巖沉積為主，臺(tái)地邊緣區(qū)主要沉積泥頁(yè)巖。湘中地區(qū)主要發(fā)育斜坡與深水陸棚相，以泥質(zhì)、含粉砂質(zhì)泥質(zhì)和粉砂巖沉積為主。湘東南地區(qū)為深水盆地和斜坡相，以濁積成因砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積為主（圖11a）。

進(jìn)入中奧陶世，古湘桂海盆進(jìn)入前陸盆地早期階段。華夏地塊與揚(yáng)子地塊拼合導(dǎo)致地層褶曲，盆地強(qiáng)烈沉降，造成區(qū)內(nèi)水體加深與大規(guī)模海侵（對(duì)應(yīng)于全球三級(jí)海平面升降）。湘中地區(qū)演化為欠補(bǔ)償饑餓型盆地，煙溪組黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖沉積覆蓋了除湘西北臺(tái)地斜坡外的所有地區(qū)，沉積厚度大且穩(wěn)定。湘西北碳酸鹽臺(tái)地轉(zhuǎn)化為深水陸棚相，沉積瘤狀泥灰?guī)r和鈣質(zhì)頁(yè)巖等。湘東南地區(qū)由于華夏地塊向盆地方向推覆，轉(zhuǎn)為深水陸棚相碳質(zhì)頁(yè)巖與硅質(zhì)巖沉積（圖11b）。

晚奧陶世由于海平面持續(xù)下降，華夏地塊為湘東南地區(qū)供給大量碎屑沉積物，海盆被陸源碎屑物大量填充，形成一套快速堆積的濁積巖建造。區(qū)域北部局部夾碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖。雪峰山水下古隆起的形成，阻礙了粗碎屑進(jìn)入揚(yáng)子臺(tái)地區(qū)。古隆起東南部江南斜坡帶發(fā)育殘留盆地相碳質(zhì)頁(yè)巖，并持續(xù)到早志留世。而湘中地區(qū)發(fā)育深水陸棚、盆地邊緣和局限殘留盆地相，沉積了一套由巨厚石英雜砂巖夾灰黑色泥頁(yè)巖構(gòu)成的復(fù)理石（圖11c）。

5.2 沉積模式

綜上所述，中奧陶世湘中及周緣地區(qū)沉積了一套富有機(jī)質(zhì)黑色細(xì)粒巖系，原型盆地也在此時(shí)完成過(guò)渡。圖12為研究區(qū)早—中奧陶世沉積體系分布模式，可見(jiàn)研究區(qū)沉積具有明顯分區(qū)特征：湘西北為碳酸鹽臺(tái)地沉積區(qū)，湘中地區(qū)為深水頁(yè)巖沉積區(qū)，二者之間為江南斜坡過(guò)渡型沉積區(qū)；湘東南則為華夏古陸邊緣以重力流沉積的砂巖夾泥頁(yè)巖沉積區(qū)，水體由北西至南東方向由淺變深再變淺。研究區(qū)沉積相帶在奧陶紀(jì)不同時(shí)期分布位置不同，分區(qū)明顯，相帶呈連續(xù)變化，指示出原型盆地是一個(gè)板塊內(nèi)坳陷性淺海盆地。

6 結(jié)論

（1） 煙溪組巖性在垂向上具有顯著三分特征：下段為硅質(zhì)巖與碳質(zhì)頁(yè)巖不等厚互層，中段為厚層較純碳質(zhì)頁(yè)巖，上段為硅質(zhì)巖夾薄層碳質(zhì)頁(yè)巖。上段與下段巖相組合體現(xiàn)了湘中地區(qū)中奧陶世海平面波動(dòng)和沉積環(huán)境變化。硅質(zhì)巖以生物成因?yàn)橹?，指示出淺水環(huán)境下頻繁的生物活動(dòng)。中段黑色碳質(zhì)頁(yè)巖形成于水體較深且較為安靜的缺氧環(huán)境。由于水體較深，大量浮游生物與泥質(zhì)碎屑沉積到海底并得以保存，形成富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

（2） 研究區(qū)各相帶均呈連續(xù)分布，同一沉積相帶在不同時(shí)期分布范圍有顯著差異。煙溪組沉積范圍基本局限于古湘桂海盆中，沉積中心為全州—零陵—衡陽(yáng)一帶以南，中奧陶世深水盆地相及深水陸棚相為頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)帶。

（3） 地球化學(xué)元素分析、巖相古地理及沉積構(gòu)造演化史表明，早古生代湘中地區(qū)為板內(nèi)坳陷性海盆，這一認(rèn)識(shí)從沉積學(xué)角度補(bǔ)充了江南—華南地區(qū)早古生代原型盆地是海盆而非洋盆的相關(guān)依據(jù)。

致謝 感謝課題組全體人員的辛勤付出、中石化研究院鄭和榮院長(zhǎng)及同仁的大力支持，使本文得以順利完成。感謝評(píng)審專(zhuān)家及編輯提出的寶貴意見(jiàn)，使本文得以不斷完善！

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