寧蒗盆地龍馬溪組沉積構造背景分析

張 茜，余 謙，王 劍,3，肖淵甫，程錦翔，趙安坤，

(1. 中國地質調查局 成都地質調查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大學 地球科學學院， 四川 成都 610059； 3. 國土資源部 沉積盆地與油氣資源重點實驗室，四川 成都 610081)

寧蒗盆地龍馬溪組沉積構造背景分析

張 茜1,2，余 謙1，王 劍1,2,3，肖淵甫2，程錦翔1，趙安坤1，2

(1. 中國地質調查局 成都地質調查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大學 地球科學學院， 四川 成都 610059； 3. 國土資源部 沉積盆地與油氣資源重點實驗室，四川 成都 610081)

為進一步擴大四川盆地頁巖氣的勘探開發，對頁巖氣地質調查空白區寧蒗盆地龍馬溪組沉積期構造背景進行了詳細的地質考察及系統地球化學研究。研究表明：龍馬溪組母巖主要為中酸性混合成因，形成于接近大陸邊緣的深水一半深水還原性水體環境，主要沉積構造背景為被動大陸邊緣，受構造運動及海底熱液影響較大。在此沉積構造環境下，沉積了廣泛分布的龍馬溪組富有機質烴源巖。

寧蒗盆地；地球化學；構造背景

0 前 言

隨著頁巖氣勘探工作的進一步深入，下志留統龍馬溪組泥頁巖成為中國頁巖氣突破的重點層系。康滇古陸東側龍馬溪組研究較深入，已獲得大規模的頁巖氣突破，但是古陸西側的龍馬溪組研究較少，罕有報道。寧蒗盆地位于古陸西側，屬于頁巖氣基礎地質調查空白區，盆地性質、構造背景、沉積環境等一系列基礎地質問題研究薄弱，持續性及繼承性研究成果較少。故筆者通過詳細的野外觀察，選擇寧蒗盆地東南緣李子河剖面進行系統采樣，通過元素地球化學及巖石學特征來探討龍馬溪組的沉積構造背景，旨在提高對該巖層地質成因的認識，為今后在該地區頁巖氣勘探工作提供一定地質基礎。

1 區域地質背景

寧蒗盆地位于揚子地臺西南邊緣、地處松潘—甘孜印支褶皺系與揚子地臺西緣的銜接部位，屬滇中推覆沖斷帶組成部分。南連楚雄盆地，北鄰四川盆地，東鄰鹽源盆地，西接麗江盆地。研究區位于寧蒗盆地東南緣，隸屬于云南省麗江市華坪縣。該區構造情況復雜，斷裂發育，區域上地層出露較為齊全，缺失侏羅系和白堊系沉積，古生界較發育，其中志留系龍馬溪組發育大套的富有機質頁巖。通過前期地質調查發現，研究區馬溪組主要為淺水至深水陸棚沉積，富含有機質，以灰黑色碳硅質泥巖為主，富含筆石化石與黃鐵礦，可見數層0.5～2 cm的斑脫巖，說明曾受到火山作用影響，優質頁巖厚度約30～60 m，地表油氣顯示較為發育。

2 樣品采集與實驗方法

剖面位于云南省麗江市華坪縣，厚約45 m左右，與下伏巧家組灰巖不整合接觸，與上覆石門坎組灰巖整合接觸。巖性主要為灰黑色薄板狀硅質巖夾灰黑色薄層狀炭質硅質泥巖。由底至頂，硅質含量逐漸減少，鈣質含量逐漸增加，證明水體有變淺趨勢。采樣時從底到頂間隔0.5～1 m采樣，共采集25件樣品，做元素分析及礦物分析。各項測試均在重慶地質調查研究院頁巖氣重點實驗室完成，分析方法引用文獻[1]。

3 龍馬溪組黑色巖系特征

3.1元素地球化學特征

研究區主量元素SiO2含量較高，含量為64.78%～94.58%，平均為80.97%。研究表明，研究區受到持續陸源碎屑硅質輸入的影響，且硅質巖成因主要為生物成因[2]，生物成因是頁巖高TOC的主要原因，有利于形成富有機質烴源巖。研究區微量元素相比上地殼均較富集，尤其是U、V、Gr、Mo、Ba、As、B元素高度富集。Mo、Ba、V是生物活動性元素，它們的高度富集，表明了巖石的形成與生物活動有關，且有較高的古生產力，Ba、As等元素的富集指示曾受到熱水沉積影響[3]，而氧化還原敏感性元素V、Ni、U的富集可能與水體的還原環境相關[1]。研究區稀土總量ΣREE值為34.37～148.27 μg/g，平均值為90.79 μg/g。δEu值為0.61～1.16，平均值為0.80，變化范圍較寬。δCe值為0.72～0.93，平均值為0.85。球粒隕石標準化稀土元素分布模式向右傾斜，顯示微弱的鈾負異常及鈰負異常，與被動大陸邊緣沉積模式相似[2]。北美頁巖標準化稀土元素分布曲線較平坦，表明其物源相對一致,顯示微弱的鈰負異常及較明顯的鈾正異常，表明沉積環境為還原環境[2]。

3.2礦物特征

李子河剖面龍馬溪組黑色硅質泥頁巖礦物組成主要以石英及粘土礦物為主，石英含量在42%～98%，平均值為69%；粘土礦物含量在5%～20%，平均值為12%；碳酸鹽礦物中以白云石和方解石為主，在頂部樣品中含量較高；通過對美國Barnett型頁巖儲層研究，經驗表明脆性礦物含量(石英+長石+碳酸鹽礦物)通常大于50%時壓裂改造效果較好。李子河地區龍馬溪組富有機質泥巖中脆性礦物含量約占總體含量比均大于60%，因此保證了較好的壓裂潛力。

4 結果討論

4.1源巖屬性

泥巖中的一些微量元素如La、Th、Co等在風化過程中相對穩定，因此可以用其比值及相關參數來指示源巖的屬性。一般利用La/Th-Hf和La/Sc-Co/Th[4]源巖屬性判別圖解。在La/Th-Hf圖解上(圖1a)，李子河剖面的大多數點都落入長英質、基性巖混合物源區，少部分點落入酸性島弧源區；而在La/Sc-Co/Th圖解上(圖1b)，大多數點落入長英質火山巖區及安山巖區之間，少數點落入酸性島弧源區，反應源巖的中—酸性混合成因，主要為長巖質類巖石，有少量中基性巖注入。

圖1 李子河剖面La/Th-Hf[6]、La/Sc-Co/Th[6]、w(∑REE)-w(La)/w(Yb)[5]判別圖解

沉積巖中的稀土元素對母巖具有很強的繼承性，若母巖為酸性的花崗巖，δEu常為負異常；若母巖為基性玄武巖，δEu為無負異?；蛘惓5]。李子河剖面δEu(值為0.61～1.16)變化較大，大多數樣品為負異常，但仍有少數樣品顯示正異常,說明該區黑色頁巖的母巖具有混合成因的性質。為近一步探討這種關系，在圖1c中，樣品投點多數落于沉積巖、花崗巖和堿性玄武巖的交匯區附近，再一次反映了母巖巖性的混合成因。

從礦物成分上來看，李子河剖面斜長石含量(均值2.5)略低于鉀長石(均值為3.4)，說明沉積物主要來自富鉀長石的母巖區，富鉀長石的成因比較復雜，有可能是中性、酸性巖，也有可能是火山巖，且有些樣品石英的含量(值為42%～98%)落在基性巖范疇內，也同樣證明了該區母巖的混合成因。

4.2沉積期構造環境

一般來說，MnO2/TiO2及Ce異常(δCe)可作為判斷沉積古地理位置的重要標志。MnO2/TiO2值0.5～3.5指示大洋底部沉積，MnO2/TiO2<0.5表示大陸邊緣沉積[2]。Ce異常與其沉積的構造環境有關，大陸邊緣區的δCe負異常不明顯，甚至為正異常(變化范圍為0.79～1.54)；洋盆區的δCe以中等值(0.55)為特征；洋中脊沉積δCe以明顯負異常為特征(值為0.29)[2]。李子河剖面MnO2/TiO2值為0.01～0.67之間，大多數值小于0.5，δCe值為0.72～0.93，平均值為0.85，說明其主要是大陸邊緣沉積。同時根據元素構造背景判別圖解[7](圖2)可以看出，樣品大多投點于大陸邊緣區域，少部分落在洋中脊或深海沉積物區，表明龍馬溪組黑色巖系形成于接近大陸邊緣的深水一半深水沉積環境，為大陸邊緣向洋盆區過渡型巖系。

圖2 李子河剖面構造比值散點圖解(底圖據文獻[2])

4.3沉積構造背景

研究表明，沉積巖中化學元素的分異受到構造背景影響，不同構造背景下形成的沉積巖地球化學特征不同。從主量元素K2O/Na2O-SiO2[4]構造背景判別圖解(圖3a)可以看出，樣品點均落入被動大陸邊緣環境，指示研究區的構造背景主要是以被動大陸邊緣為主。由微量元素La-Th-Sc(圖3b)及Th-Sc-Zr/10(圖3c)構造判別圖解可知，樣品微量元素點大多落在活動大陸邊緣、背動大陸邊緣及大陸島弧構造背景區，主微量元素對構造反應略有不同，推測受構造運動及深部熱液影響，使得該地區構造背景較為復雜。前人在研究物源區構造背景時發現，以被動大陸邊緣為主要物源的巖石中通常包含較多的活動大陸邊緣和/或大陸島弧的地球化學信息[4]。研究區所在板塊從晚奧陶開始從早期被動大陸邊緣轉變為一具有溝弧盆體系的活動大陸邊緣，火山巖漿活動強烈，斑脫巖的存在也可證實此觀點。同時在早志留世，揚子地塊的拉張活動達到高潮，海底的拉升和擴張導致幔源深部物質上涌，使得龍馬溪組在微量元素組成上保留了最為活躍的大陸島弧構造背景的性質，所以微量元素投點所顯示的大陸島弧和活動陸緣的性質也可以用深部物源的影響作為解釋。同時稀土元素的分布型式及δEu特征也說明其構造背景為被動大陸邊緣，因為處于被動大陸邊緣的沉積物的稀土元素組成以輕稀土富集，而Eu為負異常為特點[8]。研究區頁巖樣品的δEu變化較大，因受海底熱液而出現較為明顯的正異常，其它均為負異常，且富集輕稀土，這與被動大陸邊緣的沉積物的特征一致。

圖3 構造背景判別圖解(底圖據文獻[4])

5 結 論

通過對川西南頁巖氣空白區寧蒗盆地龍馬溪組黑色頁巖礦物學特征與地球化學特征系統研究表明：寧蒗盆地龍馬溪組硅質含量較高，礦物主要為石英，硅質成因主要為生物成因且沉積于還原性環境，有利于形成富有機質烴源巖，且脆性礦物含量高，有利于頁巖氣的壓裂改造。結合大地構造背景，利用化學元素比值及相關圖解分析可知龍馬溪組母巖為中酸性混合成因，有少量基性巖注入，主要為長英質的火成巖。該套巖系形成于接近大陸邊緣的深水—半深水沉積環境，受海底熱液影響較大。主要沉積構造背景為被動大陸邊緣，局部為較為活躍的具有溝弧盆體系的活動大陸邊緣環境，火山巖漿活動強烈。在此沉積構造環境下形成了寧蒗盆地廣泛分布的龍馬溪組富有機質烴源巖。

[1] 張茜, 王劍, 余謙,等. 川西南構造復雜區龍馬溪組泥頁巖地球化學特征及古環境[J]. 新疆石油地質, 2017(4): 399-406.

[2] 張茜，王劍，余謙，等. 康滇古陸西側龍馬溪組黑色頁巖地球化學特征及其地質意義[J]. 沉積與特提斯地質, 2017, 37(1): 97-107.

[3] 周永章，何俊國，楊志軍，等. 華南熱水沉積硅質巖建造及其成礦效應[J]. 地學前緣, 2004, 11(2): 373-377.

[4] 田洋，趙小明，王令占，等. 鄂西南利川三疊紀須家河組地球化學特征及其對風化、物源與構造背景的指示[J]. 巖石學報, 2015, 31(1): 61-72.

[5] 劉英俊. 元素地球化學導論[M]. 北京：地質出版社, 1987.

[6] 黃靜，李琦，胡俊杰，等. 羌塘角木日地區中二疊統龍格組泥巖地球化學特征及其地質意義[J]. 高校地質學報, 2015, 21(1): 59-67.

[7] Murray R W. Chemical criteria to identify the depositional environment of chert: general principles and applications[J]. Sedimentary Geology, 1994, 90(3): 213-232.

[8] 趙振華. 稀土元素地球化學特征及其在巖石和礦床成因研究中的應用[J]. 地球與環境, 1978(9): 3-13.

ASedimentaryTectonicBackgroundAnalysisofLongmaxiFormationinNinglangBasin

ZHANG Qian1,2, YU Qian1, WANG Jian1,2,3, XIAO Yuanfu2, CHENG Jinxiang1, ZHAO Ankun1,2

(1.ChengduGeologicalSurveyCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China; 2.EarthSciencesInstitute,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 3.KeyLaboratoryofSedimentaryBasinandOil&GasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu,Sichuan610081,China)

In order to expand the exploration and development of shale gas in the Sichuan Basin, the geological survey and systematic geochemical study of Longmaxi Formation in the Ninglang Basin are carried out. The study shows that the source rock of Longmaxi Formation is the mixogenic rock, which is formed in reducing water environment near the continental margin. The main sedimentary structure background is passive continental margin, which is influenced by tectonic movement and seabed hydrothermal. In this sedimentary tectonic environment, the widely distributed Longmaxi rich organic matter source rocks are deposited.

NingLang basin ; Geochemical; Tectonic background

2017-08-29

國家重大科技專項項目(2016ZX05034004)。

張茜(1983-)，甘肅蘭州人，在讀博士生，工程師，研究方向：沉積學，儲層礦物巖石學，油氣地質學，地球化學，分析化學，手機：13458548001，E-mail：76517507@qq.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.022