安徽沿江地區中二疊統孤峰組沉積相分析

王俊濤，徐錦龍，沈仕豪，廖圣兵，鄭紅軍

安徽沿江地區中二疊統孤峰組沉積相分析

王俊濤1，徐錦龍1，沈仕豪1，廖圣兵2，鄭紅軍2

（1. 安徽省地質調查院，合肥 230001；2. 中國地質調查局南京地質調查中心，南京 210016）

二疊系孤峰組頁巖發育較好，具有厚度大、有機質豐度高、保存條件較好的特點，在近年的鉆井中鉆遇孤峰組頁巖氣，顯示孤峰組具有較好的頁巖油氣發育物質基礎和資源潛力，是后續值得進一步勘探的層位。因此，本文在前人工作成果基礎上，結合巖性、化石帶及地層對比，重新梳理了區內主要目的層系的地層巖性特征。建立了二疊紀沉積環境綜合模式；選擇典型剖面進行了沉積相（相-亞相-微相）綜合分析，揭示孤峰組沉積作用、構造沉降與海平面變化的關系。以亞相或微相為編圖單元，編制了中二疊世巖相古地理圖，總結了巖相古地理特征，分析了其古地理演化。

沿江地區；孤峰組；沉積相；古地理

安徽沿江地區二疊系分布廣泛，發育完整，沉積類型多樣、古生物化石豐富，同時還蘊藏著煤、錳、磷和石灰石等多種沉積礦產，是研究我國二疊系的重要地區之一。其中，中晚二疊世孤峰組、龍潭組和大隆組黑色泥頁巖厚度大、分布面積廣，有機碳含量高、脆性礦物含量高，部分區域有機質熱演化程度適中，埋藏深度較淺等，具備良好的頁巖氣聚集成藏的地質條件（石剛等，2018，2019；廖圣兵等，2021；鄭紅軍等，2020；江新勝等，1996；馮佳偉等，2019；陳曉青等，2018）。中國地質調查局南京地調中心在安徽宣城地區實施的港地 1 井在二疊系大隆組與龍潭組（孤峰組未鉆遇）中獲得了“三氣一油”：頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣及頁巖油（石剛等，2019；廖圣兵等，2021），鉆遇的油氣呈現“上油下氣”的特征，最上部為頁巖油，頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣依次發育，揭示了下揚子安徽地區二疊系具備發育多種類型非常規油氣的潛力。二疊系孤峰組頁巖發育較好，具有厚度大、有機質豐度高、保存條件較好的特點，近年在安徽沿江地區實施的鉆井中鉆遇孤峰組頁巖氣，顯示孤峰組具有較好的頁巖油氣發育物質基礎和資源潛力（廖圣兵等，2021；鄭紅軍等，2020），是后續值得進一步勘探的層位。

圖1 區域構造略圖

1 區域地質概況

安徽沿江地區位于揚子陸塊東部的下揚子凹陷，地層區劃隸屬揚子地層區下揚子地層分區及江南地層分區，以江南斷裂為界，西北部為下揚子地層分區，東南部為江南地層分區（圖1）。江南斷裂帶兩側早古生代的地層單元、古生物、巖性特征、地層厚度等方面均存在較大差異。早古生代之后，江南斷裂控盆的特征趨于消失，兩側地層的差異不大，沉積特征基本一致。區內南華紀—中三疊世早期蓋層發育，地層剖面完整，層序清楚。南華紀開始，下揚子地區一直為被動大陸邊緣，形成一套以碳酸鹽巖、碎屑巖為主的海相及少量海陸交互相沉積地層。早古生代地層以次（或非）穩定型沉積為主分布于大陸邊緣的次級坳陷中，沿江隆起則為穩定型沉積。晚古生代南、北兩側坳陷逐漸消失，沉降中心轉移到沿江地區，接受穩定型沉積。隨著揚子陸塊和華北陸塊的碰撞拼合，中三疊世晚期開始接受陸相碎屑沉積，巖漿作用使得寧蕪地區和繁昌地區早白堊世出現陸相火山地層。

2 地層分析與對比

孤峰組原稱孤峰鎮石灰巖，系葉良輔、李捷（1930）創名于安徽省涇縣孤峰鎮。此后，關于孤峰組的劃分對比一直存有爭議（吳勘，2013；Kametaka et al.,2009；孔慶玉和龔與覲，1987；朱同興，1989；朱洪發等，1989；胡世忠，2000；馮慶來和鐘長汀，1994；何衛紅等，1999；Kametaka et al., 2005;呂炳全和瞿建忠，1989；Canfield，1994；Tribovillard et al.,2006；王文耀，1988）。在上世紀90年代對全國地層進行清理后，孤峰組被定義為“棲霞組與龍潭組之間的薄層硅質巖、硅質頁巖、粉砂質泥巖、碳質頁巖、猛質頁巖，下部頁巖含猛及磷質結核”，與下伏棲霞組和上覆龍潭組均為整合接觸。前人對孤峰組的沉積環境也進行了大量研究：最早由孔慶玉和龔與覲（1987）提出，孤峰組屬于CCD面（碳酸鈣補償深度）之下一狹長裂陷盆地沉積；朱同興（1989）認為其沉積環境是臺內盆地，也有研究表明孤峰組為斜坡附近或深海盆地沉積；Kametaka等人（2009）通過對安徽巢湖地區孤峰組的調查研究后，將孤峰組歸為“陸架型的放射蟲碎質巖”，沉積環境為外陸架，具有髙S、Mo、Ni、Cu、Zn、有機質和低Mn的特點。雖然對孤峰組沉積環境的認識還不盡相同，但孤峰組毫無疑問是在弱氧化缺氧環境形成的，而這種氧化還原條件為有機質的保存和烴源巖的形成提供了有利條件（吳勘，2013）。

以硅質巖為主的孤峰組主要分布于下揚子北緣、廣東兩北和廣兩東部，被認為是茅口組的同時異相沉積，整體黑色、灰黑色，無韻律，其與下伏棲霞組、上覆龍潭組（武穴組）均為整合接觸。作為一個巖石地層單位，孤峰組具有一定的穿時性，因此不同地的孤峰組巖性特征稍有不同（朱洪發等，1989）。朱洪發等人曾將巢湖地區的孤峰組“自下至上劃分成三段：①細碎屑巖、粉砂巖和硅質泥巖，產磷結核；②深灰色、灰黑色放射蟲層狀硅質巖；③硅質泥巖、硅質結核泥巖，含錳。Kametaka等人（2009）認為典型的下揚子區的孤峰組分為三部分，下部以含磷結核的頁巖為主，中部為泥巖與硅質巖互層，上部為泥巖與硅質泥巖互層（吳勘，2013；Kametaka et al.,2005，2009）。

孤峰組內的生物類別豐富，產菊石、腕足、雙殼、海綿骨針及放射蟲化石。放射蟲是生活在正常鹽度下的廣海浮游生物，也是反映半深海-深海沉積的重要標志，常產出于硅質巖和泥巖，因而對孤峰組的地層劃分對比有著重要意義。前人分別對下揚子、中揚子以及上揚子北緣的孤峰組建立了放射蟲化石帶，安徽地區主要有三個化石帶，包括Fo.、以及組合帶，這些化石帶可以與江蘇南京、鄂西建始等地區進行很好的對比（馮佳偉等，2019）。

在巖性上，本區四個巖性組合可與中下揚子進行很好的比對。巢湖平頂山第一段硅質泥巖段與南京第一段相比，下揚子區硅質含量減少，泥質含量增加，同時厚度明顯增加，從巢湖至南京呈現先增后減的趨勢；第二段泥質硅質巖段可與南京孤峰組第二段相對比，下揚子區厚度有所增加，硅質含量明顯增加：第三段泥質灰巖段與南京地區相比，由鈣泥質為主轉變為硅泥質為主，厚度上亦明顯增加；第四段碳質頁巖段在巢湖平頂山表現為錳質頁巖為主，到南京地區再次出現碳質泥頁巖層段，厚度上則變化不大。

從橫向對比來看，安徽廣德-宣城地區和繁昌地區沉積厚度較大，主要以硅質頁巖、碳質頁巖、泥頁巖夾硅質巖為主，沉積水體相對較淺，以淺水陸棚為主，泥頁巖較為發育（圖2）。涇縣-銅陵地區和含山-巢湖-和縣地區沉積厚度相對較薄，主要以硅質巖和硅質碳質頁巖為主，泥頁巖較不發育。涇縣地區、銅陵楊桃山地區和無為-巢湖地區沉積厚度相對較薄，主要以硅質巖和硅質碳質頁巖為主，泥頁巖相對不發育。南陵丫山沉積厚度較大，以硅質巖為主，結合區域地質背景，古地貌相對較高，其硅質含量偏高，可能與其水體較淺硅質生物繁盛有較為密切的關系，位于陸棚坡折帶上升流的影響也有利于硅質生物的繁盛，硅質巖的富集并非是深水盆地的標志。銅陵牛形山沉積厚度較大，主要以硅質頁巖為主，沉積水體相對較淺，泥頁巖較為發育，有機質含量較高。池州祁門村地區和安慶地區沉積厚度相對較薄，前者以含錳砂屑灰巖和含錳質粉砂質泥巖為主，局部形成了中小型錳礦；后者以硅質巖和硅質碳質頁巖為主，泥頁巖相對不發育。宿松地區沉積厚度相對較厚，以硅質巖、粉砂質頁巖和硅質頁巖為主，中上部頁巖較發育，有機質含量中等。

圖2 安徽沿江地區孤峰組柱狀對比圖

3 沉積相特征與古地理分析

3.1 沉積相特征

工作區二疊紀經歷了長期的海陸變遷的發展過程，中晚二疊世以海相和海陸交互相沉積為主，各組呈現了不同的沉積相類型、組合和演化規律。根據沉積物性質的不同，主體為三角洲相、濱岸相、緩坡相和陸棚相為主，每個相可細分為多個亞相（圖3）。

圖3 安徽沿江地區中晚二疊世古海域沉積環境綜合模式示意圖

工作區二疊系主體以淺海臺地-陸棚型沉積為主，表現為1.5次具有節奏性的海進-海退旋回，形成了由碳酸鹽巖-硅質巖、硅質頁巖-頁巖（碳酸鹽巖）-含煤碎屑巖（碳酸鹽巖）-硅質巖、硅質頁巖（碳酸鹽巖）的沉積過程，反映了由濱岸沼澤相-臺地-斜坡相-陸棚相-濱岸相-三角洲/緩坡-陸棚/臺地相的地史變遷過程，含豐富的?類、有孔蟲、珊瑚、腕足、菊石、雙殼類等化石。

沿江懷寧-無為-巢湖地區中晚二疊世地層自下而上沉積棲霞組（下伏層）、孤峰組、銀屏組、龍潭組、大隆組和殷坑組（上覆層）。整體以陸棚-濱岸-三角洲-緩坡-陸棚相沉積旋回，孤峰組和銀屏組代表了一個二級層序海退旋回；龍潭組和大隆組代表了另一個二級層序海侵旋回。孤峰組以淺藍、紫褐色含鐵質結核泥巖和深灰、灰黑色薄層碳質硅質巖為主，主體為淺水陸棚-深水陸棚亞相沉積為主。

區域上，巢湖-無為-宣城一帶的孤峰組以淺藍、紫褐色含鐵質結核泥巖和深灰、灰黑色薄層碳質硅質巖為主，主體為淺水陸棚-深水陸棚亞相沉積為主。下部以灰、灰黑色含結核頁巖、頁巖為主，可能代表了陸架泥相沉積；向上為鐵質泥質粉砂巖、粉砂質頁巖、碳質頁巖代表了前三角洲-三角洲前緣相沉積；頁巖內局部見海相菊石、雙殼類和腕足類化石，可能局部存在海侵沼澤相沉積。而在繁昌-宿松地區孤峰組沉積厚度相對較大，下部以硅質巖夾錳土頁巖為主，見珊瑚和腕足類化石，可能為較深水的深水陸棚-陸棚凹陷環境；中部以頁巖、含錳質頁巖和粉砂質頁巖夾硅質巖，見腕足類化石和磷結核，可能代表了較深水的淺水陸棚環境；上部以硅質巖、硅質頁巖夾灰巖透鏡體為主，可能指示了較深水的深水陸棚-陸棚凹陷環境。

3.2 古地理特征及演化分析

中二疊世棲霞組沉積后，東吳運動開始波及工作區，受構造和海平面的影響，發生大規模海退，海水向南西方向退去，工作區大部分地區為陸棚相沉積，東至-石臺地區形成緩坡環境。從中二疊世孤峰期巖相古地理圖可以看出：全區南高北低，沉積相整體呈北東向展布，呈兩凹一脊的古地理格局，海水向南南西退卻；進而可細分為陸棚凹陷、深水陸棚、淺水陸棚、陸棚邊緣、陸棚淺灘和深水緩坡亞相（圖4）。

（1）陸棚凹陷（SBa）

主要分布于3個凹地（南陵煙墩-南陵-蕪湖一線、巢湖-含山地區和潛山-懷寧-廬江-巢湖槐林一線）。主要巖石類型為硅質巖、含泥質硅質巖夾硅質頁巖和碳質頁巖。

（2）深水陸棚（DSh）

分布于工作區大部分地區。主要巖石類型為硅質巖與硅質碳質頁巖不等厚互層。

（3）淺水陸棚（SSh）

分布于銅陵-繁昌地區和寧國港口-廣德地區。主要巖石類型為硅質頁巖、碳質頁巖夾硅質巖和泥灰巖；碳質頁巖夾硅質頁巖，偶夾含錳泥灰巖。

（4）陸棚邊緣（SM）

分布于貴池區唐田-棠溪地區。主要巖石類型為下部含錳碳質灰巖、白云質灰巖，上部硅質巖、含燧石條帶灰巖、硅質頁巖。

（5）陸棚淺灘（ShP）

分布于銅陵順安-繁昌獅子尾地區。主要巖石類型為下部含生物碎屑灰巖、含碳泥質灰巖，上部硅質頁巖、硅質巖，局部呈互層狀產出。

（6）深水緩坡（DRa）

分布于石臺-東至東地區。主要巖石類型為含生物碎屑灰巖、含燧石條帶灰巖。

總之，工作區孤峰期整體呈“兩凹一脊”的沉積格局，并伴隨有多個小型凹陷，其格局的形成與古地貌存在密切的關系。“兩凹”主要指廣德-宣城-涇縣-南陵凹陷和含山-巢湖-無為-安慶凹陷，沉積厚度相對較薄，沉積水體相對較深，以硅質巖和硅質碳質頁巖為主，以深水陸棚-陸棚凹陷沉積為主，中上部一般發育厚度不等的碳質硅質頁巖，其發育程度直接影響孤峰組的厚度。“一脊”指東至-貴池地區和銅陵北-繁昌地區，沉積水體相對較淺，坡折的古地理位置，易受上升流的影響，發育中小型錳礦。東至-貴池地區以含錳質灰巖、硅質灰巖為主，沉積厚度相對較薄，以陸棚邊緣-深水緩坡沉積為主；銅陵北-繁昌地區以含錳頁巖、硅質碳質頁巖夾含錳灰巖為主，沉積厚度較厚，以陸棚淺灘沉積為主。

圖4 安徽沿江地區孤峰期巖相古地理圖

研究區二疊系地層不同程度受加里東運動、華力西-印支運動、燕山運動和喜馬拉雅運動的影響。晚古生代構造古地理格局及其演化如下：

馬平晚期（早二疊世），受冰川型海平面變化影響，海水逐漸退出，再次抬升成陸。中二疊世早期（羅甸期和祥播期），經歷了晚古生代最大的海侵旋回，繼續保持了碳酸鹽大臺地的格局，普遍發育含瀝青質灰巖、含燧石結核灰巖夾硅質巖。中二疊世晚期早時（孤峰期）形成非補償盆地，發育厚度不一的硅質巖和硅質頁巖沉積；晚時（冷塢期）為濱岸-三角洲相泥頁巖沉積（貴池-銅陵地區為濱淺海相碳酸鹽巖沉積）。馬平晚期（早二疊世），受冰川型海平面變化影響，海水逐漸退出，再次抬升成陸。中二疊世早期（羅甸期和祥播期），盆地經歷了晚古生代最大的海侵旋回，繼續保持了碳酸鹽大臺地的格局，普遍發育含瀝青質灰巖、含燧石結核灰巖夾硅質巖。中二疊世晚期早時（孤峰期）形成非補償盆地，發育厚度不一的硅質巖和硅質頁巖沉積；晚時（冷塢期）為濱岸-三角洲相泥頁巖沉積（貴池-銅陵地區為濱淺海相碳酸鹽巖沉積）。中二疊世孤峰期（孤峰組）受東吳運動和海平面變化影響，發生大規模海退，海水向南西方向退卻，沉積水體相對較淺，主體為陸棚相沉積，呈“兩凹一脊”的沉積格局，并伴隨有多個小型凹陷，沉積物以硅質巖、硅質碳質頁巖、頁巖為主，產菊石和腕足類等化石。在東至-貴池地區和銅陵北-繁昌地區地區沉積水體相對較淺，位于陸棚坡折部位，受上升流影響帶來大量含錳物質，以錳土層、含錳頁巖、含錳灰巖形式沉積下來，局部形成中小型錳礦。受東吳運動影響，全區大面積隆升，陸地擴大，海水退出，發生短暫的沉積缺失。晚二疊世早期（吳家坪期）整體為三角洲相長石砂巖、粉砂質泥巖夾含煤巖系沉積（宿松地區為濱岸沼澤相-緩坡相碎屑巖夾煤線和含燧石結核-條帶灰巖）。晚二疊世晚期（長興期）工作區再次發生凹陷，再次遭受海侵，形成欠補償盆地。該期大部為較深水陸棚相硅質泥頁巖、碳質泥頁巖和泥頁巖沉積；東側歙縣—廣德一線為臺地相碳酸鹽巖夾硅質巖沉積。

4 討論

本文在充分研究和整理下揚子地區古生代沉積演化背景和格架的基礎上，消化和吸收前人對工作區目的層系沉積學、古生物學和巖相古地理的研究成果，分析了工作區孤峰組古地理演化。

雖然孤峰組黑色頁巖沉積環境有利、化石豐富、有機碳含量高、成藏條件較好，但是構造運動對頁巖地層的影響還是很深。中國南方二疊紀構造活動強烈，受古特提斯演化控制，洋盆處于俯沖、局部關閉、形成階段，盆地主要處于區域拉張構造背景（李文淵，2018）。安徽下揚子地區在印支運動-燕山運動早幕前陸變形中，變形強度大，而且影響范圍廣，工作區都卷入了強烈的前陸變形，海相油氣資源呈現為非常復雜的狀態，給油氣勘探造成了較大的難度（丁道桂等，2009；朱光等，1998；徐曦等，2018；蔡周榮等，2015；杜建波等，2007；何明喜等，2006）。具體表現為頁巖氣目的層系及其整個古生界均卷入到強烈的褶皺變形，形成了多個背斜和向斜，并發育較多的斷層，形成了現今古生代面貌的趨型。部分向斜地層平坦，且斷層不發育，基本保留了印支運動時期的構造，受到后期伸展斷陷影響有限，是比較有利的頁巖氣保存區塊。大部分背斜和少量向斜多已造山隆起、暴露，缺少相對的封蓋條件，加之不同規模、不同性質的斷裂構造非常發育，對頁巖氣的保存非常不利。在燕山運動中幕拉張環境下，形成了大規模中生代沉積盆地，中新生代盆地之下保存穩定的古生界頁巖氣目的層系，是尋找古生界頁巖氣是主要目標之一。此外，燕山期的擠壓形成逆沖斷層、推覆斷層形成很好的圈閉，特別是（低角度逆掩斷層）下盤也是良好的頁巖氣主要目標之一，但該時期形成的正斷層屬于開放系統，對頁巖氣保存相對不利。喜馬拉雅運動強烈的影響著現代的地形地貌格局，不均衡差異升降運動使得燕山期巖漿巖隆起，極大的改變了印支-燕山運動形成的沉積-構造格架。喜馬拉雅運動的不均衡升降常被忽略，其實其影響較大，其升降運動極大的影響著古生代的埋深、有機質的Ro與烴演化，進而影響頁巖氣的保存和勘探（丁道桂等，2009；朱光等，1998；徐曦等，2018；蔡周榮等，2015；杜建波等，2007；何明喜等，2006）。

5 結論

（1）從橫向對比來看，安徽廣德-宣城地區和繁昌地區孤峰組沉積厚度較大，主要以硅質頁巖、碳質頁巖、泥頁巖夾硅質巖為主，泥頁巖較為發育。涇縣-銅陵地區和含山-巢湖-和縣地區沉積厚度相對較薄，主要以硅質巖和硅質碳質頁巖為主，泥頁巖較不發育。池州祁門村地區和安慶地區沉積厚度相對較薄。宿松地區沉積厚度相對較厚，以硅質巖、粉砂質頁巖和硅質頁巖為主，中上部頁巖較發育。

（2）孤峰期古地理圖全區南高北低，沉積相整體呈北東向展布，呈“兩凹一脊”的古地理格局，海水向南南西退卻；進而可細分為陸棚凹陷、深水陸棚、淺水陸棚、陸棚邊緣、陸棚淺灘和深水緩坡亞相。

（3）構造運動對頁巖地層的破壞還是很大，在后續頁巖氣勘探中應重視構造運動對頁巖地層的影響。

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Sedimentary Facies of the Middle Permian Gufeng Formation in the Region along the Yangtze River, Anhui Province

WANG Jun-tao1XU Jin-long1SHEN Shi-hao1LIAO Sheng-bing2ZHENG Hong-jun2

(1-Anhui Institute of Geological Survey, Hefei 230001; 2-Nanjing Center, CGS, Nanjing 210016)

The Permian Gufeng Formation is well developed and characterized by large thickness, abundant organic matter which shows has shale oil and gas resource potential. This paper has a discussion on the lithologic characteristics of the main target beds in the study area on the basis of previous work, combined with lithology, fossil belt and stratigraphic correlation. A comprehensive model of Permian sedimentary environment is established, and a comprehensive analysis of sedimentary facies (facies-subfacies-microfacies) is carried out for a typical section which reveals the relationship between sedimentation, tectonic subsidence and sea level change in the Gufeng stage. Taking subfacies or microfacies as mapping unit, a lithofacies and paleogeographic map in the Middle Permian is compiled, the lithofacies and paleogeographic characteristics in the Middle Permian are summarized, and the paleogeographic evolution in the Middle Permian is analyzed.

region along the Yangtze River; Gufeng Formation; sedimentary facies; paleogeography

P534.46

A

1006-0995（2022）02-0187-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.002

2021-09-27

中國地質調查局地質調查項目（12120114019801）；安徽省地質礦產勘查局科技項目（KJ2012-01）

王俊濤（1983—），男，湖北天門市人，博士，高級工程師，現從事頁巖油氣地質勘探