地球科学|蔡全升等:湘西前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积环境与有机质富集机制：以TD2井为例

学术科学 2024-08-19 00:00 湖北

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受地层剥蚀和强烈构造活动的影响，对中扬子东南缘前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系关注较少，该区黑色岩系沉积特征与有机质富集规律尚不清楚.利用近年来新获取的常德TD2井岩心资料，基于岩石学、沉积学以及地球化学分析，对湘西前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系的发育特征、沉积环境及有机质富集机制开展了深入研究.结果表明，湘西前陆坳陷区TD2井五峰‒龙马溪组黑色岩系厚度较大，TOC > 2%的富有机质页岩厚约21 m，岩性以硅质页岩与碳质页岩为主，基于岩性差异自下而上可划分为四个沉积单元，富有机质页岩主要集中凯迪阶至鲁丹阶下部，而鲁丹阶上部‒埃隆阶下部黑色岩系TOC含量普遍偏低且呈间断发育.综合研究认为，前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系的形成主要受构造、海平面以及陆源碎屑供给等因素的综合控制.凯迪晚期‒鲁丹早期，受区域构造挤压和全球海平面上升的影响，湘西地区经历了显著的构造沉降及相对海平面上升等事件，极大地促进了坳陷区强还原条件的形成以及古生产力的提高，使得该时期研究区黑色岩系中的有机质大量富集.然而，随着鲁丹晚期区域构造挤压活动的加剧，研究区由构造沉降向构造隆升转变，持续的构造抬升与风化作用增强，导致了研究区陆源碎屑供给大量增加和相对海平面不断下降，并最终使得研究区富有机质页岩的形成发育在埃隆早期被终结.值得注意的是，埃隆早期的全球冰川型海平面上升在研究区也有响应，促进了龙马溪组黑色页岩的二次发育.据此，提出了湘西前陆坳陷区奥陶‒志留纪之交富有机质页岩的发育模式，以期为该区五峰‒龙马溪组页岩气勘探及奥陶‒志留纪之交重大地质事件沉积响应研究提供参考.本文得出以下结论：

(1) 湘西前陆坳陷区发育五峰‒龙马溪组黑色富有机质岩系沉积，TOC含量为0.15%~5.0%，平均为2.0%.其中，TOC含量大于2%的富有机质页岩约21 m，以硅质页岩与碳质页岩为主，可见大量陆源碎屑.富有机质页岩主要集中分布于凯迪阶至鲁丹阶下部，鲁丹阶上部‒埃隆阶下部黑色岩系TOC含量明显降低且呈间断发育特征.

(2) 持续的构造沉降与全球海平面上升是控制凯迪期‒鲁丹早期富有机质页岩形成的关键.海平面的上升不仅为前陆深渊带生物活动来了大量营养元素，提高海洋古生产力，同时也促进了强还原条件的形成，为有机质大量富集保存创造了条件.

(3) 与构造隆升、风化作用增强有关的陆源碎屑物质供给和全球海平面升降则是鲁丹期‒埃隆期之交黑色岩系间断发育的主要控制因素.埃隆早期全球海平面的快速上升，是龙马溪组黑色岩系二次发育的主要原因.然而，随着构造隆升活动加强，陆源物质供给增加，海平面不断下降，使得研究区整体以弱氧化环境为主，水体相对局限，古生产力明显降低，进而终结了研究区黑色岩系的持续发育.

图1 扬子地区奥陶‒志留纪之交构造‒沉积古地理(a)与湘西前陆盆地区五峰‒龙马溪组黑色岩系地层特征(b)

图2 TD2井五峰龙马溪组黑色岩系地球化学特征

图3 奥陶‒志留纪之交湘西前陆坳陷区黑色富有机质页岩发育模式

文章刊登在《地球科学》第49卷第7期

蔡全升, 胡明毅, 杨智, 邱小松, 张保民, 李海, 胡忠贵, 邓庆杰, 2024. 湘西前陆坳陷区五峰‒龙马溪组黑色岩系沉积环境与有机质富集机制：以TD2井为例. 地球科学, 49(7): 2330-2345. doi: 10.3799/dqkx.2023.098

Cai Quansheng, Hu Mingyi, Yang Zhi, Qiu Xiaosong, Zhang Baomin, Li Hai, Hu Zhonggui, Deng Qingjie, 2024. Sedimentary Environment and Organic Matter Accumulation of Black Rock Series of Wufeng-Longmaxi Formations in Foreland Depression, Western Hunan Province: An Example from Well TD2 in Changde Area. Earth Science, 49(7): 2330-2345. doi: 10.3799/dqkx.2023.098

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