西昌复合盆地层序界面研究及意义

发布网友 发布时间：2022-05-20 19:12

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热心网友 时间：2023-11-15 09:23

作为地史演化的产物，地层序列只记录了不足地球历史的二分之一，更长的时间是间断和剥蚀期（李思田，1995）。而作为一种负记录，层序界面可提供如下5个方面的信息：①各种标识特征的物理界面；②可供研究的记录，包括截然不同于上覆、下伏层序的特殊沉积，以及与下伏层序有成因联系的残存记录；③物理记录的侵蚀间断；④时间序列的不连续性；⑤曾发生过的某一事件或一系列事件。可见，层序界面的研究意义重大。自层序地层学诞生以来，层序界面在盆地分析及油气勘探中的作用愈加明显，因而深受人们的关注。Krapez（1996,1997）初步讨论了层序与盆地的关系，许效松等（1996,1997）系统地阐述了层序界面成因类型及其与盆山转换之间的关系，李思田等（1995）强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义，覃建雄等（2001）对层序界面的级别类型及其与盆地之间的关系进行了研究。随着地球动力学和沉积盆地动力学研究逐渐成为热点，有关层序界面的研究将更加深入而广泛。

西昌盆地位于泛华夏陆块群中的扬子地块西缘，地处特提斯构造域（许效松等，1997）。作为扬子陆块西部*边缘与特提斯洋复合作用产物，西昌复合盆地在不同地史时期具有不同的大地构造属性，显示明显的纵向叠加、横向复合的复式特征。在晚震旦世—古新世约600Ma的演化进程中，西昌复合盆地经历了构造升降、气候突变、海平面变化、生物绝灭、热事件等各种事件的改造叠加，形成了各种成因的层序界面，这些界面分布广泛、类型各异、特征显著、侵蚀有别、间断不一，是进行层序界面研究的理想地区和层位。论文着重阐述界面的级别类型及特征，分析界面的成因属性及机理，进而探讨界面在地层划分、盆地成因以及油气勘探中的意义。

8.1.1　级别类型及特征

根据界面组构特征、延伸范围、侵蚀程度及间断期限，西昌复合盆地共识别出6个级别的层序，即特级、超级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级（表7.3和图8.1）。

8.1.1.1　特级

该类界面以微角度—角度不整合为重要特征，分布范围广、侵蚀变化大、间断时限长（表7.3），上覆与下伏层序在盆地性质、构造属性、动力机制等方面存在质的差异，它代表全球构造运动的产物。区内包括上震旦统底界（T₁）、上二叠统白果湾组底界（T₆₉）和古新统顶界（T₇₈）。其中，T₁和T₇₈分别系澄江运动和喜马拉雅运动的产物，它们标志西昌复合盆地演化的起始和最终消亡。

8.1.1.2　超级

区内包括志留系—泥盆系界线（T₄₀）、泥盆系—二叠系界线（T₅₄）、中上二叠统界线（T₆₀）、中下侏罗统界线（T₇₃）（图8.1）。标志主要包括：①区域性平行不整合；②区域性残积层；③明显的地层缺失；④长期的沉积间断等（表7.3）。揭示区域性构造运动为主控因素造成的产物，如界面T₇₃，主要表现为中侏罗统、下侏罗统之间的区域性平行不整合（图8.1），代表燕山运动Ⅰ幕产物，它暗示西昌复合盆地由周缘前陆盆地向陆内拗陷盆地的转化。

图8.1　西昌复合盆地层序界面级别划分及其与盆地演化的关系

1—特级；2—超级；3—Ⅰ级；4—Ⅱ级；5—Ⅲ级；6—Ⅳ级

（注：图中Ⅵ级界面仅标出典型的，其他级别界面均已全部标出）

8.1.1.3　Ⅰ级

识别标志与超级界面的相似，但界面分布范围较小、侵蚀程度较弱、残积层规模较小、侵蚀间断相对不明显（表7.3），代表地区性构造运动产物。如界面T₇₆，主要标志是缺失下白垩统上部大铜厂组，同时该界面为生物绝灭事件面，之上标志着被子植物辐射演化的开始，为燕山构造运动Ⅲ幕产物。此外，I级界面还有震旦系—寒武系界线（T₁₁）、寒武系—奥陶系界线（T₂₂）（图8.1）。

8.1.1.4　Ⅱ级

标志包括两种类型，一是盆地范围内明显的沉积间断（通常相当于1个期或数个生物带），如界面T₄₇，作为上、下泥盆统之间的界面即西昌构造Ⅱ幕运动面，该界面的标识特征包括：①普遍缺失下泥盆统顶部的边菁沟组；②下泥盆统坡脚组顶部发育赤铁矿层。二是沉积间断相对不明显的特殊地层界面——综合事件地层界面，如二叠系—三叠系之间的界面（T₆₃）（图8.1），即表现为生物绝灭、海平面下降、凝灰沉降、沉积地化异常、磁极倒转等诸多事件的综合产物（杨遵仪等，1992）。

8.1.1.5　Ⅲ级

标志主要有：喀斯特面、溶蚀面、暴露面、淡水成岩段、溶蚀孔洞缝带、白云岩化、溶蚀角砾岩、古土壤等，区内典型的Ⅲ级界面包括T₁₆、T₂₆、T₃₁、T₆₂、T₇₁、T₇₅、T₇₇等（图8.1）。其中，T₁₆为最典型的Ⅲ级界面，贯穿全区，证据主要有：①中西部地区凹凸不平，下伏龙王庙组顶部发育岩溶白云岩，被上覆陡坡寺组中薄层灰质泥岩超覆；②上为0～0.1m残积相，向东变薄尖灭。

8.1.1.6　Ⅳ级

该类界面标识特征不明显。分为两种情况：一是与海底成岩作用有关的界面，以硬底、软底或固底为特征（覃建雄等，2001），如下寒武统下部的界面T₁₁以及中二叠统茅口组底部的界面T₅₈；二是与早期暴露（溶蚀）面相关的海侵改造界面，具体标志是：①暴露（溶蚀）海侵改造面；②界面之上的高幅海侵序列；③界面上覆、下伏相邻体系域出现明显的“跳相”或相带突变现象。该类界面主要见于下二叠统栖霞组，如T₅₅、T₅₆、T₅₈等（图8.1）。

8.1.2　成因分析

在上述界面标识特征基础上，结合的形成背景、发育机理及其与构造活动、海平面变化、盆地性质及演化的关系，将西昌复合盆地上述不同级别类型的层序归纳为如下6种成因类型（图8.2）。

8.1.2.1　造山侵蚀

典型代表是T₆₉，成因标志包括：①低角度不整合、陆上冲刷切割或假整合；②下伏为上震旦统—中二叠统海相碳酸盐岩沉积，上覆为盆外物源注入造成的陆相低水位楔形体－冲积扇－扇三角洲－山前磨拉石建造，揭示中二叠世末—晚二叠世初西昌复合盆地性质由被动*边缘向前陆盆地的重大转折时期。该类的机理（图8.2A）主要为：造山升隆作用导致*边缘转为前陆过程，克拉通形成前陆隆起带，下伏沉积物隆升，与上覆层序低角度不整合。

8.1.2.2　升隆侵蚀

包括T₄₀、T₅₄、T₆₀、T₇₃，尤以T₅₄为典型，标志主要有：①普遍缺失石炭系沉积，局部地区影响到上志留统；②上扬子地区广泛分布的铁铝质风化残积层；③下伏为区域性分布的岩溶地层或风化改造层段；④界面下伏老盆地和上覆新盆地之间在动力学性质上无明显的变化。表明泥盆纪末由于广西构造运动的影响，地层区域性抬升，遭受长期的风化剥蚀，最终造成升隆侵蚀成因的层序界面（图8.2B）。该类界面代表在相似构造背景下老盆地的消亡和新盆地的新生。

8.1.2.3　陆上侵蚀

陆上侵蚀界面主要为地区性构造运动引起地层暴露地表，遭受相对轻微的剥蚀，造成一定程度的沉积间断。识别标志与升隆侵蚀界面相似，但界面分布范围有限、侵蚀程度较弱、残积层规模较小（图8.2C）。如T₁₁作为桐湾运动产物，导致筇竹寺组假整合于灯影组之上，T₂₂作为西昌运动产物，上覆红石崖组与下伏二道水组之间，缺失新厂阶。该类型界面揭示次级盆地或盆地构造阶段之间的转变面。

图8.2　西昌复合盆地层序成因图解

1—构造升隆；2—盆地沉降；3—海平面上升；4—海平面下降；5—盆底挠曲；6—盆底回弹；7—物源供给；8—海侵上超；9—海底成岩作用面；10—灰岩。图中A—D代表层序单元序列。图A为造山侵蚀T₆₉的形成图解：A-1为中三叠世沉积模式；A-2为前陆盆地挠曲变形；A-3为前陆盆底回弹、沉积物造山侵蚀。图B为升隆侵蚀T₅₄的形成图解：B-1为晚泥盆世沉积模式；B-2表示区域构造升隆过程，使地层C、D位于潜水面以上；B-3表示C、D风化剥蚀，较老地层A、B暴露地表。图C为陆上侵蚀T₂₂形成图解：C-1表示晚寒武世沉积模式；C-2表示地区性构造抬升，使地层D位于潜水面以上；C-3示意D单元遭风化剥蚀，较老地层C暴露地表。图D为暴露侵蚀T₄形成图解：D-1表示晚震旦世沉积模式；D-2表示坡折带以上暴露地表；D-3示意坡折带以上暴露侵蚀界面被保存下来。图E为水下间断界面T58形成图解：E-1表示中二叠世沉积模式；E-2表示海平面长周期快速上升，导致饥饿沉积；E-3示意海底成岩作用的发育与保存。图F为海侵上超的形成图解；F-1表示晚奥陶世沉积模式；F-2表示早期暴露面发育；F-3示意快速海平面向陆超覆，导致下伏浅水沉积被海侵改造和其上深水沉积超覆

8.1.2.4　暴露溶蚀

暴露溶蚀形成于长周期主体海平面下降时期即盆地主体充填时期，为*海平面下降末期沉积物暴露地表，遭受淡水溶蚀、成岩改造或地表残积的产物（图8.2D）。该类界面构成区内主要的界面类型，包括T₁₆、T₂₆、T₃₁、T₆₂、T₇₁、T₇₅、T₇₇，反映盆地演化过程中的中止或暂停。暴露溶蚀界面组合是盆地逐渐收缩的产物。

8.1.2.5　海侵上超

海侵上超界面形成于长周期主体海平面上升旋回，系长周期海平面上升受短期海平面变化叠加的产物（图8.2E）。通常以上超界面组合为特征，自下而上，各对应的水深递增，并以组合中顶部界面水深最大；对单一而言，表现为上覆、下伏两个海侵型层序之间短期海平面静止或短期低幅海平面下降特点，区内下寒武统、下泥盆统、下二叠统发育大量该类界面，典型的有T₄、T₁₂、T₅₀、T₅₅～T₅₈等，代表*边缘突然拉张和盆地急剧扩大的产物。

8.1.2.6　水下间断

水下间断界面形成于水体相对深、沉积作用明显匮乏的海底环境中，为长周期海平面上升旋回与短周期海平面升降叠加的结果（图8.2F）。主要以沉积作用停滞或海底早期成岩作用为特征，发育水下硬底、固底或软底，常与海侵上超界面共生，反映盆地最大拉张和稳定发展时期。该区下二叠统发育该类层序。

8.1.3　研究意义

8.1.3.1　解决地层界线问题

1）震旦系—寒武系界线。经典的寒武系—震旦系界线位于灯影组三段（麦地坪段）上部第二小壳化石Paragloborilus-Siphogonuchites带之底，根据层序地层学理论体系，现上移至灯影组顶部（图8.3）。证据包括：①桐湾构造运动面：为一区域分布的平行不整合面；②岩性转换面：上覆为区域分布的海侵型含磷硅质粉砂页岩，之下为潮坪相白云岩；③生物群突变面：之上为具壳动物组合，之下为其他后生动植物组合；④极性偏转事件；⑤气候突变面：上部为干热气候的含膏盐地层，之下为温暖气候的碳酸盐岩。

图8.3　基于层序地层学的寒武系—震旦系界线（甘洛剖面）

2）奥陶系—寒武系。传统的奥陶系—寒武系界面通常划在二道水组上部牙形石Cordylos proavus带或Monocostos sevierensis带之底，现定在二道水组顶部（即二道水组/红石崖组之间），标志主要包括：①西昌构造运动面：缺失相当于下奥陶统下部的新厂阶；②岩性突变面：红石崖组碎屑岩覆盖在二道水组白云岩之上（图8.4）；③生物转变面：之上为无脊椎动物辐射演化及生物相分异，之下为具壳动物演化时期；④气候突变面：上覆为湿热气候的富赤铁矿、菱铁矿岩层，下伏为干热气候组合。

3）志留系—奥陶系。传统的志留系—奥陶系界面定在龙马溪组下部五峰阶Dicellograptus szechuanensis带和Dalmanitina带层位之上，现下移至五峰组底部层位。主要标识有（图8.5）：①暴露侵蚀不整合面：之下为临湘组顶部淡水胶结角砾岩层段；②典型的海侵事件面：五峰组海湾相黑色页岩超覆在下伏临湘组白云岩之上；③五峰期构造古地理和沉积格局与志留纪的一致，但明显有别于前五峰期。

图8.4　基于层序地层学的奥陶系—寒武系界线（普格剖面）

图8.5　基于层序地层学的志留系—奥陶系界线（甘洛剖面）

8.1.3.2　阐释盆地性质与演化

不同的构造背景和盆地属性，产生不同成因类型的层序，不同的构造幅度和盆地规模形成不同级别类型的层序（覃建雄等，2001）。作为沉积盆地演化的产物，层序界面反映沉积地壳演化过程中，构造背景、盆地性质、盆地规模等不同程度的变化，包括盆地域之间、盆－盆之间、盆－山之间乃至盆地内部不同级别单元之间的动力学转化面，因此，通过层序界面成因和规模的研究，可以揭示沉积地壳演化期间的转化事件。

就成因类型而言，造山侵蚀界面揭示不同性质沉积盆地之间的转折事件，如界面T₆₉即反映了晚震旦世—中二叠世被动边缘盆地的结束以及印支期—燕山期陆相盆地的开始；升隆侵蚀界面反映相同性质盆地之间的转换面，如T₅₄表明了被动边缘演化过程中加里东旋回的结束以及华力西旋回的开始；陆上侵蚀面以T₁₁、T₂₂为代表，反映次级盆地之间或同一盆地演化过程中的侵扰事件；水下间断（如T₅₇、T₅₈）表征最大海泛或盆地最快沉降时期；海侵上超界面如T₅₅、T₅₆，表明盆地构造拉张、海盆范围迅速扩大到临界期；暴露溶蚀界面则是稳定构造背景下由于海平面短期快速下降引起盆地间断收缩的产物。

对界面级别类型来说，特级界面反映了全球构造旋回或威尔逊旋回之间的转换面，如界面T₁、T₆₉、T₇₈分别揭示了*裂谷旋回与加里东－华力西旋回之间、加里东－华力西旋回与印支－燕山旋回之间的转换面以及印支－燕山旋回的消亡面；超级界面如T₄₀、T₅₄、T₆₀、T₇₃具有区域性特点，反映了沉积盆地域之间的分界面，Ⅰ级界面（如T₁₁、T₂₂、T₇₆）显示地区性特征，表明沉积盆地之间的转化面；Ⅱ级界面T₄₇、T₆₃作为Ⅱ级层序的重要识别标志之一，反映盆地构造幕之间的界面；Ⅲ级界面（如T₁₆、T₂₆、T₃₁、T₆₂、T₇₁、T₇₅、T₇₇）揭示了盆地沉积幕之间的界面；Ⅳ级界面则反映盆地充填韵律之间的转换面。

8.1.3.3　在油气勘探中的应用

层序界面对油气的控制意义很大程度上取决于界面的性质、特征和分布。就界面级别类型而言，界面规模大小与其对油气的控制意义成正相关关系；通常特级、超级界面控制的油气储层具有全球或区域性对比意义；Ⅰ、Ⅱ级界面相关的储层具有地区性对比意义；Ⅲ级界面的作用相对较小，仅在盆地范围内可进行追踪；Ⅳ级界面对油气储层发育的作用不明显，但作为储层与盖层的临界面，对油气藏的封盖意义重大。

就界面成因而言，造山侵蚀界面对油气的控制作用表现为：下伏的被动边缘盆地巨厚碳酸盐岩层（如T₆₉，下伏震旦系—中二叠统）往往构成有利烃源层，其上覆的前陆盆地粗碎屑岩（如白果湾组）构成良好储集层；升隆侵蚀界面是形成岩溶储层或古潜山油藏的主控因素，以T₅₄为例（图8.6）：①界面本身即为重要的油气运移通道和储集场所（图8.6B）。②下伏是大型岩溶云岩储层（图8.6C）和风化成因砂岩储层（图8.6D）。③上覆为典型的残积型LST砂岩储集体（图8.6A）。陆上侵蚀界面与升隆侵蚀界面相似，但由于间断时间较短、侵蚀规模较小、分布范围有限，因而对油气的作用主要是作为油气的运移通道，上覆通常不发育残积型储集体，暴露溶蚀的控油意义不大，但有利于后期储层的发育。海侵上超界面和水下间断界面的意义与上述Ⅳ级界面相似。