謝小敏 胡文瑄 曹劍 姚素平 邊立曾 高玉巧

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司無錫石油地質(zhì)研究所江蘇無錫214151;2.南京大學(xué)地球科學(xué)系南京210093)

浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)黑色泥巖沉積環(huán)境初探:微體古生物與有機(jī)地球化學(xué)證據(jù)①

謝小敏1，2胡文瑄2曹劍2姚素平2邊立曾2高玉巧2

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司無錫石油地質(zhì)研究所江蘇無錫214151;2.南京大學(xué)地球科學(xué)系南京210093)

在中國(guó)東南沿海浙閩地區(qū)的中生代火山巖分布區(qū)，廣泛發(fā)育有中生代沉積巖系，關(guān)于這套沉積巖是否受到海水作用影響，目前還存在爭(zhēng)論。通過對(duì)福建下白堊統(tǒng)坂頭組(K1b)、浙江地區(qū)為壽昌組(K1s)和館頭組(K1g)地層進(jìn)行系統(tǒng)觀察及采樣，并進(jìn)行詳細(xì)的古生物化石觀察及有機(jī)地球化學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)沉積巖中除陸相高等植物之外，還見過渡相的線葉植物和海相紅藻和褐藻化石;同時(shí)某些有機(jī)地球化學(xué)特征亦顯示其具有一定的海相沉積特征，如普遍存在較高的伽馬蠟烷含量，伽馬蠟烷/C30藿烷比值較低(0.11～0.18，平均值0.14)，以及C30重排藿烷檢出。因此，從古生物學(xué)與有機(jī)地球化學(xué)特征來看，該區(qū)的確受到海侵作用影響，結(jié)合地質(zhì)背景，推測(cè)海侵事件主要受古太平洋域的影響。

浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)有機(jī)地球化學(xué)海相化石沉積環(huán)境

浙閩地區(qū)是中新生代火山巖大面積分布地區(qū)，因此前人對(duì)浙閩地區(qū)的研究多從火成巖入手，討論許多重要科學(xué)問題［1～4］等，而對(duì)火成巖中的沉積巖層往往開展工作較少。事實(shí)上，在廣袤的中生代火成巖覆蓋區(qū)，沉積巖層分布亦比較廣泛，如下白堊統(tǒng)，與火山巖呈互層、夾層共生有厚度不等的暗色沉積巖，其中有的大套黑色泥巖發(fā)育，前人對(duì)這套沉積巖的研究主要集中于進(jìn)行古生物時(shí)代劃分［5～8］。

關(guān)于其沉積環(huán)境，一致認(rèn)為是內(nèi)陸山間湖盆沉積［9～11］。徐北煤［12］對(duì)浙江象山石浦地區(qū)下白堊統(tǒng)石浦群地層進(jìn)行詳細(xì)的古生物及地球化學(xué)分析，并結(jié)合臺(tái)灣地區(qū)的地質(zhì)，認(rèn)為浙閩地區(qū)受到不同程度海水入侵的影響，自臺(tái)灣海峽向陸上，沉積環(huán)境存在海相、海陸過渡、陸相的過渡演化。因此，該地區(qū)下白堊統(tǒng)沉積巖是否曾受到海水作用的影響?是否存在這樣一個(gè)從海相至陸相的過渡演化?這是研究該地區(qū)下白堊統(tǒng)沉積環(huán)境的一個(gè)基礎(chǔ)地質(zhì)問題，本研究試圖在對(duì)浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)沉積巖的分布及其發(fā)育特征詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，期望能從古生物與有機(jī)地球化學(xué)特征來探討該區(qū)的沉積環(huán)境，為今后的研究提供新的地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)背景及地層分布

浙閩地區(qū)北臨大別印支期造山帶、南為東南亞陸緣島弧帶、西接北越馬江(松馬)印支期造山帶、東濱太平洋—菲律賓大洋板塊［13］。侏羅紀(jì)一白堊紀(jì)前主要受特提斯構(gòu)造域和印支期造山的影響，白堊紀(jì)以來則主要受太平洋構(gòu)造作用的制約，陸內(nèi)構(gòu)造、巖漿作用也較發(fā)育，形成各具特色的中小型盆地［14］，下白堊統(tǒng)沉積巖也主要分布在這些中小型盆地中。

由于該地區(qū)下白堊統(tǒng)沉積地層類型比較復(fù)雜，巖性、巖相及厚度多變，古生物化石分布不均，因此，對(duì)該地區(qū)的地層對(duì)比存在分歧與爭(zhēng)議［8，9，15～18］。本次工作通過大量的野外剖面實(shí)際觀測(cè)研究，并經(jīng)與地質(zhì)隊(duì)老專家交流(徐克定，梁詩(shī)經(jīng)等)，對(duì)浙閩地區(qū)的地層劃分方案參考丁保良等［19］的劃分標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了一定的修改(表1)。

總體上，江山—紹興斷裂和政和—大埔斷裂將浙閩地區(qū)分成東、西兩大部分(表1)。西部地區(qū)，早白堊世最早期火山活動(dòng)開始，但仍以沉積巖為主，到黃尖組時(shí)期，火山活動(dòng)極為頻繁。壽昌組(福建坂頭組)，火山活動(dòng)衰竭，處于相對(duì)平靜階段，沉積巖較發(fā)育。到下白堊統(tǒng)中晚期，西部地區(qū)火山活動(dòng)基本結(jié)束，普遍缺失館頭組;東部地區(qū)火山活動(dòng)一度活躍，館頭組有火山巖夾層，沿海地區(qū)館頭組火山巖明顯增多。閩東石帽山群上下主要由火山巖組成［19］。由此可見，沉積巖主要集中在早白堊世中晚期(浙江壽昌組—館頭組，福建坂頭組)地層。同時(shí)在東、西部不同地區(qū)，由于火山活動(dòng)結(jié)束時(shí)間不同，西部地區(qū)的火山活動(dòng)結(jié)束較早，沉積巖發(fā)育較厚，東部地區(qū)火山活動(dòng)延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，整體以火山碎屑巖為主。

表1 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)地層劃分對(duì)比(參考丁保良等，1989;修改)Table 1Stratigraphic classification and correlation of lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces (after Ding Baoliang，et al.1989)

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

樣品主要來自于福建地區(qū)坂頭組，浙江地區(qū)壽昌組、館頭組及象山石浦群(與館頭組層位相當(dāng)［12］)地層，詳細(xì)采樣地點(diǎn)及采樣情況見表2。其中福建地區(qū)坂頭組主要分布在閩西永安盆地、舉嵐盆地及崇安盆地，整體巖性以黑色泥巖及砂巖、粉砂巖為主，黑色泥巖在崇安盆地發(fā)育最好(圖1a)，顏色最深、污手，厚度最大。浙江地區(qū)壽昌組主要分布在浙江西部地區(qū)，黑色泥巖發(fā)育，向西泥巖變薄(圖1b);館頭組主要分布在浙江中西部地區(qū)，其中黑色泥巖發(fā)育較少，以砂巖為主，且地層多受到火山作用影響，如浙江寧溪長(zhǎng)潭盆地(圖1c);石浦群分布在浙江象山石浦地區(qū)，巖性以砂巖、灰?guī)r為主，黑色泥灰?guī)r發(fā)育，但由于火山巖脈發(fā)育，大量灰?guī)r、泥灰?guī)r已強(qiáng)烈的硅化蝕變(圖1d)。

野外樣品首先進(jìn)行薄片磨制，黑色泥巖樣品在中科院南京古生物研究所實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行鏡解，制成薄片，以便古生物觀察鑒定。顯微鏡系統(tǒng)觀察后，精選黑色泥巖樣品在中國(guó)石油化工集團(tuán)無錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 古生物特征

精細(xì)的薄片觀測(cè)及古生物鏡鑒，發(fā)現(xiàn)本區(qū)樣品中含有大量高等植物碎片(圖2a，b)，孢子，以及生長(zhǎng)在過渡相環(huán)境的線葉植物(圖2c)，顯示復(fù)雜的沉積環(huán)境，如濱湖等。此外，更重要的發(fā)現(xiàn)是，在福建地區(qū)坂頭組黑色泥巖中存在底棲宏觀藻類，包括紅藻和褐藻(圖2d，e，f)，紅藻具有明顯的髓部，褐藻具有雙層結(jié)構(gòu)。紅藻和褐藻一般生活在海相環(huán)境中，其中紅藻只有少數(shù)種屬生活在高山湍急流水中，其沉積以碎屑狀散布為特征［20］。可見，該區(qū)底棲宏觀藻類反映的是海相沉積特征，說明該地區(qū)具有海相沉積，曾受到過海水作用影響。

實(shí)際上，早在1977年，張彌漫等［21］就在浙江下白堊統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)過指示海相環(huán)境的浙東鮒鱭魚化石。徐北煤［12］在對(duì)浙江地區(qū)的工作中，在浙江象山石浦地區(qū)石浦群中發(fā)現(xiàn)咸水、半咸水生物—龍介科蟲管化石，都曾暗示該區(qū)具有海相沉積層。

表2 浙閩地區(qū)野外工作剖面基本信息及樣品分析情況Table 2 Basic information of the outcrops and the analyzed samples in Zhejiang and Fujian provinces

圖1 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)地層野外照片。a.福建崇安盆地武夷山下白堊統(tǒng)坂頭組(K1b)黑色泥巖;b.浙江地區(qū)建德盆地壽昌中學(xué)旁壽昌組(K1s)雜色泥巖;c.浙江寧溪長(zhǎng)潭盆地館頭組(K1g)下部火山巖脈發(fā)育;d.浙江象山石浦地區(qū)石浦群(K1sh)中段硅化泥灰?guī)r與砂巖互層Fig.1Photographs of lower Cretaceous strata in Zhejiang and Fujian provinces

圖2 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)地層微體化石照片a.Wy-11，高等植物，福建崇安盆地武夷山坂頭組(K1b);b.Wy-11，高等植物，福建崇安盆地武夷山坂頭組(K1b);c.Wy-15，線葉植物，福建崇安盆地武夷山坂頭組(K1b);d.K1b-26，紅藻，福建永安盆地吉山村坂頭組(K1b);e.K1bn-15，褐藻，福建永安盆地吉山村坂頭組(K1b);f.Wy-23，紅藻，福建崇安盆地武夷山坂頭組(K1b)Fig.2The photomicrographs occurrence of microfossils of samples from lower Cretaceous strata in Zhejiang and Fujian provinces

以上可見，本區(qū)湖盆的沉積過程中，的確受到過海侵作用的影響，結(jié)合本期黑色泥巖在浙江壽昌組，館頭組均有分布的事實(shí)，可以推測(cè)這種影響可能是廣泛的。

3.2 生物標(biāo)志化合物特征

(1)鏈烷烴

如表3，浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)暗色泥巖的正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍C13～C40，主要為單峰型，主峰碳以C16或C18為主，反映有機(jī)質(zhì)來源主要為低等水生藻類［22～24］。此外，福建坂頭村坂頭組的1件泥巖樣品其主峰碳為C24(Bt-9)，武夷山的一個(gè)樣品(Wy-8)為C23，浙江寧溪長(zhǎng)潭水庫(kù)館頭組樣品(Ct-9)和浙江象山石浦石浦群樣品(Xs-1)主峰碳為C25，在一定程度上反映母質(zhì)來源于沉水和漂浮水生植物。由此可見，根據(jù)有機(jī)質(zhì)的正構(gòu)烷烴組成特征，本區(qū)泥巖有機(jī)質(zhì)的來源總體上以低等浮游生物為主，也包括沉水和漂浮水生植物。

表3 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)黑色泥巖飽和烴色譜參數(shù)Table 3Saturated hydrocarbon chromatography biomarker parameters of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces

Pr/Ph值的高低反映沉積環(huán)境的氧化還原性質(zhì)［25～26］。一般認(rèn)為，Pr/Ph＜1時(shí)反映有機(jī)質(zhì)的沉積環(huán)境為還原環(huán)境，大于1時(shí)為氧化環(huán)境［22］。如表3，浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)暗色泥巖具明顯的植烷優(yōu)勢(shì)，其Pr/Ph均＜1，大部分為0.2～0.6之間，為強(qiáng)還原環(huán)境，這種情況一般只出現(xiàn)在高鹽度沉積環(huán)境中［25，27，28］，如咸水湖泊［29，30］，或者海相環(huán)境。

(2)甾萜烷

三環(huán)萜烷

在本次工作所分析的12塊樣品中，三環(huán)萜烷通常以C21或C23為主峰，C19～C25三環(huán)萜烷相對(duì)分布總體以C19、C20、C21(或C19、C20、C21、C23)呈上升型為特征(圖3)，反映了湖相沉積的特征［31］。

伽馬蠟烷

浙閩地區(qū)樣品中均檢測(cè)出伽馬蠟烷，一般認(rèn)為高含量的伽馬蠟烷是高鹽度水體沉積的標(biāo)志，許多湖相石油和瀝青中，伽馬蠟烷是主要的生物標(biāo)志化合物，如美國(guó)猶他州的綠河泥灰?guī)r和我國(guó)西北地區(qū)［27，32－37］;但同時(shí)在海相烴源巖中也普遍檢測(cè)出伽馬蠟烷［38，39］。兩者的差異在于，在Pr/Ph＜1的還原沉積環(huán)境中，海相沉積中伽馬蠟烷/C30藿烷比值多數(shù)較低，＜0.2［23，39］，而陸相湖泊相中該比值要高［40，41］。本區(qū)伽馬蠟烷/C30藿烷分布在0.11～0.18范圍(表4)，平均值為0.14，與藏北的情況相似［23］。可見，根據(jù)浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)暗色泥巖的伽馬蠟烷豐度來看，這套泥巖具有海相沉積特征。

C30重排藿烷

在該區(qū)樣品中均檢測(cè)出高含量的C30重排藿烷，C30重排藿烷/C30藿烷在0.08～0.12范圍。曹劍等［31，42］在柴達(dá)木盆地北緣地區(qū)通過對(duì)重排藿烷與藻類含量的對(duì)比分析，指出重排藿烷可以指示底棲宏觀紅藻，與該地區(qū)紅藻化石的發(fā)現(xiàn)相一致，顯示海相沉積特征。

甾烷類

本研究過程中檢測(cè)出的甾類化合物主要成分為規(guī)則甾烷(C27～C29)和重排甾烷(C27～C29)，其次為C21～C22孕甾烷，和少量4-甲基甾烷(圖4)。其中規(guī)則甾烷呈不對(duì)稱“V”字型分布，表現(xiàn)為C27＞C29＞C28的分布特征，福建坂頭組少量樣品(Bt-9，Jl-7，Wy-8)則表現(xiàn)為C27＞C28＞C29(表4)，代表了低等水生生物，特別是藻類對(duì)有機(jī)質(zhì)母質(zhì)的影響。這一特征與藏北羌塘盆地晚侏羅世海相油頁(yè)巖生物標(biāo)志物特征一致［43］，說明該套暗示泥巖具有海相沉積特征。

4 關(guān)于海侵作用

根據(jù)古生物特征和生物標(biāo)志物地球化學(xué)兩方面的研究結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)背景，可以基本明確浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)暗色巖系的沉積環(huán)境屬于受海侵影響的湖相沉積。主要證據(jù)如下:

古生物特征:暗色泥巖中除了普遍發(fā)現(xiàn)低等水生藻類體，部分高等植物外，還普遍發(fā)現(xiàn)了典型的海相藻類，即底棲宏觀藻;

圖3 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)暗色泥巖部分樣品m/z 191色質(zhì)譜圖與m/z 217色質(zhì)圖Fig.3The biomarker characteristics of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces

表4 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)黑色泥巖的主要生物標(biāo)志物地球化學(xué)特征Table 4The main biomarker index of black mudstone in lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces

圖4 浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)古生物化石分布簡(jiǎn)圖Fig.4Simplified diagram showing fossils distribution of lower Cretaceous in Zhejiang and Fujian provinces

有機(jī)地球化學(xué)研究:大量生物標(biāo)志物特征指示還原環(huán)境，以及低等水生藻類和海相底棲宏觀藻類有機(jī)質(zhì)生源特征，反映海相和陸相沉積的雙重影響。某些生標(biāo)，如Pr/Ph比值較低所反映的強(qiáng)還原環(huán)境、C31～C35藿烷的下降型分布和規(guī)則甾烷的C27＞C29＞C28分布特征反映的有機(jī)質(zhì)主要來源于低等水生生物等，可能指示鹽湖環(huán)境，但根據(jù)伽馬蠟烷的豐度，以及與香港坪洲島典型第三系鹽湖相泥巖生標(biāo)組成特征的對(duì)比［44，45］，可知浙閩地區(qū)的這套暗色巖系不屬于鹽湖相沉積。那些可以反映鹽湖沉積特征的生標(biāo)組成實(shí)際上主要表明了沉積水體具有一定的鹽度，而這正是海水區(qū)別于正常湖水的重要特征。

前人研究表明，在我國(guó)東部地區(qū)，中、新生代可能曾受到過兩次海侵作用的影響，一次發(fā)生在晚三疊世—早侏羅世，一次即是本次研究的早白堊世［46］。海相白堊系地層主要見于珠江口盆地［46，47］及臺(tái)灣地區(qū)［48］。關(guān)于海相地層形成機(jī)制，一種觀點(diǎn)認(rèn)為，以雅魯藏布江縫合帶為遺跡的新特提斯多洋島在中生代曾向東延伸，經(jīng)過紅河裂谷抵南海地區(qū)后分為兩支，一支沿中南半島進(jìn)入南海南部，另一支經(jīng)瓊州海峽沿現(xiàn)今的南海北部大陸架延伸至臺(tái)灣西部海域，在南海東北部及臺(tái)灣地區(qū)沉積海相地層［46］，這一分支海泛時(shí)期也可能到達(dá)福建境內(nèi)。

根據(jù)本次工作，新發(fā)現(xiàn)在浙閩地區(qū)下白堊統(tǒng)中普遍見海相沉積特征，但這種海相沉積可能并不等同于珠江口和臺(tái)灣地區(qū)的海相沉積，浙閩地區(qū)的海相沉積實(shí)際上是海侵。徐克定［49］曾指出浙江地區(qū)小嶺原始盆地較大，可達(dá)到浙江象山石浦地區(qū)，盆地在下陷過程中就會(huì)受到海水入侵。通過巖石學(xué)和古生物上來看(圖4)，巖石學(xué)上，在福建永安和武夷山地區(qū)該套暗色巖系以“砂巖+泥巖”為主，到仙居盆地，館頭組地層發(fā)育薄層泥灰?guī)r，在往東到象山石浦地區(qū)，見到多套灰黑色泥灰?guī)r，臺(tái)灣西海岸有典型的早白堊世海相沉積，海相成分從西向東逐漸增加;古生物上，在福建永安和武夷山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了海陸過渡相的線葉植物和紅藻，在浙江臨海小嶺盆地和福建安溪田底等地，發(fā)現(xiàn)浙東付鱭魚［50］，往東石浦地區(qū)，見到藻疊層石和龍介科化石［12］，在臺(tái)灣地區(qū)發(fā)現(xiàn)有完整的菊石，也說明了海相成分從西向東逐漸增多(圖4)。因此，對(duì)于海侵的形成機(jī)制，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，可能主要受太平洋體系域的影響，在正常海平面時(shí)，故太平洋難以越過沿脈山系，但在古太平洋海平面上升期間，可能越過沿岸山脈，侵入到浙閩地區(qū)(如圖5)，沉積灰黑色泥巖。

致謝感謝南京古生物無錫所唐鵬老師及中國(guó)石化無錫石油地質(zhì)研究所秦建中教授及承秋全老師對(duì)本文實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)，同時(shí)感謝評(píng)審老師提出的寶貴意見，衷心感謝!

圖5 早白堊世浙閩地區(qū)受古太平洋海侵作用模式圖Fig.5Model chart of transgression from paleo-pacific in lower Cretaceous，Zhejiang and Fujian provinces

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Preliminary Investigation on Depositional Environment of Black Mud in Lower Cretaceous，Zhejiang and Fujian Provinces: Micropaleontology and Organic Geochemical Evidences

XIE Xiao-min1HU Wen-xuan2CAO Jian2YAO Su-ping2BIAN Li-zeng2GAO Yu-qiao2
(1.Wuxi Research Institute of Petroleum Geology，SINOPEC，Wuxi Jiangsu 214151; 2.Department of Earth Sciences，Nanjing University，Nanjing 210093)

Sedimentary rocks of lower Cretaceous widely distribute in volcanic-covered area in Zhejiang and Fujiang provinces，southeast China，and its sedimentary environment that whether it has been influenced by marine water is still controversial.Though carefully observation in outcrops，we have systematically sampled dark sedimentary rocks，including Bantou Formation(K1b)in Fujian province，Shouchang Formation(K1s)and Guantou Formation(K1g) in Zhejiang province.Under microscope，besides high plant，marine fossils such as red algae and brown algae，were found in these samples.Organic geochemistry features，such as lower γ/C30hopanoid values(range from 0.11 to 0.18，0.14 on average)and C30rearrangement hopanoid，are furthermore to approve the marine influence.Combining with geological background，it is presupposed that it is mainly influenced by paleo-Pacific.

Zhejiang and Fujian provinces;lower Cretaceous;organic geochemistry;marine fossils;sedimentary environment

book=6,ebook=504

謝小敏女1984年出生碩士油氣地球化學(xué)E-mail:xiexm0842@gmail.com

P534.53

A

1000-0550(2010)06-1108-09

①中國(guó)石油化工股份有限公司海相油氣前瞻性研究項(xiàng)目(中國(guó)東南部海相盆地差異演化與油氣潛力研究)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(地質(zhì)環(huán)境及生物演化與海相優(yōu)質(zhì)烴源巖形成)聯(lián)合資助。

2009-06-20;收修改稿日期:2009-11-20