單莉莉，覃建雄，胡思涵

（1.成都理工大學 地球科學學院，成都 610059；2.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059）

四川西昌盆地下二疊統(tǒng)層序特征及充填模式

單莉莉1，覃建雄1，胡思涵2

（1.成都理工大學 地球科學學院，成都 610059；2.成都理工大學 沉積地質(zhì)研究院，成都 610059）

四川西昌盆地下二疊統(tǒng)的地層劃分對比爭議較大，油氣勘探程度低。本文通過詳細的露頭層序地層學研究，結(jié)合層序地球化學方法和原理，對西昌盆地下二疊統(tǒng)進行了層序劃分和對比，結(jié)果表明：西昌盆地下二疊統(tǒng)地層可劃分為1個二級層序、2個層序組和6個三級層序；P1q層序組構成下二疊統(tǒng)二級層序的LST和TST，層序4下部發(fā)育的（茅口組底部）凝縮層相當于二級層序的最大海泛面，而P1m中上部（包括層序4中上部、層序5、6）則構成HST；西昌地區(qū)下二疊統(tǒng)層序發(fā)育形成過程，總體表現(xiàn)為海平面上升和盆地不斷向古陸超覆；沉積序列、古氧相含量、鍶含量、碳氧同位素和TOC的變化旋回揭示西昌盆地早二疊世經(jīng)歷了六次三級海平面變化旋回（六個三級層序），在華南地區(qū)乃至全球范圍內(nèi)均可進行對比；建立的層序充填模式揭示出早Hessian早期全球海平面上升，盆地不斷向古陸超覆，奠定了早二疊世西昌海域盆地的輪廓，Roadian早期海平面上升達到最高位，并沉積一套整個華南均可對比的眼球狀灰?guī)r或頁狀藻灰?guī)r，Capitanian晚期全球構造海平面下降，結(jié)束了西昌地區(qū)克拉通盆地的演化階段。

層序地層；等時地層界面；下二疊統(tǒng)；海平面變化；沉積充填；西昌盆地

西昌盆地為一南北向展布的構造盆地，西以安寧河斷裂為界，東以峨邊斷裂為界，南為則木河斷裂，北至大渡河（王運生和李云崗，1996；劉麗華等，2003）。大地構造上位于揚子地臺西緣，早二疊世時處于華南內(nèi)陸克拉通盆地或上揚子淺海的西域（許效松等，1997a，1997b）。沉積盆地具有西為古陸、向東水體逐漸加深、相帶呈SN向展布的古地理格局，發(fā)育了一套以局限-半局限臺地、開闊臺地相為主的海侵型碳酸鹽巖序列（覃建雄等，2001；羅志立等，2008；伏明珠和覃建雄，2011）。下二疊統(tǒng)地層自下而上分別為棲霞組（包括底部的梁山組）和茅口組。這兩套巖石地層的地層研究程度較高，但爭議較大，如：西昌盆地早二疊世“階”的頂?shù)捉缦薏粔蛎鞔_；二疊系底界如何劃分；下二疊統(tǒng)巖石地層與西南其他地區(qū)對比難度較大（覃建雄，2009）。四川盆地及其周緣仍然是目前油氣勘探的重點地區(qū)，西昌盆地與四川盆地相鄰，初步的研究表明下二疊統(tǒng)具有一定的勘探潛力，但是有關該地區(qū)的油氣地質(zhì)研究程度低（冉隆輝等，2006；吳月先等，2009）。層序地層學是一門研究地層形成演化過程的學科（錢奕中等，1994），西昌盆地下二疊統(tǒng)層序地層研究能夠為解決該地區(qū)的地層劃分對比提供新的思路，為油氣勘探研究奠定基礎。本文利用層序地層學理論和技術方法，通過系統(tǒng)的野外露頭層序界面識別和地球化學方法，對西昌盆地下二疊統(tǒng)進行了層序地層研究，分析了層序界面性質(zhì)和特征、初始海泛面、最大海泛面，建立了該地區(qū)的層序地層劃分方案，認識了各層序的發(fā)育特征，建立了西昌盆地下二疊統(tǒng)層序沉積模式。

1 等時地層界面

等時地層界面并非單一的某種接觸關系，而是多種事件的綜合產(chǎn)物或多種關系的組合（錢奕中等，1994）。西昌盆地下二疊統(tǒng)棲霞組（包括底部的梁山組）和茅口組化石豐富，尤以底棲腕足、蜓類、珊瑚最多，為區(qū)域?qū)有虻慕⒑偷葧r對比奠定了重要基礎。由于早二疊世末東吳運動影響，造成華南地區(qū)廣泛分布的下二疊統(tǒng)茅口組頂部古巖溶地貌，并覆蓋了200～4000 m的中二疊統(tǒng)玄武巖。關于二疊系底界問題，歷來爭論劇烈。根據(jù)國際統(tǒng)一劃分方案和原則，結(jié)合生物地層研究成果，認為二疊系底界應在Asselian底部，即以相當馬平組上部的Wolfcampian（或Sarkmarian和Asselian）期地層作為二疊系下統(tǒng)（Galloway，1992）。但考慮到華南地區(qū)棲霞組和馬平組之間為一Ⅱ類構造運動面（相當于Ⅰ型層序界面），加之區(qū)內(nèi)廣泛缺失石炭紀地層，故仍將棲霞組底部作為二疊系底界，以便進行露頭層序地層學研究?？傮w上，根據(jù)巖石組合特征和界面成因不同，在西昌地區(qū)識別出的幾種界面如下所述。

1.1 Ⅰ型層序界面

相當于Vail et al（1991）和Galloway（1992）關于成因?qū)有虻貙訉W的Ⅰ類海變面，在區(qū)內(nèi)包括下二疊統(tǒng)頂、底不整合界面。

1.1.1 下二疊統(tǒng)底部不整合界面

該界面由微角度不整合面、侵蝕間斷面及相應的整合面組成，以下伏地層的不均衡剝蝕和上覆地層普遍存在底礫巖或古風化殼為標志，它是大陸板內(nèi)起因的區(qū)域性構造運動的產(chǎn)物，即相當于Galloway等的Ⅱ類構造運動面。該界面在我國南方主要表現(xiàn)為二疊系－石炭系之間的平行不整合接觸關系，全區(qū)均可對比（王鴻禎和史曉穎，1998）。在西昌地區(qū)作為黔桂運動的產(chǎn)物，表現(xiàn)為下二疊統(tǒng)直接超覆于泥盆紀地層之上，其間缺失石炭系。在北美相當于Leonardian—Wolfcampian間廣泛分布的不整合面?？梢娋哂腥?qū)Ρ纫饬x。

1.1.2 下二疊統(tǒng)頂部不整合界面

亦相當于Galloway等的Ⅱ類構造運動面。作為上、下二疊統(tǒng)之間的界面，代表早二疊世末東吳運動產(chǎn)物，表現(xiàn)為華南地區(qū)下二疊統(tǒng)茅口組頂部廣泛分布的古巖溶地貌。在上揚子和中揚子西南地區(qū)，中海西階段（C1—P1）的內(nèi)陸克拉通盆地結(jié)束較早，剝蝕面和地層缺乏標志十分明顯；在中下?lián)P子大部地區(qū)則表現(xiàn)為殘留陸表海盆地逐漸退縮的地層格架（許效松等，1997b；羅志立等，2008；伏明珠和覃建雄，2011）；在西昌地區(qū)，作為不同性質(zhì)沉積盆地之間的構造運動轉(zhuǎn)換面，除了造成下二疊統(tǒng)茅口組上部地層和相應生物帶缺失以及廣泛分布的古喀斯特現(xiàn)象外，還導致其上0.5～5 m不等的風化殼殘積相和200 ～ 4000 m巨厚中二疊統(tǒng)玄武巖（P2β）堆積。在北美該界面相當于Vail et al（1991）提到的全球二級旋回曲線中第4個旋回頂部的區(qū)際不整合面。說明具有全球成因特點。

1.2 Ⅱ型層序界面

實為相對短周期的沉積暴露或間斷面，相當于成因?qū)有虻貙訉W的Ⅱ類海變面。在西昌地區(qū)共識別出5個Ⅱ型層序界面，其標志主要包括：①明顯的沉積相突變面或剖面結(jié)構轉(zhuǎn)換面；②早期古喀斯特面凹凸不平；③混合水成因的白云巖帽或鈣質(zhì)殼；④淡水膠結(jié)充填作用；⑤水平帶狀分布的淡水淋蝕孔洞縫帶；⑥地球化學標志（圖1）：古氧值、孔隙度及滲透率高，強陰極發(fā)光，極低的δ18O值和Sr含量，較高的δ13C值等。若結(jié)合生物帶和其他等時地層界面資料，這些Ⅱ型界面在全區(qū)甚至華南地區(qū)均可進行追蹤和對比。

1.3 最大海泛面或凝縮層

相當于成因?qū)有虻貙訉W的Ⅲ類海變面。西昌不同古地理及相帶背景，其特征各異。在下緩坡主要表現(xiàn)為黑色薄層眼球狀灰?guī)r或頁狀藻灰?guī)r夾硅質(zhì)條帶，出現(xiàn)底棲及浮游生物群，發(fā)育磷和錳灰結(jié)核，如第4個凝縮層，在整個華南地區(qū)廣泛分布，實為一等時地層單元；在中緩坡的臺地背景出現(xiàn)富含蜓、有孔蟲的泥晶灰?guī)r或具密集水平生物活動遺跡的泥晶灰?guī)r薄層，如第2、3、5、6凝縮層。由于第2、3個相當凝縮層中夾有硅質(zhì)條帶且發(fā)育硅藻和放射蟲等浮游相生物組合，筆者認為它們分別相當于中下?lián)P子地區(qū)Plq的第1、2套硅質(zhì)巖層，顯然具區(qū)域?qū)Ρ纫饬x；在上緩坡潮緣背景，表現(xiàn)為陸源碎屑－碳酸鹽混合沉積中的薄層海相夾層，如第1個相當凝縮層。

此外，區(qū)內(nèi)相當凝縮層具有如下地球化學特征（見圖1）：有機碳、總烴含量、Sr含量及δ18O值最高，古氧含量及δ13C值最低，孔隙度及滲透率最低，陰極發(fā)光弱。

1.4 初始海泛面

在西昌地區(qū)下二疊統(tǒng)中數(shù)量較多，最典型的有6個。除第l層序中的初始海泛面作為TST和LST界面外，其余均與下伏層序頂部暴露面或?qū)有蚪缑嫦辔呛希▓D1）。在不同古地理背景，其特征略有不同。下緩坡表現(xiàn)為灰?guī)r與硅質(zhì)灰?guī)r或泥硅質(zhì)灰?guī)r的巖相轉(zhuǎn)換面，如第4個層序底部的初始海泛面；在中緩坡主要表現(xiàn)為局限或開闊臺地相碳酸鹽巖沉積直接超覆在具暴露特征的臺內(nèi)灘或潮坪沉積之上，并發(fā)育一不整合侵蝕面，其上通常見到0～l cm的礫屑灰?guī)r，如第2、3、5、6個初始海泛面。此外，在中、下緩坡背景，初始海泛面之上通常為一退積型準層序組；上緩坡的陸緣潮坪背景則表現(xiàn)為含生物泥灰?guī)r或生物粉砂泥灰?guī)r直接超覆于碎屑巖或含煤巖系之上，并見有起伏不平的浪蝕現(xiàn)象和沖刷面，如第1個初始海泛面，在該背景下，初始海泛面之上通常為進積型準層序組或HST，下部缺失TST。相當初始海泛面層段地球化學標志介于HST和TST之間，但較為接近凝縮層或最大海泛面（圖1）。

2 層序劃分對比及充填模式

在詳細露頭層序分析之基礎上，根據(jù)高分辨率等時地層界面、體系域特征及其在層序中的疊置關系（方石等，2000；何玉平等，2003），結(jié)合生物化石帶和地球化學資料，將西昌地區(qū)時限20 Ma的早二疊世地層劃分為1個二級層序、2個層序組（即P1q和Plm）和6個三級層序（圖1）。

圖1 西昌盆地層序地層劃分及地球化學特征Fig.1 Sequence stratigraphy and geochemistry of Xichang Basin

第一個層序組（包括層序l、2、3）是在準平原化的前二疊紀基底之基礎上，全球石炭－二疊紀主冰期后極地冰蓋逐漸消融導致全球海平面上升背景下多種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。當時，本區(qū)仍保持殘余冰期氣候條件，環(huán)境具有沉積基底起伏小、海水相對偏涼、水深差異不大、能量較低、盆地缺氧現(xiàn)象明顯等特點。因此，在層序1、2、3中，巖相相對穩(wěn)定，炭泥質(zhì)含量顯著偏高，淺水化石較少，缺乏生物礁，白云巖化微弱，鮞粒、球粒、核形石等少見，富含有孔蟲－軟體運動骨骼組合、冷水礦物六水碳鈣石（Ikaite）廣泛發(fā)育。除層序l底部發(fā)育LST海陸過渡－三角洲相進積復合砂體沉積外，層序2、3均只由TST和HST構成。其中TST通常由局限臺地（或臺洼）黑灰色中薄層炭質(zhì)灰?guī)r夾炭泥質(zhì)灰?guī)r退積型準層序組構成，發(fā)育Zoophycos等反映缺氧沉積的遺跡群。其上相當凝縮層為一套黑色灰質(zhì)炭泥巖和炭泥質(zhì)灰?guī)r組合，偶夾硅質(zhì)條帶和含黃鐵礦頁巖，發(fā)育浮游組合生物化石，δ13C值達到最低值（即δ13C事件，圖中TST通常由局限臺地（或臺洼）黑灰色中薄層炭質(zhì)灰?guī)r夾炭泥質(zhì)灰?guī)r退積型準層序組構成，發(fā)育Zoophycos等反映缺氧沉積的遺跡群。其上相當凝縮層為一套黑色灰質(zhì)炭泥巖和炭泥質(zhì)灰?guī)r組合，偶夾硅質(zhì)條帶和含黃鐵礦頁巖，發(fā)育浮游組合生物化石，δ13C值達到最低值（即δ13C事件，圖1），古氧含量最小，有機碳及總烴含量達最高值；HST為中厚層深灰色含蜓泥晶灰?guī)r和生物微晶灰?guī)r夾硅灰質(zhì)條帶，局部夾中高能加積型灘相沉積，中上部含Tubiphytes等藻類化石，反映較淺水的潮坪環(huán)境產(chǎn)物。與P1m期HST沉積相比，該期HST的古氧含量、孔隙度、滲透率、δ13C值相對較低，有機碳及總烴含量明顯偏高。

繼P1q期地殼穩(wěn)定發(fā)展階段之后，Plm期活動相對增強，差異升降較為顯著。古地理格局表現(xiàn)為在臺地背景上臺洼、臺內(nèi)礁灘相間發(fā)育。環(huán)境水體偏暖，較充氧，水深及能量變化大。因此，第二個層序組（包括層序4、5、6）總體表現(xiàn)為巖相及厚度變化大，淺水生物發(fā)育，礁灘廣泛分布，古氧值、孔隙度和滲透率相對較高，有機碳、總烴含量值相對較低（圖1），TST和HST特征差異明顯。其中，在TST主要以臺洼相中薄層深灰色含有孔蟲泥晶灰?guī)r和灰泥巖組合為主；HST主要表現(xiàn)為臺內(nèi)礁灘相沉積。頂部暴露面特征顯著，從而造成層序4、5、6地球化學曲線旋回性特征比層序l、2、3相對明顯。

根據(jù)下二疊統(tǒng)頂、底I型層序界面，區(qū)內(nèi)下二疊統(tǒng)I型二級層序?qū)谌A南地區(qū)的第一沉積幕，結(jié)合有孔蟲和蜓帶對比，可與北美的Leonardian—Guadalupian構造旋回層相當。由于第4個相當凝縮層為一區(qū)域分布的等時地層單元且在整個華南地區(qū)均可追蹤，加之前述第2、3個相當凝縮層分別與中下?lián)P子兩套硅質(zhì)巖層相對應，結(jié)合高分辨率層序界面對比，筆者認為通過這些等時地層界面限定的層序l、2、3、4、5、6實屬區(qū)域性分布的等時地層單元，顯然它們具有區(qū)域?qū)Ρ纫饬x。通過上述諸等時地層界面及其限定的等時地層單元，結(jié)合蜓及有孔蟲帶對比資料，區(qū)內(nèi)Plq中的層序l、2、3分別相當于北美的Moran、Putnam和Admiral層序，而Plm中的層序4、5、6分別相當于Chinatank、WillisRanch和AppleRanch層序。但北美Leonardian底部和Guadalupian頂部分別多1和2個層序，其原因可能有：①早二疊世初、末期構造抬升剝蝕；②全球海平面變化相關效應的特殊性；③盆地構造性質(zhì)及其特殊性；④大地構造背景或位置的差異性；⑤與世界性特堤斯洋的距離不同，層序模式及演化亦不盡相同。

西昌地區(qū)早二疊世層序演化構成華南中海西階段內(nèi)陸克拉通盆地演化的一部分，海侵源于北部的秦嶺海槽和南端的印支海槽，其成生、發(fā)展及演化受早二疊世氣候、構造沉降、物源供給及海平面的綜合控制。

根據(jù)層序發(fā)育特征，建立了該地區(qū)早二疊世沉積層序充填模式，代表有6次三級海平面相對升降周期（圖2）。但主要有幾次大的海平面升降旋回控制著西昌盆地乃至華南早二疊世盆地演化、充填和古地理配置，即Hessian早期（P1q早期）、Roadian期（P1m早期）和Capitanian期（Plm晚期）。其中，早Hessian早期全球海平面上升除了造成西昌地區(qū)及整個華南地區(qū)前二疊紀風化準平原的廣泛淹沒和盆地不斷向古陸超覆，而且奠定了早二疊世華南海域面積及輪廓。Roadian早期的全球海平面上升導致華南海平面上升達到最高位，并沉積一套整個華南均可對比的眼球狀灰?guī)r或頁狀藻灰?guī)r沉積組合。Capitanian晚期全球構造海平面下降，造成華南地區(qū)P1m頂部廣泛分布的古巖溶地貌，并導致上部地層及相應生物帶的缺失，最終結(jié)束西昌地區(qū)內(nèi)陸克拉通盆地的演化階段，并進入晚二疊世一早三疊世伸展裂谷海盆地發(fā)展階段。

3 結(jié)論

（1）系統(tǒng)研究了西昌盆地下二疊統(tǒng)地層發(fā)育特征、生物化石帶和地球化學特征，首次識別出1個二級層序、2個層序組和6個三級層序。P1q層序組構成下二疊統(tǒng)二級層序的LST-TST，層序4下部（P1m層序組底部）凝縮層相當于二級層序的最大海泛面，而P1m中上部（包括層序4中上部、層序5、6）則構成HST。

（2）西昌地區(qū)下二疊統(tǒng)層序發(fā)育形成過程總體表現(xiàn)為海平面上升和盆地不斷向古陸超覆拓展演化過程。沉積序列、古氧相含量、鍶含量、碳氧同位素和TOC的變化旋回揭示西昌盆地早二疊世經(jīng)歷了六次三級海平面變化旋回，即六個三級層序，在華南地區(qū)乃至全球范圍內(nèi)均可進行對比。

圖2 西昌盆地下二疊統(tǒng)沉積層序充填模式Fig.2 Lower Permian sedimentary sequence filling mode of Xichang Basin

（3）建立了西昌盆地早二疊世的層序充填模式，揭示出早Hessian早期全球海平面上升，盆地不斷向古陸超覆，奠定了早二疊世西昌海域盆地的輪廓，Roadian早期海平面上升達到最高位，并沉積一套整個華南均可對比的眼球狀灰?guī)r或頁狀藻灰?guī)r，Capitanian晚期全球構造海平面下降，結(jié)束了西昌地區(qū)內(nèi)陸克拉通盆地的演化階段。

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Sequence stratigraphy of Lower Permian of Xichang Basin, Sichuan

SHAN Li-li1, QIN Jian-xiong1, HU Si-han2
(1. Collegy of Toursm and Urban-Rural Planning, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2.Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

The stratigraphic division and correlation of the Lower Permian from Xichang Basin of Sichuan are controversial. Guided by principle of sequence stratigraphic geochemistry, and combined with the detailed studying of outcrop, sequence stratigraphy of the Lower Permian in Xichang Basin was researched and contrasted. One second order sequence, two sequences group and six third order sequences was divided. The second order sequence was constituted with LST, TST, MFS (maximum f ooding surface), and HST. LST and TST was Equivalent to P1q. MFS is the condensed section which developed near the bottom of the 4th third order sequence. HST was Equivalent to the upper part of P1m which included the upper part of the 4th third order sequence, the 5th and the 6th third order sequences. During the development of the sequence stratigraphy in Xichang Basin, the sea-level had been rising and the sediment always deposited up to the Ancient Land. So many aspects such as sedimentary succession, content of pale oxygenation, content of Strontium, the variations in carbon and oxygen isotopic values and TOC uncovered that Xichang Basin undergo six times sea level rising and falling during the Middle Permian, which means occur six third order sequence. It could correlate with southern China and evenwithin the scope of the world. The established f lling model of sequence had revealed that global sea-level rising had taken place in early Hessian and basin continued overlapping the ancient land, and during this stage the outling of Xichang basin formed. In the early stage of Roadian, the sea-level rising reached the highest, and deposited a set of augen limestone or sheet algal limestone which can be founded in south China. In the late stage of Capitanian, the sea-level falled, and it ended the stage of evolution of cratonic basin in Xichang area.

sequence stratigraphy; isochronous stratigraphic surfaces; Lower Permian; eustatic change; sedimentary f lling; Xichang Basin

P534.46

A

1674-9901(2014)01-0023-07

10.7515/JEE201401004

2014-01-05

國家科技支撐計劃項目（2009BAH50B02）

單莉莉，E-mail: shanlili111@163.com