DOI： 10.11817/j.issn.1672-7207.2020.12.017

湘中及周缘奥陶纪岩相古地理演化与原型盆地研究

谭慧^{1, 2}，秦明阳^{1, 2}，李杰²，郭建华²，吴诗情²，边瑞康¹

(1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京，100083；

2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083)

摘 要：

区奥陶纪沉积演化过程，分析原型盆地类型，从沉积学的角度论证，通过野外地质调查与室内分析，在研究区奥陶系识别出4种岩石类型、3种沉积体系和6种沉积相组合，自西北向东南可将奥陶纪划分为扬子型、江南型以及华南型3种沉积类型，其中奥陶纪扬子区以碳酸盐岩台地相为主，江南区以陆棚相为主，华南区以深水盆地相为主，相带分布位置不同，但分区明显，呈连续变化，无明显间断或突变接触。研究结果表明：湘中及周缘地区奥陶纪的原型盆地类型不是一个洋盆，而是一个完整的内陆海盆；沉积体系模式呈3层阶梯式构造，湘西北地区碳酸盐台地边缘为第1层，湘中区地区斜坡—陆棚为第2层，在海平面下降期与盆地相区分开，湘南区的盆地相为第3层。其中深水陆棚和盆地相是富有机质页岩发育的有利相带，中奥陶统烟溪组以生物成因为主，是潜在的勘探有利层位。

关键词：

湘中；烟溪组；原型盆地；岩相古地理；

中图分类号：P595            文献标志码：A                开放科学(资源服务)标识码(OSID)

文章编号：1672-7207（2020）12-3430-14

Paleogeographic evolution and prototype basins of Ordovician in central Hunan and its surrounding areas

TAN　Hui^{1, 2}, QIN　Mingyang^{1, 2}, LI　Jie², GUO　Jianhua², WU　Shiqing², BIAN　Ruikang¹

(1. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development,Beijing 100083, China;

2. School of Geosciences and Info-Physics Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: The perspective of sedimentology was employed to recover sedimentary evolution of Ordovician in central Hunan and its surrounding areas and analyze the type of prototype basin, through field geological survey and laboratory test. Four rock types, three sedimentary systems and six sedimentary facies associations were identified in the Ordovician period in the study area. From northwest to southeast, the Ordovician can be divided into three sedimentary types, i. e. Yangtze type, Jiangnan type and South China type. Yangtze area is carbonate platform facies, the Jiangnan area is shelf facies, and the South China area is deep-water basin facies. The distribution of facies belts is different, but the zoning is obvious and continuous without obvious discontinuity or abrupt contact. The results show that the archetypal basin type in central Hunan and surrounding areas is not an ocean basin, but a complete inland sea basin. The sedimentary system model is a three-layer stepped structure, the carbonate platform margin in northwestern Hunan is the 1st layer, the slope - shelf in central Hunan in central Hunan is the 2nd layer, and it is separated from the basin facies during the period of sea-level decline, while the basin facies in southern Hunan is the 3rd layer. The deep-water continental shelf and basin facies are favorable facies belts for the development of organic shale, the Yanxi formation of the Middle Ordovician is mainly biogenic and is a potential favorable bed for exploration.

Key words: central Hunan; Yanxi formation; prototype basin; lithofacies paleogeography

近年来，页岩气勘探开发在长江中、上游地区，如四川长宁—威远、重庆涪陵、贵州正安以及湖北宜昌等地均取得巨大成功，湖南省也成为页岩气勘探热点。湘中油气勘探最早始于20世纪50年代，很多学者认为下古生界是变质基底，主要勘探对象集中于上古生界，近年来的页岩气调查与研究也多关注湘中地区的上组合(泥盆系—二叠系)油气勘探潜力^[1-2]。李杰等^[3-5]在野外调查中发现湘中及周边地区下古生界奥陶系烟溪组发育一套富含有机质页岩，有机质热演化程度处于高成熟—过成熟阶段，未发生区域性变质，仍然具有页岩气勘探价值。湘中及周缘奥陶系烟溪组在区域上岩性和厚度具有差异性，为摸清优质页岩的分布规律，指导下一步勘探部署，需要研究烟溪组沉积时期的岩相古地理特征及盆地属性。前人针对湘中早古生代原型盆地类型的认识尚存争议，许效松等^[6]认为早古生代湘中属于扬子大陆边缘斜坡带，南部可能有部分属于华南洋，广西运动后洋盆关闭；卓皆文等^[7-8]从年代证据等方面说明湘中相当于华南板块里面一个比较低洼的盆地。本文作者利用野外地质剖面实测资料，通过精细岩相古地理编图，并结合硅质岩沉积环境分析，从沉积学的角度论证奥陶纪原型盆地属性，提出沉积演化及沉积模式，并指出烟溪组为页岩气勘探潜在新目标。

1  地质背景

研究区覆盖湖南省大部分区域，包括湘西北地区南部、湘中地区全部和湘东南地区东北部，较现今湘中凹陷的范围广^[9]。图1所示为研究区地质概况，研究区位于扬子板块与华夏板块的结合带，横跨现今的扬子陆块和华南新元古代－早古生代造山带2个二级构造单元，地质条件复杂。根据前人研究，从晋宁运动开始扬子板块与华夏板块经历了俯冲阶段—弧陆碰撞阶段—后碰撞阶段以及裂谷阶段，在南华冰期结束后板块基底基本成型。从震旦世早期起，扬子板块东南缘接受南东向海侵，到早奥陶世研究区基本继承了大陆坡至盆地的构造古地理格局，晚奥陶世末，扬子板块向华夏地块强烈俯冲，开始褶皱造山，研究区构造格局发生改变^[10-11]。奥陶系露头多位于雪峰隆起、衡山隆起以及次级凸起周缘。表1所示为湖南及周边地区奥陶系划分。由表1可见：研究区奥陶系发育特征具有明显的差异性。根据岩相和古生物的差异性，可将研究区奥陶系的沉积相分为3个类型，自西北向东南依次为扬子型、江南型以及华南型，分别与湘西北、湘中及湘南区一一对应。

图1　区域地质概况

Fig. 1　Geological overview of the study area

表1　湖南省及周边地区奥陶系划分

Table 1　Ordovician division of Hunan Province and its surrounding areas

2  沉积相类型及特征

研究区奥陶系从北西至南东地层岩性在横向和纵向上变化较明显，碳酸盐岩、炭质页岩、硅质岩、陆源碎屑砂和泥岩同时存在。本文作者根据野外露头剖面，解剖每个分区的典型剖面点，通过点面结合研究沉积体系。

2.1　岩石学特征

图2所示为研究区奥陶系岩石类型露头及光学镜下照片。由图2可见：奥陶系发育碳酸盐岩、黑色岩系、杂砂岩和细粉砂岩等。

1) 碳酸盐岩。包括砾屑灰岩、颗粒灰岩、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩，云质颗粒灰岩、瘤状灰岩、白云质灰岩及泥灰岩等多种碳酸盐岩(图2(a)~(e))。由于早奥陶世随着海平面的升降与扬子台地向南东方向增生而形成，主要分布扬子区中、下奥陶统。

2) 黑色岩系。以深灰、灰褐、灰黑色泥页岩为主，泥质较纯，发育块状层理及水平纹层，层理可呈页理状产出，属于深水或陆棚环境中弱水动力条件或静水环境下的沉积产物，在研究区主要包含碳质页岩、硅质页岩及硅质岩(图2(f)~(g))，主要分布在江南区及华南区的中奥陶统和扬子区上奥陶统。

3) 杂砂岩。华南区上奥陶统发育杂砂岩并含有凝灰质成分，主要以石英杂砂岩为主(图2(h))，研究区杂砂岩颗粒磨圆度低，反映出物质搬运距离短，离源区近，一般为斜坡区垮塌沉积。

4) 细粉砂岩。本文所述细粉砂岩是指无明显复理石韵律，主要由粒级为0.25~0.01 mm(质量分数超过50%)的滨浅海碎屑颗粒组成的碎屑岩(图2(i))，由于经过长距离搬运，碎屑颗粒主要为石英，长石较少，岩屑基本不存在，黏土杂基含量一般较多，主要产出于下奥陶统。

图2　研究区奥陶系岩石类型露头及光学镜下照片

Fig. 2　Outcrops and optical photos of Ordovician in the study area

2.2　沉积相类型

结合前人的研究成果，作者经过大量野外工作，按照沉积体系—沉积相—沉积亚相的分类方案，研究区可识别出3种沉积体系、6类沉积相和相应的8种亚相^[12-14]。

碳酸盐沉积体系。主要分布在扬子区与江南区北部，扬子区在奥陶世一直处于碳酸盐台地沉积环境中，江南区北部早奥陶世以台地边缘相为主。

碎屑滨浅海沉积体系。以浅海陆棚亚相为主。研究区江南区、华南区均有发育浅水陆棚，下奥陶统桥亭子组、白水溪组为浅水陆棚相泥质粉砂岩、粉砂质页岩夹粉砂岩。扬子区上奥陶统五峰组及江南区中奥陶统烟溪组为深水陆棚相，是富有机质页岩沉积的主要场所。

深水盆地沉积体系。根据沉降补偿关系，将研究区的沉积相分为欠补偿型页岩盆地和补偿型浊积岩盆地，其中欠补偿型页岩盆地快速沉降、缓慢补偿，代表厚度较小的深水盆地沉积，沉积物主要以凝缩型页岩为主；补偿型浊积岩盆地缓慢沉降、快速补偿，代表山间盆地沉积特点，以淤沉积为主，最终盆地填满消亡。欠补偿型页岩盆地在区内分布范围较广，是富有机质页岩发育的主要环境，江南区中奥陶统烟溪组主要沉积于欠补偿环境中；补偿型浊积盆地在不同时期分布于不同沉积—构造分区。从华南区至扬子区，补偿型浊积岩盆地形成的时间逐渐变新。华南区整个早古生代位于补偿型浊积岩盆地中，江南区中奥陶世开始出现浊积岩沉积，晚奥陶世才开始发育补偿型浊积岩盆地直至加里东末期。沉积物主要以石英长石杂砂岩夹少量页岩构成。盆地边缘也见杂砂岩夹大量的黑色炭质页岩，但页岩单层厚度较小。

2.2.1　扬子区　

图3所示为扬子区奥陶系露头照片。由图3可见：厚层砂屑灰岩和中晶灰岩，见大量介壳类生物化石，属于开阔台地，是扬子台地奥陶纪分布最广的相带(图3(a))；厚层状砂屑灰岩和生物碎屑灰岩，发育交错层理与大量生物碎屑，属于台地边缘浅滩(图3(b)和(c))；颗粒灰岩与泥晶灰岩共生，见滑塌构造与粒序层理，属于台地前缘斜坡(图3(d)和(e))；湘西地区中—下奥陶统发育泥晶灰岩、泥灰岩夹黑色页岩，属于开阔陆棚，代表了较深水的开阔海盆环境，水体深度常在CCD附近波动(图3(f))。整体上，扬子区奥陶纪发育出开阔台地、台地边缘浅滩、台地前缘斜坡和开阔陆棚等沉积相类型。

图3　扬子区奥陶系露头照片

Fig. 3　Outcrops of Ordovician in Yangtze region

表2　研究区奥陶纪主要沉积相类型及分布层位

Table 2　Main sedimentary facies types and distribution horizon of Ordovician in the study area

2.2.2　江南区　

江南区是扬子区到华南区的过渡带，主要发育陆棚相，包括浅水陆棚和深水陆棚相等。浅水陆棚主要发育于下奥陶统桥亭子组、白水溪组，在区域上主要位于湘中偏西北区域，沉积物以碳酸盐岩夹泥质粉砂和粉砂为主，有些地方也可称为混积陆棚。图4所示为江南区奥陶系露头照片。由图4可见：生物扰动和构造比较发育，以均匀层理为主(图4(a))。深水陆棚主要发育五峰组和烟溪组，区域上位于湘中偏东南区域，水体能量较浅水陆棚低，底栖生物数量很少，营浮游生物类较多，以悬浮物质沉积为主，粗粒沉积物少(图4(b)，(c)和(d))。

图4　江南区奥陶系露头照片

Fig. 4　Outcrop of Ordovician in Jiangnan Region

2.2.3　华南区　

华南区奥陶纪主要沉积了页岩和浊积岩，包括深水盆地相、深水斜坡相、滨外—陆棚斜坡以及浊积岩斜坡相等。图5所示为华南区奥陶系露头照片。由图5(a)~(d)可见：湘中区的中奥陶统烟溪组主要以炭质页岩、硅质页岩、硅质岩为主，见大量放射虫化石，是深水陆棚相的远端相区，较深水陆棚相带距离物源更远、沉积厚度更薄、硅质成分含量更高，是页岩气勘探的另一优势相带^[15]。从区域位置分析，湘南地区早奥陶纪发育浊积岩，湘中地区中奥陶世开始出现浊积岩沉积。由图5(e)~(h)可见：沉积物主要以石英长石杂砂岩夹少量页岩构成，冲刷构造较常见，见鲍马序列AB段等。

图5　华南区奥陶系露头及光学镜下照片

Fig. 5　Outcrop and optical photo of Ordovician in Huanan Region

2.3　典型剖面沉积相研究

图6所示为奥陶系典型剖面对比。由图6可见：1) 扬子区奥陶纪以碳酸盐台地建造为主，上奥陶统五峰组沉积了一套深水陆棚相黑色炭质页岩，与四川盆地五峰组类似。2) 江南区北部早奥陶世中早期以台地边缘相碳酸盐沉积为主，晚期开始出现混积陆棚相。江南区南部早期则以细粉砂和页岩沉积为主，厚度均较大；中奥陶世，盆地水体明显加深，沉积了一套深水陆棚相黑色炭质页岩、硅质页岩互层。3) 华南区从早奥陶世开始便进入碎屑岩沉积阶段，以斜坡相沉积为主，见杂砂岩沉积；中奥陶世盆地水体明显加深，水深超过江南区，沉积了一套深水盆地相黑色硅质页岩、炭质页岩互层；晚奥陶世随着构造作用的加强，华南区和江南区该均被厚层的复理石建造充填^[16-17]。

图6　奥陶系典型剖面对比

Fig. 6　Comparison of typical sections of Ordovician

3  岩相古地理演化

3.1　早奥陶世

图7所示为研究区奥陶纪岩相古地理特征。早奥陶世海平面缓慢下降，在上升流的影响下，扬子台地开始了广袤的碳酸盐沉积，形成了早古生代以来最大的镶边型碳酸盐台地^[18]，由图7(a)可见：新厂期，研究区西北部花垣—保靖一带分乡组、红花园组沉积了大量的生物灰岩、生物碎屑灰和颗粒灰岩，代表了高能浅滩环境；凤凰往北至桃源、慈利一带则沉积了一套泥粉晶灰岩和泥质条带灰岩，在盘家咀组见大量的低密度浊流沉积，代表了台地边缘环境；城步—祁阳—衡山以北的中部主要沉积类型为钙质页岩、泥灰岩夹少量灰岩透镜体和粉砂岩，属开阔陆棚相区，少量粉砂可能来源于黔中古陆或者华夏地块；往南至江永—双牌一带沉积了一套深水盆地相炭质页岩与硅质页岩互层的细粒岩系，深水盆地范围向南西方向变宽，北东向收敛，因而，中部的粉砂质更有可能来源于华夏地块；南部则主要为一套灰色至黑色浅变质细粒石英砂岩夹黑色板岩构成的复理石韵律，显示为活动的斜坡至盆地沉积环境，但受陆架碎屑流影响较大。

图7　研究区奥陶纪岩相古地理特征

Fig. 7　Ordovician lithofacies and palaeogeography characteristic in the study area

3.2　中奥陶世

由图7(b)可见：中奥陶世大湾期盆地迅速海侵，研究区西北部主要以泥晶生物灰岩、龟裂纹灰岩为主，见大量震旦角石化石，凤凰—沅陵一带以黄绿色页岩夹黑色含锰泥岩或灰岩，属开阔陆棚—斜坡带，但相对较窄；中部—南部地区深水盆地面积明显扩大，炭质页岩、硅质页岩和硅质岩的沉积范围达到最大，北界为桃江、益阳，南界几乎越过省境，生物化石除笔石和藻类外，还见大量的放射虫，反映了一种安静、远离陆缘碎屑及缺乏淡水补给的海洋环境，而在双峰一带中统烟溪组黑色炭质页岩、硅质页岩层中夹有多层石英粉砂岩，为海平面突然变动引起的陆棚斜坡区粗碎屑滑塌形成，推测研究区东侧有物源汇入盆地，或者物源直接来源下扬子与华夏地块的碰撞隆起区；浊积岩斜坡的沉积范围基本已向南退出湖南，湘南大部分地区沉积物与化石组合与湘中区基本一致，但硅质成分明显增加，地层厚度南部明显大于北部地区，茶陵—桂阳一带以东的区域以泥粉砂沉积为主，水体依然很深。根据硅质岩分布的厚度不同，表明深水盆地内构造环境具有分阶性^[19-20]。

3.3　晚奥陶世

由图7(c)可见：在加里东运动的影响下，晚奥陶世研究区凤凰—沅陵一带逐渐隆起，其南西端露出水面，或形成向北东端倾伏的水下隆起，发育滨岸、水下滩坝和潮坪等相带，北西侧与南东侧的相对海平面变化出现分异^[21]，盆地进入改造期。从钱塘江期开始隆起带北西侧明显沉降，碳酸盐台地发育停止，沉积了一套深水陆棚相黑色炭质页岩，富含笔石化石；南东侧至绥宁—洞口—湘乡一线继续处于深水盆地环境，沉积物以黑色硅质页岩、炭质页岩为主，但沉积厚度较中期明显减薄，一般不超过30 m；而在洞口—双峰—湘乡一带以南的广阔区域沉积了巨厚的石英长石杂砂岩夹灰黑色泥页岩构成的复理石，碎屑粒度较早—中奥陶世增大，浊积岩向北东进积至深水盆地中，鲁丹期在隆回—新化等地发育大量深水浊积岩，在原地沉积的富含笔石的炭质页岩、硅质页岩夹多层粉砂岩，见鲍马序列，沉积范围窄而深，具有断陷特征；根据浊积岩沉积的范围，推测湖南省界以南已经隆升成为剥蚀区。

烟溪组沉积期是早古生代一次大的海侵期，炭质页岩分布范围广，其北为扬子碳酸盐岩台地，南为华南古陆边缘浊积岩。不同岩相带连续分布，不同时期的同一岩相带分布位置不同，没有洋盆俯冲消失所导致的岩相带的缺失或突变。通过岩相古地理图件的编制，更进一步确定了烟溪组炭质页岩的沉积环境、分布范围及边界；奥陶纪不同层位的岩相古地理的变迁，揭示出奥陶纪扬子台地与华南古陆之间的广大地区属于海盆。

4  硅质岩沉积环境

由于岩相的多解性以及小比例尺研究中的随机性，研究区最有潜力的深水区相带划分需要基于对盆地的构造背景有合理认识。通过对比研究区不同层位硅质岩主微量元素、稀土元素分析并与不同构造环境下的化学组成，进行构造确证，总结出合理的盆地沉积模式，指导下一步研究工作。样品来自宁远棉花坪(MHP)剖面、祁东马杜桥(MDQ)剖面、永州岭口(LK)剖面和城步大桥村(DQ)剖面烟溪组硅质岩数据。

4.1　主量元素特征

图8所示为研究区硅质岩形成环境判别图^[22-24]。由图8(a)和(b)可见：大部分烟溪组样品落入沉积成因区，DQ剖面样品较接近热液区，推测城步一带存深大断裂并导致深部热液上涌，形成热液型硅质岩，同时也说明中奥陶统烟溪组硅质岩为纯生物成因，与镜下观察到大量放射虫和有机质条件相符。由图8(c)～(f)可见：MHP，MDQ和LK剖面硅质岩样品大部分落在大陆边缘环境中，少数DQ剖面出现在深水过渡区和远洋区附近，与岩相古地理认为湘中海盆向西南方向开口的认识一致，DQ剖面方向的水体更深，离大陆边缘更远。这样说明盆地水体的多阶性，让盆地格局上出现层次感，与岩相古地理相符，这种分阶性可能也由深大断裂控制。

表3　研究区硅质岩主量元素的质量分数

Table 3　Mass fraction of major elements in siliceous rocks in the study area

图8　研究区硅质岩形成环境判别图

Fig. 8　Discriminant map of formation environment of siliceous rocks in the study area

4.2　稀土元素和微量元素特征

研究区奥陶系硅质岩受热液影响不明显，其稀土元素特征(见图9)可以较真实地反映硅质岩形成的构造背景。MHP，MDQ，DQ和LK剖面的硅质岩中总稀土元素质量分数(Σw(REE))分别为36.07~98.84，27.87~60.02，11.11~42.29和15.50~46.09 μg/g，远低于澳大利亚后太古代平均页岩的稀土元素质量分数(即w(PAAS稀土元素))，表明当时沉积速率较快，说明样点位于深水盆地边缘，往南可能是斜坡区，与区内岩相古地理相符^[25]。MHP，MDQ和LK剖面w(La_N)/w(Yb_N)分别为0.56~1.02，0.82~1.01和0.61~1.17(其中，w为质量分数)，轻稀土富集不明显，表明受陆缘碎屑影响并不大，而沉积速率较快的原因可能是沉积物在构造活动背景下的再旋回供给，并非直接由陆缘碎屑搬运而来。DQ剖面w(La_N)/w(Yb_N)为1.29~2.68，比其他样点的高，在岩相古地理上DQ剖面又处于深水区，不应受物源影响，可能与热液影响有关。硅质岩中Ce没有明显负异常，w(Ce)/w(Ce*)为0.59~0.96，MHP有样品还出现轻微正异常。LK剖面样品w(Eu)/w(Eu*)约为1，其他3个样点处Eu有轻微的负异常，其w(Eu)/w(Eu*)在0.58~0.99之间，说明源区为偏酸性的岩体，为陆壳物源。

图9　研究区主要露头点烟溪组页岩样品稀土元素配分模式图

Fig. 9　REE distribution patterns of Yanxi formation shale samples at the main outcrop in the study area

综上所述，湘中地区中奥陶世硅质岩沉积的水体较深，且具有多阶性，离陆地较近，受到物源一定的影响。结合区内的构造变形情况、中上奥陶统厚度变化，本文作者认为中奥陶世开始盆地逐渐向背驮式盆地发展，局部次盆边缘露出水面，而形成多岛海盆，每个次盆对沉积均有一定的控制作用，但整体来说，盆地当时处于陆内俯冲环境，是一个统一的海盆。

5  讨论

5.1　盆地演化及构造特征

奥陶纪是研究区盆地构造格局的一个重大转变期，在扬子板块和华夏陆块之间，盆地由重力沉降期转变为构造沉降期，构造作用影响增强，华夏陆块的碎屑岩沉积范围扩大^[26-28]。图10所示为研究区奥陶纪沉积构造演化示意图。

根据沉积相分析、岩相古地理演化与沉积环境分析，早奥陶世基本继承了晚寒武世的古地理格局，湘中地区为一开阔性的浅海；华夏陆块向盆地方向主要沉积浅水陆棚相的沉积，研究区位处华夏浊积扇外扇扇缘部位，杨子台地区主要沉积碳酸盐岩，而台地边界区则为泥页岩沉积。

图10　研究区奥陶纪沉积构造演化示意图

Fig. 10　Schematic diagrams of Ordovician structural evolution in the study area

中奥陶世属前陆盆地早期阶段。盆地发展和水体深度受控于华夏与扬子之间拼合导致的岩石圈板块挠曲和华夏地块向北西的推覆、扩增，以及全球三级海平面升降。华夏陆块往盆地方向相变为深水陆棚至滞留海盆相炭质页岩、硅质岩沉积，台地区仍以碳酸盐沉积为主。烟溪组黑色富有机质页岩、硅质岩覆盖了台地斜坡以外的所有地区，沉积厚度较稳定，在双峰石牛乡一带夹有少量砂岩层，表明临区有微古隆起存在。

晚奥陶世华夏陆块剧烈挤压隆升带来了大量碎屑沉积物，古华南海盆几乎被浊积岩充满，雪峰山水下古隆起逐渐形成，阻碍了粗碎屑进入扬子台地区，古隆起东南局部斜坡带为残留盆地相的炭质页岩一直持续到早志留世，而在湘中大部分地区沉积了巨厚的石英长石杂砂岩夹灰黑色泥页岩构成的复理石，两者的差异可以佐证此时“雪峰山”已形成水下隆起。台地区进入挠曲盆地发育区，碳酸盐台地演化结束。

5.2　沉积体系分布模式

综上所述，中奥陶世在研究区沉积了一套潜在的有利页岩层系，同时也是原型盆地重要的过渡时期，本次将重点对中奥陶进行解剖。图11所示为研究区中奥陶世沉积体系分布模式。由图11可见：研究区沉积分区明显，西北区为扬子型碳酸盐台地，中部为江南型过渡型沉积，华南部为页岩盆地、东南部为浊积岩斜坡，北西至南东水体由浅变深再变浅。研究区奥陶纪不同时期岩相带分布位置不同，分区明显，但相带呈连续变化，没有洋盆俯冲消失所导致的岩相带的缺失或突变，不是一个洋盆，而是一个完整的海盆。结合硅质岩多阶性沉积环境分析，笔者认为扬子台地东南缘是一个3阶式盆地，北西缘是一个多阶式板块边缘，第1阶为碳酸盐台地及其边缘，主要发育碳酸盐和碳酸盐台地斜坡滑塌物；第2阶为斜坡—陆棚区，主要发育泥晶灰岩、泥质条带灰岩、黑色页岩，并发育少量台地斜坡滑塌物，水体较深，在海平面下降期与盆地相区分开；第3阶为深水盆地区，相对海平面较高时期不受盆地边缘物源的影响，以垂直降落的细粒沉积物为主，沉积硅质岩、黑色页岩；相对海平面较低时期沉积泥晶灰岩、细粉砂岩，表现出浅海、陆缘海的特征。东南部表现出重力流沉积的特征，华南陆块的物源沿斜坡充填盆地。

图11　研究区中奥陶世沉积体系分布模式图

Fig. 11　Sedimentary model of Middle Ordovician in the study area

6  结论

1) 研究区奥陶纪地层岩性在横向和纵向上变化较明显，碳酸盐岩、炭质页岩、硅质岩、陆源碎屑砂泥岩同时存在，并识别出碳酸盐沉积体系、碎屑滨浅海沉积体系以及深水盆地沉积体系等3种沉积体系。硅质岩沉积于水体较深，离陆地又比较近的区域，受到物源影响，但影响并不大。

2) 扬子台地东南缘是一个3层阶梯式盆地，由北西至南东水体由浅变深再变浅，第1层为扬子区碳酸盐台地边缘；第2层为江南区斜坡—陆棚过渡带；第3层为华南区深水盆地区，东南部为浊积岩斜坡，区内相带呈连续变化，无明显间断或突变接触，不是一个洋盆，而是一个完整的海盆。

3) 通过岩相古地理图件的编制，更进一步确定了烟溪组炭质页岩的沉积环境、分布范围及边界，湘中及湘南地区中奥陶统盆地相及深水陆棚相为页岩气勘探有利区带，中奥陶统烟溪组硅质岩以纯生物成因为主，可能成为湖南下一个页岩气勘探的潜在目标。

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(编辑  杨幼平)

收稿日期： 2020 -07 -31; 修回日期： 2020 -09 -10

基金项目(Foundation item)：湖南省重点研发计划项目(2017GK2233) (Peoject(2017GK2233) supported by the Key Research and Development Program of Hunan Province)

通信作者：秦明阳，博士，从事页岩气研究；E-mail：qinmingyang503@csu.edu.cn

摘要：为了恢复湘中地区奥陶纪沉积演化过程，分析原型盆地类型，从沉积学的角度论证，通过野外地质调查与室内分析，在研究区奥陶系识别出4种岩石类型、3种沉积体系和6种沉积相组合，自西北向东南可将奥陶纪划分为扬子型、江南型以及华南型3种沉积类型，其中奥陶纪扬子区以碳酸盐岩台地相为主，江南区以陆棚相为主，华南区以深水盆地相为主，相带分布位置不同，但分区明显，呈连续变化，无明显间断或突变接触。研究结果表明：湘中及周缘地区奥陶纪的原型盆地类型不是一个洋盆，而是一个完整的内陆海盆；沉积体系模式呈3层阶梯式构造，湘西北地区碳酸盐台地边缘为第1层，湘中区地区斜坡—陆棚为第2层，在海平面下降期与盆地相区分开，湘南区的盆地相为第3层。其中深水陆棚和盆地相是富有机质页岩发育的有利相带，中奥陶统烟溪组以生物成因为主，是潜在的勘探有利层位。