下扬子巢湖地区下三叠统瘤状灰岩成因再探讨.pdf

2014 年 9 月，第 20 卷，第 3期，445-453页September 2014，Vol.20，No.3，pp.445-453高校地质学报Geological Journal of China Universities_收稿日期：2014-02-25；修回日期：2014-06-11基金项目：中国煤炭地质总局广西煤炭地质局资源矿产调查开发项目（2012060013）；中国矿业大学研究生实践与科研创新项目（GSF121101）作者简介：靳学斌，男，1990年生，硕士在读研究生，矿产普查与勘探专业；E-mail:*通讯作者：李壮福，男，1965年生，副教授，主要从事岩石学的教学工作；E-mail:下扬子巢湖地区下三叠统瘤状灰岩成因再探讨靳学斌1，李壮福1,2*，陆 鹿1，冯 乐11.中国矿业大学 资源与地球科学学院，徐州 221008;2.中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，徐州 221008摘要：巢湖地区下三叠统整体沉积于较深水环境，广泛发育瘤状灰岩。针对目前该瘤状灰岩成因机制认识争议较大的现状，文中依据野外实地观测及室内宏观、微观的系统观察，结合沉积环境和成岩作用与瘤状灰岩形成的关系分析，对瘤状灰岩的成因机制进行综合的探讨。研究表明瘤状灰岩的形成是沉积和成岩作用综合作用的产物，沉积时期不平整CCD界面的周期性浮动是造成瘤状灰岩细颈化的基础，而CCD界面的周期性浮动可能与早三叠世气侯冷暖周期性变化以及海底底流作用有关。后期基质泥岩中酸性孔隙水的溶蚀是造成瘤状灰岩细颈处折断的重要原因，压溶作用产生的局部应力场变动造成瘤状灰岩瘤体杂乱状分布。而前人总结的3种瘤状灰岩，即顺层串珠型、断续型和杂乱型瘤状灰岩，是在沉积与成岩改造作用逐渐加强条件下依次形成。关键词：瘤状灰岩；特征；成因探讨；下三叠统；巢湖地区中图分类号：P512.2文献标识码：A文章编号：1006-7493（2014）03-0445-09Reappraisal of the Origin of Lower Triassic Nodular Limestonein the Chaohu area,Lower Yangtze RegionJIN Xuebin1,LI Zhuangfu1,2*,LU Lu1,FENG Le11.School of Resources and Earth Science,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China;2.CoalbedMethaneResourcesandReservoirFormationProcess,KeyLaboratoryofMinistryofEducation,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,ChinaAbstract：The Lower Triassic deposited in deep-water environment in Chaohu area,in which nodular limestone was widely developed.Some previous genetic analysis of Lower Triassic nodular limestone had not come to consensus.Based on the method of fieldobservation,indoor macro,micro observation and the consideration of the relationship between sedimentation and diagenesis withinnodular limestone genesis,we made a comprehensive analysis of the nodular limestone genesis.The research results indicated thatnodular limestone was a product of both sedimentation and diagenesis.The periodic fluctuation of carbonate compensation depth(CCD)interface is the basis of the nodular limestone necking phenomenon occured in the sedimentary period,while the periodic fluctuation ofCCD interface was related to periodic change of climate and dissolution of bottom current in the Early Triassic.The dissolution of acidpore water was an important reason which causes the break of nodular limestone necking phenomenon.The disorder distribution ofnodular limestone was mainly caused by the local stress field resulting from pressolution.Three kinds of nodular limestone summarizedbefore,namely,banded nodular limestone,discontinuous nodular limestone and random nodular limestone,were formed by graduallyenhancement of sedimentation and diagenesis.Key words:Nodular limestone;characteristic;genesis;Lower Triassic;Chaohu RegionCorresponding author:LI Zhuangfu,associate professor;E-mail:高校地质学报2 0 卷 3 期瘤状灰岩又称为结核状灰岩，是指地质历史时期中具有瘤状形态及相似产出特征的所有石灰岩。在欧洲和北美把结核称作“concretion”或“nodule”，中文多译为“瘤”、“结核”或“结节”（Miiller et al.，1977；Mullins et al.，1980；Moller et al.，1988；孙庆峰，2005）。在沉积地层中，瘤状灰岩并非某一特定环境或特定时代的产物，研究其成因对分析沉积成岩环境、岩相古地理演化都是较为有用的（郝家栩等，2012）。有时瘤状灰岩分布广且层位稳定，也是地层划分和对比的良好标志层。其还可以作为地下流体储运载体，瘤状灰岩中有大量的原生孔隙和成岩次生孔隙以及次生构造裂缝，它可作为地下油、气、水的储运通道（刘杰等，2011）。近些年来，瘤状灰岩的形成机理受到地质界的广泛关注，并已有了一定的研究成果（夏丹等，2009；张霞等，2009）。作为较为常见的一类碳酸盐岩，瘤状灰岩在我国古生代至中生代的碳酸盐岩地层中都有不同程度的发育，如华北地区上寒武统、下奥陶统，南方滇、黔、桂地区的中、上泥盆统，中、下扬子地区下三叠统等等都有瘤状灰岩发育，其中在皖南沿长江地区下三叠统瘤状灰岩发育最为典型（朱洪发等，1992）。在苏南镇江、句容地区下三叠统瘤状灰岩中流出了原油，因此对下扬子地区瘤状灰岩的研究具有实际意义（蓝光志等，1994）。1区域地质背景与剖面特征1.1区域地质背景下扬子地区在早三叠世早中期属于中朝古陆南缘东西向延伸的陆缘海，东与太平洋广海相通，南与上扬子海相连。作为一个南部较浅，北部较深的不对称拗陷弧后盆地，其水深达数百米甚至上千米（安徽省区域地质调查队，1987）。皖南巢湖地区早三叠世时期位于下扬子台区的北缘，与华北板块以及郯庐转换断层相接（图1）。区内下三叠统发育较好，地层相对较连续，是下扬子地区进行地层学、岩石学及沉积学等方面研究的理想场所。前人对区内沉积学、地层、古生物等方面作了较多研究（李尚武等，1988；赵来时等，2003；童金南等，2005），关于下三叠统瘤状灰岩的成因机制各方存在较大争议（韩树 棻，1983；郭 福 生，1989；朱 洪 发 等，1992）。随着近年来南方海相油气勘探工作的深入，下三叠统作为下扬子地区重要的海相地层成为了研究的重点，瘤状灰岩的成因机制也亟待深入研究（杨风丽，2009；徐曦等，2011）。本文通过详细的野外观测与室内分析，结合前人的研究成果，对区内广泛发育的下三叠统瘤状灰岩进行深入研究，总结了瘤状灰岩的特征，划分出不同的瘤状灰岩类型，并在此基础上分析其沉积环境，从而探讨其成因机制。1.2剖面特征本区下三叠统在巢北平顶山地区发育较好。根据岩性变化特征，前人已将平顶山地区下三叠统划分为3个组，由下至上依次为殷坑组（T1y）、和龙山组（T1h）与南陵湖组（T1n）下部，相邻组与组之间呈整合接触关系（冯增昭等，1988）。在国际地层对比上，殷坑组相当于 Induan 阶及Olenekian阶Smithian亚阶下部，和龙山组相当于Smithian 亚阶中上部；南陵湖组与 Olenekian 阶Spathian亚阶大致相当（Tong et al.，2001）。殷坑组岩性整体以泥岩为主，夹泥灰岩、瘤状灰岩及少量微晶灰岩。产双壳类、浮游型菊石等生物化石，反映深水沉积特点，属于半深海沉积环境，与下伏二叠系大隆组整合接触，厚约40 m。和龙山组主要岩性为泥岩、瘤状灰岩、微晶灰岩，韵律性较好，产菊石化石，属于半深海盆地沉积环境，与下伏殷坑组整合接触，厚度约22 m。南陵湖组出露不全，缺少上部地层，整体岩性以中厚层状微晶灰岩和厚层状瘤状灰岩为主，产菊石、牙形刺化石，沉积水体较殷坑组、和龙山组浅，厚度约15 m。殷坑组至南陵湖组相当于一个二级层序，整体上反映了一个海退序列，其中瘤状灰岩主要分布在殷坑组、和龙山组以及南陵湖组下部（图2）。2瘤状灰岩特征研究区瘤状灰岩整体上由瘤体和基质组成。瘤体成分与基质成分差异较大（图3：a-c），瘤体主要岩性为灰色、浅灰绿色灰岩，含泥质物较少。瘤体大小几毫米至几十厘米不等，外形不规则，常呈豆荚状、透镜状，有塑性变形及溶蚀痕迹，占全岩的 80%90%。大部分瘤体成层性较好，为串珠状、断续状，有的成层性较差，为杂4463 期靳学斌：下扬子巢湖地区下三叠统瘤状灰岩成因再探讨乱状分布在基质之中。显微镜下观察瘤体主要成分为泥晶-粉晶方解石，含少量的褐铁矿、黄铁矿，局部发生白云石化及去白云石化（图3a），含有菊石、双壳类等生物碎屑（图3：d-f）。基质为紫红色、黄绿色含钙质泥岩或泥岩（图3b）。发育水平层理和微波状层理，层间可见缝合线构造（图 3：g，h）。基质中的粘土矿物主要为伊利石，其次为高岭石、绿泥石和蒙脱石，生物碎屑以钙质骨屑为主（图3h）。瘤体与基质之间常呈渐变式接触，且两者界面的清晰程度与整个岩层中泥质含量的多少具有正相关关系，即当瘤状灰岩中泥质含量较高时，瘤体与基质之间的分界面就越清晰，反之界面就相对模糊。瘤体与基质的化学成分分析结果如下（表1）。瘤状灰岩层横向稳定，成层性较好，单层厚度薄，一般为 25 cm，纵向上瘤状灰岩常与泥岩、泥晶灰岩交替成层，具明显的韵律性，韵律层厚度从几十厘米到几十米不等。一般韵律层厚度与瘤状灰岩层数成反比（图4：a-c）。前人根据瘤体的形态特征和瘤状灰岩中泥灰S1-2：中、下志留统；D3：上泥盆统；C：石炭系；P：二叠系；T1-2：中、下三叠统；J：侏罗系；Q：第四系；1，正断层；2，逆断层；3，平移断层；4，花岗