作為地史演化的產物,地層序列只記錄了不足地球歷史的二分之壹,更長的時間是間斷和剝蝕期(李思田,1995)。而作為壹種負記錄,層序界面可提供如下5個方面的信息:①各種標識特征的物理界面;②可供研究的記錄,包括截然不同於上覆、下伏層序的特殊沈積,以及與下伏層序有成因聯系的殘存記錄;③物理記錄的侵蝕間斷;④時間序列的不連續性;⑤曾發生過的某壹事件或壹系列事件。可見,層序界面的研究意義重大。自層序地層學誕生以來,層序界面在盆地分析及油氣勘探中的作用愈加明顯,因而深受人們的關註。Krapez(1996,1997)初步討論了層序與盆地的關系,許效松等(1996,1997)系統地闡述了層序界面成因類型及其與盆山轉換之間的關系,李思田等(1995)強調了層序界面在沈積盆地動力學研究中的意義,覃建雄等(2001)對層序界面的級別類型及其與盆地之間的關系進行了研究。隨著地球動力學和沈積盆地動力學研究逐漸成為熱點,有關層序界面的研究將更加深入而廣泛。
西昌盆地位於泛華夏陸塊群中的揚子地塊西緣,地處特提斯構造域(許效松等,1997)。作為揚子陸塊西部大陸邊緣與特提斯洋復合作用產物,西昌復合盆地在不同地史時期具有不同的大地構造屬性,顯示明顯的縱向疊加、橫向復合的復式特征。在晚震旦世—古新世約600Ma的演化進程中,西昌復合盆地經歷了構造升降、氣候突變、海平面變化、生物絕滅、熱事件等各種事件的改造疊加,形成了各種成因的層序界面,這些界面分布廣泛、類型各異、特征顯著、侵蝕有別、間斷不壹,是進行層序界面研究的理想地區和層位。論文著重闡述界面的級別類型及特征,分析界面的成因屬性及機理,進而探討界面在地層劃分、盆地成因以及油氣勘探中的意義。
8.1.1 級別類型及特征
根據界面組構特征、延伸範圍、侵蝕程度及間斷期限,西昌復合盆地***識別出6個級別的層序,即特級、超級、Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級(表7.3和圖8.1)。
8.1.1.1 特級
該類界面以微角度—角度不整合為重要特征,分布範圍廣、侵蝕變化大、間斷時限長(表7.3),上覆與下伏層序在盆地性質、構造屬性、動力機制等方面存在質的差異,它代表全球構造運動的產物。區內包括上震旦統底界(T1)、上二疊統白果灣組底界(T69)和古新統頂界(T78)。其中,T1和T78分別系澄江運動和喜馬拉雅運動的產物,它們標誌西昌復合盆地演化的起始和最終消亡。
8.1.1.2 超級
區內包括誌留系—泥盆系界線(T40)、泥盆系—二疊系界線(T54)、中上二疊統界線(T60)、中下侏羅統界線(T73)(圖8.1)。標誌主要包括:①區域性平行不整合;②區域性殘積層;③明顯的地層缺失;④長期的沈積間斷等(表7.3)。揭示區域性構造運動為主控因素造成的產物,如界面T73,主要表現為中侏羅統、下侏羅統之間的區域性平行不整合(圖8.1),代表燕山運動Ⅰ幕產物,它暗示西昌復合盆地由周緣前陸盆地向陸內拗陷盆地的轉化。
圖8.1 西昌復合盆地層序界面級別劃分及其與盆地演化的關系
1—特級;2—超級;3—Ⅰ級;4—Ⅱ級;5—Ⅲ級;6—Ⅳ級
(註:圖中Ⅵ級界面僅標出典型的,其他級別界面均已全部標出)
8.1.1.3 Ⅰ級
識別標誌與超級界面的相似,但界面分布範圍較小、侵蝕程度較弱、殘積層規模較小、侵蝕間斷相對不明顯(表7.3),代表地區性構造運動產物。如界面T76,主要標誌是缺失下白堊統上部大銅廠組,同時該界面為生物絕滅事件面,之上標誌著被子植物輻射演化的開始,為燕山構造運動Ⅲ幕產物。此外,I級界面還有震旦系—寒武系界線(T11)、寒武系—奧陶系界線(T22)(圖8.1)。
8.1.1.4 Ⅱ級
標誌包括兩種類型,壹是盆地範圍內明顯的沈積間斷(通常相當於1個期或數個生物帶),如界面T47,作為上、下泥盆統之間的界面即西昌構造Ⅱ幕運動面,該界面的標識特征包括:①普遍缺失下泥盆統頂部的邊菁溝組;②下泥盆統坡腳組頂部發育赤鐵礦層。二是沈積間斷相對不明顯的特殊地層界面——綜合事件地層界面,如二疊系—三疊系之間的界面(T63)(圖8.1),即表現為生物絕滅、海平面下降、凝灰沈降、沈積地化異常、磁極倒轉等諸多事件的綜合產物(楊遵儀等,1992)。
8.1.1.5 Ⅲ級
標誌主要有:喀斯特面、溶蝕面、暴露面、淡水成巖段、溶蝕孔洞縫帶、白雲巖化、溶蝕角礫巖、古土壤等,區內典型的Ⅲ級界面包括T16、T26、T31、T62、T71、T75、T77等(圖8.1)。其中,T16為最典型的Ⅲ級界面,貫穿全區,證據主要有:①中西部地區凹凸不平,下伏龍王廟組頂部發育巖溶白雲巖,被上覆陡坡寺組中薄層灰質泥巖超覆;②上為0~0.1m殘積相,向東變薄尖滅。
8.1.1.6 Ⅳ級
該類界面標識特征不明顯。分為兩種情況:壹是與海底成巖作用有關的界面,以硬底、軟底或固底為特征(覃建雄等,2001),如下寒武統下部的界面T11以及中二疊統茅口組底部的界面T58;二是與早期暴露(溶蝕)面相關的海侵改造界面,具體標誌是:①暴露(溶蝕)海侵改造面;②界面之上的高幅海侵序列;③界面上覆、下伏相鄰體系域出現明顯的“跳相”或相帶突變現象。該類界面主要見於下二疊統棲霞組,如T55、T56、T58等(圖8.1)。
8.1.2 成因分析
在上述界面標識特征基礎上,結合的形成背景、發育機理及其與構造活動、海平面變化、盆地性質及演化的關系,將西昌復合盆地上述不同級別類型的層序歸納為如下6種成因類型(圖8.2)。
8.1.2.1 造山侵蝕
典型代表是T69,成因標誌包括:①低角度不整合、陸上沖刷切割或假整合;②下伏為上震旦統—中二疊統海相碳酸鹽巖沈積,上覆為盆外物源註入造成的陸相低水位楔形體-沖積扇-扇三角洲-山前磨拉石建造,揭示中二疊世末—晚二疊世初西昌復合盆地性質由被動大陸邊緣向前陸盆地的重大轉折時期。該類的機理(圖8.2A)主要為:造山升隆作用導致大陸邊緣轉為前陸過程,克拉通形成前陸隆起帶,下伏沈積物隆升,與上覆層序低角度不整合。
8.1.2.2 升隆侵蝕
包括T40、T54、T60、T73,尤以T54為典型,標誌主要有:①普遍缺失石炭系沈積,局部地區影響到上誌留統;②上揚子地區廣泛分布的鐵鋁質風化殘積層;③下伏為區域性分布的巖溶地層或風化改造層段;④界面下伏老盆地和上覆新盆地之間在動力學性質上無明顯的變化。表明泥盆紀末由於廣西構造運動的影響,地層區域性擡升,遭受長期的風化剝蝕,最終造成升隆侵蝕成因的層序界面(圖8.2B)。該類界面代表在相似構造背景下老盆地的消亡和新盆地的新生。
8.1.2.3 陸上侵蝕
陸上侵蝕界面主要為地區性構造運動引起地層暴露地表,遭受相對輕微的剝蝕,造成壹定程度的沈積間斷。識別標誌與升隆侵蝕界面相似,但界面分布範圍有限、侵蝕程度較弱、殘積層規模較小(圖8.2C)。如T11作為桐灣運動產物,導致筇竹寺組假整合於燈影組之上,T22作為西昌運動產物,上覆紅石崖組與下伏二道水組之間,缺失新廠階。該類型界面揭示次級盆地或盆地構造階段之間的轉變面。
圖8.2 西昌復合盆地層序成因圖解
1—構造升隆;2—盆地沈降;3—海平面上升;4—海平面下降;5—盆底撓曲;6—盆底回彈;7—物源供給;8—海侵上超;9—海底成巖作用面;10—灰巖。圖中A—D代表層序單元序列。圖A為造山侵蝕T69的形成圖解:A-1為中三疊世沈積模式;A-2為前陸盆地撓曲變形;A-3為前陸盆底回彈、沈積物造山侵蝕。圖B為升隆侵蝕T54的形成圖解:B-1為晚泥盆世沈積模式;B-2表示區域構造升隆過程,使地層C、D位於潛水面以上;B-3表示C、D風化剝蝕,較老地層A、B暴露地表。圖C為陸上侵蝕T22形成圖解:C-1表示晚寒武世沈積模式;C-2表示地區性構造擡升,使地層D位於潛水面以上;C-3示意D單元遭風化剝蝕,較老地層C暴露地表。圖D為暴露侵蝕T4形成圖解:D-1表示晚震旦世沈積模式;D-2表示坡折帶以上暴露地表;D-3示意坡折帶以上暴露侵蝕界面被保存下來。圖E為水下間斷界面T58形成圖解:E-1表示中二疊世沈積模式;E-2表示海平面長周期快速上升,導致饑餓沈積;E-3示意海底成巖作用的發育與保存。圖F為海侵上超的形成圖解;F-1表示晚奧陶世沈積模式;F-2表示早期暴露面發育;F-3示意快速海平面向陸超覆,導致下伏淺水沈積被海侵改造和其上深水沈積超覆
8.1.2.4 暴露溶蝕
暴露溶蝕形成於長周期主體海平面下降時期即盆地主體充填時期,為三級海平面下降末期沈積物暴露地表,遭受淡水溶蝕、成巖改造或地表殘積的產物(圖8.2D)。該類界面構成區內主要的界面類型,包括T16、T26、T31、T62、T71、T75、T77,反映盆地演化過程中的中止或暫停。暴露溶蝕界面組合是盆地逐漸收縮的產物。
8.1.2.5 海侵上超
海侵上超界面形成於長周期主體海平面上升旋回,系長周期海平面上升受短期海平面變化疊加的產物(圖8.2E)。通常以上超界面組合為特征,自下而上,各對應的水深遞增,並以組合中頂部界面水深最大;對單壹而言,表現為上覆、下伏兩個海侵型層序之間短期海平面靜止或短期低幅海平面下降特點,區內下寒武統、下泥盆統、下二疊統發育大量該類界面,典型的有T4、T12、T50、T55~T58等,代表大陸邊緣突然拉張和盆地急劇擴大的產物。
8.1.2.6 水下間斷
水下間斷界面形成於水體相對深、沈積作用明顯匱乏的海底環境中,為長周期海平面上升旋回與短周期海平面升降疊加的結果(圖8.2F)。主要以沈積作用停滯或海底早期成巖作用為特征,發育水下硬底、固底或軟底,常與海侵上超界面***生,反映盆地最大拉張和穩定發展時期。該區下二疊統發育該類層序。
8.1.3 研究意義
8.1.3.1 解決地層界線問題
1)震旦系—寒武系界線。經典的寒武系—震旦系界線位於燈影組三段(麥地坪段)上部第二小殼化石Paragloborilus-Siphogonuchites帶之底,根據層序地層學理論體系,現上移至燈影組頂部(圖8.3)。證據包括:①桐灣構造運動面:為壹區域分布的平行不整合面;②巖性轉換面:上覆為區域分布的海侵型含磷矽質粉砂頁巖,之下為潮坪相白雲巖;③生物群突變面:之上為具殼動物組合,之下為其他後生動植物組合;④極性偏轉事件;⑤氣候突變面:上部為幹熱氣候的含膏鹽地層,之下為溫暖氣候的碳酸鹽巖。
圖8.3 基於層序地層學的寒武系—震旦系界線(甘洛剖面)
2)奧陶系—寒武系。傳統的奧陶系—寒武系界面通常劃在二道水組上部牙形石Cordylodus proavus帶或Monocostodus sevierensis帶之底,現定在二道水組頂部(即二道水組/紅石崖組之間),標誌主要包括:①西昌構造運動面:缺失相當於下奧陶統下部的新廠階;②巖性突變面:紅石崖組碎屑巖覆蓋在二道水組白雲巖之上(圖8.4);③生物轉變面:之上為無脊椎動物輻射演化及生物相分異,之下為具殼動物演化時期;④氣候突變面:上覆為濕熱氣候的富赤鐵礦、菱鐵礦巖層,下伏為幹熱氣候組合。
3)誌留系—奧陶系。傳統的誌留系—奧陶系界面定在龍馬溪組下部五峰階Dicellograptus szechuanensis帶和Dalmanitina帶層位之上,現下移至五峰組底部層位。主要標識有(圖8.5):①暴露侵蝕不整合面:之下為臨湘組頂部淡水膠結角礫巖層段;②典型的海侵事件面:五峰組海灣相黑色頁巖超覆在下伏臨湘組白雲巖之上;③五峰期構造古地理和沈積格局與誌留紀的壹致,但明顯有別於前五峰期。
圖8.4 基於層序地層學的奧陶系—寒武系界線(普格剖面)
圖8.5 基於層序地層學的誌留系—奧陶系界線(甘洛剖面)
8.1.3.2 闡釋盆地性質與演化
不同的構造背景和盆地屬性,產生不同成因類型的層序,不同的構造幅度和盆地規模形成不同級別類型的層序(覃建雄等,2001)。作為沈積盆地演化的產物,層序界面反映沈積地殼演化過程中,構造背景、盆地性質、盆地規模等不同程度的變化,包括盆地域之間、盆-盆之間、盆-山之間乃至盆地內部不同級別單元之間的動力學轉化面,因此,通過層序界面成因和規模的研究,可以揭示沈積地殼演化期間的轉化事件。
就成因類型而言,造山侵蝕界面揭示不同性質沈積盆地之間的轉折事件,如界面T69即反映了晚震旦世—中二疊世被動邊緣盆地的結束以及印支期—燕山期陸相盆地的開始;升隆侵蝕界面反映相同性質盆地之間的轉換面,如T54表明了被動邊緣演化過程中加裏東旋回的結束以及華力西旋回的開始;陸上侵蝕面以T11、T22為代表,反映次級盆地之間或同壹盆地演化過程中的侵擾事件;水下間斷(如T57、T58)表征最大海泛或盆地最快沈降時期;海侵上超界面如T55、T56,表明盆地構造拉張、海盆範圍迅速擴大到臨界期;暴露溶蝕界面則是穩定構造背景下由於海平面短期快速下降引起盆地間斷收縮的產物。
對界面級別類型來說,特級界面反映了全球構造旋回或威爾遜旋回之間的轉換面,如界面T1、T69、T78分別揭示了大陸裂谷旋回與加裏東-華力西旋回之間、加裏東-華力西旋回與印支-燕山旋回之間的轉換面以及印支-燕山旋回的消亡面;超級界面如T40、T54、T60、T73具有區域性特點,反映了沈積盆地域之間的分界面,Ⅰ級界面(如T11、T22、T76)顯示地區性特征,表明沈積盆地之間的轉化面;Ⅱ級界面T47、T63作為Ⅱ級層序的重要識別標誌之壹,反映盆地構造幕之間的界面;Ⅲ級界面(如T16、T26、T31、T62、T71、T75、T77)揭示了盆地沈積幕之間的界面;Ⅳ級界面則反映盆地充填韻律之間的轉換面。
8.1.3.3 在油氣勘探中的應用
層序界面對油氣的控制意義很大程度上取決於界面的性質、特征和分布。就界面級別類型而言,界面規模大小與其對油氣的控制意義成正相關關系;通常特級、超級界面控制的油氣儲層具有全球或區域性對比意義;Ⅰ、Ⅱ級界面相關的儲層具有地區性對比意義;Ⅲ級界面的作用相對較小,僅在盆地範圍內可進行追蹤;Ⅳ級界面對油氣儲層發育的作用不明顯,但作為儲層與蓋層的臨界面,對油氣藏的封蓋意義重大。
就界面成因而言,造山侵蝕界面對油氣的控制作用表現為:下伏的被動邊緣盆地巨厚碳酸鹽巖層(如T69,下伏震旦系—中二疊統)往往構成有利烴源層,其上覆的前陸盆地粗碎屑巖(如白果灣組)構成良好儲集層;升隆侵蝕界面是形成巖溶儲層或古潛山油藏的主控因素,以T54為例(圖8.6):①界面本身即為重要的油氣運移通道和儲集場所(圖8.6B)。②下伏是大型巖溶雲巖儲層(圖8.6C)和風化成因砂巖儲層(圖8.6D)。③上覆為典型的殘積型LST砂巖儲集體(圖8.6A)。陸上侵蝕界面與升隆侵蝕界面相似,但由於間斷時間較短、侵蝕規模較小、分布範圍有限,因而對油氣的作用主要是作為油氣的運移通道,上覆通常不發育殘積型儲集體,暴露溶蝕的控油意義不大,但有利於後期儲層的發育。海侵上超界面和水下間斷界面的意義與上述Ⅳ級界面相似。