0 引言

中国海相地层油气勘探潜力巨大，自21世纪以来，我国已在上扬子区的四川盆地发现了威远、普光、龙岗、元坝等多个大型天然气田，在中扬子地区下寒武统水井沱组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组等页岩层段内也获得多处工业油气流^[1]。南黄海盆地是一个由海相中—古生界和陆相中—新生界构成的大型叠合盆地，它作为下扬子块体的主体，具有与上扬子区四川盆地相似的构造和沉积背景^[2]。但至今尚未发现海域工业油气流，其主要原因可归咎于钻井资料的严重匮乏使得我们对古沉积环境研究不明，沉积演化规律也未形成统一认识，这从根本上妨碍了油气成藏条件的进一步分析，制约了该海域油气勘探的进程。目前南黄海海域已有钻井27口(中国22口、韩国5口)，但仅有7口井钻至中生界；而在CSDP-2井之前，仅有CZ-12-1-1井揭露了石炭系^[3]。以往关于南黄海盆地古生界沉积环境的认识基本局限在晚石炭世、二叠纪时期，针对石炭系以下古生界沉积相的研究相对较少；同时大部分研究多依靠陆上苏北盆地的露头和区域地球物理资料，缺乏第一手数据的支撑^[4-5]。本文利用大陆架科学钻探项目在南黄海中部隆起获得的第一口深钻CSDP-2井资料，综合岩心描述、薄片鉴定、野外考察等手段，对该井志留系—石炭系沉积地层进行划分和解释研究，分析南黄海盆地中部隆起沉积环境，划定沉积相，并与下扬子陆上地区进行对比研究，以期为南黄海盆地油气勘探提供科学依据。

1 地质背景

下扬子区北部以苏鲁造山带和郯庐断裂带与中朝地台相邻，南部以江绍断裂带与华南块体相接，东部与朝鲜半岛相邻，西部与中扬子地区相接，整体上为在中、古生代海相地层之上，经中、新生代构造运动强烈改造的叠合盆地^[6](图 1)。根据南黄海盆地现今的构造格局自北向南可划分为千里岩隆起、北部坳陷、中部隆起、南部坳陷和勿南沙隆起5个构造单元(简称“三隆两坳”)^[7]。

CSDP-2井是以探查南黄海盆地中部隆起中—古生界海相地层、地质环境和油气地质条件为目标的第一口全取心深钻(121°15′41″ E，34°33′18.9″ N)，终孔深度为2 843.2 m，全井岩心平均采取率高达97.7%。该井证实了中部隆起发育巨厚海相沉积层的推断，首次在海相地层中发现多处油气显示，并揭示了多套海相优质烃源岩层；同时首次钻遇下志留统，打破了南黄海地区钻遇最古老地层为石炭系的记录^[8-9]。

2 岩心描述及沉积相特征

CSDP-2井先后钻穿第四系、新近系、下三叠统、二叠系、石炭系、上泥盆统、下志留统。其中，石炭系—志留系钻遇地层厚度1 100余m，地层分组自下而上依次为：下志留统高家边组、侯家塘组和坟头组；上泥盆统五通组；下石炭统高骊山组与和州组; 上石炭统黄龙组和船山组(图 2)。下面将从地层岩性、测井曲线、粒度特征、沉积构造、古生物化石等方面，对研究区志留系—石炭系的岩石学特征及其沉积相开展详细研究。

2.1 志留系

志留纪早期，华南块体与扬子块体的碰撞在下扬子区形成了前陆盆地；志留纪晚期至泥盆纪中期，华南和扬子两大块体不断碰撞、拼贴并形成统一的南方古陆，下扬子区整体抬升并遭受大面积剥蚀，致使中—上志留统缺失^[10]。CSDP-2井钻遇的志留系自2 355.8 ~2 843.2 m，总厚度487.4 m，以暗深色泥岩为主，中间夹有一套厚53.3 m的石英砂岩和一套厚24.0 m的白云岩，发现大量已知疑源类化石。

2.1.1 高家边组陆棚泥沉积相

志留系高家边组位于井深2 684.6~2 843.2 m，在该井仅见其上部地层，未见底，厚度为158.6 m。岩性为灰黑色、深灰色泥岩。在自然伽马和深双侧向电阻率曲线上表现为平直曲线，整体以高伽马、低电阻为特征(图 2、图 3a)。岩层中普遍发育水平层理，反映了较弱的水动力，高家边组灰黑色泥岩段解释为局部滞留缺氧的浅水泥质陆棚环境。

古生物化石主要发现疑源类，它们是生物亲缘关系不明的有机体，主要是藻类，保存在有机质丰富的碎屑岩和灰岩中，在古生代地层年代确定、生物地层对比等方面作用显著。井深2 819.8 m附近出现较多我国志留纪已知疑源类化石，如维斯比球藻(Visbysphera)、粒刺三缝孢(Trachytriletes)等(图版Ⅰa)。

2.1.2 侯家塘组陆棚泥沉积相

志留系侯家塘组位于井深2 670.8~2 684.6 m，厚度为13.8 m。俗称“下红层”，岩性主要为紫红色泥岩(图 3b)。侯家塘组的生物标志为一种营底栖生活的树形笔石(Hunanodendrum)，其只能生活在强光带的半氧化—氧化环境中。腕足类(Lingula)的出现与紫红色泥质沉积同样指示了当时海水较浅的生态环境，搬入海盆中的碎屑沉积物未被还原^[11]。由此可见，侯家塘组时期，研究区海平面曾一度下降，侯家塘组与下伏高家边组呈不整合接触关系。

2.1.3 坟头组陆棚相沉积

坟头组根据岩性不同可分为上下两段：下段为2 593.5~2 646.8 m，厚53.3 m，岩性为灰黑色细—中粒石英砂岩、红褐色含泥质石英砂岩，解释为砂质滨岸沉积(图 3c、图版Ⅰb)；上段为2 355.8~2 593.5 m，厚237.7 m，岩性为灰黑色粉砂质泥岩(图版Ⅰc)，岩石主要由泥质组成，泥质多呈泥晶—鳞片状结构，胶结物主要为白云石晶体，可厘定为浅海陆棚泥沉积相。在自然伽马和深双侧向电阻率曲线上，坟头组上段表现为平直曲线，而下段则变为锯齿形曲线(图 2)。坟头组与下伏侯家塘组呈不整合接触关系。

坟头组上段粉砂质泥岩中多处发现腕足类(2 555.3 m)、头足类(2 575.9 m)、鱼类(2 389.5 m)、节肢类(2 541.6 m)等生物化石(目前未定种)，还发现多种已知志留纪疑源类化石(图 2)。另外，在井深2 575.9 m处发现牙形刺(Drepanodus? sp.)，常见于奥陶纪—志留纪地层。

2.2 泥盆系

下扬子地区晚泥盆世五通组由一套成熟度较高的砂岩和具有海相化石的粉砂岩和泥岩组成，其平行不整合于志留系坟头组之上，是该区重要的区域对比标志层之一^[12]。五通组也可分为上下两段，下段称观山段，上段称擂鼓台段，CSDP-2井钻遇总厚度为286.0 m。

2.2.1 五通组观山段滨海潮坪相

五通组观山段位于井深2 122.9~2 319.5 m，厚度196.6 m。岩性自下而上依次为灰色中—细粒石英砂岩，夹红褐色、灰绿色泥岩和灰色砂岩，多处发现古风化壳，含黑色炭屑，发育植物根茎碎屑(图 3d、e)，且具有波状层理，说明当时沉积环境间歇性暴露，符合潮坪沉积向上变细的正韵律岩性序列。从2 200.0 m向上岩性为灰色、灰黑色中—细粒石英砂岩，分选、磨圆度均较高，呈颗粒支撑结构，属水动力较强的滨岸浅滩环境(表 1)。从薄片(图版Ⅰd、e)上观察，石英颗粒次生加大普遍且强烈，硅质充填于碎屑颗粒之间以胶结物形式产出，变质岩岩屑成分主要为石英岩。

观山段的底部有一段灰白色细晶—泥晶白云岩(图版Ⅰf)，泥晶结构白云石集合体中夹杂粗晶白云石晶体集合体团块。冯增昭^[13]认为泥晶—粉晶白云岩一般产于潮坪环境；李双应等^[14]通过地球化学研究得出，白云岩属于潮坪带的准同生成因。本文推测其为多期逆冲推覆造成该地区下部寒武系—奥陶系白云岩地层夹在后期地层中间，在测井曲线上明显表现为断层突变(图 2)。

2.2.2 五通组擂鼓台段三角洲沉积相

五通组上段从2 033.5~2 122.9 m，厚89.4 m，称为擂鼓台段，下部岩性为灰白色、棕灰色细粒石英砂岩，上部为深灰色粉砂岩夹粉砂质泥岩，可见较厚的槽状交错层理，为一套三角洲沉积相。在自然伽马测井曲线上，擂鼓台段的三角洲前缘亚相呈现反粒序的漏斗形曲线形态，岩性较细；而上部三角洲平原亚相砂泥岩则表现为锯齿形曲线(图 2)。多处发现保存较好的孢子植物化石，可称为Apiculi-retusispora-Retusotriletes-Cymbosporites组合(图 2)，是华南晚泥盆世Famennian期的重要标志分子；同时，井深2 053.5 m处出现晚泥盆世较典型疑源类分子——宽边花边球藻(Cymatiosphaera platoloma)，因此，该段地层当属晚泥盆世。

2.3 石炭系

早石炭世是下扬子盆地晚古生代以来第一次较大规模的海侵期，自此，整个石炭纪，下扬子盆地几乎都处于极浅的被动大陆边缘的陆表海环境^[15]。本区石炭纪经历了多个海进海退沉积旋回，形成了以开阔台地相碳酸盐岩为主的沉积建造。石炭系分为上、下两统。下石炭统为滨海到浅海的碎屑岩相和碳酸盐岩相，上石炭统则表现为稳定的开阔海台地碳酸盐岩相，CSDP-2井钻遇总厚度306.8 m，含大量、有孔虫及珊瑚等海相化石。本文参考文献[16]将石炭系碳酸盐岩划分为6种微相类型(表 2)。CSDP-2井钻遇的下石炭统发育有高骊山组与和州组。

2.3.1 高骊山组三角洲平原相

高骊山组从1 982.0~2 033.5 m，厚度51.5 m，岩性主要为杂色细砂岩、含粉砂质泥岩，局部夹杂灰色灰岩(图 3f)，从图版Ⅰg、h可以看到，岩石主要由泥质组成，呈鳞片状结构，见部分粉砂级碎屑颗粒，溶蚀孔洞和微裂缝十分发育并被黑褐色的沥青质充填。图版Ⅰi显示胶结物主要为泥质，泥岩呈条带状分布。井深1 986.5 m处发现孢粉(Conbacul-atisporites，Raistrickia，Lycospora，Triquitrites)指示为近岸环境，年代为早石炭世Visean期。

2.3.2 和州组潮坪相

和州组分布在井深1 924.7~1 982.0 m处，其下部岩性主要为紫红色生屑泥晶灰岩(表 2中MF2)，上部为灰色细砂岩，顶部为含灰质中—粗粒岩屑石英砂岩。从图版Ⅰj、Ⅱa可以看到，岩石胶结物主要为灰质，部分石英可见次生加大，中—粗粒石英颗粒磨圆度较高，分选较好，呈颗粒支撑结构，主要粒径为0.25~1.00 mm。该组解释为开阔碳酸盐台地潮坪相沉积。

2.3.3 黄龙组、船山组碳酸盐台地沉积相

黄龙组从1 823.3~1 924.7 m，厚101.4 m。黄龙组岩性主要表现为灰褐色、浅灰色生屑泥晶灰岩(图 3g)，生屑主要包括、头足类及腕足类，底部为浅肉红色灰岩，同时可见少量角砾状灰岩和鲕粒灰岩。从图版Ⅱb可以发现，岩石主要由泥晶方解石晶体组成，见大量粉砂级碎屑颗粒分布于泥晶方解石晶体集合体间(表 2中MF3)。图版Ⅱc显示岩石呈球粒状结构，球粒为生物化石，球粒状泥晶灰岩间充填亮晶方解石晶体(表 2中MF6)，反映高能动荡的沉积环境。图版Ⅱd显示岩石呈泥晶结构，见大量生物化石碎片，裂缝被亮晶方解石晶体集合体充填(表 2中MF2)。黄龙组整体表现为下部局限台地泻湖环境，顶部开阔台地内部浅滩环境。

黄龙组发现众多化石，类生活于石炭纪—二叠纪的浅海环境，化石保存在灰岩类岩石中。井深1 857.3~1 906.7 m产晚石炭世Moscovian期类，以Fusulinella-Fusulina带为主。1 906.7~1 924.7 m发育晚石炭世Bashkirrian期类Profusulinella带，二者均属于黄龙组。另外，在1 835.3 m、1 862.5 m见牙形刺化石，其种类常见于Bashkirrian期(图 2)。

船山组从1 726.7~1 823.3 m，厚度96.6 m，岩性以黑灰—深灰色球粒状含生物碎屑灰岩为主(图 3h、i)。最显著的特征是富含核形石，俗称“船山球”。由图版Ⅱe可见，岩石由大量生物化石碎片组成，生物化石间充填泥微晶方解石晶体，生物化石碎片间微裂缝十分发育且被褐黑色的沥青质充填(表 2中MF2)。图版Ⅱf、g显示，岩石主要由方解石晶体组成，薄片中见大量生物化石，生物化石体腔充填亮晶和泥晶方解石晶体，微裂缝被亮晶方解石和褐色泥质充填。图版Ⅱh则显示了压溶缝合线构造，缝合线中充填了褐黑色的沥青质(表 2中MF4)。船山组顶部与上覆二叠系栖霞组呈假整合接触。

船山组同样发现丰富的类化石(图 2)，其年代均鉴定为晚石炭世船山组。另外，在1 745.6 m发现有孔虫化石Bradyna sp.和Earlandia sp.，两者均为石炭纪—二叠纪常见化石，未能精确划分地层和时代。

由上述可见，石炭纪本研究区整体沉积环境为浅水碳酸盐台地相，不存在更远的生物礁或是斜坡沉积相。

3 南黄海盆地中部隆起志留系—石炭系沉积环境探讨

下扬子苏北盆地地表露头和钻井资料最丰富的是南京地区，本文将CSDP-2井地层与南京地区进行对比^[17](表 3)发现，南黄海中部隆起区岩性与下扬子盆地陆域基本一致，明确了其是下扬子地台向海域的延伸。同时还发现，CSDP-2井缺失中志留世茅山组、早石炭世金陵组、早—中石炭世老虎洞组，并且沉积厚度也不尽相同，尤其CSDP-2井晚泥盆世五通组的沉积厚度比下扬子陆域出露的要厚约100.0 m；另外，CSDP-2井也未钻遇下扬子陆域常见的紫红色厚层石英砂砾岩。此外，该井泥盆系五通组底部沉积有36.3 m厚的细晶-泥晶白云岩，坟头组底部细晶白云岩厚度达24.0 m，这两套白云岩的成因初步判定为多期逆冲推覆活动导致该地区下部寒武系—奥陶系的白云岩地层夹在其中。上述诸多问题还需依托粒度、薄片、地球化学测试分析结果来对比求证。

综上所述，奥陶纪末—志留纪末的加里东运动(广西运动)对本区有极其重要的控制作用，它使得江南古陆主体上升成陆，华夏古陆与扬子块体对接造成了下扬子地区大面积隆升剥蚀，在志留系坟头组—泥盆系五通组之间形成平行不整合接触^[18-19]。志留纪初期，由于海水加深，南黄海盆地沉积了一套半深海含笔石的细粒碎屑岩沉积建造(即高家边组下部页岩)，其后则总体表现为海退过程，在本区沉积了一套浅海陆棚相碎屑岩，沉积物以浅海—滨海相粉、细砂岩和泥岩为主(即高家边组上部泥岩、坟头组砂泥岩)。中志留世末，在加里东期构造运动影响下，本区整体隆起为陆，海水退出，致使晚志留世未接受沉积，且早、中泥盆世同样处于剥蚀夷平阶段。

晚泥盆世—石炭纪时期，以海水频繁振荡、进退变化较大为特征，在岩性序列上表现为旋回结构明显、沼泽相发育。晚泥盆世，下扬子区开始接受五通组碎屑岩沉积，稳定的石英砂岩和紫红色泥岩并存，其中下部为碎屑岩潮坪相，上部为三角洲相。其沉积构造及地球化学特征表明，五通组的沉积过程是一个典型的海侵过程^[12]。伴随着石炭纪全球性海侵的发生，下扬子海盆发育了巨大的碳酸盐岩台地，岩性以灰岩为主，包括船山组、黄龙组、和州组的生屑灰岩和泥晶灰岩，可见碳酸盐岩台地的台坪、泻湖、颗粒滩亚相，仅在高骊山组下部发育少量三角洲相的碎屑岩。随着船山组末期海退的结束，早二叠世初期，大规模海水再次入侵整个下扬子区，栖霞组继承晚石炭世浅水碳酸盐岩开阔台地相的沉积特征。

4 结论

1) CSDP-2井志留系总体反映为碰撞拼合过程中形成的海退沉积，沉积物以滨海—浅海相碎屑岩为主，缺失上志留统沉积；由于加里东运动使下扬子区隆升为陆，普遍缺失中—下泥盆统，仅保留上泥盆统海陆过渡相沉积；石炭系主要钻遇碳酸盐岩，岩性以生屑灰岩和泥晶灰岩为主，发育潮坪-泻湖-颗粒滩沉积体系。

2) 南黄海中部隆起区志留纪—石炭纪经历了一套完整的海退—海侵沉积旋回。志留纪—泥盆纪，南黄海盆地从被动大陆边缘盆地向克拉通坳陷盆地转化，中部隆起区发育了浅海相—海岸带潮坪相沉积，为一个海退旋回；石炭纪开始海侵，研究区发育碳酸盐岩潮坪-泻湖-颗粒滩沉积相，为一个海侵旋回。