Shale gas reservoir-forming conditions and exploration prospecting in the Cambrian Hetang Formation of southwestern Zhejiang and northeastern Jiangxi Province
-
摘要:研究目的
浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组广泛发育暗色泥页岩，是下扬子地区页岩气调查的重点层位。目前该区勘探程度低，导致对该区页岩气成藏条件认识不清。
研究方法通过寒武系荷塘组暗色泥页岩发育的地质背景、有机地球化学参数以及野外调查等方面研究，对该区页岩气资源潜力进行了评价，对有利区进行了优选。
研究结果浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组炭质硅质页岩在研究区内分布广泛，沉积厚度达35~200 m，其中在开化—常山—玉山地区的平均厚度超过50 m；有机质丰度高（1.48%~23.53%），镜质体反射率适中（2.01%~3.0%），有机质处于成熟—过成熟阶段。研究区荷塘组地层发育微孔隙、微裂缝等孔隙类型，储集性能较好。等温吸附实验测得炭质硅质页岩吸附气含量平均为5.93 kg/t，表明荷塘组炭质硅质页岩具有较好的吸附能力，有一定的吸附性。
结论以在高热演化程度环境中找热演化程度较低的区域和在复杂的构造背景中寻找相对稳定的区域为准则，研究认为开化—常山—玉山地区寒武系荷塘组炭质硅质页岩分布厚度适中，有机质丰度高，成熟度相对较低，页岩气保存地质条件较好。
创新点：浙西南—赣东北地区寒武系荷塘组页岩具备页岩气富集的物质基础；热演化程度是下扬子地区寒武系荷塘组页岩气能否富集的关键。
Abstract:This paper is the result of oil and gas exploration engineering.
ObjectiveThe dark shale of the Cambrian Hetang Formation widely occurred in southwestern Zhejiang and northeastern Jiangxi is the key target of shale gas exploration in the Lower Yangtze region. However, due to the present low exploration level of this interval, understanding of the shale gas accumulation conditions is still insufficient.
MethodsBased on the analysis of geological background, organic geochemical indicators and field stratigraphic outcrop investigation of the dark shale, the shale gas resource potential is evaluated and the favorable areas are optimized.
ResultsThe dark shale ranges from 35 to 200 meters in thickness with an average of over 50 meters in Jiangshan-Changshan area and is characterized by medium to high content of organic matter (TOC ranging from 1.48% to 23.53%) and high to over maturity (Ro ranging from 2.01% to 3.0%). The organic matters are highly and over highly matured. Abundant micropores and microfractures were observed in the shales, indicating the high quality shale reservoirs. The isothermal adsorption experiment shows that the carbonaceous shale has strong adsorption ability, which reaches 5.93 kg/t on average.
ConclusionsIt is suggested that the region of Jiangshan-Changshan area in western Zhejiang is favorable for shale gas exploration on the basis of relatively low thermal evolution of organic matter and stable stratigraphic structure preservation conditions.
-
Keywords:
- shale gas /
- reservoir-forming condition /
- Hetang Formation /
- oil and gas exploration engineering /
- Changshan /
- Zhejiang /
- Jiangxi
-
1. 引言
西南“三江”地区构造位置属于特提斯构造域（图 1a），地质构造及成矿作用极其复杂地区，许多学者认为西南“三江”南段地区古特提斯构造演化阶段存在多个陆壳地块与洋盆相间排列的多岛洋构造格局（莫宣学等，1993；刘本培等，2002；俞赛赢等，2003；王立全等, 2008, 2013；潘桂棠等，2013；任飞等，2017；尹福光等，2017；刘军平等，2017；王保弟等，2018；Liu et al., 2020，2021；李生喜等，2023），而昌宁—孟连古特提斯洋的构造演化及其转换时限是目前三江地区构造演化研究中最热门的科学问题之一。
![]()
图 1 西南三江地区大地构造位置图（a、b，据王保弟等，2018）、地质简图及采样点（c，据云南省地质调查院，2016❷）1—第四系；2—古生代—中生代盖层；3—低级变质带；4—高级变质带；5—糜棱岩化花岗质岩石；6—花岗岩；7—二叠纪二长花岗岩；8—二叠纪花岗闪长岩；9—三叠纪二长花岗岩；10—白垩纪二长花岗岩；11—崇山岩群；12—断裂带；13—侵入界线；14—渐变过渡界线；15—地名；16—测年样品号及采样位置；17—研究区Figure 1. Geotectonic location map(a, b, after Wang Baodi et al., 2018) and simplified geological map (c, modifed from Yunnan Institute of Geological Survey, 2016❷) in Sanjiang area1-Quaternary; 2-Paleozoic-Mesozoic caprock; 3-Low metamorphic zone; 4-High metamorphic zone; 5-Mylonitized granitic rock; 6-Granite; 7-Permian adamellite; 8-Permian granodiorite; 9-Triassic adamellite; 10-Cretaceous adamellite; 11-Chongshan group; 12-Fault zone; 13-Intrusion boundary; 14-Gradual transition boundary; 15-Toponym; 16-Dating sample number and location; 17-Research area目前昌宁—孟连古特提斯构造演化研究比较成熟，经历了早古生代中晚期-晚古生代特提斯洋俯冲消减、晚二叠世—早三叠世主碰撞汇聚、晚三叠世晚碰撞造山等阶段的演化过程（刘本培等，2002；李文昌等，2010；孔会磊等，2012；潘桂棠等，2013；任飞等，2017；尹福光等，2017；刘军平等，2017；王保弟等，2018）。晚古生代特提斯洋俯冲消减过程沉积了以鲕粒-生物碎屑灰岩为主的石炭系—二叠系渔塘寨组（CPy），以洋盆深水硅质岩、硅质泥岩、放射虫硅质岩、大洋玄武岩为主的石炭系—二叠系光色组（CPg），及中酸性火山岩为主的石炭系—二叠系龙洞河组（CPl）总体构成了洋盆-洋岛-海山-弧后盆地古地理格局；而在其东侧的临沧—勐海地块，由于昌宁—孟连洋壳向东俯冲消减，在临沧—景洪一带出现中酸性岩浆活动，锆石U-Pb年龄主要集中在280~334 Ma，显示了汇聚型大陆边缘岩浆弧花岗岩的特点（魏君奇等，2008；Peng et al.，2008；孔会磊等，2012；徐桂香等，2015；孙载波等，2015；刘军平等，2017；王保弟等，2018），但昌宁—孟连古特提斯洋弧-陆俯冲向碰撞、汇聚转换的具体时限及岩石学证据目前尚未报道。
笔者首次在风庆县小湾地区发现一套中二叠世晚期弱过铝质花岗岩岩体，目前并未有类似岩体的报道。本次运用锆石U-Pb LA-ICP-MS定年、岩石地球化学分析及岩石学对其进行详细研究，探讨了其岩石组合、侵位时代、岩浆演化、构造背景及源区，进而讨论了与昌宁—孟连古特提斯洋弧-陆俯冲向碰撞汇聚转换的关系，极大地丰富了昌宁—孟连古特提斯洋构造演化时限及岩浆岩记录。
2. 地质背景和样品特征
研究区位于西南“三江”南段，构造上位于羌塘—三江造山系（Ⅶ）和班公湖—双湖—怒江—昌宁—孟连对接带（Ⅷ），地层属于华南地层大区、羌北—昌都—思茅地层区、兰坪—思茅地层分区的澜沧地层小区及漾濞地层小区❶❷。研究区出露地层仅有古元古界崇山岩群，岩浆岩以二叠纪、三叠纪花岗岩为主，少量白垩纪花岗岩（图 1c）；小湾花岗岩岩体与古元古界崇山岩群呈侵入接触关系，岩体中富含黑云母和暗色残留体包体，被后期三叠纪黑云二长花岗岩、白垩纪细粒钾长花岗岩侵入。1：25万凤庆幅把小湾花岗岩岩体时代置于中元古代，仅因其普遍糜棱岩化，发育片麻状构造等现象❶，但未有同素位年龄约束；其主要岩石类型以糜棱岩化片麻状似斑状中粒黑云二长花岗岩为主，少量糜棱岩化片麻状细粒花岗闪长岩及片麻状粗粒二长花岗质变晶初糜棱岩，岩石结构上由细粒向粗粒演化，变化的有序性和单向性明显，且在空间上紧密共生，形成时间、成分及结构变化上表现出清楚的亲缘和演化关系，说明它们是同一岩浆热事件的产物。野外三者为渐变过渡接触，整个岩体由中心至边部矿物颗粒由粗粒变为中细粒；本次以小湾花岗岩岩体为研究对象，采集了同位素、薄片、地球化学样品，野外特征见图 2a。
![]()
图 2 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体野外照片和镜下照片特征a—野外露头；b—黑云二长花岗岩手标本；c—黑云二长花岗岩正交偏光照片；d—花岗闪长斑岩正交偏光照片；Kfs—钾长石；Qtz—石英；Pl—斜长石；Bt—黑云母Figure 2. Photographs and granite features for the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnana-Field outcrop; b-Biotite feldspar granite hand specimen; c-Biotite feldspar granite orthogonal polarization photo; d-Granodiorite orthogonal polarization photo; Kfs-K-feldspar; Qtz-Quartz; Pl-Plagioclase; Bt-Biotite糜棱岩化片麻状似斑状中粒黑云二长花岗斑岩：具变余似斑状花岗结构，中粒结构，片麻状构造。主要矿物成分由斜长石（27%）、钾长石（37%）、石英（31%）、黑云母（5%）组成，副矿物有磷灰石、锆石。矿物粒径多在2~5 mm。斜长石呈自形、半自形板状，内见聚片双晶、环带结构，已不同程度钠黝帘石化；钾长石呈他形、半自形板状，以具格子双晶微斜长石为主，部分为条纹长石，内见自形较好的斜长石包裹体及石英的穿孔交代结构，边缘见蠕英石包裹体，少部分粒度较粗大，构成斑晶；石英他形不规则粒状、集合状，充填于长石的间隙中。黑云母自形、半自形的片状，Ng-棕红色、Np-淡黄色，绿泥石化。手标本见图 2b及镜下特征见图 2c。
糜棱岩化片麻状细粒花岗闪长斑岩：具变余似斑状花岗结构，细粒结构，网结-网纹状定向构造。矿物成分主要由钾长石（15%~20%）、斜长石（50%~55%）、石英（20%~25%）、黑云母（3%~4%）、白云母（1%~2%）、长英质（1%~7%）组成，其中斑晶以斜长石为主，少量石英；基质主要为石英、钾长石及黑云母。副矿物主要有磷灰石、磁铁矿。镜下特征见图 2d。
片麻状粗粒二长花岗质变晶初糜棱岩：具变余初糜棱结构，粗粒结构，分异流动状、条痕状构造。矿物成分主要为斜长石（25%）、钾长石（39%）、石英（30%）、黑云母（1%）、电气石（< 5%）；副矿物有磷灰石、锆石。矿物粒径多在0.1~2 mm。斜长石他形微细粒变晶状（部分不同程度地保留其半自形的板状特征，残余岩浆组构特征），部分粒度较粗大，保留原透镜状、眼球状碎斑外形，内见聚片双晶、环带结构，已不同程度钠黝帘石化。钾长石他形微细粒变晶状，以具格子双晶微斜长石为主，部分为条纹长石，部分粒度较粗大，保留原眼球状、透镜状碎斑外形，边缘普遍见蠕英石及斜长石包裹体。石英大部分呈多晶条带、矩形条带产出，重结晶。黑云母显微鳞片状，沿糜棱面理呈断续线痕状聚集产出，Ng-褐绿色、Np-淡黄色。电气石自形、半自形的柱状，沿长轴方向沿糜棱面理定向分布，为后期电气石化作用形成。
3. 样品测试
锆石分选在南京宏创地质勘查技术服务有限公司完成，原岩样品经人工粉碎后，经人工淘洗后去除轻矿物部分，将得到的重砂部分经电磁选后得到含有少量杂质的锆石样品，最后在双目镜下挑选出晶型较好的锆石，制成锆石样品靶。对锆石进行反射光、透射光显微照相和阴极发光（CL）图像分析，最后根据反射光、透射光及锆石CL图像选择代表性的锆石颗粒和区域进行U-Pb测年。
U-Pb同位素定年在湖北省地质实验室测试中心重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。测试仪器采用的是由美国Coherent Inc公司生产的GeoLasPro全自动版193 nm ArF准分子激光剥蚀系统（LA）和美国Agilent公司生产的7700X型电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）联用构成的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析系统（LA-ICP-MS）。样品的同位素比值和元素含量采用ICPMSDataCal 9.0进行处理分析，加权平均年龄的计算及锆石年龄谐和图的绘制采用Isoplot3.0（Ludwing，2003）来完成。采用年龄为206Pb/238U年龄，其加权平均值的误差为2σ，206Pb/238U（和207Pb/206Pb）平均年龄误差为95%置信度（王海然等，2013；刘军平等，2018）。
选择10件岩体样品进行主量元素、稀土和微量元素分析。样品磨碎至200目后，在武汉上谱分析科技有限公司岩石矿物研究室进行主量和微量元素分析测试。主量元素使用X-射线荧光光谱仪（XRF-1500）法测试。用0.6 g样品和6 g四硼酸锂制成的玻璃片在ShimadzuXRF-1500上测定氧化物的质量分数值，精度优于2%~3%。微量元素及稀土元素利用酸溶法制备样品，使用ICP-MS (ElementⅡ)测试，分析精度(按照GSR-1和GSR-2国家标准)：当元素质量分数值大于10×10-6时，精度优于5%，当质量分数值小于10×10-6时，精度优于10%。
4. 分析结果
4.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年
本次用于锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄测试的样品采集位置见图 1，样品分析数据见表 1。样品糜棱岩化似斑状中粒黑云二长花岗斑岩（D01-1）为浅灰色，具不等粒半自形—自形短柱状结构，片麻状构造。将样品先经手工粉碎，后按常规重力及电磁法浮选出锆石颗粒，最后在实体镜下挑选出晶型较好的锆石约150余粒。锆石多为浅紫红色，个别呈褐色，粒状、短柱状、碎粒状，金刚光泽，透明，部分具磨蚀特征，锆石长100~150 μm，少数达200 μm。
表 1 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体中锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果Table 1. LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan
根据样品阴极发光（CL）图像锆石自形程度较好，棱角分明，发育较宽的韵律环带，Th/U比值较大，为典型的酸性岩浆结晶锆石（Hoskin and Schaltegger, 2003；吴元保等，2004；刘军平等，2018）；部分锆石外围发育较亮较窄的变质增生边，可能是后期发生变质作用所致（图 3）。
![]()
图 3 云南凤庆小湾地区花岗岩岩体代表性锆石阴极发光（CL）图像Figure 3. The CL images of zircons from the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan本次对糜棱岩化片麻状似斑状中粒黑云二长花岗岩（D01-1）共完成18个测点的锆石年龄测定（表 1），获得有效数据18个，18个有效分析点均具有较好的谐和度，谐和度均大于91%，从图 4a可以看出，分析的18个点均沿谐和线分布且较集中，且振荡环带清楚，Th/U比值较大（值为0.4~0.8），均为岩浆成因锆石，18个分析点获得206Pb/238U加权平均年龄为（260.4±1.30）Ma（MSWD=0.32，n=18），代表黑云二长花岗岩侵位时代，说明其形成于中二叠世晚期，而非前人认为的中元古代。
![]()
图 4 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体锆石U-Pb年龄谐和图Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagrams of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan4.2 地球化学特征
4.2.1 主量元素
小湾花岗岩的主量元素分析数据列于表 2。岩石化学成分SiO2含量为67.54%~78.66%，Al2O3含量为11.34%~14.30%，K2O+Na2O含量为6.20%~8.52%，里特曼指数σ为1.31~2.51，显示岩石属过铝质钙碱性岩类；在深成岩的SiO2-(Na2O+K2O)图解中（图 5a）样品投影点多数样品落入花岗岩区内，一件样品投影点落入花岗闪长岩区，与镜下矿物命名一致，均为亚碱性岩石；岩体A/CNK-A/NK图解中大部分样品落入准铝质区-过铝质区过渡区域，表现出弱过铝质的特点，仅1件样品落入过铝质区（图 5b）。在SiO2-K2O图解中大部分落入高钾钙碱性系列区（图 6），1件样品落入钙碱性系列。样品CIPW标准矿物显示，岩石为高硅富铝的特点，与岩石地球化学含量较为一致。
表 2 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体的主量元素（%）和微量元素（10-6）组成及有关参数Table 2. Analytical results of major elements (%) and trace elements (10-6) of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan
![]()
图 5 云南凤庆小湾地区花岗岩岩体SiO2-(Na2O+K2O)(a) and (A/CNK)-(A/NK)(b)图解（a，据Middlemost et al., 1994；b，据Maniar and Piccoli, 1989）Figure 5. SiO2-(Na2O+K2O)(a) and (A/CNK)-(A/NK) (b) diagrams of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan (a, after Middlemost et al., 1994; b, after Maniar and Piccoli, 1989)![]()
图 6 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体SiO2-K2O图解（据Richwood, 1989）Figure 6. SiO2-K2O diagrams of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan (after Richwood, 1989)4.2.2 微量和稀土元素
稀土元素、微量元素分析成果及特征参数见表 1。小湾花岗岩稀土总量（ΣREE）为125.64×10-6~300.04×10-6，平均为198.54×10-6，含量较低；轻稀土元素（LREE）含量为83.70×10-6~243.04×10-6，重稀土元素（HREE）含量为31.23×10-6~55.54×10-6，LREE/HREE为2.04~4.93，显示轻稀土元素相对于重稀土元素有一定程度的富集；(La/Yb)N=3.86~15.84，平均10.99；(La/Sm)N=2.66~7.08，平均5.37；(Gd/Yb)N=1.02~1.98，平均1.42；上述特征显示轻、重稀土之间具有明显分异特征，轻稀土元素内部的分异程度较高，稀土元素分异程度高，反映源区地壳具有较高的成熟度。小湾花岗岩δEu介于0.27~0.81，平均为0.53，在球粒陨石标准化图解上（图 7a）配分曲线Eu负异常明显，具有向右缓倾的V型特征，暗示岩石可能经历了强烈的斜长石分离结晶作用，长石矿物的分离结晶作用也可以解释花岗岩中Ba、Sr的亏损。且普遍具有弱程度的负铈异常（δCe=0.89~1.32，平均为0.96），暗示了岩浆形成于较高的氧逸度环境（刘洪等，2016；刘军平等, 2017, 2020a, 2020b）。
![]()
图 7 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体稀土元素配分形式（a）与微量元素蛛网图（b）（原始地幔标准化数据、球粒陨石标准化数据引自文献Sun and McDonough, 1989）Figure 7. Chondrite-normalized rare earth elements patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements patterns (b) of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan (Chondrite and primitive mantle normalized data after Sun and McDonough, 1989)小湾花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图解（图 7b）显示，样品具有明显的负Eu异常，相对富集Rb、Th、Ce等大离子亲石元素（LILE），相对亏损Ta、Nb、Zr、Ti、Hf、Y等高场强元素（HFSE）的特征；样品曲线形态趋势相近，它们应该具有相似的源区（刘洪等，2016；张洪亮等，2019；Liu et al., 2023）。
5. 讨论
5.1 小湾花岗岩源区性质及形成机制
研究区小湾花岗岩A/CNK值均在1.0以上，最高达1.47，表现出弱过铝质特点。CIPW标准矿物中出现刚玉分子（平均值为0.94%），Eu负异常明显，δEu平均为0.53，且具有低FeOT/MgO、低P2O5（0.03%~0.16%）和高K2O+Na2O（6.20%~8.52%）等地球化学特征，与弧火山岩及同碰撞花岗岩有部分类似特点（吴福元等，2007），可能与昌宁—孟连洋壳俯冲消亡向弧-陆碰撞汇聚对接转换有关，为过渡类型。
不同性质的源岩形成了不同构造环境中的弱过铝质花岗岩；判别弱过铝质花岗岩的形成环境则需要判别其形成的源岩性质，对于判别弱过铝质花岗岩的源岩性质，斜长石是一个很好的指示矿物，泥质源岩贫斜长石（< 5%），而杂砂岩则富斜长石（> 5%）。一般CaO/Na2O < 0.3表明原岩为泥质岩石的部分熔融，同时岩石Rb/Sr比值> 0.1和Rb/Ba比值> 0.3，反之若CaO/Na2O < 0.3表明原岩为杂砂岩的部分熔融，其Rb/Sr和Rb/Ba比值较低（Barbarin，1999；邓晋福等，2004）。小湾花岗岩的CaO/Na2O比值大部分 < 0.3（3个样品大于0.3），Rb/Sr比值均 > 0.1和大部分Rb/Ba比值> 0.3为特征，结合CaO/（MgO+FeOT）-Al2O3/（MgO+FeOT）图解（图 8a），显示其应为泥质岩石夹部分杂砂岩局部熔融而形成。
![]()
图 8 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT) (a)及Yb-Sr(b)构造判别图(a，据Alter et al., 2000；b，据张旗等，2006)Figure 8. (CaO/(MgO+FeOT)-Al2O3/(MgO+FeOT)) (a)-(Yb-Sr) (b) tectonic discrimination diagrams of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan (a, after Alter et al., 2000; b, after Zhang Qi et al., 2006)研究区的小湾花岗岩在张旗的Yb-Sr图解（图b）中样品落入极低Sr高Yb区和低Sr高Yb（图 9a），样品表现为低Sr高Yb型向高Sr低Yb型演化趋势，指示出地壳厚度增厚压力增大，可能与昌宁—孟连洋俯冲、碰撞造山有关。小湾花岗岩岩体6件样品（D01-1~D01-6），DI指数为93.94~90.26，分异程度较强，另一组4件样品（D01-7~D01-10），DI指数为71.66~88.65，分异程度弱或基本未分异，可能与本区花岗岩具弧花岗岩及同碰撞花岗岩双重过渡性质有关，应处于两者间的过渡类型。
![]()
图 9 云南凤庆地区小湾花岗岩岩体(Y+Nb)-Rb(a)及Yb-Ta(b)图解(据Pearce et al., 1984)Figure 9. (Y+Nb)-Rb(a) and Yb-Ta (b) diagram of the Xiaowan granite in Fengqing area, Yunnan(after Pearce et al., 1984)5.2 小湾花岗岩形成背景
花岗质岩石可以形成于多种构造环境，比如活动大陆边缘、岛弧造山带、大陆碰撞带等构造部位。
小湾花岗岩岩体富集轻稀土及大离子亲石元素，亏损高场强元素，且具弱过铝质特点，在稀土元素和微量元素图解方面显示出岛弧花岗岩及同碰撞花岗岩双重特征，在(Y+Nb)-Rb图解（图 9a）及Yb-Ta图解（图 9b）中样品落入火山弧花岗岩及同碰撞花岗岩交汇处，应具两者双重性质，为两者过渡类型。微量元素Sr的负异常和Th的正异常也显示了岛弧岩浆岩的特征，暗示着岩浆源区可能受到过俯冲板块流体或熔体的交代作用。中晚二叠世时期为昌宁—孟连洋向东俯冲未期，由于俯冲板块体或熔体的交代作用导致楔形地幔源区发生部分熔融作用，幔源岩浆上涌，从而导致上地壳物质升温发生熔融，研究区中二叠世晚期具有典型岛弧地球化学特征的小湾花岗岩即为该事件的岩石学记录，相对于大规模俯冲消减作用的弧岩浆岩记录（280~305 Ma），本期花岗岩滞后了约20 Ma，此时区域上开始转入弧-陆碰撞阶段，由于本期花岗岩侵位时代处于二次构造事件转换阶段，故同时兼具弧花岗岩及同碰撞花岗岩双重地球化学特征。结合区域资料，昌宁—孟连带在早二叠世末—早三叠世全区进入弧-陆俯冲向碰撞汇聚转换阶段（280~245 Ma）；早三叠世—晚三叠世全区进入主碰撞阶段（245~210 Ma）；之后全区进入伸展拉张阶段（~210 Ma），主要沉积了以早侏罗统芒汇河组，小红桥组为代表的火山岩夹碎屑岩沉积（刘军平, 2017, 2020c；王保弟等，2018；吕留彦等，2019）。由些，笔者认为小湾花岗岩可能是昌宁—孟连洋壳俯冲消亡向弧-陆碰撞、汇聚对接作用的产物（Collins and Richards, 2008；王保弟等，2018），而非碰撞后花岗岩。
5.3 小湾花岗岩构造意义
石炭纪—晚二叠世是昌宁—孟连古特提斯洋盆扩张、俯冲消减及弧-陆碰撞、汇聚转换的重要时期；其岩浆作用在凤庆、澜沧、景洪等地区均有该期侵入岩及火山岩的报道，该期典型代表有曼秀岩体、早石炭世平掌组(C1pz)火山岩，显示岛弧岩浆岩的地球化学特征，可能代表了昌宁—孟连洋壳发生(洋内)俯冲消减开始的记录，其岩浆记录主要集中在334 Ma以及320~348 Ma锆石U-Pb年龄（孔会磊等, 2012, 孙载波等，2015；王保弟等，2018）；具有典型的俯冲形成的岛弧型岩浆岩年龄主要集中在280~305 Ma，代表性岩体主要有南联山岩体锆石年龄为300~305 Ma（徐桂香等，2016）；雅口岩体堆晶辉长岩的锆石年龄为296 Ma❶；半坡岩体锆石年龄为284~288 Ma（Wang et al., 2010）；吉岔岩体锆石年龄280~297 Ma（魏君奇等，2008）。
本次发现的小湾花岗岩锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄为260.4 Ma，为弱过铝质花岗岩，具弧火山岩及同碰撞花岗岩双重特征，应为过渡类型；260.4 Ma是目前临沧岩浆弧发现的最为年轻的具弧岩浆岩及同碰撞花岗岩双重性质的酸性岩浆记录，与云县漫湾地区龙洞河组（CPl）中二叠世弧火山岩年龄（262.5±3.1 Ma）❷（刘军平等，2022）及景洪大勐龙怕冷具岛弧性质的辉长-辉绿岩岩体258~262 Ma的年龄相当❸（王保弟等，2018）。因些，结合前人的研究成果，昌宁—孟连洋构造体制由弧-陆碰撞到汇聚对接作用的转换可能发生在280~258 Ma，并引发一定规模的构造热事件，本文所报道的小湾花岗岩体应是该期事件的产物，其转换时限可能为260.4 Ma。笔者推测在云南境内昌宁—孟连洋盆向东俯冲消减作用最早碰撞发生在凤庆小湾、云县漫湾及景洪大勐龙一带，后逐渐相向延伸。
6. 结论
（1）小湾花岗岩岩体结晶年龄为（260.4±1.3）Ma（MSWD=0.32，n=18），表明岩体形成于中二叠世晚期，而非前人认为的中元古代，是目前临沧岩浆弧发现的最为年轻的具弧花岗岩及同碰撞花岗岩双重性质的酸性岩浆记录。
（2）小湾花岗岩岩体是在昌宁—孟连洋壳向东俯冲向汇聚转换背景下，上地壳泥质岩石夹部分杂砂岩成分发生部分熔融作用形成的弱过铝质亚碱性花岗岩。
（3）小湾花岗岩岩体应是昌宁—孟连洋壳俯冲消亡向弧-陆碰撞、汇聚对接作用的产物，其转换时限可能为260.4 Ma；结合区域资料，云南境内昌宁—孟连洋盆向东俯冲消减作用最早碰撞可能发生在凤庆小湾、云县漫湾及景洪大勐龙一带，后逐渐相向延伸。
注释
❶云南省地质调查院. 2008.云南1∶25万凤庆幅区域地质矿产调查报告[R].
❷云南省地质调查院. 2016.云南1∶5万诗礼幅、大河幅、犀牛街幅、老家库幅、哨街幅区域地质矿产调查报告[R].
❸云南省地质调查院. 2012.云南1∶25万澜沧幅、景洪幅、勐腊幅、勐海幅区域地质调查报告[R].
-
![]()
图 1 浙西南—赣东北地区构造单元划分及地层对比图
Figure 1. Tectonic units and stratigraphic correlation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
![]()
图 2 浙西南—赣东北地区早寒武世荷塘组岩相古地理图
Figure 2. Sedimentary facies distribution of Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province area
![]()
图 3 浙西南—赣东北地区早寒武世荷塘组地层剖面图
Figure 3. Stratigraphic columns of Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
![]()
图 4 浙西南—赣东北地区下寒武统荷塘组TOC平面分布图
Figure 4. TOC distribution of Lower Cambrian Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
![]()
图 5 浙西南—赣东北地区下寒武统荷塘组页岩Ro平面分布图
Figure 5. Ro distribution of Lower Cambrian Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
![]()
图 6 浙西南—赣东北地区主要剖面荷塘组泥页岩全岩X衍射矿物成分（据章伟, 2014）
Figure 6. Shale whole rock X-diffraction mineral composition of Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province (after Zhang Wei, 2014)
![]()
图 7 浙西南—赣东北地区荷塘组泥页岩孔隙结构特征
a, b—溶蚀孔发育，野外露头样品；c—有机质孔和微裂隙发育，ZJD-1井样品；d—孔洞缝间有机质充填，ZJD-1井样品；e—裂缝和孔隙中充填黄铁矿，ZJD-1井样品；f—溶蚀裂隙发育，ZJD1井样品
Figure 7. Pore structure in shale of Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
a, b-Dissolution pores develop, Field outcrop sample; c-Organic matter pores and microfissures develop, ZJD-1 sample; d-Organic matter filling between holes and cracks, ZJD-1sample; e-The fractures and pores are filled with pyrite, ZJD-1 sample; f-Dissolution fissures develop, ZJD-1 sample
![]()
图 8 ZJD-1井荷塘组炭质页岩样品等温吸附气含量曲线
Figure 8. Isothermal adsorption gas content of ZJD-1 carbonaceous shale of Hetang Formation
![]()
图 9 开化—常山—玉山地区下寒武统荷塘组地质剖面与野外地层
a—开化—常山—玉山地质剖面; b—开化野外露头; c—常山野外露头; d—玉山野外露头
Figure 9. Geological profile and outcrops of Hetang Formation in Kaihua-Changshan-Yushan area
a-Geological profile of Kaihua-Changshan-Yushan; b-Outcrops of Kaihua; c-Outcrops of Changshan; d-Outcrops of Yushan
![]()
图 10 浙西南—赣东北地区下寒武统荷塘组页岩气勘探有利区综合评价图
Figure 10. Potential district for shale gas exploration ofHetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
表 2 浙西南—赣东北地区下寒武统有机碳含量(TOC)统计
Table 2 TOC data of shale from Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
下载: 导出CSV
表 3 浙西南—赣东北地区下寒武统有机质成熟度(Ro)统计
Table 3 Rodata of shale from Hetang Formation in southwestern Zhejiang Province and northeastern Jiangxi Province
下载: 导出CSV
表 4 ZJD-1井荷塘组炭质页岩样品等温吸附实验数据
Table 4 Isothermal adsorption test data of ZJD-1 carbonaceous shale of Hetang Formation
下载: 导出CSV
-
Chen Jie, Zhu Yanming, Li Wu, Chen Shangbin. 2012. Shale gas accumulation conditions and favorable area prediction of Hetang Formation in South Anhui Province of China[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 33(4): 420-423(in Chinese with English abstract).
Chen Ke, Zhai Gangyi, Bao Shujing, Song Teng, Lin Tuo, Li Haohan, Jin Chunshuang, Meng Fanyang, Tang Xianchun And Zhang Yanlin. 2020. Tectonic evolution of the Huangling uplift and its control effect on shale gas preservation in South China[J]. Geology in China, 47(1): 161-172(in Chinese with English abstract).
Chen Xiuqi, Zhou Taofa, Li Longming. 2018. Characteristics of capping fold structure in the Southern Anhui and Western Zhejiang Regions[J]. Geotectonica et Metallogenia, 42(2): 193-210(in Chinese with English abstract).
Chen Yang, Tang Hongming, Liao Jijia, Luo Chao, Zhao Shengxian, Zheng Majia, Zhong Quan. 2022. Analysis of shale pore characteristics and controlling factors based on variation of buried depth in the Longmaxi Formation, Southern Sichuan Basin[J]. Geology in China, 49(2): 472-484(in Chinese with English abstract).
Cheng Haiyan. 2009. Evaluation of Source Rocks in the North Yellow Sea and Its Surrounding Basins[D]. Qingdao: Ocean University of China(in Chinese with English abstract).
Curtis J B. 2002. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin, 86(11): 1921-1938.
Feng Guoxiu, Chen Shengji. 1988. Relationship between the reflectance of bitumen amd vitrinite in rock[J]. Natural Gas Industry, 8(3): 20-25(in Chinese with English abstract).
Han Yao. 2013. Tectonic Paleogeographic Pattern and Evolution of the Eastern Section of the Jiangnan Orogen[D]. Beijing: China University of Geosciences(Beijing) (in Chinese with English abstract).
He Jinxian, Duan Yi, Zhang Xiaoli, Wu Baoxiang, Xu Li. 2011. Evaluation of hydrocarbon generation potentials of Chang-8 source rocks in Huaqing area, Ordos basin[J]. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), (6): 18-22, 32 (in Chinese with English abstract).
He Yu. 2015. Preliminary Study on Shale Gsa Resource Potential of the Lower Cambrian Hetang Formation in Zhejiang region[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 23-40(in Chinese with English abstract).
Li Yuxi, Nie Haikuan, Long Pengyu. 2009. Development characteristics of organic-rich shale and strategic selection of shale gas exploration area in China[J]. Natural Gas Industry, 9(12): 115-118(in Chinese with English abstract).
Long Pengyu, Zhang Jinchuan, Jiang Wenli, Nie Haikuan, Tang Xuan, Han Shuangbiao, Xing Yawen. 2012. Analysis on pores forming features and its influence factors of reservoir well Yuye-1[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), (10): 3954-3963(in Chinese with English abstract).
Loucks R G, Reed R M, Ruppel S C, Hammes U. 2012. Spectrum of proe types and networks in mudrocks and adescriptive classification formatrix-related mudrock pores[J]. AAPG Bulletin, 96(6): 1071-1098. doi: 10.1306/08171111061
Nie Haikuan, Zhang Jinchuan. 2012. Shale gas accumulation conditions and gas content calculation: A case study of Sichuan Basin and its periphery in the Lower Paleozoic[J]. Acta Geologica Sinica, (2): 349-361(in Chinese with English abstract).
Regional Geological Survey Team of Anhui Bureau of Geology and Mineral Resources. 1988. The Anhui Annals Cambrian System is Stratified[M]. Hefei: Anhui Science and Technology Publishing House, 5-9(in Chinese with English abstract).
Rezaee R. 2015. Fundamentals of gas shale reservoirs[M]. Hoboken: John Wiley & Sons.
Shen Zhongmin, Wei Jinhua, Zhu Hongquan, Liu Sibing, Dang Hongyan. 2009. Comparative reserch on maturity feature and maturity indicator of coal sourcerock from west Sichuan Bsin depression[J]. Journal of Mineralogy and Petrology, (4): 83-88(in Chinese with English abstract).
Soeder D J. 2018. The successful development of gas and oil resources from shales in North Aerica[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 163: 399-420. doi: 10.1016/j.petrol.2017.12.084
Shuai Qin, Huang Ruicheng, Gao Qiang, Xu Shengrui, Qiu Haiou, Tang Zhiyong. 2012. Research development of analytical techniques for shale gas[J]. Rock and Mineral Analysis, (6): 931-938(in Chinese with English abstract).
Wang Ye, Qiu Nansheng, Yang Yunfeng. 2019. Thermal naturity of Wufeng-Longmaxi shale in Sichuan Basin[J]. Earth Science, 44(3): 953-971(in Chinese with English abstract).
Wang Xiang, Liu Yuhua, Zhang Min, Hu Suyun, Liu Hongjun. 2010. Conditions of formation and accumulation for shale gas[J]. Natural Gas Geoscience, 21(2): 350-356(in Chinese with English abstract).
Xu Bo, Li Jinghan, Li Xiaoge, Wang Chuanfeng, Liu Kaibo, Xu Meixiang, Jing Jiajun, Nie Ling. 2011. Evaluation of hydrocarbon accumulation conditions for shale gas from the Eastern Sag of the Liaohe Oilfield and its gas-bearing properties[J]. Acta Petrolei Sinica, 32(3): 450-458(in Chinese with English abstract).
Xu Zuxin, Guo Shaobin. 2011. Research on accumulation mechanism of shale gas[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry, (6): 122-124(in Chinese with English abstract).
Yan Zhaobin. 2018. Study on Sedimentary Characteristics and Geological Significance of Early Cambrian Seismic Events in western Zhejiang Province[D]. Beijing: China University of Mining and Technology (Beijing)(in Chinese with English abstract).
Yuan Yusong, Guo Tonglou, Fu Xiaoyue, Lu Qingzhi, Hu Shengbiao. 2006. Thermal history and secondary hydrocarbon generation intensity of marine source rocks in Lower Yangtze Area[J]. Geoscience, 2: 283-290(in Chinese with English abstract).
Zhang Aobo, Tang Dazhen, Tao Shu. 2019. Analysis of geological background and development situation of typical oil/gasbearing shales in China and America[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency, 26(1): 37-45(in Chinese with English abstract).
Zhang Dawei, Li Yuxi, Zhang Jingchuan. 2012. National Survey and Evaluation of Shale Gas Resource Potential[M]. Beijing: Geological Publishing House, 66-69(in Chinese with English abstract).
Zhang Feiyan. 2018. Lower Yangtze Region Lower Cambrian series source rock geochemical features analysis[J]. Coal Geology of China, 30(8): 40-41(in Chinese with English abstract).
Zhang Jinchuan, Jin Zhijun, Yuan Mingsheng. 2004. Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution[J]. Natural Gas Industry, 24(7): 15-18(in Chinese with English abstract).
Zhang Jinchuan, Xue Hui, Zhang Deming. 2003. Shale gas and its accumulation mechanism[J]. Geoscience, 17(4): 466(in Chinese with English abstract).
Zhang Wei. 2014. Research on Geological Condition and Gas-bearing of Shale Gas in Hetang Formation, Lower Cambrian in the West Region of Zhejiang Province[D]. Beijing: China University of Geoscience(Beijing), 25-45(in Chinese with English abstract).
Zou Caineng, Dong Dazhong, Wang Shejiao. 2010. Geological characteristics, formation mechanism and resource potential of shale gas in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 37(6): 641-653(in Chinese with English abstract). doi: 10.1016/S1876-3804(11)60001-3
陈洁, 朱炎铭, 李伍, 陈尚斌. 2012. 皖南地区荷塘组页岩气成藏条件及有利区预测[J]. 新疆石油地质, 33(4): 420-423. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XJSD201204008.htm 陈科, 翟刚毅, 包书景, 宋腾, 林拓, 李浩涵, 金春爽, 孟凡洋, 唐显春, 张焱林. 2020. 南黄陵隆起构造演化及其对页岩气保存的控制作用[J]. 中国地质, 47(1): 161-172. http://geochina.cgs.gov.cn/geochina/article/abstract/20200113?st=search 陈秀其, 周涛发, 李龙明. 2018. 皖南—浙西地区盖层褶皱构造形迹特征[J]. 大地构造与成矿学, 42(2): 193-210. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGYK201802001.htm 陈洋, 唐洪明, 廖纪佳, 罗超, 赵圣贤, 郑马嘉, 钟权. 2022. 基于埋深变化的川南龙马溪组页岩孔隙特征及控制因素分析[J]. 中国地质, 49(2): 472-484. http://geochina.cgs.gov.cn/geochina/article/abstract/20220209?st=search 成海燕. 2009. 北黄海及其周边盆地烃源岩评价研究[D]. 青岛: 中国海洋大学. 韩瑶. 2013. 江南造山带东段构造古地理格局及演化[D]. 中国地质大学(北京). 丰国秀, 陈盛吉. 1988. 岩石中沥青反射率与镜质体反射率之间的关系[J]. 天然气工业, 8(3): 20-25. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRQG198803006.htm 何金先, 段毅, 张晓丽, 吴保祥, 徐丽. 2011. 鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长8烃源岩生烃潜力评价[J]. 兰州大学学报(自然科学版), (6): 18-22, 32. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LDZK201106007.htm 何钰. 2015. 浙江地区下寒武统荷塘组页岩气资源前景初探[D]. 杭州: 浙江大学, 23-40. 李玉喜, 聂海宽, 龙鹏宇. 2009. 我国富含有机质泥页岩发育特点与页岩气战略选区[J]. 天然气工业, 9(12): 115-118. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2009.12.034 龙鹏宇, 张金川, 姜文利, 聂海宽, 唐玄, 韩双彪, 邢雅文. 2012. 渝页1井储层孔隙发育特征及其影响因素分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), (10): 3954-3963. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNGD201210032.htm 聂海宽, 张金川. 2012. 页岩气聚集条件及含气量计算: 以四川盆地及其周缘下古生界为例[J]. 地质学报, (2): 349-361. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2012.02.013 安徽省地质矿产局区域地质调查队. 1988. 安徽省地层志寒武系分层[M]. 合肥: 安徽科学技术出版社, 5-9. 沈忠民, 魏金花, 朱宏权, 刘四兵, 党洪艳. 2009. 川西坳陷煤系烃源岩成熟度特征及成熟度指标对比研究[J]. 矿物岩石, (4): 83-88. doi: 10.3969/j.issn.1001-6872.2009.04.012 帅琴, 黄瑞成, 高强, 徐生瑞, 邱海鸥, 汤志勇. 2012. 页岩气实验测试技术现状与研究进展[J]. 岩矿测试, (6): 931-938. doi: 10.3969/j.issn.0254-5357.2012.06.003 王晔, 邱楠生, 仰云峰. 2019. 四川盆地五峰—龙马溪组页岩成熟度研究[J]. 地球科学, 44(3): 953-971. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQKX201903022.htm 王祥, 刘玉华, 张敏, 胡素云, 刘红俊. 2010. 页岩气形成条件及成藏影响因素研究[J]. 天然气地球科学, 21(2): 350-356. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TDKX201002028.htm 严兆彬. 2018. 浙西早寒武世地震事件沉积特征与地质意义研究[D]. 中国矿业大学(北京). 徐波, 李敬含, 李晓革. 2011. 辽河油田东部凹陷页岩气成藏条件及含气性评价[J]. 石油学报, 32(3): 450-458. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYXB201103010.htm 徐祖新, 郭少斌. 2011. 页岩气成藏机理研究[J]. 内蒙古石油化工, (6): 122-124. doi: 10.3969/j.issn.1006-7981.2011.06.054 袁玉松, 郭彤楼, 付孝悦, 卢庆治, 胡圣标. 2006. 下扬子地区热历史与海相烃源岩二次生烃潜力[J]. 现代地质, (2): 283-290. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2006.02.012 张奥博, 汤达祯, 陶树. 2019. 中美典型含油气页岩地质特征及开发现状[J]. 油气地质与采收率, 26(1): 37-45. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQCS201901004.htm 张大伟, 李玉喜, 张金川. 2012. 全国页岩气资源潜力调查评价[M]. 北京: 地质出版社, 66-69. 张飞燕. 2018. 下扬子地区下寒武统烃源岩地球化学特征分析[J]. 中国煤炭地质, 8, 30(8): 40-41. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGMT201808008.htm 张金川, 薛会, 张德明. 2003. 页岩气及其成藏机理[J]. 现代地质, 17(4): 466. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2003.04.019 张金川, 金之钧, 袁明生. 2004. 页岩气成藏机理和分布[J]. 天然气工业, 24(7): 15-18. doi: 10.3321/j.issn:1000-0976.2004.07.005 章伟. 2014. 浙西地区下寒武统荷塘组页岩气地质条件及含气性研究[D]. 中国地质大学(北京), 25-45. 邹才能, 董大忠, 王社教. 2010. 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[J]. 石油勘探与开发, 37(6): 641-653. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SKYK201006003.htm -
期刊类型引用(6)
1. 王卓群，陈扣平，吴吉春，王保战，柳旭. 太湖周边地下水中高硝酸盐负荷促进反硝化功能菌群富集. 中国环境科学. 2025(01): 477-486 . 
百度学术
2. 李丽君，李旭光. 西辽河平原浅层地下水中“三氮”分布特征及健康风险评价. 地质与资源. 2024(01): 90-97 . 百度学术
3. 杨开丽，刘淑亮，万惠芸，阎琨，陶昱君，王洪松. 基于氮氧同位素和MixSIAR模型的烟台北部地表水硝酸盐来源分析. 中国地质. 2024(06): 2066-2076 . 本站查看
4. 蒋宗妤，马圣祥，刘莹，马兴冠. 复杂地貌地区地下水硝酸盐生态及健康风险评价. 给水排水. 2024(S1): 7-11 . 百度学术
5. 许飞青，李潇，李凯，于喆，郭亚杉，赵志强. 随机森林回归模型在地下水水质评价的新应用. 地质与勘探. 2023(02): 408-417 . 百度学术
6. 王国华，张妍，缑倩倩，张仲伍，孙九林. 黑河流域中游绿洲边缘地表水和地下水水化学特征分析. 地理科学. 2022(10): 1818-1828 . 百度学术
其他类型引用(5)
计量
- 文章访问数: 1696
- HTML全文浏览量: 850
- PDF下载量: 1364
- 被引次数: 11
