第1章 研究历史沿革
二叠纪是地质历史时期*重要的关键时段之一。该时期南方冈瓦纳大陆和北方劳亚大陆逐渐靠近并发生碰撞拼合，不仅形成了古-中生代之交的Pangaea大陆，同时也发生了系列全球性的重大生物演化与环境剧变事件。特别地，四川盆地二叠纪发生过大规模的火山活动以及构造抬升，先后形成了诸多矿产资源，其开发历史悠久，明清时期在川南地区已有二叠系煤层的成功利用，有力推动了当时社会生产力的发展。
近代以来，受制于国内现代地质学起步较晚、地质教育与研究机构匮乏等多重因素，四川盆地二叠系地质研究和矿产资源开发工作曾长期停滞不前。19世纪至20世纪初，仅少量国外学者，如德国的李希霍芬(F.Von.Richthofen)沿嘉陵江进行过局部的地质调查。直到1913年民国中央地质调查所成立之后，四川盆地及邻区区域地质调查才正式拉开序幕。中央地质调查所、中央研究院地质研究所(1928年)及资源委员会矿产勘测处(1940年)等研究机构和地方高校为国内培养和输送了*早具备科学素养的地质科技人才，而这些地质科技人才是四川盆地早期区域地质调查的见证人。
1929年起，由丁文江组织的中央地质调查所“川广铁路沿线地质考察”兵分多路，对四川盆地及邻区开展历时两年的地质考察工作(乐森璕，1929)。其中，赵亚曾和黄汲清一路自陕西越秦岭入四川，其间赵亚曾只身一人对四川峨眉山及彭州地区展开地质调查，绘制了峨眉山及彭州白水河大比例尺地质图，并针对峨眉山地区二叠系进行了详细描述，认为峨眉山二叠系阳新石灰岩厚度超过400m，富含多种?类有孔虫、非?有孔虫及珊瑚化石，上覆峨眉山玄武岩，其下可能与寒武系洗象池群不整合接触(图1-1)，开创了近代四川盆地二叠系研究的先河。然而当年11月赵亚曾从川南至昭通闸心场时被土匪抢劫，为保护已获得的沿途考察地质矿产资料和图件不幸遇难，黄汲清通过整理其野外资料，于1930～1932年陆续发表了《秦岭山及四川地质志》(与赵亚曾合著)、《中国南部二叠纪珊瑚化石》《中国南部之二叠纪地层》等6部专著，其中《中国南部之二叠纪地层》是首部基于四川盆地及邻区二叠系地层发育及展布调查总结的专著，同时也是中国地质学史上第一部断代地层专著。
同时期谭锡畴和李春昱对四川盆地展开了为期两年的大规模区域地质调查，并对大巴山及其地质构造进行*初的研究，作1∶20万路线地质图30余幅，不仅为后期中央地质调查所1∶100万地质图的绘制提供了资料基础，而且两人合著的《四川峨眉山地质》《四川石油概论》《四川盐业概论》等都属于四川盆地地质研究的开创性文献。
20世纪30年代中后期，随着抗日战争全面爆发，地质调查所与部分高校纷纷西迁至四川。为适应抗战形势，1938年四川地质调查所成立，大量的地质调查在四川相继开展，地质调查所的侯德封等(1939)、盛莘夫(1940)、李悦言(1941)、赵家骧(1942)等相继报道了四川盆地各地区的二叠系地层剖面及矿产资源，初步厘定了二叠系内地层的接触关系和化石分布。其中，地层工作以黄汲清和曾鼎乾对川东华蓥山工作*为细致(曾鼎乾，1984)，通过系统地层研究，黄汲清等将华蓥山地区二叠系自下而上厘定为阎王沟系、栖霞石灰岩、茅口石灰岩、龙潭煤系以及长兴石灰岩。二叠系底部与下伏志留系地层呈不整合接触，茅口石灰岩(属于阳新统)与上覆龙潭煤系(属于乐平统)呈不整合接触，长兴石灰岩与上覆三叠系地层呈不整合接触。同时期地方高校，如重庆大学朱森等(1939)、刘祖彝等(1939)等重点研究了四川盆地内二叠系乐平煤系(属于乐平统)的分布及其构造-沉积控制因素。除此之外，四川油矿探勘处也在川南威远等地布置了少量钻井，并且在区域上的二叠系露头上发现了少量的油气苗，这些地质认识为中华人民共和国成立后四川盆地二叠系及其矿产赋存的系统认识提供了宝贵的经验并奠定了坚实的基础。
图1-1 峨眉山东麓理想剖面图手稿(据赵亚曾，1929；修改)
新中国成立之后，四川盆地二叠系的地质研究工作进入了新的发展阶段，随着地矿、冶金、石油、煤炭、化工以及成都地质学院(成都理工大学)、四川石油学院(西南石油大学)等地质院校和科研单位相继设立和建设，特别是20世纪60年代以来系统的地质普查和详查，区域地球物理、地球化学、区域水文地质调查工作，基本查明了四川盆地内部二叠系地层展布以及区域构造-沉积演化规律。二叠系广泛出露于盆地周缘地区，在盆地内华蓥山及川东南高陡背斜核部有零星出露，盆地内埋深普遍为1500～3000m，拗陷区可达5000m以上，与下伏石炭系、泥盆系、志留系或更老的地层呈超覆不整合接触(童崇光，1992)。早二叠世四川盆地主体为剥蚀区，自中二叠世开始，随着海侵的扩大，四川盆地由滨岸沼泽环境向浅海碳酸盐台地(缓坡)过渡，受拉张造成断块差异升降活动，晚二叠世四川盆地北东部为陆表海分布区，沉积环境差异明显，表现为北东向和北西向两组台-盆环境，其中礁滩相沉积特征明显(郭正吾等，1996)。四川盆地南部主要为沼泽相和滨海湖泊相沉积，为稳定的成煤环境提供了基础条件。
二叠系为四川盆地重要的区域性产气层系。二叠系规模性天然气勘探开采始于20世纪50年代初，*初由四川石油管理局在圣灯山气田隆10井首先钻遇二叠系，并获得工业气流，其后陆续在川南中二叠统(裂缝-岩溶型气藏)、川东—川中上二叠统(生物礁滩型气藏)中钻获工业气流，不仅为四川盆地二叠系油气藏提供了重要依据，而且随着能源矿产勘探工作的不断推进，也解决了四川盆地及邻区二叠系的大批基础地质问题。前期勘探发现多为裂缝型、裂缝-孔隙型气藏，21世纪初，通过调整油气勘探思路，以上二叠统—三叠系礁滩构造-岩性复合圈闭获得重大突破，相继发现了普光、元坝以及罗家寨、龙岗等大中型气田(马永生等，2005；李鹭光，2011)，展示了巨大的勘探潜力。气藏的规模主要受控于礁滩相储层的分布，而礁滩相储层的分布与规模明显受沉积环境的控制。
第2章 地层单位与地层系统
地层是具有某种共同特征或属性的岩石体，能以明显界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩体区分。由于构成地壳的岩层、岩体的特征和属性存在许多不同，因此，地层划分也存在显著的差异性。深入认识地层单元和建立地层格架，一方面可精细描绘古地理演化的动态过程和控制机理；另一方面可揭示区域内不同环境的化石组合特点，为古生态环境演化提供重要依据。
2.1 年代地层单位与地层系统
国内二叠系研究*早始于1882年李希霍芬的研究笔记。其后黄汲清(1932)率先提出了华南地区二叠系划分的奠基性方案，他依据华南二叠系?类和珊瑚化石类群，将国内二叠系划分为3个统，自下而上分别为船山统、阳新统和乐平统，其中船山统以具Pseudoschwagerina化石为特征。但是受制于当时国内二叠系“二分”主流观念的影响，即将华南船山统或马平组整体归为晚石炭世沉积(杨敬之等，1979)，二叠系“三分”方案一直未能得到学术界的推行。直至20世纪80年代末，随着全球年代地层系统统一对比的深入开展和界线层型剖面的确定，逐步澄清了国内二叠系各类地层单位的名称和含义。1991年在国际二叠系专题论会提出了二叠系“三分”的倾向性意见，之后在加拿大召开的第14届国际石炭、二叠系会议(1999年)上正式通过了二叠系“三分”方案。国际二叠系自下而上划分方案如下：下统(乌拉尔统)分为阿瑟尔阶、萨克马尔阶、亚丁斯克阶、空谷阶；中统(瓜德鲁普统)分为罗德阶、沃德阶、卡匹敦阶；上统(乐平统)分为吴家坪阶、长兴阶。为与国际地层对比，金玉玕等(1999)将我国二叠系自下而上划分为3个统，分别为船山统、阳新统(栖霞亚统、茅口亚统)和乐平统，内部分为8个阶：紫松阶、隆林阶、罗甸阶、祥播阶、孤峰阶、冷坞阶、吴家坪阶和长兴阶。2000年5月召开的第三届全国地层会议通过了由第二届全国地层委员会主持编制的《中国区域年代地层(地质年代)表》，根据新修订的《中国地层指南》，中国年代地层单位不再细分“亚界”“亚系”与“亚统”，二叠系统一为“三分”，内部包含8个阶。
受地矿、油田等生产部门地层划分传统，四川盆地二叠系长期分为上下两部分，其中二叠系底界相当于梁山组底部层位。下二叠统分为栖霞阶(梁山组与栖霞组)与茅口阶(茅口组)，上二叠统分为吴家坪阶(峨眉山玄武岩组、吴家坪组/龙潭组)和长兴阶(长兴组/大隆组)。随着近年来国际二叠系“三分”方案的恢复，原先“二分”方案已经不能适应科学研究和生产的需要，且新二叠系划分方案中年代地层、生物地层、磁性地层及同位素划分标准与原先二叠系划分方案存在明显冲突。因此，四川盆地二叠系适用“三分”方案对基础地质研究和后续矿产、油气资源研究十分重要(表2-1)。
表2-1 四川盆地二叠系地层划分综合简表
新的划分方案综合考虑了年代地层、四川盆地海相生物化石组合以及华南地区岩石地层单元等划分标准，其中生物以?和牙形刺作为厘定二叠系内部的标准化石。
2.1.1 乐平统(上二叠统)
乐平统*早作为岩石地层单位提出，命名地位于江西乐平附近，代表华南长兴组之下的含煤地层。其后黄汲清(1932)将茅口组灰岩之上的二叠系地层序列正式划归为乐平统，盛金章(1962)通过二叠系进一步厘定，将乐平统作为华南地区上二叠统地层单位。由于晚二叠世全球海平面处于低水位阶段，冈瓦纳及劳亚大陆广阔的陆棚地区暴露或停止沉积，而同时期华南地区普遍为一套海相地层序列，保存了高分异度的海洋生物群演变记录，因此，乐平统及其所属的吴家坪阶和长兴阶已经正式成为上二叠统的国际标准年代地层单位。
1. 长兴阶
长兴阶命名地位于浙江长兴煤山地区，由赵金科等(1978)正式提议将长兴阶作为国际二叠系*高年代地层单位，并以煤山D剖面作为长兴阶层型剖面。目前，长兴阶以牙形刺Clarkina wangi带之底为界，同时以Palaeofusulina的高级分子及假提罗菊石科的首现为标志，垂向上长兴阶自下而上可以划分出Clarkina wangi带、Clarkina.subcarinata带、Clarkina changxingnesis带、Clarkina yini带、Clarkina meishanensis带、Clarkina zhejiangensis- Hindeodus changxingensis组合带(Yuan et al.，2014)。
四川盆地长兴阶分布广泛，在绵阳—南充—重庆一线及以东地区主要为长兴组和大隆组沉积。其中，长兴组主要由灰色-灰黑色颗粒灰岩、泥粒岩、粒泥岩组成，富含?类Paleaofusulina、Reichelina、Gallowaiinella以及珊瑚、海绵等多门类化石，地貌高点区生物礁、滩发育，厚度一般为100～300m；大隆组分布于川北广元—旺苍、开江—梁平以及川东北城口—鄂西等深水相区，岩性以黑色薄层硅质岩、碳质泥岩和泥晶灰岩为主，含菊石Pseudotirolites、Pseudogastrioceras等，厚度普遍为数米至数十米。盆地西南部地区(成都—内江—泸州一线以西)相变为龙潭组与宣威组上部(旧称乐平组、兴文组、沙湾组等)，以海陆交互相含煤地层及陆相地层为主，以富含Gigantopteris热带植物群为特征，地层穿时性强，对比性较差。
2. 吴家坪阶
吴家坪阶*初命名地位于陕西汉中南郑吴家坪村。经盛金章(1962)以及芮琳等(1984)对生物地层进行了详细研究确定，吴家坪阶底部以?类Codonofusiella带及牙形刺Clarkina postbitteri的首现为标志(金玉玕等，1999)。目前，广西来宾蓬莱滩剖面为吴家坪阶的全球层型，吴家坪阶内部还包含3个牙形刺带Clarkina postbitteri带、C.dukouensis带和C.asymmetric带及1个Roadoceras-Doulingoceras菊石带。
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