下扬子地区二叠系黑色岩系地质、地貌及空间分布特征研究

[35]。根据主量元素及微量元素含量变化及相关比值的变化，结合部分矿物成份，分析下扬子地区二叠系中上统沉积环境，整体而言，下扬子泥页岩沉积于海陆过渡相-海相还原环境中(图11)。图11：二叠系中上统矿物含量变化分析图（改自张启燕等,2025）孤峰组整体呈现水下还原沉积环境，沉积体系自上而下由浅水陆棚相逐渐过渡为深水陆棚-深水盆地相。早期阶段，铝、铷元素含量达全组最低值，铝硅比低（<0.2），铷锶比低（<0.2），硅元素相对富集，反映深水滞留环境特征，岩性以高纯度自生石英（>90%）硅质页岩为主，粒径集中于0.2~10μm，草莓状黄铁矿呈微米级密实晶间接触，主要为沉积期形成。随着水体变浅，陆源碎屑供给增强，铝、钛、铷元素含量显著上升，硅元素相对亏损，钙元素富集，铝硅比高（>0.5），铷锶比高（>0.5），长石、黄铁矿、伊利石及白云石等矿物组合出现，标志沉积环境向深水陆棚相转变，发育富钙硅质泥页岩至碳质泥页岩序列。至晚期，高岭石、云母等陆源碎屑矿物持续增加，碳酸盐组分渐趋减少，最终演化为浅水陆棚沉积环境。龙潭组整体呈现以陆源碎屑输入为主的地质特征，表现为铝、钛、硅、铷等元素的高值分布及较低的钙、钡含量，伴随较高的铷锶比、钡锶比和铝硅比，矿物组成以石英、长石和黏土矿物为主导，反映其沉积环境为正常浪基面以上的浅海-海陆过渡相。在演化过程中，早期阶段陆源碎屑供给达到峰值，铝、钛、硅、铷元素含量稳定且处于全段最高值，铷锶比和铝硅比都超过0.5，对应低海平面条件下的三角洲-滨岸浅海沉积；中期水体逐渐加深，局部出现钙元素富集而陆源元素相对减少，铷锶比降至0.5以下，铝硅比低于0.3，沉积环境转为开阔浅海；至晚期，随着铝、硅、钛、铷等元素含量持续降低，铷锶比小于0.5且铝硅比低于0.4，岩性由陆源碎屑岩逐渐过渡为灰岩和生物碎屑灰岩，指示水体进一步加深及稳定碳酸盐沉积环境的形成，其间虽经历短暂海相沉积，但局部层段因砂砾岩增加及铁质含量显著提升，伴随铝元素异常减少和钛、铁元素富集，仍表现为水动力活跃的还原-弱还原条件，整体呈现海平面波动背景下陆源物质供给持续减弱、沉积环境向稳定深水过渡的演化规律。大隆组岩性以含粉砂硅质泥岩、泥岩、钙硅质泥岩及硅云质泥岩为主。整体而言，指示陆源输入相关的铝、钛等元素含量较低，而反映海相沉积的钙、锶元素含量相对较高，铷锶比（0.1~0.4）和钡锶比（<1）均处于较低水平。结合矿物组成分析，大隆组早期受龙潭组晚期海侵影响，碳酸盐矿物富集且钡锶比较低，指示短暂深水陆棚沉积环境；随着后期海平面逐渐下降，钡锶比有所升高，陆源碎屑矿物比例逐步增加，沉积环境相应演化为浅水陆棚相。4黑色岩系地貌特征4.1研究区地貌类型及特征遥感影像计算机自动分类方法可分为监督分类和非监督分类两种。监督分类是一种基于先验知识构建分类模型的遥感图像分析方法，其核心在于利用预先确定的地物类别标签及对应的训练样本数据，通过统计模式识别技术建立光谱特征与类别间的映射关系。该方法首先需采集具有代表性的训练样本，提取其多光谱或高光谱特征参数，随后选择合适的分类算法构建判别函数，最终将未知像元的光谱特征与训练模型进行匹配以确定其类别归属。非监督分类则是一种完全基于数据内在结构的遥感图像分析技术，其无需预先定义地物类别标签，而是通过聚类算法自动将具有相似光谱特征的像元划分为若干组别。该方法首先对影像进行预处理以消除噪声与辐射畸变，随后采用K-means、ISODATA等聚类算法，依据像元间光谱距离或统计分布特征进行迭代分组，最终形成若干光谱簇群。监督分类方法通常展现出更高的分类精度，但其性能表现高度依赖于训练样本的选取质量。本论文中采取了监督分类的方法，针对假彩色合成图像，依据影像灰度、色调、纹理、形状、大小等地物的各种特征进行目视解译。结合研究区高程数据图（图12）将本区地貌类型分为以下主要类型：山地、台地、丘陵、平原、湖泊（图13）。图12：下扬子地区高程数据图图13：下扬子地区地貌类型图研究区山地以中低海拔起伏山地为主，主要分布于江南隆起及钱塘坳陷西部，如皖南黄山、浙西天目山等区域。中海拔中起伏山地受加里东期构造抬升影响，地形切割强烈，沟谷深度达200～500m，发育典型的“V”型谷和多级河流阶地。山体形态受构造线控制，山脊多呈锯齿状或尖棱状，局部因差异侵蚀形成孤立峰丛。低海拔小起伏山地广泛分布于南京坳陷边缘及苏北斜坡南部，地形相对平缓，切割深度小于200m，山顶多呈浑圆状，山麓地带可见宽缓的剥蚀平台。台地地貌主要包括低海拔剥蚀台地和冲积洪积台地，集中分布于苏北斜坡及长江沿岸。低海拔剥蚀台地由中生代以来的构造抬升与长期剥蚀作用形成，台面平坦开阔，坡度普遍小于5°，表面发育密集的网状裂隙和小型冲沟。台地边缘因流水溯源侵蚀形成陡坎，高度5～10m，局部可见残留的古夷平面。冲积洪积台地沿长江支流如秦淮河、水阳江分布，受近代河流冲积作用影响，地形略有起伏，台地表面覆盖薄层黏土、粉砂沉积物，边缘可见因侧向侵蚀形成的弧形陡崖。低海拔丘陵广泛分布于研究区中部，如宁镇山脉、宜溧山地等，地形以浑圆状丘体为主，坡度多为10°～25°。丘陵顶部因长期风化剥蚀形成平缓顶面，沟谷发育密度较高，切割深度50～150m。部分丘陵区因岩性差异形成特殊微地貌，如孤峰组硅质岩残留体构成的“石林”景观、龙潭组页岩风化形成的小型滑坡体。丘陵间洼地多为第四系沉积物充填，形成局部的洪积扇或坳沟。平原地貌是研究区最主要的地貌类型，包括湖积平原、洪积湖积平原和冲积平原，主要分布于长江三角洲、太湖流域及巢湖周边。低海拔冲积平原由长江及其支流冲积形成，地形开阔平坦，河网密度高，发育典型的“河漫滩-三角洲”沉积体系。湖积平原地势低平，湖泊、沼泽广布，地表多为富含有机质的淤泥质黏土，与周边丘陵形成鲜明对比。洪积湖积平原分布于山地与平原过渡带，如宁镇丘陵与长江平原之间，以冲洪积砂砾石层为主，地形略有起伏，可见残留的古河道遗迹。4.2研究区黑色岩系与地貌演化关系通过将研究区典型二叠系黑色岩系与地貌进行耦合（图14，15，16）发现，铜陵市分布的大隆组和龙潭组黑色岩系主要集中于铜陵市东部地区，且多处于中高海拔的山地、丘陵地貌单元内。在宣城市，孤峰组黑色岩系分布相对广泛，主要集中于中部及南部的中高海拔区域，多处于山地、丘陵地貌单元内。龙潭组和大隆组分布相对较少，大隆组主要见于北部和东部的一些区域。在巢湖市，大隆组主要分布在巢湖市东南部，龙潭组在中部和南部有零星分布。这一分布格局主要受区域构造运动控制，在多期次构造运动中，该区域地壳抬升，使得二叠系黑色岩系出露地表。图14：铜陵市黑色岩系-地貌耦合图图15：宣城市黑色岩系-地貌耦合图图16：巢湖市黑色岩系-地貌耦合图研究区地貌格局与二叠系黑色岩系的空间分布呈现显著的耦合特征，其关联性本质上是构造、沉积、外动力多因素耦合作用的结果。江南隆起带作为扬子板块东段的长期构造抬升区，加里东期、印支期及燕山期多阶段的构造隆升使得孤峰组硅质岩、大隆组碳质页岩等黑色岩系在皖南黄山、浙西天目山等中低山地区广泛出露。皖南泾县地区的江南深断裂带控制了黑色岩系的空间展布，断裂带附近的山地因差异性抬升形成陡崖与深切沟谷，使得黑色岩系垂向序列完整暴露。而苏北斜坡及南京坳陷在中生代以来持续沉降，二叠系黑色岩系被第四系冲积、湖积物覆盖，形成平原台地地貌。构造运动通过控制地层抬升与沉降，奠定了黑色岩系的出露与埋藏基础。在江南隆起带等山地丘陵区，孤峰组、大隆组硅质岩、碳质页岩因构造抬升裸露地表，受风化剥蚀形成残丘、陡崖等微地貌，是野外黑色岩系露头的主要分布区。黄山地区黑色岩系因抗侵蚀能力较弱，风化剥蚀形成残丘与陡崖，局部可见硅质岩残留体构成的“石林”景观。而在苏北斜坡、南京坳陷等平原台地区，黑色岩系多埋藏于第四系沉积之下，地貌上表现为平坦台地或冲积平原，其分布受构造沉降与沉积覆盖控制。太湖平原下伏龙潭组碳质页岩与地表湖积淤泥质黏土形成连续沉积体，促进有机质的保存与转化。外动力作用通过侵蚀与沉积过程进一步改造黑色岩系的暴露程度与垂向序列完整性。深切沟谷的侵蚀作用切割台地与丘陵，形成5～10米高的陡坎，使得黑色岩系垂向序列完整暴露。差异风化作用因硅质岩与页岩的抗风化能力差异导致微地貌分异，浙西天目山地区的硅质岩形成直立陡崖，而页岩则风化形成缓坡，两者共同构成“层状地貌”。河流冲积与湖泊沼泽化等沉积作用在平原区形成厚层黏土与粉砂沉积，覆盖二叠系黑色岩系，长江三角洲地区的冲积作用导致黑色岩系埋藏深度普遍超过500米。典型二叠系黑色岩系与地貌进行耦合对比显示，江南隆起带与苏北平原的地貌-黑色岩系关联性存在显著差异。江南隆起带的山地丘陵区因构造抬升与侵蚀切割，黑色岩系以露头形式广泛分布，如皖南黄山、浙西天目山的硅质岩与碳质页岩露头；而苏北平原因构造沉降与河流冲积，黑色岩系埋藏于第四系沉积之下，如南通市通州区的龙潭组碳质页岩。这种差异反映了构造背景对岩系赋存状态的决定性作用，同时也为页岩气等非常规资源勘探提供了重要的地质依据。5下扬子地区二叠系黑色岩系空间分布特征5.1黑色岩系空间分布规律通过对研究区地质资料的分析以及野外实地考察，结合相关研究成果绘制出下扬子地区二叠系黑色岩系空间分布图（图17）。从整体上看，研究区的黑色岩系在平面上呈现出多个集中分布区域，且这些区域与区域构造单元存在一定的关联性。图17：下扬子地区二叠系黑色岩系空间分布图龙潭组黑色岩系在苏北斜坡、南京坳陷等区域均有分布，其分布范围较为广泛。在苏北斜坡，龙潭组地层厚度相对稳定，岩性主要为砂岩、泥页岩及灰岩的组合。通过对该区域多个钻孔资料的分析发现，龙潭组底部的长石石英砂岩段在不同位置的粒度变化较小，反映出沉积时期物源供应和水动力条件相对稳定。而在南京坳陷，龙潭组的厚度变化较大，在坳陷中心部位厚度较大，向边缘逐渐变薄。这可能是由于坳陷中心部位沉积环境相对稳定，接受沉积的时间较长，而边缘地区受构造活动影响，沉积过程可能存在间断或剥蚀作用。孤峰组黑色岩系在江南隆起和钱塘坳陷部分区域较为发育。在江南隆起，孤峰组岩性以硅质岩、硅质泥岩为主，局部含有丰富的生物碎屑。通过野外露头观察和区域地质资料对比，发现该区域孤峰组的沉积厚度在不同地段差异明显，在一些断裂附近，由于构造活动导致地层发生错动和变形，孤峰组的厚度出现突变。在钱塘坳陷，孤峰组的分布相对较为连续，但岩性横向变化较大，从坳陷边缘向中心，硅质含量逐渐增加，反映出沉积环境从陆源碎屑影响较强逐渐向深水、安静的环境过渡。大隆组黑色岩系主要集中在研究区的南部区域，如宣城-黄山一带。该组岩性以页岩为主，包括硅质页岩、灰色薄层硅质岩等。在宣城地区，大隆组的厚度较为稳定，约为60-70m，岩性中硅质页岩占比较大，且含有丰富的菊石、腕足类化石。这些化石的存在表明当时的沉积环境为水体较深、生物繁盛的海相环境。而在黄山附近，大隆组的厚度有所减小，岩性中粉砂质页岩的比例增加，反映出沉积环境可能受到了周边物源的影响，水体能量相对增强。5.2黑色岩系空间分布控制因素研究区二叠系黑色岩系的空间展布受构造演化、沉积环境及物源供给等多因素耦合控制，各因素通过对沉积盆地格局、沉积物类型及沉积动力条件的影响，共同塑造了研究区二叠系黑色岩系的分布特征。研究区处于扬子板块东段，经历了加里东、海西、印支等多期构造运动，形成了钱塘坳陷、南京坳陷、苏北斜坡及江南隆起等次级构造单元。不同构造单元的沉降-隆升差异直接控制了沉积厚度与岩相分异。在坳陷区域构造沉降提供了稳定的沉积空间，水体深度适中，有利于细粒沉积物的持续堆积，形成厚度较大的黑色岩系；而在隆起区因构造抬升导致沉积间断或剥蚀，黑色岩系厚度减薄甚至缺失。断裂构造的活动亦对物源通道和沉积相带分布产生影响，如郯庐断裂带的走滑活动可能沟通了北部物源区，促使陆源碎屑向南部坳陷输送，导致龙潭组砂岩在断裂沿线区域的分布特征与远离断裂区存在差异。研究区二叠纪沉积环境涵盖浅海陆棚、深水陆棚、三角洲及盆地相等多种类型，不同沉积相带的水动力条件、氧化还原状态及生物生产力直接控制沉积物类型。浅海陆棚相区，水体能量中等，氧化还原条件利于有机质保存，发育以碳质页岩、硅质泥岩为主的岩系，且有机碳含量较高；深水陆棚及盆地相区，水体深邃、水动力弱，沉积速率低，形成硅质岩、硅质泥岩夹薄层灰岩的组合，常见放射虫等深水生物化石；三角洲相区，受河流输入影响，陆源碎屑占比高，岩性以长石石英砂岩、粉砂质页岩为主，垂向上呈现从三角洲前缘粗粒沉积向分流间湾细粒沉积的过渡特征。沉积环境的平面分异导致黑色岩系在不同构造单元呈现特定岩性组合，如孤峰组在深水陆棚相区以高硅质沉积为特征，而在浅海陆棚相区则夹较多钙质页岩条带。研究区物源主要来自北部的华北板块及南部的江南古陆，物源区岩石类型、风化程度及搬运距离决定了沉积物的矿物组成与粒度分布。北部物源以碎屑岩为主，提供大量石英、长石等陆源碎屑，致使龙潭组在苏北斜坡等地形成厚层长石石英砂岩，且砂岩粒度自北向南逐渐变细，反映物源影响随距离衰减的规律；南部江南古陆的变质岩及火山岩风化产物，可能为孤峰组、大隆组提供硅质组分，促进硅质岩、硅质泥岩的发育。此外，物源供给的阶段性变化导致沉积序列的垂向演化，如龙潭组沉积早期，物源输入强盛，形成粗粒砂岩为主的下部长石石英砂岩段；晚期物源减弱，细粒泥页岩沉积占据主导，反映沉积环境随物源供给强度变化的响应。6结论研究区二叠系黑色岩系性包含孤峰组、龙潭组、大隆组。孤峰组以硅质岩、硅质泥岩为主，龙潭组包含砂岩、含煤段与灰岩段，大隆组为硅质岩、页岩组合。沉积环境方面，孤峰组从深水陆棚-深水盆地相渐变为浅水陆棚相，龙潭组为浅海-海陆过渡相，大隆组早期为深水陆棚相，后期演变为浅水陆棚相，整体沉积于海陆过渡相-海相还原环境。研究区山地集中于江南隆起及钱塘坳陷西部，台地分布在苏北斜坡及长江沿岸，丘陵位于研究区中部，平原主要在长江三角洲、太湖流域及巢湖周边。黑色岩系与地貌演化耦合，构造运动奠定黑色岩系出露与埋藏基础，外动力作用改造其暴露程度与垂向序列完整性，不同构造区域黑色岩系赋存状态差异显著。研究区黑色岩系在平面上呈多个集中分布区域，与构造单元关联紧密。龙潭组于苏北斜坡、南京坳陷广泛分布，孤峰组在江南隆起和钱塘坳陷部分区域发育，大隆组集中在南部宣城-黄山一带。其分布受构造演化、沉积环境、物源供给共同控制，构造运动决定沉积厚度与岩相分异，沉积环境控制沉积物类型，物源影响矿物组成与粒度分布。

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