中生代沉积盆地与沉积类型组合

如题所述

大地构造对沉积作用起着重要的控制作用。反之,一定构造背景下所形成的沉积物组合则是构造运动的历史记录。采用沉积与构造相结合的构造岩相组合(Dickison,1974)来划分和描述沉积盆地中沉积岩系及其共生岩类,将有助于阐明沉积盆地与大地构造关系及盆地的发展演化(陈昌明等,1983)。

一、三叠纪沉积坳陷与沉积类型组合

三叠纪华北克拉通盆地进入大型陆内沉积盆地演化阶段。其北部横亘着近东西向展布的于加里东-海西期形成的内蒙古陆;南部为近北西西向展布的于印支期形成的华北克拉通南缘隆起;东侧为受郯庐断裂活动的影响而形成的平邑隆起。沉积盆地内包括武清坳陷、黄骅坳陷、沁水坳陷、临清坳陷及济源-太康前陆坳陷等二级构造单元(表2-5-1)。

(一)武清坳陷

位于霸县—武清—唐山一带,近北东向展布。沉积中心位于武清地区,推测最大沉积厚度超过2000m,面积约7000km2

沉积类型主要为中下三叠统的棕红色、紫红色砂泥岩薄互层。本区葛2井、新葛4井、葛5井、苏1井、苏10井及苏18井等都钻遇了该套地层。残余厚度一般为400~600m,最大残余厚度不超过1000m。如葛2井(井段1984~2418m)钻厚为434m。其上段为紫红、棕红色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩夹紫红色、灰色、绿灰色泥岩及灰黑色炭质泥岩;中段为灰色、紫红色泥岩夹紫红色、灰色细砂岩、粉砂岩、泥质砂岩及泥质粉砂岩;下段为紫红、棕红、灰白色细砂岩、粉砂岩、泥质砂岩夹紫色泥岩。

(二)黄骅坳陷

该坳陷位于泊头—黄骅一带,其走向为北东向,沉积中心在黄骅西南部,推测最大沉积厚度超过2000m,面积约12000km2

沉积类型与武清坳陷相同,同样为中下三叠统的红色碎屑岩。本区孔古1井、徐1井、徐13井及官古1井等都钻遇了该套地层,残余厚度一般为400~600m。如官古1井(井段2954~3438.5m)钻厚484.5m。主要岩性为灰绿色、暗紫红色、暗紫色、暗绿色泥岩与浅紫红、浅紫色细砂岩、粉砂岩、含砾细砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩互层,局部夹灰白色细、中砂岩并含炭屑。

表2-5-1 华北地区中生界划分对比简表

(三)沁水坳陷

该坳陷位于太原、长治及沁水之间,呈近南北向展布,沉积中心位于榆社及沁水地区,推测最大沉积厚度超过2000m,面积约20000km2。沉积地层为三叠系下统刘家沟组及和尚沟组、中统二马营组、铜川组和上统延长组(部分)。下统岩性为灰紫色细粒长石砂岩,含同生“砂岩球”,部分地区夹有灰绿色长石砂岩、页岩透镜体,并含有较丰富的肋力属植物、孢粉及叶肢介化石。中统二马营组岩性下部以灰绿色长石砂岩为主,夹薄层页岩,含有植物及叶肢介化石;上部以富含钙质结核的红色砂质泥岩为主,泥岩中含丰富的中国肯氏兽动物化石。上统延长组残存不多,分布局限。该区沁1、沁2、沁参1井等均揭示了三叠系中下统地层。三叠系残存厚度一般为600~1000m。

(四)临清坳陷

该坳陷位于邯郸-临清地区,呈近北东东向展布,最大沉积厚度超过2500m,面积为16000km2。该区丘3井、临2井及馆深1井等均钻遇了一套棕红色—棕色泥岩与砂岩互层的地层,推测与山西地区的刘家沟、和尚沟组及二马营组层位相当。如馆深1井(1617~2671.5m)钻厚1064.5m。其中刘家沟组(2345.0~2671.5m)厚为326.50m,上段岩性为暗棕色泥岩与棕色泥质粉砂岩互层,间夹浅灰色粉砂岩;下段为棕红色泥岩与浅棕色粉砂岩略等厚互层,间夹浅棕色泥质粉砂岩。和尚沟组(1891.5~2345.0m),厚为453.5m,岩性为棕褐色泥岩与浅棕色细砂岩等厚互层,间夹暗棕色泥质砂岩等。二马营组(1617~1891.5m)厚为274.5m,岩性为棕红色、棕褐色泥岩与浅棕色细砂岩呈等厚互层。根据地震剖面解释及沉积厚度推测,该区可能存在上三叠统。

(五)济源-太康前陆坳陷

该前陆坳陷位于济源—郑州—太康地区,呈近北西西向展布。推测最大沉积厚度超过3500m,沉积中心位于济源、郑州地区,面积约2800km2

该区三叠系保存齐全,由下统、中统及上统组成,是一套湖相碎屑岩沉积。西部厚达3000m,向东至中牟地区开23井厚度减至1000m左右。本区豫深2井、济参1井都揭开了较厚的三叠系。刘家沟组为暗紫色砂质泥岩、页岩夹砂质灰岩,底部见同生泥砾,厚为115~260m,整合于二叠系石千峰组之上。和尚沟组底部为薄层钙质砾岩,下部铁泥质细砂岩,局部夹灰绿色页岩,含肋木、羽羊齿、环叶、新芦木等植物化石,厚为131~437m。二马营组为黄绿色、肉红色厚层细粒长石砂岩与紫红色粉砂质泥岩形成的韵律层,含脊椎动物化石和新芦木等,厚为531m,整合于三叠系下统之上。油房庄组下部为黄绿色厚层中、细粒长石砂岩、粉砂岩、页岩与紫红色泥岩互层;上部为黄绿、灰黄色砂岩、页岩夹紫红色泥岩,含新芦木化石,厚度超过975m。济参1井揭开了厚331.63m,主要是浅灰色、灰绿色粉砂岩、细砂岩与紫灰色泥岩互层。据分析该区油房庄组与陕西地区的铜川组层位相当。椿树腰组主要为浅灰、灰白色细砂岩,灰质粉砂岩夹深灰、灰黑色泥岩,并具有少量炭质泥岩。济参1井厚485m,比西承留一带厚度减薄了82m。谭庄组在济参1井为浅灰、灰白色灰质粉砂岩、中细砂岩夹灰色泥岩,炭质泥岩,含劣质煤线,厚380m。据分析该区的椿树腰组与谭庄组和鄂尔多斯地区的延长组层位相当。

(六)北京、承德晚三叠世山间盆地

在印支早期隆起的背景上,发育了一些晚三叠世的山间盆地。堆积了上三叠统杏石口组(表2-5-1)。目前主要残存分布于京西的八大处、门头沟、千军台、抱儿水以及冀北的滦平、平泉、下板城和下花园等地。主要岩性组合:下部为黄褐色砂岩、灰绿色凝灰质砂岩;上部为黑灰色页岩、炭质页岩、泥岩和粉砂岩,局部夹煤线和薄煤层,厚为31~610m。以底砾岩不整合或假整合于中三叠统二马营组之上(图2-5-1),或超覆于中新元古界及更老地层上(图2-5-2)。本组含植物化石比较丰富。

图2-5-1 平泉榆树沟上三叠统杏石口组与中三叠统二马营组角度不整合

图2-5-2 滦平县五道梁南上三叠统杏石口组与蓟县系角度不整合

综上所述,华北地区三叠纪沉积盆地类型多样,包括陆内坳陷、前陆坳陷及隆起背景上的山间盆地等;沉积类型组合繁多,既有早中三叠世干旱气候条件下的河湖相红色砂泥岩建造类型,也有晚三叠世湿润气候条件下的湖相暗色砂泥岩建造及山间盆地碎屑岩堆积等;该期火山活动微弱,火山岩建造不发育。与下伏二叠系石千峰组多为整合接触关系。地震反射特征为一套弱振幅中频层状平行反射结构,呈席状外形。

二、侏罗-白垩纪沉积盆地与沉积类型组合

侏罗-白垩纪华北克拉通盆地进入活化阶段。大致可分为早中侏罗世、晚侏罗世—早白垩世及晚白垩世3个不同构造-沉积期(图2-5-3~图2-5-5),每期盆地类型多样,沉积建造各异,断裂及火山活动不同。下面就华北地区侏罗-白垩纪的主要沉积盆地及其沉积类型描述如下。

图2-5-3 华北地区早中侏罗世盆地分布示意图

(一)下辽河断陷

该区位于渤海湾盆地区的东北角,走向为北北东向。为晚侏罗世—早白垩世断陷型沉积盆地,主要地层有上侏罗统、下白垩统,缺失三叠系及中-下侏罗统。

其沉积特征自下而上简述如下:

(1)上侏罗统小东沟组

盆地内界3井钻遇,岩性为暗紫色、紫红色粉砂岩及泥岩,三界泡地区上部有厚层状石灰岩夹泥灰岩,底部为钙质角砾岩,揭露厚度为323m,与前中生界之间为角度不整合接触关系。

(2)上侏罗统义县组

图2-5-4 华北地区晚侏罗世-早白垩世盆地分布示意图

分布广泛,在大部分地区是上侏罗统的下部,由大段中酸性火山岩组成,主要岩性为安山岩、蚀变安山岩、安山质角砾熔岩、英安岩、凝灰岩、流纹岩等,与下伏前中生界之间为角度不整合接触关系。

(3)下白垩统含煤碎屑岩系

包括九佛堂组、沙海组和阜新组,主要岩性以深灰、黑色泥岩、页岩为主,夹泥灰岩、钙质砂岩和煤层,一般厚度为500~1000m。九佛堂组与义县组之间为整合关系,沙海组与九佛堂组之间为假整合关系,阜新组与沙海组之间为整合关系。

(4)上白垩统孙家湾组

在盆地西部称孙家湾组,岩性以紫红、砖红色砂砾岩、砾岩为主夹粗砂岩。东部地区称为大峪组,岩性以紫红色含砾砂岩为主夹安山岩、玄武岩薄层,一般厚度为200~500m,与下伏阜新组为整合-假整合接触关系。

图2-5-5 华北地区晚白垩世盆地分布示意图

(二)北京断陷

该区位于渤海湾盆地的西北部。西以黄庄-高丽营断裂、八宝山-大灰厂断裂为界与京西坳陷相邻,东邻冀中隆起,走向为北北东向,面积约2000km2。在丰台一带中生界沉积最厚达2500m左右。顺义一带中生界主要为侏罗系,厚1000m左右,丰台地区中生界主要为下白垩统。地层的岩性及沉积特征如下:

(1)下侏罗统

为一套砂页岩煤系地层,属河流、湖泊、沼泽相沉积。

(2)中侏罗统

以中性喷发岩,火山碎屑岩及粗碎屑岩为主,夹泥岩和少量煤线的薄煤层,分布范围较大。

(3)上侏罗统

岩性以喷发岩为特征,夹有火山碎屑岩及少量沉积岩,分布范围小。

(4)下白垩统

坨里组以紫色砾岩为主,其次为砂岩,含少量植物化石。芦尚坟组为黄褐色砂岩,砾岩及杂色粉砂岩夹页岩。夏庄组为紫灰色粉砂质泥岩,灰、灰黑色泥岩夹泥灰岩、页岩,含介形虫、腹足类等化石。

(三)武清-黄骅断陷

该区位于渤海湾盆地的中北部,北邻燕山,西部和南部为冀中隆起,东南部为埕宁隆起,面积约23000km2,可能有两个沉积中心:一个在武清地区,沉积厚度大于1500m,;另一个在黄骅地区,沉积厚度大于2000m。主要发育的地层为中-下侏罗统、上侏罗统及下白垩统等。

(1)中-下侏罗统

主要岩性为暗色砂泥岩夹煤系,沉积厚度约200~400m。盆地内葛1井、葛2井、葛3井、新葛4井、孔古3井、徐13井及港3井等都钻遇了该套地层。如武清地区新葛4井(1322~1644m)揭示厚度为322m,岩性为紫红色砂泥岩、浅紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹绿灰色泥岩及薄煤层。该套岩系主要分布在武清地区,黄骅南区的王官屯南、东光北、黄骅北区的涧河、柏各庄和南堡凹陷的高尚堡地区(涧1、封参1、南6、南8和高参1井等均有揭示)。

(2)上侏罗统-下白垩统

该层系分布广泛。上侏罗统有两种剖面类型:一种以火山碎屑岩为主,夹中基性喷发或溢流火成岩体剖面,分布广泛,据海5井揭露厚度为742m。另一种为紫红、灰色泥岩夹灰白、浅灰色砂岩剖面,以东1井为例,厚230m。下白垩统以棕红色砂质泥岩间夹灰绿色杂砂岩。厚度一般大于300m,但变化大,揭露不全。

(四)石家庄断陷

该区西为山西隆起区,其他三面为冀中隆起环绕。受太行东断裂石家庄段控制,构造走向为北北东向,面积约1800km2,主要为上侏罗统,下白垩统及上白垩统,推测局部地区有中-下侏罗统沉积,本区缺失三叠系。残存厚度一般为2000~3000m,最大沉积厚度超过4000m。

(1)上侏罗统

主要为一套火山岩、火山角砾岩及红色粗碎屑岩等,厚度约200~300m,极4井(1904~2110m)钻厚206m,上部为深灰色安山岩,中部为棕黄色粗面岩夹凝灰质玄武岩,下部为杂色砾岩、凝灰岩夹薄层状棕红色、浅灰色泥岩。极2井、极5井、极16井等均钻遇了该套地层。

(2)下白垩统

上段以红色粗碎屑岩为主;下段以暗色泥岩、泥膏岩、含膏泥岩为主,为该区主要生油层系。

(3)上白垩统

红色碎屑岩建造为主,极16井(1338.5~1495m)厚156.5m,由紫红色、棕红色泥岩及灰、灰绿色细粉砂岩与灰色泥灰岩组成,含膏泥岩。

(五)临清断坳

该区西为山西隆起区,东为鲁西隆起区,北为冀中隆起。走向为北东向,面积约23000km2,残留厚度较大,丘县地区最大残留厚度超过5000m,该区中生界发育较齐全。

(1)上侏罗统

下部为棕褐色砂岩、泥质粉砂岩夹褐、紫红、灰色泥岩;上部为紫红、灰色泥岩、砂质泥岩与浅灰、棕、灰白色砂岩互层,岩相变化大,厚度为40~614.5m。

(2)下白垩统

下部为棕褐色泥岩与棕红、褐色粉砂岩、细砂岩互层;中部为灰、褐色泥岩、砂质泥岩,与灰、褐色砂岩互层,夹灰黑色油页岩;上部为棕色泥岩夹棕黄、灰白色砂岩、细砂岩,厚度为70~1217.5m。

(3)上白垩统

下部红色砂泥岩互层,厚度为80.5~977.5m。上部为灰紫、红色泥岩与杂色粉砂岩、细砂岩互层,厚度为32~242.5m。

(六)济阳断陷

该区夹于埕宁隆起与鲁西隆起区之间,近东西向展布,面积约20000km2,最大沉积厚度超过2000m。中-下侏罗统主要分布在东营及以北地区,上白垩统主要分布于惠民地区,上侏罗统-下白垩统遍布全区,受断裂控制明显。

(1)中-下侏罗统

为含煤碎屑岩系,厚度为0~400m。角度不整合于下伏构造层之上,如桩西地区中、下侏罗统分别与寒武系、奥陶系及石炭-二叠系接触。

(2)上侏罗统-下白垩统

为一套中基性火山岩及陆相碎屑岩,厚度在1000m以上,据地震资料推测可能达到2000m。无论是陆相碎屑岩,还是火山岩,均表现出与北西向负反转断层相关的分带性,即北西向断层对该层系起着明显的控制作用。

(3)上白垩统

惠民凹陷钻井证实,上部为红色泥岩、含膏泥岩夹砂岩、白云岩,下部较粗,为红色砂砾岩夹泥岩,据地震资料推测厚度可达1000m。

(七)济源-黄口断陷

该区位于南华北坳陷区的北部,受焦-商断裂的控制,近东西向展布,一般沉积厚度为2000m左右,最大沉积厚度超过3000m。存在济源南部、中牟及黄口等三个沉积中心。早-中侏罗世沉积中心位于济源一带,晚侏罗世—早白垩世沉积中心东移至商丘—黄口一带。面积约12000km2

(1)中-下侏罗统

主要分布于济源、中牟地区,包括鞍腰组和马凹组。鞍腰组为浅灰、灰白色粉、细砂岩夹深灰、灰黑色泥岩,底部有炭质泥岩,并有少量劣质煤屑。济参1井厚279m,西留、济源等地厚245~304m,不整合于谭庄组之上。马凹组为灰绿、灰紫色粉细砂岩夹灰黑、灰紫色泥岩,厚160m,西承留一带厚137~233m,与鞍腰组为平行不整合接触。中牟地区发育一组灰绿色砂泥岩段,相当于济源地区的下侏罗统鞍腰组,厚度减薄为124.5m,岩性较粗、颜色浅,为滨湖相沉积。

(2)上侏罗统蒙阴组

丰参1井揭开蒙阴组1436m,包括汶南亚组和分水岭亚组。汶南亚组:下部为灰绿色泥岩、砂质泥岩与肉红色、灰白色砂岩互层,不整合于二叠系之上;中部为紫色泥岩、肉红色砂岩及灰色砂岩组成;上部为厚层紫色泥岩组成。分水岭亚组:湖相砂泥岩,厚851.5m。

(3)下白垩统青山组

丰参1井钻遇219m,下部为灰色安山岩与棕色砂质泥岩互层;中部为棕色砂砾岩夹灰绿色砂岩、棕色泥岩;上部为灰黑色玄武岩夹棕色泥岩薄层。

(八)周口-合肥前陆坳陷

该区位于南华北坳陷区的东南部,南为栾川-固始断裂,北为豫西-太康隆起。该坳陷呈近北西西向展布,面积约48000km2。一般沉积厚度为2000m左右,合肥地区沉积最厚超过7000m。沉积地层有中-下侏罗统、上侏罗统、下白垩统等。上白垩统在合肥地区较发育,本区有汝南、午阳、周口南、沈丘及合肥四个沉积中心。

(1)中-下侏罗统

以合肥地区最发育,包括防虎山组和圆筒山组。防虎山组主要分布在肥西-六安断裂以北和肥中断裂以南的地区,为一套巨厚层砾岩、砂砾岩为主的山麓洪积相堆积,夹炭质页岩和煤线,产霍文期芦木等植物化石,厚度约300m。圆筒山组分布广泛,已揭露的有合深1、合深3井。合深3井钻遇厚度为1303m,其下段为紫红色粉砂质泥岩、细砂岩夹灰黑色、青灰色泥岩;中段为暗棕红色、灰白色、浅灰色细砂岩;上段为暗棕色、紫红色细砂岩为主夹浅灰色细砂岩。周口地区的周参6井(钻厚276.5m)、周参10井(钻厚363m)均钻遇了一套含煤碎屑岩系,推测为中-下侏罗统。

(2)上侏罗统-下白垩统

汝南地区的上侏罗统-下白垩统由火山岩和沉积岩组成,其中火山岩十分发育。据周17井资料,火山岩厚逾1744m,其中上部592m为玄武岩,下部1152m为安山岩,安山质凝灰岩和角砾岩。谭庄-沈丘地区下白垩统发育,平均厚逾3000m,最厚达7000m,靠近南缘发育厚层同沉积杂砾岩,其厚度和粒度迅速向北减薄变小,盆地内周参11、周参12井均钻遇了较厚的下白垩统,其中下部岩性为暗色泥岩夹灰色砂岩。上部为紫红色泥岩与砂岩不等厚互层。合肥地区上侏罗统为紫红色砂泥岩,盆地边缘有火山喷发相和火山碎屑岩沉积。下白垩统(据合深1井)下段为暗棕褐色、深灰色泥岩及粉砂质泥岩、灰绿色、灰白色细砂岩、棕红色砾岩,向盆地东部厚度加大,岩性变细;上段为棕褐色粉砂质泥岩、棕灰色细砂岩、棕红色砂砾岩和砾岩,厚度约172~2000m。

(3)上白垩统

主要发育在郯庐断裂带西侧合肥地区。其中合深1、合深6井揭露完整,包括响导铺组和张桥组。响导铺组以棕褐色、棕灰色砂泥岩为主,厚度大于1400m。张桥组以浅棕红色细、粉砂岩为主夹含砾砂岩,下部夹浅棕红色薄层泥岩,厚度大于1000m。

(九)鲁西隆起区上的诸断陷

汶泗断陷:位于鲁西隆起区中部,呈近东西向展布,受北界汶泗断裂控制,面积约为2800km2,沉积厚度在1000m左右。

成武断陷:位于鲁西南隆起区南部,近南北走向,受西界曹县断裂控制,面积约为1600km2,沉积厚度约2000~3000m,最大超过4000m。

济宁断陷:位于鲁西隆起区南部,近南北走向,受嘉祥断裂与孙氏店断裂控制,面积约为2400km2,一般沉积厚度为2000~3000m,最大超过4000m。

上述断陷内均发育了上侏罗统及下白垩统,沉积类型组合相似。

(1)上侏罗统蒙阴组

厚24~1200m。包括下部汶南亚组及上部分水岭亚组。汶南亚组:上部主要岩性为紫红、灰色中细粒长石石英砂岩夹少量紫红色泥岩,下部以紫红色砂岩为主,与下伏石炭-二叠系为假整合接触。分水岭亚组:主要岩性为杂色长石石英砂岩。

(2)下白垩统青山组

上、下部为紫红、灰绿色安山岩、安山角砾岩、集块岩、凝灰质砂岩;中部为黄绿、灰绿色凝灰质砂页岩,与下伏上侏罗统蒙阴组为整合-假整合接触关系。

(十)宁武-静乐坳陷

该区展布于山西芦芽山与云中山之间,北东起自雁门关,南西至娄烦县,长约160km,宽约30km。坳陷显示为自北东向南西掀斜的复向斜,其北西侧以春景洼-西马坊枢纽逆冲断裂带与属于吕梁隆起的芦芽山-赤坚岭掀斜背斜相接,南东侧以芦家庄-娄烦逆冲断裂带与五台山块隆相接。其中段表现为简单的向斜构造。坳陷内中侏罗统地层发育,两翼地层产状较陡,由三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系及寒武系等组成。中侏罗统主要由大同组、云岗组及天池河组组成。

(1)大同组

为冲积扇-湖泊相的含煤中-细粒砂岩,平行不整合于三叠系之上,厚300m左右,最厚可达450m。

(2)云岗组

下部以灰白、灰黄色砂岩为主,夹少量暗紫红色泥岩;中部为黄绿色、暗紫红色砂岩与砂质页岩互层;上部为暗紫红色砂岩与砂质泥岩互层,总厚为400m左右。

(3)天池河组

以紫红色砂岩为主,夹紫红色砂质泥岩,厚350m左右。

综上所述,华北地区侏罗-白垩纪沉积盆地与沉积类型组合有以下几个特点。

(1)从沉积盆地类型看,时空演变规律较为明显

早-中侏罗世除合肥地区为典型的前陆盆地性质外,其他地区则表现坳陷型沉积盆地,沉积厚度一般为数百米,沉积环境相似。晚侏罗世—早白垩世,合肥-周口地区为前陆盆地,其他地区以断陷型为主,部分为断-坳复合型盆地,晚白垩世则大面积隆升,局部有坳陷型盆地(图2-5-3~图2-5-5)。

(2)从沉积类型组合看:因时而异、因地而异

早中侏罗世以含碎煤屑岩系为主。晚侏罗世—早白垩世为中生代剧烈的成盆期。燕山地区发育中酸性火山岩,华北其他地区则形成火山岩与沉积岩兼而有之的沉积组合。晚侏罗世以火山岩、火山-碎屑岩及红色粗碎屑岩为主,早白垩世为湖盆发育期,形成主要的生油层系。晚白垩世以红色碎屑岩为主。

(3)地震反射特征

中下侏罗统:为一套强振幅,高-中频平行层状反射结构,席状反射外形,反映了含煤碎屑岩系的反射特征,与下伏地层呈假整合,局部地区呈角度不整合接触。

上侏罗统—下白垩统:为一套弱振幅变频成层性差的楔形体,反映中生代燕山中期断陷盆地的结构特征及火山岩、火山岩-碎屑岩沉积特征。与下伏地层为角度不整合接触。

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