張 誠(chéng)代宗仰魯明宇毛俊莉于 鵬

（1.西南石油大學(xué)，成都610500；2.遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，盤錦 124010）

遼河?xùn)|部地區(qū)晚古生代沉積相分析

張 誠(chéng)1代宗仰1魯明宇1毛俊莉2于 鵬2

（1.西南石油大學(xué)，成都610500；2.遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，盤錦 124010）

遼河?xùn)|部晚古生代時(shí)期，隨著華北地臺(tái)的不斷抬升，海水從北向南不斷退出研究區(qū)。在此過(guò)程中發(fā)育了陸表海臺(tái)地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相。本溪組時(shí)期，全區(qū)廣泛發(fā)育五套石灰?guī)r，其中本溪灰?guī)r可以作為區(qū)域?qū)Ρ鹊囊粋€(gè)標(biāo)志層。太原組和山西組時(shí)期，全區(qū)煤層廣泛發(fā)育，含煤地層具有多層次多旋回的特點(diǎn)。

晚古生代；沉積相；灰?guī)r；煤層；遼河?xùn)|部地區(qū)

1 遼河?xùn)|部地層概況

遼河盆地東部包括東部凹陷頭臺(tái)子—燕南潛山帶和東部凸起［1］，面積約 2 200km2。 從目前鉆探結(jié)果看，研究區(qū)上古生界地層缺失泥盆系和石炭系下統(tǒng)，所揭露的地層自下而上依次為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組和石千峰組。

研究區(qū)位于華北板塊的東北部，區(qū)內(nèi)構(gòu)造演化與華北地臺(tái)的構(gòu)造演化密切相關(guān)，古生代是華北地臺(tái)的穩(wěn)定時(shí)期，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱。早古生代晚期，華北板塊南北兩側(cè)的大洋板塊相向向華北板塊之下俯沖，使其兩側(cè)由被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)換成為溝－?。梵w系的活動(dòng)大陸邊緣。晚古生代早期，古亞洲洋繼續(xù)向華北和西伯利亞板塊之下俯沖，晚泥盆世至早石炭世發(fā)生碰撞，形成新的海西期增生褶皺帶。華北板塊由于受到南北兩側(cè)的擠壓表現(xiàn)為整體抬升，并遭受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，缺失晚奧陶世至早石炭世沉積［2］。晚古生代期間，近南北向擠壓力的作用使華北地臺(tái)北緣造山帶逐漸隆升，并給地臺(tái)內(nèi)部的類前陸盆地提供碎屑物質(zhì)，此時(shí)地臺(tái)的大部分地區(qū)還浸沒(méi)在較淺海水中，初期沉積了一套海陸交互相的含煤建造夾陸表海碳酸鹽巖建造，晚期隨著地臺(tái)的進(jìn)一步隆升，海水逐漸退出華北地臺(tái)，而且隨著北側(cè)造山帶（內(nèi)蒙地軸）的進(jìn)一步褶皺隆升，至晚古生代二疊紀(jì)中晚期，沉積類型已由海陸交互相的含煤建造演變?yōu)殛懴嗪恿?三角洲等陸相碎屑巖建造。

2 沉積相類型及特征

綜合分析鉆井、錄井和測(cè)井等資料以及沉積相標(biāo)志，可將研究區(qū)晚古生代沉積相分為陸表海臺(tái)地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相4大類：陸表海臺(tái)地相包括開闊臺(tái)地亞相；有障壁海岸相包括障壁島亞相、潮坪亞相和瀉湖亞相；三角洲相包括前三角洲亞相、三角洲前緣亞相和三角洲平原亞相；河流相包括河床亞相、堤岸亞相和河漫亞相。具體劃分如圖1和表1所示。

表1 研究區(qū)上古生界沉積相劃分表

2.1 陸表海臺(tái)地相

碳酸鹽巖沉積按主要沉積場(chǎng)所淺海可劃分為陸表海和陸緣海兩個(gè)類型。陸表海是位于大陸內(nèi)部或陸棚內(nèi)部的、低角度、范圍廣闊的、很淺的淺海。陸表海臺(tái)地相包括開闊臺(tái)地和局限臺(tái)地兩個(gè)亞相。開闊臺(tái)地系指海水循環(huán)較好、鹽度基本正常的淺海［3］。研究區(qū)上古生界石炭系本溪組碳酸鹽巖的沉積場(chǎng)所為陸表海臺(tái)地相開闊臺(tái)地沉積環(huán)境（圖2）。在晚古生代早期，研究區(qū)還處于華北地臺(tái)內(nèi)部廣布的陸表海環(huán)境中，研究區(qū)水體較淺，水能較弱，陸源泥、粉砂注入豐富，形成一套以碎屑巖為主的陸表海臺(tái)地相沉積；中石炭世晚期、晚石炭世等時(shí)期內(nèi)還間歇性出現(xiàn)清水海灣沉積環(huán)境，形成生屑灘。巖性主要為泥晶灰?guī)r和生物灰?guī)r，巖石呈灰色、深灰色，中厚層至塊狀，缺乏層理構(gòu)造，生物擾動(dòng)強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育五層海相灰?guī)r（圖3），從上到下依次為牛毛嶺灰?guī)r、本溪灰?guī)r、小峪灰?guī)r、上螞蟻灰?guī)r和下螞蟻灰?guī)r。其中本溪灰?guī)r全區(qū)發(fā)育最穩(wěn)定，厚度最大，達(dá)10cm左右，可以作為研究區(qū)的一個(gè)標(biāo)志層?；?guī)r中產(chǎn)腹足類、海百合、珊瑚、腕足類、蜓類和植物化石等。

圖1 研究區(qū)晚古生代沉積相劃分圖（佟2905井）

圖2 佟2905井本溪組陸表海臺(tái)地相相序

圖3 牛毛嶺剖面本溪組陸表海臺(tái)地相相序

2.2 有障壁海岸相

在濱岸地區(qū)，存在著一種障壁地形—障壁島，使近岸海與廣海隔絕，以至海水流通受到某種程度的限制，形成障壁海岸，發(fā)育有障壁海岸相。在障壁面臨廣海一側(cè)，如同無(wú)障壁海岸一樣主要受波浪的影響，在障壁的向陸一側(cè)，即障壁的背后則以潮汐作用為主［3］。研究區(qū)本溪組、太原組、山西組和下石盒子組下部發(fā)育有障壁海岸相。晚古生代早期研究區(qū)隨著華北地臺(tái)不斷隆起，總的地勢(shì)為北高南低，海水從北向南不斷往復(fù)地退出和侵入陸地，在這個(gè)過(guò)程中形成了全區(qū)廣泛發(fā)育的有障壁海岸相，出現(xiàn)了障壁島、瀉湖、潮坪交替出現(xiàn)的特點(diǎn)。海水進(jìn)退、地殼沉降和抬起，為成煤提供了有利的地理環(huán)境，加上古氣候和古植物等有利條件，構(gòu)成了本區(qū)太原組和山西組煤層廣泛發(fā)育，含煤地層具有多層次多旋回的特點(diǎn)，此時(shí)期也是華北地區(qū)晚古生代重要的成煤期。根據(jù)研究區(qū)沉積環(huán)境和沉積特征，將本區(qū)有障壁海岸相分為障壁島亞相、潮坪亞相和瀉湖亞相（圖4）。

圖4 佟2905井太原組有障壁海岸相相序

2.3 三角洲相

三角洲相位于海陸過(guò)渡之間的過(guò)渡地帶，是海陸過(guò)渡相組的重要組成部分。在河流流入海盆地的河口區(qū)，因坡度減緩，水流擴(kuò)散，流速降低，逐將攜帶之泥砂沉積于此，形成近于頂尖向陸的三角形沉積體，稱為三角洲［3］。研究區(qū)晚古生代二疊系下石盒子組上部、上石盒子組和石千峰組下部發(fā)育三角洲相。隨著地殼不斷上升，到早二疊世后期，海水基本完全退出遼河盆地，沉積相也由有障壁海岸相發(fā)展為三角洲相。沉積物主要以陸源碎屑沉積為主，砂巖和粉砂巖中見流水波痕、浪成波痕、板狀和槽狀交錯(cuò)層理，泥巖中發(fā)育水平層理，出現(xiàn)海生和陸生生物化石的混生現(xiàn)象。根據(jù)研究區(qū)沉積環(huán)境和沉積特征，將本區(qū)三角洲相分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三個(gè)亞相。三角洲前緣亞相可以分為遠(yuǎn)砂壩、河口砂壩和分流間灣三個(gè)微相；三角洲平原亞相可以分為分流河道和河道間兩個(gè)微相（圖5）。

圖5 佟2905井上石盒子組三角洲相相序

2.4 河流相

河流是流水由陸地流向湖泊和海洋的通道，也是把沉積物由陸地搬運(yùn)到海洋或湖泊中去的主要營(yíng)力［3］。拉斯特根據(jù)河道分岔參數(shù)和彎曲度把河流分為四類：平直河、曲流河、辮狀河和網(wǎng)狀河。曲流河流量較穩(wěn)定、河道彎曲，搬運(yùn)形式以懸浮負(fù)載和混合負(fù)載為主，沉積物較細(xì)，泛濫平原和點(diǎn)砂壩較為發(fā)育［3］。研究區(qū)河流相主要發(fā)育于上石盒子組上部和石千峰組，為近海一側(cè)的濱岸平原中的曲流河沉積。在晚古生代晚期，海水已經(jīng)全部退出陸地，沉積相也由海陸過(guò)渡相的三角洲相發(fā)展為陸相的河流相沉積。巖石主要為石英細(xì)礫巖、含礫細(xì)粒砂巖、含泥質(zhì)石英砂巖、粉砂巖等。沉積構(gòu)造以平行層理、大型板狀層理、槽狀交錯(cuò)層理為主，底部常具沖刷侵蝕面，向上粒徑變細(xì)，呈正粒級(jí)遞變現(xiàn)象，巖石中見少量植碎屑。流水的沖刷使河床底部顯示明顯的沖刷界面，構(gòu)成河流沉積單元的基底。根據(jù)研究區(qū)沉積環(huán)境和沉積物特征可將河流相進(jìn)一步劃分為河床、堤岸和河漫三個(gè)亞相（圖6）。

圖6 佟2905井上石盒子組河流相相序

3 成煤環(huán)境討論

研究區(qū)位于華北地區(qū)北部，華北地區(qū)在我國(guó)晚古生代含煤建造中具有廣泛的代表性，是我國(guó)主要煤炭資源之一。區(qū)內(nèi)煤層主要發(fā)育于石炭系—二疊系。其中太原組和山西組廣泛發(fā)育煤層，為煤系地層。本溪組與石盒子組也含少量煤層。區(qū)內(nèi)石炭—二疊系含煤建造主要由泥質(zhì)巖、砂巖相間組合而成，含煤多層。

含煤建造多形成于陸表海多堡島沉積體系和陸表海堡島與碳酸鹽臺(tái)地復(fù)合沉積體系，潮汐沉積發(fā)育，泥炭坪可以發(fā)育在多種潮坪環(huán)境中。結(jié)合我國(guó)晚古生代含煤建造泥炭坪的不同特點(diǎn)，可將泥炭坪進(jìn)一步劃分為瀉湖泥炭坪、堡后泥炭坪、潮汐三角洲泥炭坪、碳酸鹽臺(tái)地泥炭坪和礁后泥炭坪五種類型［4］。

綜合煤層中植物化石，煤層中的沉積相標(biāo)志，以及含煤建造陸表海堡島與臺(tái)地的復(fù)合沉積體系，不難看出華北石炭—二疊系太原組、山西組含煤建造，多數(shù)煤層廣泛地形成于不同類型的海相泥炭坪環(huán)境［5］。

區(qū)內(nèi)太原組和山西組煤層屬于有障壁海岸相，經(jīng)過(guò)多次海退，形成了多套煤層，根據(jù)區(qū)內(nèi)沉積特征分析，認(rèn)為煤層的主要類型為瀉湖泥炭坪沉積（圖7）。

圖7 佟2905井瀉湖泥炭坪成煤序列

瀉湖泥炭坪發(fā)育在瀉湖近岸潮坪和廣海型潮坪之上，成煤序列一般以障壁島或局限臺(tái)地開始，向上過(guò)渡為瀉湖及潮坪相，在此基礎(chǔ)上發(fā)育泥炭坪。成煤后為瀉湖相覆蓋，并過(guò)渡為障壁島相或臺(tái)地相沉積。研究區(qū)瀉湖近岸潮坪廣泛發(fā)育，伴隨著海平面下降。形成的煤層具有層數(shù)多、厚度大、層位穩(wěn)定和煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)［5］。

4 研究區(qū)沉積模式

研究區(qū)上古生界地層橫向變化不大，縱向上巖性的變化不僅反映了沉積環(huán)境的變遷，也反映了上古生界海進(jìn)海退的變化過(guò)程?？傮w來(lái)看，從石炭系早期的本溪組到二疊系的石千峰組時(shí)期，水體呈逐漸海退的趨勢(shì)，沉積相由早期的陸棚相、無(wú)障壁海岸相逐漸過(guò)渡為三角洲相、河流相。期間可能經(jīng)歷過(guò)數(shù)次小規(guī)模的海進(jìn)－海退旋回。在石炭紀(jì)，沉積基準(zhǔn)面基本呈北部或北西部高而南部低的特征，陸源碎屑物質(zhì)來(lái)源于西北部的內(nèi)蒙地軸區(qū)，氣候溫暖潮濕，十分適宜于植物的生長(zhǎng)，在陸表海沿岸或水體較淺部位廣泛發(fā)育潮坪、瀉湖泥炭坪，而迎風(fēng)一側(cè)則發(fā)育障壁島相［6］。二疊紀(jì)時(shí)，隨著北部褶皺山系的進(jìn)一步抬升，陸源碎屑物質(zhì)的供應(yīng)進(jìn)一步增加，廣泛發(fā)育河流－三角洲沉積體系，在遠(yuǎn)離岸邊附近，還發(fā)育有部分障壁島相。

5 結(jié) 論

（1）遼河?xùn)|部晚古生代時(shí)期，隨著華北地臺(tái)的不斷抬升，海水從北向南不斷退出研究區(qū)。在此過(guò)程中發(fā)育了陸表海臺(tái)地相、有障壁海岸相、三角洲相和河流相。

（2）本溪組時(shí)期，研究區(qū)廣泛發(fā)育五套石灰?guī)r，其中本溪灰?guī)r厚度最大，全區(qū)發(fā)育最穩(wěn)定，可以作為區(qū)域?qū)Ρ鹊囊粋€(gè)標(biāo)志層。

（3）太原組和山西組時(shí)期，隨著地殼的沉降與抬升，研究區(qū)經(jīng)歷了多次海水進(jìn)退，為成煤提供了有利的地理環(huán)境，加上古氣候和古植物等有利條件，構(gòu)成了本區(qū)太原組和山西組煤層廣泛發(fā)育，含煤地層具有多層次多旋回的特點(diǎn)。此時(shí)期也是華北地區(qū)晚古生代重要的成煤期。

[1]遼河油田石油地質(zhì)編委會(huì).中國(guó)石油地質(zhì)志卷三：遼河油田[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995.

[2]遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志[G].北京：地質(zhì)出版社,1989.

[3]趙澄林,朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].北京；石油工業(yè)出版社,2001.

[4]劉煥杰,賈玉如,龍耀珍,等.中國(guó)沉積學(xué)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1994.

[5]陳世悅,徐鳳銀,劉煥杰.華北晚古生代層序地層與聚煤規(guī)律[M].山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社,2000.

[6]陳鐘惠.華北晚古生代含煤巖系的沉積環(huán)境和聚煤規(guī)律[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.

Sedimentary Facies Analysis of Late Palaeozoic in Eastern Area of Liaohe

ZHANG Cheng1DAI Zong－yang1LU Ming－yu1MAO Jun－li2YU Peng2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.Liaohe Oilfield Exploration and Development Institute Branch,Panjin 124010)

With the constant uplift of the North China platform,the sea continuesto exit from the north to south during the late Paleozoic period in the east area of Liaohe.In this process,there have developed some facies,such as the epicontinental platform phase,barrier coast phase,delta facies and fluvial facies.Five sets of limestones are widely developed in the region during the Benxi period.The Benxi limestone could be used as a marker bed regional comparison.During the Taiyuan and Shanxi period,coal is widely developed in this area;there are multi-level and multi-cycle characteristics in the coal-bearing strata.

late Paleozoic；facies；limestone；coal；eastern area of Liaohe

TE122

A

1673-1980（2011）06-0055-04

2011-06-19

張誠(chéng)（1985-），男，黑龍江綏芬河人，西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槌练e、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。