董俊昌 （中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

陳慶春 （中石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東 臨邑251507）

牟乃夏 （山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590）

林玉祥，李 燕，遲小燕 孫維鳳，張 璐 （山東科技大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590）

華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理分析

董俊昌 （中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

陳慶春 （中石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東 臨邑251507）

牟乃夏 （山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590）

林玉祥，李 燕，遲小燕 孫維鳳，張 璐 （山東科技大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590）

以層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，根據(jù)野外露頭和鉆井資料，建立了華北地區(qū)龍王廟期層序地層格架，并在等時(shí)地層格架內(nèi)對(duì)巖相古地理特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出龍王廟階地層以雜色云泥巖、泥云巖、白云巖、頁(yè)巖和灰?guī)r為主，認(rèn)為該期地層具有明顯的南北厚中間薄、東厚西薄的特點(diǎn)，且研究區(qū)東北部和東南部是當(dāng)時(shí)的沉積沉降中心，沉積厚度較大。研究發(fā)現(xiàn)，該期沉積相類型主要有陸棚相和潮坪相 （泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪），華北地臺(tái)東南部和東側(cè)郯廬斷裂附近基底沉降較為強(qiáng)烈，發(fā)育陸棚相沉積，其余大部分地區(qū)廣泛發(fā)育潮坪，尤以泥坪相最為發(fā)育。值得指出的是，華北地區(qū)龍王廟期石家莊－濟(jì)南一帶發(fā)育云坪沉積，形成了優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

華北地區(qū)；龍王廟期；巖相古地理；優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層

對(duì)華北地區(qū)下古生界海相碳酸鹽巖的研究早在20世紀(jì)80年代就做了大量工作，關(guān)士聰?shù)龋?］在研究中國(guó)海陸變遷海域沉積相與油氣時(shí)，編制了中國(guó)早寒武世海陸分布及海域沉積相圖。馮增昭等［2］采用單因素綜合分析作圖法編制了華北地塊寒武紀(jì)巖相古地理圖。前人對(duì)華北地區(qū)寒武紀(jì)巖相古地理的研究大多是以巖石地層為單位，等時(shí)性地層單元的研究相對(duì)薄弱。筆者研究時(shí)將對(duì)研究區(qū)地層進(jìn)行年代地層劃分，并在等時(shí)地層格架內(nèi)進(jìn)行巖相古地理研究。由于油氣的生成及分布與巖相古地理密切相關(guān)，因此華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理的研究，對(duì)于指導(dǎo)油氣勘探具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)范圍為華北陸塊東部，南至欒川－信陽(yáng)斷裂，西至鄂爾多斯盆地東緣離石斷裂，東至郯廬斷裂帶和陸地國(guó)界，北至華北地臺(tái)北緣，面積約80×104km2，包括北京、天津、河北、山東、河南北部、安徽北部、山西、遼寧西部及渤海海域。

華北地臺(tái)在前古生代經(jīng)歷了3個(gè)演化階段：①太古宙陸核形成期，由小的陸塊拼合形成較大的陸核，太古宙末的阜平運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了結(jié)晶基底的范圍，形成太古宙陸核［3］。②古元古代華北陸塊的初步形成時(shí)期，由地體或地塊拼合形成聯(lián)合地塊，古元古代末，經(jīng)呂梁運(yùn)動(dòng)的碰撞、拼合，形成統(tǒng)一的華北陸塊。③中新元古代拉張環(huán)境下的蓋層形成期，在準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)下形成長(zhǎng)城紀(jì)、薊縣紀(jì)和青白口紀(jì)沉積地層。震旦紀(jì)末受少林運(yùn)動(dòng)的影響，華北地區(qū)整體抬升剝蝕，形成地勢(shì)高差小、穩(wěn)定而平緩的泛大陸。

華北地區(qū)在早寒武世早期是古陸，沒(méi)有接受沉積，直到滄浪鋪期開始了古生代以來(lái)的第一次海侵，海水從華北的南部和東北部侵入，在南部豫淮地區(qū)和東北部地區(qū)接受沉積，沉積地層具有典型被動(dòng)大陸邊緣的層序特征和演化序列。滄浪鋪期沉積末期，華北地臺(tái)整體抬升，但是各地的抬升幅度大小不一，導(dǎo)致北部地區(qū)形成了短暫的沉積間斷。在此背景上，沉積了龍王廟期地層。

2 地層發(fā)育特征

2.1 地層劃分

2.1.1 巖石地層劃分

以魯中南地區(qū)為例，該時(shí)期地層包括朱砂洞組上部和饅頭組下部 （表1）。朱砂洞組整合在李官組之上、饅頭組之下，其巖性特征是下部為淺紅色含燧石薄層泥灰?guī)r，中部為泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，上部為深紅色 （含云斑）灰?guī)r，頂部為淺紅色中厚層灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r夾頁(yè)巖。饅頭組大多數(shù)情況下以紫紅色片狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖和泥巖為主，但常夾有厚度不定的各種灰?guī)r、含生物碎屑鮞?；?guī)r、藻灰?guī)r、泥云巖、白云巖、砂巖、粉砂巖等。

2.1.2 生物地層與年代地層劃分

華北地區(qū)寒武紀(jì)地層中含有豐富的三葉蟲化石，各個(gè)地區(qū)所含的化石種類不同，龍王廟期共建4個(gè)化石帶 （表2）。根據(jù)三葉蟲的時(shí)代屬性，Redlichia Chinensis帶、Redlichia murakamii、Yaojiayuella帶和Tingyuania帶，其地質(zhì)時(shí)代主要屬早寒武世龍王廟期。

2.1.3 層序地層劃分

通過(guò)對(duì)研究區(qū)野外露頭剖面和鉆井巖心觀察，龍王廟階層序界面主要表現(xiàn)為渣狀層、沖刷侵蝕面、最大海泛面、超覆面和巖性、巖相轉(zhuǎn)換面等，其中對(duì)層序劃分起決定作用的為最大海泛面和巖性、巖相轉(zhuǎn)換面。研究區(qū)龍王廟階最大海泛期產(chǎn)物主要為含磷泥晶灰?guī)r、薄板狀泥灰?guī)r或生物化石密集層。巖性、巖相轉(zhuǎn)換面主要表現(xiàn)為頁(yè)巖與泥晶灰?guī)r、泥粉晶白云巖與頁(yè)巖和云泥巖與頁(yè)巖等組成的轉(zhuǎn)換界面（見表1）。以地層學(xué)、沉積學(xué)、古生物學(xué)、層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，根據(jù)古生物組合 （表2）、層序界面和巖性特征，對(duì)地層進(jìn)行年代地層劃分，建立龍王廟階等時(shí)地層格架 （圖1）?？紤]到華北地區(qū)寒武系沉積演化的一致性，干旱、潮濕氣候變化所導(dǎo)致巖層氧化和還原色的變化應(yīng)具有等時(shí)性特征，這個(gè)特征也可作為地層劃分的重要依據(jù)［4］。

圖1 華北地區(qū)龍王廟期地層多重劃分對(duì)比圖

綜上所述，龍王廟期地層以雜色云泥巖、泥云巖、白云巖、頁(yè)巖和灰?guī)r互層為特征，底以雜色頁(yè)巖或泥云巖出現(xiàn)劃界，頂以灰?guī)r或白云巖結(jié)束、大套紫紅色頁(yè)巖出現(xiàn)劃界 （圖2）。

2.2 地層展布

龍王廟期海侵到達(dá)河北省和山西省的南部，只有山西的中部和北部當(dāng)時(shí)處于隆起剝蝕狀態(tài)，沒(méi)有接受沉積。地層厚度具有明顯的南北厚中間薄，東厚西薄的特點(diǎn)，東南部合肥盆地的沉積厚度最大超過(guò)300m，東北部有2個(gè)沉積中心，分別位于沈陽(yáng)和大連附近，沉積厚度都超過(guò)180m （圖3）。在邯鄲－濟(jì)南一帶，等值線比較寬緩，厚度較小，該區(qū)滄浪鋪期沒(méi)有接受沉積，龍王廟期海水首次侵入，以紫紅色頁(yè)巖、灰黃色泥晶白云巖沉積為主，當(dāng)時(shí)應(yīng)該屬于水下隆起區(qū)。自東南、東北向古陸方向地層厚度逐漸減小，遠(yuǎn)離古陸的方向地層厚度逐漸增大。從以上特點(diǎn)分析可以看出，該時(shí)期的古地理格局，具有 “南北低中間高”的特點(diǎn)。邯鄲－濟(jì)南一帶龍王廟期為水下高地；華北的東北部和南部的合肥盆地是龍王廟期的沉積沉降中心，沉積厚度最大，在東北部的沉積中心內(nèi)有局部隆起。

3 沉積相

利用野外剖面、鉆井、測(cè)井等資料，根據(jù)沉積巖的巖石類型、結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造特點(diǎn)，識(shí)別出華北地區(qū)龍王廟期的沉積相類型有潮坪相和淺海陸棚相兩種 （圖4）。潮坪相帶分布范圍極廣，依據(jù)巖性特征可將潮坪相進(jìn)一步細(xì)分為泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪。

3.1 沉積相類型

3.1.1 潮坪相

潮坪相沿古陸邊緣分布，介質(zhì)能量主要來(lái)自間歇性的潮汐作用。此帶海水極淺，有時(shí)暴露，蒸發(fā)作用強(qiáng)，鹽度高，不宜于生物繁殖，常接受來(lái)自古陸剝蝕區(qū)的陸源砂、泥物質(zhì)，藻席普遍發(fā)育。常見波痕、泥裂、鳥眼構(gòu)造等暴露構(gòu)造，是潮坪相的重要鑒別標(biāo)志。

泥坪主要發(fā)育在海侵?jǐn)U大時(shí)的古陸邊緣，含陸源碎屑巖比例較高，可占地層厚度的60%以上，巖石類型主要為泥巖、頁(yè)巖，夾有泥灰?guī)r，甚至灰?guī)r。云坪形成于干旱炎熱氣候條件，巖性特征為準(zhǔn)同生白云巖占60%以上，夾少量泥頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、云斑灰?guī)r。泥灰坪的主要巖性是泥灰?guī)r、泥質(zhì)條帶－泥紋泥晶灰?guī)r?；移褐饕獮橛芍校駥幽嗑Щ?guī)r、藻紋層灰?guī)r組成的較純碳酸鹽潮坪沉積。

圖2 龍王廟期地層對(duì)比圖

圖3 華北地區(qū)龍王廟期地層等厚圖

圖4 華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理圖

3.1.2 淺海陸棚相

淺海陸棚相沉積物通常有泥巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，夾薄層泥晶灰?guī)r，有時(shí)夾有粉砂巖。廣泛的生物擾動(dòng)、潛穴、結(jié)核狀和脈狀層是陸棚沉積中的典型構(gòu)造［5］。

3.2 沉積相展布

龍王廟期海侵進(jìn)一步加大，華北絕大部分地區(qū)被海水淹沒(méi)接受沉積，只有山西的中部和北部海水一直未達(dá)到 （圖4），沒(méi)有接受沉積，被稱為呂梁古陸［6］。呂梁古陸遭受強(qiáng)烈的剝蝕，使其接近準(zhǔn)平原，向東部古海域中提供了大量的泥和粉砂等細(xì)粒物質(zhì)。龍王廟期的呂梁古陸是滄浪鋪期的延續(xù)，但是面積已經(jīng)大為縮小。

泥坪廣泛發(fā)育是龍王廟期古地理的主要特征之一，在華北南部圍繞呂梁古陸一帶和華北北部均有大面積的泥坪分布 （圖4），主要巖石類型為紫紅色泥巖、頁(yè)巖、夾有泥灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r，具有波痕、石鹽假晶、帳篷構(gòu)造等沉積構(gòu)造。

云坪分布局限，主要分布于石家莊－濟(jì)南一帶和研究區(qū)北部，巖石類型主要為泥質(zhì)白云巖、泥晶白云巖及泥巖、云泥巖，呈薄層狀、藻紋層狀，其中準(zhǔn)同生白云巖含量超過(guò)60%。

灰坪主要分布于鄭州－濰坊－滄州一帶和沈陽(yáng)以東地區(qū)，主要以灰色中厚層微晶灰?guī)r、灰黃色薄層微晶灰?guī)r為主，夾少量紫紅色頁(yè)巖、泥灰?guī)r、白云巖。泥灰坪圍繞灰坪呈S形分布，巖性以紫色、黃色薄層泥灰?guī)r、灰色白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾棕紅色頁(yè)巖為主。

華北地臺(tái)邊緣基底強(qiáng)烈沉降，水體較深，在華北東南部和郯廬斷裂附近發(fā)育陸棚相沉積，主要巖石類型為鈣質(zhì)頁(yè)巖、瘤狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾海綠石灰?guī)r。

整體來(lái)看，研究區(qū)東南部和郯廬斷裂帶附近水體最深，發(fā)育淺海陸棚環(huán)境，中部水體較深，主要為泥灰坪、灰坪沉積環(huán)境，西側(cè)和北側(cè)水體最淺，泥巖、白云巖較為發(fā)育，主要為泥質(zhì)潮坪環(huán)境。

4 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層的控制作用

對(duì)華北東部地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的不同巖性孔隙度和滲透率的研究表明，白云巖的孔、滲性最好，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層［7，8］。白云巖型儲(chǔ)層的孔隙類型主要為晶間孔、溶蝕孔隙和裂縫，脆性通常比石灰?guī)r大，容易形成裂縫，且常具有粉晶至細(xì)晶結(jié)構(gòu)，晶間孔發(fā)育。

華北地區(qū)龍王廟期白云巖主要分布在石家莊－濟(jì)南一帶，主要以含燧石條帶白云巖、泥質(zhì)泥晶白云巖為主。龍王廟期河北石家莊東方嶺地區(qū)白云巖厚度為17.5m，白云巖厚度百分率為66.5%；山東濟(jì)南長(zhǎng)清地區(qū)白云巖厚度達(dá)88.74m，白云巖厚度百分率為63.8%。

白云巖的分布受沉積環(huán)境的控制，云坪環(huán)境地勢(shì)平緩，水體較淺，氣候干旱炎熱，蒸發(fā)作用強(qiáng)，有利于泥晶、粉晶白云巖的沉積，準(zhǔn)同生白云巖達(dá)60%以上，因此云坪是白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶。

綜合白云巖的厚度和有利形成環(huán)境，預(yù)測(cè)石家莊－濟(jì)南一帶為優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

5 結(jié) 論

1）根據(jù)層序地層研究成果，建立了華北地區(qū)龍王廟階等時(shí)地層格架，龍王廟期沉積地層具有南北厚中間薄，東厚西薄的特點(diǎn)，華北地區(qū)東北部和東南部是當(dāng)時(shí)的沉降沉積中心，沉積厚度較大。

2）華北地區(qū)龍王廟期的沉積相類型有陸棚相和潮坪相 （泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪），泥坪廣泛發(fā)育是該期巖相古地理的重要特征之一。華北地臺(tái)邊緣基底沉降強(qiáng)烈，在華北的東南部和東部郯廬斷裂附近發(fā)育陸棚相沉積。

3）華北地區(qū)龍王廟期的儲(chǔ)層類型為白云巖儲(chǔ)層，綜合白云巖的有利形成環(huán)境和白云巖厚度，預(yù)測(cè)石家莊－濟(jì)南一帶為優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

［1］關(guān)士聰.中國(guó)海陸變遷海域沉積相與油氣 ［M］.北京：科學(xué)出版社，1984.35～38.

［2］馮增昭.華北地區(qū)早古生代巖相古地理 ［M］.北京：地質(zhì)出版社，1990.31～33.

［3］牛樹銀，孫愛群，張建珍.華北古陸的形成與構(gòu)造演化 ［J］.地學(xué)前緣，1997，4（3－4）：291～298.

［4］祝有海，馬麗芳.華北地區(qū)下寒武統(tǒng)的劃分對(duì)比及其沉積演化 ［J］.地質(zhì)評(píng)論，2008，54（6）：731～739.

［5］姜在興.沉積學(xué) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.421～426.

［6］郭緒杰，焦貴浩，馬天泉，等.華北古生界石油地質(zhì) ［M］.北京：地質(zhì)出版社，2002.65～66.

［7］楊賞，焦養(yǎng)泉，吳立群，等.華北東部冶里組和亮甲山組白云巖型儲(chǔ)層分析與預(yù)測(cè) ［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2007，26（5）：61～66.

［8］徐輝.華北地區(qū)下古生界白云巖類型與儲(chǔ)集性 ［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1992，14（1）：68～77.

Analysis on Lithofacies Palaeogeography at Longwangmiao Stage in North China

DONG Jun－chang，CHEN Qing－chun，MU Nai－xia，LIN Yu－xiang，LI Yan，CHI Xiao－yan，SUN Wei－feng，ZHANG Lu（First Author's Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing100083，China）

Under the guidance of sequence stratigraphic theory and based on outcrops and well drilling data，the sequence stratigraphic framework at Longwangmiao Stage in North China was established，the lithofacies palaeogeographic characters within isochronous stratigraphic framework were analyzed in detail.It was pointed out that during the period there were mainly variegated dolomitic mudstone，argillaceous dolomite，dolomite，shale and limestone，and strata were obviously thicker in the north and south；and thinner in the middle and thicker in the east while thinner in the west.The sedimentary settlement center was in the northeast and southeast of the studied area，where it was the thickest position of deposition.According to the research，there are mainly two kinds of sedimentary facies in the period，such as the shallow continental shelf and tidal flat.Because the areas nearby the Tanlu Fault is subsided more intensively in the southeast and the east of North China platform，continental shelf facies is mostly developed.Tidal flat facies is mostly developed in the rest of areas，especially the mud flat is developed.It is worth to point out that dolomite flat deposits are developed in Shijiazhuang－Jinan Area，where high－quality dolomite reservoirs are developed.

North China；Longwangmiao Stage；lithofacies palaeogeography；good quality reservoir

TE121.3

A

1000－9752 （2012）03－0016－05

2011－11－15

國(guó)家油氣重大專項(xiàng) （2008ZX05004－003）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （41172108）。

董俊昌 （1962－），男，1986年中國(guó)石油大學(xué) （華東）畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)地質(zhì)研究工作。

［編輯］ 宋換新