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        河北寬城地區(qū)洪水莊組巖石特征及沉積環(huán)境

        2014-11-02 07:21:40汪凱明羅順社
        沉積與特提斯地質(zhì) 2014年2期

        汪凱明,羅順社

        (1.中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院,江蘇 南京 210011;2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100)

        燕山地區(qū)是我國中、新元古界發(fā)育最為完整的地區(qū),在太古界變質(zhì)巖基底之上,沉積了巨厚而橫向上穩(wěn)定的海相碳酸鹽巖夾碎屑巖地層,總厚度9000余米,其中以著名的薊縣剖面最為代表性。華北地區(qū)的中、新元古界自下而上劃分為長城系、薊縣系和青白口系,其中長城系高于莊組(Chg)碳酸鹽巖、薊縣系霧迷山組(Jxw)碳酸鹽巖、洪水莊組(Jxh)頁巖、鐵嶺組(Jxt)頁巖、青白口系下馬嶺組(Qnx)頁巖均含有一定豐度的有機質(zhì),且在縱向上形成多個有利的生、儲、蓋組合,總體上具有生烴、成藏的石油地質(zhì)條件。同時,在華北地區(qū)的中、新元古界中已發(fā)現(xiàn)了多處油苗、瀝青顯示,僅在冀北坳陷就發(fā)現(xiàn)了98處油苗點[1-12],油氣勘探潛力較大。

        1 區(qū)域地質(zhì)概況

        圖1 燕山地區(qū)洪水莊組地層等厚圖(據(jù)文獻[12-15],有修改)Fig.1 Isopach map of the Hongshuizhuang Formation in the Yanshan region(modified from Wen Xiande,1989;Yuan Erong et al.,1994;Bao Zhidong et al.,2004;Qin Jing et al.,2010)

        洪水莊組為高振西先生于1934年建立[1],選用薊縣洪水莊地名,稱之為“洪水莊頁巖”。主要分布在燕山地區(qū),沉積中心在薊縣、興隆、寬城一帶(圖1),沉積厚度為100~170m。其標(biāo)準(zhǔn)剖面位于天津薊縣床子嶺村,厚度為131m,主要由一套灰黑-黑色、黑綠色、黃綠色伊利石頁巖組成。下部灰黑色薄層泥質(zhì)白云巖與灰黑色頁巖互層;中下部為黃綠色頁巖;中上部灰黑、黑色頁巖,含黃鐵礦結(jié)核;上部灰、黃綠色頁巖夾灰黑色粉砂、細(xì)砂巖透鏡體。除在燕山東段有缺失或與下伏霧迷山組呈平行不整合接觸外,其它地區(qū)皆與上、下地層呈整合接觸[13]。

        圖2 燕山地區(qū)構(gòu)造劃分和研究區(qū)位置圖(據(jù)文獻[2]修改)Fig.2 Tectonic division of the Yanshan region and location of the study area(after Wang Tieguan,1980)

        本次實測的洪水莊組剖面(40°34′26″N,118°21′36″E)位于河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子村附近(圖2),構(gòu)造上屬于華北地臺燕山褶皺帶的中段。該區(qū)中、新元古界地層出露良好,分布廣泛,是研究我國北方中、新元古界地層格架、沉積特征以及古生物組合等方面的重要地區(qū)之一。實測剖面厚101.66m(圖3),下部為灰黑色頁巖與中層-薄層狀泥質(zhì)白云巖互層,向上泥質(zhì)白云巖不發(fā)育,以灰黑色頁巖為主,含黃鐵礦結(jié)核,上部為含粉砂泥質(zhì)頁狀白云巖、含砂白云巖及含錳泥晶白云巖。

        2 主要巖石類型及其特征

        河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子洪水莊組剖面巖石類型較為簡單,結(jié)合野外剖面實測和室內(nèi)鏡下薄片鑒定,認(rèn)為巖石類型主要為白云巖和頁巖。依據(jù)結(jié)構(gòu)-成因分類[16],并結(jié)合特殊的沉積構(gòu)造,白云巖可進一步劃分為硅質(zhì)白云巖、(含粉砂)泥質(zhì)(砂質(zhì))白云巖、(含錳)泥晶白云巖;頁巖則由硅質(zhì)頁巖和暗色頁巖組成。

        硅質(zhì)白云巖:該類巖石以碳酸鹽礦物為主(>50%),石英含量為25% ~50%。主要分布在洪水莊組下部,黃灰色、黑灰色,以薄層狀(單層3cm左右)與黑灰色頁巖不等厚互層產(chǎn)出,共組成兩個較大的旋回。第一個旋回厚約4m,第二個旋回厚約3m,每一個旋回的底部由頁巖夾薄層狀白云巖組成,頂部為薄層硅質(zhì)白云巖;每一旋回均為向上變淺,但第一個旋回總體較第二個旋回水淺,其頂部硅質(zhì)白云巖略厚。沉積環(huán)境整體屬于較穩(wěn)定的潮間低能帶。硅質(zhì)白云巖在實測剖面中累計厚度8.41m,僅占地層總厚度的8.3%。

        圖3 河北寬城洪水莊組實測柱狀剖面Fig.3 Measured section of the Hongshuizhuang Formation in Kuancheng,Hebei

        (含粉砂)泥質(zhì)(砂質(zhì))白云巖:該類巖石主要發(fā)育在洪水莊組底部為和頂部,底部黑灰色薄層泥質(zhì)白云巖與黑色硅質(zhì)頁巖不等厚互層,薄層泥質(zhì)白云巖一般厚3~10cm,由下往上有2~3韻律層,每一韻律由下往上泥質(zhì)白云巖厚度增大,頁巖夾層厚度減薄;頂部主要由灰白色含粉砂泥質(zhì)白云巖組成(圖4A),底部發(fā)育厚度約20cm的中-薄層狀含粉砂泥晶白云巖,共有4個韻律層。每一韻律層底部有厚度為10cm左右的泥晶白云巖,向上發(fā)育厚度約1m左右頁狀泥質(zhì)白云巖,上部的韻律層底部發(fā)育中層泥晶白云巖(含錳)。在實測剖面中累計厚度24.68m,僅占地層總厚度的24.3%,泥質(zhì)白云巖為潮上帶低能環(huán)境沉積,含粉砂(砂質(zhì))白云巖為潮間-潮下帶高能環(huán)境沉積。

        (含錳)泥晶白云巖:(含錳)泥晶白云巖是一類結(jié)構(gòu)和成分都很單一的巖石。巖石全由泥晶白云石組成,宏觀上呈層狀產(chǎn)出,一般很穩(wěn)定,它代表一種低能環(huán)境下的碳酸鹽沉積。在區(qū)內(nèi)地層剖面中分布極少,主要發(fā)育在洪水莊組上部(4B),累計厚度3.3m,僅占地層總厚度的3.2%。

        硅質(zhì)頁巖:硅質(zhì)頁巖是二氧化硅含量可高達85%以上的頁巖。本區(qū)硅質(zhì)頁巖的顏色為灰黑色、黑色,呈薄層狀與黑灰色薄層狀泥質(zhì)白云巖不等厚互層(1:5)產(chǎn)出,水平層理發(fā)育,屬于較穩(wěn)定的潮間低能帶沉積。區(qū)內(nèi)主要分布在洪水莊組底部,累計厚度5.1m,僅占地層總厚度的5.0%。

        暗色頁巖:本區(qū)頁巖多為灰黑色、黑色(圖4D),局部見黃綠色(圖4E),是洪水莊組主要的巖石類型,實測剖面中累計厚度47.17m,占地層總厚度的46.4%。區(qū)內(nèi)主要分布在洪水莊組中部,總體特征為下部以黑灰色頁巖為主,偶夾1~2cm厚的薄層泥質(zhì)白云巖,中上部由純的大套頁巖組成,頁理極為發(fā)育,厚度約1cm左右(圖4D、4F)。黑灰色頁巖的大量發(fā)育代表了洪水莊期水體最深時期-MFS(最大洪泛期)時期,沉積環(huán)境為水體安靜的潮下帶低能環(huán)境,也反映了洪水莊期研究區(qū)處于區(qū)域性的缺氧環(huán)境,暗色頁巖形成于陸表海環(huán)境的封閉滯留的還原性海盆中。

        3 沉積環(huán)境分析

        根據(jù)巖石學(xué)特征、沉積構(gòu)造及巖石地球化學(xué)特征等相標(biāo)志,對河北寬城薊縣系洪水莊組進行了沉積相帶的劃分,其巖相類型可劃分為3種類型。

        潮上帶:位于平均高潮面與最大風(fēng)暴潮汐面之間。由于長期出露水面,海水蒸發(fā)量大、鹽度較高,準(zhǔn)同生白石巖化作用較強烈。由于潮汐作用較弱,屬低能環(huán)境,沉積物粒細(xì)、較薄,含陸源物質(zhì)。本區(qū)該相帶主要發(fā)育泥質(zhì)白云巖,局部見含粉砂泥質(zhì)白云巖,主要分布在洪水莊組底部和頂部,底部通常為黑色硅質(zhì)頁巖與黑灰色薄層泥質(zhì)白云巖不等厚互層(1:5),組成向上變淺旋回,局部地層為黑灰色頁巖偶夾1~5cm的薄層泥質(zhì)白云巖;頂部主要為灰白色中-薄層狀含粉砂泥質(zhì)白云巖。

        潮間帶:位于平均高潮面與平均低潮面之間。以平均海平面為界,又分為上、下兩部分。潮間帶上部常露出水面,與潮上帶特征相似,屬低-中能沉積環(huán)境,水動力條件較弱。本區(qū)洪水莊組該相帶巖性組合簡單,主要發(fā)育黑灰色薄層狀硅質(zhì)白云巖,多與黑灰色頁巖不等厚互層產(chǎn)出;潮間帶下部常被海水淹沒,多受潮汐作用,屬間歇高能環(huán)境。區(qū)內(nèi)該相帶的主要巖石類型為灰白色中-薄層狀含粉砂白云巖。

        潮下帶:位于平均低潮面以下的淺水環(huán)境,以正常浪基面為界,又分為上、下兩部分。潮下帶上部(潮下高能帶)位于平均低潮面以下,波基面以上。因經(jīng)常受波浪和海流作用,該相帶水動力條件較強,開闊陸表海中的潮下高能帶一般比較寬闊,具持續(xù)高能特點,尤其是鄰近濱線附近的能量最高。研究區(qū)的巖石類型為砂質(zhì)白云巖。潮下帶下部(潮下低能帶)位于正常浪基面以下,又稱之為開闊海。由于波基面以下水體變深,光照弱,水體安靜、相對較深,屬低能環(huán)境,在此環(huán)境下,主要形成灰黑色頁巖、硅質(zhì)頁巖,局部發(fā)育(含錳)泥晶白云巖。

        4 石油地質(zhì)條件淺析

        燕山地區(qū)中、新元古界具備形成原生油氣藏的基本石油地質(zhì)條件,有比較好的生烴、儲集、蓋層條件和有利的生儲蓋組合。洪水莊組有機質(zhì)富集,為很好的烴源巖,其頁巖有機碳含量高達2.8% ~4.5%,氯仿瀝青“A”含量高達1808×10-6~3293×10-6,S1+S2為4.80 ~13.72mg/g[17]。2009年初,河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子村鉆探的冀淺1井顯示[15],洪水莊組黑色頁巖段 TOC值一般為0.19%~8.51%,全區(qū)最高值可達13% ~20%,TOC值大于2.0%的巖層累計厚度在25 m以上,占黑色頁巖段厚度的62%,約占洪水莊組總厚度的25%。同時,洪水莊組整段巖心都可見固體瀝青及滲出的油苗。洪水莊組上覆薊縣系鐵嶺組、青白口系下馬嶺組頁巖亦為富含有機質(zhì)的烴源巖,可以作為良好的生油層和區(qū)域蓋層;鐵嶺組含礫屑、砂屑層段及下馬嶺組底部具有交錯層理石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖可以做為較好的儲層,故縱向上可構(gòu)成非常有利的生、儲、蓋配置關(guān)系,具有良好的油氣勘探潛力。

        圖4 研究區(qū)洪水莊組巖石類型及特征Fig.4 Types and characteristics of the rocks from the Hongshuizhuang Formation

        5 結(jié)論

        (1)研究區(qū)洪水莊組地層巖石類型主要為白云巖和頁巖。白云巖可進一步劃分為硅質(zhì)白云巖、(含粉砂)泥質(zhì)(砂質(zhì))白云巖、(含錳)泥晶白云巖;頁巖由硅質(zhì)頁巖和暗色頁巖組成。

        (2)研究區(qū)洪水莊組主要為一套碳酸鹽巖潮坪相沉積,根據(jù)巖石學(xué)特征及沉積構(gòu)造等相標(biāo)志,洪水莊組劃分為潮上帶、潮間帶和潮下帶3種沉積環(huán)境,潮間帶和潮下帶分別可進一步劃分為潮間帶(上、下)和潮下帶(上、下)。

        (3)研究區(qū)洪水莊組為有機質(zhì)富集的優(yōu)質(zhì)的烴源巖,縱向上與上覆薊縣系鐵嶺組、青白口系下馬嶺組可構(gòu)成非常有利的生、儲、蓋配置關(guān)系,該組合具有良好的油氣勘探潛力。

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