临城沙坝沟露头剖面高分辨率层序地层分析

最早对海平面升降旋回的观察起源于地震地层学分析（Michum等，1977;Vail等，1977,1987）。虽然露头层序地层研究中的三维控制因素迄今仍是一个悬而未决的难题，但是可以最大限度地获取地质信息。这种方法可以作为更为详细的层序地层学研究的工具（Michel Rioult等，1991）。主要的海平面升降变化取决于地震资料分析，在地下层序对比中亦为重要，例如在地震分辨率许可的情况下，可以分析、对比层序、超层序和巨层序。测井和露头资料的详细研究，可以进行高频、高分辨率层序地层分析。但是如何识别沉积层序及几个重大界面，尚需建立一个切实可行的工作流程。作者通过对鄂尔多斯盆地北部露头层序地层工作方法的总结，结合国内外学者的研究经验，提出以下工作步骤：
1.逐层详细分析、识别准层序
在基干露头剖面上，最重要的步骤是获取地质信息，在有条件的前提下对大断面进行自然伽马信息获取。其主要方法是逐层详细分析并识别成因地层单元，获取矿物学的、岩石学的、古生物学的和沉积学演化资料，特别是识别露头剖面上的间断面。这一步骤的室内工作是通过薄片鉴定、粒度分析、碳酸盐含量、X光衍射、地球化学及岩石学分析来完善的。这一步骤在露头层序地层研究是首要步骤。详细的室内外研究必将获得精确的成果，其结果是识别出准层序。在碳酸盐地层中一系列的向上变深或变浅的准层序，不仅能反映出古水深的变化，而且准层序组的叠加型式对于分析体系域及沉积层序很有意义。例如海进体系域以退积式准层序组为主，垂向上水体是向上变深的；高水位体系域下部以加积式准层序组（追补型）为主，上部以前积式准层序组（并进型）占主导地位，总体上是向上变浅的。在一个海平面变化周期中，沉积环境也必然随着时间的变化而演化，因此分析沉积相、确定古水深也是很重要的，其中波基面和风暴浪基面是两个重要的水体深度分界面。
2.分析沉积环境与沉积相
第二个步骤是分析沉积环境、重建古地理格局（Hallam,1975）。根据沉积构造、古生态、环境变迁、生物的时空分布、不连续面及间断面，分析沉积史和生物演化史，从而可以制作综合性的区域性图件。露头上化石的分带，浮游、底栖和陆相生物的分异，以及各类生物的丰度与分异度，可以用来查清古地理与地球动力学的关系（Michel Rioult等，1991）。
3.古水深估测
第三个步骤是连续沉积环境剖面中分析古水深的变化。其中，古水深演化趋势是很有用的。沉积构造、礁、化石、遗迹化石组合和地貌学、碎屑含量与分段曲线、碳酸盐增长速度及自生矿物，都可以粗略用来估测古水深。但是在陆架坡折（退覆坡折）部位，最关键的古水深变化标志是波基面与风暴浪基面，作者在工区使用的参考深度分别是30m和100m。此外，碳酸盐岩补偿深度（CCD）也是一个很重要的水深分界面，深度至少大于1000m（现代大西洋4000～6000m）。
4.识别最大海进和海退相旋回
在连续、完整的研究剖面上，存在一系列沉积层序，这些系列层序中具有相对应的最大海进和海退相旋回，这可以识别与最大海泛作用对应的多个连续的海泛事件沉积。与最大海泛时期或高可容纳空间期相联系的是密集段，而海进－海退旋回的顶底界可能是与首次海泛面重合的层序边界（下切谷除外）。
5.建立层序地层格架
根据准层序组类型（退积型、前积型及加积型）、古水深变化、密集段和首次洪泛面，划分体系域和沉积层序。沉积层序的识别关键是层序边界，它通常位于两个密集段之间。层序边界部位有地层缺失、暴露剥蚀、生物扰动、微体生物丰度低等特点。
露头地层中的层序边界有时难以识别，特别是高频层序，因此需要结合准层序组变化型式、与相对海平面变化有联系的沉积相变迁、空间上的地层分布型式等综合确定。
6.时代标定并建立海平面变化曲线
沉积层序及其边界的时代可以由高分辨率的生物地层来标定，在经费条件许可的状况下可以由放射性同位素及磁性地层来确定。时间尺度用于命名、对比、将各沉积层序归位于与地层格架相关的时间序列中。
在建立层序地层格架、时代标定的基础上，根据“上超点”变化、结合Milankovitch周期的Fischer图解或可容纳空间变化建立海平面升降曲线。

一、地质背景
长北气田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东北部( 图 10-12) ，面积约 6000km2。区域上，下二叠统山西组广泛发育，该地层单元产有较丰富和保存很完整的 Dic-tyoclostus taiyuanfuensis( 太原网格长身贝) 和 Compressoproductus mongolicus( 蒙古扁平长身贝) 等海相的腕足类和棘皮类化石，以“北岔沟砂岩”之底为与下伏太原组的分界线，二者呈大型底冲刷接触关系，顶部以“骆驼脖砂岩”之底为其顶界面，与上覆中二叠统下石盒子组亦呈大型底冲刷面接触关系。位于山西组下部的山 2 段为长北大型天然气田主力产层，厚度为 90 ～ 120m( 图 10-13) ，区域分布具有东西向地层厚度分布较稳定，而在南北方向上具有中间厚、两端薄的变化。山 2 段属于海退型辫状河三角洲沉积体系( 付锁堂等，2003; 王华等，2008) ，储层主要为平原和前缘亚相的水上→水下分流河道砂体，储层主要为辫状河三角洲平原和前缘亚相的水上→上下分流河道砂体，岩性主要为含砾中-粗粒或不等粒岩屑砂岩、岩屑石英砂岩和石英砂岩，孔隙类型以剩余原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和少量铸模孔、微裂缝为主。孔隙度为 2% ～12%，渗透率为( 0. 01 ～10) ×10－ 3μm2，已发现了超过 1000 × 108m3的天然气地质储量，具有储层厚度大、横向上分布稳定、单井产能高及开发效果好等特点( 王怀厂等，2005) ，是榆林地区天然气勘探开发的主要目标层。

图 10-12 鄂尔多斯盆地构造分区与研究区位置图

二、山 2 段高分辨率层序构型特征
( 一) 层序界面特征及其识别标志
根据对晋西柳林成家庄露头剖面观察和研究区及周边钻井的岩心描述与测井曲线的综合分析，从山 2 段海相三角洲体系中可识别出如下两个重要的界面:
( 1) 山西组底部与太原组之间区域上普遍发育的构造不整合面( 贺自新等，2004) ，该界面是山 2 段长期旋回层序底界面;
( 2) 旋回内具不同规模和尺度的冲刷面与岩性、岩相转换面，此类界面是各低级次基准面旋回层序的底界面( 郑荣才等，2002b; 周祺等，2008) 。
依据上述于山西组内普遍发育的、在钻井中可被识别的各类层序界面，将山2 段划分为 1 个长期( LSC1) 、2 个中期( MSC1 和 MSC2) 、4 个短期( SSC1-SSC 4) 和8 ～ 9 个超短期( SSSC1-SSSC9) 基准面旋回层序( 图 10-13) 。

图 10-13 山 2 段沉积相和层序地层综合柱状图( 陕 119 井)

( 二) 各级次基准面旋回的特征
1. 超短期和短期旋回层序
超短期和短期旋回层序结构相似，分别与 Vail 的Ⅵ级和Ⅴ级层序相当( 郑荣才等，2001) ，厚度规模为数米至十数米级。研究区山 2 段发育有 8 ～9 个超短期旋回层序，由 2 ～3 个超短期旋回叠加组成了四个短期旋回层序，此二级别的层序均可划分出向上变“深”非对称型和对称型两种基本类型及五种亚类型。
向上变“深”非对称型旋回 此类型旋回广泛发育于河流和三角洲的分流河道沉积区，主要特征为: ①层序中仅保存基准面上升半旋回沉积记录，下降半旋回则为侵蚀冲刷面，测井曲线为箱形或钟形( 图 10-14) ; ②层序底界为冲刷面; ③主要发育于物源供给非常充分的条件下; ④根据可容纳空间与沉积物供给比的变化，可细分为低可容纳空间和高可容纳空间两种亚类型，前者主要出现在分流河道彼此叠置的三角洲平原部位，岩性主要为单一的含砾粗-中粒砂岩，层序底界为底冲刷面，向上略趋“加深”变细的沉积序列( 图 10-14 中的 A1型) ，往往由主河道砂体组成，不发育泥质隔层; 后者主要出现在侵蚀较弱的三角洲前缘水下分流河道部位，岩性组合相对较复杂，由粗-中粒砂岩、细-粉砂岩夹泥岩组成叠置有序的向上变细“加深”沉积序列( 图 10-14 中的 A2型) ，底部与下伏地层大多数呈岩性突变的底冲刷关系。与前者相比较，层序中下部的河道砂体保存较完整，层序上部的细粒堤岸沉积往往也可得到较好保存。

图 10-14 向上变“深”非对称型超短期和短期基准面旋回结构( 左: 陕 205 井，右: 榆 26 － 11 井)

对称型旋回 山 2 段对称型旋回类型具有如下特点: ①基准面上升和下降半旋回都有沉积记录; ②以层序内的海泛面为界，由下部向上变细的正韵律与上部向上变粗的反韵律叠加组成，测井曲线形态表现为钟形-平直-漏斗形的组合( 图 10-15) ; ③主要形成于沉积物供给率接近至略低于可容纳空间增长率的弱补偿或欠补偿沉积条件下;④按上、下两个时间单元厚度比例，可细分为以上升半旋回为主的不完全对称型(图10-15中的C1型)，上升和下降半旋回近于相等的对称型(图10-15中的C2型)，以及仅在超短期旋回层序中有所发育的以下降半旋回为主的不完全对称型(图10-15中的C3型)三种亚类型。

图10-15几种对称型超短期和短期基准面旋回结构(左:陕205井，右:榆29－10井)

超短期和短期旋回层序分布及其与储层发育关系长北气田山2段属于辫状河三角洲沉积体系的平原和前缘部分，其超短期和短期基准面旋回结构的分布规律具有以下三个特点(图10-13):①山2段下部(MSC1中期旋回)属于海退型辫状河三角洲平原亚相，以发育A1型和A2型为主，次为C1型，而上部(MSC2中期旋回)属于辫状河三角洲前缘亚相，以发育C1型为主，次为C2型，部分为以C3型;②同一时期不同相带的旋回结构，具有从平原亚相带的A1型和A2型为主，向前缘亚相带逐渐过渡为A2型或C1型为主，向下游方向逐渐转化为C2型为主，局部出现C3型的分带性展布模式;③有利储层发育的旋回结构是A1和A2型，部分为C1型，储集砂体发育在上升半旋回相域的中下部，由水上分流河道→水下分流河道连续延伸的砂体组成。
2.中期旋回层序
(1)中期旋回层序结构类型:中期基准面旋回层序与Vail的Ⅳ级层序或体系域级别相当，厚度规模为十数米至数十米级，通常具有较完整的次级水进-水退沉积旋回。山2段发育有MSC1和MSC2两个中期旋回层序(图10-13)，此两个中期旋回层序都由两个具有相似岩性、岩相和旋回结构的短期旋回层序叠加组成。如同短期旋回，可划分出向上变“深”非对称型和对称型两种基本类型，其中变“深”非对称型同样可用低可容纳空间或高可容纳空间进行描述和划分亚类型，但在长北气田山2段仅发育高可容纳空间亚类型(即A2型)。而对称型可细分为C1型、C2型和C3型三种亚类型，以C1和C2型最为常见。
(2)中期旋回层序分布及其与储层发育的关系:不同结构的中期旋回层序分布及其与储层发育关系主要有如下特征:①在三角洲平原和前缘相带的上游地区，一般以发育A2型和C1型为主，往往由A1型→A2型→C1型超短期和短期旋回层序连续叠加组成;②在三角洲前缘的中、下游地区，以A2型和C1型为主，通常由A2型→C1型→C2型超短期和短期旋回层序连续叠加组成，局部发育有C3型;③有利于储层发育的中期旋回结构依然是A2型和C1型;④储集砂层主要为发育在中期上升半旋回相域的水上分流河道→水下分流河道，砂体的连续性好，部分为发育于下降半旋回的连续性相对较差的水下分流河道和河口坝砂体。
3.长期旋回层序
长北气田山2段为一较完整的长期基准面旋回，以区域性构造不整合面为层序底界面，时间跨度为1.0～5.0Ma，相当于Vail的Ⅲ级层序(郑荣才等，2001)。在长北气田范围内山2段长期旋回层序厚85～120m，自下而上由A2型和C1型(个别为C2型)两个中期旋回叠加组成(图10-13)，最大洪泛面发育于上部，与MSC2的洪泛面重合。层序结构无一例外地表现为上升半旋回厚度远大于下降半旋回，显示山2段主要接受长期基准面上升期沉积，而下降期则有频繁的暴露和侵蚀作用，此特征与长北气田山2段主体处于海相辫状河三角洲平原与前缘相带的过渡位置是一致的。
(三)层序地层格架和层序-岩相古地理编图
1.层序地层格架
由于黄土层覆盖厚度大，长北气田未实施地震勘探，因此井间的地层对比和砂体追踪历来为该气田的技术难题。然而平缓的单斜地质构造和稳定的区域地层分布及地层格架中近于同步的基准面旋回过程，使井间地层和砂体的等时追踪对比成为可能。以沉积相和层序精细分析为基础。以层序界面识别和多级次基准面旋回划分为依据，以等时地层格架中连井等时对比为技术支撑，建立长北气田山2段等时层序地层格架(图10-16)，在此基础上对山2段砂体分布与基准面旋回关系进行分析，可得出以下几点认识:
(1)于长北气田范围内，MSC1和MSC2两个中期旋回层序的时空演化和砂体展布具有很好的等时性和可追踪的对比性;
(2)最有利储层发育的向上变“深”非对称型短期和超短期旋回层序，主要发育于MSC1层序，大多数具有多个砂体连续叠置序列，砂体间被底冲刷面分割，泥、粉砂岩夹层少;
(3)MSC2层序普遍发育对称型短期和超短期旋回层序，岩性组合较复杂，砂体之间泥、粉砂岩夹层多，其垂向、纵向和侧向连通性都变差。
2.层序-岩相古地理编图
在沉积相和高分辨率层序分析基础上，选择中期旋回层序为等时地层单元编制中期旋回层序-岩相古地理图，编图结果表明MSC1时期为海退型辫状河三角洲平原发育期(图10-17A)，而MSC2时期为海域扩大的辫状河三角洲前缘发育期(图10-17B)。
三、序贯指示三维建模和砂体预测
1.序贯指示三维模拟技术的选择
砂体的三维建模是在三维空间内对砂体几何形态及空间展布做定量或半定量的描述，其核心是井间砂体的预测(胡雪涛等，2000)，随机模拟法建模就是用具有随机性的数学模型拟合地质现象或地质过程的区域化变量。随机建模的方法很多，其中序贯指示模拟(sequential indicator simulation)是三角洲相砂体建模的优选方法，模拟结果可信度高(胡雪涛等，2000;寿铉成等，2003;宋永忠等，2003;刘军等，2003)。
2.序贯指示三维模拟结果及其砂体预测效果
据已有资料统计，长北气田山2段相当于超短期旋回层序级别的单砂体厚度与气层钻获率呈明显的正相关性，单砂体厚度在2.5m以下的气层钻获率小于35%，2.5～3.5m的砂层气层钻获率为44%，而3.5m以上的气层钻获率大于50%，而且多数为工业气层。此特征说明受超短期旋回地层过程控制的单砂体厚度在2.5m以上即为有利成藏砂体，并且显示单砂体厚度越大，相对应的较高孔隙层和高渗透层越发育，气层钻获率越高和所能提供的储集砂体越多等越有利于成藏的规律，因此，以超短期旋回级别的单砂体为等时地层单元和约束条件，进行序贯指示建模模拟单砂体空间分布位置、几何形态和厚度，已成为长北气田山2段气藏储集砂体预测和高效开发行之有效的技术方法(寿铉成等，2003;郑荣才等，2009)。
在精细的沉积相和层序分析基础上，以建立等时地层格架和编制层序-岩相古地理图为约束条件，在结合单砂体为等时地层单元编制的砂岩等厚图、砂/泥比等值线图和沉积微相图，对长北气田山2段相当于超短期旋回层序级别的三角洲水上→水下分流河道砂体进行序贯指示三维模拟和储层建模(图版Ⅷ)，预测和描述水上→水下分流河道砂体发育特征和分布状况得到很好的效果。

图10-16 长北气田山2 段北东向陕205 井-陕118 井-陕214 井层序地层对比和等时地层格架图( 对比剖面位置详见图10-17)

(1)相当于超短期旋回层序级别的各沉积期，三角洲平原-前缘相带的水上→水下分流河道砂体在空间上呈自北向南延伸，砂体在垂向和纵向上连通性好，而侧向连通性较差，与山2段物源搬运方向(席胜利等，2002)和钻井揭露的分流河道砂体自北向南延伸的产状特征相一致;

图10-17长北气田山2段中期旋回层序-岩相古地理图(左:MSC1中期旋回;右:MSC2中期旋回)

(2)基准面上升期海岸线向陆方向迁移，伴随三角洲平原缩小和前缘扩大，水下分流河道侧向迁移频繁，分支多，砂质沉积活跃，砂体形体多呈宽带状和网状分布。基准面下降期海岸线向海盆方向迁移，三角洲水上平原扩大而前缘缩小，河道下切作用增强但侧向迁移减弱，分支少，砂质沉积规模变小，砂体形体多呈瘦小的鸟足状;
(3)砂体在9个超短期旋回层序的上升相域广泛发育，单砂体厚度2.46～4.76m，平均3.65m，砂岩密度为50.49%～68.29%，平均为59.37%，单砂体之间常被底冲刷面分割，而泥、粉砂岩夹层少;
(4)洪泛期为细粒沉积物沉积期，也是隔层和局域性盖层的主要发育期;
(5)下降相域因受到基准面穿越沉积界面和侵蚀作用的影响，砂体相对不发育，单砂体厚度1.46～2.37m，平均1.86m，砂岩密度为31.31%～67.09%，平均为48.28%，砂体主要与泥、粉砂岩互层产出;
(6)不同时期河道的侧向迁移的活动性差异较大，如SSSC1期的河道为太原组顶部古暴露面上下切河谷的优先充填物，仅局部发生侧向迁移，分布范围有限，于下切谷范围内砂体厚度较大，连通性好。而SSSC2-SSSC8期沉积作用发生在下切谷被填满补齐的背景中，加上物源供给充足，因此河道加宽，侧向迁移频繁，砂体厚度和宽度加大，呈宽带状分布，纵向连通性好，侧向上与分流间沼泽(或分流间湾)泥岩呈交替分布格局，因此，侧向连通性差。至SSSC9期水体快速加深并达最大洪泛面，沉积物供给不充分，特别是基准面下降期，则河道侧向迁移不活跃，河道砂体厚度较薄，泥、粉砂岩夹层多，连通性最差，往往与分流间湾泥岩构成交叉展布的鸟足状分布。
四、结论
长北气田山2段海相三角洲体系中优质储层的发育与分流河道、水下分流河道、河口坝微相发育程度及分布范围密切相关，有利储层发育的三角洲平原-前缘的水上→水下分流河道砂层，主要发育在具备向上变“深”非对称型结构的超短期和短期旋回层序中，砂层具有厚度较大、物性较好、砂体在垂向和纵向连通性好的特点，在制定开发方案时应以相当于超短期旋回级别的单砂层为主要对象。
采用高分辨率层序地层学理论，以建立等时地层格架为约束条件，结合短期或超短期旋回层序为等时地层单元编制的砂体等厚图和沉积微相图，对相当于超短期旋回层序级别的海相三角洲砂体进行序贯指示三维模拟，可非常有效地提高海相三角洲沉积体系中储集砂体的预测和描述精度。

3.3.2.1　地层及沉积特征

临城沙坝沟剖面出露的石炭系—二叠系总厚度528.42m，包括本溪组（7.39m）、太原组（28m）、山西组（24.68m）、下石盒子组（100m）、上石盒子组（360.71m）和石千峰组（4.5m），其中石千峰组由于上部受剥蚀而发育不全。石炭系—二叠系之上直接覆盖了第四系的松散堆积物，与第四系角度不整合接触，其下以一套杂色的铁铝质泥岩与奥陶系灰岩不整合接触。

从临城沙坝沟剖面下段基本不发育煤层和灰岩的情况上看，在晚石炭世—早二叠世，临城沙坝沟可能处于相对较高的地理位置。在晚石炭世早期（本溪组沉积时期），主要发育泥坪沉积环境，岩性以铝土质泥岩夹薄层的粉砂岩为特征，同时发育煤线，沉积厚度较小，在铝土质泥岩中普遍有成层分布的菱铁矿结核或菱铁质砂岩，与岩层面平行分布。太原组在此地沉积厚度也较薄，下部为含菱铁矿结核的铝土质泥岩，主要为泥坪沉积；上部为由细砂岩和粉砂岩组成的正旋回，主要是障壁砂坝沉积。在太原组和本溪组都可见到海相动物化石。山西组是以海相动物化石的消失为起始的，其下部为障壁砂坝沉积，向上变为泥坪的铝土质泥岩，并含菱铁矿结核。在下石盒子组（中二叠世早期沉积）的下部发育一小型三角洲前缘沉积，由一套正旋回和一套反旋回组成，往上基本为砂岩夹泥岩的沉积，其沉积环境主要为下三角洲平原，以分流间湾和分流河道亚环境为主，在其上部发育曲流河河道沉积的粗砂岩，其上覆盖泛滥盆地的紫红色泥岩，俗称“桃花泥岩”，为一套经受长期成壤作用的古土壤层。上石盒子组一段（中二叠世晚期沉积）以曲流河沉积为主，其特征为小型的河道砂岩与泥岩互层出现，但总体上以泥质沉积为主。上石盒子组二段开始发育多套辫状河沉积，其特征为，每个沉积单元都以上细下粗的“二元”结构为主，粗粒沉积所占比例较大。由下向上，沉积单元厚度逐渐增大，且粗粒沉积部分从单一正旋回向多个正旋回叠加发展，到125～175m段，出现最大的辫状河河道群的复合体，为比较典型的下切河谷沉积，标志着基准面下降幅度达到最大。随后，随着基准面的抬升，复合河道减少，直至为小型的单一河道，又回到以曲流河沉积为主的沉积环境。石千峰组（晚二叠世晚期沉积）在本区保留的地层较少，主要为曲流河沉积。

3.3.2.2　高分辨率层序地层分析

通过沙坝沟石炭系—二叠系的沉积环境演化分析，根据其顶、底的区域性不整合面以及内部的沉积环境转换面、河道冲刷面、岩层叠置样式等标志，将石炭系—二叠系划分为23个四级层序或相当的准层序（S1～S23），组合为12个层序组和7个三级复合层序（图3.7）。按三级复合层序分述其层序地层特征如下。

复合层序Ⅰ。由相当于本溪组的地层组成。包括由四级层序S1组成的高位层序组，底界为中奥陶统顶部灰岩的顶面，顶界为相当于晚石炭世的海侵方向转换面（尚冠雄等，1997）。由于在此地难以识别该界面，故将其置于本溪组顶部的煤线出现的位置。高位层序组主要由铝土质泥岩、粉砂岩和薄煤层组成，在垂向上表现为弱加积，海平面保持相对稳定。

复合层序Ⅱ。由相当于太原组的地层组成，包括由四级层序S2组成的高位层序组。底界为一整合面，顶界面为一套障壁砂坝正旋回的顶。岩性有铝土质泥岩、粉砂岩、细砂岩和砂质泥岩。旋回结构为泥炭沼泽相向上演化为障壁砂坝相，在垂向上表现为加积到弱的进积。

复合层序Ⅲ。由相当于山西组的地层组成，包括由四级层序S3组成的海侵层序组。底界为一整合面，顶界面为一套河道砂岩的底面，为一相转换面。岩性主要是铝土质泥岩、粉砂岩、细砂岩和砂质泥岩。旋回结构为障壁砂坝向上演化为泥炭沼泽相，在垂向上表现为弱加积。

复合层序ⅠV。包括下石盒子组及相当的层位，复合层序界面为下石盒子组底部的一套叠置的砂岩（相当于太原西山的骆驼脖子砂岩）的底面，该层砂岩在华北地区稳定发育，岩性为中粗粒含砾砂岩，底部有冲刷面发育，与下伏沉积物特征截然不同，在剖面上极易识别，为本层序低位层序组的低位体系域下切谷沉积，顶界以区域上稳定分布的桃花泥岩的顶面为标志。复合层序Ⅲ包括低位层序组、海侵层序组和高位层序组。四级层序S4组成下部的低位层序组，岩性特征为以中细粒砂岩和粉砂岩为主，夹炭质页岩、煤线或薄煤层数层，未见可采煤层，在区内的东南部发育较差。海侵层序组由四级层序S5构成，以厚层炭质泥岩、泥岩和巨厚层的粉砂质泥岩为主，在东部地区发育数层煤层。高位层序组包括四级层序S6和S7，以灰黄、黄绿、黄褐色中细粒砂岩、粉砂岩、页岩及砂质页岩为主，整体表现为向上变粗的沉积序列，反映海平面抬升速率降低，在末期开始下降。

图3.7 河北南部沙坝沟剖面石炭系—二叠系层序地层综合柱状图Fig.3.7 Permo-carboniferous sequence-stratigraphical column of Shabagou section in the southern Hebei

复合层序Ⅴ。发育于上石盒子组一段和二段下部，以曲流河为主。由低位层序组、海侵层序组和高位层序组构成。其低位层序组由四级层序S8组成，在垂向上表现出向上变细变厚的叠置特征；其岩性以下切谷砂体和泛滥盆地的细粒沉积物为主，都具有下切谷充填沉积非常发育的低位体系域，而高位体系域不发育，在区内的东南部厚度很大。海侵层序组包括2个四级层序（S9～S10），岩性为中细砂岩、粉砂岩、泥岩，与低位层序组相比，其低位体系域在层序中的比例减少。四级层序的垂向叠置特征为向上变细变厚的退积（图3.8）。高位层序组由4个四级层序组成（S11～S14），以典型的向上变细的旋回为特征，每个旋回的下部为发育冲刷面及交错层理的河道砂岩，上部为紫红色泥岩和粉砂岩；该层序组整体表现为向上变粗的进积。

图3.8 临城沙坝沟剖面石炭系—二叠系四级层序厚度分布图（Ⅰ～Ⅶ为复合层序）Fig.3.8 Thickness of the fourth—order sequences of the Permo-Carboniferous in Shabagou section

复合层序Ⅵ。包括上石盒子组二段上部和三段、四段，由低位层序组、海侵层序组、高位层序组构成。低位层序组包括层序S15和S16，以河道粗粒砂岩为主，在北部地区较发育。海侵层序组由层序S17～S20组成，岩性为中粗粒砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，四级层序组成向上变细的进积到加积序列，在大部分地区都比较发育。高位层序组包括S21和S22两个四级层序，岩性特征为粉砂岩、细砂岩夹泥岩，整体表现为向上变粗的进积特征，在西南地区非常发育。

复合层序Ⅶ。包括石千峰组，由于该组地层保留较少，本次研究的层段仅限于其低位层序组的底部，为河流相形成的四级层序（S23），沉积物粒度较粗，反映出该期碎屑物质供应较充足、基底沉降相对较快的沉积条件，层序底部稳定发育石千峰组底界砂岩，在华北地台全区发育，为下切谷沉积。区域上，石千峰组中部和上部还有以湖泊相为特征的湖侵层序组和高位层序组。