环渤海湾西部石炭系—二叠系不同层序的岩相古地理特征

7. 2. 1 层序 － 岩相古地理分析基本方法与意义
不同的岩相古地理研究方法，其编图单元不同，所编出的岩相古地理图反映的内容及真实性各异，以层序地层学理论为指导编制的层序 － 岩相古地理图，同样涉及编图单元的选择问题。具体方法是: ①对研究区不同相带内众多剖面进行层序地层学分析，即进行层序划分; ②在上述基础上进行层序对比，建立等时层序地层格架; ③根据研究目的，选择要进行古地理分析的有关层序，即选择成图单元; ④将与该层序相关的所有剖面的资料投点到工作底图上; ⑤分体系域编制古地理图。
通过上述层序岩相古地理编图可以看出，以层序为基础所编制的层序 － 岩相古地理图具有重要的意义，表现为:
1) 在系统讨论研究层序类型及特征的基础上，以体系域或界面为单位，所编制层序 － 岩相古地理图，更具等时性、成因连续性和实用性。所谓等时性，是由于层序是同一个全球海平面变化条件形成的，层序内的体系域是同一海平面升降周期不同阶段的产物，其更具等时性。所谓成因连续性，是由于以不同体系域编制的层序 － 岩相古地理图反映了不同海平面升降阶段内的古地理格局，在时空演化上具有密切关系。所谓实用性，是由于在海平面升降不同阶段内的沉积体系域与生、储、盖组合具有良好的配置关系，所以以体系域为成图单元编制的层序 － 岩相古地理图可反映生、储、盖时空展布特点，能较有效地克服同时异相沉积难以对比等问题。
2) 由于沉积层序内的沉积组合和组合形式是全球海平面变化、构造沉降速率、陆源补给 ( 即沉积物输入率) 及气候等四大参数相互作用的结果，因此，以沉积层序内的体系域为基本单位编制的岩相古地理图更能反映一个地区在统一地质作用场中的各种地质信息和综合效应，有利于更客观地认识一个地区的沉积作用、构造作用、事件及成矿作用等。
3) 在详细的沉积层序划分、对比研究的基础上，运用沉积层序内的体系域为编图单元编制的岩相古地理图揭示出了一些新的地质现象，诸如: ①古暴露剥蚀的圈定，此地质现象在以往的岩相古地理图上由于采用的编图单元时限跨度太大而被忽略掉了，这对寻找与古风化壳有关的油藏具有重要的意义; ②孤立台地的大小与形态的确定更为准确，其演化历史更加清晰，这在以往的岩相古地理图上由于比例尺太小和时限间隔太大而完全被忽略; ③更加精确真实地反映了海陆分布和其演化过程，这对生储盖组合研究及有利储集和生油区分布范围的圈定具有重要意义; ④反映了沉积盆地所处的大地构造背景。所编制的岩相古地理图明显反映了不同时期沉积相带的展布和迁移方向以及其中的物质组成，从而反映了沉积盆地的大地构造背景。
4) 层序岩相古地理图对覆盖区相带展布及变化具更合理的预测性。由于编图单位是选择短时间间隔内的等时或近等时体，在弄清了沉积和层序发育的主控因素后，根据层序研究总结出的沉积模式和层序模式能更合理地分析和编绘未知相带及相带界线随海平面升降的变化趋势。
7. 2. 2 层序 － 岩相古地理分析实例
7. 2. 2. 1 中国南方晚二叠世早期低水位期岩相古地理特征
以中国南方晚二叠世早期的第一个层序为例讨论不同体系域沉积时的层序 － 岩相古地理特征。

图 7. 9 中国南方二叠系某层序低水位期岩相古地理( 据田景春等，2004)

低位体系域沉积期由于受早二叠世末东吴运动的影响，古地理格局发生了巨大变化。西缘为川滇西陆，西南为越北 － 马关古陆，南缘为大新古陆，东南隅为云开古陆，桂、黔、湘交界处为江南古陆。低水位期，沉积区仅限于右江地区西部残留台地，以混屑浊积岩为主，其他地区为剥蚀区，发育0 ～50m 不等的低水位期残积相 ( 图7. 9) 。这个时期中扬子地区出现大面积暴露区、大陆、碎屑沉积和深水盆地并存的局面，扬子北缘被动边缘以深水欠补偿盆地为主体，为硅质岩、硅质页岩组合，范围限于竹溪、随州、黄陂、黄川一线以北，其余是剥蚀区。扬子克拉通盆地西部隆升成暴露剥蚀区，并在武冈、清州、城步一带出现范围较小的陆地。湘赣板内拉张盆地和华夏克拉通边缘盆地变成统一陆源碎屑充填盆地，早期的环境急剧变浅，大致以弋阳、鹰潭、临川、泰和、遂川一线为界，界线以西为三角洲环境，以东则为大陆冲积相陆源碎屑岩相;在下扬子地区，除云开古陆至浙江地区、安徽东北、江苏西北部为古陆及相应周缘地区为暴露地区外，其余地区为浅水环境，以陆屑沉积为主。
7.2.2.2在高分辨率层序格架内进行层序古地理与微相研究
以郑荣才等(2009)对川东北地区飞仙关组层序－岩相古地理特征进行的研究为例。
以沉积相和界面识别为依据，将川东北地区下三叠统飞仙关组划分为2个三级层序和6个体系域(图7.10，图7.11)，在此基础上对飞仙关组层序地层学特征进行了分析，编制了各沉积体系域的层序－岩相古地理图并对鲕滩发育规律进行了预测。结果表明:SQ1层序发育期，飞仙关组受持续海侵影响，形成以深水台盆为中心的台盆－台地边缘－开阔－局限－蒸发台地的相带展布格局，以海侵体系域的台地边缘和台内鲕滩最为发育，该体系域也是飞仙关组鲕滩相储层最发育的层位;SQ2层序发育期，受海平面大幅度下降和水循环受限及干旱炎热气候影响，区域沉积格局由开阔台地转化为局限台地，鲕滩逐渐消失，最终进入频繁暴露的蒸发台地环境，以沉积膏云岩为主，为飞仙关组天然气藏极其重要的第一套区域性致密盖层发育层位。
依据层序地层学理论，层序界面是由海平面相对下降时形成的不整合面或相关整合面组成，界面上发育有与海平面升降有关的物性标识，是能够加以识别和对比的。层序内部体系域不仅是海平面统一上升和下降地层旋回过程形成的等时地质体，而且体系域之间的界面也有相关的识别和对比标识。因此，而采用层序－岩相古地理编图技术，不仅能较好地细分以体系域(或更精细的准层序)为等时地层的编图单元，而且依据旋回等时对比法则能有效地克服同时异相地层之间的等时对比问题，所编制的层序－岩相古地理图具有更好的等时性、连续性和应用性。因此川东北地区飞仙关组而言，层序的成因类型和充填样式，对鲕粒白云岩储层和膏云岩盖层的发育、区域分布、几何形态、与优越的储－盖组合配置的条件及与油气聚集成藏的关系都有直接的控制作用。
川东北地区飞仙关组地层发育齐全，分布面积大，地层可对比性强，具备在等时地层格架内编制层序－岩相古地理图的条件。为了深入了解川东北地区飞仙关组沉积期沉积环境、特别是鲕滩相带的展布规律，以整个飞仙关期为编图单元先编制川东北地区飞仙关组层序－岩相古地理图，以此为背景，将研究目标锁定在包括毛坝－普光构造带在内的东南部地区，以三级层序界面和最大海泛面为等时界面，以体系域为等时地层单元，编制地层等厚图、鲕粒(颗粒)岩等厚图、白云岩等厚图、膏盐岩层等厚图等单因素基础地质图件，取优势相为编图要素;在此基础上编制以体系域为等时地层单元的层序－岩相古地理图(图7.12)，对飞仙关组鲕滩发育相带进行预测取得了很好效果。
SQ1层序以海侵期鲕滩相带最发育，也为最有利储层发育的层位，因此，仅以海侵体系域为例描述SQ1层序－岩相古地理特征(图7.12A)，并对鲕滩发育相带进行预测。该时期川东北地区的东南部层序－岩相古地理有如下几个特点:①自南西向北东方向，由深水台盆逐渐过渡为台地边缘缓斜坡、台地边缘鲕滩、开阔台地或蒸发台地的相带;②沉积相控制的岩性分异明显，其中台盆和台地边缘缓斜坡相带岩性主要为大套暗色泥灰岩与燧石结核灰岩组合，台地边缘鲕滩岩性主要为鲕粒灰岩、鲕粒白云岩和晶粒白云岩互层组合，开阔台地为大套泥－微晶灰岩夹泥灰岩组合，局限和蒸发台地为大套含膏泥－微晶白云岩、藻团粒白云岩和层纹石白云岩互层组合。

图7.10 川东北地区飞仙关组沉积相及层序地层综合柱状图(普光2井)(据郑荣才等，2009)


图7.11 川东北下= 叠统飞仙关组层序地层对比和地层格架(据郑荣才等， 2009 )


图7.12 川东北地区东部飞仙关组SQ1(A)和SQ2(B)海侵体系域(TST)岩相古地理略图及沉积模式(据郑荣才等，2009)

7.2.2.3构造－层序岩相古地理
构造－层序岩相古地理分析以板块构造理论和活动论为指导，重点突出3个方面:①在非当今的地理坐标上，恢复洋陆的分布和配置;②盆地在全球板块格架中的位置;③盆地性质等，特别是大区域级和全球古地理复原。
古地理研究与编图是力图反映盆地形成与发育时所处的构造背景、盆地的构造性质以及与全球构造的相关性，但具体分析时则仍在现今的地理坐标上表示其古地理单元、岩相和沉积环境。盆地间的距离(洋、陆间)，盆地边界的逆冲推覆或由构造活动导致缺相的地层缩短带等，在图面上以特殊的线条表示陆块和沉积域的构造边界。该边界有的是板块、陆块或地块的边界，反映盆地的归属或构造活动性对沉积体的控制，因而仍属于构造－岩相古地理图。各沉积域和块体间边界的性质依地质时期不同而改变，用符号加以区别，分别代表大陆边缘的性质:拉张、海底扩张、洋壳俯冲、碰撞、消减带和大陆边缘造山等;性质不明者仅以符号代表不同的沉积域。
马永生等(2009)在全区层序划分、对比、板块构造格局和沉积盆地性质及演化研究的基础上，以露头层序地层学理论为指导，结合钻井和地震资料，以超层序(二级层序)的体系域为成图单元，系统地编制了海相盆地和中新生代以陆相盆地为主的构造－层序岩相古地理图，分析了盆地性质和岩相展布及沉积环境，更好地揭示了烃源岩与储集体的时空展布特征(图7.13)。该类构造－层序岩相古地理图代表了岩相古地理分析的最新成果。
中国南方晚震旦世灯影组沉积晚期(SS2超层序高位体系域)构造－层序岩相展布由北向南可分为6部分。
1)南秦岭被动大陆边缘盆地:十堰断裂以北为孤立的小碳酸盐台地，主要由白云岩组成。断裂以南由灰—深灰色薄层状含碳和含磷钙质细砂岩、硅质页岩组成，并夹钙屑浊积岩。
2)上扬子克拉通盆地发育4种沉积相:①台地相，分布四川、滇东、黔西等地;②潮坪潟湖相，分布于台地内的大部分地区，暴露溶蚀作用发育，遍及上扬子地区，形成波状、葡萄状、雪花状、谷壳状和栉壳状等形态的白云岩;③浅滩相有两种:一为台内浅滩，分布于四川的峨眉—汉源、云南的宁南—金阳，由亮晶砾屑白云岩、亮晶核形石藻团块白云岩、亮晶鲕粒白云岩与藻白云岩互层组成，另一为台地边缘浅滩，分布于黔中的开阳—瓮安—湄潭，川北的南江、广元，川西的宝兴—茂汶等地，由厚层状藻白云岩、含砾砂屑白云岩、粗砂屑白云岩夹少量鲕粒白云岩及核形石白云岩组成;④萨布哈相，分布于台地中部的珙县、威信、古蔺等地。
3)上扬子东南大陆边缘盆地:川东的秀山、黔东南的松桃、黄平、镇远、三都和湘西的大庸等地为台缘上斜坡，以角砾碳酸盐岩为特征;川北的城口、黔东南、湘西、桂北等地为台缘下斜坡到盆地环境，为薄层状泥质粉晶－微晶白云岩、黑色薄层状炭质页岩、硅质页岩夹粉砂岩及透镜状白云岩和钙屑浊积岩。
4)湘黔大陆斜坡盆地:分布于安化、溆浦、长安堡等地，主要为硅质页岩、硅化微晶灰岩和硅质岩沉积。

图7.13 中国南方SS2 超层序高位体系域(晚震旦世灯影组沉积晚期)构造层序岩相古地理

5)滇黔桂、湘桂边缘海盆地:滇黔桂相区地处南盘江盆地内，为深水密度流沉积的灰绿色粉砂质绢云母板岩、千枚岩夹细砂岩、粉砂岩;湘桂边缘海盆地主要分布于广西龙胜一带，由硅质岩组成，呈灰色、灰白色，仅底部见一层灰黑色硅质者。
6)华夏克拉通盆地和华夏大陆边缘盆地，华夏克拉通盆地由滨海相灰绿色变质长石石英砂岩、绢云母板岩、夹硅质板岩、硅质岩组成;华夏大陆边缘盆地由次深海—深海相灰—深灰色薄层至中层状硅质泥岩及泥质硅质岩组成。

对研究区奥陶系层序划分的研究，各家意见分歧较大：孟祥化（1993）将华北下、中奥陶统概括为 5 个三级层序；田树刚（1997）以河北唐山、北京西山和河北曲阳野外露头剖面为依据，将华北北部奥陶系划分为 7 个层序；马学平等（1998）、李增学（1996）将华北地台冶里组—亮甲山组划分为 2 个层序；王鸿祯等（2000）将中朝地台中东部华北地区划分为 11 个三级层序；陈建强等（2001）将山东淄博地区中、下奥陶统划分为 8 个三级层序；郭绪杰等（2002）在对华北地区下古生界层序地层研究中，将奥陶系划分出 6 个三级层序；李君文（2007）在研究环渤海湾地区下古生界层序岩相古地理特征及演化过程中涉及该区，将下古生界奥陶系划分为11个三级层序和2个超层序。这些研究成果为本次开展层序地层研究工作提供了重要的参考。

3.7.2.1 晚石炭世—早二叠世（层序Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）古地理特征

上石炭统－下二叠统（本溪组、太原组及山西组）划分为三个复合层序：复合层序Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，这些复合层序主要形成于远离碎屑物源区的滨岸带沉积环境，受海平面变化影响明显，其旋回性比较清楚，四级层序特征及层序组构成也易于辨认，但四级层序和层序组不同地区发育程度不同。层序Ⅰ由海侵层序组和高位层序组组成，层序Ⅱ在大部分地区仅发育高位层序组，层序Ⅲ除在局部地区发育低位层序组外，主要由海侵层序组和高位层序组组成。研究区晚石炭世本溪组、太原组发育陆表海环境的含煤旋回沉积，包括泥炭沼泽相煤层、潮下相石灰岩、潟湖相铝土质泥岩、潮坪砂岩。

（1）复合层序Ⅰ

主要包括本溪组和太原组下部地层，部分地区仅包括本溪组，时代上相当于晚石炭世。复合层序Ⅰ在7个层序中总厚度最小，厚度一般为50～120m，个别可达140余m。该层序受底部的古风化面的起伏影响较大，因此厚度变化较大。总体来看，由东北方向向西南方向减薄，唐山、天津一带，地层厚度厚度为60～140m，到沧州、大城、阜城一带为70～90m，到南部峰峰至山东淄博、滕县一带地层厚度仅30～50m（图3.24）。

该层序中石灰岩厚度多在5～20m 之间，个别地区（如孔古4井和太10井）达35m 左右。石灰岩厚总体上是由东北向西南方向减薄，最厚的地带在孔古4井附近。从石灰岩层数来看，在唐山开滦一带发育7层，在石家庄以南仅4层，在西南部峰峰一带仅2层，说明当时海侵主要来自东北方向（图3.25）。

煤和炭质泥岩一般形成于沼泽环境，它们的多少说明沼泽环境的发育程度。从煤和炭质泥岩等厚线图来看，研究区层序Ⅰ中的煤层和炭质泥岩厚度一般在5～10m 之间，主要沿两个区域富集，一个是在北大港附近，另一个是在南宫和巨鹿一带，这两个地区的煤层和炭质泥岩厚度都在10m 左右（图3.26）。

该层序中，砂岩不是十分发育，但从砂岩等厚线图来看，区内有两个砂岩富集带，一个是在天津西北侧的从宝坻到霸州的北东向的条带，另一个是在天津南侧的北大港到德州一带。两个砂岩条带厚度都在10～15m之间，在濮阳南部也有砂岩的富集，如庆古1井附近，砂岩厚12m 左右，而在元氏也有近10m的沉积（图3.27）。

砂泥比的分布与砂岩的分布相似，在等值线图上天津西南侧的霸州—文安—河间一带和位于天津南侧的北大港一带，其砂泥比都在0.6以上。德州尽管砂岩厚度较大，但其砂泥比却较低，在德州—巨鹿—南宫—无棣一线以南砂泥比低值区，基本小于0.2，以北地区砂泥比值在0.2～1之间，在元氏砂泥比值最高，达1.2，在研究区西南部庆古1井附近砂泥比值也能达到1.0（图3.28）。

以上述各单项指标为参考，并重点考虑砂泥比等值线图和层序地层及沉积相对比图的结果，可以勾画出复合层序Ⅰ的沉积体系的平面分布，霸州—文安—河间一带和位于天津南侧的北大港一带两个砂泥比较高代表两个障壁砂坝相区，西南部濮阳附近的庆古1井区砂泥比也较高应该是当时的一个小型的障壁砂坝相区，而在石家庄以南的元氏高砂泥比区则可能为潮汐砂坝。开滦—天津—德州—临清—濮阳一线以东地区碳酸盐岩厚度较大，为当时的碳酸盐岩主要沉积区，因此为滨外碳酸盐岩陆棚相区。该线以西则为潟湖潮坪相区。总之，层序Ⅰ沉积时，研究区古地理景观以碳酸盐岩陆棚和潟湖潮坪为主局部发育潮汐砂坝和障壁砂坝（图3.29）。从华北盆地整个区域上看，当时海水来自东北侧，但在本区则表现为海水来自东侧。

（2）复合层序Ⅱ

包括太原组中上部，时代上相当于早二叠世早期。从大青灰岩之下8^＃煤底板到山西组底界。在北部唐山一带相当于赵各庄组，在北京西山地区相当于下杨家屯煤系上部。复合层序Ⅱ岩性主要由煤层、石灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩和砂泥岩组成。其沉积相旋回结构主要为泥炭沼泽相向上演化为滨外碳酸盐岩陆棚相、障壁砂坝相及潟湖沼泽相，构成了多个完整的次级海进一海退沉积序列。

复合层序Ⅱ地层总厚度在50～220m 之间变化，厚度大于100m的地区主要在京西—天津—北大港—沧州一带（孔古4井达230m）、邢台—鸡泽—濮阳一带（巨1井达130m）以及济南西侧的黄河北附近（达140m），此外还有济宁和新泰附近地层厚度亦大于100m，分别为140m和107m（图3.30）。与下伏的复合层序Ⅰ相比，复合层序Ⅱ灰岩的厚度中心已由东北转向了南面，尽管沉降中心仍然在东北部，但沉积中心已经移到南部，这可能是因为当时构造的跷跷板式运动以及海侵方向由东北方向到东南方向的转变所造成的。

从灰岩分布图上看，复合层序Ⅱ的灰岩最大厚度分布在南面的济宁—濮阳一带，厚度在15～40m之间，峰峰矿区、邢台矿区也有5～15m的分布，而在北部仅在开滦—天津宝坻一带厚度较大，厚度为10～15m，其次是北大港以南厚度大于10m，其他地区厚度都小于10m，大部分地区都不到5m（图3.31）（表3.3）。由此可明显看出，此时海侵主要来自西南方向。

北部由于海水淹没的机会较少，因而广泛发育障后沼泽和潟湖沼泽，形成了厚度较大的煤层和炭质泥岩。在研究区复合层序Ⅱ的煤层和炭质泥岩厚度分布特征为，在濮阳—鸡泽—南宫一带，煤层总厚在10～18m 之间，在北大港南侧和霸县、文安煤层和炭质泥岩厚度较大，在10～30m 之间，其他地区煤层和炭质泥岩总厚度均在10m以下（图3.32）。从煤层和炭质泥岩层数的分布看，在北部煤层和炭质泥岩厚度大的地区，其层数也较多，而南部的濮阳地区也有这一特点，但在峰峰矿区和邢台矿区，虽然总厚度并不大但其层数却较多（图3.33）。这可能是多次海侵后的海退过程沉积的，由于频繁的海侵使得沼泽发育时间不长，因而形成的煤层厚度较薄（表3.3）。

复合层序Ⅱ的砂岩主要集中于中北部，在南部个别点厚度较大则不十分发育，而且其岩性主要为中、细砂岩。在北大港南侧的孔古4—歧古1井区厚度为30～60m，为厚度最大的地区，其次是位于任丘东侧和济南以西的黄河北，厚度大于45m，再者是邢台北部矿区，厚度在15～30m 之间。因此，从体上看，大于30m厚的砂岩富集带有三个，一是任丘—大城—北大港一带，二是邢北矿区，三是济南以西的黄河北矿区（图3.34）。

从砂泥比计算结果看，砂泥比高值区和砂岩高值区并不吻合，只有在北大港南侧和邢北矿区既是砂岩厚度大的地区也是高砂泥比的地区，而在京西和宝坻，尽管砂岩厚度不大，但砂泥比却较高，都在5以上，且由宝坻向京西方向增大。在济南以西的黄河北矿区砂泥比仅为0.4，南宫地区砂岩厚度也较小，但其砂泥比却达到5以上（图3.35）。

从上述各单项参数在平面上的分布和层序地层及沉积相对比结果（图3.18～图3.21和图3.30～图3.35），基本上可以得出复合层序Ⅱ沉积时主要沉积体系的展布。宝坻—天津—北大港一带为三角洲沉积相区（下三角洲平原），南宫—巨鹿一带和邢北矿区（朴子村地区）为障壁砂坝相区，石家庄—衡水—沧州一线以东和以南地区发育滨外碳酸盐岩陆棚相，以北为潟湖相。总之，层序Ⅱ沉积时本区古地理景观以滨外碳酸盐岩陆棚及潟湖环境为主，局部发育障壁砂坝以及三角洲环境（图3.36）。从大区域上看，当时海水已经改为从东南方向入侵本区。

图3.24 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅰ厚度等值线图Fig.3.24 Isopachs of the stratigraphic interval of Composite Sequence I in the western Peri-Bohai Bay area

图3.25 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅰ灰岩厚度等值线图Fig.3.25 Isopachs of the limestones in Composite Sequence I in the western Peri—Bohai Bay area

图3.26 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅰ煤层＋灰质泥岩厚度等值线图Fig.3.26 Isopachs of the coal and carbonaceous mudstones in Com posite Sequence I in the western Peri-Bohai Bay area

图3.27 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅰ砂岩厚度等值线图Fig.3.27 Isopachs of the sandstone in Composite Sequence I in the western Peri-Bohai Bay area

图3.28 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅰ砂泥比等值线图Fig.3.28 Contours of the sandstone to mudstone thickness ratios in Composite Sequence I in the western Peri—Bohai Bay area

图3.29 复合层序Ⅰ（本溪组和太原组底部）沉积体系分布图Fig.3.29 Depositional system distribution of composite sequence I

图3.30 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ厚度等值线图Fig.3.30 Isopachs of the stratigraphic interval of Composite SequenceⅡ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.31 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ灰岩厚度等值线图Fig.3.31 Isopachs of the limestones in Composite Sequence II in the western Peri-Bohai Bay area

表3.3 层序Ⅱ中各层石灰岩的厚度及其下煤层厚度统计　（厚度单位：m）　 Table3.3 The thickness of the limestones and theiru nderlying coals eams in Composite Sequence Ⅱ

图3.32 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ煤层＋炭质泥岩厚度等值线图Fig.3.32 Isopachs of the coal+carbonaceous mudstones in Composite Sequence II in the western Peri-Bohai Bay area

图3.33 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ煤层＋炭质泥岩层数等值线图Fig.3.33 Contours of the layer-numbers of the coal seam+carbonaceous mudstones in Composite Sequence Ⅱ in the western Peri—Bohai Bay area

图3.34 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ砂岩厚度等值线图Fig.3.34 Contours of sandstone thickness in Composite Sequence Ⅱ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.35 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅱ砂泥比等值线图Fig.3.35 Contours of the sandstone to mudstone thickness ratios in Composite SequenceⅡin the western Peri-Bohai Bay area

图3.36 复合层序Ⅱ（太原组主体）沉积体系分布图Fig.3.36 Depositional system distribution of composite sequence Ⅱ

（3）复合层序Ⅲ

包括相当于山西组的地层，时代上相当于早二叠世晚期。从底部北岔沟砂岩底界到下石盒子组底部骆驼脖子砂岩底界，在唐山一带相当于大苗庄组，在兴隆一带相当于荒神山组。

复合层序Ⅲ的岩性主要为中细粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层，北部的京西地区有砾岩发育。地层厚度从40～180m 变化，大于100m的地区主要是北部的京西、宝坻、北大港地区以及济南西侧的黄河北；50～100m的地区主要在大城、沧州、阜城、南宫、巨鹿、鸡泽等地，在邢台、峰峰、临城等地厚度在40～70m之间，整体上北部呈由北向南减薄的趋势，而南部则由西向东南增厚（图3.37）。

煤层和炭质泥岩主要分布在宝坻、开滦、北大港南侧、文安、阜城等地，其厚度大于30m，其次是位于南部的南宫、鸡泽地区，厚度在10～20m之间，在濮阳东南侧也有5～10m 煤层和炭质泥岩分布，而在邢北矿区也仅有厚度5～10m煤层和炭质泥岩分布。整体上看煤层和炭质泥岩的分布较集中，且具有北厚南薄的趋势（图3.38）。在层数上，文安、任丘地区层数达12层以上，而在厚度最大的北大港南侧，其侧数却较少，仅有5～8层，具有明显的合并趋势，在南部层数都小于5层（图3.39）。

复合层序Ⅲ的砂岩分布较为广泛，在15～55m 之间。主要在京西、宝坻、大港—沧州—阜城一带以及黄河北、濮阳、鸡泽一带分布，其中在北大港附近的港深1井、山东的淄博、德州附近的沧参1井、文安的文30和鸡泽的巨1井厚度大于4m。在黄河北、巨参1井以及庆古1井，砂岩厚度在15～30m 之间。在沧州南侧、临城—隆尧一带和峰峰矿区，砂岩厚度均小于50m（图3.40）。

从砂泥比值来看，等值线图上，层序Ⅲ中砂泥比大于1的地区分布在两个带，一是京西—天津宝坻—北大港三角带，二是邢北矿区—峰峰矿区—鸡泽—济南西侧黄河北东西向区带，前者砂泥比为1～7，后者砂泥比1～4.5。其他地区均小于1，而最低的地区在沧州—阜城—隆尧一带。与砂岩厚度分布特征比较一致，反映出当时的几个砂岩富集带（图3.41）。

从上述的砂岩分布、煤层分布以及低砂泥比分布特征看，同时结合层序地层及沉积相剖面对比结果，复合层序Ⅲ的古地理单元可分为上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲间湾及潮坪，上三角洲平原主要分布在北部的京西—天津宝坻—霸县一带和南部的鸡泽—峰峰矿区—邢北矿区，在任丘—保定—无极—隆尧—德州—阜城所围区域为三角洲间湾，无棣—德州—济南—济宁以东为潮坪环境，其他地区为下三角洲平原。当时的三角洲主要分布在北部的京西—霸县一带，和南部的邯郸—峰峰地区，很可能位于本区的东南方向（图3.42）。

3.7.2.2　中二叠世（层序Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ）古地理特征

本阶段（包括下石盒子组和上石盒子组下部地层）发育层序Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ，主要发育河流型四级层序。每一个四级层序都由底部粒度较粗的含砾粗砂岩河床滞留沉积开始，底面为河道冲刷面，向上演变为天然堤、决口扇、河漫等沉积环境中的较细粒沉积。因陆相沉积环境变化较大，所沉积的砂体横向分布不稳定，形成的四级层序在横向上的可对比性较差，根据垂向上的岩石序列特征在每个四级层序中可大致划分出低位体系域、海侵体系域、高位体系域。在横向上可对比的层序地层单元主要是由这些四级层序叠置而成的层序组。

（1）复合层序Ⅳ

复合层序ⅠV包括下石盒子组及相当的层位，时代上相当于中二叠世早期。层序ⅠV界面为下石盒子组底部砂岩（相当于太原西山的骆驼脖子砂岩）的底面。复合层序ⅠV 岩性以灰黄、黄绿、黄褐色中细粒砂岩、粉砂岩、页岩及砂质页岩为主，底部为中、粗粒砂岩，夹炭质页岩、煤线或薄煤层数层，未见可采煤层。底部这套叠置的砂岩相当于低位层序组，其上的大段细碎屑岩为海侵层序组沉积，上部的砂泥岩互层段为高位层序组沉积。该层序厚度变化大，一般为80～260m。在开滦—大港—阜城—巨鹿—邢台矿区一线厚度为180～260m，在濮阳东侧、大城、鸡泽等地厚度为140m 左右，其他地区地层厚度都较小，不到100m（图3.43）。

图3.37 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅲ厚度等值线图Fig.3.37 Isopachs of the stratigraphic interval of Composite Sequence Ⅲ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.38 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅲ煤层＋炭质泥岩厚度等值线图Fig.3.38 Isopachs of the coal+carbonaceous mudstones in Composite SequenceⅢin the western Peri—Bohai Bay area

图3.39 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅲ煤层＋炭质泥岩层数等值线图Fig.3.39 Contours of the layer-numbers of the coal seam+carbonaceous mudstones in Composite Sequence Ⅲ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.40 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅲ砂岩厚度等值线图Fig.3.40 Contours of sandstone thickness in Composite SequenceⅢin the western Peri-Bohai Bay area

图3.41 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅲ砂泥比等值线图Fig.3.41 Contours of the sandstone to mudstone thickness ratios in Composite Sequence Ⅲ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.42 复合层序Ⅲ（山西组主体）沉积体系分布图Fig.3.42 Depositionals ystem distribution of com posite sequenceⅢ

图3.43 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅳ地层厚度等值线图Fig.3.43 Isopachs of the stratigraphic interval of Composite SequenceⅣin the western Peri-Bohai Bay area

该层序中的煤层和炭质泥岩不太发育，主要是因当时海水已经大规模退却，气候向干燥转变，这些条件不利于煤和炭质泥岩聚集。但是本区局部地带当时仍有炭质泥岩分布，如巨1井和泊古1井分别有12m、4.35m 厚的炭质泥岩，其余地区炭质泥岩厚度小于3m 或没有炭质泥岩发育。

砂岩和砾岩是该复合层序的主要岩性，其中砂岩厚度在20～120m之间，主要沿开滦—大港—阜城—德州一线以及京西附近分布，其中开滦和宝坻厚度达110余m，京西一带厚60余m，邢北矿区和济南西侧的黄河北也有50余m的砂岩分布（图3.44）。而砾岩和含砾砂岩的分布极具规律性，仅分布在京西—霸县一带和大港—阜城—德州—南宫一带分布，且前者厚度较小，厚度为10～20m，而后者厚度在10～90m，且厚度较大的是阜城南—南宫之间，厚度为70～90m（图3.45）。砂岩和含砾砂岩及砾岩的厚度分布与地层等厚线基本一致，说明这些砂岩和砾岩主要受当时沉积凹陷控制，且河流主要沿构造低地分布。

从砂泥比统计结果看，该层序砂泥比并不高，在0.2～5之间，其中京西、开滦、北大港一带砂泥比均大于1，再就是邢北矿区、邯郸、济南这一带砂泥比大于1，其他地区均小于1。值得注意的是，砂、砾岩厚度较大的阜城南—德州—南宫一带砂泥比并不高，原因在于统计砂泥比时并未将含砾砂岩统计在内，若将含砾砂岩统计在内的话，其比值在1～1.5之间（图3.46）。因此，从其这一点上看，这一带在当时为地形较低应该是比较明显的了。

从上述分析，结合连井对比结果来看，复合层序ⅠV的沉积单元可划分为辫状河、曲流河和三角洲平原，其中辫状河主要分布在砂泥比大于2的地区，它们是京西—开滦—天津地区和邢北矿区—峰峰矿区，濮阳—馆深—临清—德州—无棣一线以东为三角洲平原，以西地区为曲流河，且主要是曲流河冲积平原环境。而在大港—阜城—德州—南宫一带主要是沿构造低地分布的曲流河，由于其上所覆盖的泛滥盆地泥岩较厚，所以将其划为曲流河泛滥盆地（图3.47）。

（2）复合层序Ⅴ

复合层序Ⅴ包括上石盒子组的第一段和第二段的下部地层，时代上相当于中二叠世晚期。岩性主要为灰色、灰白色中细粒砂岩、含砾砂岩和紫红色泥质粉砂岩及泥岩，局部发育砾岩。该层序厚度在120～280m之间，其中以唐山—天津—淄博一带地层厚度较大，厚度在200～280m之间，阜城南—德州—南宫—邢北矿区一带厚度为160～240m，而在南部的濮阳和济宁地区厚度小于120m（图3.48）。

该复合层序的砂岩主要分布在两个地区：一是阜城以北地区；二是元氏—南宫—临清—济南—淄博以南和濮阳—济宁以北地区。其中北部砂岩厚度由北部的110m向南减薄到20m，南部则由西部的70余m向东减薄到60m以下，而在淄博地区有大于90m的沉积（图3.49）。砾岩和含砾砂岩和复合层序ⅠV的分布特征有些相似，主要分布在开滦—天津—沧州—德州—南宫—鸡泽—邢台矿区一带，厚度在0～35m之间，主要厚度点为开滦、庄古1井、新葛4井、东古1井、巨1井，厚度均在30m以上。除了这些地区外，在濮阳东部的毛4井也有25m 厚的砂砾岩，淄博地区有15m 厚的沉积（图3.50）。在复合层序Ⅴ中无煤和炭质泥岩沉积。

复合层序Ⅴ砂泥比分布与砂岩厚度分布特征类似，其高值区主要分布在两个地区：一是阜城以北地区；二是元氏—南宫—临清—济南—淄博以南和濮阳—济宁以北地区。其中北部的砂泥比为1～40，而南部的砂泥岩比在0.6～1之间。在南宫—阜城一线的西侧砂泥比可能较高，可能大于1，东侧则较低，不到0.2。另外，在濮阳地区也不到0.2（图3.51）。

根据上述各项参数所反映的信息以及沉积相的剖面对比结果分析，可以得出复合层序Ⅴ的沉积环境主要为曲流河和辫状河，从位于北大港南侧的庄古1井在该复合层序中发育泥灰岩看，复合层序Ⅴ时期，可能在庄古1井一线的东部发育有湖泊相。因此，据此可以确定在北大沧州—德州—济南—济宁可能发育三角洲平原（图3.52）。

3.7.2.3　晚二叠世（层序Ⅵ和Ⅶ）古地理特征

从研究区揭露的地层看，晚二叠世主要发育复合层序Ⅵ和Ⅶ，其中复合层序Ⅵ主要由河流相的四级层序组成，而复合层序Ⅶ四级层序包括河流相四级层序和湖泊相四级层序。

图3.44 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序 Ⅳ砂岩厚度等值线图Fig.3.44 Contours of sandstone thickness in Composite SequenceⅣin the western Peri—Bohai Bay area

图3.45 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅳ砾岩＋含砾砂岩厚度等值线图Fig.3.45 Contours of the conglomerate+pebbly sandstone thickness in Composite Sequence Ⅳin the western Peri-Bohai Bay area

图3.46 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅳ砂泥比等值线图Fig.3.46 Contours of the sandstone to mudstone thickness ratios in Composite Sequence Ⅳin the western Peri-Bohai Bay area

图3.47 复合层序Ⅳ（下石盒子组主体）沉积体系分布图Fig.3.47 Depositional system distribution of com posite sequenceⅣ

图3.48 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅴ地层厚度等值线图Fig.3.48 Isopachs of the stratigraphic interval of Com posite Sequence Ⅴ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.49 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅴ砂岩厚度等值线图Fi_g.3.49 Contours of sandstone thickness in Composite Sequence Ⅴ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.50 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅴ砾岩＋含砾砂岩厚度等值线图Fig.3.50 Contours of the conglomerate+pebbly sandstone thickness in Composite Sequence Ⅴ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.51 渤海湾西部石炭系—二叠系复合层序Ⅴ砂泥比等值线图Fig.3.51 Contours of the sandstone to mudstone thickness ratios in Composite Sequence Ⅴ in the western Peri-Bohai Bay area

图3.52 复合层序Ⅴ（上石盒子组下段）沉积体系分布图Fig.3.52 Depositionals ystem distribution of com posite sequence Ⅴ

（1）复合层序Ⅵ

相当于上石盒子组第二段上部以及三、四段，在时代上大致对应于晚二叠世早期。由于受剥蚀较严重，该复合层序在大部分地区都发育不全，主要在河北南部、河南濮阳和山东等地发育。另外，在北大港南部的庄古1井和霸县附近的新葛4井也发育较全。而在北部其他地区仅发育低位层序组或低位层序组和海侵层序组的下部。

从临城沙坝沟—庆古1井的对比图上看（图3.18），该复合层序由低位层序组、海侵层序组和高位层序组组成。其中低位层序组在邢台矿区—鸡泽地区由辫状河河道砂岩组成，尤其在邢台矿区，主要为多套复合的辫状河道组成，厚度也较大，而在东部则由厚度较薄的曲流河河道砂岩组成，向上演变为河流泛滥盆地和决口扇沉积，并组成海侵层序组，再往上河道砂岩又有所增加而形成高位层序组。该层序在全区以多个向上变细的河流沉积旋回为特征，在低位层序组中每个旋回都由发育交错层理且底部具有冲刷面的河道砂岩和其上部的紫红色泥岩和粉砂岩组成；海侵层序组主要由紫红色泥岩、泥质粉砂岩和灰色粉、细砂岩组成；高位层序组则砂岩含量有明显的增加，可见到中砂岩和细砂岩，夹紫红色泥岩或泥质粉砂岩。

（2）复合层序Ⅶ

复合层序Ⅶ包括区内的石千峰组，岩性主要为酱紫色中细粒钙质砂岩与暗紫色泥质粉砂岩及血红色泥岩互层，夹数层薄层状淡水石灰岩。底部以叠置的厚层含砾砂体为特征，代表低水位期的沉积，其上的厚层的泛滥盆地砂泥岩互层沉积代表基准面抬升期的沉积，属于湖侵体系域沉积。上部发育几层比较稳定的淡水灰岩或泥灰岩，为湖泊水面抬升到最高阶段的沉积，其底面代表该层序中的最大洪泛面，从淡水灰岩往上即是高位体系域的沉积。该层序地层厚度一般在100～300m之间，个别钻井（如官古1井）达479m。

该层序砂岩和砾岩厚度在10～110m之间变化，以淄博到官古1井一带最厚。层序Ⅶ 沉积时，研究区已经处于内陆湖泊环境，气候亦变得炎热干燥，因此，当时没有煤和炭质泥岩形成。

参考区域地质及前人有关石千峰组古地理图成果，通过野外实测地层剖面沉积环境分析，石千峰组沉积环境有浅湖、滨湖、滨湖三角洲以及河流等相类型，其中，河流相区分布在石家庄—元氏—邢台—邯郸—濮阳—巨野—济宁一线，其东北侧和西南侧均为大面积的湖泊沉积。