3.2.2.1 层序界面类型
在层序研究中最关键的是层序界面的识别,包括层序底界面、初始海泛面和最大海泛面,而其中最为重要的是层序底界面的识别,它是层序划分的基础和前提。
通过对南华北地区不同时代的基干剖面观测、重点钻井岩芯观察,以及测井、地震等资料的详细研究,发现南华北地区层序界面的表现形式有八种(表3-2-3)。并在此基础上,对南华北全区层序进行了划分对比。
表3-2-3 南华北地区青白口系—侏罗系层序界面类型特征表
3.2.2.2 层序地层划分
华北地台层序地层研究工作始于20世纪80年代末,各时代各地区的层序地层成果不同,有很多学者根据中国地层的具体情况,建立了相应的沉积层序和旋回分类级别。其中,孟祥化、梅冥相、陈建强等对华北地台早古生代进行了层序研究,史晓颖等(1996)从更高的理论层次(地球节律周期)对华北地台早古生代地层进行了详细的层序划分,建立了相应的层序地层格架;周洪瑞等(1999)对华北地台南部中新元古界进行了层序地层学研究。杨长青(1995)、李宝芳等(1999)、朱建伟等(2001)等则重点对石炭系—二叠系地层进行了详细的层序划分,并建立了相应的层序地层格架。本次研究则在前人研究成果的基础上,根据南华北地区有代表性的基干剖面和大量的辅助剖面及钻井剖面,博采各家之长,提出南华北地区切实可行的层序划分方案(本区缺失南华系)(图3-2-1)。青白口系包括一个超层序,两个层序;震旦系包括一个超层序,两个层序;寒武系包括两个超层序,15个层序(表3-2-4);奥陶系包括三个超层序,九个层序(表3-2-5);石炭系—二叠系包括两个超层序,18个层序(表3-2-6);三叠系包括三个超层序,13个层序;侏罗系包括三个超层序,10个层序;白垩系包括一个超层序,七个层序(表3-2-7)。
表3-2-4 南华北地区青白口系—寒武系层序地层划分表
图3-2-1 南华北地区青白口系—侏罗系超层序划分图
表3-2-5 南华北地区奥陶系层序地层划分表
3.2.2.3 层序地层特征
在层序划分的基础上,下面重点讨论南华北地区青白口系—白垩系内的超层序及其所包含的层序特征。主要包括:①通过对地震剖面解释入手,研究地震层序特征;②从野外剖面和钻井资料入手,分析各级次层序发育特征。
1.SS1超层序
相当于青白口系,由Qb SQ1和Qb SQ2组成。包括两个海水进退旋回,均缺失低位体系域(LST)。海侵体系域(TST)下旋回为一退积海侵层序组,上旋回为加积-弱退积的层序组;凝缩段(CS)主要岩性为灰黑色、黑色泥页岩,厚3~10m,总体由北向南变厚,形成于外陆棚较深水环境,区域分布稳定,是进行区域地层对比的最佳标志层。高位体系域(HST)下旋回为一套浅海、过渡带、下临滨的杂色页岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹细砂岩薄层,向上砂岩含量增高,反映沉积环境水深变浅、相对海平面逐渐下降;上旋回由碳酸盐岩构成,自下而上可分为过渡带或内陆棚、潮坪或浅水碳酸盐岩台地环境,构成一个向上变浅的沉积序列。
2.SS2超层序
相当于震旦系,由ZSQ1和ZSQ2组成。ZSQ1层序总体上表现加积-进积特征。该层序由西向东厚度逐渐变薄,在安徽凤阳主要为开阔台地的泥晶灰岩和碳酸盐潮坪的叠层石灰岩,凤深1井为开阔台地的砂屑灰岩。ZSQ2层序在淮北、淮南及山东枣庄、唐庄地区主要表现为一套白云岩、灰质白云岩沉积,为相对海平面下降期沉积。
表3-2-6 南华北地区石炭系—二叠系层序地层划分表
表3-2-7 南华北地区中生界层序地层划分表
3.SS3超层序
SS3相当于中-下寒武统沉积,由八个层序(∈SQ1—∈SQ8)组成。底界为与前寒武系结晶基底之间的不整合面,为Ⅰ型层序界面,层序顶界面为岩性-岩相转换面。TST由层序∈SQ1—∈SQ7和∈SQ8的TST构成,HST由层序∈SQ8的HST构成。即相当于早寒武世沧浪铺阶至中寒武世徐庄阶。属气候开始转暖的干旱气候下形成的碎屑岩-碳酸盐岩潮坪沉积。各层序界面上均有不同程度的暴露标志,如膏溶角砾、泥裂、透镜状层理、波状层理、鸟眼构造等。这些标志是识别碳酸盐台地沉积层序的重要特征。
4.SS4超层序
相当于中寒武统张夏组至上寒武统炒米店组上部(凤山组),由∈SQ9—∈SQ15共7个层序组成,其中TST由∈SQ9、∈SQ10及∈SQ11的TST构成,HST由∈SQ11的HST和∈SQ12—∈SQ15构成。其顶界面多见被上覆地层削截。很多地区SS3与SS4层序区分不开,二者合为一个超层序。主要为灰色鲕粒灰岩夹灰岩、灰色厚层白云岩、竹叶状灰岩,代表局限台地-开阔台地沉积。
5.SS5超层序
相当于下奥陶统新厂阶,包括冶里组和亮甲山组(安徽两淮地区相当于韩家组和贾旺组),由OSQ1、OSQ2两个层序构成。层序底界面为沉积间断剥蚀形成的平行不整合面。TST由OSQ1层序的TST组成,主体为白云岩夹泥灰岩;HST由OSQ1的HST和OSQ2组成,主体为白云岩。
6.SS6超层序
相当于下奥陶统道堡湾阶上、下马家沟组,由OSQ3—OSQ7五个层序组成。受怀远运动影响,下马家沟组不整合于亮甲山组之上,以发育底砾岩和风化壳残积渣状层为标志,故层序界面为Ⅰ型,为岩性-岩相转换面。TST由OSQ3、OSQ4和OSQ5的TST组成;HST由OSQ5的HST和OSQ6、OSQ7组成。
7.SS7超层序
相当于中奥陶统大湾阶和达瑞威尔阶峰峰组(八陡段),层序底界面为Ⅱ型,为岩性-岩相转换面。顶界面为奥陶系与石炭系不整合界面。由于缺失上奥陶统,该层序区域上变化很大,南华北地区大部分缺失该层序,由OSQ8、OSQ9两个层序组成。
8.SS8超层序
相当于石炭系本溪组至二叠系山西组,层序底界面为奥陶系中统/下统长期暴露侵蚀面,为Ⅰ型界面。发育陆表海-三角洲沉积。地震剖面层序上局部可识别出削截,而有些地区层序特征不明显。地震剖面上或可识别出海侵体系域和高位体系域,层序结构近于对称(图3-2-2),包括五个层序:CSQ1、PSQ1—PSQ4。TST由层序CSQ1和PSQ1、PSQ2的TST构成,自下而上沉积颗粒逐渐变细,代表水体不断加深,退积作用明显;HST由层序PSQ2的HST和PSQ3—PSQ4构成,沉积物颗粒逐渐变粗,沉积水体不断变浅,构成一明显进积序列。
9.SS9超层序
相当于中二叠统下石盒子组至上二叠统孙家沟组。层序底界面为海盆与陆盆转换面,为Ⅱ型层序界面。地震剖面上多为下超到上超的转换面,层序结构近于对称。此时的沉积已全部演变为陆相湖盆沉积,南华北地区广泛发育河流-三角洲-湖泊相沉积。SS9超层序包括13个层序(PSQ5—PSQ17);湖泊扩张体系域(RST)由PSQ5—PSQ11和PSQ12的TST构成;湖泊收缩体系域(PST)由PSQ12的HST和PSQ13—PSQ17构成。
湖泊扩张体系域(RST)相当于下石盒子组和上石盒子组中下部;RST的下部为三角洲平原分流河道砂岩夹洼地的粉砂岩、泥岩或三角洲前缘水下分流河道中-细粒砂岩与分流间湾泥质粉砂岩、泥岩组成,向上逐渐演变为湖泊相的黄绿色泥岩、泥质粉砂岩夹薄层浅湖砂。各层序的RST>PST,部分缺少PST,主要原因是HST被剥蚀冲刷掉了。最大洪泛期沉积由灰黄、黄绿色页岩夹薄层凝灰岩组成,显示低能的深湖沉积。
图3-2-2 倪丘集凹陷660线区域大剖面地震层序特征
湖泊收缩体系域(PST)由下往上为三角洲前缘和三角洲平原相的灰绿色细砂岩夹泥岩、紫红色中细砂岩夹粉砂岩组成向上变粗、变厚和变浅的加积-进积序列,多见平行层理,斜层理。各层序界面为区域沉积间断面。
10.SS10超层序
相当于刘家沟组至和尚沟组,由层序TSQ1—TSQ4组成。底界为与上二叠统的界面,为Ⅰ型层序界面。水进体系域为湖水快速上侵,在地震剖面上可看到盆地边缘连续叠置的上超面。最大洪泛面为上超终止面,为一同相位强反射轴,之上为水退体系域。层序结构不对称。RST由TSQ1、TSQ2和TSQ3的TST构成,由下而上为三角洲前缘灰绿色石英中细砂岩夹页岩,滨浅湖页岩夹薄层砂岩组成,沉积物颗粒由粗变细,代表水体由浅变深的趋势。PST由TSQ3的PST和TSQ4组成,由下而上为滨浅湖砂质页岩夹薄层细砂岩,三角洲前缘水下分流河道砂岩和分流间湾泥质沉积,往上砂岩厚度增大,粒度变粗,为明显的进积序列。最大湖泛面沉积物为浅湖泥岩。
11.SS11超层序
相当于中三叠统二马营组至油房庄组。由层序TSQ5、TSQ6、TSQ7组成,底界面为T2/T1区域沉积间断面,为Ⅱ型层序界面。地震剖面上为下超到上超的转换面,层序结构不对称,上部被白垩纪地层剥蚀。RST包括TSQ5和TSQ6的LST、RST。由下往上为三角洲前缘水下分流河道长石砂岩夹分流间湾泥岩(页岩)、湖相泥岩夹薄层砂岩,由下往上砂岩厚度变小,泥岩厚度增加,水体由浅变深。最大湖泛面为湖相泥岩沉积。PST包括TSQ6的PST和TSQ7,由下往上由滨湖泥岩,三角洲前缘水下分流河道砂岩夹泥岩,三角洲平原分流河道砂岩夹洼地、天然堤泥岩组成。由下往上砂岩厚度增加,粒度变粗,代表水体由深变浅。
12.SS12超层序
相当于上三叠统椿树腰组至谭庄组。由层序TSQ8—TSQ13组成,底界面为区域冲刷面。RST包括TSQ8—TSQ10和TSQ11的LST、RST,由下往上为辫状河心滩砂岩夹洪泛平原的页岩、三角洲平原分流河道砂岩、三角洲前缘水下分流河道砂岩、分流间湾页岩组成,砂岩厚度向上变小,至顶部为黄绿色页岩夹砂岩,代表水体逐渐变深的趋势。由于地表侵蚀强烈各层序由LST、TST构成,均缺少PST,界面均为区域冲刷面。最大洪泛面为三角洲前缘分流间湾页岩沉积。PST包括TSQ11的PST和TSQ12、TSQ13,由下往上为三角洲前缘分流河道砂岩夹分流间湾、天然堤泥岩、三角洲平原分流河道砂岩组成。TSQ12、TSQ13两个层序均为向上变粗、变厚的进积序列组成。
13.SS13超层序
相当于下侏罗统鞍腰组,包括JSQ1、JSQ2两个层序。以河南济源为例,底界面为鞍腰组与上三叠统谭庄组的平行不整合面。RST包括JSQ1和JSQ2的LST、TST,从下往上为三角洲平原的分流河道砂岩、三角洲前缘水下分流河道砂岩与页岩及湖相页岩,向上砂岩厚度减小,泥岩厚度增加,代表水体明显加深。最大洪泛面为浅湖页岩夹凝灰岩沉积。PST侵蚀缺失上部沉积。
14.SS14超层序
相当于中侏罗统下花园组至九龙山组(河南马凹组),包括JSQ3、JSQ4、JSQ5三个层序。RST包括JSQ3的LST、RST,主要由三角洲前缘水下分流河道和分流间湾的黄绿色砂岩、粉砂岩、泥岩组成。湖泛面为分流间湾泥质沉积。PST包括JSQ3的HST和JSQ4、JSQ5,由下往上为三角洲平原分流河道含砾粗砂岩、细砂岩夹泥岩,曲流河心滩与洪泛平原的砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩组成,向上构成一个粒度变粗的反旋回。
15.SS15超层序
相当于上侏罗统韩庄组。地震剖面上底界为与寒武系直接接触的不整合面,为Ⅰ型层序界面。层序结构不对称,层序下部较上部发育。顶界为下白垩统对其削截。由于燕山运动(二幕、三幕)较强烈,加之地面出露点很少,难以找到完整的剖面。
16.SS16超层序
相当于下白垩统,底界为Ⅰ型层序界面。底部界面在地震剖面上表现为强振幅,中强连续性,表现为一密集相位群的顶界面,与下伏侏罗系地层呈角度不整合接触。但由于地震资料品质相对较差,且上部剥蚀严重,被上覆古近系地层覆盖,残存厚度分布极不均衡,层序特征不明显,层序结构不对称,多发育于谭庄-沈丘凹陷,为一套河流-三角洲-湖泊相沉积。包括七个层序(KSQ1—KSQ7),其中KSQ1对应于巴村组,KSQ2—KSQ3大体对应永丰组下段,KSQ4—KSQ5对应于永丰组上段,KSQ6—KSQ7则对应于商水组(个别井可划分到KSQ8)。
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