Question

层序地层特征

Answer 1

渤海湾裂谷盆地冀中坳陷（图2-2），同裂谷期和后裂谷期层序地层主要有以下特征。

（一）沉积一套以碎屑岩为主的地层

1.层序Ⅰ—孔店组—沙四段（同裂谷充填期，即初始张裂期）

层序Ⅰ是指前古近系与古近系和古近系的沙四段与沙三段之间的不整合面所界定的地层序列，由孔店组—沙四段地层组成。

（1）孔店组：沉积背景：经过燕山构造运动，形成了渤海湾裂谷盆地。在冀中坳陷受北东和北西西或北东东走向的基底断裂控制古近系的构造发育和沉积作用。当时的古地形高差悬殊、分割性强、高山深谷对峙。但总的面貌是东高西低、南北低中间高，形成了东西分带、南北分区的沉积格局，孔店组就是在这种背景上开始沉积。

地层展布：在古沉积背景的控制下，使冀中坳陷孔店组地层在平面上有很大区别。西部凹陷带的保定凹陷地层沉积厚度大，最厚达1800m；东部凹陷带的饶阳凹陷厚度小，最厚为1200m；南区的晋州凹陷厚度达2200m；北区的廊固和霸州凹陷分别为1600m和1000m。

岩性特征：为一套杂色角砾岩、砂砾岩、红色砂质泥岩及灰色泥岩、泥膏岩、泥灰岩、油页岩沉积。它们组成两个下粗上细的正旋回。两个旋回的下粗段均为一套杂色角砾岩、砂砾岩及红色砂质泥岩，分选差。下旋回的上细段为蓝灰色膏泥岩及白云岩；上旋回的上细段为灰色泥岩、膏泥岩、泥灰岩沉积。下旋回主要分布在徐水凹陷、晋州凹陷、饶阳凹陷，上旋回在全区均有分布。

图2-1 冀中坳陷古近系地层层序格架图

古生物组合：孢粉化石十分丰富多样，属于麻黄粉属—三孔脊榆粉属—罗汉松粉属—雪松粉属、山龙眼粉属组合，以榆属大于栎属为特点；介形虫类，五图真星介组合；轮藻建立两个组合：其一是多环假宽—变异培克轮藻组合，其二是长形培克轮藻—汪汉假宽轮藻组合。

重矿物特征：不稳定矿物磁铁矿含量高，达60%～80%；稳定矿物锆石5%～10%、石榴子石10%。

接触关系：孔店组与下伏地层呈不整合接触。

图2-2 冀中坳陷构造单元划分图

（2）沙四段：沉积背景：沙四段时期仍承袭孔店组的古地形特点，但也出现了较明显地变化，南北分区异常明显，东西分带初具雏型。以容城—雁翎—任丘为界，北区开阔连通，南区分隔闭塞，造成北部主要为湖区，南部为冲洪积和盐湖环境。牛驼镇凸起则为水下高地，较深的谷地仍在西部地区。

地层展布：在坳陷内除雁翎、任丘、刘村地区外均有沉积。但厚度大致可分4个区。以廊固凹陷为主的北区，厚度为1600m；以保定凹陷为主的西区，厚度为600m；以晋州、束鹿凹陷为主的南区，厚度200～600m；以饶阳凹陷为主的东区，厚度较其他3个地区都薄，为400m。

岩性特征：为一套灰、深灰、红色泥岩、膏泥岩和砂岩及砂砾岩沉积。北区由粗—细—粗三个岩性段组成。下段为灰白色砂砾岩与紫红、灰色泥岩不等厚互层；中段为灰色砂岩与深灰、灰色泥岩，厚650m；上段为深灰色泥岩与粉细砂岩互层，厚400m。中区沙四段沉积厚度不大，西起保定凹陷，向东过高阳低凸起，至东部饶阳凹陷的广大地区以红色砂、泥岩为特征。南区赵兰庄、孙虎、武强地区，下部为灰色、棕红色泥岩与浅灰色砂岩互层夹玄武岩；上部为灰、深灰色泥岩与石膏、碳酸盐岩。中、南部地区沙四段上部发育的石膏及中部地区的红色砂、泥岩也是地层划分对比的重要标志。

化石组合：沙四段的孢粉化石以丰富多彩的热带亚热带植物发育为特征，属麻黄粉属—三孔脊榆粉属—忍冬粉属—楝粉属—三唇粉属组合；藻类以褶皱藻属、德弗蓝藻属为主；介形虫类属于光滑南星介组合；轮藻为潜江扁球—江陵钝头轮藻组合；本段在局部地区还产出有孔虫、晋州球旋虫—赵兰庄球旋虫组合。

重矿物特征：其特征与孔店组相近，仍是不稳定矿物含量高。但是在廊固凹陷的河西务构造带稳定矿物大于不稳定矿物。

接触关系：沙四段与孔店组呈平行不整合接触。

综上分析，冀中坳陷层序Ⅰ，为一套粗碎屑、红泥岩为主、夹石膏的岩性组合，属裂谷盆地早期初始张裂期，地形高低悬殊、分隔性强、物源供给充分、快速充填式堆积的沉积环境。

2.层序Ⅱ—沙三段—沙二段（同裂谷期深陷扩张期）

层序Ⅱ是以古近系沙四段与沙三段之间的不整合面和沙二段与沙一段之间的不整合面所界定地层序列，由沙三段—沙二段的地层组成。

（1）沙三段：沉积背景：经过了沙四段、孔店组快速充填式沉积之后，冀中坳陷整体进入到了古近系湖盆深陷、扩张的稳定沉积阶段。区内地形总体为西高东低，南高北低，使廊固凹陷—霸州凹陷—饶阳凹陷—束鹿凹陷连成一片，此期是冀中坳陷沉积较广、厚度最大的沉积时期。

地层展布：在平面上具有南北分区东西分带的地层分布规律。南区的束鹿凹陷、晋州凹陷地层厚400～800m；北区的霸州凹陷地层厚600～1600m，廊固凹陷地层厚800～3600m；西区的保定凹陷地层厚600m；东区的饶阳凹陷—深南凹陷地层厚400～1200m（图2-3）。

岩性特征：沙三段分为三个岩性段，即沙三下亚段、沙三中亚段和沙三上亚段。

沙三下亚段，上部为灰、深灰色、褐灰色泥岩为主，下部泥岩含钙较上部居多，且底部夹钙质页岩、泥灰岩、泥质白云岩，统称为下细段，是区域标准层，以廊固地区最为发育。

沙三中亚段，为一从粗到细的正旋回。下粗段为灰、深灰色、褐灰色泥岩、钙质页岩、油页岩与浅灰色砂岩互层，上细段为深灰色泥岩、灰色钙质页岩、油页岩夹灰白色粉细砂岩，厚300～600m。

沙三上亚段，也为一从粗到细的正旋回。下粗段为灰、灰绿色泥岩与灰色粉细砂、含砾砂岩互层，上细段为灰、灰绿色泥岩夹粉细砂岩，厚300～500m。

化石组合：沙三下段，介形虫为卵圆形湖花介、凸腹玻璃介、鞍状玻璃介等，属卵圆形湖花介组合；孢粉以栎属大于榆属为特征；轮藻为优美山东轮藻组合。

沙三中亚段，介形虫化石非常丰富，为中国华北介、惠东华北介、任丘华北介、椭圆华北介、惠安华北介等，属华北介组合；藻类以渤海藻、副渤海藻极其发育。

沙三上亚段，所含介形虫、藻类与沙三中段极其相似，只是藻类化石在局部地区特定环境下的碳酸盐岩中产出了小圆形化石、微小球藻属，在本区有很强的对比性。

重矿物特征：重矿物组合中稳定矿物含量高，石榴子石含量高达50%～60%，锆石含量为10%，比下伏沙四段—孔店组明显增高。

接触关系：与下伏地层沙四段呈不整合接触。

图2-3 冀中坳陷古近系沙三段地层等厚图

（2）沙二段：沉积背景：沙二段是在沙三段晚期逐渐抬升的构造背景上接受沉积的。此时，区域整体抬升运动继续加强，断裂活动相对较弱，周边隆起范围扩大，至使北部容城、牛驼镇凸起和南部刘村凸起范围也在扩大，并与西部太行山隆起连为一体。但是总的古地形仍具南高北低、西高东低的特征。

地层展布：由于沙二段是在沙三段晚期，整体逐渐抬升的构造作用背景上接受沉积，加之末期的抬升、剥蚀、夷平之后，地层厚度薄而稳定，一般为200～400m，最厚为廊固凹陷达600m。

岩性特征：沙二段为一套砂岩与砾岩到红色、灰绿色泥岩夹石膏组成的正韵律。下粗段以砂砾岩夹红色泥岩为主，上细段为红色、灰绿色泥岩夹石膏。

化石组合：沙二段的介形虫属种单调，数量不多，主要见有椭圆拱形介、肖庄美星介、胜利村金星介；孢粉化石在栎粉属大于榆粉属的背景上，以麻黄、芸香及楝粉属等喜热植物含量高为特征；藻类为褶皱藻属—毛球藻属组合；轮藻属于伸长似轮藻组合。

重矿物特征：与沙三段相近。

接触关系：与下伏沙三段地层呈整合接触。

综上分析，冀中裂谷盆地层序Ⅱ，为一套粉细砂岩、暗泥岩为主的岩性组合，是在裂谷盆地同裂谷期早期，在孔店组—沙四段充填的基础上，古地形高差趋缓、凹陷连通、物源供给减弱、堆积速度变小的沉积环境形成的。层序Ⅱ时期是冀中坳陷水域较广、深度最大、沉积最厚、暗色泥岩最多的层序。说明该期是冀中坳陷深陷扩张的鼎盛期。

3.层序Ⅲ—沙一段—东营组（同裂谷期萎缩期）

层序Ⅲ是以古近系沙二段与沙一段和东营组与新近系之间的不整合面所界定地层序列，由沙一段—东营组地层组成。

（1）沙一段

沉积背景：经过沙二段沉积末期强烈的区域抬升、夷平的构造运动之后，冀中坳陷进入了由断陷向坳陷逐渐转化的沉积阶段。此时，由于北部燕山和西部太行山隆起不断抬升，使冀中坳陷北部的廊固凹陷、西南部的晋州凹陷、石家庄凹陷、保定凹陷南端强烈抬升，形成了南、北、西高和中、东低的特征。但总体上古地形比较平坦，高差较小，因而在古近纪该区处于最稳定时期。

地层展布：由于受平坦古地形的控制，沙一段在全区地层厚度300～800m。南部厚为300m；北部厚为500m；西部厚为300m；东部厚800m。

岩性特征：沙一段分成上下两个亚段。沙一下亚段以灰色泥岩、钙质页岩、油页岩、白云质泥岩、鲕状灰岩和钙质砂岩组成的特殊岩性段，为区域标准层。沙一上亚段以暗紫红色泥岩与灰色砂岩互层夹灰色泥岩段，其中下部在局部地区夹油页岩、泥灰岩。

化石组合：介形虫化石主要为生活在浅水环境中的具刺湖花介、惠民小豆介、真星介、土星介等；孢粉仍以栎属大于榆属为特征；藻类有小个体带凸起的沟鞭藻类和疑源藻类，如多刺甲藻、繁棒藻、棒球藻、菱球藻及少量的德弗兰藻。上述化石特征说明当时湖水浅而偏咸。值得一提的是，在岔81、文32等5口井发现有孔虫、岔河集压扁五块虫等，说明湖水具有一定咸度。

重矿物特征：与沙二段无明显界限，石榴子石、锆石含量高，磁铁矿含量低。但是唯独在廊固凹陷磁铁矿含量高达40%，硬绿泥石和绿帘石10%，而石榴子石、锆石含量则低为20%。

（2）东营组

沉积背景：东营组沉积时期，冀中坳陷继续整体抬升，但是西部太行山隆起和北部燕山隆起上隆更快，致使北部牛驼镇凸起抬升，更加显现出南、北、西高，中东低的地貌特征。东营组就是在这种古地貌背景上接受沉积，发育一套粗—细—粗的完整旋回，可划分为东三段、东二段、东一段三个岩性段。

地层展布：东三段沉积中心位于冀中裂谷盆地东部的霸州凹陷—饶阳凹陷，沉积厚度最大达200～400m；北、西、南部地层厚度较小，一般小于200m。东二段沉积时期，西部太行山隆起、北部燕山隆起、牛驼镇凸起和南部宁晋凸起不断抬升连为一体，使冀中坳陷沉积面积进一步缩小，除个别洼地沉积厚300m外，其余广大地区均小于300m。东一段沉积时期，冀中坳陷继续整体抬升，区内地形更加平缓。除东部霸州凹陷沉积厚300～400m外，其余地区沉积厚一般小于200m。

岩性特征：东三段为褐灰、灰褐色、紫红色泥岩、砂质泥岩和厚层、块状砂砾岩组成，上部夹碳质泥岩，为下粗段；东二段主要为灰绿、绿灰色泥岩夹碳质泥岩及薄层砂岩，为中细段，富含螺化石，统称含螺泥岩段，是区域标准层；东一段主要是紫红、棕红色泥岩与灰色砂岩互层，为上粗段。

化石组合：介形虫为大个体壳饰发育的广饶小豆介、冀中似玻璃介及具刺华花介组合；孢粉化石以榆属粉大于栎属粉为特征；藻类化石的粒面球藻、网面球藻、毛球藻含量高；轮藻中乌尔母梅球轮藻大量出现；腹足类以带瘤、带棘的天津螺为特征。

重矿物特征：本组不稳定重矿物含量高，磁铁矿含量高达55%～70%、绿帘石15%～20%、角闪石10%～20%；稳定重矿物含量低，石榴子石含量5%～10%、锆石3%～4%、自生矿物含量更低。

接触关系：与下伏沙一段地层整合接触。

综上分析，层序Ⅲ的沙一段—东营组地层，除了沙一段下部为暗色泥岩和特殊岩性外，沙一段上部—东营组地层均为紫红、灰绿色泥岩与砂岩，已经与层序Ⅱ的沙三段时期，冀中坳陷是水域较广、深度最大、沉积最厚、暗色泥岩最多的层序截然不同，说明该期是冀中坳陷同裂谷期发育的萎缩期。

4.层序Ⅳ—新近系馆陶组—明化镇组（后裂谷期）

层序Ⅳ是指新近系与下伏地层和新近系与上覆第四纪地层之间不整合面所界定地层序列，由新近系馆陶组与明化镇组组成。

沉积背景：古近纪末期，由于北部燕山褶皱带和西部太行山隆起的抬升及冀中坳陷整体上隆，使冀中坳陷终结了同裂谷期活动，从而进入到了后裂谷期的准平原化阶段。加之古近纪末期遭受强烈地剥蚀，使冀中坳陷成为西坡东洼的古地貌特征。

地层展布：西部斜坡区，从北部的固安—容城—保定到南部的石家庄为一向东倾的斜坡，地层厚200～1200m；东部洼槽带，南起束鹿—深县—饶阳—霸州到北部的武清凹陷为南高北低的古地形，从南部的地层厚1000m，到北部的武清洼槽厚达3400m。

岩性特征：新近系由一套砂砾岩、砂岩与棕红色、灰绿色泥岩组成。馆陶组为一从粗到细的正旋回。下粗段为砂砾岩、砾岩夹棕红色、灰绿色泥岩，上细段为棕红色、灰绿色泥岩夹砂砾岩。明化镇组为砂砾岩与棕红色、灰绿色泥岩互层。

化石特征：由于对新近系古生物化石研究较少，介形虫在整个新近系建立了华北玻璃介—开封土形介为代表的化石组合。目前，孢粉划分为两个组合，其中馆陶组属粗类孢属—榆粉属组合；明化镇组属蓼科—藜科组合。

接触关系：新近系与下伏地层及上覆第四系均呈不整合接触。

再从东北亚裂谷系中的二连裂谷盆地来看，虽属于不同类型的裂谷盆地，但具有相同的构造沉积演化史和相似的层序特征。二连盆地早白垩世沉积了一套粗—细—粗的岩性组合。根据岩性组合、构造特征、古生物化石分成了4个三级层序，由下至上为层序Ⅰ、层序Ⅱ、层序Ⅲ、层序Ⅳ。层序Ⅰ相当地层分层的阿尔善组；层序Ⅱ相当地层分层的腾格尔组一段；层序Ⅲ相当地层分层的腾格尔组二段；层序Ⅳ相当赛汉塔拉组。

层序Ⅰ的阿尔善组为一套粗碎屑、红泥岩为主。该层序可分成四段，即阿一段、阿二段、阿三段、阿四段。阿一段、阿三段为角砾岩、砂砾岩夹灰绿色、紫红色泥岩，属快速堆积；阿二段、阿四段为暗色、灰绿色泥岩与砂岩、砂砾岩，说明程层序Ⅰ是地形高差大、物质供应充分、沉积速度快的充填期。

层序Ⅱ腾格尔组一段，沉积了一套灰、深灰色泥岩、油页岩、钙质页岩夹砂岩的岩性组合。是二连裂谷盆地水域最广、深度最大、沉积最细、暗色泥岩最多的层序。充分说明裂谷盆地在地层层序上有其诸多共性。

层序Ⅲ腾格尔组二段（或称都呼木组），中下部为灰白、浅灰色砂砾岩、砂岩，夹灰、深灰色泥岩，上部为浅灰、灰绿、棕红色泥岩和页岩。说明湖盆发育逐渐萎缩。然而到了层序Ⅳ的赛汉塔拉组，下部为灰色粉砂岩、砂砾岩夹泥岩，中部为绿灰色泥岩夹炭质页岩和褐煤层，上部为灰绿、灰色砂砾岩、含砾砂岩夹泥岩。说明盆地发育由断陷转入坳陷发育阶段。

通过上面对冀中坳陷、二连裂谷盆地层序的对比分析，说明裂谷盆地在构造活动方面都经历了同裂谷期的早期裂陷充填、中期深陷扩张、晚期上隆萎缩的3个阶段；在湖水范围上，经历了由小到大再变小的过程；在岩性上，形成粗—细—粗的粒序和红—绿—红的颜色；在沉积相上，由冲洪积相—湖泊相—河流相的环境。

（二）形成粗—细—粗的完整旋回

构造活动控制沉积作用。反过来，沉积岩的岩石特性、泥岩颜色、沉积构造特征、砂岩粒序、化石组合，又反映着当时的沉积环境和构造活动情况。通过对上述同裂谷期层序Ⅰ、层序Ⅱ、层序Ⅲ的分析，充分说明裂谷盆地在构造活动方面，都经历了同裂谷期的早期裂陷充填、中期深陷扩张、晚期上隆萎缩的3个阶段。

（1）早期裂陷充填阶段：中新生代的燕山运动和喜马拉雅运动，造就了东北亚裂谷体系和东部体裂谷系。由于强烈的构造活动使地台活化，形成了地貌上的凸凹相间、高差悬殊、分隔孤立的古地貌。在沉积上，具有多物源、近物源、快速堆积的特点，因而发育一套粗碎屑的角砾岩、砂砾岩和红、绿色泥岩为主的沉积。又因为当时的古气候比较炎热、凹陷分隔性强、环境封闭、水体较咸，并在局部凹陷形成了盐湖。

（2）中期深陷扩张阶段：经过同裂谷期的早期裂陷充填，使古地形高差减小、堆积变慢，加之古气候温湿、水体扩大变深，达到全盛时期，使沉积物供给速率减小，形成了欠补给状态。因此，岩性也发生了明显的变化，沉积了一套以深灰、灰色泥岩与灰色砂岩、粉细砂岩互层段为主的细碎屑岩。

（3）晚期上隆萎缩阶段：中期扩张阶段后期，断裂活动减弱，裂谷盆地整体上升，使古地形变缓，致使晚期沉积的下部，发育一套滨浅湖相的泥岩为主的沉积。之后，裂谷盆地整体上升，湖水退出，河流横溢，形成了以砂砾岩、砂岩与棕红、紫红、灰绿色泥岩为互层段的粗碎屑岩组合。上述分析不难看出，裂谷盆地在构造活动方面，经历了同裂谷期的早期裂陷充填、中期深陷扩张、晚期上隆收缩的3个发育阶段，所以在地层沉积上就形成了粗—细—粗的完整旋回。

（三）具有成藏的核心层系

（1）裂谷盆地在同裂谷期发育阶段中的深陷扩张期孕育了成藏的核心层系：烃源岩、储集岩、盖层和上覆层等是成藏的重要地质要素，但关键是具有一套活跃的、高丰度的烃源岩。它所在的层系也就构成了成藏的核心层系。在东北亚和中国东部两大裂谷体系中核心层系为层序Ⅱ，主要是指中国东部裂谷体系—渤海湾盆地辽河、黄骅、济阳、冀中等坳陷古近系的沙三段地层和东北亚裂谷体系—二连裂谷盆地下白垩统的腾格尔组的腾一段及蒙古国的东戈壁裂谷盆地下白垩统的中宗巴音组，它们形成于裂谷盆地发育的鼎盛时期。当然，中国东部裂谷体系层序Ⅰ的后期、层序Ⅲ的早期层系也具有一定的生油能力，但是比起层序Ⅱ就相差较大；在东北亚裂谷体系层序Ⅰ的后期沉积也具有一定的生油能力。对于层序Ⅱ，从生油岩方面分析是，湖水面积较大、深度最深、生油岩最厚、母质类型最好、生烃指数最高；从成油门限深度方面分析是，上面有较厚的盖层，极易使该层在温度、压力上达到成油门限深度；从储层方面分析是，本层系为砂泥岩频繁交互层，而且储层均为中细砂岩，具有良好的储集空间；从输导层方面分析是，该套层系的生油岩本身与输导层间互，上覆下伏层又多为良好的储集层，能使生出来的油气顺畅地通过输导层到达圈闭形成油藏。

（2）发育多套含油气系统：含油气系统是一个天然系统，它包括一套活跃的烃源岩及成因上有关的油气藏，还包括油气藏形成时必不可少的地质要素（烃源岩、储集岩、盖层和上覆层）和地质作用（烃类形成、运移、聚集、圈闭）。我国陆相含油气裂谷盆地往往是一个盆地或凹陷发育一套主要成熟的烃源岩和若干个次要烃源岩，发育有多套含油气系统，且储集层系广泛分布，可使烃源岩与不同时代储集层接触。如中国东部裂谷体系主力烃源岩是古近系，但由于不整合和断裂活动可使古近系生油岩系与前古近系古老地层接触和通过断层、不整合面和输导层与上覆、旁侧不生油岩系沟通，形成“新生古储”、“自生自储”、“下生上储”三种配置关系，相应称为新生古储的含油气系统、自生自储的含油气系统和下生上储的含油气系统。从油藏类型来看，主要有构造、地层岩性、复合3种类型。由于裂谷盆地本身的特点，即凸凹相间、凹陷面积小、物源多、物源近、扇体发育，所以地层岩性油气藏比较发育。

（四）存在多个不整合面

东北亚和中国东部两大裂谷体系是中新生代以来，燕山和喜马拉雅山两个最强烈的构造运动所形成的产物。这两次构造运动不但强烈而且还具有多幕性。因而使中国东部裂谷体系的渤海湾盆地中的辽河、黄骅、济阳、冀中等坳陷古近系、新近系之间和内部以及东北亚裂谷体系的二连、开鲁、海拉尔、蒙古国的东戈壁等裂谷盆地下白垩统之间形成多个不整合。地质学家们根据地震构造层特征、古生物化石组合、层序地层学分析、旋回对比，划分出了多个不整合。中国东部裂谷体系有5个不整合面，即古近系与前古近系、古近系沙三段与沙四段、沙二段与沙一段、东营组与新近系馆陶组、新近系与第四系等（图2-1）；东北亚裂谷体系有6个不整合面，即下白垩统与前白垩系、下白垩统的阿尔善组与腾格尔组、腾格尔组与赛汉塔拉组、下白垩统赛汉塔拉组与上白垩统的二连达布苏组、二连达布苏组与古近系、新近系与第四系等。这些不整合面是油气运移的重要通道和地层岩性油气藏形成的有利条件。