Question

上古生界层序地层格架分析

Answer 1

如上所述，在南华北地区的晚古生代克拉通坳陷中，广泛发育内陆表海类型的海陆交互相煤系地层。由于地势低缓、平坦，海平面稍有升降，即可导致海岸线的大规模进退，因此该地区的晚古生代层序地层发育背景，不同于Wagoner等（1990）提出的被动大陆边缘盆地。

1.梅山群层序地层格架分析

梅山群的沉积过程经历了两次浅水→深水→浅水的变化，即两次海平面升降变化，因而可分为两个二级层序（中层序），各二级层序又由几个三级层序组和三级层序组成。其中，下部旋回未见底，由下而上是深水扇、陡坡扇、冲积扇和扇三角洲、辫状三角洲沉积。根据南华北石炭系整体沉积相分布情况（李宝芳等，1985；尚冠雄，1995；李增学，1996；陈世悦，2000）推测，该下部沉积旋回底部应当有弧后盆地前期的浅水沉积（早期陆表残留海沉积）。上部旋回未见顶，可能为推覆构造所致，由下而上是陡坡浊积扇、滨海潮坪和障壁潟湖沉积。

这两个二级层序的形成，除了与海平面升降变化有关外，可能更受到南侧大别山隆起速率和北秦岭小洋盆裂陷速率变更的控制。一般地说，裂陷海槽的沉积厚度和沉积速率主要受控于基底的沉降幅度和沉降速率；而裂陷海槽的沉积类型变化则主要受控于旁侧山体的相对隆升幅度和隆起速率。因此，深水扇和陡坡扇的发育应当是山体隆升减缓期的产物，而冲积扇、扇三角洲、辫状三角洲和滨海潮坪、障壁潟湖的发育，应当是山体隆升加速期的产物。

2.本溪组－石千峰组层序地层格架分析

李增学等（1996）从构造层序划分着手，以古构造运动面、构造应力场转换面、区域海退事件界面和最大海退界面为三级层序界面，将华北南部晚古生代层序地层划分为5个层序（图3-9）。结合成因地层学研究，研究沉积体系在陆表海盆地中的空间叠置形式和等时格架演化特点，将华北南部晚古生代陆表海盆地含煤岩系划分为三大沉积体系类型，即潮坪沉积体系、障壁－潟湖沉积体系和河控浅水三角洲沉积体系。这三类沉积体系为陆表海盆地层序的主要沉积体系域构成。

图3-9 华北南部晚古生代层序地层界面及构造层序

（据李增学等，1996）

TC—古构造运动面；TT—构造应力场转换面；RR—区域海退事件界面；M R—最大海退界面；SB₁—层序界面；S₁—层序

华北晚古生代陆表海盆地极平缓的地势难以形成大范围的侵蚀不整合，高频海平面变化和突发性的海侵事件是层序形成的主导因素（李增学等，1996），因此陆表海盆地含煤岩系的层序通常为“海侵体系域－高水位体系域”二元结构（图3-10，图3-11）。

图3-10 华北晚古生代陆表海盆地层序地层模式

（据李增学等，1996）

HST—高位体系域；TST—海侵体系域；Mfs—最大湖泛面

图3-11 华北晚古生代陆表海盆地的充填序列

（据李增学等，1996）

李宝芳等（1999）曾对华北石炭－二叠系进行过高分辨率层序地层分析研究。研究结果表明，华北石炭－二叠系为一个大层序，时限约为310～250Ma。以早二叠世紫松期与隆林期之交的285Ma的区域性不整合面为界，将该大层序划分为Ms₁和Ms₂两个中层序。其中，Ms₁中层序跨过了石炭－二叠系的年代地层界线（295Ma）。她们基于对整个华北地区层序边界的大区域追踪对比，以不同

化石带为准进行层序组区分，然后在各层序组内以层序为单位进行对比，建立了精细的等时地层格架及层序地层格架（图3-12）。各层序组的分界线如下：层序组Ss₁与Ss₂以晋祠砂岩底为界，Ss₂与Ss₃为石炭系—二叠系之间的不整合面，Ss₃与Ss₄则以太原组灰岩段顶部的升隆暴露面为界，Ss₄与Ss₅之间的层序边界以山西组4、5号煤之上河流相砂岩的底部冲刷面为界，Ss₅与Ss₆以骆驼脖子砂岩底的下切冲刷面为界。层序组Ss₇与Ss₈的下部边界，分别为大占砂岩和砂锅窑砂岩。研究结果还表明，层序之间的不整合面、岩石地层单位和主要煤层在大区域内都是穿时的，各层序在区内的分布不均匀，有局部缺失现象。

图3-12 南华北盆地西部石炭-二叠系南北向层序地层格架图

（据李宝芳等，1999）

此外，武法东等（1994）和李明娟等（2004）也曾结合露头、钻井、地震及测井等资料，对华北南部地区的上古生界进行过层序地层学研究。

以上研究表明，华北南部地区的石炭－二叠系的低水位体系域很不发育，其层序地层模式具有典型的二元结构——“海侵体系域－高水位体系域”，海水的进退是影响盆地充填及其层序地层结构的主要因素。在这种模式的控制下，华北南部地区的大多数煤层都形成于海侵体系域，而不是以往所认定的形成于高水位体系域或海退过程中。这也就是说，南华北地区石炭－二叠系的煤层与凝缩段具有相同的层序地层学意义。在分析研究区石炭－二叠系煤成气的源岩成藏条件时应加以注意。