南华北地区及其北部邻区上石炭统—中二叠统高分辨率层序地层

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.021

摘要/Abstract

摘要：

南华北地区石炭系—二叠系烃源岩广泛发育,是未来页岩气勘探的重要目标;然而,其研究程度低,区域地质构造复杂,岩性地层对比关系不清。基于高分辨率层序地层学及沉积学的相关理论,以区内12口井的钻测井资料和两口井的岩心资料为依据,开展了南华北地区及北部邻区上石炭统—中二叠统层序地层划分。结果显示,研究区内太原组、山西组和下石盒子组属于一个不完整的超长期旋回,内部可划分为5个长期旋回和14个中期旋回。中期基准面旋回结构样式可分为3类:(1)以上升半旋回为主的不完全对称类型,多发育在近岸三角洲背景下;(2)以下降半旋回为主的不完全对称类型,多发育在深水的潮间-潮下/潟湖环境;(3)上升半旋回与下降半旋回近于相等的近完全-完全相等的对称类型,在三角洲和潮坪相浅水区域均有发育。从南北向与东西向层序地层年代格架剖面分析可以发现,研究区内不存在大型的或者区域性的沉积间断与不整合面,但研究区因后期构造作用,南部与北部产生“翘板式”转换抬升,局部出现剥蚀间断,形成与上、下地层假整合接触。

关键词: 南华北地区, 上石炭统—中二叠统, 高分辨率层序地层, 基准面旋回

Abstract:

Permo-Carboniferous source rocks in southern North China are widely developed and become an important target for shale-gas exploration. However, regional study on the Carboniferous-Permian sequences is still inadequate due to the complex structure and unclear stratigraphic correlation. Based on high-resolution stratigraphy, sedimentology, core-logging, and seismic data from twelve wells, we first establish the stratigraphic sequence of the region. The results show that the Taiyuan, Shanxi and Xiashihezi formations belong to an incomplete super-long cycle, which could be divided into five long-term cycles and 14 medium-term cycles. The medium-term base-level circle structure patterns can be divided into three types:A and B, incomplete symmetrical type dominated by (A) ascending hemicycle and (B) descending semicircular gyrus; C, nearly half ascending and half descending with the same type of symmetry. A-type patterns are mostly developed in the nearshore delta sedimentary environment, whilst B-type patterns are mostly developed in the intertidal to subtidal/lagoon environment. Meanwhile, C-type patterns are common in shallow-water (deltaic or tidal) environments. Geostatistical analysis of the stratigraphic sequences (from north to south and from east to west) has found no regional discontinuities or unconformities.Due to local late-tectonic influence, the seesaw-style uplift may have generated local discontinuities, which formed the pseudo-unconformity between the upper and lower parts of the sequence.

Key words: southern North China, Upper Carboniferous-Midddle Permian, high-resolution stratigraphy, base-level cycle

中图分类号:

李杨, 阮壮, 李中明, 于炳松, 宋南南, 董果果, 张栋. 南华北地区及其北部邻区上石炭统—中二叠统高分辨率层序地层[J]. 现代地质, 2020, 34(04): 718-731.

LI Yang, RUAN Zhuang, LI Zhongming, YU Bingsong, SONG Nannan, DONG Guoguo, ZHANG Dong. High-resolution Stratigraphy of Upper Carboniferous-Middle Permian in Southern North China and Its Northern Surroundings[J]. Geoscience, 2020, 34(04): 718-731.

图/表 10

图1 研究区构造单元(a)与上石炭统—中二叠统综合柱状图(b)(据文献[34]修改)

Fig.1 Structural units (a) and Upper Carboniferous-Middle Permian stratigraphy (b) of the study area(modified after reference [34])

图2 研究区超长期旋回层序界面地震反射特征(SHE212剖面,位置见图1(a);SLSB1为超长期旋回层序底界面,SLSB2为超长期旋回层序顶界面,MFS为最大洪泛面)

Fig.2 Seismic reflection characteristics of the ultra-long-term cyclic sequence interface in the study area

图3 层序界面识别标志 (a)不整合面,ZK11501井;(b)大型冲刷面,ZK1201井;(c)沉积转换面,K40井;(d)小型冲刷界面,ZK1608井;(e)岩性突变面,MY1井

Fig.3 Sequence interface identification mark

图4 洪泛面识别标志 (a)灰色厚层泥岩段,MY1井;(b)灰黑色厚层泥岩段,ZK1608井;(c)灰色生屑灰岩之下压煤,快速海侵,K40井;(d)泥晶灰岩,缓慢海侵,ZC8井

Fig.4 Identification marks of flooding surface

图5 研究区上石炭统—中二叠统层序划分方案

Fig.5 Stratigraphic division for the Upper Carboniferous-Middle Permian sequence in the study area

图6 基准面旋回结构类型 (a)上升半旋回为主的不对称旋回;(b)下降半旋回为主的不对称旋回;(c)三角洲背景下的对称型旋回;(d)潮坪-潟湖背景下的对称旋回

Fig.6 Structural types of base-level cycles

图7 ZK1201-ZK0063-K40-MY1-WC1连井层序对比剖面

Fig.7 Stratigraphic comparison across the wells ZK1201-ZK0063-K40-MY1-WC1

图8 ZK2801-ZK11501-ZK1608-K40连井层序剖面

Fig.8 Stratigraphic comparison across the wells ZK2801-ZK11501-ZK1608-K40

图9 MY1-WC1-N8-ZC8连井层序剖面

Fig.9 Stratigraphic comparison across the wells MY1-WC1-N8-ZC8

图10 南华北地区及北部邻区年代层序地层格架图 1.罗德阶;2.空谷阶;3.亚丁斯克阶;4.萨克马尔阶;5.阿瑟尔阶

Fig.10 Stratigraphic sequence in southern North China and its northern surroundings

参考文献 47

[1]	李思田, 李祯, 林畅松. 含煤盆地层序地层分析的几个基本问题[J]. 煤田地质与勘探, 1993,21(4):1-9.
[2]	李增学, 魏久传. 华北陆表海盆地南部层序地层分析[M]. 北京: 地质出版社, 1998: 1-273.
[3]	李增学, 魏久传, 魏振岱. 含煤盆地层序地层学[M]. 北京: 地质出版社, 2000: 1-166.
[4]	田景春, 陈洪德, 覃建雄. 层序岩相古地理图及其编制[J]. 地球科学与环境学报, 2004,26(1):6-12.
[5]	蒋飞虎, 邓瑞捷, 杨静. 中原油气区中生代—古生代地层[M]. 北京: 石油工业出版社, 2006: 1-174.
[6]	宋建军. 河南省石炭—二叠系层序地层及聚煤作用研究[D]. 北京:中国矿业大学(北京), 2009.
[7]	刘顺喜. 河南省西部中二叠统山西组聚煤环境及沉积演化特征[D]. 焦作:河南理工大学, 2010.
[8]	何明喜. 南华北多期复合叠合盆地与油气[M]. 北京: 地质出版社, 2012: 1-324.
[9]	张金川, 杨超, 陈前, 等. 中国潜质页岩形成和分布[J]. 地学前缘, 2016,23(1):74-86.
[10]	江苏省地质矿产局. 江苏省及上海市区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1984: 1-54.
[11]	河南煤田地质公司. 河南省晚古生代聚煤规律[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1991: 1-314.
[12]	韩树棻. 两淮地区成煤地质条件及成煤预测[M]. 北京: 地质出版社, 1990: 1-264.
[13]	陈晋镱, 伍铁山. 华北区区域地层[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1997: 1-199.
[14]	裴放. 河南禹州与山西太原石炭—二叠纪多重地层划分与对比[J]. 中国区域地质, 1999,18(2):132-139.
[15]	余和中, 吕福亮, 郭庆新, 等. 华北板块南缘原型沉积盆地类型与构造演化[J]. 石油实验地质, 2005,27(2):111-117.
[16]	河南省地质矿产局. 河南区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1989: 1-215.
[17]	徐学思. 江苏省岩石地层[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1997: 1-288.
[18]	阎国顺, 王德有, 姜媛, 等. 河南华北型石炭纪及二叠纪早期地层的划分与对比[M] //河南省地质矿产局地质科学研究所. 地层古生物论文集.北京: 地质出版社, 1987: 72-97.
[19]	王德有, 阎国顺, 姜媛, 等. 河南石炭纪和早二叠世早期地层与古生物[M]. 北京: 中国展望出版社, 1987: 1-441.
[20]	裴放. 北秦岭晚古生代海槽与华北陆块石炭—二叠纪含煤岩系[J]. 中国区域地质, 1998,17(4):385-389.
[21]	CATUNEANU O, ABREU V, BHATTACHARYA J P, et al. Towards the standardization of sequence stratigraphy[J]. Earth-Science Reviews, 2009,92(1/2):1-33.
[22]	陈钟惠. 华北晚古生代含煤岩系的沉积环境和聚煤规律[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1993: 1-168.
[23]	李增学, 魏久传, 李守春. 山东及邻区石炭二叠纪含煤地层的层序地层式样[J]. 沉积学报, 1995,13(增):18-26.
[24]	尚冠雄. 华北地台晚古生代煤地质学研究[M]. 太原: 山西科学技术出版社, 1997: 1-28.
[25]	陈世悦, 刘焕杰. 华北石炭—二叠纪层序地层格架及其特征[J]. 沉积学报, 1999,17(1):63-70.
[26]	邵龙义, 董大啸, 李明培, 等. 华北石炭—二叠纪层序-古地理及聚煤规律[J]. 煤炭学报, 2014,39(8):1725-1734.
[27]	陈洪德, 侯中健, 田景春. 鄂尔多斯地区晚古生代沉积层序地层学与盆地构造演化研究[J]. 矿物岩石, 2001,21(3):16-23.
[28]	马收先. 南华北地区石炭—二叠系重点层序地层单元岩相古地理分析[D]. 青岛:山东科技大学, 2008.
[29]	CROSS T A. Controls on coal distribution in transgressive-regressive cycles, Upper Cretaceous, Western Interior, U.S.A.[M] //SEPM. Sea-Level Changes: An Integrated Approach. Houston:SEPM Special Publication, 1988: 371-380.
[30]	邓宏文. 美国层序地层研究中的新学派──高分辨率层序地层学[J]. 石油与天然气地质, 1995,16(2):89-97.
[31]	郑荣才, 周祺, 王华, 等. 鄂尔多斯盆地长北气田山西组2段高分辨率层序构型与砂体预测[J]. 高校地质学报, 2009,15(1):69-79.
[32]	张增政. 海拉尔盆地苏31断块南屯组二段基准面旋回与沉积特征关系[J]. 天然气地球科学, 2010,21(5):793-800.
[33]	阮壮, 朱筱敏, 何宇航, 等. 大庆长垣北部葡萄花上部油层高分辨率层序地层划分[J]. 沉积学报, 2012,30(2):301-309.
[34]	程烜. 南华北盆地二叠系地层特征与页岩气勘探前景分析[D]. 北京:中国地质大学(北京), 2012.
[35]	于和中, 吕福亮, 郭庆新, 等. 华北板块南缘原型沉积盆地类型与构造演化[J]. 石油实验地质, 2005,27(2):111-117.
[36]	宋慧波, 胡斌, 张璐, 等. 河南省太原组沉积时期岩相古地理特征[J]. 沉积学报, 2011,29(5):876-888.
[37]	姚旭, 周瑶琪, 李素. 豫西地区早二叠世碳酸盐岩台地沉积环境及地球化学特征[J]. 现代地质, 2013,27(6):1340-1347.
[38]	周丽. 南华北盆地晚石炭世—中二叠世构造沉积演化与烃源岩评价[D]. 西安:西北大学, 2005.
[39]	VAIL P R, MITCHUM R M, THOMPSON S. Seismic stratigraphy and global changes of sea level[J]. AAPG Bulletin, 1977,26:149-212.
[40]	郑荣才, 文国华, 李凤杰. 高分辨率层序地层学[M]. 北京: 地质出版社, 2010: 1-404.
[41]	CROSS T A. High-resolution stratigraphic correlation from the perspective of base-level cycles and sediment accommodation[M] //NESSC. Proceeding of Northwestern European Sequence Stratigraphy Congress. Holland: Elsevier, 1994: 105-123.
[42]	邓宏文, 王红亮, 李熙喆. 层序地层地层基准面的识别、对比技术及应用[J]. 石油与天然气地质, 1996,17(3):177-184.
[43]	邓宏文, 王红亮, 宁宁. 沉积物体积分配原理——高分辨率层序地层学的理论基础[J]. 地学前缘, 2000,7(4):305-313.
[44]	李增学, 魏久传, 王明镇, 等. 华北南部晚古生代陆表海盆地层序地层格架与海平面变化[J]. 岩相古地理, 1996,3(5):1-11.
[45]	何起祥, 业冶铮, 张明书, 等. 受限陆表海的海侵模式[J]. 沉积学报, 1991,9(1):1-10.
[46]	郭书元, 张广权, 陈舒薇. 陆表海碎屑岩-碳酸盐岩混积层系沉积相研究——以鄂尔多斯东北部大牛地气田为例[J]. 古地理学报, 2009,11(6):611-627.
[47]	ROSS C A, ROSS J R P. Late Paleozoic depositional sequences are synchronism and worldwide[J]. Geology, 1985,13:194-197.