巢湖石炭系岩性特征研究论文

在新的《中国区域年代地层（地质年代）表》（2001）中，石炭系—二叠系的划分有了较大的变化，石炭系传统三分，现改为二分（范炳恒，1998）：下石炭统（早石炭世）、上石炭统（晚石炭世）；二叠系由传统的二分改为三分：下二叠统（早二叠世）、中二叠统（中二叠世）、上二叠统（晚二叠世）。

遵循上述新的年代地层划分原则，按照中国区域年代地层（地质年代）表（Ⅱ）（陆相）的划分方案，同时兼顾传统和便于成果应用，岩石地层的内涵和划分仍沿用已有方案。岩石地层组的界限则依据具有相对等时意义的标志层，建立年代地层和岩石地层的关系（表1-3-9）。根据上述思路，在已有工作的基础上（汪曾荫，1996），建立了渤海湾盆地石炭系—二叠系地层系统（图1-3-40）。

石炭系—二叠系沉积后的晚海西构造运动，使部分地区抬升剥蚀，产生平行不整合，但多数地区与三叠系呈连续沉积关系，所以本项目将下中三叠统与石炭系—二叠系划归同一构造层研究。

（一）岩石地层特征

岩石地层单位不考虑时间、成因、气候环境或事件等因素的影响，重点考虑岩石特征的一致性（蒋飞虎，2004）。在覆盖区的钻孔资料中除根据岩性组合特征外，还辅以自然伽马测井曲线、电阻率曲线（孤北古2井）进行划分对比。

石炭系—二叠系自老到新可以划分为本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组（孙家沟组）。三叠系分布局限，仅在临清坳陷等少数地区保留有下、中三叠统，自下而上可划分为刘家沟组、和尚沟组、二马营组。

表1-3-9 华北地台石炭系—二叠系划分对比沿革表

图1-3-40 渤海湾盆地石炭系—二叠系地层系统

1.石炭系—二叠系

（1）本溪组

主要由一套页岩、砂岩夹薄层海相灰岩组成，部分地区夹有煤线。以不含可采煤层和中、细粒石英砂岩为主要特征。本溪组下部多属于灰岩台地相沉积，地震特征为强振高连低频平行反射（图1-341，图1-3-42），多表现为2～3个连续性很好的强反射同相轴。其底部有一段含铁紫色页岩，为鸡窝状不规则铁矿层（山西式铁矿）和铝土质页岩或铝土矿层（G层铝土矿层）。

本溪组与上覆太原组一般为整合接触，以稳定的中、细粒石英砂岩之底作为本溪组的顶界；与下伏奥陶系灰岩地层呈平行不整合接触，底部以山西式铁矿和G层铝土矿层之底或奥陶系石灰岩剥蚀面之顶作为本溪组的底界标志。

自然电位呈中低幅微波状，下部幅度变化小，上部呈明显偏正异常。电阻率由下而上逐渐增大，曲线形态特征为漏斗形＋齿化箱形＋指状组合。

图1-3-41 济阳坳陷82—90测线石炭系—二叠系地震反射特征

图1-3-42 济阳坳陷568测线石炭系—二叠系地震反射特征

（2）太原组

为一套海陆交互相含煤沉积建造，主要由砂岩、页岩、砂质页岩、粉砂岩、石灰岩、煤层所组成，一般含有4层左右的石灰岩、3层左右石英砂岩，以及厚薄不等的多层煤层。与上覆山西组整合接触。

该组以含重要的可采煤层（一般位于下部）及多层石灰岩和中、细粒石英砂岩为主要特征而区别于上覆和下伏地层。以石炭纪—二叠纪过渡期形成的海相石灰岩之上，第1层中—细粒石英砂岩之底，作为太原组的顶界。

自然电位曲线成微波状起伏，下部呈多个齿状钟形组合，上部呈对称微波状＋箱形＋齿状漏斗形组合，上部为箱形＋漏斗形组合，整体表现为多个沉积旋回特征。电阻率曲线变化宽缓，下部中高阻齿状钟形，上部变为多个中低阻箱形＋漏斗形组合。

（3）山西组

主要由陆相沉积的砂岩、页岩、黏土岩组成，夹有多层近海泥炭沼泽所形成的煤层。总体而言，山西组岩层颜色较深，多呈灰色、暗色、灰绿色，未见紫色泥岩和石灰岩，含重要的可采煤层，与上覆下石盒子组呈整合接触关系。

自然电位曲线呈微波状，下部中低幅正异常，呈齿化箱形＋钟形＋漏斗形组合特征，上部低幅微波状，幅度变化小。上部和下部构成2个旋回。电阻率曲线呈中高阻齿化箱形＋漏斗形组合特征。

（4）下石盒子组

为一套黄绿色、灰绿色砂岩、页岩、粉砂岩、砂质泥岩互层的陆相碎屑岩沉积，夹有不可采煤层。顶部出现含锰铁质、铝土质的紫色泥岩层，即“桃花泥岩”。在东北、辽吉以及河北燕山南麓称为“A层铝土岩”、山东淄博称为“B层铝土岩”、两淮称“紫斑铝质泥岩”。与上覆上石盒子组为整合接触关系。

自然电位曲线垂向上变化小，呈对称微波状，电阻率曲线表现为下部高阻犬牙状，上部呈低阻齿状＋指状＋钟形组合。

（5）上石盒子组

为一套黄绿色、紫红色砂岩、粉砂岩、砂砾岩、泥岩互层的碎屑岩沉积，一般不含煤层。但在淮南、淮北以及河南禹州、平顶山一带含有可采煤层，紫红色岩系较少，一般为灰色、黄绿色粉砂岩、砂岩、泥岩等。

下部自然电位曲线表现为多个漏斗形＋钟形组合，电阻率曲线为多个中高阻齿化箱形＋钟形＋指状＋齿化漏斗形组合。中部自然电位曲线表现为钟形＋漏斗形＋齿化箱形组合，电阻率曲线阻值逐渐变低，下部变化宽缓，上部呈中高阻齿状。上部自然电位曲线形态为对称低幅微波状，整体幅度变化小，电阻率曲线呈低阻齿状，反映了水动力条件较弱的沉积环境。

以上特征反映了华北陆块在海退期，从北到南、从西到东、从陆相到海陆相，逐渐过渡到海湾 湖相的古地理格局。本组与上覆孙家沟组为整合接触关系。以燧石层（硅质层）之上的砂岩（平顶山砂岩）之底作为上石盒子组的顶界。

（6）石千峰组（孙家沟组）

为紫红色、灰紫色泥岩、砂岩、淡水泥灰岩（淡水灰岩）和少量石膏的河流、湖泊相沉积，淡水灰岩（泥灰岩）和石膏是本组的重要标志层。本组与上覆刘家沟组为整合接触关系。以泥灰岩之上的石膏钙核层之顶作为石千峰组之顶界。

2.三叠系

地层分布局限，仅在临清坳陷、冀中坳陷、黄骅坳陷的少数地区保留有下、中三叠统。辽河坳陷、渤中坳陷、济阳坳陷整体缺失三叠系。

临清坳陷下、中三叠统保存完整，自下而上可划分为刘家沟组、和尚沟组和二马营组。

（1）刘家沟组

以致密的红色泥岩和砂岩互层为特点，与下伏石炭系整合接触。在测井响应上，视电阻率曲线呈掌状—块状特高阻，从下往上呈升高的趋势。自然电位曲线平直或呈低幅齿形—钟形负异常，从下往上起伏加大。

（2）和尚沟组

主要岩性为紫色、棕色、浅灰色细、粉砂岩、粉砂岩、钙质砂岩、夹紫色、紫红色泥岩。从南到北岩性渐粗。视电阻率曲线呈箱状高阻，具有从下往上缓慢降低趋势；自然电位曲线下部呈钟形负异常，底界处负异常明显，上部较平直。

（3）二马营组

主要为紫红色泥岩与棕色、深灰色细、粉砂岩，呈不等厚互层，局部夹含砾不等粒砂岩。视电阻率曲线下高上低，整体上较下伏地层低，起伏较下伏地层大；底界处自然电位负异常明显。

冀中坳陷以红、棕色粉、细砂岩为主，夹有紫色薄层泥岩的陆相碎屑沉积，可与华北下、中三叠统的刘家沟组—二马营组进行对比；黄骅坳陷下、中三叠统分布较广，岩性特征表现为紫红色砂岩、粉砂岩，与泥岩不等厚互层；东濮凹陷“高阻红”地层为一套电阻率高、岩性致密的陆相红色碎屑岩沉积，其下为二叠系顶部的石千峰组，其上被古近系—新近系不同层位的地层超覆，本书暂将其归属于下、中三叠统。

（二）生物地层划分

1.石炭系—二叠系生物组合特征

通过系统研究，建立了牙形石、 类、小有孔虫、孢粉、古植物、腕足生物组合带（表1310）。

表1-3-10 华北地区石炭系—二叠系生物组合特征表

2.石炭系—二叠系短时限年代地层的化石标定

短时限年代地层是指比传统的本溪期、太原期、山西期等年代地层时限还要短的年代地层单位，为阶或亚阶，如 、 、 等。

（相当于本溪组）：以植物Lepidodendron—Conchophyllum组合带为标志。]]

（相当于本溪组下部）：以 类Profusulinella parva延限带作为标志，以Profusulinella parva的首现为底界标志，以Profusulinella的消失作为上限。]]

（相当于本溪组上部）：以 类Fusulina—Fusulinella组合带的出现作为标志，以Fusulina,Fusulinella,Beedenia等属的分子的首次出现作为底界，以它们的消失作为顶界。]]

（相当于太原组下部）：以 类Triticites paromontiparus—Montiparus montiparus组合带中的Montiparus 及原始的Triticites 的大量出现为底界，以Montiparus 和Triticites 发育高峰为标志。]]

（相当于太原组下部）— （相当于太原组上部）：以植物Neuropteris ovata—Lepidodendron posthumii组合带的出现为标志，或以腕足类Dictyoclostus taiyuanfuensis—Eomarginifera pusilla—Choristites norni 组合带为标志。]]

（相当于太原组上部）：以 带Psudoschwagerina—Sphaeroschwagerina组合为标志。以Pseudofusulina firma—Pseudoschwagerina huabeiensis亚带为二叠系最底部的 带，以Pseudofusulina或Pseudoschwagerina或Sphaeroschwagerina的分子首次出现作为二叠系的底界。]]

（相当于山西组）：以植物Empletopteris triangulais—Empletopteridium alatum—Lobatannularis sinensis组合带作为标志。]]

（相当于山西组下部）：以 Staffella带作为标志，其中以Staffella丰富种群的首次出现作为其下限。]]

（相当于山西组上部）：以 Schwagerina anderesensis—S.grandensis组合带作为标志，并以Schwagerina 的顶峰及大个体的Schwagerina anderesensis，S.grandensis 大量出现作为底界。]]

（相当于下石盒子组）：以植物Emplectopteris triangularis—Tingia carbonica—Cathaysiopteris whitei组合带为标志，其中单网羊齿的出现标志着华夏植物群的新发展，可作为标定特征。]]

（相当于上石盒子组下部）：以植物Lobatanulariaensifolia—Gigantonoclealagrelii—Fascipteis hallei组合带为标志，属华夏植物群第一次繁盛发展期，各种类型都得到发展、属种繁盛、分异度高为本组合带主要特征。]]

（相当于上石盒子组上部）：以植物Lobatanularia heianensis—Gigantonoclea hallei—Psygmophyllum mltipartitum组合带为标志，属华夏植物群第二次繁盛时期，苏铁纲明显衰退、银杏纲及分类位置不明，植物较为发育是本组合的重要标志。]]

（相当于石千峰组）：以植物Ullmannia bronnii—Yuania magnifolia组合带为标志，华夏植物群严重衰退，裸子植物占绝对优势，并出现了中生代分子。]]

三叠系分布局限，仅在临清坳陷等少数地区保留有下、中三叠统。刘家沟组、和尚沟组保存的化石稀少，与华北地区相应地层的特征一致，属生物“哑层”。二马营组含丰富的轮藻和孢粉化石，其中以直轮藻、星孔轮藻为代表的轮藻化石组合，具有典型的中三叠世时代特征，其中的轮藻有Stenochara dontzian，S.ovata，S.yuananensis，S.shaikni等，孢粉有Triadispora Alisporites，Striatopinites，Aratrisporities Csabratus，A.granulatus等。

（三）地层展布

1.石炭系—二叠系

笔者对渤海湾盆地周缘的山东淄博博山剖面、河北秦皇岛柳江剖面、辽宁本溪牛毛岭剖面、辽宁金县复州湾剖面、北京京西军庄镇剖面、河北邢台沙巴沟剖面、河北峰峰北大峪剖面、河南鹤壁龙宫剖面进行了地层剖面实测和化石采集，建立了8条标准地层剖面；对28口井的地层进行了划分，建立了28条基干地层剖面。以上述岩性特征、地层古生物的研究成果为主要依据，应用新的地层系统，对渤海湾盆地石炭系—二叠系标准剖面和基干剖面进行了地层对比（图1-3-43，图1-3-44）。

按照新划分方案，研究区年代地层从早到晚划分为： （本溪组）， （太原组下部）， （太原组上部）， （山西组）， （下石盒子组）， （上石盒子组下部）， （上石盒子组上部）， （石千峰组）。现将其展布规律分述如下：

1）石炭世早期（ ）（本溪组）：残留厚度变化较大，变化范围为1（渤2井）～147m（本溪牛毛岭）。最厚的区域为东北部辽宁太子河流域的本溪、复州湾地区，厚度一般超过100m。最薄的区域位于研究区的边缘地区：如东北部的渤海湾地区渤2井（1m）、西部边缘晋州市东南晋古2井（3m）和东南边缘的垦利东部的垦东3井（3m）。本溪组从东北向西南有逐渐变薄的趋势。

2）晚石炭世晚期（ ）（太原组下部）：地层残留厚度变化较大。最厚处位于济阳坳陷惠民凹陷区的判参1井附近，厚98m。最薄处多位于研究地区的边缘部分，如利津南部乐特1井附近，仅存10.0m；秦皇岛附近为10.8m。

3）早二叠世早期（ ）（太原组上部）：残留厚度变化较大。最厚处位于黄骅市东北的庄古2井附近，为192m，最薄处位于沾化凹陷孤北潜山带的义155井一带。

4）早二叠世晚期（ ）（山西组）：地层残留厚度变化较大，最厚处位于天津以南的增2井一带，残留厚度在300m左右，自此向四周地区逐渐减薄，但在各坳陷中的厚度分布并不均匀。最薄处位于馆陶县西北侧的馆深1井一带，残留厚度为30m。总体来看，研究区山西组残留厚度大多集中在51～110m之间。

5）中二叠世早期（ ）（下石盒子组）：地层残留厚度变化范围较大，最厚为519.9m，位于研究区西侧大城县东南的大3井一带。自此向周围地区虽有逐渐变薄的趋势，但在各坳陷中，其残留厚度仍存在厚薄不均衡的现象。但从总体看，残留厚度大多在101～200m之间变化。

6）中二叠世晚期（ ）（上石盒子组下部）：最大残留厚度位于沧州市以南的官古1井一带，为176m。自此处向北、东、南周边地区残留厚度渐薄，向东至埕东凸起西部的埕东2井一带减为最小，为16m。

7）晚二叠世早期（ ）（上石盒子组上部）：最大残留厚度位于沧州市以南的官古1井一带，为342m。以此为中心向东及周围地区逐渐减小，至济阳坳陷东缘垦利县以东的垦古12井，残留厚度仅为20m。

8）晚二叠世晚期（ ）（石千峰组）：绝大部分地区缺失石千峰组，仅在局部分布。残留厚度最大处位于大城县东南部的大3井一带，厚度为463m。以此为中心向四周递减，如秦皇岛一带厚30m，南缘的高参1井厚30m。

从全区范围看，石炭系—二叠系残留厚度的展布有以下规律：

石炭系—二叠系最厚处位于冀中坳陷大3井一带（残留厚度为1615.5m），向周边地区有减薄的趋势。

图1-3-43 渤海湾盆地石炭系—二叠系地层划分对比图（1）

图1-3-44 渤海湾盆地石炭系—二叠系地层划分对比图（2）

在唐山东南地区残留厚度稍有增加，厚度超过600m；向东逐渐减小，在庄古2井减为200m左右，至黄骅-济阳坳陷北区，残留厚度变化较大，由东向西厚薄相间，个别地区厚度可达到800m。

向东南延伸至南皮凹陷南缘，厚度为918m（东古1井）。至惠民凹陷，由东向西厚薄相间分布，一般厚度200～400m，个别地区残留厚度可超过800m（曲古2井），垦东3井一带厚28m，为全区最薄处。

向西南延伸至隆尧县东南一带，残留厚度为996.5m（巨2井），向南逐渐减为200m左右。至临清坳陷东区，向东增厚，堂古1井可达1000m。东濮凹陷残留厚度的变化范围由200m到826m不等。

辽河坳陷的石炭系—二叠系呈条带状、北东向展布，南段位于辽阳西部，最厚处可达780m左右；北段位于沈阳地区，最厚处可达600m左右。

在渤中坳陷，石炭系—二叠系呈北东向展布，西南段范围大，残留厚度较大，最厚处可达1400m左右；东北段较薄，范围较小，条带状展布，最厚处在600m左右。

以上特征表明，地层残留厚度除受原始沉积背景的影响之外，另受到后期构造作用的改造明显，从凸起到缓坡，地层依此变新，范围逐渐减小。

2.三叠系

从地层接触关系来看，华北地区（如北京-承德、燕山地区、临清坳陷、济源盆地、鄂尔多斯盆地等）下、中三叠统与下伏石千峰组之间均表现为整合接触或平行不整合接触。这表明，发生于二叠纪末期的海西运动在华北地区并没有引起剧烈的沉积格局变化（陈洪德等，1999），早、中三叠世继承了晚海西以来的北西高、南东低的构造格局，属于大型陆内坳陷盆地，同时延续了晚二叠世的干热气候，陆相红色碎屑沉积发育。地震资料（图1-3-45）显示其原始沉积的分布与晚古生代沉积相似，呈毯式覆盖（王同和等，1999；漆家福等，1995；漆家福等，2003）。现今下、中三叠统的残留厚度差异性是后期削蚀作用造成的结果。

图1-3-45 临清坳陷JL—78—314.5地震剖面图

在华北板块内部，下、中三叠统的残留地层呈现出西部连片、东部零星分布的特点（图1-3-46）。

西部鄂尔多斯盆地内，下、中三叠统厚度由东北向西南逐渐增大，西南部环县、庆阳一带厚度可达1100m左右。沁水盆地钻井与地震资料揭示盆地内下、中三叠统总厚度可达1200m。豫西济源—伊川—洛阳一带，下、中三叠统碎屑岩最大厚度超过2500m，向四周逐渐减薄至100m左右。豫东周口坳陷最大厚度也近1000m。

东部渤海湾盆地，下、中三叠统在冀中、黄骅、东濮、临清等坳陷及一些凸起上均有分布，一般沉积厚度在100m左右，在临清坳陷可达1000m。此外，盆地周边的淄博、章丘、冀北下花园、承德、北京西山等地也零星分布有下、中三叠统（漆家福等，2003）。

图1-3-46 华北地区古生界、三叠系横向对比图

下、中三叠统为一套河湖相紫红色泥、砂岩，最大厚度位于临清坳陷的莘县凹陷、冠县凹陷及邱县凹陷等地，厚度可达到2000m，整体表现为自西向东变薄（图1-3-47）、自南向北变薄、东部整体缺失的特点。

图1-3-47 渤海湾盆地下、中三叠统残留厚度等值线图

上三叠统在渤海湾盆地的渤海湾盆地整体缺失，而华北西部的鄂尔多斯、沁水盆地及济源盆地等地则较发育。

综上所述，研究区内地层残留厚度的分布是不均衡的，在各主要坳陷中残留厚度变化相对较大，缺失现象普遍。造成这种现象的主要原因是原始沉积时期，基底地形地貌特征复杂，后期受地质构造运动和气候等多因素的影响，造成了明显的地区性差异，形成了目前的残留厚度展布格局。

（四）沉积建造特征

经过晚奥陶世—早石炭世的沉积间断，中晚石炭世地壳下降，沉积了石炭系—二叠系海陆交互相含煤建造。

本溪组沉积时期，研究区从西向东地层厚度及碳酸盐岩含量均呈现增加的趋势。本溪组超覆在中奥陶世峰峰组或马家沟组之上，主要由一套页岩、砂岩夹薄层海相灰岩所组成，或夹有煤线。

太原组沉积时期，渤海湾盆地形成了一套海陆交互相含煤沉积，主要由砂岩、页岩、砂质页岩、粉砂岩、石灰岩、煤层所组成。

山西组—下石盒子组沉积时期，形成了一套滨海碎屑岩地层。其中，山西组主要由陆相沉积的砂岩、页岩、黏土岩组成，夹有多层近海泥炭沼泽所组成的煤层，是华北盆地重要的成煤期；下石盒子组为一套黄绿色、灰绿色砂岩、页岩、粉砂岩、砂质泥岩互层，夹有不可采煤层的、以陆相为主的碎屑岩沉积。

上石盒子组—石千峰组沉积时期，从北向南，岩性逐渐变细，从含砾砂岩和粗砂岩为主过渡为泥岩、粉砂岩和中细砂岩为主。上石盒子组为一套黄绿色、紫红色砂岩、粉砂岩、砂砾岩、泥岩互层的碎屑岩沉积，煤层主要出现在南部淮南地区；石千峰组为一套含有紫红色、灰紫色泥岩、砂岩、淡水泥灰岩（淡水灰岩）和少量石膏的河流湖泊相沉积，全区基本不含煤层。

早中三叠世部分地区抬升剥蚀，但研究区基本延续了晚古生代的构造性质和古地理轮廓，海水从南东方向完全退出。主要发育陆相沉积，呈现出西部分布连片、东部分布零星的特点。中、下三叠统主要分布于西南部的临清、东濮凹陷及西北侧的冀中、黄骅坳陷，为一套河湖相紫红色泥、砂岩。

晚三叠世，印支运动造成渤海湾盆地缺失上三叠统。

图1-3-48 石炭系—二叠系演化示意图（年代地层格架）

年代地层剖面（图1-3-48）反映出，石炭纪中后期，在经过长时间的剥蚀后，华北再一次沉降并接受沉积，海侵首次出现在徐淮地区和辽东-唐山地区，在这些地区沉积了最早的本溪组。后随着海侵的扩大，逐步扩展到华北南部、北部和东部。太原组、山西组、石盒子组的顶、底界线，总的趋势是由北向南、由东向西逐渐抬高，时代由老渐新。其中的标志层及煤层等，也同步穿时变化。

上述穿时特征反映出，本溪组沉积时期海侵最先在渤海湾盆地开始，此后向西部、南部扩展，反映了盆地基底呈向东开口的箕状形态，继承了早古生代晚期的盆地基底形态。太原组开始，盆地南部成为海侵发源地和归宿处，盆地基底呈南倾态式。