冀中坳陷束鹿凹陷古近系沙河街組三段泥灰?guī)r的成因

冀中坳陷束鹿凹陷古近系沙河街組三段泥灰?guī)r的成因

蜀魯坍塌位于太行山山頂南部。它是在古代邊界的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，從北到東，呈東西走向，西起東。東南以新河大斷裂為界,西至寧晉凸起,北與深縣凹陷相接,勘探面積700km沙河街組三段下部(簡稱沙三下)沉積過程中,凹陷東、南、西3面均被碳酸鹽巖隆起區(qū)所包圍,這3個(gè)方向的古生界碳酸鹽巖隆起區(qū)成為束鹿凹陷的主要物源區(qū),在中部洼槽沉積了厚度不同的碳酸鹽巖質(zhì)礫巖、砂巖、泥灰?guī)r及泥晶灰?guī)r,不同期的礫巖體相互疊置幾乎覆蓋了整個(gè)凹陷。束鹿凹陷礫巖、泥灰?guī)r主要發(fā)育在中部洼槽及其周邊,分布廣,環(huán)束鹿中部洼槽分布范圍超過200km1儲(chǔ)灰?guī)r及“泥灰?guī)r”特征沙三下沉積物總體上以陸源碎屑為主,但也有盆內(nèi)形成的化學(xué)沉積物,按照粒級(jí)劃分有粗(礫級(jí))、中(砂級(jí))、細(xì)(泥級(jí))3大類。在現(xiàn)場地質(zhì)錄井時(shí),(角)礫巖和鈣質(zhì)砂巖易于分辨,很容易定名;由于受現(xiàn)場分析化驗(yàn)條件和地質(zhì)認(rèn)識(shí)的限制,對泥級(jí)沉積物如泥灰?guī)r、油頁巖、鈣質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥巖等難以進(jìn)一步區(qū)分,將其籠統(tǒng)稱之泥灰?guī)r類。研究區(qū)的巖石類型以厚層塊狀砂礫巖和紋層狀“泥灰?guī)r”為主。在縱向剖面上,巖石組合有4種構(gòu)型(圖3):A全部由砂礫巖組成;B下部為厚層砂礫巖,上部為“泥灰?guī)r”;C薄層砂礫巖與塊狀“泥灰?guī)r”組成韻律沉積;D全部由泥灰?guī)r組成。東部地層位于新河斷裂下降盤,受構(gòu)造影響,地勢陡,以A、C、D類巖石組合為主,在臺(tái)家莊北東(晉403-晉404井)方向早期是巨厚的碎屑流沉積(巖石組合A),晚期發(fā)育巖石組合C;臺(tái)家莊以南、荊丘(晉古12-晉古13井)以北處于深湖洼槽中,以巖石組合D為主。在西部緩坡帶,受湖平面升降影響,以B、C、D類巖石組合為主。由沉積早期—中期—晚期,西側(cè)近物源一帶,分別為A、C、D類巖石組合;遠(yuǎn)物源(近洼槽)一帶,B類巖石為主。以上巖石類型中,砂礫巖中礫石成分主要是碳酸鹽巖巖屑,填隙物為砂、粉砂或泥級(jí)的碳酸鹽巖巖屑和少量灰泥,成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低。砂礫巖主要是重力流成因,其特征非常明顯,在巖心觀察中,砂、礫巖主要是塊狀層,少量粒序?qū)?正粒序或反粒序),具滑塌變形構(gòu)造,很少見到牽引流形成的沉積構(gòu)造,易于分辨,在此不作贅述。而所謂的“泥灰?guī)r”,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),有以下幾方面的特征:1)都是細(xì)粒的泥級(jí)物質(zhì),巖心、錄井上用肉眼不易區(qū)分(圖4);2)巖心觀察中可見大量發(fā)育的水平層理(圖4-1,4-2),有時(shí)夾砂質(zhì)條帶(圖4-3),指示較安靜的水體環(huán)境;3)變形構(gòu)造發(fā)育(圖4-2),說明沉積時(shí)受構(gòu)造影響具有一定的坡度,灰質(zhì)重,滴鹽酸強(qiáng)烈起泡;4)通過薄片觀察發(fā)現(xiàn),其巖石組成并非全部是原地沉積,而往往是以原地沉積(暗色泥質(zhì)、結(jié)晶很好的灰質(zhì))與陸源物質(zhì)(包括不同粒級(jí)的碳酸鹽巖巖屑、長石、石英等碎屑物質(zhì))以多種形式混合產(chǎn)出(圖5,后文將詳細(xì)敘述),較為符合混積巖或混合沉積(22.1碳酸鹽巖和陸源碎屑體系碳酸鹽與陸源碎屑的混合沉積,無論是在現(xiàn)代還是古代沉積中都頗為常見。從陸地到海洋、從淺水到深水都有廣泛的分布,并且受雙重機(jī)制制約,具有復(fù)雜的沉積模式,因而其研究難度比單一的碳酸鹽巖或陸源碎屑沉積體系更大。在陸相混合體系中,湖泊中最為多見,也最有意義(首次明確提出“混合沉積物”(mixedsediments)這一概念,提出了4種混合沉積物的成因類型。2.2混積巖類型及沉積作用由于不同環(huán)境中混合沉積物的特點(diǎn)及分布方式差異極大,因而識(shí)別混合沉積的環(huán)境背景、確定混合沉積類型極為重要。綜合前人對混積巖的研究成果,先將研究區(qū)混積巖分為3大類混合沉積類型,再對每一亞類采用“結(jié)構(gòu)—成分”命名法命名。研究區(qū)主要存在受母源影響的混合沉積作用,表現(xiàn)為3種混合沉積類型:①結(jié)構(gòu)混合沉積(狹義的混積巖),指碳酸鹽巖中含10%～50%的陸源碎屑(或碎屑巖中含10%～50%的碳酸鹽);②互層混合沉積,指碎屑巖與碳酸鹽巖互層;③夾層混合沉積,主要是巨厚的碳酸鹽質(zhì)砂礫巖夾①或②的混合沉積。2.2.1沉積相與組分以陸源組分為主的混源沉積主要有灰質(zhì)泥巖、灰質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)砂巖?；屹|(zhì)泥巖:以富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)為主,泥質(zhì)含量大于50%,其次為陸源泥級(jí)碳酸鹽巖碎屑(其成分主要為方解石),少量石英、長石等陸源碎屑,偶見微球粒狀黃鐵礦不均一分布(圖5-1)?；屹|(zhì)粉砂巖:由石英、長石、碳酸鹽巖巖屑等陸源碎屑構(gòu)成巖石的主要組分,碎屑顆粒分選好,棱角—次棱角狀,其孔隙被方解石充填,巖石較致密,偶見被石油充填的構(gòu)造微裂隙(圖5-2)?；屹|(zhì)不等粒砂巖:主要是富基質(zhì)的碎屑流沉積,巖石組分主要為大小不等的碳酸鹽巖巖屑,少量石英、長石及變質(zhì)巖巖屑,顆粒次棱—棱角狀,分選差,填隙物主要為泥級(jí)碳酸鹽巖碎屑(其成分主要為方解石)(圖5-3)。以內(nèi)源組分為主的混源沉積這類巖石主要是含陸屑泥晶灰?guī)r及泥晶灰?guī)r(圖5-4),組分中以原地沉積的泥晶方解石為主,僅有少量陸源石英、長石及粘土礦物等組分。它們主要出現(xiàn)在半深湖—深湖環(huán)境中,離物源較近或陸源物質(zhì)供應(yīng)充足時(shí),以含陸屑泥晶灰?guī)r為主;反之,則為泥晶灰?guī)r。這種沉積物的形成一方面是因?yàn)楹此w是碳酸鈣的飽和溶液,湖水呈微咸性;另一方面,陸源物質(zhì)的供應(yīng)減少,有利于結(jié)晶碳酸鹽巖形成。2.2.2巖石學(xué)界面層間縫這是本區(qū)最重要的沉積類型,該區(qū)所謂的紋層狀泥晶灰?guī)r即屬于這一類型。主要由灰質(zhì)泥巖或泥灰?guī)r與泥晶灰?guī)r組成明暗相間的條帶,有時(shí)含豐富的有機(jī)質(zhì)。由于受離物源區(qū)的遠(yuǎn)近、物源供應(yīng)的多少及所處部位的不同及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,互層出現(xiàn)的形式主要有4種:1)紋層界線平行或不平行,薄層暗色泥灰?guī)r與亮色泥晶灰?guī)r不等厚互層。該沉積表明陸源物質(zhì)少,以碳酸鹽巖清水沉積為主,在靜水環(huán)境中形成(圖5-5、5-6)。2)紋層界線平行,薄層含陸屑灰質(zhì)泥巖與含泥或不含泥的泥晶灰?guī)r互層。表明沉積時(shí)處于近岸深水區(qū)或陸源間歇供給充分的深水環(huán)境(圖5-7)。3)紋層界線清晰,且波狀起伏(圖5-8)。形成于坡度較陡的斜坡環(huán)境中,層狀沉積物還未固結(jié),就沿著斜坡滑動(dòng)變形,由于層與層之間物質(zhì)成分的差異,容易產(chǎn)生層間縫,在后期構(gòu)造應(yīng)力作用下,使之具有較好的滲濾空間。4)由下至上,為砂巖或粉砂巖與泥灰?guī)r或泥晶灰?guī)r形成具粒序變化的遞變層(相當(dāng)于遠(yuǎn)源濁積巖)所組成的韻律沉積(圖5-9,5-10)。2.2.3灰泥夾層混合沉積相在束鹿凹陷東北部陡斜坡,水進(jìn)晚期和高水位體系域發(fā)育時(shí)期,氣候逐漸變得干旱,沉積物供給減少,間歇性的短暫水流使得此區(qū)域形成大量重力流沉積夾少量灰泥夾層混合沉積。而且,灰泥本身也是結(jié)構(gòu)混合或互層混合的混合沉積,且經(jīng)常含大量有機(jī)質(zhì),可作為生油巖;重力流沉積可作為儲(chǔ)集層,形成良好的生儲(chǔ)蓋組合。3沉積相與沉積機(jī)理受物源區(qū)影響的混合沉積作用,可以出現(xiàn)在再旋回的碳酸鹽巖碎屑組成的沖積扇或河流環(huán)境中,也可以出現(xiàn)在坡腳,形成坡腳楔狀體(碎屑裙)或多期疊覆的席狀碎屑流礫巖體,或由細(xì)粒石英、長石、碳酸鹽巖屑等陸屑和泥晶灰?guī)r組成互層沉積。由于附近碳酸鹽巖遭受強(qiáng)烈剝蝕而提供碳酸鹽巖碎屑,這些碎屑往往堆積在間歇性活動(dòng)斷層的下降盤。物源主要來源于凹陷周邊下古生界碳酸鹽巖隆起區(qū)。由于隆起不斷上升以及盆地邊緣斷裂活動(dòng),來源于下古生界的灰?guī)r、白云巖碎屑,早期形成粗碎屑的深水重力流體系及重力流夾原地或異地灰泥沉積的混合體系,后期與細(xì)粒的陸源碳酸鹽巖巖屑、碎屑巖巖屑與原地沉積形成混合沉積。影響混合沉積的因素很多,也很復(fù)雜,并且在大多數(shù)的情況下都是互相影響、共同起作用的。通過研究,認(rèn)為影響該區(qū)混積巖的控制因素主要有3種。3.1影響混積巖分布的因素構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)控制著物源區(qū)和沉積區(qū)的分布和狀態(tài),對物源的供給量和供給方向有很大的影響;構(gòu)造作用也通過控制凹陷類型和形態(tài)等來控制混合沉積。凹陷在構(gòu)造作用下沉降速率與沉積速率的配置也明顯地影響混合沉積。研究區(qū)的構(gòu)造作用強(qiáng)烈影響著混積巖的分布。在低水位體系域沉積時(shí)期,湖盆受東部邊界斷層、西部大斷裂的控制,水下坡度大,水體較深,不利于結(jié)晶碳酸鹽巖生成,因此混合沉積不太發(fā)育,而以重力流沉積為主。水進(jìn)期,凹陷西部由于水下地形相對平緩,水體相對淺,鹽度低,有利于結(jié)晶碳酸鹽巖生成,故西部的混積巖比東北部發(fā)育。水進(jìn)晚期及高水位期,構(gòu)造沉降不明顯,湖面變化不大,只是經(jīng)過前期的充填,湖底更加平緩,而西部比東部地形有利,互層混合沉積仍較發(fā)育,東北部僅出現(xiàn)少量夾層混合沉積。東南部從一開始就既不同于東北部,亦不同于西部,一直處于構(gòu)造較高的部位,水體也相對閉塞,混合沉積發(fā)育,主要沉積以陸屑為主的混積巖及互層混合沉積。3.2荊丘地區(qū)半干旱氣候區(qū)氣候?qū)旌铣练e的控制主要是通過降雨量影響物源的供給以及水體的能量程度來實(shí)現(xiàn)的。研究區(qū)低水位期,由于周期性的洪水帶入大量陸源碎屑,沿湖盆陡坡注入湖中,氣候炎熱,湖面高頻漲落。在西斜坡,沉積物時(shí)而進(jìn)積,時(shí)而退積,形成席狀碎屑流堆積體,東部陡坡帶則由于快速注入來不及形成水道,以坡腳楔狀體——碎屑裙堆積在湖盆深槽中,順著湖盆軸向分布。水進(jìn)期—高水位期,氣候由半干旱向干旱轉(zhuǎn)變,物源供應(yīng)減少,西斜坡坡度減小,暴洪事件不能帶來粗粒的物質(zhì),而間歇期有利于結(jié)晶碳酸鹽巖的生成,形成混合沉積。到高水位期,氣候更加干燥,由于物源供給匱乏而不發(fā)育。即便在荊丘地區(qū)的淺湖環(huán)境,也有利于結(jié)晶碳酸鹽巖的形成,形成細(xì)碎屑與碳酸鹽混合沉積。通過對“泥灰?guī)r”段進(jìn)行有機(jī)地化指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn),“泥灰?guī)r”有機(jī)質(zhì)含量高(有機(jī)碳含量在1%～1.5%之間,平均1.2%),有機(jī)質(zhì)的輸入以高等植物所占比例高,姥植比高(大于1)且相變慢,γ臘烷含量低,表明沙三下沉積期水體相對穩(wěn)定,氣候炎熱,蒸發(fā)量大于注入量,屬半干旱氣候,淡水—微咸水、偏咸性條件下的弱還原—