華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理分析

董俊昌 （中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

陳慶春 （中石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東 臨邑251507）

牟乃夏 （山東科技大學測繪科學與工程學院，山東 青島266590）

林玉祥，李 燕，遲小燕 孫維鳳，張 璐 （山東科技大學地質科學與工程學院，山東 青島266590）

華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理分析

董俊昌 （中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

陳慶春 （中石化勝利油田分公司臨盤采油廠，山東 臨邑251507）

牟乃夏 （山東科技大學測繪科學與工程學院，山東 青島266590）

林玉祥，李 燕，遲小燕 孫維鳳，張 璐 （山東科技大學地質科學與工程學院，山東 青島266590）

以層序地層學理論為指導，根據野外露頭和鉆井資料，建立了華北地區(qū)龍王廟期層序地層格架，并在等時地層格架內對巖相古地理特征進行了詳細分析，指出龍王廟階地層以雜色云泥巖、泥云巖、白云巖、頁巖和灰?guī)r為主，認為該期地層具有明顯的南北厚中間薄、東厚西薄的特點，且研究區(qū)東北部和東南部是當時的沉積沉降中心，沉積厚度較大。研究發(fā)現，該期沉積相類型主要有陸棚相和潮坪相 （泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪），華北地臺東南部和東側郯廬斷裂附近基底沉降較為強烈，發(fā)育陸棚相沉積，其余大部分地區(qū)廣泛發(fā)育潮坪，尤以泥坪相最為發(fā)育。值得指出的是，華北地區(qū)龍王廟期石家莊－濟南一帶發(fā)育云坪沉積，形成了優(yōu)質白云巖儲層發(fā)育區(qū)。

華北地區(qū)；龍王廟期；巖相古地理；優(yōu)質儲層

對華北地區(qū)下古生界海相碳酸鹽巖的研究早在20世紀80年代就做了大量工作，關士聰等［1］在研究中國海陸變遷海域沉積相與油氣時，編制了中國早寒武世海陸分布及海域沉積相圖。馮增昭等［2］采用單因素綜合分析作圖法編制了華北地塊寒武紀巖相古地理圖。前人對華北地區(qū)寒武紀巖相古地理的研究大多是以巖石地層為單位，等時性地層單元的研究相對薄弱。筆者研究時將對研究區(qū)地層進行年代地層劃分，并在等時地層格架內進行巖相古地理研究。由于油氣的生成及分布與巖相古地理密切相關，因此華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理的研究，對于指導油氣勘探具有重要的理論意義和實際應用價值。

1 地質背景

研究區(qū)范圍為華北陸塊東部，南至欒川－信陽斷裂，西至鄂爾多斯盆地東緣離石斷裂，東至郯廬斷裂帶和陸地國界，北至華北地臺北緣，面積約80×104km2，包括北京、天津、河北、山東、河南北部、安徽北部、山西、遼寧西部及渤海海域。

華北地臺在前古生代經歷了3個演化階段：①太古宙陸核形成期，由小的陸塊拼合形成較大的陸核，太古宙末的阜平運動擴大了結晶基底的范圍，形成太古宙陸核［3］。②古元古代華北陸塊的初步形成時期，由地體或地塊拼合形成聯(lián)合地塊，古元古代末，經呂梁運動的碰撞、拼合，形成統(tǒng)一的華北陸塊。③中新元古代拉張環(huán)境下的蓋層形成期，在準穩(wěn)定狀態(tài)下形成長城紀、薊縣紀和青白口紀沉積地層。震旦紀末受少林運動的影響，華北地區(qū)整體抬升剝蝕，形成地勢高差小、穩(wěn)定而平緩的泛大陸。

華北地區(qū)在早寒武世早期是古陸，沒有接受沉積，直到滄浪鋪期開始了古生代以來的第一次海侵，海水從華北的南部和東北部侵入，在南部豫淮地區(qū)和東北部地區(qū)接受沉積，沉積地層具有典型被動大陸邊緣的層序特征和演化序列。滄浪鋪期沉積末期，華北地臺整體抬升，但是各地的抬升幅度大小不一，導致北部地區(qū)形成了短暫的沉積間斷。在此背景上，沉積了龍王廟期地層。

2 地層發(fā)育特征

2.1 地層劃分

2.1.1 巖石地層劃分

以魯中南地區(qū)為例，該時期地層包括朱砂洞組上部和饅頭組下部 （表1）。朱砂洞組整合在李官組之上、饅頭組之下，其巖性特征是下部為淺紅色含燧石薄層泥灰?guī)r，中部為泥質灰?guī)r、粉砂質泥灰?guī)r夾頁巖，上部為深紅色 （含云斑）灰?guī)r，頂部為淺紅色中厚層灰?guī)r、粉砂質泥灰?guī)r夾頁巖。饅頭組大多數情況下以紫紅色片狀頁巖、粉砂質頁巖和泥巖為主，但常夾有厚度不定的各種灰?guī)r、含生物碎屑鮞?；?guī)r、藻灰?guī)r、泥云巖、白云巖、砂巖、粉砂巖等。

2.1.2 生物地層與年代地層劃分

華北地區(qū)寒武紀地層中含有豐富的三葉蟲化石，各個地區(qū)所含的化石種類不同，龍王廟期共建4個化石帶 （表2）。根據三葉蟲的時代屬性，Redlichia Chinensis帶、Redlichia murakamii、Yaojiayuella帶和Tingyuania帶，其地質時代主要屬早寒武世龍王廟期。

2.1.3 層序地層劃分

通過對研究區(qū)野外露頭剖面和鉆井巖心觀察，龍王廟階層序界面主要表現為渣狀層、沖刷侵蝕面、最大海泛面、超覆面和巖性、巖相轉換面等，其中對層序劃分起決定作用的為最大海泛面和巖性、巖相轉換面。研究區(qū)龍王廟階最大海泛期產物主要為含磷泥晶灰?guī)r、薄板狀泥灰?guī)r或生物化石密集層。巖性、巖相轉換面主要表現為頁巖與泥晶灰?guī)r、泥粉晶白云巖與頁巖和云泥巖與頁巖等組成的轉換界面（見表1）。以地層學、沉積學、古生物學、層序地層學理論為指導，根據古生物組合 （表2）、層序界面和巖性特征，對地層進行年代地層劃分，建立龍王廟階等時地層格架 （圖1）?？紤]到華北地區(qū)寒武系沉積演化的一致性，干旱、潮濕氣候變化所導致巖層氧化和還原色的變化應具有等時性特征，這個特征也可作為地層劃分的重要依據［4］。

圖1 華北地區(qū)龍王廟期地層多重劃分對比圖

綜上所述，龍王廟期地層以雜色云泥巖、泥云巖、白云巖、頁巖和灰?guī)r互層為特征，底以雜色頁巖或泥云巖出現劃界，頂以灰?guī)r或白云巖結束、大套紫紅色頁巖出現劃界 （圖2）。

2.2 地層展布

龍王廟期海侵到達河北省和山西省的南部，只有山西的中部和北部當時處于隆起剝蝕狀態(tài)，沒有接受沉積。地層厚度具有明顯的南北厚中間薄，東厚西薄的特點，東南部合肥盆地的沉積厚度最大超過300m，東北部有2個沉積中心，分別位于沈陽和大連附近，沉積厚度都超過180m （圖3）。在邯鄲－濟南一帶，等值線比較寬緩，厚度較小，該區(qū)滄浪鋪期沒有接受沉積，龍王廟期海水首次侵入，以紫紅色頁巖、灰黃色泥晶白云巖沉積為主，當時應該屬于水下隆起區(qū)。自東南、東北向古陸方向地層厚度逐漸減小，遠離古陸的方向地層厚度逐漸增大。從以上特點分析可以看出，該時期的古地理格局，具有 “南北低中間高”的特點。邯鄲－濟南一帶龍王廟期為水下高地；華北的東北部和南部的合肥盆地是龍王廟期的沉積沉降中心，沉積厚度最大，在東北部的沉積中心內有局部隆起。

3 沉積相

利用野外剖面、鉆井、測井等資料，根據沉積巖的巖石類型、結構及沉積構造特點，識別出華北地區(qū)龍王廟期的沉積相類型有潮坪相和淺海陸棚相兩種 （圖4）。潮坪相帶分布范圍極廣，依據巖性特征可將潮坪相進一步細分為泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪。

3.1 沉積相類型

3.1.1 潮坪相

潮坪相沿古陸邊緣分布，介質能量主要來自間歇性的潮汐作用。此帶海水極淺，有時暴露，蒸發(fā)作用強，鹽度高，不宜于生物繁殖，常接受來自古陸剝蝕區(qū)的陸源砂、泥物質，藻席普遍發(fā)育。常見波痕、泥裂、鳥眼構造等暴露構造，是潮坪相的重要鑒別標志。

泥坪主要發(fā)育在海侵擴大時的古陸邊緣，含陸源碎屑巖比例較高，可占地層厚度的60%以上，巖石類型主要為泥巖、頁巖，夾有泥灰?guī)r，甚至灰?guī)r。云坪形成于干旱炎熱氣候條件，巖性特征為準同生白云巖占60%以上，夾少量泥頁巖、泥質灰?guī)r、云斑灰?guī)r。泥灰坪的主要巖性是泥灰?guī)r、泥質條帶－泥紋泥晶灰?guī)r。灰坪主要為由中－厚層泥晶灰?guī)r、藻紋層灰?guī)r組成的較純碳酸鹽潮坪沉積。

圖2 龍王廟期地層對比圖

圖3 華北地區(qū)龍王廟期地層等厚圖

圖4 華北地區(qū)龍王廟期巖相古地理圖

3.1.2 淺海陸棚相

淺海陸棚相沉積物通常有泥巖、泥質條帶灰?guī)r，夾薄層泥晶灰?guī)r，有時夾有粉砂巖。廣泛的生物擾動、潛穴、結核狀和脈狀層是陸棚沉積中的典型構造［5］。

3.2 沉積相展布

龍王廟期海侵進一步加大，華北絕大部分地區(qū)被海水淹沒接受沉積，只有山西的中部和北部海水一直未達到 （圖4），沒有接受沉積，被稱為呂梁古陸［6］。呂梁古陸遭受強烈的剝蝕，使其接近準平原，向東部古海域中提供了大量的泥和粉砂等細粒物質。龍王廟期的呂梁古陸是滄浪鋪期的延續(xù)，但是面積已經大為縮小。

泥坪廣泛發(fā)育是龍王廟期古地理的主要特征之一，在華北南部圍繞呂梁古陸一帶和華北北部均有大面積的泥坪分布 （圖4），主要巖石類型為紫紅色泥巖、頁巖、夾有泥灰?guī)r及白云質灰?guī)r，具有波痕、石鹽假晶、帳篷構造等沉積構造。

云坪分布局限，主要分布于石家莊－濟南一帶和研究區(qū)北部，巖石類型主要為泥質白云巖、泥晶白云巖及泥巖、云泥巖，呈薄層狀、藻紋層狀，其中準同生白云巖含量超過60%。

灰坪主要分布于鄭州－濰坊－滄州一帶和沈陽以東地區(qū)，主要以灰色中厚層微晶灰?guī)r、灰黃色薄層微晶灰?guī)r為主，夾少量紫紅色頁巖、泥灰?guī)r、白云巖。泥灰坪圍繞灰坪呈S形分布，巖性以紫色、黃色薄層泥灰?guī)r、灰色白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r夾棕紅色頁巖為主。

華北地臺邊緣基底強烈沉降，水體較深，在華北東南部和郯廬斷裂附近發(fā)育陸棚相沉積，主要巖石類型為鈣質頁巖、瘤狀灰?guī)r、泥質條帶灰?guī)r夾海綠石灰?guī)r。

整體來看，研究區(qū)東南部和郯廬斷裂帶附近水體最深，發(fā)育淺海陸棚環(huán)境，中部水體較深，主要為泥灰坪、灰坪沉積環(huán)境，西側和北側水體最淺，泥巖、白云巖較為發(fā)育，主要為泥質潮坪環(huán)境。

4 沉積環(huán)境對儲層的控制作用

對華北東部地區(qū)下古生界碳酸鹽巖的不同巖性孔隙度和滲透率的研究表明，白云巖的孔、滲性最好，是優(yōu)質儲層［7，8］。白云巖型儲層的孔隙類型主要為晶間孔、溶蝕孔隙和裂縫，脆性通常比石灰?guī)r大，容易形成裂縫，且常具有粉晶至細晶結構，晶間孔發(fā)育。

華北地區(qū)龍王廟期白云巖主要分布在石家莊－濟南一帶，主要以含燧石條帶白云巖、泥質泥晶白云巖為主。龍王廟期河北石家莊東方嶺地區(qū)白云巖厚度為17.5m，白云巖厚度百分率為66.5%；山東濟南長清地區(qū)白云巖厚度達88.74m，白云巖厚度百分率為63.8%。

白云巖的分布受沉積環(huán)境的控制，云坪環(huán)境地勢平緩，水體較淺，氣候干旱炎熱，蒸發(fā)作用強，有利于泥晶、粉晶白云巖的沉積，準同生白云巖達60%以上，因此云坪是白云巖儲層發(fā)育的有利相帶。

綜合白云巖的厚度和有利形成環(huán)境，預測石家莊－濟南一帶為優(yōu)質白云巖儲層發(fā)育區(qū)。

5 結 論

1）根據層序地層研究成果，建立了華北地區(qū)龍王廟階等時地層格架，龍王廟期沉積地層具有南北厚中間薄，東厚西薄的特點，華北地區(qū)東北部和東南部是當時的沉降沉積中心，沉積厚度較大。

2）華北地區(qū)龍王廟期的沉積相類型有陸棚相和潮坪相 （泥坪、云坪、泥灰坪和灰坪），泥坪廣泛發(fā)育是該期巖相古地理的重要特征之一。華北地臺邊緣基底沉降強烈，在華北的東南部和東部郯廬斷裂附近發(fā)育陸棚相沉積。

3）華北地區(qū)龍王廟期的儲層類型為白云巖儲層，綜合白云巖的有利形成環(huán)境和白云巖厚度，預測石家莊－濟南一帶為優(yōu)質白云巖儲層發(fā)育區(qū)。

［1］關士聰.中國海陸變遷海域沉積相與油氣 ［M］.北京：科學出版社，1984.35～38.

［2］馮增昭.華北地區(qū)早古生代巖相古地理 ［M］.北京：地質出版社，1990.31～33.

［3］牛樹銀，孫愛群，張建珍.華北古陸的形成與構造演化 ［J］.地學前緣，1997，4（3－4）：291～298.

［4］祝有海，馬麗芳.華北地區(qū)下寒武統(tǒng)的劃分對比及其沉積演化 ［J］.地質評論，2008，54（6）：731～739.

［5］姜在興.沉積學 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.421～426.

［6］郭緒杰，焦貴浩，馬天泉，等.華北古生界石油地質 ［M］.北京：地質出版社，2002.65～66.

［7］楊賞，焦養(yǎng)泉，吳立群，等.華北東部冶里組和亮甲山組白云巖型儲層分析與預測 ［J］.地質科技情報，2007，26（5）：61～66.

［8］徐輝.華北地區(qū)下古生界白云巖類型與儲集性 ［J］.石油實驗地質，1992，14（1）：68～77.

Analysis on Lithofacies Palaeogeography at Longwangmiao Stage in North China

DONG Jun－chang，CHEN Qing－chun，MU Nai－xia，LIN Yu－xiang，LI Yan，CHI Xiao－yan，SUN Wei－feng，ZHANG Lu（First Author's Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing100083，China）

Under the guidance of sequence stratigraphic theory and based on outcrops and well drilling data，the sequence stratigraphic framework at Longwangmiao Stage in North China was established，the lithofacies palaeogeographic characters within isochronous stratigraphic framework were analyzed in detail.It was pointed out that during the period there were mainly variegated dolomitic mudstone，argillaceous dolomite，dolomite，shale and limestone，and strata were obviously thicker in the north and south；and thinner in the middle and thicker in the east while thinner in the west.The sedimentary settlement center was in the northeast and southeast of the studied area，where it was the thickest position of deposition.According to the research，there are mainly two kinds of sedimentary facies in the period，such as the shallow continental shelf and tidal flat.Because the areas nearby the Tanlu Fault is subsided more intensively in the southeast and the east of North China platform，continental shelf facies is mostly developed.Tidal flat facies is mostly developed in the rest of areas，especially the mud flat is developed.It is worth to point out that dolomite flat deposits are developed in Shijiazhuang－Jinan Area，where high－quality dolomite reservoirs are developed.

North China；Longwangmiao Stage；lithofacies palaeogeography；good quality reservoir

TE121.3

A

1000－9752 （2012）03－0016－05

2011－11－15

國家油氣重大專項 （2008ZX05004－003）；國家自然科學基金項目 （41172108）。

董俊昌 （1962－），男，1986年中國石油大學 （華東）畢業(yè)，高級工程師，現主要從事油田開發(fā)地質研究工作。

［編輯］ 宋換新