大楊樹盆地北部九峰山組巖相古地理特征及演化

崔秀琦，孫蓓蕾，樊金云，李 彬，柳玉潔，王志民，賈宏偉

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局109勘探隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾021000）

0 引言

巖相古地理研究對(duì)油氣及煤炭資源的勘探開發(fā)起重要作用，其分布特征同時(shí)影響資源的平面分布特征［1-9］.大慶勘探區(qū)外圍中—新生代斷陷盆地油氣地質(zhì)條件研究結(jié)果表明，大楊樹盆地具有良好的油氣勘探遠(yuǎn)景［3］，金成志通過(guò)盆地計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)計(jì)算大楊樹盆地?zé)N源巖的排烴量，提出大楊樹盆地是最有利的油氣勘探區(qū)域［4］；大楊樹盆地南部的深井鉆探及地震證實(shí)盆地內(nèi)具有豐富油氣資源；郄瑞卿分析大楊樹盆地地層格架、與松遼盆地之間關(guān)系，發(fā)現(xiàn)九峰山組具有較厚的烴源巖層，是大慶勘探區(qū)外圍值得關(guān)注的勘探區(qū)域之一［3］.大楊樹盆地野外考察發(fā)現(xiàn)盆地南部的霍爾奇地區(qū)見(jiàn)有油頁(yè)巖出露，表明盆地內(nèi)部富含烴源巖，具可勘探潛力.大楊樹盆地的煤炭勘探起步較早，20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)大楊樹—達(dá)爾濱富煤區(qū)域，野外勘探和鉆探結(jié)果表明，盆地內(nèi)部眾多凹陷區(qū)域有煤炭資源分布［5］.目前，與大楊樹盆地油氣和煤炭資源勘探關(guān)系密切的巖相古地理研究較為薄弱，難以確定有利勘探區(qū)域.劉廷海等研究大楊樹盆地九峰山組沉積體系，認(rèn)為九峰山組沉積相主要為湖沼相和沖積相，伴隨有火山溢流相和噴發(fā)相，九峰山組沉積時(shí)期盆內(nèi)蓄水湖泊面積相對(duì)較大，外圍發(fā)育沖積相沉積體系［6］.有關(guān)研究區(qū)系統(tǒng)的巖相古地理及沉積體系較為少見(jiàn)，根據(jù)沉積學(xué)理論［10-12］，結(jié)合野外實(shí)測(cè)剖面和煤田鉆孔數(shù)據(jù)等，分析單孔巖相和鉆孔剖面，研究大楊樹盆地九峰山組沉積相、巖相古地理特征及演化，為盆地內(nèi)煤炭與油氣資源的勘探選區(qū)提供依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大楊樹盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，西接大興安嶺，東與嫩江斷裂與松遼盆地緊鄰，面積達(dá)1.570 8×104km2，為一晚中生代時(shí)期形成的斷陷—凹陷型盆地［13］.中生代時(shí)期中國(guó)東北地區(qū)巖石圈處于不均勻伸展作用階段［14-18］，火山活動(dòng)較為頻繁，區(qū)域性伸展拉張作用在盆地內(nèi)部及邊緣位置形成一系列NNE向斷裂，控制盆地的發(fā)展和演化.早白堊世地質(zhì)演化歷史時(shí)期，大楊樹盆地經(jīng)受強(qiáng)烈的火山活動(dòng)及火山活動(dòng)間歇期的陸源碎屑充填，盆地內(nèi)部早白堊世自下而上發(fā)育龍江組、九峰山組和甘河組地層.九峰山組是該時(shí)期主要沉積地層，發(fā)育煤層及油頁(yè)巖層（見(jiàn)圖1）.

2 沉積體系識(shí)別與劃分

龍江組火山活動(dòng)后，大楊樹盆地在區(qū)域伸展拉張背景下伴隨熱衰減沉降，盆地整體下沉接受沉積［19］，九峰山組沉積時(shí)期盆地蓄水面積較大，外圍發(fā)育沖積相沉積體系［6］；同時(shí)伴隨局部區(qū)域間歇性弱火山活動(dòng)，表現(xiàn)為九峰山組陸源碎屑物沉積層夾有玄武巖透鏡體；結(jié)合鉆孔資料及野外實(shí)測(cè)剖面，九峰山組中最多可見(jiàn)4層火山巖，且火山活動(dòng)強(qiáng)度向北逐漸增強(qiáng).文中以九峰山組沉積巖段玄武巖及煤層分布特征為標(biāo)志，將九峰山組沉積巖系劃分為九峰山組上段與九峰山組下段，根據(jù)沉積特征、野外露頭、鉆孔資料等對(duì)研究區(qū)九峰山組沉積體系進(jìn)行識(shí)別［10-12，20-23］，識(shí)別出河流、溢流相玄武巖、沖積扇、沖積平原、三角洲平原與湖泊沉積體系；根據(jù)巖性組合、沉積巖層原生構(gòu)造、巖層垂向疊置關(guān)系等，識(shí)別出相應(yīng)的沉積微相［10-12］.

2.1 曲流河及溢流相玄武巖

曲流河發(fā)育廣泛的河漫灘沉積，且河道相對(duì)穩(wěn)定，大楊樹盆地發(fā)育曲流河沉積體系，野外考察于古里北部區(qū)域見(jiàn)沉積物以礫巖為主并夾粗砂巖的沉積序列組合，礫巖層底部具有沖刷痕跡和泥礫，粗砂巖呈塊狀構(gòu)造并見(jiàn)炭化植物枝干（見(jiàn)圖2（a）、（b））.該沉積具有典型的河道沉積特征；河道沉積層之上發(fā)育煤層，厚度穩(wěn)定，分布區(qū)域較局限（見(jiàn)圖2（c）），部分區(qū)域煤層相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖，綜合煤層下砂礫巖沉積特征，煤層發(fā)育在廢棄河道泥炭沼澤沉積體系；河漫灘沉積體系為一系列褐色、暗褐色砂巖、泥巖構(gòu)成，呈板狀延伸，平行層理發(fā)育，局部見(jiàn)板狀延伸的中砂巖夾層及沖刷痕跡（見(jiàn)圖2（d）、（e）），研究區(qū)內(nèi)河流體系發(fā)育于盆地邊緣位置.根據(jù)沉積特征及巖相組合識(shí)別出相應(yīng)的微相，野外實(shí)測(cè)沉積柱狀圖和沉積特征見(jiàn)圖3.九峰山組沉積時(shí)期盆地構(gòu)造條件相對(duì)穩(wěn)定，局部伴隨小規(guī)?；鹕交顒?dòng)，表現(xiàn)為煤層被灰黑色致密塊狀玄武巖透鏡體所覆蓋，但區(qū)域內(nèi)未見(jiàn)有火山爆發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的火山角礫巖和火山集塊巖，說(shuō)明該玄武巖屬于溢流相玄武巖，玄武巖厚度為0～7.5m（見(jiàn)圖2（c）、（d））.

2.2 沖積扇和沖積平原

沖積扇沉積以典型的重力碎屑流沉積為主，主要發(fā)育于盆地邊緣位置.研究區(qū)鉆孔所見(jiàn)沉積特征表現(xiàn)為雜色—灰白色巨厚層砂泥質(zhì)礫巖沉積，呈塊狀，層理不發(fā)育.直徑為5cm礫石較常見(jiàn)，最大約為9cm，顆粒支撐，砂泥質(zhì)膠結(jié)，并且向盆地內(nèi)部呈舌狀展布，礫巖層逐漸減薄，礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少（見(jiàn)圖4），分選性很差.根據(jù)沉積特征將沖積扇沉積體系劃分為扇中和扇端亞相，進(jìn)一步識(shí)別出泥石流、辮狀河道和漫流沉積微相，其沉積特征及沉積相見(jiàn)圖5（a）.沖積扇攜帶碎屑沉積物，在水流搬運(yùn)作用下至盆地內(nèi)部寬闊地帶，搬運(yùn)過(guò)程中形成一系列分帶，盆地內(nèi)部野外露頭見(jiàn)以砂礫巖沉積為主、顆粒支撐、砂質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié)，礫石呈次棱角狀，碎屑物具一定的磨圓程度，分選性較差（見(jiàn)圖6鉆孔0902和2113，圖2（f）），此處為沖積扇與沖積平原的過(guò)渡位置.水流攜帶沉積物搬運(yùn)至盆地內(nèi)部地勢(shì)較緩地帶，流速降低，該區(qū)沉積物以粗砂巖—細(xì)砂巖沉積為主，泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，并含有小礫石，砂巖分選度及磨圓度中等（見(jiàn)圖2（g）-（i），圖6鉆孔1101）.根據(jù)巖相組合可識(shí)別出辮狀水道及沼澤微相，辮狀水道主要由含礫砂巖、粗砂巖組成，發(fā)育板狀層理；沼澤微相為泥巖、細(xì)—粉砂巖沉積為主并發(fā)育煤層，該種沉積序列表明相應(yīng)區(qū)域發(fā)育沖積平原沉積體系，巖相組合見(jiàn)圖6單孔柱狀圖.

2.3 三角洲平原

三角洲平原與湖泊體系相伴而生，由河流與湖泊共同作用形成，大楊樹—達(dá)爾濱區(qū)域內(nèi)鉆孔巖性組合為以中砂—粉砂巖沉積為主，并夾有細(xì)礫巖和粗砂巖沉積的沉積組合（見(jiàn)圖6鉆孔66106和4513，圖5（c）），砂巖發(fā)育斜層理和板狀層理，砂巖中見(jiàn)炭化植物碎片（見(jiàn)圖2（j）、（l））.鉆孔巖性組合垂向上表現(xiàn)為多個(gè)正旋回沉積，具有三角洲平原沉積體系的特征.根據(jù)沉積特征，可識(shí)別出分流河道、分流間灣和沼澤微相（見(jiàn)圖5（c））.研究區(qū)內(nèi)分流河道類似于辮狀河河道沉積特征，為灰白色含礫粗砂巖、細(xì)礫巖，砂巖成分為石英、長(zhǎng)石和巖屑.礫石主要為火山巖碎屑和巖屑，泥質(zhì)膠結(jié)，含礫粗砂巖成熟度較低，磨圓度中等，單一巖層底部礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多，顯示一定的粒序?qū)永?細(xì)礫巖成分主要為火山巖及巖石顆粒，次棱角狀，不顯層理，分選度差；分流間灣沉積物顆粒較細(xì)，為粗—粉砂巖組合，巖性為灰色長(zhǎng)石石英雜砂巖，含少量火山巖巖屑，斜層理發(fā)育；沼澤微相為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層組合，水平層理發(fā)育，部分粉砂巖薄層中見(jiàn)砂紋層.研究區(qū)域內(nèi)九峰山組上段未見(jiàn)湖泊沉積體系，僅在三角洲平原沉積區(qū)域內(nèi)識(shí)別出2個(gè)蓄水凹陷區(qū)域，表現(xiàn)為厚層灰色泥巖及砂質(zhì)泥巖沉積組合，與沖積平原沉積特征極為相似.綜合劉廷海等對(duì)大楊樹盆地沉積模式的研究結(jié)果［6］，證明研究區(qū)域向南部發(fā)育湖泊沉積體系，九峰山組上段沉積末期湖泊體系整體向南退卻，三角洲平原廣泛發(fā)育.

2.4 湖泊

湖泊沉積以典型的厚層暗色泥巖和細(xì)碎屑物沉積組合為主，深湖相沉積砂巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，以暗色泥巖沉積為主.在大楊樹—達(dá)爾濱區(qū)域，根據(jù)鉆孔巖心特征，九峰山組下段巖相主要為粉砂質(zhì)泥巖與灰黑色泥巖組合，夾有砂巖薄層，泥巖及粉砂質(zhì)泥巖中見(jiàn)葉肢介化石；在古里東部（鉆孔0901、1101、1102）區(qū)域，九峰山組下段以泥巖、粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖沉積為主，泥巖厚度穩(wěn)定，呈塊狀，最底部以中礫巖沉積為主，具有較好的磨圓度，屬于湖泊底礫巖沉積.泥巖及粉砂巖發(fā)育砂紋層理及水平紋層表明，九峰山組沉積時(shí)期大楊樹—達(dá)爾濱和古里東側(cè)區(qū)域發(fā)育湖泊沉積體系.根據(jù)泥巖厚度及砂巖分布特征，可識(shí)別出濱淺湖和半深湖—深湖亞相及相應(yīng)的微相.濱湖沉積區(qū)域靠近湖岸地帶，砂巖具有較好的磨圓度和分選度，發(fā)育斜層理，以灰色、灰黑色細(xì)砂巖為主，夾粉砂巖和薄煤層；相比于濱湖沉積，淺湖沉積物顆粒較細(xì)，泥巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖薄層和泥巖沉積為主，發(fā)育波狀紋層（見(jiàn)圖2（k））；砂質(zhì)灘壩呈透鏡體狀分布于濱湖區(qū)域，受湖泊水位變化影響，灘壩上發(fā)育厚煤層，厚度在2.0m以上.半深湖—深湖沉積相以沉積巨厚層黑色—灰黑色泥巖，局部夾薄層粉砂巖為特征.泥巖呈塊狀，發(fā)育水平層理，泥巖厚度為15.0～60.0m.巖性組合見(jiàn)圖5（b）和圖6單孔柱狀圖.

3 巖相古地理特征及演化

3.1 九峰山組下段

早白堊世早期龍江組強(qiáng)烈火山活動(dòng)時(shí)期，盆地受斷層切割，形成拗隆相間的格局，并且拗陷區(qū)內(nèi)形成多個(gè)沉降中心，盆地整體沉積格局基本確定［3-4］.火山活動(dòng)結(jié)束后，大楊樹盆地進(jìn)入火山活動(dòng)間歇期和穩(wěn)定陸源碎屑物充填階段，盆地處于熱冷卻沉降階段，整體下沉速度較快，沉降速率大于碎屑物充填速率，盆地內(nèi)部水域面積擴(kuò)大，湖泊體系發(fā)育，所聚集的煤層分布區(qū)域有限，厚度較薄.研究區(qū)主要形成2個(gè)湖泊沉積區(qū)域，即大楊樹—達(dá)爾濱與古里東側(cè)湖泊沉積區(qū)，古地理特征表現(xiàn)為：大楊樹—達(dá)爾濱地區(qū)70266鉆孔底部厚層泥巖中見(jiàn)葉肢介化石，以湖泊沉積體系為主；北部古里凹陷區(qū)在九峰山組下段沉積早期也發(fā)育湖泊沉積體系.湖泊外圍發(fā)育三角洲平原，沖積平原的發(fā)育與河流及沖積扇的發(fā)育關(guān)系較密切，其分布區(qū)域主要位于古里凹陷區(qū)域北部及馬尾山—春林溝含煤區(qū)域南部及大楊樹—達(dá)爾濱含煤區(qū)域東側(cè).九峰山組下段沖積扇的發(fā)育區(qū)域僅見(jiàn)于達(dá)爾濱東部的盆地邊緣，以粗碎屑重力流沉積為主.河流沉積體系在0912與0904區(qū)域有分布，其巖相古地理分布見(jiàn)圖7.

3.2 九峰山組上段

大楊樹盆地九峰山組屬于陸內(nèi)火山活動(dòng)間歇期的陸源碎屑沉積地層，分析野外地質(zhì)剖面及鉆孔資料，九峰山組沉積時(shí)期自南向北火山活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，北部火山巖層厚度較厚（見(jiàn)圖8），火山巖充填盆地內(nèi)部凹陷區(qū)域，火山活動(dòng)改變區(qū)域地貌變化，對(duì)盆地古地理演化起重要作用.

九峰山組下段火山活動(dòng)結(jié)束之后，古里區(qū)域較頻繁的火山活動(dòng)使區(qū)域內(nèi)湖泊沉積體系基本消失，取而代之的是以沖積平原為主的水上陸源碎屑沉積.由于盆地整體下沉速度開始變緩，陸源碎屑物及火山巖的充填使盆地內(nèi)部沉降與充填速率達(dá)到平衡；同時(shí)西側(cè)大興安嶺處于快速隆升時(shí)期，區(qū)域性的隆升—沉降機(jī)制擴(kuò)大盆地內(nèi)部的碎屑物充填區(qū)域，物源主要來(lái)自盆地兩側(cè)的隆起區(qū)域（見(jiàn)圖9）.在此構(gòu)造背景下，九峰山組上段沉積疊置于下段沉積之上，發(fā)育沖積扇、三角洲平原、沖積平原和河流沉積體系.該時(shí)期也是九峰山組最主要的聚煤時(shí)期，古地理分布特征為：位于盆地邊緣的剝蝕區(qū)域發(fā)育沖積扇沉積體系，主要分布于烏如布鐵—朝陽(yáng)村站—一棵松東部—紅彥鎮(zhèn)一線區(qū)域.由于受到間歇性的火山活動(dòng)及盆地內(nèi)部沉積物質(zhì)的充填，古里凹陷區(qū)域由湖泊沉積體系轉(zhuǎn)變?yōu)闆_積平原，九峰山組上段沉積時(shí)期，馬尾山—春林溝含煤盆地區(qū)域以下段沖積相沉積為基底，發(fā)育湖泊沉積體系；九峰山組上段沉積末期，湖泊沉積體系逐漸被沖積相沉積體系取代.大楊樹—達(dá)爾濱地區(qū)湖泊沉積體系逐漸縮小，表現(xiàn)為三角洲相發(fā)育于湖泊相沉積體系之上（見(jiàn)圖10）.沉積序列和古地理格局表明，受區(qū)域構(gòu)造影響，大楊樹—達(dá)爾濱區(qū)域九峰山組沉積時(shí)期湖泊沉積體系向南部退卻，取而代之的是大面積的三角洲平原沉積體系，如66101、70-9區(qū)域（見(jiàn)圖9）.

4 結(jié)束語(yǔ)

分析大楊樹盆地研究區(qū)域內(nèi)九峰山組巖相古地理特征及演化，表明該區(qū)下段沉積時(shí)期湖泊體系較發(fā)育，三角洲平原、沖積平原分布范圍較局限，物源主要來(lái)自盆地北部與東側(cè)的隆起區(qū)域；上段沉積時(shí)期，受火山活動(dòng)及區(qū)域性沉降機(jī)制影響，早期馬尾山—春林溝區(qū)域經(jīng)歷短暫的湖泊沉積，末期被沖積相體系所取代，大楊樹—達(dá)爾濱區(qū)域湖泊體系發(fā)生萎縮并向南退卻，三角洲平原與沖積平原沉積大面積發(fā)育，造就九峰山組最主要的聚煤時(shí)期.該時(shí)期盆地物源主要來(lái)自盆地兩側(cè)隆起區(qū)域.

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