河北寬城地區(qū)洪水莊組巖石特征及沉積環(huán)境

汪凱明，羅順社

(1.中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京 210011;2.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

燕山地區(qū)是我國中、新元古界發(fā)育最為完整的地區(qū)，在太古界變質巖基底之上，沉積了巨厚而橫向上穩(wěn)定的海相碳酸鹽巖夾碎屑巖地層，總厚度9000余米，其中以著名的薊縣剖面最為代表性。華北地區(qū)的中、新元古界自下而上劃分為長城系、薊縣系和青白口系，其中長城系高于莊組(Chg)碳酸鹽巖、薊縣系霧迷山組(Jxw)碳酸鹽巖、洪水莊組(Jxh)頁巖、鐵嶺組(Jxt)頁巖、青白口系下馬嶺組(Qnx)頁巖均含有一定豐度的有機質，且在縱向上形成多個有利的生、儲、蓋組合，總體上具有生烴、成藏的石油地質條件。同時，在華北地區(qū)的中、新元古界中已發(fā)現(xiàn)了多處油苗、瀝青顯示，僅在冀北坳陷就發(fā)現(xiàn)了98處油苗點［1-12］，油氣勘探潛力較大。

1 區(qū)域地質概況

圖1 燕山地區(qū)洪水莊組地層等厚圖(據(jù)文獻［12-15］，有修改)Fig.1 Isopach map of the Hongshuizhuang Formation in the Yanshan region(modified from Wen Xiande，1989;Yuan Erong et al.，1994;Bao Zhidong et al.，2004;Qin Jing et al.，2010)

洪水莊組為高振西先生于1934年建立［1］，選用薊縣洪水莊地名，稱之為“洪水莊頁巖”。主要分布在燕山地區(qū)，沉積中心在薊縣、興隆、寬城一帶(圖1)，沉積厚度為100～170m。其標準剖面位于天津薊縣床子嶺村，厚度為131m，主要由一套灰黑-黑色、黑綠色、黃綠色伊利石頁巖組成。下部灰黑色薄層泥質白云巖與灰黑色頁巖互層;中下部為黃綠色頁巖;中上部灰黑、黑色頁巖，含黃鐵礦結核;上部灰、黃綠色頁巖夾灰黑色粉砂、細砂巖透鏡體。除在燕山東段有缺失或與下伏霧迷山組呈平行不整合接觸外，其它地區(qū)皆與上、下地層呈整合接觸［13］。

圖2 燕山地區(qū)構造劃分和研究區(qū)位置圖(據(jù)文獻［2］修改)Fig.2 Tectonic division of the Yanshan region and location of the study area(after Wang Tieguan，1980)

本次實測的洪水莊組剖面(40°34′26″N，118°21′36″E)位于河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子村附近(圖2)，構造上屬于華北地臺燕山褶皺帶的中段。該區(qū)中、新元古界地層出露良好，分布廣泛，是研究我國北方中、新元古界地層格架、沉積特征以及古生物組合等方面的重要地區(qū)之一。實測剖面厚101.66m(圖3)，下部為灰黑色頁巖與中層-薄層狀泥質白云巖互層，向上泥質白云巖不發(fā)育，以灰黑色頁巖為主，含黃鐵礦結核，上部為含粉砂泥質頁狀白云巖、含砂白云巖及含錳泥晶白云巖。

2 主要巖石類型及其特征

河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子洪水莊組剖面巖石類型較為簡單，結合野外剖面實測和室內鏡下薄片鑒定，認為巖石類型主要為白云巖和頁巖。依據(jù)結構-成因分類［16］，并結合特殊的沉積構造，白云巖可進一步劃分為硅質白云巖、(含粉砂)泥質(砂質)白云巖、(含錳)泥晶白云巖;頁巖則由硅質頁巖和暗色頁巖組成。

硅質白云巖:該類巖石以碳酸鹽礦物為主(＞50%)，石英含量為25% ～50%。主要分布在洪水莊組下部，黃灰色、黑灰色，以薄層狀(單層3cm左右)與黑灰色頁巖不等厚互層產(chǎn)出，共組成兩個較大的旋回。第一個旋回厚約4m，第二個旋回厚約3m，每一個旋回的底部由頁巖夾薄層狀白云巖組成，頂部為薄層硅質白云巖;每一旋回均為向上變淺，但第一個旋回總體較第二個旋回水淺，其頂部硅質白云巖略厚。沉積環(huán)境整體屬于較穩(wěn)定的潮間低能帶。硅質白云巖在實測剖面中累計厚度8.41m，僅占地層總厚度的8.3%。

圖3 河北寬城洪水莊組實測柱狀剖面Fig.3 Measured section of the Hongshuizhuang Formation in Kuancheng，Hebei

(含粉砂)泥質(砂質)白云巖:該類巖石主要發(fā)育在洪水莊組底部為和頂部，底部黑灰色薄層泥質白云巖與黑色硅質頁巖不等厚互層，薄層泥質白云巖一般厚3～10cm，由下往上有2～3韻律層，每一韻律由下往上泥質白云巖厚度增大，頁巖夾層厚度減薄;頂部主要由灰白色含粉砂泥質白云巖組成(圖4A)，底部發(fā)育厚度約20cm的中-薄層狀含粉砂泥晶白云巖，共有4個韻律層。每一韻律層底部有厚度為10cm左右的泥晶白云巖，向上發(fā)育厚度約1m左右頁狀泥質白云巖，上部的韻律層底部發(fā)育中層泥晶白云巖(含錳)。在實測剖面中累計厚度24.68m，僅占地層總厚度的24.3%，泥質白云巖為潮上帶低能環(huán)境沉積，含粉砂(砂質)白云巖為潮間-潮下帶高能環(huán)境沉積。

(含錳)泥晶白云巖:(含錳)泥晶白云巖是一類結構和成分都很單一的巖石。巖石全由泥晶白云石組成，宏觀上呈層狀產(chǎn)出，一般很穩(wěn)定，它代表一種低能環(huán)境下的碳酸鹽沉積。在區(qū)內地層剖面中分布極少，主要發(fā)育在洪水莊組上部(4B)，累計厚度3.3m，僅占地層總厚度的3.2%。

硅質頁巖:硅質頁巖是二氧化硅含量可高達85%以上的頁巖。本區(qū)硅質頁巖的顏色為灰黑色、黑色，呈薄層狀與黑灰色薄層狀泥質白云巖不等厚互層(1:5)產(chǎn)出，水平層理發(fā)育，屬于較穩(wěn)定的潮間低能帶沉積。區(qū)內主要分布在洪水莊組底部，累計厚度5.1m，僅占地層總厚度的5.0%。

暗色頁巖:本區(qū)頁巖多為灰黑色、黑色(圖4D)，局部見黃綠色(圖4E)，是洪水莊組主要的巖石類型，實測剖面中累計厚度47.17m，占地層總厚度的46.4%。區(qū)內主要分布在洪水莊組中部，總體特征為下部以黑灰色頁巖為主，偶夾1～2cm厚的薄層泥質白云巖，中上部由純的大套頁巖組成，頁理極為發(fā)育，厚度約1cm左右(圖4D、4F)。黑灰色頁巖的大量發(fā)育代表了洪水莊期水體最深時期-MFS(最大洪泛期)時期，沉積環(huán)境為水體安靜的潮下帶低能環(huán)境，也反映了洪水莊期研究區(qū)處于區(qū)域性的缺氧環(huán)境，暗色頁巖形成于陸表海環(huán)境的封閉滯留的還原性海盆中。

3 沉積環(huán)境分析

根據(jù)巖石學特征、沉積構造及巖石地球化學特征等相標志，對河北寬城薊縣系洪水莊組進行了沉積相帶的劃分，其巖相類型可劃分為3種類型。

潮上帶:位于平均高潮面與最大風暴潮汐面之間。由于長期出露水面，海水蒸發(fā)量大、鹽度較高，準同生白石巖化作用較強烈。由于潮汐作用較弱，屬低能環(huán)境，沉積物粒細、較薄，含陸源物質。本區(qū)該相帶主要發(fā)育泥質白云巖，局部見含粉砂泥質白云巖，主要分布在洪水莊組底部和頂部，底部通常為黑色硅質頁巖與黑灰色薄層泥質白云巖不等厚互層(1:5)，組成向上變淺旋回，局部地層為黑灰色頁巖偶夾1～5cm的薄層泥質白云巖;頂部主要為灰白色中-薄層狀含粉砂泥質白云巖。

潮間帶:位于平均高潮面與平均低潮面之間。以平均海平面為界，又分為上、下兩部分。潮間帶上部常露出水面，與潮上帶特征相似，屬低-中能沉積環(huán)境，水動力條件較弱。本區(qū)洪水莊組該相帶巖性組合簡單，主要發(fā)育黑灰色薄層狀硅質白云巖，多與黑灰色頁巖不等厚互層產(chǎn)出;潮間帶下部常被海水淹沒，多受潮汐作用，屬間歇高能環(huán)境。區(qū)內該相帶的主要巖石類型為灰白色中-薄層狀含粉砂白云巖。

潮下帶:位于平均低潮面以下的淺水環(huán)境，以正常浪基面為界，又分為上、下兩部分。潮下帶上部(潮下高能帶)位于平均低潮面以下，波基面以上。因經(jīng)常受波浪和海流作用，該相帶水動力條件較強，開闊陸表海中的潮下高能帶一般比較寬闊，具持續(xù)高能特點，尤其是鄰近濱線附近的能量最高。研究區(qū)的巖石類型為砂質白云巖。潮下帶下部(潮下低能帶)位于正常浪基面以下，又稱之為開闊海。由于波基面以下水體變深，光照弱，水體安靜、相對較深，屬低能環(huán)境，在此環(huán)境下，主要形成灰黑色頁巖、硅質頁巖，局部發(fā)育(含錳)泥晶白云巖。

4 石油地質條件淺析

燕山地區(qū)中、新元古界具備形成原生油氣藏的基本石油地質條件，有比較好的生烴、儲集、蓋層條件和有利的生儲蓋組合。洪水莊組有機質富集，為很好的烴源巖，其頁巖有機碳含量高達2.8% ～4.5%，氯仿瀝青“A”含量高達1808×10-6～3293×10-6，S1+S2為4.80 ～13.72mg/g［17］。2009年初，河北省寬城縣化皮溜子鄉(xiāng)北杖子村鉆探的冀淺1井顯示［15］，洪水莊組黑色頁巖段 TOC值一般為0.19%～8.51%，全區(qū)最高值可達13% ～20%，TOC值大于2.0%的巖層累計厚度在25 m以上，占黑色頁巖段厚度的62%，約占洪水莊組總厚度的25%。同時，洪水莊組整段巖心都可見固體瀝青及滲出的油苗。洪水莊組上覆薊縣系鐵嶺組、青白口系下馬嶺組頁巖亦為富含有機質的烴源巖，可以作為良好的生油層和區(qū)域蓋層;鐵嶺組含礫屑、砂屑層段及下馬嶺組底部具有交錯層理石英砂巖、泥質粉砂巖可以做為較好的儲層，故縱向上可構成非常有利的生、儲、蓋配置關系，具有良好的油氣勘探潛力。

圖4 研究區(qū)洪水莊組巖石類型及特征Fig.4 Types and characteristics of the rocks from the Hongshuizhuang Formation

5 結論

(1)研究區(qū)洪水莊組地層巖石類型主要為白云巖和頁巖。白云巖可進一步劃分為硅質白云巖、(含粉砂)泥質(砂質)白云巖、(含錳)泥晶白云巖;頁巖由硅質頁巖和暗色頁巖組成。

(2)研究區(qū)洪水莊組主要為一套碳酸鹽巖潮坪相沉積，根據(jù)巖石學特征及沉積構造等相標志，洪水莊組劃分為潮上帶、潮間帶和潮下帶3種沉積環(huán)境，潮間帶和潮下帶分別可進一步劃分為潮間帶(上、下)和潮下帶(上、下)。

(3)研究區(qū)洪水莊組為有機質富集的優(yōu)質的烴源巖，縱向上與上覆薊縣系鐵嶺組、青白口系下馬嶺組可構成非常有利的生、儲、蓋配置關系，該組合具有良好的油氣勘探潛力。

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