海拉爾盆地東明凹陷明D2井白堊系沉積特征及沉積環(huán)境分析

侯艷平，任延廣，孫麗，張海軍，吳海波，彭威，李敬生

大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

0 引言

白堊紀(jì)氣候性質(zhì)和影響因素是當(dāng)前古氣候研究中的熱點[1-2]。目前多數(shù)白堊紀(jì)氣候研究主要關(guān)注海相地層，陸相地層對氣候記錄研究較少。陸相古氣候狀況是白堊紀(jì)地球氣候系統(tǒng)變化鏈條中的重要環(huán)節(jié)，對評估白堊紀(jì)極端溫室氣候的形成機制和影響因素具有重要的研究價值。白堊紀(jì)陸相古氣候研究主要以對氣候具有指示意義的礦物組合和化石為研究對象[2]。中國東北是陸相白堊系研究的典型地區(qū)，目前對白堊紀(jì)的研究主要集中在冀北和遼西等地區(qū)，內(nèi)蒙古東部地區(qū)的研究資料相對較少。本文在海拉爾盆地東明凹陷白堊系陸相沉積物中開展氣候指示礦物組合分析，通過分析礦物組合特征和沉積環(huán)境，揭示白堊紀(jì)氣候變化與陸相盆地沉積作用之間的成因關(guān)系。

海拉爾盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部呼倫貝爾盟境內(nèi)，大興安嶺西側(cè)，為晚中生代—古近紀(jì)的斷陷-坳陷疊合盆地[3]，具兩隆三坳的構(gòu)造格局[4]，與蒙古國的塔木察格盆地實質(zhì)上是一個盆地，受北東向斷裂的控制，盆地呈北東走向分布，東以大興安嶺斷隆與大楊樹盆地和松遼盆地相隔，西以西北斷隆與蒙古國巴喬山盆地相望，北與拉布達(dá)林盆地相連，西南以巴音寶力格斷隆為界與二連盆地遙遙相對。

海拉爾盆地由16個凹陷組成，蓋層以中生代沉積為主，自下而上沉積了三疊系[5]，侏羅系塔木蘭溝組[5-7]，白堊系銅缽廟組[7-9]、南屯組[10-12]、大磨拐河組[12]和伊敏組以及第四系，總沉積厚度可達(dá)6 000 m。銅缽廟組主要是斷陷早期產(chǎn)物，受地貌形態(tài)和斷層的雙重控制，相帶變化大[8-9]，陸相沉積、沖積扇、扇三角洲和湖泊相都有發(fā)育；南屯組是斷陷快速沉積的時期，具有“窄盆深水”的特點，以水下扇-扇三角洲-三角洲沉積體系為主[10-12]；大磨拐河組時期，構(gòu)造活動趨于平穩(wěn)，呈現(xiàn)“廣盆、淺水”特點，形成三角洲-湖泊沉積體系[12]。

東明凹陷位于盆地北部(圖1)，面積約1 500 km2，呈近東西向延伸，東西長75 km，南北最寬25 km，平均寬度18 km，受南部邊界斷層的控制，形成南斷北超的脊?fàn)顢嘞?。凹陷?nèi)主要沉積了中、新生代的沉積巖系，最大沉積厚度達(dá)4 000 m，地層自下而上分別為白堊系下統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組和伊敏組以及第四系。

東明凹陷內(nèi)已有鉆探井7口，其中6口井見到一定的油氣顯示，總體勘探、研究程度較低，構(gòu)造演化、沉積相發(fā)育等基本地質(zhì)特征研究比較薄弱。為確定北部緩坡帶地層發(fā)育情況、明確其沉積特征而部署的明D2井進(jìn)行全井段取芯，完鉆深度799 m，取芯井段81～799 m，共取芯146筒，取芯進(jìn)尺718 m，累積芯長602.63 m，收獲率84%。揭示的地層自上而下依次為新近系、白堊系大磨拐河組(包括大二段和大一段)、南屯組(包括南二段和南一段)和銅缽廟組(未穿)，主要以深水細(xì)粒沉積巖為主[13](圖2a-h)，銅缽廟組沉積物相對較粗。

1 明D2井巖芯剖面及沉積特征

為建立明D2井巖性剖面，對該井巖芯進(jìn)行了詳細(xì)觀察與描述，原則為：①巖芯描述分層最小厚度5 cm，<5 cm的作為夾層，對于菱鐵礦層、凝灰?guī)r、煤線和底礫巖等特殊巖性，最小描述厚度為2 cm，<2 cm的作為夾層；②對沉積巖的沉積物特征、粒度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、含有物和顏色等的細(xì)微變化進(jìn)行了精細(xì)描述。

1.1 銅缽廟組沉積特征

銅缽廟組巖芯揭示跨度從799.0 m到710.5 m，共88.5 m，取芯長度57.0 m，未鉆穿底界。巖性以雜色砂礫巖與灰綠色粉砂巖-泥巖以不同厚度交互沉積為主。雜色砂礫巖定向排列，有一定的磨圓，雜基支撐，礫徑1～5 cm，內(nèi)部發(fā)育明顯的層理構(gòu)造，以大型槽狀交錯層理為主(圖2i)。木質(zhì)碎屑(樹干或樹根殘留體)常見。砂礫巖最大連續(xù)厚度可達(dá)15 m，內(nèi)部發(fā)育若干沖刷面，沖刷槽起伏一般<5 cm，沖刷槽內(nèi)充填定向排列的粗粒沉積物，自沖刷槽向上粒度變細(xì)，木質(zhì)碎屑含量則增加，局部夾有厘米級的煤線。

圖1 東明凹陷構(gòu)造地質(zhì)圖Fig.1 Tectonic map of Dongming depression

灰綠色粉砂巖-泥巖層粒度從粉砂巖到泥巖，部分可達(dá)粗砂級別，整體呈灰綠色，含有豐富的植物碎屑或碳質(zhì)紋層，植物根系非常發(fā)達(dá)(圖2j下部)，發(fā)育豐富的煤線(圖2j上部)，水平層理或小型槽狀交錯層理常見，生物根擾動作用強烈，巖性及層理界限由于生物擾動作用而變得不清晰。

1.2 南屯組沉積特征

南一段710.5～624.0 m，厚度86.5 m，取芯長度73.14 m。南一段整體以細(xì)粒沉積物為主，主要沉積黑色-深灰色泥巖，偶見粉砂質(zhì)條帶，水平紋層狀構(gòu)造或均質(zhì)塊狀構(gòu)造(圖2a-c、圖2e)，垂向上單層厚度大，顏色從黑色到深灰色有微小的變化，夾多層厚度不等的菱鐵礦層(圖2d、f)，與菱鐵礦層接觸的上下泥巖顏色稍淺，遠(yuǎn)離菱鐵礦層的泥巖逐漸過渡為黑色。常見植物碎片，局部夾2～5 cm的白色凝灰質(zhì)條帶(圖2g)及0.1 mm級的凝灰質(zhì)水平紋層(圖2h)。

南一段頂部628.2～626.4 m以深灰色泥巖夾多層薄層灰白色細(xì)砂巖沉積為主，626.6 m處夾一10 cm厚菱鐵礦層；624.8～624.0 m為以泥礫、砂礫、菱鐵礦礫為主組成的內(nèi)碎屑礫巖，礫石顆粒較大，骨架支撐。

南二段624.0～497.2 m，厚度126.8 m，巖芯長度108.84 m。

624.0～623.5 m為陸源碎屑巖，分選差，623.7～623.5 m為滯留礫巖。

623.5～619.3 m巖性以深灰色碳質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖夾灰白色粗砂巖條帶為主，變形層理非常發(fā)育，局部有完整的同心包卷層理(圖2k)。

619.3～595.5 m為粒序?qū)永砩皫r、灰白色塊狀粉砂巖及灰色韻律層理粉砂巖交替沉積。619.3～618.3 m發(fā)育兩個向上變細(xì)的粒序?qū)永?，第一個40 cm，底部為泥礫巖，向上為平行層理粗砂巖，再向上為水平層理灰黑色粉砂巖；第二個60 cm，底部為塊狀含礫粗砂巖，向上為波狀交錯層理灰白色中砂巖，然后是水平層理含碳屑中砂巖-細(xì)砂巖，向上粒度逐漸變細(xì)，水動力明顯減弱。618.3～595.5m灰白色塊狀粉砂巖和深灰色韻律層理粉砂巖交替沉積?；野咨珘K狀粉砂巖沒有明顯的層理及粒度分異，粗砂-粉砂級，以粉砂巖為主，泥質(zhì)含量高，可達(dá)50%以上，偶含礫，單砂體厚度 20 cm～5 m不等，部分粗砂巖底部會有明顯的沖刷面，沖刷面上有定向排列的泥礫或細(xì)粒巖，有少量雜亂分散的碳質(zhì)碎屑分布于部分層段；韻律層理粉砂巖為深灰色-黑色碳質(zhì)粉砂巖紋層與灰白色粉砂巖紋層互層發(fā)育，兩種巖性粒度變化不大，細(xì)砂-粉砂級，層與層之間平行接觸，單層厚度0.1～5 cm，組合厚度20 cm～5 m不等。

a,b.南一段細(xì)粒沉積巖；c.水平紋層狀泥巖；d.菱鐵礦層兩端與泥巖接觸；e.無明顯層理的塊狀泥巖；f.泥巖中夾菱鐵礦；g.泥巖中夾凝灰?guī)r；h.凝灰質(zhì)紋層；i.大型槽狀交錯層理砂礫巖；j.上段為煤線的黑色碳質(zhì)泥巖夾煤線，下段為植物根系發(fā)達(dá)的粉砂巖；k.包卷層理；l.泥礫巖，顆粒支撐；m.由粒序?qū)永砩皫r-平行層理砂巖-水平層理泥巖組成的鮑馬序列；n.泥礫巖，顆粒支撐，磨圓好，圓-次圓狀；o.凝灰質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖；p.泥礫巖，顆粒支撐，磨圓差，棱角狀-次棱角狀；q.箭頭指示直立礫石；r.箭頭指示煤線。圖2 明D2井典型沉積巖和沉積構(gòu)造特征Fig.2 Typical sedimentary rocks and sedimentary structure in Well MD2

595.5～563.3 m以泥礫巖和向上變細(xì)的鮑馬序列沉積為主。595.5～588.8 m以灰黑色韻律層理粉砂巖為主，夾薄層灰白色粒序?qū)永砑?xì)砂巖-粉砂巖。588.8～587.6 m沉積深灰色泥礫巖，泥質(zhì)礫石骨架支撐，最大顆粒達(dá)10 cm，灰白色粗砂巖充填其間(圖2l)。587.6～569.8 m，由近20個結(jié)構(gòu)完整或不完整的鮑馬序列組成，夾泥礫巖。單個鮑馬序列厚度10 cm～1 m不等，鮑馬序列底部發(fā)育粒序?qū)永砩皫r或泥礫巖，與下伏細(xì)粒粉砂巖-泥巖突變接觸，向上粒度逐漸變細(xì)，依次發(fā)育波狀交錯層理細(xì)砂巖或平行層理細(xì)砂巖，再向上為水平層理粉砂巖-泥巖(圖2m)。569.8～563.3 m以灰色-深灰色泥礫巖沉積為主，灰色泥礫骨架支撐，灰白色砂礫充填骨架之間，部分層段含撕裂片狀泥巖，有一定的定向性和磨圓性，分選較差，泥礫原始沉積層理保存較好，夾薄層灰色細(xì)粒沉積巖。

563.3～543.0m以灰白色粗砂巖、含礫粗砂巖及變形泥質(zhì)粉砂巖為主。563.3～562.7 m頂?shù)赘?0 cm菱鐵礦層，中間夾40 cm灰色泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖有明顯的滑動變形，呈高傾角與上下地層接觸，變形過程中未發(fā)生明顯液化作用，原生層理構(gòu)造特征保存較好。562.7～543.0 m由多個向上變細(xì)的旋回組成，各旋回底部以灰白色粗砂巖和含礫粗砂巖為主，向上夾薄層灰色泥質(zhì)粉砂巖或灰白色粒序?qū)永砑?xì)砂巖，粗砂巖底部常見撕裂片狀泥礫巖定向排列的沖刷面，局部可見大顆粒漂礫。單砂層厚度向上逐漸變薄，粒度逐漸變細(xì)，常見變形層理，在549.0 m和543.0 m處發(fā)育同心包卷層理。

543.0～539.7 m底部有薄層水進(jìn)滯留礫石，向上沉積3.1 m厚深灰色塊狀泥質(zhì)粉砂巖，頂部發(fā)育20 cm滯留泥礫巖，泥礫顆粒較大，磨圓好，排列緊密，顆粒支撐，鈣質(zhì)充填(圖2n)。

539.7～535.1 m由7個向上變細(xì)的鮑馬序列組成，單個厚度20 cm～1.2 m不等。鮑馬序列由下部塊狀含礫粗砂巖和上部波狀交錯層理粗砂巖和/或水平層理粗砂巖組成。

535.1～530.8 m以細(xì)粒沉積物為主，夾兩段泥礫巖和兩段菱鐵礦層。泥礫巖表現(xiàn)為顆粒支撐，砂質(zhì)充填顆粒之間孔隙；菱鐵礦層分別位于534.5 m和532.0 m處，厚度分別為10 cm、15 cm。

530.8～528.0 m巖性以灰白色含泥礫粗砂巖為主，夾兩層泥礫巖，偶見碳質(zhì)條帶。528.9 m處沉積10 cm厚菱鐵礦膠結(jié)細(xì)砂巖。

528.0～505.0 m以灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主夾多層灰色泥礫巖和薄層灰白色砂巖，泥質(zhì)粉砂巖-粉砂巖常夾灰白色砂質(zhì)條帶，偶見包卷層理；泥礫巖以塊狀泥巖為礫，粗砂充填孔隙中，偶見撕裂片狀泥礫；灰白色砂巖常含泥礫和碳質(zhì)紋層，單個砂層以向上變細(xì)的粒序?qū)永頌樘卣鳎瑳]有韻律性。

505.0～497.2 m下部由多個向上變細(xì)的粒序?qū)永斫M成，粒序?qū)永淼撞堪l(fā)育明顯的沖刷面，總厚度1.5 m；上部為灰白色塊狀粗砂巖和灰色碳質(zhì)粗砂巖交互發(fā)育。

1.3 大磨拐河組沉積特征

大磨拐河組497.2～100.2 m，厚度397.0 m，取芯長度343.02 m。

497.2～472.1 m總體以細(xì)粒沉積物沉積為主。497.2～495.7 m以灰色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，夾菱鐵礦層。向上，底部沉積20 cm滯留礫巖，495.5～480.2 m為灰色粉砂巖夾砂質(zhì)條帶或砂質(zhì)紋層，韻律層理，夾數(shù)層灰白色含碳質(zhì)細(xì)砂巖。480.2～472.1 m為粉砂質(zhì)泥巖和灰色碳質(zhì)粉砂巖，夾灰白色塊狀細(xì)砂巖。

472.1～455.0 m以砂巖與粉砂巖間互沉積為主。472.1～464.6 m以灰色泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主；464.6～459.8 m以灰白色粗砂巖夾薄層灰色粉砂巖沉積為主，下部變形波狀交錯層理發(fā)育，上部粒序?qū)永戆l(fā)育；459.8～458.1 m為灰色粉砂巖夾含撕裂片狀粉砂質(zhì)礫石的粗砂巖，具有明顯的重力流特征；458.1～455.0 m為厚層變形層理中砂巖，夾薄層灰色粉砂巖，偶見礫。

455.0～439.0 m沉積深灰色凝灰質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖(圖2o)，局部有灰白色碳質(zhì)中砂巖、碳屑粗砂巖沉積。440.1 m處發(fā)育10 cm厚菱鐵礦層。

439.0～433.7 m以砂巖為主，砂體厚度較大，變形層理非常發(fā)育，局部有包卷層理。底部為含礫粗砂巖，分選差、磨圓差，雜基支撐，其上發(fā)育10 cm滯留礫石；上部厚層碳質(zhì)紋層細(xì)砂巖粒度具有向上變細(xì)的趨勢，可以分為3個旋回，各旋回底部有明顯的沖刷面。

433.7～417.3 m沉積物具有與455.0～439.0 m相似的特征，但是變形程度更高，可見同心包卷層理，風(fēng)暴作用更強烈，泥質(zhì)粉砂質(zhì)礫石骨架間充填的砂增多，將泥質(zhì)粉砂巖礫或撕裂片狀泥礫分割(圖2p)，偶見直立狀礫石，濁積事件沉積增多，多層灰白色粗粒砂巖，局部發(fā)育粒序?qū)永砩皫r。

417.3～408.5 m以砂巖夾粉砂質(zhì)沉積為主，下部2.6 m為灰色粉砂巖與灰白色細(xì)砂巖互層；上部為灰白色塊狀細(xì)砂巖-中砂巖與水平層理碳質(zhì)紋層細(xì)砂巖-中砂巖交互發(fā)育，夾少量變形粉砂質(zhì)條帶。

408.5～348.8 m以深灰色含砂質(zhì)條帶泥巖-粉砂巖為主，碳屑非常豐富，夾6層單層5～60 cm、總厚120 cm的菱鐵礦層，變形層理發(fā)育，多表現(xiàn)為砂質(zhì)條帶的拉長、撕裂，也有原巖整體旋轉(zhuǎn)，與上下地層呈高角度接觸，局部見明顯的包卷層理，部分表現(xiàn)為細(xì)粒與粗粒之間混雜堆積，巖性界面不明顯。在390 m處發(fā)育50 cm厚砂礫巖，呈雜亂排列，分選差，磨圓差，棱角狀泥礫為主，含流紋巖和凝灰?guī)r礫，礫徑1～5 cm，有一塊長5 cm、寬2 cm的礫石呈直立狀(圖2q)，推測為風(fēng)暴成因產(chǎn)物。

348.8～341.8 m以粉砂質(zhì)夾砂巖沉積為主，上下以含砂質(zhì)條帶灰色泥質(zhì)粉砂巖為主，變形層理非常發(fā)育，可見完整的同心包卷層理，中間夾3.4 m灰白色含泥質(zhì)條帶細(xì)砂巖夾灰色含砂質(zhì)條帶粉砂巖，砂質(zhì)條帶和泥質(zhì)條帶具有拉長、撕裂的特征。

341.8～340.8 m灰色泥質(zhì)粉砂巖沉積，含灰白色砂質(zhì)條帶，條帶向上逐漸增多，下部發(fā)育植物根系。

340.8～326.1 m以變形層理細(xì)砂巖及塊狀含礫粗砂巖為主，夾粉砂質(zhì)沉積。

326.1～322.2 m以泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖沉積為主，底部發(fā)育10 cm厚滯留礫石。

322.2～320.4 m灰色粉砂巖與灰白色細(xì)粒巖混雜堆積。

320.4～317.3 m沉積了一套含泥質(zhì)條帶灰白色細(xì)粒粉砂巖和塊狀粗砂巖組合。

317.3～312.2 m下部3 m為厚層灰色粉砂巖夾薄層灰白色細(xì)砂巖沉積，含豐富的碳屑，偶見煤線；上部為半深湖相灰色粉砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖沉積。

312.2～301.5 m以砂巖沉積為主。312.2～310.9 m灰白色細(xì)砂巖夾灰色粉砂質(zhì)條帶，部分層段含豐富的碳屑，變形層理較為發(fā)育，中間夾5 cm煤線層；310.9～301.5 m為含灰色粉砂質(zhì)條帶的灰白色粗砂巖，發(fā)育波狀交錯層理，頂部1.9 m夾2～5 cm厚度不等的含礫粗砂巖。

301.5～300.8 m以細(xì)粒沉積為主，底部為10 cm厚水進(jìn)滯留礫石，上部為灰色泥質(zhì)粉砂巖夾灰白色透鏡砂體。

300.8～297.2 m以砂巖沉積為主，下部沉積60 cm灰色粉砂巖夾灰白色砂質(zhì)條帶，變形層理；向上為灰白色塊狀中砂巖和泥質(zhì)條帶細(xì)砂巖組合。

297.2～281.6 m以灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖沉積為主夾含豐富碳屑的灰白色細(xì)砂巖-中砂巖，底部發(fā)育20 cm煤線層，煤線層內(nèi)夾水進(jìn)滯留礫石(圖2r)。

281.6～257.8 m以灰白色塊狀粗砂巖與水平層理碳質(zhì)紋層粗砂巖和含泥礫粗砂巖交互發(fā)育為主，夾灰色碳質(zhì)細(xì)砂巖。

257.8～247.4 m以灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，夾灰白色砂質(zhì)條帶。

247.4～229.4 m以含碳質(zhì)紋層和泥質(zhì)條帶的水平層理粗砂巖和塊狀粗砂巖為主，夾泥質(zhì)條帶和含礫粗砂巖。下部8.9 m以灰白色塊狀粗砂巖與含泥質(zhì)條帶和含煤線粗砂巖互層發(fā)育為主，偶見包卷層理。

229.4～215.1 m以灰色泥質(zhì)粉砂巖為主，常見灰白色砂質(zhì)條帶和砂質(zhì)紋層。

215.1～101.8 m以灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，在161.8～151.2 m段夾約10 m厚粉砂巖-細(xì)砂巖沉積物。

1.4 特殊巖性的分布特征

通過巖芯觀察、薄片鑒定，在明D2井巖芯中識別出菱鐵礦層、凝灰?guī)r及煤線3種特殊巖性。

明D2井巖芯中共識別出菱鐵礦層40層，厚度2～60 cm不等，其中24層共3.4 m集中在85.5 m的南一段黑色泥巖中，16層共2.5 m出現(xiàn)在620.0～349.0 m的深灰色泥巖中。菱鐵礦層多夾于泥巖中間，外觀與泥巖相似，顏色略偏黃，但密度遠(yuǎn)大于泥巖。另外，有兩處菱鐵礦以不規(guī)則形狀的礫石“團(tuán)塊”出現(xiàn)在砂巖地層中。根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造的不同，可以把巖芯中的菱鐵礦分為4類：第一類，致密塊狀，均質(zhì)，性硬、脆，密度大，灰黃色(圖2h)，上下與泥巖突變接觸，薄片下觀察發(fā)現(xiàn)礦物呈微晶圓球狀，層狀分布(圖4a)，具定向,見圓球，疑為生物，僅保留外形，內(nèi)部充填碳酸鹽及隱晶硅質(zhì)。見零星炭化植物碎片；第二類，僅顏色上與第一類不同，由于碳屑含量較高而出現(xiàn)大量黑色斑點(圖4b)；第三類，屬菱鐵礦膠結(jié)砂巖，可見明顯的粉砂級顆粒，灰黃色、塊狀，密度較前兩類略小，但遠(yuǎn)大于砂巖，厚度較小，約2～5 cm；第四類，呈礫石“團(tuán)塊”形式出現(xiàn)在深水濁積砂巖中。巖芯中的菱鐵礦以第一、二類為主，后兩類較少。

凝灰?guī)r層以兩種形式分布于南一段泥巖層中：其一厚度稍大，以泥巖夾層的形式出現(xiàn)，厚度多在2～5 cm之間(圖2f)，白色，細(xì)膩，個別層可見明顯的粒度，自下而上呈由粗變細(xì)的正粒序分布；另一種呈水平紋層狀夾于泥巖中(圖2h)，厚度<0.1 mm，在某些層段內(nèi)頻繁發(fā)育。

煤線主要分布在銅缽廟組和大磨拐河組二段。銅缽廟組主要分布在泛濫平原亞相粉砂巖-泥巖中，厚度以0.5～2 cm為主，部分可達(dá)10～40 cm，少數(shù)保留完整的枝干紋理；部分層段河道亞相砂礫巖中也含有煤線，以碳化枝干為主，與砂礫巖混雜堆積，少數(shù)厚度較大，可達(dá)10 cm。大二段煤線以出現(xiàn)在灰白色細(xì)砂巖紋層狀煤線為主，少數(shù)可達(dá)5 cm以上。

2 沉積相分析

銅缽廟組為辮狀河沉積，下部為大型槽狀交錯層理砂礫巖組成的河道沉積[14]，上部為灰綠色粉砂巖-泥巖組成的泛濫平原沉積，具有辮狀河沉積典型的二元結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)地層旋回特征，可以劃分為7個沉積階段，即7期辮狀河沉積，分別為:799.0～797.5 m(揭示不全)，797.5～787.8 m、787.8～777.4 m、777.～761.5 m、761.5～748.8 m、748.8～728.9 m、728.9～710.5 m(圖3)，每期辮狀河發(fā)育厚度10～20 m。大型槽狀交錯層理砂礫巖底部常見沖刷槽，沖刷槽內(nèi)沉積物粒度大，定向排列明顯，形成河道滯留沉積[15]，部分層段砂礫巖中可見多個沖刷面，指示了多期河道垂向上直接疊置而缺少上部泛濫平原相；上部細(xì)粒沉積物主要由粉砂巖-泥巖組成，發(fā)育豐富的植物根系，表明當(dāng)時植物生長茂盛，可能與泛濫平原地勢低洼、長期積水而逐漸演化為沼澤沉積有關(guān)。明D2井多期河道垂向的疊置表明這一時期沉積作用受地貌的控制，以陸相沉積為主，不穩(wěn)定的水流來回擺動，致使河道不停廢棄改道，反復(fù)分岔合并，而在垂向上形成多期辮狀河沉積的疊置[14-15]。

銅缽廟組沉積之后，東明凹陷從辮狀河沉積變?yōu)楹闯练e，沉積物整體變細(xì)，共識別出塊狀黑色泥巖、水平層理泥巖、塊狀砂巖、韻律層理砂巖、變形層理砂巖和泥礫巖等10余種巖石類型。沉積巖特征表現(xiàn)出明顯的深水沉積背景[13]，偶爾伴有事件性沉積，沉積相類型主要包括深湖-半深湖亞相，濱淺湖亞相、扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相(圖3)。

南一段為深湖亞相靜水沉積，主要沉積黑色泥巖夾菱鐵礦層和凝灰質(zhì)水平紋層，頂端出現(xiàn)深水濁流事件性沉積巖。

南二段早期沉積扇三角洲前緣、前扇三角洲和淺湖亞相，沉積物以灰白色砂巖、灰白色含泥礫砂礫巖、灰黑色韻律層理粉砂巖和灰色泥質(zhì)粉砂巖為主；后期沉積深湖-半深湖亞相，沉積物以深灰色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖夾深水重力流沉積物[13]—灰色泥礫巖為主；末期發(fā)育扇三角洲前緣亞相，為厚層塊狀含碳屑砂巖。

大一段以深湖-半深湖亞相細(xì)粒沉積物為主，夾薄層扇三角洲沉積前緣亞相和前扇三角洲亞相砂巖。

大二段早期以扇三角洲前緣亞相和濱淺湖亞相沉積為主，后期沉積物以半深湖亞相灰色泥質(zhì)粉砂巖為主。

3 沉積環(huán)境分析

3.1 X-射線衍射全巖礦物分析

為了解泥質(zhì)巖及菱鐵礦層的礦物組成，大慶油田勘探開發(fā)研究院實驗室采用日本理學(xué)公司X-射線衍射儀器(型號：Ultima Ⅳ)對由巖芯中采集的細(xì)粒沉積巖樣品進(jìn)行了全巖礦物分析，分析菱鐵礦層樣品10塊、泥質(zhì)巖樣品166塊。

圖3 明D2井巖性--沉積相綜合柱狀圖Fig.3 Columnar section of lithology-sedimentary facies of Well MD2

實驗結(jié)果表明菱鐵礦層主要成分為菱鐵礦，含量28.7%～96.5%不等，其余以黏土、石英和長石為主， 部分樣品含少量鐵白云石和黃鐵礦(表1)。

泥質(zhì)巖中除了黏土礦物、石英和長石等主要礦物成分以外，普遍含有菱鐵礦和鐵白云石，另有少數(shù)樣品中含有黃鐵礦及方解石。菱鐵礦的含量0.2%～40%不等，多<10%，顏色越黑的泥巖中菱鐵礦含量越高(圖3)。黃鐵礦分布在710.5～450 m這一深度范圍內(nèi)，含量0.2%～6.6%，平均1.1%(圖3)。鐵白云石含量0.7%～14.1%，平均2.4%。方解石僅在兩個樣品中出現(xiàn)，含量分別為710.22 m處的0.3%和676.52 m處的5.0%。

表1 菱鐵礦層礦物含量

ppl.單偏光；xpl.正交偏光。 a.656.8 m處菱鐵礦礦物呈微晶圓球狀；b.393.87 m處菱鐵礦，見大量植物碎屑。圖4 明D2井顯微鏡下菱鐵礦特征Fig.4 Photomicrographs of siderite in Well MD2

3.2 沉積環(huán)境探討

明D2井沉積環(huán)境總體經(jīng)歷了從陸相到湖泊的演化過程，銅缽廟組為陸相辮狀河沉積，南屯組—大磨拐河組為扇三角洲-湖泊沉積。而扇三角洲-湖泊沉積過程中，由于湖平面的不停波動，使得深湖-半深湖、濱淺湖、扇三角洲前緣和前扇三角洲交替出現(xiàn)。

根據(jù)沉積物顏色、粒度及沉積相分析，繪制了相對湖平面變化曲線(圖3)?？傮w上，南一段時期相對湖平面最大，南二段時期有所下降，隨后上升又下降，大一段時期相對湖平面加大，大二段早期相對湖平面下降，隨后上升。沉積物顏色變化與氣候變化密切相關(guān)[20-22]，顏色越深，反映氣候越溫暖潮濕，而灰白色砂巖與干冷的氣候相關(guān)。從圖3可以看出，沉積物顏色越深，菱鐵礦的含量越高，越容易形成菱鐵礦層，這在一定程度上反映了菱鐵礦與氣候關(guān)系密切。灰白色砂巖沉積時期，氣候干冷，植被不發(fā)育，沉積物供給和輸入相對容易；而濕暖的氣候適宜植物生長，周圍植被繁盛，阻止物理風(fēng)化作用而促進(jìn)了化學(xué)風(fēng)化過程，從而減少了碎屑物質(zhì)的供給而增加了各種礦物元素的供給，促使自生礦物的形成[22]；溫暖的湖水促進(jìn)生物生長及有機質(zhì)腐爛作用的形成，引起氧氣的消耗，促使湖內(nèi)還原環(huán)境的形成[19，22]，因此這一時期以富有機質(zhì)富菱鐵礦膠結(jié)物的深色泥質(zhì)巖沉積為主。350 m以下深色泥巖中，菱鐵礦常富集成層(圖3)，形成菱鐵礦層，并且常見黃鐵礦沉淀，可能與這一時期更為潮濕炎熱的氣候有關(guān)。

4 結(jié)論

(1)明D2井巖芯剖面揭示了東明凹陷北部緩坡帶白堊系地層的發(fā)育序列，從銅缽廟組—南屯組—大磨拐河組經(jīng)歷了陸相沉積到湖泊沉積的演化過程，銅缽廟組為辮狀河沉積，南屯組—大磨拐河組為湖泊-扇三角洲沉積。

(2)南屯組—大磨拐河組沉積了厚層的深湖-半深湖泥巖，泥巖中夾40層菱鐵礦層，反映了當(dāng)時潮濕炎熱的氣候環(huán)境。