喀左盆地九佛堂組沉積特征及演化研究

1、文章編號 : 1000 0550 2009 02 0273 07喀左盆地九佛堂組沉積特征及演化研究魏恒飛王宇林王威郭強劉錦(遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 遼寧阜新 123000 )摘 要 喀左盆地是遼寧西部晚中生代裂陷盆地 ,充填地層為九佛堂組 。通過對野外露頭的顏色 、結(jié)構(gòu) 、原生沉積構(gòu)造等巖性特征及其空間配置和古生物化石組合的研究 ,以及室內(nèi)編圖綜合分析 ,從九佛堂組中識別出辮狀河三角洲 相 、湖泊相 、湖泊重力流相和扇三角洲相 4種沉積相 。其中 ,湖泊相是九佛堂組的主體 ,呈長條形狀發(fā)育于各個凹陷的中間部位 ;辮狀河三角洲相主要發(fā)育于大城子凹陷和四官營子凹陷的西北側(cè) ; 扇三角洲

2、主要發(fā)育于四官營子凹陷和 梅勒營子凹陷的東南側(cè) ;湖泊重力流相主要發(fā)育于喀左盆地的深湖區(qū) 。受盆地沉降速率與盆地沉積充填速率相對關(guān)系的制約 ,九佛堂組沉積演化自早到晚表現(xiàn)為 :湖泊擴張退積期 、大湖加積期和湖泊萎縮進積期 。關(guān)鍵詞 喀左盆地 九佛堂組 沉積相 沉積演化 鮑瑪層序第一作者簡介 魏恒飛 男1983年出生 碩士 煤油氣地質(zhì)學(xué)E2m a ill: hengfe i_w14 126. com中圖分類號P512. 2 文獻標識碼A喀左盆地為晚中生代裂陷盆地 ,地跨遼寧省西部朝陽 、建 昌 、喀 左 和 凌 源 四 縣 ; 位 于 東 經(jīng) 119 °10 120 °15

3、,北緯 40 °30 41 °35 。盆地長軸呈 NN E 向 展布 ,南北長約 120 km ,東西寬約 35 km ,面積約為4 200 km2 。九佛堂組建組剖面 1 即位于喀左盆地中部 ,近些年來 ,喀左盆地除在古生物領(lǐng)域不斷有所發(fā) 現(xiàn) 2 之外 ,遼河石油勘探局 、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等在 該盆地進行了石油 、油頁巖方面的基礎(chǔ)地質(zhì)工作 。本文是在野外實測 106 km 剖面的基礎(chǔ)上完成的 ,是該 地區(qū)九佛堂組地質(zhì)調(diào)查及油頁巖勘探開發(fā)遠景研究的部分成果 。下侏羅統(tǒng)興隆溝組和北票組 、中侏羅統(tǒng)藍旗組 、上侏羅統(tǒng)土城子組和下白堊統(tǒng)義縣組的陸相地層 ,它們主 要出露在盆地外圍

4、 , 是盆地內(nèi)沉 積地 層的 主 要母 巖 區(qū) ;盆地充填地層為九佛堂組 4 ,由于受后期構(gòu)造運 動影響 ,現(xiàn)今九佛堂組總體傾向為 SE。九佛堂組主 要沉積物為一套湖相碎屑巖 , 以 粘土 巖和 粉 砂巖 為 主 ,砂巖和 礫 巖 多 發(fā) 育 于 下 部 和 上 部 , 厚 度 一 般 為1 1052 750 m; 富含 動植 物 化石 2 , 5 , 6 : 產(chǎn) 中國 鳥 (S inorn is) 、翼 龍 類 ( S inop terus dong i ) 、魚 ( L ycoptera sp ) 、昆蟲 ( Ephem eropsis) 、葉肢介 (B a iedestheria lon

5、g is2 sim a ) 、植物 ( G inkgoites sp )等 (圖 2 ) 。2 沉積相類型及特征根據(jù)野外實測地質(zhì)剖面 (圖 1 )獲得的資料 ,對九 佛堂組顏色 、結(jié)構(gòu) 、原生沉積構(gòu)造等巖性特征及其空 間配置關(guān)系和古生物化石等綜合分析的基礎(chǔ)上 ,九佛 堂組沉積相類型表現(xiàn)為辮狀河三角洲相 、湖泊相 、湖 泊重力流相和扇三角洲相 4種沉積相 (圖 2、圖 3 ) 。2. 1 辮狀河三角洲相辮狀河三角洲相分布于喀左盆地沉積 侵蝕盆 緣一側(cè) ,即四官營子凹陷和大城子凹陷的西北側(cè) ,由于受盆地基地地形的控制其沉積粒度和厚度在盆地沉積 侵蝕盆緣一側(cè)的西北部明顯大于西南部 。辮 狀河三角洲相

6、可進一步分為辮狀河三角洲平原亞相 、 辮狀河三角洲前緣亞相和前辮狀河三角洲亞相 。其1 區(qū)域地質(zhì)背景1. 1 構(gòu)造特征喀左盆地在大地構(gòu)造區(qū)劃上 ,處于華北地塊東北 部燕山造山帶遼西凹陷 3 。早白堊世初 ,在 NWW SEE向伸展構(gòu)造應(yīng)力場中 ,經(jīng)初始裂陷 ,并形成義縣組火山 沉積巖系后 ,區(qū)內(nèi) NN E 向斷裂進一步拉張 裂陷 ,形成喀左盆地 ?？ψ笈璧胤譃?4個次級構(gòu)造單元 :即四官營子凹陷 、梅勒營子凹陷 、大城子凹陷和五虎山凸起 (圖 1 ) 。各凹陷東南為斷裂盆緣 ,西北為沉 積 侵蝕盆緣 。1. 2 地層特征喀左盆地基底為太古界建平群的中深變質(zhì)巖系 、 元古宙和古生代沉積的海相地層

7、和下三疊統(tǒng)紅砬組 、王宇林 ,等. 中石油遼河石油勘探局“建昌盆地九佛堂組地質(zhì)調(diào)查 ”項目成果. 2007收稿日期 : 2008 205 217;收修改稿日期 : 2008 207 207沉積學(xué)報第 27卷圖 1 喀左盆地構(gòu)造單元劃分及實測剖面位置圖F ig. 1 Tec ton ic un it d ivision and m ea su red geo logica l sec tion s of Kazuo B a sin中辮狀河三角洲平原亞相是辮狀河三角洲相沉積的水上部分 ,在進積型辮狀河三角洲沉積旋回中位于相 序的上部 ,主要分為分流河道沉積和越岸泛濫平原沉積兩個微相 。分流河道沉積

8、主要表現(xiàn)為淺灰或紫灰色均勻?qū)永碇?、細礫巖 、砂質(zhì)礫巖 、含礫砂巖和各粒級 砂巖 ,其中報馬營子 原家洼剖面中部分砂巖為長石 砂巖 ,呈肉紅色 ,在砂巖中發(fā)育大型交錯層理 ,并以槽狀交錯層理居多 。分流河道沉積中發(fā)育較多的沖刷 面 ,在沖刷面之上常見粉砂質(zhì) 、砂質(zhì)準同生礫及植干 化石 。越岸泛濫平原沉積主要表現(xiàn)為灰 、青灰色的具 均勻?qū)永淼姆凵百|(zhì)泥巖 ,具小型交錯層理的泥質(zhì)粉砂 巖夾中細砂巖 (越岸決口扇沉積 ) 組成 ,見植根化石(圖版 2) 。辮狀河三角洲前緣亞相位于進積型辮 狀河三角洲沉積相序中部 ,以沉積河口壩和遠沙壩為主要特征 。自下而上 ,巖性主要為淺灰色具小型交錯層理的粉砂巖夾小

9、型交錯層理的細砂巖或粉砂質(zhì)泥 巖 (辮狀河三角洲遠沙壩沉積 ) 具小型交錯層理 、大型交錯層理 (以低角度交錯層理或楔狀交錯層理為主 )的中細砂巖 、中砂巖構(gòu)成向上變粗的粒序特征 (河口壩和水下分流河道沉積 ) 。前辮狀河三角洲亞 相位于辮狀河三角洲沉積相序的底部 ,以沉積深灰色具水平層理或均勻?qū)永淼哪鄮r 、頁巖 、粉砂質(zhì)泥巖和 泥質(zhì)粉砂巖為主 ,有時可見泥灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖 。由于 辮狀河河道寬而淺易發(fā)生改道 ,故易形成辮狀河三角 洲沉積的多旋回性 ,此特點在報馬營子 原家洼剖面 表現(xiàn)最為突出 。2. 2 湖泊相湖泊相是九佛堂組的主體 ,呈長條形分布于盆地274第 2期魏恒飛等 :喀左盆地九佛堂

10、組沉積特征及演化研究圖 2 喀左盆地九佛堂組沉積充填序列圖F ig. 2 Sed im en ta ry filling sequence co lum n of the J iufo tang Fo rm a tion in Kazuo B a sin275沉 積學(xué) 報第 27卷各凹陷的中央部位或占據(jù)盆地的大部分地區(qū) ,可分為濱淺湖亞相和深湖亞相 ,兩者在垂向上相互疊置 ,橫 向上相互過渡 。濱淺湖亞相巖性主要表現(xiàn)為淺灰色 具大型交錯層理的中粗砂巖 、中砂巖 ,具小型交錯層 理的細砂巖 、凝灰質(zhì)細砂巖和具小型交錯層理和均勻 層理的粉砂巖 、泥質(zhì)粉砂巖 。并且在細砂巖 、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖中波

11、痕構(gòu)造較常見 ,波長一般為 6 10 ,波高為 12 ,橫斷面形態(tài)基本對稱 ,波峰較窄 且略圓化 ,波谷則呈寬緩圓弧狀 (圖版 2) 。深湖 亞相主要分布在四官營子凹陷的九佛堂 四合當 三家子一帶 、梅勒營子凹陷的木頭城子 付杖子一帶 和大城子凹陷的大城子 甘招一帶 。巖性主要表現(xiàn)為淺灰色水平層理粉砂巖或鈣質(zhì)粉砂巖 、淺灰 綠 灰 褐灰色的泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖呈不等厚互 層并夾富鈣巖石薄層 、深灰 灰白色具均勻?qū)永砘蛩?平層理的沉凝灰?guī)r或凝灰質(zhì)頁巖 、凝灰質(zhì)粉砂巖和黑 灰 深灰色具水平層理或均勻?qū)永淼哪鄮r或頁巖 ,有時還含油頁巖層 。在泥巖和沉凝灰?guī)r中常見魚化石 和翼龍類化石 。2. 3 扇

12、三角洲相扇三角洲是沖積扇前積到穩(wěn)定水體中形成的 ,多 發(fā)育于斷裂盆緣一側(cè) 7 , 喀左盆地中多 發(fā)育 于 四官營子凹陷和梅勒營子凹陷的東南裂陷一側(cè) 。由于現(xiàn) 今地層總體產(chǎn)狀傾向 SE,即傾向盆緣斷裂 ,因此在實 測地質(zhì)剖面上的扇三角洲相主要位于九佛堂組的上 部 ,可分為扇三角洲平原亞相 、扇三角洲前緣亞相和 前扇三角洲亞相 。扇三角洲平原亞相是扇三角洲的水上部分 ,扇三角洲平原亞相主要發(fā)育有扇面河道沉 積和扇面河道間泛濫盆地沉積兩個微相 。扇面河道 沉積主要表現(xiàn)為中 細礫巖 、砂質(zhì)礫巖 、含礫砂巖 ,礫 巖中礫石含量多為 60 % 85 % ,成分以巖屑為主 ,支 撐類型為顆粒支撐和砂質(zhì)支撐

13、。礫石的顏色取決于礫石的成分 ,當?shù)[石成分以石灰?guī)r 、白云巖為主時呈 淺灰 灰白色 ,以盆地西南部威風(fēng)嶺地區(qū)河道沉積最 具代表性 ;當?shù)[巖成分以安山巖等火山熔巖為主時 , 則礫巖呈灰紫 、紫灰色或灰褐色 ,以西南溝地區(qū)最具 代表性 。礫石的磨圓度與扇面河道沉積距盆緣斷裂的遠近有關(guān) ,近端呈棱角 次棱角狀 、遠端則以次圓 狀 次棱角狀為主 。礫巖中大部分具有均勻?qū)永?,部 分礫巖 、砂巖組合可見遞變層理 (圖版 2) ,砂巖或 含礫砂巖中除均勻?qū)永硗?,常見大型槽狀交錯層理 。 產(chǎn)硅化木化石 。扇面河道的另一重要特征是在剖面上多呈“上平下凸 ”的透鏡狀沉積單元疊覆 (圖版 2276) ,每個透鏡

14、體內(nèi)呈粒度向上變細或由數(shù)個韻律單元構(gòu)成 。扇面河道間泛濫盆地沉積主要是具小型交 錯層理的泥質(zhì)粉砂巖 、深灰色具均勻?qū)永淼姆凵百|(zhì)泥 巖 、淺灰色具小型交錯層理的細沙巖互層 ,并見植物 化石 。扇三角洲前緣亞相是扇三角洲相的水下部分 , 其主要發(fā)育水下分流河道沉積 、河口 壩和 遠 沙壩 沉積 。水下分流河道是扇面河道在水下的自然延伸部 分 ,主要由黃灰 褐灰 紫灰色礫巖 、砂質(zhì)礫巖和含 礫砂巖組成 。礫巖中礫石成分與扇面河道沉積中的 礫石特征相似 ,僅是礫石的粒度變小磨圓稍變好 。礫巖中見均勻?qū)永?,砂巖中多具大型交錯層理 。 河口壩沉積在研究區(qū)的下河套 西南溝剖面中最為典型 ,主要由黃灰 、綠

15、灰色中細砂巖組成 ,具中 、低角 度交錯層理及小型交錯層理 ,局部見平行層理 。遠沙 壩沉積主要以綠灰 、紫灰色粉砂巖組成 ,局部見小型 交錯層理 。前扇三角洲亞相主要表現(xiàn)為淺灰色粉砂 質(zhì)泥巖 。2. 4 湖泊重力流相湖泊重力流沉積主要分布在盆地的深湖區(qū) ,根據(jù) 其形成機制可以分為陣發(fā)型 8 和洪積 型 兩種 類型 。 陣發(fā)型水下重力流靠近東南盆緣裂陷帶的扇三角洲 的前端 ,其形成原因主要是特大型洪水事件和周圍火山活動誘發(fā)的地震造成的扇三角洲沉積物順斜坡滑 塌進入深湖區(qū)造成的 ,此種類型在桃花池 張麻子溝 剖面最為發(fā)育 ,其巖性表現(xiàn)為深湖泥巖中夾具均勻?qū)?理的細礫巖和細砂巖層 ,并具復(fù)理石結(jié)構(gòu)

16、 ,有時出現(xiàn) 明顯的滑塌構(gòu)造 (圖版 2) 。洪積型重力流沉積多靠近盆緣的緩坡帶 ,其形成原因多為季節(jié)性洪水造成 的 ,其沉積物多具典型的鮑瑪層序 ,此類型在卅二道 灣 窟窿山剖面最為典型 ,表現(xiàn)為淺灰色具水平層理 的粉砂巖或鈣質(zhì)粉砂巖中夾濁積巖組合 ,各濁流事件 多以 BCD 段構(gòu)成不完整的鮑瑪層序 (圖版 2) 。3 沉積演化據(jù)野外實測剖面資料獲取的沉積構(gòu)造等相標志 和九佛堂組沉積充填序列中地層的疊置樣式及沉積 物粒度的垂向變化規(guī)律 ,九佛堂組沉積演化表現(xiàn)為 : 湖泊擴張退積期 、大湖加積期和湖泊萎縮進積期 (圖2、圖 3 ) 。3. 1 湖泊擴張退積期此階段為九佛堂組一段沉積期 ,湖泊面

17、積較小 ,以濱淺湖沉積為主 ,在四官營子凹陷的五家子一帶發(fā) 育了深湖區(qū) ;由于盆地基底沉降的不均勻性 ,導(dǎo)致辮第 2期魏恒飛等 :喀左盆地九佛堂組沉積特征及演化研究圖 3 喀左盆地九佛堂組沉積相平面分布圖F ig. 3 Sed im en ta ry fac ie s d istribu tion ichnograp hy of the J iufo tang Fo rm a tion in Kazuo B a sin狀河三角洲相主要發(fā)育于大城子凹陷的西北側(cè)的波羅赤和東大道地區(qū) ,而四官營子凹陷的西北側(cè)只有部 分地區(qū)發(fā)育 。扇三角洲相主要發(fā)育于四官營子凹陷和梅勒營子凹陷的東南裂陷帶 。此時期隨

18、著盆地基底的不斷沉降 ,湖泊面積不斷增大 ,沉積物表現(xiàn)為退 積型垂向疊置樣式 。3. 2 大湖加積期此沉積期為九佛堂組二 、三段沉積期 。由于盆地 基底的沉降速率和沉積物的充填速率大致保持平衡 ,因此此時期的湖泊面積變化不 大 , 表現(xiàn) 為加 積 型沉積 。盆地內(nèi)的大部分地區(qū)被湖泊所覆蓋 ,其中在四官 營子凹陷的三家子 、四合當和九 佛 堂地 區(qū)為 深 湖沉積 、大城子凹陷的喀左和甘招地區(qū)為深湖區(qū)和梅勒營 子的老爺廟 、付杖子和木頭城子 地 區(qū)發(fā) 育了 深 湖亞 相 ;辮狀河三角洲相仍然主要發(fā)育于大城子凹陷的西北側(cè) ;四官營子凹陷和梅勒營子凹陷的東南緣以發(fā)育退積型扇三角洲相為主 。此階段盆地內(nèi)

19、沉積了多層 沉凝灰?guī)r ,表明此時期周圍的火山活動較為強烈 ,因而在盆地內(nèi)的扇三角洲相的前端由于火山誘發(fā)的地震而使未固結(jié)的沉積物發(fā)生滑塌 ,形成陣發(fā)型湖泊重 力流沉積 ;來自盆地西北側(cè)的季節(jié)性洪水 ,亦在前辮 狀河三角洲及深湖地帶形成季節(jié)性湖泊重力流沉積 。3. 3 湖泊萎縮進積期此沉積期為九佛堂組四 、五段沉積期 。由于盆地 沉降速率小于盆地沉積速率 ,使湖盆水體逐漸減小 ,深湖區(qū)面積遠小于濱淺湖區(qū) ,只在九佛堂 、喀左一帶 發(fā)育了深湖區(qū) ,其他湖區(qū)主要表現(xiàn)為濱淺湖或深淺湖交替 ,而湖泊兩側(cè)的扇三角洲和辮狀河三角洲則進一 步向湖區(qū)推進 ,表現(xiàn)為進積型沉積 。其中以四官營子 凹陷桃花池和梅勒營子

20、凹陷西南溝地區(qū)的扇三角洲277沉 積學(xué)報第 27卷工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報 , 2005 , 24 ( 6 ) : 829 2831 Zhang Yam ing, Gao Yu2juan , H e B ao. Tecton ic evo lu tion in J ianchang2Kazuo B a sin in M esozo ic e ra J . Jou rna l of L iaon ing Techn ica l U n ive rsity, 2005 , 24 ( 6 ) : 829 2831 孫革 ,鄭少林. 中國東北中生代地層劃分對比之新見 J . 地層學(xué)雜 志 , 2000 , 2

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23、, Q uan Q iuq i. H isto rica l Geo logy Cou rse規(guī)模最大 。4 結(jié)論( 1 ) 根據(jù)野外實測地質(zhì)剖面和室內(nèi)編圖綜合分 析的基礎(chǔ)上 , 識別出九佛堂組發(fā) 育 有辮 狀河 三 角洲 相 、湖泊相 、湖泊重力流相 、扇三角洲相 4種沉積相 。 ( 2 ) 沉積相的空間配置關(guān)系表現(xiàn)為辮狀河三角 洲相主要發(fā)育于大城子凹陷和四官營子凹陷的西北 側(cè) ,湖泊相呈長條形分布于各凹陷的中間部位 ,扇三 角洲相主要發(fā)育于梅勒營子凹陷和四官營子凹陷的 東南側(cè) ,湖泊重力流沉積主要發(fā)育于湖泊的深湖區(qū) 。 ( 3 ) 受盆地沉降速率與盆地沉積充填速率相對 關(guān)系的制約 , 九佛

24、堂組沉積演化 表 現(xiàn)為 三個 演 化階段 :湖泊擴張退積期 、大湖加積期和湖泊萎縮進積期 。參考文獻 ( Referen ce s)4563 rd.M . B e ijing: Geo logica l Pub lish ing Hou se, 2001: 215 2217 7朱筱敏 ,信荃麟. 湖泊扇三角洲的重要特性 J . 石油大學(xué)學(xué)報 ,1994 , 18 ( 3 ) : 6 211 Zhu X iaom in, X in Q uan lin. Impo rtan t fea tu res of lacu strine fan J . Jou rna l of the U n ive r

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30、, p rim a ry sed im en ta ry struc tu re of fie ld ou tc rop s , and a lso ana lysis of the sp a tia l d ispo sition and p a leon to logy fo ssil com b ina tion, a s we ll a s d raw ing and in tegra ted ana lysis in the labo ra to ry, fou r sed im en ta ry fac ie s con ta in ing b ra ided rive r de

31、lta fac ie s, lake fac ie s, lake gravity flow fac ie s and fan de lta fac ie s a re recogn ized from J iufo tang Fo rm a tion fina lly. Among them , lake fac ie s is the m a in body of J iufo tang Fo rm a tion, wh ich is in the shap e of slive r and deve lop ing in the m idd le of each dep re ssion;b ra ided rive r de lta fac ie s is fo rm ed in the no